5種干制方式對大果沙棘干燥特性及品質的影響

林 萍，姚娜娜，車鳳斌，馬 燕,4，張 婷,,4,

（1.新疆農業科學院農產品貯藏加工研究所，新疆烏魯木齊 830091；2.新疆農業大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊 830052；3.新疆沙棘工程技術研究中心，新疆烏魯木齊 830091；4.新疆主要農副產品精深加工工程技術研究中心，新疆烏魯木齊 830091）

沙棘（Hippophae rhamnoidesL.），胡頹子科沙棘屬灌木植物，有7個種11個亞種。我國沙棘總面積約4000萬畝，占世界沙棘的90%以上[1]。沙棘含有428種營養功能成分，在植物界實屬罕見，是大健康產業的一匹黑馬，對人體至少具有16種以上的治療和保健作用[2-3]。大果沙棘是前蘇聯通過雜交等技術手段篩選的沙棘優良品種，因其具有果實大、產量高、少刺、易采收等特點，已在新疆、黑龍江等地廣泛栽培，據統計，我國大果沙棘種植面積約150萬畝，其中新疆種植面積約40萬畝，主要分布在阿勒泰、烏什、和田等地，已成為當地精準脫貧和鄉村振興的新興產業之一[4]。然而，由于大果沙棘屬于漿果類，果實具有質地柔軟，多汁易損、易腐等特點，生產中大多根據實際條件和生產經驗，以自然曬干、自然陰干、熱風干燥、熱泵干燥和真空冷凍干燥等方式對其進行干制加工，產品品質不一。近年來，張慶鋼等[5]、余善鳴等[6]、田甜等[7]對沙棘果實的冷凍干燥工藝進行了研究，Araya-Farias等[8]和Kyriakopoulou等[9]也分析了太陽能干燥和熱風干燥方式對沙棘果實干燥特性和品質的影響，以上研究僅獲得了某單一干制方式的干燥工藝或參數，未見幾種干制方式系統報道，尤其是以上干制方式對大果沙棘干燥特性和品質的影響還不清楚。因此，本研究以新疆阿勒泰大果沙棘為試材，采用自然陰干（NSD）、自然曬干（ND）、熱風干燥（HAD）、熱泵干燥（HPD）及真空冷凍干燥（VFD）5種干制方式，在生產調研及預實驗基礎上，設置不同干制方式工藝/試驗參數，對比分析上述5種干制方式對大果沙棘干燥特性及品質的影響，以期篩選出適于我區大果沙棘加工的干制方式，為生產中大果沙棘干燥技術應用與推廣提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮的阿勒泰大果沙棘 于2019年8月15日采摘自新疆阿勒泰地區哈巴河闊斯喀巴特試驗示范區。試驗樹齡為5年，長勢較好。帶果枝采摘，采摘時果實平均水分質量分數為80.69%±0.41%，可滴定酸含量為8.02%，維生素C含量為668.19 mg/100 g，總黃酮含量9.17 mg RE/g，總酚含量為30.32 mg/g。冷庫預冷后當天運回新疆農業科學院農產品貯藏加工研究所實驗室，選取大小均勻（濾網篩取，要求果長15.00±1.00 mm，果寬9.00±1.00 mm）、成熟飽滿、無機械損傷、無病蟲害的果實于4 ℃冷庫預冷，待用。蘆丁 德國LGC勞務有限公司；沒食子酸 美國Sigma公司；無水碳酸鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉、福林酚、碳酸氫鈉、草酸、抗壞血酸、2,6-二氯酚靛酚鈉 天津市福晨化學試劑廠。

