三種干燥方法對榴蓮游離氨基酸和可溶性糖的影響

顏廷才，王前菊,2，段肖杰,2，賁愛玲，陳守江，李所彬，王海鷗*

1(沈陽農業大學 食品學院，遼寧 沈陽，110161)2(南京曉莊學院 食品科學學院，江蘇 南京，211171) 3(江蘇省高?！疤厥馍镔|廢棄物資源化利用”重點建設試驗室，江蘇 南京，211171)4(江蘇博萊客冷凍科技發展有限公司， 江蘇 常州，213116)

近年來，我國果蔬干制品市場呈爆發式增長趨勢，已發展成為我國休閑食品市場的重要門類之一。

目前生產中果蔬干燥加工常用方法是熱風(air drying, AD)和冷凍(freeze-drying, FD)干燥。其中冷凍干燥能夠較好地保持食品的色、香、味及營養成分，但其干燥時間長、能耗高、加工成本大等缺陷，受到一定程度的限制[1]，王海鷗等[2]在傳統凍干(conventional freeze-drying, CFD)的基礎上提出了一種新的冷凍干燥方法，即“一體化凍干(integrated freeze-drying, IFD)”。果蔬在干燥加工過程中，易受到溫度、水分等的影響而發生脂肪、蛋白質的分解、氧化等物理化學變化，從而影響食用口感。如谷文靜等[3]發現在55～65 ℃下加熱有利于提高蝦肉糜鮮味的產生。吳方寧[4]發現干燥后白玉菇的可溶性糖總量均低于新鮮白玉菇，游離氨基酸總量高于新鮮白玉菇，這些變化影響了白玉菇的甜味和鮮味。

榴蓮是一種著名的熱帶特色水果，其果肉黏性多汁，滋味以甜味為主，其甜味與糖含量尤其是蔗糖含量有很大的關系[5]；除了糖以外，游離氨基酸也是被公認的呈味物質。但是對于金枕榴蓮的可溶性糖和游離氨基酸的研究較少。目前，有文獻報道了新鮮榴蓮中游離氨基酸和可溶性糖含量[6-7]，而對榴蓮的游離氨基酸和可溶性糖的呈味特性分析未見報道，尤其對干燥榴蓮非揮發性風味物質變化及呈味特性還未有人進行研究。呈味特性不僅與氨基酸和可溶性糖的含量有關，還與其閾值有重要聯系，通常用滋味活度值(taste activity value，TAV)法進行評判，TAV法是一種基于閾值水平綜合評價滋味物質對食品整體貢獻的經典方法[8]。

因此，本試驗以典型品種金枕榴蓮為研究對象，采用高效液相色譜法分析新鮮及IFD、CFD和AD這3種干燥方法及過程中榴蓮的可溶性糖、游離氨基酸含量的變化，比較不同干燥對榴蓮游離氨基酸和可溶性糖的影響；通過TAV分析游離氨基酸和可溶性糖的呈味特性，揭示游離氨基酸和可溶性糖對榴蓮味感的貢獻程度；借助主成分分析(principal compcnent analysis,PCA)和聚類分析等方法，尋找影響榴蓮滋味的關鍵因子，為進一步探索榴蓮干燥過程中風味差異機制提供基礎數據，以期為榴蓮味感化學研究和風味產品的開發提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮金枕榴蓮，南京蘇果超市；蔗糖、果糖、葡萄糖、麥芽糖等可溶性糖標準品、16種氨基酸標準品，美國Sigma公司；鄰苯二甲醛(o-phthalaldehyde, OPA)、乙腈和甲醇(色譜純)、3-巰基丙酸、硼酸、磷酸二氫鉀(分析純)，國藥集團。

1.2 儀器與設備

SCIENTZ-10 ND真空冷凍干燥機，寧波新芝生物科技股份有限公司；HP1200高效液相色譜，美國安捷倫公司；LDO-101-1電熱恒溫鼓風干燥箱，上海龍躍儀器設備有限公司；ME204E離心機，上海安亭科學儀器廠。

