超聲預處理對熱泵干燥菠蘿品質的影響

張振亞，韓琭叢，金聽祥，彭鈺航

(鄭州輕工業大學 能源與動力工程學院，河南 鄭州，450002)

菠蘿又稱鳳梨，是膾炙人口的熱帶水果，嶺南四大名果之一。菠蘿風味獨特，果肉多汁味美，深受國內外消費者的青睞。菠蘿經過干燥等方式處理后仍能高度還原鮮果口感，因此被廣泛用于水果加工。但是我國對菠蘿干制品的開發程度不高，深加工技術匱乏，會造成一定的資源浪費。

干燥是用來延長食品儲藏時間的重要的方法之一。目前，菠蘿干燥的主要方法有：真空冷凍干燥、熱泵干燥、微波干燥等技術[1-4]。其中，熱泵干燥技術具有成本低、能耗小、適用范圍廣、干燥效果好和環境污染小等特點，可用于糧食、水果等農產品的干燥[5-7]。但是熱泵干燥耗時長，得到的干制品存在褐變、質地變硬等品質劣變問題。現有研究表明，預處理結合干燥技術能夠改善產品的品質，在熱泵干燥前進行預處理可以解決干燥過程中物料發生褐變、營養成分流失以及干燥時間長等問題。

預處理技術現已用于提高鮮切菠蘿的貯藏品質，部分研究人員針對不同預處理方式對菠蘿貯藏品質的影響展開了深入研究。方宗壯等[8]用200 mg/L NaClO和20 mg/L ClO2進行浸泡處理，發現可以將鮮切菠蘿的貯藏期延長至10 d和8 d；用60 ℃的水進行漂燙預處理，可使貯藏期延長至7 d。2種預處理方式都能有效地抑制多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)、過氧化物酶(peroxidase，POD)的活性，防止褐變的發生，更好地保持鮮切菠蘿的感官品質。覃海元等[9]發現將菠蘿進行冷凍處理、用異抗壞血酸鈉和菠蘿酸進行浸泡預處理都會對鮮切菠蘿的質量產生顯著影響，其中冷凍處理會明顯影響菠蘿質量。邵遠志等[10]發現0～4 ℃貯藏能夠使菠蘿的鮮切產品的品質劣變得到抑制，并大大延長貯藏時間。以上預處理方式提升了菠蘿的色澤、改善了菠蘿的感官評分，但是并不能提高菠蘿的熱泵干燥速率，也不能使菠蘿更快達到需要的干基含水率。

一些研究表明，超聲波預處理[11-13]結合干燥技術應用于農產品中不僅可以提高干燥速率，縮短干燥時間，更有利于得到高品質干制品[14]。林平等[15]發現經過功率為250 W的超聲波處理10 min后的胡蘿卜，復水比均在5.1以上，復水性較好，感官性狀也較好。周頔等[16]發現經過功率為200 W的超聲波，超聲溫度35 ℃處理10 min后，蘋果的真空冷凍干燥總時間縮短22%，干制品維生素C保留量更高、顏色更加潔白。楊菊芳等[17]發現酸奶經過功率為55%的超聲波(總功率為900 W)處理1.5 h后，干燥時間縮短了15.75 h，減少49.2%。GAMBOA-SANTOS等[18]發現經過不同功率的超聲波預處理后的草莓，干燥時間比空白對照組減少13%～44%不等。孫悅等[19]發現紫薯經超聲波預處理后，總酚和總黃酮含量提高，隨超聲波功率及干燥溫度的提高，干燥時間呈現下降趨勢。OSCAR等[20]發現，經過功率為90 W的超聲波預處理，蘋果的熱泵干燥時間最多可減少53.8%。

在熱泵干燥前進行超聲預處理可以顯著提高產品質量，但超聲預處理技術應用于菠蘿干燥方面的研究鮮有報道。本實驗采用不同溫度的超聲波對不同厚度的菠蘿片進行預處理，然后進行熱泵干燥，分析超聲預處理對熱泵干燥菠蘿片的干燥速率、色澤、質構特性、微觀結構、感官評價的影響，以期改善菠蘿片的品質，為菠蘿的干制技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗樣品選用果型大小適中、無機械損傷、無病蟲害的新鮮菠蘿進行加工干制處理。