101-2ES電熱鼓風干燥箱 北京市永光明醫療儀器有限公司；WHR-100TB1閉環除濕熱泵干燥機廣東威爾信實業有限公司；LGJ-25C真空冷凍干燥機 北京四環科學儀器廠有限公司；GL-20 G-1高速冷凍離心機 上海安亭科學儀器廠；YS 6060臺式分光測色儀 深圳市三恩時科技有限公司；UV-2600紫外可見分光光度計 日本島津公司；KQ3200DE數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；WB-2002恒溫水浴鍋 鄭州長城科工貿有限公司；AP-01P真空泵 天津市津南八里臺微電子園區；UPw-UP-20超純水儀 成都大莘寧科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 干燥條件 挑選后的大果沙棘果實用蒸餾水浸泡清洗干凈，盡快瀝干，準確稱取5 kg樣品，分別采用自然曬干、自然陰干、熱風干燥、熱泵干燥和真空冷凍干燥5種干制方式對其進行干燥，按照每隔8 h稱重，至濕基含水率在13%時，結束干燥。試驗工藝參數在生產調研基礎上，結合相關文獻[5-9]和前期預實驗結果進行設置，具體見表1。

表1 5種大果沙棘干制方式及工藝參數設置Table 1 Process parameter setting table of the five different drying methods of Hippophae rhamnoides

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 干燥率 一定時間內干燥樣品質量與樣品總質量之間的比值：

1.2.2.2 干燥曲線 水分比（moisture ratio，MR）表示物料水分剩余率。參考姚娜娜等[10]方法進行測定。具體計算公式如下：

式中：M0表示大果沙棘初始干基含水率，單位為g/g；Me表示大果沙棘干燥平衡時干基含水率，單位為g/g；Mt表示大果沙棘在干燥t時刻的干基含水率，單位為g/g。由于Me遠小于M0和Mt，故公式可簡化為：

干燥速率（drying rate，DR）表示物料的脫水速度的快慢，單位為g/（g·h）。其計算公式：

式中：Mt1和Mt2分別表示干燥時間t1和t2時大果沙棘的干基含水率，單位為g/g。

1.2.2.3 色澤的測定 采用臺式分光測色儀進行測定[11]，指標包括L*值（明亮度）、a*值（紅/綠色）、b*值（黃/藍色），計算物料色澤差別程度的總色差△E、色澤飽和程度C和色調角h°，分別按下面公式計算：

式中：L*、L0*值分別為干制樣品和鮮樣的明亮度；a*、a0*值分別是干制樣品和鮮樣的紅綠度；b*、b0*值分別是干制樣品和鮮樣的黃藍度；ΔE為總色差值。

1.2.2.4 褐變度 參照李曉麗等[12]的方法，略作修改。取2.0 g大果沙棘，加入20 mL蒸餾水，研磨勻漿后，放入離心機并在4 ℃下10000 r/min離心30 min，褐變度的表示以上清液在420 nm波長處的吸光度表示，數值以干基計。

1.2.2.5 維生素C 參照陳思奇等[13]方法進行測定，VC含量以干基表示，單位為mg/100 g DW。

1.2.2.6 總黃酮 參考姚娜娜等[10]方法進行測定。黃酮的提取：準確稱取1.00 g沙棘，按照料液比1:20加入20 mL的70%乙醇溶液，在溫度為50 ℃、功率為150 W條件下超聲提取40 min。用0.45 μm有機系濾膜抽濾得到提取液，用70%乙醇定容至25 mL，取1 mL提取液用于測定。按照公式（8）計算：

