熱風與冷凍干燥對五種鮮食甜玉米粒品質的影響

姚連謀，張 怡，喬勇進,4, ，王春芳，劉晨霞，孫大鵬，陳 玨

（1.上海海洋大學食品學院，上海 201306；2.上海市農業科學院農產品保鮮加工研究中心，上海 201403；3.上海農產品保鮮加工工程技術研究中心，上海 201403；4.CIMMYT-中國特用玉米研究中心，上海 201403；5.嘉定區農業技術推廣服務中心，上海 201800）

甜玉米又稱水果玉米，是一種果蔬兼具的作物，籽粒皮薄、香甜、鮮脆、柔嫩，富含可溶性糖、膳食纖維、維生素、類胡蘿卜素、植物糖原等營養物質，其營養物質易被人體吸收，能夠降低膽固醇，改善胃腸道功能，同時具有營養和保健的作用，深受消費者喜愛[1?3]。甜玉米最佳采摘期為乳熟期，一般為授粉后21~25 d[4]，此時玉米含糖量高，品質上乘，而且食用口感和風味俱佳[5?6]。甜玉米水分含量較高，呼吸旺盛，營養物質損耗嚴重，鮮度、嫩度和甜度下降，表皮增厚，口感粗糙，病原微生物滋生，加快甜玉米腐爛變質，嚴重影響甜玉米的食用品質和口感風味[7?8]。鮮食甜玉米水分含量較高，不利于長期貯藏，將甜玉米粒干燥，可以延長甜玉米的食用期限。

目前，常用的干燥方法有熱風干燥、微波干燥、遠紅外線干燥等，但在保持樣品營養物質完整性和理化特性方面存在欠缺[9?10]。真空冷凍干燥技術可有效防止物料理化及生物特性的改變，能最大限度地保持物料的風味及有效成分的穩定性[11?12]。張文婷等[13]研究甘薯不同干燥方式葉片多酚含量變化規律，結果表明凍干樣的葉片多酚含量要高于烘干樣。李勛蘭等[14]對桑果品質研究表明，真空冷凍干燥更利于保持果實營養。不同品種的鐵皮石斛經冷凍干燥和熱風干燥，結果發現冷凍干燥處理后的氨基酸總量高于熱風干燥[15]。烘干和冷凍干燥對軟棗獼猴桃成分研究發現，冷凍干燥對軟棗獼猴桃成分的破壞較小，且能夠較為完全地保留軟棗獼猴桃的一些營養物質[16]。范東翠等[17]研究表明，真空冷凍干燥甜玉米粒表皮光滑，呈現新鮮甜玉米粒色澤，骨架結構完整，內部結構疏松，口感酥脆，硬度適中，口感較佳。周靜宜等[18]研究發現熱風干燥能夠引起玉米粉的熱特性變化。目前對鮮食甜玉米的研究，只是對某一品種的鮮食甜玉米干燥后進行品質評價，對不同品種鮮食甜玉米干燥后的品質綜合分析較少，因此，本研究針對鮮食甜玉米貯藏時間短、選材品種單一等問題進行探究，對鮮食甜玉米開發利用具有重要意義。

本實驗以荊黑甜、白美人、金銀208、美果一號、和粟一號5個品種鮮食甜玉米為實驗材料，研究熱風干燥（HAD）和真空冷凍干燥（VFD）對鮮食甜玉米的營養及感官品質的影響，通過分析比較不同品種的甜玉米粒經干燥后的物性變化，以期為鮮食甜玉米干制品生產加工、食用及品質分析研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料儀器

鮮食甜玉米 由上海市嘉定區農業技術推廣服務中心提供，品種為荊黑甜、白美人、金銀208、美果一號、和粟一號5個品種，鮮食甜玉米采收后盡快進行篩選，2 h內運至實驗室，去除苞葉花絲，清洗修整，挑選外形規整、大小均勻、籽粒飽滿、無機械損傷、無病蟲害、無腐爛和霉變的玉米穗作為研究材料。將各品種玉米脫粒，清洗，瀝干水分，分成均勻的兩份，備用；葡萄糖、苯酚、濃硫酸、考馬斯亮藍、95%乙醇、磷酸、牛血清蛋白 購于國藥集團化學試劑有限公司。

