干燥處理對圣女果抗氧化性能和微觀結構的影響

展宗冰 ，宋娟，康三江，張海燕，張芳

1. 甘肅省農學會（蘭州 730030）；2. 甘肅省農業科學院（蘭州 730070）；3. 甘肅省農業科學院農產品貯藏加工研究所（蘭州 730070）

圣女果（Lycopersivon esculentumMill），又名櫻桃番茄、小西紅柿，外型美觀、酸甜可口，具有抗壞血酸、煙酸、番茄堿、谷胱甘肽和礦物質等功能性成分，具有防癌、抗癌、抗老等多種保健作用，是聯合國推廣的“四大水果”之一[1]。隨著果蔬干燥技術迅速崛起，“非油炸”圣女果具有口感酥脆、營養豐富、風味獨特、綠色天然無公害、方便攜帶、貨架期長等特點，被廣泛應用在旅游、地質和邊防等部門的方便食品、快餐食品和家庭調味品中。常見的圣女果干燥方法一般包括熱風干燥、微波干燥、真空干燥等。

目前，諸多研究主要集中在比較多種干燥處理對圣女果理化性質的影響。徐鑫等[2]研究發現，60 ℃熱風干燥的櫻桃番茄營養物質保留較好，優于微波干燥和真空干燥；Gümü?ay等[3]和Rizzo等[4]研究發現日曬干燥、烘箱干燥、真空干燥和冷凍干燥使番茄的硫醇、總酚、抗壞血酸和銅離子還原能力均顯著降低，其中冷凍干燥番茄的抗氧化性能最好。溫建榮[5]研究發現，與真空冷凍和熱風干燥相比，微波真空干燥VC的保留率為82%，番茄紅素的保留率為65.2%，SOD為631.37 U/g，是櫻桃番茄最適宜的脫水方法。Das Purkayastha等[6]研究發現50 ℃和60 ℃熱風干燥番茄切片的總糖、番茄紅素、糖酸比、L值和a值均較高，其中50 ℃干燥樣品的抗壞血酸、糖酸比和紅色色調保持最佳，而更高溫度（65 ℃和70 ℃）干燥樣品的營養物質和顏色明顯下降。Tan等[7]研究表明冷凍干燥對番茄切片的物理結構和多酚含量的保持效果較好，熱風干燥對番茄紅素的保留效果較好，而2種干燥處理對其抗氧化活性無顯著差異。Shi等[8]研究發現熱風干燥的加熱過程中番茄紅素可以異構化為單或多順式，氧化后番茄紅素分子分裂，使番茄紅素失去顏色和異味。然而，針對不同干燥處理對圣女果的抗氧化性能和微觀結構的影響，國內外尚缺乏系統的研究報道。

試驗以新鮮的圣女果為試材，采用熱風干燥、太陽能干燥和真空冷凍干燥，以抗氧化性能作為檢測指標，通過掃描電鏡（SEM）分析不同干燥處理圣女果的組織結構變化規律，系統研究3種干燥處理對圣女果抗氧化性能和微觀結構的影響，探討適合圣女果營養保持的干燥方法，為高品質圣女果的工業生產提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

圣女果“千禧”，產自甘肅劉家峽，挑選紅色圓形、無病蟲害的鮮樣，去蒂切分，預處理后進行不同干燥處理制備樣品，試驗每組樣品量1 000 g，每組3次平行。

食品級碳酸氫鈉（河南華悅化工產品有限公司）；乙醇、鹽酸、醋酸、氯化鋁、硫酸亞鐵、氫氧化鈉、碳酸鈉、水楊酸、六水氯化鐵、過氧化氫（天津市富宇精細化工有限公司）；Trolox、2，6-二氯靛酚、TPTZ（美國Sigma生物科技有限公司）。

1.2 試驗儀器與設備

DHG-9145A型電熱干燥箱（上海恒一科學儀器有限公司）；太陽能干燥設備（自行研發）；Scientz-10ND原位普通型真空冷凍干燥機（寧波新芝生物科技股份有限公司）；SC69-02C型水分測定儀（上海精密科學儀器有限公司）；CR-400型色差計（日本柯尼卡公司）；UV2400紫外可見分光光度計（上海舜宇恒平科學儀器）；TGL-16LM冷凍離心機（湖南星科科學儀器有限公司）；BL-2200H電子天平（日本島津公司）；JSM-6701F冷場發射型掃描電鏡（日本電子光學公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