式中：x為測得總黃酮質量濃度，mg/mL；V為提取液體積，mL；n為稀釋倍數；m為樣品質量，g。

1.2.2.7 總酚的測定 總酚的提取方法與黃酮相同，提取后取1 mL，參考姚娜娜等[10]方法進行測定。按照公式（9）計算：

式中：x為測得總酚質量濃度，mg/mL；V為提取液體積，mL；n為稀釋倍數；m為樣品質量，g。

1.3 數據處理

采用Excel 2010軟件和SPSS 20.0軟件進行數據處理，采用Duncan’s進行多重比較檢驗，用SigmaPlot 12.5軟件繪制試驗圖。

2 結果與分析

2.1 5種干制方式對大果沙棘干燥時間、含水率及干燥率的影響

由表2可以看出，5種干燥方式對大果沙棘的干燥時間有顯著的影響（P＜0.05），至大果沙棘果干濕基含水率達到13%時，自然陰干大果沙棘所需干燥時間最長，為1176 h，自然曬干時間次之，為368 h，熱風干燥時間最短，為118 h，熱泵干燥時間為124 h，真空冷凍干燥時間為120 h，可以看出，自然陰干、自然曬干、熱風干燥和熱泵干燥可在不同時間內使大果沙棘的干燥率達到100%，其中熱風干燥和熱泵干燥時間顯著低于自然陰干和自然曬干（P＜0.05），前兩者干燥時間相差6 h；然而，預實驗和試驗結果均反映出真空冷凍干制大果沙棘干燥率較低，干燥120 h后，干燥率僅為27.67%，繼續干燥，其干燥率基本保持不變，這可能與干燥設備產能有關。可見，僅從干燥時間、含水率及干燥率方面考慮，熱風干燥和熱泵干燥適于大果沙棘干制，其干燥時間短，干燥率高。

表2 5種干制方式對大果沙棘干燥時間、含水率和干燥率的影響Table 2 Effects of five different drying methods on drying time, moisture content and drying rate of Hippophae rhamnoides

2.2 5種干制方式對大果沙棘干燥特性的影響

由圖1可知，5種不同干制方式的大果沙棘果實水分比均隨著干燥時間呈下降趨勢。干燥前4 d，自

圖1 5種干制方式對大果沙棘干燥特性曲線的影響Fig.1 Effects of five different drying methods on drying characteristic curve of Hippophae rhamnoides

然陰干、自然曬干、熱風干燥、熱泵干燥和真空冷凍干燥去除物料水分含量分別為2.34%、4.82%、45.76%、37.57%和20.32%；中后期隨著干燥進行水分比下降趨于平緩，這是可能與干燥后期傳遞介質推動力逐漸減小，導致物料表面物質逐漸變密有關[13]，這一結果也與Araya-Farias等[8]對沙棘干燥特性的研究較為一致。將大果沙棘干燥至水分比為0.20 g/g左右時，自然陰干、自然曬干、熱風干燥和熱泵干燥所用時間分別為672、272、80和92 h，熱風干制時間較自然陰干、自然曬干和熱泵干燥顯著減少（P＜0.05），減幅分別為88.10%、70.57%和13.04%，而真空冷凍干燥在水分比為0.3015 g/g時，干燥趨勢基本處于平穩狀態，此時結束干燥。

由圖2可以看出，自然陰干由于干燥條件為室內通風處，干燥溫度低，干制過程基本處在恒速干燥；自然曬干受天氣影響較大，由于實際監測過程出現6 d陰雨天氣，使整個干燥過程中溫度波動較大，導致干燥速率曲線波動較大，當含水率大于2.50 g/g干基時，干燥速率整體呈加速干燥階段，當含水率小于2.50 g/g干基時，干燥速率整體呈降速干燥趨勢。

圖2 5種干制方式對大果沙棘干燥速率曲線的影響Fig.2 Effects of five different drying methods on drying rate curve of Hippophae rhamnoides

熱風、熱泵和真空冷凍干燥速率變化曲線受溫度波動影響，呈現不同的變化規律。當含水率小于0.50 g/g時，也就是干燥初期，熱風干燥由于受前期溫度波動的影響，干燥速率出現兩次較大幅度的波動，熱泵干燥速率變化幅度較小；當含水率大于0.50 g/g時，熱風干燥和熱泵干燥過程中溫度波動較小，呈平緩小幅波動干燥趨勢，而真空冷凍干燥在含水率為1.26 g/g干基時，大果沙棘的干燥速率基本不再變化。整個干燥過程中，5種干制方式的干燥速率依次分別為：熱風干燥＞熱泵干燥＞自然曬干＞真空冷凍干燥＞自然陰干，熱風干燥的平均干燥速率顯著大于其它干燥方式（P＜0.05），分別為自然陰干、自然曬干、熱泵干燥和真空冷凍干燥的7.06、5.65、2.76和1.05倍。可見，熱風干燥和熱泵干燥大果沙棘去除物料水分含量高，干燥速率較大。