1.3 樣品干燥及取樣方法

新鮮榴蓮剝去外殼，去除種子，將果肉切成厚度為(2.0±0.1) mm薄片，將每個新鮮榴蓮樣品質量定量為5 g，制成標準的測試樣品作為取樣單元，擺盤后備用。盡管取樣單元的質量隨著干燥脫水的進行而逐漸減少，但均可認為是初始質量為5 g的新鮮榴蓮樣品，確保干燥過程中測定指標(游離氨基酸含量和可溶性糖含量)具有可比性。切好備用的榴蓮測試樣品分別進行IFD、CFD和AD，其取樣方法如下：

(1)IFD：將樣品置于干燥器倉內，開啟制冷機和真空泵，榴蓮水分在真空狀態下快速蒸發，使物料快速降溫凍結，干燥倉壓強持續下降，最終維持在 20～30 Pa，真空凍結過程維持 0.5 h；將真空凍結的物料進行冷凍干燥，隔板升溫程序為-10 ℃-1 h，0 ℃-1 h，10 ℃-2 h，20 ℃-2 h，30 ℃-2 h，40 ℃-2 h，50 ℃-2 h，真空壓力50 Pa以下。在IFD過程中，同一批樣品的取樣時間點為真空凍結0.5 h、干燥后4、8、12 h，取樣時先停止機器運行，解除真空后快速開倉取樣，然后恢復機器運行，繼續執行原干燥程序。

(2)CFD：將樣品置于-40 ℃的低溫冰柜中常壓凍結4 h，再快速取出凍結物料置于干燥倉內，采用與IFD一致的升溫程序。在CFD過程中，同一批樣品的取樣時間點為常壓凍結4 h、干燥后4、8、12 h，冷凍干燥期間取樣方法同上。

(3)AD：樣品置于溫度為60 ℃的干燥箱，烘干，通過前期發現，烘干9 h后物料濕基含水率在5%以下。在AD過程中，同一批樣品的取樣時間點為干燥后3、6、9 h。

1.4 指標測定

1.4.1 游離氨基酸含量的測定

(1)樣品的制備

取新鮮榴蓮及3種方法中不同干燥階段的測試樣品單元各3個分別進行制備處理。在有液氮的情況下冰浴研磨，加入10 mL氯仿-甲醇溶液[V(氯仿)∶V(甲醇)=15∶35]溶液，在冰上靜置30 min，加6 mL的蒸餾水，10 000 r/min離心15 min，提取3次，合并上清液，溶液經0.45 μm濾膜過濾后待用。

(2)OPA衍等生化法

參照NANA等[9]方法稍作修改，量取標準溶液50 μL，加入250 μL 0.4 mol/L 硼酸鹽緩沖液(pH 10.2)，加50 μL OPA衍生劑，混勻，室溫下靜置2 min，經0.45 μm 濾膜過濾后，進行HPLC分析。

OPA衍生化溶液：稱取15 mg OPA，加入1.5 mL 0.4 mol/L硼酸緩沖液(pH 10.2)和15 μL 3-巰基丙酸，4 ℃下冷藏。

氨基酸標準品配制：精取各氨基酸標準品，用超純水稀釋配制成不同濃度梯度的溶液，按上述方法進行衍生化，經HPLC分析后繪制標準曲線。

(3) 高效液相色譜法測定游離氨基酸含量

色譜條件：色譜柱 ZORBAX Eclipse-AAA (4.6 mm×150 mm，3.5 μm)；柱溫：40 ℃；流動相A[V(乙腈)∶V(甲醇)∶V(水)=45∶45∶10]；流動相B(磷酸鹽緩沖液，pH=7.8)，梯度洗脫見表1；檢測波長338 nm；流速2 mL/min；進樣量20 mL。