1.2 儀器與設備

JSM-7001F場發射掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社；CG-05HA型空氣能熱泵箱式一體節能烘干機，廣東創陸制冷科技有限公司；TA.TOUCH型質構儀，上海保圣實業發展有限公司；YS3060型分光測色儀，深圳市三恩時科技有限公司；多功能切菜機，中山市百客思電器有限公司；020型超聲波清洗機，深圳市超潔科技實業有限公司；ES500精密電子天平，天津市德安特傳感技術有限公司。

1.3 菠蘿片的干制方法

將新鮮的菠蘿清洗后去皮，分別橫切成6、7、8、9 mm 左右的薄片，將果片分別置于超聲清洗機中，以蒸餾水為介質進行超聲處理。基于前期文獻的查閱與研究，預處理時設置4個實驗組，超聲預處理溫度分別為30、40、50、60 ℃、超聲處理時間為10 min，超聲功率為200 W，將超聲處理后的果片撈出，以未經超聲預處理的菠蘿片作為對照組，一并擺放于烘盤中，置于空氣能熱泵箱式一體節能烘干機中干燥，干燥溫度為60 ℃，干燥時間為10 h。

1.4 實驗方法

1.4.1 干基含水率

干基含水率計算如公式(1)所示：

(1)

式中：Wt為t時刻的干基含水率；mt為t時刻菠蘿質量；md為菠蘿的絕干質量。

1.4.2 微觀結構

選取經過不同超聲溫度處理的菠蘿片樣品，切取1 mm×1 mm小塊，粘貼到銅板上，抽真空后應用JSM-7001F場發射掃描電子顯微鏡對果干樣品進行微觀結構觀察、拍照。

1.4.3 質構特性

采用質構儀對不同干制處理的菠蘿片進行硬度、彈性和膠著性的測定，每組樣品重復測定5次。探頭：P0.5，全質構測定(texture profile analysis，TPA)模式，測定條件：測試速度1 mm/s，測前速度3 mm/s，測后速度2 mm/s，觸發力1.5 N，測試距離15 mm，壓縮比60%。

1.4.4 色澤

使用手持分光測色儀進行測定，每種樣品取2次樣，取2次讀數的平均值。總體顏色變化用色差值ΔE表示，計算如公式(2)所示：

(2)

式中：L0*/L*為白度，表示鮮果/樣品由暗到亮的趨勢；a0*/a*為紅綠度，表示鮮果/樣品從紅到綠的趨勢；b0*/b*為黃藍度，表示鮮果/樣品從黃色到藍色的趨勢。

1.4.5 感官評價

組織20名有經驗的人員進行感官評價，參考文獻[21]制定菠蘿干感官評價表，針對菠蘿干的色澤、形態、質地、風味等品質進行感官評分。

表1 菠蘿感官評價表Table 1 Sensory evaluation of pineapple

2 結果與分析

2.1 超聲預處理對熱泵干燥菠蘿干基含水率的影響

圖1為不同切片厚度的菠蘿熱泵干燥過程干基含水率的變化圖。由圖1可知，5組菠蘿片干基含水率的變化趨勢基本相同，隨著干燥時間的延長，干基含水率逐漸降低。其中，6 mm、7 mm的實驗組經過50 ℃超聲預處理后干燥時間縮短35%左右，8 mm、9 mm 的實驗組經過60 ℃超聲預處理后干燥時間縮短30%左右。由此可見，合適溫度的超聲預處理可以提高干燥速率，讓菠蘿更快地達到干燥標準。主要原因在于超聲預處理能夠改變菠蘿片的表面微觀結構，增加了熱質遷移通道，減少了水分遷移阻力，加快水分散失速率。

a-6 mm；b-7 mm；c-8 mm；d-9 mm圖1 不同厚度的菠蘿片干基含水率變化圖Fig.1 Dry basis moisture content change of different thickness pineapple diagram

圖2為熱泵干燥菠蘿片的掃描電鏡圖。由圖2可知，超聲預處理后的熱泵干燥菠蘿片的微觀結構和對照組存在較大的差別，菠蘿片在經過超聲預處理后微觀結構變化明顯，表面不平整，有孔洞出現，而對照組的微觀表面平整，較為光滑。