游標卡尺 上海美耐特實業有限公司；H1850R型臺式高速冷凍離心機 長沙高新技術產業湘儀離心機儀器有限公司；WAY-ZT型自動阿貝折射儀上海儀電物理光學儀器有點公司；ME1002E/02型電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；101-2型電熱恒溫鼓風干燥箱 紹興市蘇珀儀器有限公司；MQX200型酶標儀 美國百特儀器有限公司；VWR型恒溫水浴鍋 艾萬拓威達優爾國際貿易（上海）有限公司；TA.XT plus型質構儀 英國SMS公司；CM-5型色差儀 柯盛行（杭州）儀器有限公司；LYOQUEST-55型真空冷凍干燥機 河南兄弟儀器設備有限公司；TM 4000 plus型掃描電子顯微鏡日本Hitachi公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 熱風干燥（HAD） 稱取一定質量的鮮食甜玉米粒，平鋪在干燥箱載料盤上，熱風溫度70 ℃，每隔3 h測定玉米粒含水量，干燥至玉米粒最終水分含量在5%以下，裝袋，避光陰涼處貯藏備用。將部分干燥玉米粒粉碎，過篩待用。

1.2.2 真空冷凍干燥（VFD） 稱取一定質量的鮮食甜玉米粒，置于?70 ℃冰箱中預凍12 h，放入真空冷凍干燥機中，冷阱溫度降到?50 ℃，真空度設置為50 Pa，每隔6 h測定玉米粒含水量，冷凍干燥至玉米粒最終水分含量在5%以下，裝袋，避光陰涼處貯藏備用。將部分干燥玉米粒粉碎，過篩待用。

1.2.3 生長指標測定 隨機選取不同品種鮮食甜玉米棒各20個，分別測定穗長、穗粗和穗重。將去完苞衣的玉米穗整齊擺放，使用游標卡尺從底部量到頂端，測量穗長，選玉米穗中間部位測量穗粗，將單個玉米穗放在電子天平上測量重量。

1.2.4 水分含量測定 按照GB 5009.3-2016方法測定[19]，稱取一定質量的樣品放入稱量瓶中，置于103±2 ℃干燥箱中，干燥至恒重后取出，計算水分含量，按此方法測量三次取平均值。

1.2.5 可溶性糖含量測定 采用苯酚-硫酸比色法，參照楊飛等[20]的方法并作修改，葡萄糖為標準樣品繪制標準曲線。鮮樣測定：稱取一定質量的鮮食甜玉米勻漿，于25 ℃、5000 r/min離心15 min，收集上清液備用。準確量取1 mL上清液定容至100 mL，準確量取0.5 mL稀釋液體，加蒸餾水補至2 mL，加入1 mL 5%的苯酚溶液及5 mL濃硫酸，搖勻冷卻，測定其吸光值，按此方法測量三次取平均值。干樣測定：稱取1 g玉米粉末置于試管中，加入5~10 mL蒸餾水，40 ℃浸泡提取2 h，移入離心管中，于25 ℃、5000 r/min條件下離心15 min，收集上清液定容至100 mL。準確量取0.5 mL稀釋液體，補加蒸餾水至2 mL，加入1 mL 5%的苯酚溶液及5 mL濃硫酸，搖勻冷卻，測定其吸光值，按此方法測量三次取平均值。

1.2.6 可溶性蛋白質測定 采用考馬斯亮藍比色法[21]，牛血清蛋白為標準樣品繪制標準曲線。鮮樣測定：稱取一定質量的鮮食甜玉米勻漿，于25 ℃、5000 r/min離心15 min，收集上清液備用。準確量取1 mL上清液定容至100 mL，準確量取0.5 mL稀釋液體，加蒸餾水補至1 mL，加入5 mL考馬斯亮藍溶液，搖勻，靜置2 min，測定其吸光值，按此方法測量三次取平均值。干樣測定：稱取1 g玉米粉末置于試管中，加入5~10 mL蒸餾水，40 ℃浸泡提取2 h，移入離心管中，于25 ℃、5000 r/min條件下離心15 min，收集上清液定容至100 mL。準確量取0.5 mL稀釋的液體，補加蒸餾水至1 mL，加入5 mL考馬斯亮藍溶液，搖勻，靜置2 min，測定其吸光值，按此方法測量三次取平均值。

1.2.7 可溶性固形物測定 參照Liu等[22]的方法并作修改，稱取一定質量的鮮食甜玉米勻漿，于25 ℃、5000 r/min離心15 min，收集上清液備用，采用自動阿貝折射儀測定各樣品的可溶性固形物。