原料→分選→清洗→切分→熱燙處理→0.2%碳酸氫鈉溶液護色→冷卻瀝水→熱風/太陽能/真空冷凍干燥→樣品

1.3.2 干燥條件

1.3.2.1 熱風干燥

烘箱溫度設定50 ℃，水分每隔30 min測定1次，使物料干基水分低于8%。

1.3.2.2 太陽能干燥

在自建的太陽能干燥車間進行晝夜連續干燥，溫度20～50 ℃，風速1 m/s，水分每隔30 min測定1次，使物料干基水分低于8%。

1.3.2.3 真空冷凍干燥

采用Scientz-10ND原位普通型真空冷凍干燥機，冷阱溫度-60.8～-59.3 ℃，真空度1.0 Pa，使物料干基水分低于8%。

1.3.3 測定方法

1.3.3.1 色澤的測定

參考黃娟等[9]的方法，檢測樣品L*、a*和b*，平行測定5次。按式（1）計算色差ΔE值

式中：L*、a*和b*為干燥樣品的色澤值；L0、a0和b0為鮮樣色澤值。

1.3.3.2 抗壞血酸保留率的測定[10]

稱取2 g鮮樣或1 g干制品，用5 mL 2%草酸溶液研磨，定容25 mL，離心（4 ℃、10 000 r/min、15 min），吸20 mL上清液，用2，6-二氯靛酚溶液滴定至不退色。通過公式（2）計算抗壞血酸保留率。

1.3.3.3 總抗氧化能力的測定[11]

吸取20 μL稀釋后的提取液（120 mg/L）、1 mL去離子水和1.8 mL FRAP溶液，于37 ℃孵化10 min，檢測593 nm處的吸光度，重復3次；以Trolox為標樣制作標曲計算。

1.3.3.4 羥自由基清除率的測定[12]

吸取1.5 mL樣液、1 mL硫酸亞鐵、1 mL水楊酸-乙醇溶液、1 mL H2O2和10.5 mL蒸餾水，于37 ℃水浴30 min，測定510 nm處的吸光度。通過公式（3）計算羥自由基清除率。

式中：Ax為加樣品的吸光度；A0為空白組的吸光度；Ax0為不加H2O2的吸光度。

1.3.3.5 超氧陰離子清除率的檢測[13]

吸取4.5 mL Tris-HCl緩沖液和4.2 mL蒸餾水，于25 ℃水浴20 min后，加入0.3 mL鄰苯三酚，混勻，每隔30 s，測定325 nm處的吸光度。通過公式（4）計算超氧陰離子清除率。

式中：A0為鄰苯三酚的自氧化速率；A為加入總酚樣液后鄰苯三酚的氧化速率。

1.3.3.6 微觀結構

采用掃描電子顯微鏡觀察不同干燥處理圣女果的組織形態（×200倍）。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 19.0軟件進行統計分析，以及Origin 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 干燥處理對圣女果理化品質的影響

2.1.1 干燥處理對圣女果色澤的影響

從圖1可以看出，真空冷凍干燥與熱風干燥和太陽能干燥的樣品間色澤值差異顯著（p＜0.05），而熱風干燥與太陽能干燥處理的樣品間色澤值差異不顯著（p＞0.05）。其中，真空冷凍干燥的圣女果的色澤L*值最高為52.53±0.37，a*值最高為30.78±0.52，b*值最高為18.27±0.29，ΔE值最高為21.89±0.48，表明了其色澤變淺，顏色偏向橙黃，而經熱風干燥和太陽能干燥的圣女果L*、a*、b*、ΔE明顯低于真空冷凍干燥的樣品，ΔE最低為9.16±0.69，表明了其色澤呈紅褐色，與新鮮圣女果的色澤最為接近。這可能是因為熱風干燥和太陽能干燥后圣女果表面的蠟質層更加致密，色澤鮮紅，而真空冷凍干燥在真空和低溫條件下冰晶增大了蠟質層的通透性，樣品色澤更接近果肉的橙黃[14]。

圖1 干燥處理對圣女果色澤的影響

2.1.2 干燥處理對圣女果抗壞血酸保留率的影響

從圖2可以看出，真空冷凍干燥與太陽能干燥、熱風干燥樣品的抗壞血酸保留率差異顯著（p＜0.05），而熱風干燥與太陽能干燥樣品的抗壞血酸保留率差異不顯著（p＞0.05）。真空冷凍干燥的圣女果的抗壞血酸保留率最高為85.10%±0.44%，熱風干燥圣女果的類胡蘿卜素保留率次之，為54.50%±0.73%，太陽能干燥的圣女果類胡蘿卜素保留率最低，為52.67%± 0.58%。這可能是原料在真空條件下組織間的氣體被排出，減少抗壞血酸與氧氣接觸的機會，降低抗壞血酸損失，提高抗壞血酸保留率，而熱風干燥和太陽能干燥的原料在高溫中暴露的時間越長，加速氧化作用，導致抗壞血酸損失越多，使得抗壞血酸保留率越低。結果表明，真空冷凍干燥對圣女果的抗壞血酸保留效果最好。

