不同干燥方式對橄欖果粉品質的影響

林炎娟，周丹蓉，吳如健，梁華俤，賴瑞聯，陳瑾，葉新福

（福建省農業科學院果樹研究所，福建福州350013）

橄欖是橄欖科橄欖屬常綠喬木植物，果實亦稱青果、青欖、甘欖等，營養豐富，口味獨特，富含多酚、類黃酮和維生素等活性成分，兼具保肝護肝、清熱利咽、抗菌消炎、抗腫瘤抗氧化和提高抗體免疫等藥用功效，是我國衛生部公布的首批藥食兩用物種，具有很高的藥食兩用價值，可供鮮食與加工[1-6]。橄欖干燥制粉是一種能夠較好保持橄欖藥理活性的加工方法。橄欖具有獨特的風味，偏甘偏苦澀，鮮食大眾接受度低，但其藥理活性功能受到現代消費者的大力追捧，目前市面上的加工品主要為果脯蜜餞類，不但藥理活性功能在加工中損失較大，且由于其高糖高鹽等特點，大大降低橄欖保健功能。果粉具有營養價值高、貯藏穩定性好、運輸成本低等特點，既可用作速溶果粉，也可作為食品基料、輔料等添加于各類食品中，同時也是改善橄欖鮮果產能過剩、鮮食保鮮期短、深加工產品單一等問題的優良手段[7-9]。

干燥是影響果粉成品品質質量的關鍵工藝，不同干燥技術對不同果蔬干燥產品品質的影響有所差異[10]。果蔬粉干燥工藝主要有噴霧干燥、微波干燥、熱風干燥、真空干燥和真空冷凍干燥等[7]。不同干燥工藝的原理特點、干燥溫度時間和成本能耗等均有所不同，對制成果蔬粉產品品質的影響亦有所差異，在蘋果粉[8，11]、楊梅粉[12]、棗粉[13]、樹莓粉[14]等有大量研究報道。噴霧干燥較適合于果粉干燥連續化生產，亦適合熱敏性物料快速干燥，但不適合固體含量高的物料進行干燥[15]。微波干燥（microwave drying，MD）具有整體干燥速度快、時間短、產品質量高和節約能源成本等優點[16]。熱風干燥（hot-air drying，HAD）是果蔬脫水中最常用的干燥方法，成本低，但是干燥后產品品質易發生較大損失[17]。真空干燥（vacuum drying，VD）在果蔬干燥上也具有較廣泛的應用，具有干燥效率高、營養成分損失少等優點[18]。真空冷凍干燥（vacuum-freeze drying，VFD）被認為是保持果蔬粉營養成分的有效干燥方式，但它有成本高、能耗高和脫水時間長等問題[19]。目前，關于橄欖果粉干燥的研究較少，尤其是不同干燥方式對橄欖果粉綜合品質的影響鮮見報道。因此，本研究擬通過對比4 種常見干燥方式對橄欖果粉的外觀色澤、微觀結構、色差值、物理特性、營養成分等品質指標的影響，并通過主成分分析進行綜合評價，旨在為橄欖果粉篩選最佳干燥加工方式提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

“長營”橄欖：福建福州閩侯縣橄欖種植基地，采摘后運回實驗室，4 ℃條件下貯藏備用。

1.2 儀器與設備

EM-687MS1 型微波爐：美的集團股份有限公司；LDO-101-3 型電熱恒溫鼓風干燥箱：上海龍躍儀器設備有限公司；DZF-6050 型真空干燥箱：上海一恒科學儀器有限公司；CTFD-20S 型冷凍干燥機：青島永合創信電子科技有限公司；DE-1000g 型萬能高速粉碎機：浙江紅景天工貿有限公司；JSM-6380LV 型掃描電子顯微鏡：日本JEOL 公司；UNIQUE-S15 型超純水機：銳思捷科學儀器有限公司；TM-767Ⅲ型攪拌機：中山市小太陽有限公司；SK5210HP 型超聲波清洗器：海科導超聲儀器有限公司；JA2003N 型電子分析天平：上海佑科儀器儀表有限公司；TU-1900 型雙光束紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；H1850型臺式高速離心機：湖南湘儀離心機儀器有限公司；B-220 型恒溫水浴鍋：上海亞榮生化儀器廠；NH300 型便攜式色差儀：三恩馳科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品干燥處理