1.2.8 硬度和脆性測定 物性測定儀進行硬度和脆性測定，參照周鳴謙等[23]的方法并作改進，選用A/MORS探頭進行測試，測定條件為：測前速率1 mm/s；測試速率2 mm/s；測后速率為10 mm/s；壓縮距離為1.5 mm；觸發值10 g。硬度值等于曲線中力的峰值，即樣品破裂所需要的最大力，數值越大，表明產品越硬。脆度值為曲線中應力達到峰值時橫坐標值，即樣品斷裂所需要的時間，值越小，表明產品越脆[24]。

1.2.9 色澤測定 參照Rajkumar等[25]的方法并改進，將新鮮玉米打漿，將干樣打粉過篩，稱取適量的樣品與比色杯中，采用色差儀測定其L*（ 亮度），a*（紅色度），b*（ 黃色度）。ΔE表示所測物體的L*、a*、b*值與新鮮樣品之間色差值，按下式計算。

式中：L、a、b為新鮮玉米的測定值；L*、a*、b*為樣品的測定值。

1.2.10 復水比測定 參照許晴晴等[26]的方法并作修改，稱取5組樣品，每組2 g，置于30 ℃恒溫水浴鍋中浸泡，浸泡時間為5、10、15、20、25 min，用濾紙吸干樣品至表面基本無水，取出稱質量，按此方法測量三次取平均值。復水比按下式計算。

式中：RR—復水比，%；M1—玉米粒干燥前質量，g；M2—復水后樣品質量，g。

1.2.11 微觀結構 參照張海偉等[27]的方法并作修改，將鮮食甜玉米粒干樣切成2 mm×2 mm×2 mm小片，固定在樣品臺上，以中心點為觀察點，鍍膜后觀察，加速電壓：5.0 kV，樣品放大倍數：100和200倍，采集圖像。

1.3 數據處理

用Excel 2016進行數據整理與分析；Origin Pro 8.5 繪制相關數據圖形。SPSS Statistics 20進行差異性分析，顯著性的評估通過Duncan的多范圍測試確定，P<0.05時差異顯著。

2 結果與分析

2.1 新鮮甜玉米生長情況及營養成分含量

穗長、穗粗和穗重代表該品種玉米品質外觀，糖、蛋白質、可溶性固形物代表該品種玉米的營養品質，單個玉米穗越長越粗越重，營養指標含量越高，該品種玉米品質越好[28]。由表1可知，荊黑甜、金銀208與白美人、美果一號、和粟一號玉米穗長有顯著的差異性（P<0.05），美果一號穗有4.73 cm，與其他四個品種之間存在顯著的差異（P<0.05），五個品種玉米的單穗重大小順序為：美果一號>和粟一號>白美人>荊黑甜>金銀208，從外觀品質來看，美果一號與和粟一號都是細長型的，外觀比較好，白美人次之，荊黑甜與金銀208是粗短型的。白美人的水分含量與可溶性糖含量都是最高的，而可溶性蛋白含量最低，金銀208與美果一號可溶性糖和可溶性蛋白含量相差不大，荊黑甜的可溶性蛋白含量最高，五個品種甜玉米可溶性固形物有顯著的差異性（P<0.05），按從大到小順序為荊黑甜>白美人>和粟一號>金銀208>美果一號。

表1 新鮮甜玉米生長情況及營養成分含量Table 1 Growth and nutrient content of fresh sweet corn

2.2 干燥方式對鮮食甜玉米水分含量與可溶性蛋白的影響

由表2可知，熱風干燥和冷凍干燥都可以將玉米粒中的水分降至5%以下，真空冷凍干燥可以去除更多的水分，冰晶在由內到外滲透升華時，可增加鮮食甜玉米粒的內部空隙，增加組織的綿軟性，可降低樣品的硬度上升，保持新鮮樣品較多的特征，熱風干燥后期玉米粒表皮變硬，水分滲透較慢，部分結合水很難去除，保留了部分結合水，所以干燥后的樣品水分含量較多。真空冷凍干燥后的玉米粒顆粒完整，不要擠壓樣品，防止干制品外形變化，且內部空隙較多，增加與外部空氣的接觸，要在干燥陰涼處保藏，防止吸潮回軟。熱風干燥后的玉米粒表皮較硬，減少水分吸附，干制品不易回軟。VFD能夠減少可溶性蛋白的損失，由表2可知，熱風干燥的干燥溫度較高，干燥時間較長，破壞蛋白質的結構，降低了可溶性蛋白含量，真空冷凍干燥由于在低溫條件下，可減少蛋白質結構的改變，且水分含量的減少，單位質量樣品中的蛋白質含量有所增加，這于康志敏等[29]研究一致。綜上所述，HAD會破壞鮮食甜玉米粒可溶性糖、可溶性蛋白等營養成分，VFD鮮食玉米粒能夠保留更多的營養成分。