圖2 干燥處理對圣女果抗壞血酸保留率的影響

2.2 干燥處理對圣女果抗氧化性能的影響

2.2.1 干燥處理對圣女果總抗氧化能力的影響

由圖3可知，相對于鮮樣，不同干燥處理均會使圣女果的總抗氧化能力顯著降低（p＜0.05）。3種干燥處理對圣女果的總抗氧化能力由大到小為真空冷凍干燥（18.11±0.74）＞熱風干燥（13.20±0.82）＞太陽能干燥（12.01±0.45）。與鮮樣相比，經熱風干燥、太陽能干燥和真空冷凍干燥處理樣品的總抗氧化能力分別損失了46.39%，51.27%和26.46%，且真空冷凍干燥與太陽能干燥處理樣品的總抗氧化能力差異顯著（p＜0.05）。這可能是因為真空冷凍干燥是在真空和低溫條件減緩了氧化反應，使得總抗氧化能力損失較小；而熱風干燥和太陽能干燥過程中高溫使得原料中黃酮、多酚等熱敏性物質損失比較嚴重，降低樣品的總抗氧化能力[15]。

圖3 干燥處理對圣女果總抗氧化能力的影響

2.2.2 干燥處理對圣女果羥自由基清除率的影響

由圖4可知，相對于鮮樣，不同干燥處理均會使圣女果的羥自由基清除率顯著降低（p＜0.05）。3種干燥處理羥自由基清除率由大到小為真空冷凍干燥（7.66±0.67）＞熱風干燥（2.69±0.50）＞太陽能干燥（1.67±0.42）。與鮮樣相比，不同干燥處理樣品的羥自由基清除率分別損失了42.35%，46.27%和15.58%。其中，真空冷凍干燥與熱風和太陽能干燥樣品的羥自由基清除率差異顯著（p＜0.05）。這可能是因為在真空和低溫條件下氧化反應減緩，使得羥自由基清除率損失較小；而熱風干燥和太陽能干燥由于高溫促進了抗氧化物質的降解，在一定程度上降低了羥自由基清除率[16]。

圖4 干燥處理對圣女果羥自由基清除率的影響

2.2.3 干燥處理對圣女果超氧陰離子清除率的影響

由圖5可知，相對于鮮樣，不同干燥處理均會使圣女果的超氧陰離子清除率顯著降低（p＜0.05）。3種干燥處理的超氧陰離子清除率由大到小為真空冷凍干燥（76.01±0.56）＞熱風干燥（49.33±0.75）＞太陽能干燥（45.31±0.63）。與鮮樣相比，3種干燥處理樣品的超氧陰離子清除率分別損失了7.84%，8.96%和3.73%。其中，真空冷凍干燥和熱風干燥、太陽能干燥處理樣品的超氧陰離子清除率差異顯著（p＜ 0.05）。這可能是由于真空冷凍干燥隔絕氧氣，減少氧化反應，使得超氧陰離子清除率損失較小；熱風干燥與太陽能干燥由于高溫促進抗氧化物質的降解，在一定程度上降低了超氧陰離子清除率[17]。

圖5 干燥處理對圣女果超氧陰離子清除率的影響

2.3 干燥處理對圣女果微觀結構的影響

由圖6可知，不同干燥處理對圣女果細胞結構（×200倍）的影響較大。新鮮圣女果組織中的細胞結構緊密排列，而經過不同干燥處理的圣女果組織逐漸出現明顯的結構形變。其中，經過熱風干燥和太陽能干燥的圣女果細胞和細胞壁出現不同程度的折疊，整體結構塌陷，使得干制品結構更加緊密，導致產品酥脆口感不強，但硬度較好；然而，圣女果在真空和低溫條件下，引起圣女果緊密排列的原有細胞結構雖然有一定程度的破裂與收縮，但是整體結構飽滿，組織內部形成蓬松飽滿的多孔構造，樣品的酥脆口感更佳[18]。

圖6 干燥處理對圣女果微觀結構的影響

3 結論

與新鮮圣女果相比，經過熱風干燥、太陽能干燥和真空冷凍干燥處理樣品的色澤、抗壞血酸以及抗氧化性能均有所下降。結果表明：經過真空冷凍干燥的樣品色澤變淺，偏向橙黃，偏離原色，而經過熱風干燥和太陽能干燥樣品接近原色；真空冷凍干燥對樣品的抗壞血酸保留率最佳；3種干燥處理對圣女果抗氧化性能的影響顯著，其中，經過真空冷凍干燥樣品的抗氧化活性最高，經過熱風干燥和太陽能干燥樣品的抗氧化活性較低；經過真空冷凍干燥圣女果的細胞呈多孔的海綿狀結構，收縮現象明顯較小，樣品酥脆口感更佳，是較適于酥脆口感的圣女果產品生產的一種干燥方式。但是，這種干燥方式的設備成本高，能耗高。如何處理產品的品質和成本之間的關系成為干燥產業的一大難題，因此，真空冷凍聯合干燥是后續研究的關鍵技術，以期為圣女果的精深加工及高品質產品的開發提供科學依據。