挑選新鮮、無干縮、無褐變、無機械損傷、無病蟲害、無腐爛變質且成熟度一致的橄欖，用流動水清洗表面，然后熱燙1 min 后晾干冷卻，去核破碎后平鋪樣品盤上置于干燥設備中進行干燥，均干燥至水分含量8%以下（濕基），符合果蔬粉農業標準NY/T 1884—2010《綠色食品果蔬粉》。將干燥后樣品置于粉碎機中粉碎后過80 目篩網，即得橄欖果粉。其中，分別設置以下4 個干燥條件：（1）微波干燥：稱取破碎后的橄欖300 g 均勻鋪散在盤子上放入微波爐內，微波功率350 W，烘干40 min；（2）熱風干燥：稱取破碎后的橄欖300 g 均勻鋪散在盤子上置于60 ℃干燥箱烘干至恒重；（3）真空干燥：稱取破碎后的橄欖300 g 均勻鋪散在盤子上置于60 ℃、真空21 kPa 的真空干燥箱烘干至恒重；（4）冷凍干燥：稱取破碎后的橄欖300 g 均勻鋪散在盤子上-45 ℃預冷2 h，在冷阱溫度為-45 ℃、真空18 Pa 下升華干燥24 h，然后45 ℃解析干燥至恒重。

1.3.2 指標測定方法

1.3.2.1 色差值測定

用色差儀測定，以標準白板為對照，測定橄欖鮮果和橄欖果粉的亮度（L*）、紅綠度（a*）、黃藍度（b*）、彩度（C）和色相（h°）的色差值。

1.3.2.2 物理特性的測定

堆積密度：將橄欖果粉裝入事先稱好質量的10 mL量筒中，壓實壓緊至剛好填充至刻度，稱總質量[12]，采用式（1）計算。

式中：m1為量筒的質量，g；m2為果粉和量筒的總質量，g；V 為果粉體積，mL。

流動性：稱取40.0 g 橄欖果粉倒入8 cm 高的漏斗，測定果粉在白紙上所形成錐形的底部直徑，用直徑大小判斷流動性，直徑越大流動性越好[20]。

吸油性：稱取1.0 g 橄欖果粉緩慢加入已倒入8 mL菜籽油的10 mL 離心管中，邊加入邊渦旋振蕩混勻，后靜置30 min，4 000 r/min 離心20 min，記錄上層油體積[11]，采用式（2）計算。

式中：V1為總添加的菜籽油體積，mL；V2為離心后上層菜籽油體積，mL；m 為果粉的質量，g。

吸濕率：稱取一定質量的橄欖果粉置于相對濕度75%，溫度25 ℃的恒溫恒濕箱保存24 h，稱重[21]，采用式（3）計算。

式中：m1為吸濕前果粉質量，g；m2為吸濕后果粉質量，g。

溶解度：稱取1.0 g 橄欖果粉置于200 mL 燒杯中，加入100 mL 蒸餾水，在磁力攪拌器上攪拌5 min，4 000 r/min 離心5 min，取上清液20 mL 倒入玻璃培養皿置于105 ℃烘箱中干燥3 h，記干燥后總質量[22]，采用式（4）計算。

式中：m1為稱取橄欖果粉質量，g；m2為玻璃培養皿的質量，g；m3為烘干后玻璃培養皿與固體殘渣總質量，g；V1為加入蒸餾水總體積，mL；V2為取上清液體積，mL；w 為果粉含水率，%。

復水性：稱取1.0 g 橄欖果粉置于50 mL 離心管中，加入15 mL 蒸餾水，25 ℃條件下靜置1 h，后以10 000 r/min 離心25 min，倒去上清液，稱取離心沉淀物的質量[13]，采用式（5）計算。