表1 流動相梯度洗脫程序Table 1 Elution gradient of the mobile phase

1.4.2 可溶性糖含量的測定

(1) 樣品的制備

參照TAN[5]的方法稍作修改，取新鮮榴蓮及3種方法中不同干燥階段的測試樣品單元各3個分別進行制備處理。加20 mL的蒸餾水研磨，70 ℃下水浴20 min，冷卻后10 000 r/min離心15 min，提取3次，合并上清液，溶液經0.45 μm濾膜過濾后待用。

(2) 可溶性糖含量的測定

色譜條件：Series200 氨基柱 (250 nm× 4.6 nm，5 μm)；柱溫30 ℃；流動相：V(乙腈)∶V(水)=75∶25；流速1 mL/min；進樣量10 μL。

(3) TAV的計算

滋味活性值反映了某一化合物對味道特征的貢獻，用滋味物質樣品的含量與其對應的味道閾值之比來表示[10]。

1.5 數據處理

游離氨基酸含量和可溶性糖含量均重復測定3次，取平均值，單位mg/g(新鮮榴蓮)。采用SPSS 19.0對試驗數據進行方差分析、PCA和聚類分析，利用Duncan′s法進行多重比較，顯著性水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 三種干燥過程中榴蓮游離氨基酸的組成含量及呈味分析

2.1.1 游離氨基酸的組成及含量變化

榴蓮在3種干燥過程中游離氨基酸的組成含量變化如表2所示。新鮮榴蓮及其不同干燥階段包含了除色氨酸以外的蘇氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸和苯丙氨酸7種必需氨基酸。以新鮮樣品為對照，榴蓮游離氨基酸總含量在IFD和CFD預凍結階段(真空凍結0.5 h和常壓凍結4 h)顯著下降(P<0.05)，在隨后冷凍干燥過程中先上升后下降，IFD 8 h和CFD 8 h含量最高(P<0.05)。而隨AD的進行，游離氨基酸總含量也呈先上升后下降的趨勢(P<0.05)，在AD 9 h時含量最低。分析認為，游離氨基酸含量在干燥過程中增加的原因可能是因為隨干燥時間的延長和溫度的升高，蛋白質在蛋白酶的作用下分解成氨基酸，同時氨基酸(如谷氨酸、天冬氨酸、絲氨酸等)自身也在不斷釋放所致[11]；而在干燥后期，可能有部分游離氨基酸與還原糖發生少許美拉德反應致使游離氨基酸含量有所下降[12-13]。總體來說，新鮮與3種干燥樣品(IFD 12 h、CFD 12 h、AD 9 h)的游離氨基酸總量由高到低依次是IFD>CFD和新鮮>AD，其中CFD干燥樣品與新鮮樣品無顯著差異(P>0.05)，AD干燥樣品顯著低于新鮮樣品(P<0.05)，可能是由于AD干燥后期階段發生的Strecker降解和美拉德反應速度遠大于氨基酸的生成速度。

表2 三種干燥方法過程中游離氨基酸的種類及含量變化 單位：mg/g

2.1.2 游離氨基酸的呈味特征和TAV分析

根據味覺強度將游離氨基酸分為三類：鮮味、甜味、苦味氨基酸[14]。其中鮮味氨基酸包括天冬氨酸、谷氨酸和賴氨酸；甜味氨基酸包括蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸、丙氨酸和組氨酸；苦味氨基酸包括纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、精氨酸和蛋氨酸。新鮮及3種干燥榴蓮樣品的呈味氨基酸含量如表3所示。三類味覺氨基酸含量在新鮮樣品中排序為甜味>鮮味>苦味，差異顯著(P<0.05)；在IFD樣品中排序為鮮味>甜味>苦味，差異顯著(P<0.05)；在CFD樣品中排序為甜味>鮮味>苦味，差異顯著(P<0.05)；在AD樣品中甜味氨基酸含量顯著高于鮮味和苦味氨基酸(P<0.05)。在不同樣品中，鮮味氨基酸含量由高到低依次為IFD、CFD、新鮮、AD，差異顯著(P<0.05)；甜味氨基酸含量IFD、CFD樣品最高且未見顯著差異，新鮮樣品次之，AD樣品最低(P<0.05)；苦味氨基酸含量新鮮和IFD樣品未見差異，CFD和AD樣品未見差異，前兩者明顯較高(P<0.05)?？傮w來說，IFD樣品的3種味覺氨基酸均為最高。