2.3 5種干制方式對大果沙棘色澤的影響

表3反映了自然陰干、自然曬干、熱風干燥、熱泵干燥和真空冷凍干燥對大果沙棘色澤的影響。由表3可知，5種干燥方式對大果沙棘的L*、a*、b*、△E、C和h°值影響較大。5種干制方式中，真空冷凍干燥大果沙棘的L*值最大，為64.22，其次為鮮樣，顯著高于其它4種干燥方式（P＜0.05），自然陰干、自然曬干、熱風干燥和熱泵干燥的L*值無顯著性差異（P＞0.05），表明真空冷凍干燥有利于維持大果沙棘果實的亮度；a*值大小反映了果實的紅綠色程度，瀝干后的鮮果a*值最大，為28.65，其次為自然陰干和自然曬干，熱風干燥、熱泵干燥和真空冷凍干燥3種干制方式的大果沙棘a*值較小，且三者之間無顯著差異（P＞0.05）；b*值大小反映產品的黃色程度，b*值越大表示顏色越黃，色澤越好。經過干燥后大果沙棘的b*值依次為真空冷凍干燥＞鮮果＞自然曬干＞熱泵干燥＞自然陰干＞熱風干燥，真空冷凍干燥的大果沙棘b*值最大，為67.19，比鮮樣高出16.69%。色差△E反映干燥前后物料色澤的差異，色差值越小，表明干燥過程中色澤保留越好。在5種干燥方式中，真空冷凍干燥大果沙棘的△E最小，為12.68，干燥后果實色澤鮮艷，呈現出亮黃色（見圖2），其值顯著低于其它4種干制方式（P＜0.05），表明真空冷凍干燥可較好保持大果沙棘色澤。

表3 5種干制方式對大果沙棘色澤的影響Table 3 Effects of five different drying methods on color of Hippophae rhamnoides

C值由低到高表示色彩由呆滯到鮮艷，其值越大表示物料色澤越鮮艷。5種干制方式干燥的大果沙棘C值基本維持在36.06～70.35，真空冷凍干燥的大果沙棘C值最高，為70.35，顯著高于鮮樣和其它4種干制方式（P＜0.05）。

h°值一般在0°～90°范圍內，其值越大，表示大果沙棘顏色越趨于黃色。5種干制方式干燥的大果沙棘h°值大小依次為：真空冷凍干燥＞鮮樣＞自然曬干＞熱泵干燥＞熱風干燥＞自然陰干。可見，真空冷凍干燥方式有利于維持大果沙棘的色澤（見圖3），這與Kyriakopoulou等[9]在沙棘干制、何玉倩等[14]在火龍果干制和王海鷗等[15]在檸檬片干制的研究結果較為相似；自然陰干和自然曬干由于干燥時間長，加之干燥過程全部暴露在空氣中，與氧氣充分接觸，導致其色澤發生變化；熱風干燥和熱泵干燥方式對大果沙棘的色澤影響較大，這可能與其干燥過程中與氧氣充分接觸，且干燥溫度較高，易發生酶的褐變、色素的分解等有關。