經過超聲波處理后，菠蘿片由于受到反復的拉伸和壓縮，不斷收縮和膨脹，內部形成較多微孔通道，表面變得凹凸不平，最終形成海綿狀結構[22]。該結構效應的作用力大于物料內部微孔通道中水分的吸附作用力時，水分就容易從通道中遷移出來。超聲波作用于液體時，液體局部形成低壓強高流速的狀態，氣體過飽和從而逸出成為小氣泡，在液體壓強小于飽和蒸氣壓時，氣泡會不斷膨脹直至破裂，超聲波帶來的強大拉應力仿佛把液體“撕開”成為空洞，又稱空化作用[23-24]。該作用會引發菠蘿片內部的理化反應，有助于脫去果片內部的結合水。

a-實驗組；b-對照組圖2 菠蘿片的掃描電鏡圖Fig.2 Scanning electron microscopy of pineapple image

2.2 超聲預處理對熱泵干燥菠蘿片質構特性的影響

硬度是一項可以直接反映口感的重要指標，并且會對咀嚼性及膠著性造成一定影響；彈性是指食物在發生形變后可以恢復的高度；咀嚼性主要用于描述食品的口感，定義為咀嚼固體食物所需的能量；膠著性被定義為硬度與凝聚力的乘積，這項指標多用于描述固體或半固體的口感[25]。由表2可知，菠蘿片經過超聲預處理后，硬度、膠著性和咀嚼性明顯提高，普遍大于對照組，而彈性變化不明顯。超聲預處理會改變菠蘿片的內部結構，熱泵干燥時，菠蘿片內部微孔通道內的水分迅速蒸發[26]，毛細孔隙的尺寸增大，造成果片結構塌陷，質地變硬。因此，果干的硬度、膠著性和咀嚼性均大于對照組。

2.3 超聲預處理對熱泵干燥菠蘿片色澤的影響

新鮮樣品的顏色值白度L0*=65.76，紅綠度a0*=-1.82，黃藍度b0*=45.32。由表3可以看出，不同厚度下，30、40、50 ℃超聲預處理后菠蘿片的白度值要明顯小于鮮果。經過60 ℃超聲預處理的7、8、9 mm實驗組菠蘿片的白度值更接近鮮果，實驗組菠蘿片的紅綠度均高于鮮果，絕大多數實驗組菠蘿片的黃藍度要低于鮮果。綜合數據可知，從色澤的角度分析，經過60 ℃超聲預處理的7、8、9 mm實驗組色澤差異不大，明顯優于其他組，其中厚度為8 mm實驗組的色差最小。

表2 不同切片厚度下預處理溫度對菠蘿片質構特性的影響Table 2 Effect of different pretreatment on texture characteristics of pineapple slices with different thickness

2.4 超聲預處理對熱泵干燥菠蘿片的感官評價

圖3為不同厚度的菠蘿干感官評價圖。由圖3可知，經過超聲預處理的菠蘿在熱泵干燥后與對照組的感官評分差距明顯。隨著切片厚度的增加，所有實驗組的得分均有所提高，切片厚度為9 mm的5個實驗組得分最高。7、8、9 mm 3種厚度的15組菠蘿片中經過超聲預處理的實驗組色澤、形態和整體可接受度的感官評價均明顯優于對照組，風味差異不明顯，質地稍差于對照組。綜合分析5個感官評價指標可以得出，經過60 ℃超聲預處理的9 mm菠蘿片品質最佳。

表3 不同切片厚度下預處理溫度對菠蘿片色澤的影響Table 3 Effect of pretreatment temperature on the color of pineapple slices with different thickness

a-6 mm；b-7 mm；c-8 mm；d-9 mm圖3 不同厚度的菠蘿片感官評價圖Fig.3 Sensory evaluation of pineapple slices with different thickness

3 結論

本文以厚度和不同超聲預處理溫度為影響因素，研究了超聲預處理對熱泵干燥菠蘿片品質的影響。合適溫度的超聲預處理能夠使菠蘿片更快的達到干燥標準，不同厚度的實驗組經過50 ℃或60 ℃超聲預處理后干燥時間縮短30%～35%；超聲預處理有助于維持菠蘿片原有的色澤，其中經過60 ℃超聲預處理的實驗組與鮮果的色差最小；超聲預處理會增大菠蘿片的硬度、膠著性和咀嚼性，而對彈性幾乎無影響；絕大多數經過超聲預處理的菠蘿片感官評分優于對照組。綜合所有評價指標，厚度為9 mm、經過60 ℃超聲預處理的菠蘿片整體品質最佳。