表2 干燥方式對鮮食甜玉米水分含量與可溶性蛋白的影響Table 2 Effect of drying methods on moisture content and soluble protein of fresh sweet corn

2.3 干燥方式對鮮食甜玉米硬度和脆性的影響

不同干燥方式對鮮食甜玉米粒的硬度和脆性影響較大。由圖1可知，HAD樣品硬度較大，脆性較差，而VFD樣品硬度和脆性更接近新鮮樣品，相對較好。不同品種新鮮甜玉米硬度之間存在顯著的差異性（P<0.05）。HAD樣品的硬度顯著高于鮮樣和VFD樣品（P<0.05），由于HAD過程中組織收縮，造成孔隙度降低、結構變硬，而VFD過程中冰晶在真空狀態下直接升華形成較多孔隙，組織較軟[30]。HAD及VFD荊黑甜、金銀208、美果一號3個品種的硬度與新鮮樣品存在顯著性差異（P<0.05）。不同品種甜玉米鮮樣之間、干樣之間，脆性都沒有顯著性差異（P>0.05），相同品種的HAD樣品脆性要顯著低于鮮樣和VFD樣品（P<0.05）。熱風干燥金銀208硬度為2686.909 g/s，脆性為0.553 mm，熱風干燥荊黑甜的硬度為2556.050 g/s，脆性為0.668 mm，這兩個鮮食甜玉米熱風干燥產品硬度都比較大，脆性也比較大，口感比較硬，不適合用于熱風干燥，另外三種的鮮食甜玉米熱風干燥產品硬度相對較小，但各品種甜玉米粒干制品都沒有新鮮甜玉米粒的口感，真空冷凍干燥各品種的鮮食甜玉米產品硬度和脆性與新鮮玉米粒的硬度和脆性相差不大，且能夠保持新鮮甜玉米粒相似的口感，但比新鮮甜玉米粒較綿軟。綜上所述，鮮食甜玉米VFD后硬度和脆性變化較小，HAD后硬度和脆性變化較大。

圖1 干燥方式對鮮食甜玉米硬度和脆性的影響Fig.1 Effect of drying methods on hardness and frangibility of fresh sweet corn

2.4 干燥方式對鮮食甜玉米色澤的影響

不同的干燥方式可以改變干制品的色澤，而影響干制品的品質。鮮食甜玉米粒干燥中存在酶促褐變和非酶促褐變，而非酶促褐變則比較難以控制[24]，由表3可知，熱風干燥鮮食甜玉米粒L*改變顯著（P<0.05），不同品種之間的亮度變化也比較明顯，熱風干燥荊黑甜、白美人、金銀208、美果一號、和粟一號與新鮮樣品相比，亮度分別減少了41.44、41.86、49.00、21.62、30.95，金銀208亮度減少較為嚴重，冷凍干燥鮮食甜玉米粒L*與新鮮樣品相比，亮度分別增加了5.16、6.43、0.53、4.55、4.35，金銀208亮度增加的最少，熱風干燥使鮮食甜玉米粒表皮發暗，沒有光澤，與新鮮玉米粒存在顯著差異（P<0.05），冷凍干燥能夠保持干制品的亮度且能夠適當增加干燥玉米粒的亮度，荊黑甜、白美人、和粟一號與新鮮樣品之間存在顯著差異（P<0.05）。熱風干燥鮮食甜玉米粒a*改變較為明顯（P<0.05），不同品種鮮食甜玉米粒的a*都有不同趨勢的增加，而真空冷凍干燥鮮食甜玉米粒a*與新鮮樣品相比，除美果一號外，其他變化都不顯著（P>0.05）。熱風干燥與真空冷凍干燥鮮食甜玉米粒b*變化都沒有太大的變化。當ΔE>2時，樣品的色澤即可發生可見的變化。由表2可知，兩種干燥方式得到的鮮食甜玉米粒ΔE都有不同程度的增加，VFD的ΔE增加值要遠小于HAD。HAD不同品種鮮食甜玉米粒ΔE差異顯著（P<0.05），而VFD的ΔE差異不顯著（P>0.05），表明VFD對鮮食玉米粒的色差影響較小，HAD明顯的改變了新鮮樣品的色澤，VFD能夠較好地保持樣品原有的色澤。