2.4 5種干制方式對對大果沙棘褐變度的影響

不同的干制方式會造成果蔬產品發生不同程度褐變[16]。由圖4可知，大果沙棘瀝干后鮮樣褐變度最小，為0.35 DW。經5種干制方式干燥后，大果沙棘的褐變度依次分別為：自然曬干＞熱風干燥＞熱泵干燥＞自然陰干＞真空冷凍干燥，真空冷凍干燥大果沙棘褐變度為0.41 DW，與新鮮大果沙棘無顯著性差異（P＞0.05）（見圖3），但顯著低于其它4種干制方式（P＜0.05），表明真空冷凍干燥對大果沙棘果實褐變影響較小，這主要是由于真空冷凍干燥大果沙棘果實的水分在低溫真空下升華，抑制了可能發生的褐變，從而降低了果實的褐變度，這一結果與宋慧慧等在鮮枸杞上的報道較為一致[17]。自然陰干的大果沙棘褐變度為0.53 DW，顯著低于自然曬干、熱風干燥和熱泵干燥方式（P＜0.05）（見圖3），一方面與這4種干制方式暴露在空氣中加快其氧化褐變有關，另一方面也與其干制過程中干燥溫度高低有關。

圖3 5種干制方式對大果沙棘感官品質的影響Fig.3 Effects of five different drying methods on sensory qualities of Hippophae rhamnoides

圖4 5種干制方式對大果沙棘褐變度的影響Fig.4 Effects of five different drying methods on browning degree of Hippophae rhamnoides

2.5 5種干制方式對大果沙棘維生素C含量的影響

研究發現，沙棘果實中維生素C含量基本維持在580～800 mg/100 g[18]，經測定，大果沙棘鮮樣中的VC含量為668.19 mg/100 g。圖5顯示，經5種干制方式干燥后，大果沙棘的VC含量與鮮樣比，自然曬干、自然陰干、熱風干燥、熱泵干燥和真空冷凍干燥分別下降了93.09%、88.88%、85.41%、84.03%和44.52%。可以看出，5種干制方式干燥后大果沙棘VC含量由高到低依次為：真空冷凍干燥＞熱泵干燥＞熱風干燥＞自然陰干＞自然曬干。其中，真空冷凍干燥的樣品VC保留較高，為370.74 mg/100 g，主要由于真空冷凍干燥使大果沙棘避免受熱和氧化，從而減少干制品中VC的降解，這與唐璐璐等[19]在豐水梨片冷凍干制過程中的研究相似。熱風、熱風干燥過程中，干燥溫度較高，使物料中VC含量受熱損失較多。自然陰干和自然曬干不僅干燥時間長，還容易受到天氣因素的影響，且與氧氣充分接觸，因氧化分解導致VC的大量損失，與張牧心等[20]的研究結果一致。熱風、熱泵干燥含量顯著高于自然曬干和自然陰干，說明干燥時間對大果沙棘VC含量的影響大于干燥溫度，干燥時間越長，VC損失越多。

圖5 5種干制方式對大果沙棘VC含量的影響Fig.5 Effects of five different drying methods on VC content of Hippophae rhamnoides

2.6 5種干制方式對大果沙棘總黃酮含量的影響

圖6為5種干制方式干燥后大果沙棘黃酮含量對比圖。經測定，大果沙棘鮮樣中總黃酮含量為9.17 mg RE/g DW，5種干制方式干燥后大果沙棘的總黃酮含量依次分別為：自然曬干＞熱泵干燥＞熱風干燥＞真空冷凍干燥＞自然陰干，除自然陰干外，其它干制方式干燥后，總黃酮含量高于鮮果，這一現象在鼠尾草的干燥中也發現，這可能是由于以上兩種干制方式干燥過程中高溫破壞了果實細胞壁結構，降低了相關氧化酶和水解酶活性，從而使黃酮類化合物快速釋放出來的結果[21-23]，然而熱風干燥和冷凍干燥后的大果沙棘總黃酮含量與鮮樣差異不顯著（P＞0.05），熱泵干燥后的大果沙棘黃酮含量顯著高于熱風干燥（P＜0.05），其原由有待于進一步探索，真空冷凍干燥總黃酮含量較低，可能是由于大果沙棘果實在預凍時形成大量冰晶，細胞膜結構被破壞，造成細胞內物質流出，因羥基基團較多使黃酮類物質被氧化，結果導致真空冷凍干燥后的果實中總黃酮含量較低[24-25]，自然陰干導致其總黃酮含量下降，這主要由于干燥時間過長導致果實內的黃酮類物質與空氣接觸后發生了分解反應，從而使其含量降低，這一結果與徐亞飛等[26]干制核桃試驗中得到的結果較為相似。