式中：m1為復水前果粉質量，g；m2為離心沉淀物質量，g。

1.3.2.3 其它指標測定

葉綠素含量采用比色法測定；總糖和還原糖含量采用3，5-二硝基水楊酸法測定；總酸含量采用酸堿中和滴定法測定；蛋白質含量采用考馬斯亮藍法測定；總酚含量采用福林酚法測定；類黃酮含量采用鋁離子顯色法測定。

1.3.2.4 微觀結構觀察

采用臺式掃描電子顯微鏡對橄欖果粉形貌進行掃描觀察拍照，設置加速電壓為15kV，觀察倍數為500倍。

1.4 數據處理

用Microsoft Office Excel 2007 軟件進行數據分析及作圖作表，并采用SPSS Statistics 24 軟件進行顯著性分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 干燥方式對橄欖果粉色差值的影響

外觀色澤直觀反映果粉最直觀的感官品質，體現商品價值。不同干燥方式對橄欖果粉色差值的影響見表1。

表1 干燥方式對橄欖果粉對色差值的影響Table 1 Effect of drying methods on chromaticaberration of olive powder

由表1 可知，果粉L*值大小依次為真空冷凍干燥＞真空干燥＞熱風干燥＞微波干燥，差異顯著。a*值大小依次為微波干燥＞熱風干燥＞真空干燥＞真空冷凍干燥。b*值最高為微波干燥，與其它干燥處理差異不顯著（P＞0.05）。各干燥組C 值差異不顯著。h°值較大的為真空冷凍干燥和真空干燥，相互之間差異顯著（P＜0.05），均顯著高于微波干燥和熱風干燥（P＜0.05）。由此說明，真空冷凍干燥制得的橄欖果粉色澤呈現出鮮亮綠色色澤，而真空干燥的果粉色澤比熱風干燥接近綠色色澤，且溫度越低色澤越接近。有研究報道，干制過程中溫度和真空度高低直接影響水果色澤變化程度，在較低的溫度和真空度條件下干燥，其酶促褐變、非酶促褐變及色素成分損失等發生程度較低，且真空冷凍干燥可較好保持細胞組織結構，從而較好保留原有色澤[23-25]。而微波干燥中果粉色澤最差，明顯偏黃。由于本研究中橄欖干燥前經過熱燙處理，酚類氧化引起的褐變程度低，出現明顯褐變的原因更可能是由于微波干燥受熱不均導致部分燒焦和較高的溫度下發生美拉德反應等非酶促褐變的程度更大而引起，這與秦櫻瑞等[26]和鄧媛元等[23]在苦瓜干制上結論相似。

2.2 干燥方式對橄欖果粉葉綠素含量的影響

葉綠素是影響色澤變化關鍵的指標，也是保持綠色色澤的關鍵指標，葉綠素含量損失也會引起褐變。不同干燥方式對橄欖果粉葉綠素含量的影響見表2。

表2 干燥方式對橄欖果粉葉綠素含量的影響Table 2 Effect of drying methods on chlorophyll content of olive powder

由表2 可知，葉綠素a 含量最高的是微波干燥，為0.052 mg/g；最低的是真空干燥，為0.047 mg/g，與真空冷凍干燥之間差異不顯著，與微波干燥之間差異極顯著。葉綠素b 含量最高的是微波干燥，為0.087 mg/g，顯著高于真空干燥，但與熱風干燥、真空冷凍干燥差異不顯著。葉綠素a 和葉綠素b 總含量最高的是微波干燥，為0.139 mg/g，顯著高于其它干燥方式。這說明，微波干燥和熱風干燥過程葉綠素損失較少，由葉綠素損失引起的褐變程度低。

2.3 干燥方式對橄欖果粉物理特性的影響

物理特性是評價果粉品質優劣的重要指標。不同干燥方式對橄欖果粉物理特性的影響變化見表3。

表3 干燥方式對橄欖果粉物理特性的影響Table 3 Effect of drying methods on physical properties of olive powder