表3 新鮮及3種干燥榴蓮樣品的呈味游離氨基酸的含量 單位：mg/g

氨基酸含量越高不一定對食品的味道貢獻越大。通常利用TAV來表征味覺氨基酸的呈味特征，當TAV≥1時，則該呈味氨基酸對樣品有顯著的呈味效果，當TAV<1時，該呈味氨基酸對樣品無顯著效果[10]。新鮮和3種干燥榴蓮樣品的主要特征味覺氨基酸TAV值計算結果如表4所示。就整體而言，4種榴蓮樣品中谷氨酸、組氨酸、氮氨酸、精氨酸TAV值均相對較高，對樣品風味貢獻較大，蘇氨酸TAV值很低，對樣品風味貢獻相對較小。

表4 新鮮榴蓮及3種干燥樣品呈味游離氨基酸的味道強度值TAVTable 4 TAV values of free amino acids in the fresh and the three kinds of dried durian samples

在新鮮榴蓮中，谷氨酸和組氨酸的TAV值明顯高于其他氨基酸，說明對新鮮榴蓮風味貢獻最大的氨基酸是鮮味氨基酸和甜味氨基酸，而經過IFD、CFD后榴蓮樣品谷氨酸TAV值均明顯增加，呈鮮味特征更加明顯，經過AD后樣品谷氨酸TAV值明顯下降，鮮味特征減弱。

新鮮榴蓮樣品中蛋氨酸、精氨酸對苦味貢獻相對較高，經過IFD、CFD后蛋氨酸TAV值均顯著增加，但榴蓮凍干后并沒有產生令人不愉快的苦味，這可能是由于在復雜的基質中各種呈味物質之間出現的抑制和消殺作用，使其他的呈味物質掩蓋了苦味物質，如天然的L型精氨酸有增加呈味復雜性和提高鮮味的作用[15]。從整體風味來說，在榴蓮FD樣品的特征氨基酸風味是鮮、甜味，AD樣品呈鮮味的谷氨酸TAV值下降，呈甜味的組氨酸TAV值最高，AD樣品整體表現為甜味。

2.2 三種干燥過程中榴蓮可溶性糖含量及呈味分析

2.2.1 干燥過程中榴蓮可溶性糖含量的變化

3種干燥過程中榴蓮可溶性糖含量的變化如表5所示。榴蓮中主要可溶性糖由高到低依次為蔗糖、葡萄糖、果糖和麥芽糖(P<0.05)，這一結果與TAN等[5]對7個克隆榴蓮檢測的結果相似。在IFD、CFD和AD這3種干燥過程中，榴蓮可溶性糖總含量均隨著干燥時間逐漸降低(P<0.05)，其中蔗糖含量變化最大。榴蓮可溶性糖含量在IFD和CFD過程中明顯下降，其原因可能是由于隨著冷凍干燥的進行，細胞組織內可溶性糖濃度逐漸增加，在糖代謝相關酶活性和環境溫度的共同作用下，可溶性糖可能會發生分解轉化，或者參與其他物質反應，降低了榴蓮中可溶性糖類物質含量[16-17]。可溶性糖含量在AD過程中不斷降低，一方面可能是因為熱風溫度高、干燥速度速率快，導致可溶性糖在高溫下發生降解，另一方面可能是由于熱風干燥環境氧氣充足，加快了可溶性糖與氨基化合物的美拉德反應，產生焦糖化現象，顏色變成棕褐色，致使可溶性糖物質含量下降[18]。