圖6 5種干制方式對大果沙棘總黃酮含量的影響Fig.6 Effects of five different drying methods on total flavonoids content of Hippophae rhamnoides

2.7 5種干制方式對大果沙棘總酚含量的影響

由圖7可知，新鮮大果沙棘總酚含量為30.32 mg GAE/g DW，顯著高于其它5種干制方式處理（P＜0.05）。對比5種干制方式，干燥后大果沙棘果干總酚含量依次分別為：真空冷凍干燥＞熱泵干燥＞自然陰干＞自然曬干＞熱風干燥，其中真空冷凍干燥后大果沙棘果實總酚含量最高，顯著高于其它4種干制方式（P＜0.05）。表明真空冷凍干燥有助于保留大果沙棘干制后果實中的酚類物質。前人研究發現，果品干制過程中總酚含量的變化可能與干燥過程中多酚氧化酶（PPO）活性和干燥時間有關[27-29]，大果沙棘真空冷凍干燥能有效抑制PPO活性，減少酶反應時間；自然曬干和陰干干燥時間長，外界溫度為常溫，對多酚氧化酶活性影響較低，抑制效果最小，容易與氧氣接觸，從而延長PPO在果實上的作用時間，導致總酚物質因氧化造成大量損失，從而使產品中總酚含量較低，熱風干燥在高溫條件下進行干燥，干燥溫度過高，從而破壞了總酚物質；然而熱泵干燥后大果沙棘總酚含量僅低于真空冷凍干燥，且顯著高于其它三種干制方式（P＜0.05），這與大果沙棘干制后黃酮含量的變化較為相似，是否與干燥設備空間大小有關，有待于進一步研究。

圖7 5種干制方式對大果沙棘總酚含量的影響Fig.7 Effects of five different drying methods on total phenols content of Hippophae rhamnoides

3 結論

通過對比分析自然陰干、自然曬干、熱風干燥、熱泵干燥和真空冷凍干燥5種干制方式對大果沙棘干燥特性及品質指標，結果發現：

在干燥效率方面，熱風干燥和熱泵干燥干制大果沙棘118和124 h后，產品干燥率可達100%，真空冷凍干燥120 h后，產品干燥率僅為27.67%，繼續干燥，其干燥率基本保持不變。5種干制方式干燥大果沙棘的速率依次分別為：熱風干燥＞熱泵干燥＞自然曬干＞真空冷凍干燥＞自然陰干，熱風干燥和熱泵干燥大果沙棘去除物料水分含量高，干燥速率較大。可見，熱風干燥和熱泵干燥大果沙棘時間短、效率高，適于生產中規模化干制。

在干燥產品品質方面，真空冷凍干燥可使大果沙棘干果的色澤保持較好，呈現出亮黃色，褐變度較低，使果實維生素C和總酚含量維持較高的水平，但對總黃酮含量影響較大；自然曬干和熱泵干燥可使大果沙棘總黃酮含量干制后高于鮮果和其它各處理，該結果需要進一步探索與驗證。

因此，生產中應綜合考慮大果沙棘干燥效率和干燥品質，既要充分利用熱風干燥或熱泵干燥大果沙棘時間短，效率高的優點，利用大果沙棘產區產地初加工熱風或熱泵烘干房的設備優勢，在其水分含量未達到13%且其色澤、維生素C、總黃酮和總酚含量未達到快速下降期之前對其進行熱風干燥或熱泵干燥處理，在此基礎上，再利用真空冷凍干燥保持大果沙棘品質的特點對其進行干燥處理。建議后續研究可將熱風干燥或熱泵干燥與真空冷凍干燥技術聯合使用，以期提升大果沙棘的干燥效率和品質，為生產中大果沙棘干制技術的應用提供科學依據。