堆積密度的高低影響果粉包裝、運輸成本和后續壓片制品難易程度，從而影響果粉經濟價值[12，21，27]。流動性是果粉加工中重要工藝指標。如表3 所示，堆積密度最高為熱風干燥，其次為真空干燥，然后是微波干燥，最低是真空冷凍干燥，各處理差異顯著。流動性最高為真空冷凍干燥，極顯著高于其它干燥處理；流動性最差為微波干燥，顯著低于其它2 組。這可能是由于真空冷凍干燥果粉具有疏松多孔、顆粒間空隙大、低密度纖維多等特點，從而有較低的堆積密度和較高的流動性[12，28-29]。

吸濕率影響果粉加工特性與貯藏穩定性，吸濕率高果粉貯藏期間容易引起吸濕結塊，吸濕率越低越有助于果粉的長期保藏[11，30]。由表3 可知，真空干燥所得橄欖果粉吸濕率最高，而微波干燥和真空冷凍干燥的吸濕率最低。這與周禹含等[13]研究發現真空冷凍干燥吸濕率最低相似。本研究認為真空干燥果粉吸濕率高于熱風干燥，這可能因不同干燥時間、干燥溫度以及果種果粉特性不同而有所差異。

果粉的吸油性、溶解度和復水性是體現果粉溶解特性的主要指標，但目前并未明確體現果粉溶解特性的確切標準，一般認為，溶解度越高越有利于人體對果粉的消化吸收和果粉的速溶、沖調和復配添加等多元化利用[22]。由表3 可知，溶解度最高為熱風干燥，但僅與最低的微波干燥組呈差異顯著，與其它處理組差異不顯著。各干燥組復水性之間差異不顯著。吸油性最高為真空冷凍干燥，最低為熱風干燥和微波干燥。

2.4 干燥方式對橄欖果粉營養成分的影響

營養成分指標是評價果粉營養品質和藥理活性的重要指標。不同干燥方式對橄欖果粉營養成分的影響見表4。

表4 干燥方式對橄欖果粉營養成分的影響Table 4 Effect of drying methods on nutrient content of olive powder

總糖、還原糖、總酸等含量高低直接影響橄欖果粉的感官品質。由表4 可知，總糖含量最高為真空干燥，含量為183.40 mg/g，但與熱風干燥無顯著差異，與微波干燥和真空冷凍干燥之間差異顯著。還原糖含量最高為微波干燥，含量為64.48 mg/g，與熱風干燥差異不顯著，但均顯著高于其它2 組。總酸含量最高為微波干燥，含量為8.17%，其次是熱風干燥和真空干燥，而真空冷凍干燥總酸含量最低，為6.51%。這可能是糖酸物質等因長時間進行各類氧化反應而消耗較多[13]。

蛋白質含量高低亦是評價果粉營養品質的重要指標。如表4 所示，蛋白質含量最高的是真空冷凍干燥，為2.26 mg/g，最低的為真空干燥，但各組之間差異不顯著。

多酚、黃酮類物質與橄欖高藥理活性密切相關[2，31]。干燥過程中酚類和黃酮物質在受熱時易發生氧化及聚合反應而導致含量下降，干燥溫度和時間是影響這類物質降解的重要因素[11，13，24]。由表4 表示，總酚含量最高的為真空干燥，含量為90.66 mg/g，最低為真空冷凍干燥，含量為79.95 mg/g，兩者之間差異極顯著。這可能是由于大部分酚酸與碳水化合物和蛋白質等大分子相結合，而較高的溫度破壞了組織細胞的結構從而有更多酚類物質溶出[32]。類黃酮含量較高的為熱風干燥和真空干燥，微波干燥和真空冷凍干燥含量較低，前后兩者之間差異極顯著。這可能是由于干燥過程中總酚、類黃酮含量變化因不同果種的物理化學特性不同而有不同影響[23，33-34]。

2.5 干燥方式對橄欖果粉外觀的影響

不同干燥方式對橄欖果粉外觀的影響圖1 所示。

如圖1 所示，不同干燥方式的橄欖果粉外觀色澤形貌差異明顯，微波干燥和熱風干燥顏色偏黃偏暗，尤其是微波干燥呈現出褐色，而真空冷凍干燥呈現出最亮最綠的疏松果粉，真空干燥呈現黃綠色澤。