表3 干燥方式對鮮食甜玉米色澤的影響（n=3）Table 3 Effect of drying methods on color of fresh sweet corn (n=3)

2.5 干燥方式對鮮食甜玉米粒復水性的影響

不同干燥方式對鮮食甜玉米的復水性有明顯的影響。隨著復水時間的延長，干制品的復水比都有不同程度的增加。復水性與產品的容重、孔隙率和比體積密切相關，干燥過程中形成的空隙越多越大產品的復水性越好，但由于淀粉吸水溶脹，導致結構崩潰，使得復水后玉米粒沒有新鮮玉米粒的質感[31]。HAD樣品表皮堅硬，結構緊密，復水性較差，VFD樣品表皮疏松，內部空隙較多，復水性較好。VFD樣品的復水性明顯優于HAD樣品（P<0.05）。由圖2可知，HAD的5個鮮食甜玉米品種中，美果一號的復水性較好，金銀208的復水性較差，各品種之間的復水性差別不大。VFD的5個鮮食甜玉米品種復水性有明顯的區別（P<0.05），復水25 min，荊黑甜、白美人、金銀208、美果一號、和粟一號的復水比分別是146.25%、135.20%、129.15%、176.24%、178.92%，由圖3可知，VFD和粟一號甜玉米粒有較多的網狀結構，且細胞壁薄而挺立，VFD金銀208甜玉米粒網狀結構較少且細胞壁有點坍塌。

圖2 干燥方式對鮮食甜玉米粒復水比的影響Fig.2 Effect of drying methods on rehydration ratio of fresh sweet corn kernels

2.6 干燥方式對鮮食甜玉米粒微觀結構的影響

不同的干燥方式對鮮食甜玉米粒的內部結構有很大的影響。圖3是兩種干燥方式下鮮食甜玉米粒樣品截面的微觀結構圖，放大倍數為100倍和200倍。由圖3可知，HAD樣品截面結構層疊緊密，細胞壁坍塌嚴重，VFD樣品截面呈多孔性的蜂窩狀網狀結構，微孔分布大小相似且均勻，可知細胞結構受到破壞較小，這與劉含龍等[32]研究一致。HAD荊黑甜結構緊密，沒有任何空隙（圖3A），HAD白美人有較多的空隙，但存在較大的團裝結構（圖3B），HAD金銀208存在較小裂縫（圖3C），HAD美果一號裂縫較大（圖3D），HAD和粟一號裂縫較少（圖3E），HAD鮮食甜玉米粒表面會產生皺縮，表皮變硬，復水性較差（圖2）。VFD鮮食甜玉米粒各樣品之間微結構沒有明顯的差異，空隙較多且分布均勻，表皮酥松，復水性較好（圖2）。

3 結論與討論

VFD甜玉米粒干制品水分含量低于HAD樣品，便于保存；可溶性蛋白高于HAD樣品，營養物質損失較少；硬度低于HAD樣品，口感較好，脆性低于HAD樣品，組織綿軟，口感細膩；色澤優于HAD樣品，視覺效果較好；復水性遠遠優于HAD樣品，干制品吸水性較強；VFD甜玉米粒干制品截面呈多孔性的蜂窩狀網狀結構，微孔分布均勻，HAD樣品截面結構層疊緊密，細胞壁坍塌嚴重。VFD甜玉米粒干制品硬度、脆性與色差與新鮮甜玉米比較接近，且內部空隙較多，品質較好。VFD可作為開發鮮食甜玉米產品的加工方式。VFD甜玉米粒不僅保證了產品的感官品質和營養品質，且復水后的甜玉米粒無論外觀形態及口味都與新鮮甜玉米粒沒有太大差異，同時便于貯運。不同品種鮮食甜玉米粒VFD后存在差異性，適合VFD的甜玉米品種的先后順序為荊黑甜、和粟一號、白美人、美果一號、金銀208。綜合來看，荊黑甜、和粟一號較適合VFD，美果一號、金銀208較適合HAD。