表5 三種干燥過程中可溶性糖的種類及含量變化 單位：mg/g

2.2.2 榴蓮干燥樣品可溶性糖TAV分析

由表6可以看出，3種干燥樣品的可溶性糖總量均顯著低于新鮮樣品，含量由高到低依次為新鮮、IFD、CFD、AD，差異均顯著(P<0.05)。新鮮榴蓮經過不同干燥處理后，所含的各類可溶性糖可能發生了不同程度的降解、羰氨反應、酶促反應等化學變化，物質含量下降。而IFD從凍結到干燥全過程均處于低溫真空低氧的環境中，而且其凍結速度極快，物料中冰晶形成細小均勻，可溶性糖在組織中分布相對均勻，可能減緩了可溶性糖的化學反應速度，因此其含量最高[19]；CFD在常壓條件下冷凍4 h，其冷凍速度慢，冰晶體較大，可溶性糖組分可能會在組織中出現局部高濃度聚集，同時環境中有大量氧氣存在，可能導致可溶性糖在凍結階段參與各類化學反應的速度比IFD相對較高，因此其含量顯著低于IFD[19]；AD干燥樣品可溶性糖含量最低，可能是由于熱風干燥過程中的高溫、高氧等強烈作用條件引起可溶性糖物質轉變損失。PEI等[20]、吳方寧[4]研究發現冷凍干燥有利于保留雙孢菇和白玉菇中的可溶糖，與本研究結果相似。通過比較已有文獻中的可溶性糖味覺閾值發現[21-22]，蔗糖閾值最小，其在甜度值中貢獻最大，因此蔗糖是決定榴蓮甜度風味的主要因子。在已知的3種可溶性糖TAV值中，4種榴蓮樣品由高到低依次是新鮮、IFD、CFD、AD，且蔗糖TAV值顯著高于葡萄糖和果糖。

表6 新鮮榴蓮及3種干燥樣品可溶性糖TAV值Table 6 The soluble sugar contents and TAVs of the fresh and the three kinds of dried durian samples

2.3 PCA

對3種干燥過程中榴蓮游離氨基酸和可溶性糖進行PCA，結果見表7、表8。由表7可知，由于前5個主成分對應特征值均大于1，累計方差貢獻率為91.378%，故可選取前5個主成分。5個主成分的方差貢獻率分別為41.181%、20.588%、14.561%、9.057%和5.992%，說明5個主成分反映了游離氨基酸和可溶性糖的大部分信息，其中第1主成分對榴蓮風味影響最大。由表8可知，在第1主成分中載荷絕對值大于0.7的有Glu、Ser、His、Cys、Val、Tyr、Met、Phe，包括了3種鮮甜味氨基酸和一半的苦味氨基酸；第2主成分中載荷絕對值大于0.7的有Gly、葡萄糖、蔗糖，主要呈甜味因子；第3主成分中載荷絕對值最大的前2位是Leu(苦)、Arg(苦)，主要是苦味因子；第4主成分中載荷絕對值最大的前2位是Thr(甜)、Arg(苦)；第5主成分中載荷絕對值最大的前2位是Asp(鮮)、Val(苦)。

表7 總方差分解結果Table 7 Total variance decomposition results

表8 游離氨基酸與可溶性糖的主成分載荷Table 8 The main component loading of free amino acids and soluble sugars

以16個游離氨基酸和4個可溶性糖的指標為初始自變量，經主成分分析后可以得出5個主成分因子的方程表達式F1、F2、F3、F4、F5。5個主成分分別從不同方面反映不同干燥過程中榴蓮游離氨基酸和可溶性糖的總體水平，以各主成分對應的相對方差貢獻率作為權重，對5個主成分得分進行加權求和，以評價函數(F=0.451F1+0.225F2+0.159F3+0.099F4+0.066F5)計算各榴蓮樣品的綜合得分，用以反映榴蓮中游離氨基酸和可溶性糖的綜合質量，結果見表9。IFD 8 h、IFD 12 h、IFD 4 h榴蓮樣品綜合得分位列前3位，其中IFD 8 h榴蓮樣品得分最高，其游離氨基酸和可溶性糖的綜合質量較高；CFD 12 h、CFD 8 h、CFD 4 h榴蓮樣品綜合得分位列中間：而AD 9 h、AD 6 h、AD 3 h榴蓮樣品綜合得分處于后段，其游離氨基酸和可溶性糖綜合質量較低。