2.6 干燥方式對橄欖果粉微觀結構的影響

不同干燥方式對橄欖果粉微觀結構的影響圖2 所示。

圖1 干燥方式對橄欖果粉外觀的影響Fig.1 Effect of drying methods on appearance of olive powder

圖2 干燥方式對橄欖果粉微觀結構的影響Fig.2 Effect of drying methods on microstructure of olive powder

從圖2 中可看出，不同干燥方法對果粉微觀結構影響差異不明顯。微波干燥微觀結構果粉顆粒較大表面較光滑，顆粒皺縮較少，顆粒間空隙較大。熱風干燥果粉組織堆疊緊密，部分組織發生皺縮，果粉顆粒間空隙小。真空干燥果粉組織堆疊緊密、顆粒間空隙小，果粉顆粒較大，部分果粉顆粒發生皺縮。真空冷凍干燥果粉顆粒較大，無明顯褶皺收縮，顆粒表面較光滑，顆粒之間間隙大。

2.7 主成分分析

主成分分析是從多個變量之間的相互關系入手，將多個變量轉化為少個互不相關的綜合變量，從而達到降維的效果，并最大限度地保留原有信息量，通過尋求主成分來研究總體樣本的一種統計方法[35]。

通過對橄欖果粉20 個品質相關指標進行主成分分析，得到特征主成分的特征值、方差貢獻率、累計方差貢獻率見表5。根據主成分分析原理提取累計方差貢獻率大于85%的前3 個主成分F1、F2 和F3，代表了100.000%的信息量，成功將20 個評價指標降至3 個不相關的主成分，達到降維的目的。

表5 提取3 個主成分的特征值和方差貢獻率Table 5 Eigenvalues and contribution of three principal components

如表5 所示，第1 主成分貢獻率為50.967%；第2主成分貢獻率為34.829%；第3 主成分貢獻率為14.204%。

各主成分載荷反映了各指標對各主成分的影響程度，載荷絕對值越大對主成分貢獻率的影響也越大。主成分的特征向量與載荷矩陣如表6 所示。

表6 主成分的特征向量與載荷矩陣Table 6 Eigenvectors and loading matrix of principal components

如表6 所示，第一主成分主要包含L*、a*、h°、流動性、還原糖和總酸等信息；第二主成分主要包含總糖、類黃酮、總酚和吸濕率等信息；第三主成分主要包含蛋白質、b*、C、溶解度、復水性等信息。

用各指標變量的主成分載荷和主成分相對應的特征值換算成每個指標所對應的系數，即特征向量，以特征向量為權重構建主成分的表達函數式，得到3個主成分的得分函數（表達式中的X 不是原始變量，而是標準化變量），如式（6）～式（8）所示。

主成分F1、F2和F3從不同方面反映不同干燥方式的橄欖果粉品質，為了綜合分析，用F1、F2和F3的方差貢獻率作為權重數，對F1、F2和F3進行加權，然后通過加和得到各個干燥方式的綜合得分F 的得分函數，如式（9）所示。

綜合得分計算結果見表7。

表7 主成分綜合得分和排名Table 7 Scores and rankings of principal components

綜合得分越高，排名越靠前，果粉品質就越高，以此確定最佳干燥方式。其中，綜合得分大于零表明果粉品質在平均水平之上，綜合得分小于零表示果粉品質在平均水平之下。如表7 所示，主成分分析所得綜合評分結果為：真空冷凍干燥＞真空干燥＞熱風干燥＞微波干燥。

3 結論

4 種干燥方式對橄欖果粉中色澤、物理特性、營養成分等品質指標的影響有一定差異。本試驗利用主成分分析對其所有量化果粉品質指標進行綜合評分結果為：真空冷凍干燥＞真空干燥＞熱風干燥＞微波干燥。其中，真空冷凍干燥橄欖果粉色澤品質最佳，真空干燥橄欖果粉物理特性相對較佳，熱風干燥和真空干燥營養成分損失較小。果粉實際生產應用時，需根據產品特點需求選擇適合的干燥技術，同時也應綜合考慮設備成本、運行成本、時間成本及人工成本等，優化生產工藝，從而實現經濟效益最大化。