表9 三種干燥過程中榴蓮主成分得分和綜合得分Table 9 The component scores and comprehensive scores of durian during the three drying processes

2.4 聚類分析

為了進一步分析在3種干燥過程中榴蓮游離氨基酸和可溶性糖物質變化的特征，將所有樣品進行聚類分析，結果如圖1所示。在接近距離5處所有的樣品聚為四類，每類中各樣品最相似。第Ⅰ類為AD 3 h、AD 6 h、AD 9 h，均為熱風干燥樣品；第Ⅱ類為新鮮、常壓凍結4 h、真空凍結0.5 h、CFD 4 h，為新鮮樣品、凍結后樣品和CFD初期樣品，說明此階段樣品的游離氨基酸和可溶性糖整體風味最為相似；第Ⅲ類為CFD 8 h、CFD 12 h，為CFD后期樣品；第Ⅳ類為IFD 8 h、IFD 4 h、IFD 12 h，均為IFD中后期樣品。在距離9左右時，將第Ⅲ與Ⅳ類歸為一類，說明這兩類樣品的游離氨基酸和可溶性糖整體風味具有一定的相似度；在距離16左右時，將第Ⅱ類與第Ⅲ、Ⅳ類歸為一類，說明第Ⅱ類與此兩類樣品的游離氨基酸和可溶性糖整體風味相似度較低；而在25左右時，才將第Ⅰ類與其他三類歸為一類，說明第Ⅰ類與其他類樣品的游離氨基酸和可溶性糖整體風味相似度最低。從聚類分析結果可知，3種不同干燥方法對榴蓮樣品游離氨基酸和可溶性糖風味產生一定差異，這與主成分分析的綜合分析結果基本一致。

3 結論

本試驗分析了IFD、CFD、AD這3種干燥方法對榴蓮樣品的游離氨基酸和可溶性糖含量的影響。榴蓮中游離氨基酸主要為甜味氨基酸和鮮味氨基酸，可溶性糖主要為蔗糖、葡萄糖、果糖和麥芽糖。新鮮榴蓮在IFD和CFD中經過凍結后其游離氨基酸總含量顯著下降(P<0.05)，而在3種干燥過程中游離氨基酸總含量均呈先增后降的趨勢。就榴蓮干燥樣品而言，游離氨基酸總含量IFD最高(P<0.05)，CFD與新鮮樣品無顯著差異(P>0.05)，AD最低(P<0.05)；鮮味氨基酸含量IFD、CFD均顯著高于新鮮樣品(P<0.05)，AD最低；甜味氨基酸含量IFD、CFD與新鮮樣品無顯著差異(P>0.05)，而AD顯著低于新鮮樣品。在3種干燥過程中榴蓮可溶性糖總含量均呈下降趨勢，新鮮榴蓮經過3種干燥后可溶性糖總量由高到低分別是IFD、CFD、AD、新鮮樣品，差異顯著(P<0.05)。利用主成分分析提取出5種主成分，分別解釋總變異量的41.181%、20.588%、14.561%、9.057%和5.992%，綜合得分IFD樣品相對較高、CFD樣品次之、AD樣品相對較低。通過聚類分析將12種榴蓮樣品分為四類，表明3種不同干燥方法對榴蓮樣品游離氨基酸和可溶性糖風味產生一定差異，與主成分分析結果基本一致。3種干燥方法中，IFD可使得榴蓮干制品獲得較高含量的游離氨基酸和可溶性糖，更有利于形成良好的風味品質，且其本身還具備工藝簡化、設備一體化集成等優勢，是生產高品質榴蓮干燥制品的優選方法。本研究結論可為榴蓮干制產品開發提供一定的理論依據。