不同干燥方式對茄子理化性質的影響

岳天義，楊萍，許青蓮，易如夢，邢亞閣*，畢秀芳，鄭發英

（1.西華大學食品與生物工程學院/川渝共建特色食品重慶市重點實驗室，四川 成都 610039；2.宜賓西華大學研究院食品非熱技術重點實驗室，四川 宜賓 644000）

茄子（Solanum melongena L.）是茄科茄屬植物。在全世界均有分布，但中國茄子的栽培面積最大，總產量最高[1]。茄子含有豐富的膳食纖維，因富含抗壞血酸、多酚類和黃酮類等物質，所以具有較強的抗氧化能力[2]。但是新鮮茄子含水率較高、季節性強、不易保存、易腐爛、脫水等，所以在茄子收獲后，對其進行及時加工處理是減少經濟損失的重要方式。

關于果蔬干燥的報道很多，但關于茄子干燥的相關研究鮮有報道。本文以微觀結構、抗氧化活性、總酚、總黃酮各項理化指標并結合電子鼻技術來評價干燥效果，研究不同干燥工藝：熱風干燥（hot-air drying，HD）、微波干燥（microwave drying，MD）、真空干燥（vacuum drying，VD）、真空微波干燥（vacuum microwave drying，VMD）和真空冷凍干燥（vacuum freeze drying，VFD）對茄子理化性質的影響，以期為茄子的加工及應用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

選取大小、顏色均勻，無機械損傷、無病蟲害、成熟度一致的茄子，長14 cm～18 cm、直徑6 cm～8 cm、質量（300±2）g、水分含量（98.72±0.46）%，保存于（4±1）℃凍庫中。

1.1.2 試劑

甲醇、乙醇、亞硝酸鈉、硝酸鋁、碳酸鈉、醋酸緩沖液、三氯化鐵、三吡啶基三嗪（tripyridyltriazine，TPTZ）、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、2，2'-聯氨-雙（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二銨鹽[2，2'-azinobis-（3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate），ABTS]、6-羥基-2，5，7，8-四甲基色烷-2-羧酸（Trolox）、蘆丁標準品、福林酚、沒食子酸標準品、過硫酸鉀：成都科龍有限公司。其他化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

鼓風干燥箱（BPG-9240A）：上海一恒科技有限公司；微波爐（EM7KCGW3-NR）：廣東美的廚房電器制造有限公司；真空干燥箱（BZF-50）：上海博迅實業有限公司；真空微波干燥箱（JDH-3GZ）：廣州永澤微波能有限公司；真空冷凍干燥機（FDU-1200）、旋轉蒸發器（OSB-2200）：上海愛郎儀器有限公司；超低溫冰箱（ULTS1368）：賽默飛世爾（蘇州）儀器有限公司；紫外可見分光光度計（UV2400）：上海舜宇恒平科學儀器有限公司；精密色差儀（WF-32）：深圳市威福光電科技有限公司；電子鼻（PEN3）：青島埃爾森斯科技有限公司；掃描電鏡（COXEM EM-30AX）：北京歐波同光學技術有限公司。

1.3 干燥處理

將茄子切分為高5 mm、直徑約為3 cm的茄片，采用以下5種干燥方式對茄片進行干燥，直至干基含水率低于10%。每種干燥方式至少試驗3次。

熱風干燥：將茄片置于70℃恒溫熱風干燥箱中進行干燥，干燥終點的實際干基含水率為9.93%，干燥時間約為7.00 h。

微波干燥：將茄片置于微波爐并以350 W的功率進行干燥處理，干燥終點的實際干基含水率為9.99%，干燥時間約為0.20 h。

真空干燥：將茄片置于真空干燥箱內，在70℃、真空度≤-0.09 MPa條件下進行干燥，干燥終點的實際干基含水率為9.86%，干燥時間約為38.00 h。

真空微波干燥：將茄片置于真空微波干燥箱的托盤上，以1 kW的功率進行干燥，干燥終點的實際干基含水率為10.08%，干燥時間約為0.30 h。

真空冷凍干燥：先將茄片放于超低溫冰箱預冷12 h，然后置于真空冷凍干燥機內，在（-48±2）℃和（40±4）Pa的冷阱條件下持續干燥約42.00 h，干燥終點的實際干基含水率為10.11%。

1.4 試驗方法

1.4.1 色差的測定

干燥茄片色差的測定參考Xu等[3]的方法，稍作修改。將不同干燥處理的茄子研磨成粉末，用精密色差儀進行色差測定，色差公式計算如下。

式中：L0*、a0*、b0*為新鮮茄子勻漿的亮度值、紅綠值、黃藍值；L*、a*、b*為干燥處理茄子粉末的亮度值、紅綠值、黃藍值；ΔE為干燥茄子樣品與新鮮茄子樣品的色差值。

1.4.2 微觀結構觀察

不同干燥方式茄子的微觀結構觀察參考Bao等[4]的方法。將干燥后的茄片切成3 mm×3 mm×3 mm小塊后，固定在掃描電鏡的載體上。真空條件下用離子濺射鍍膜機鍍金4 min～5 min，在3.0 kV加速電壓高真空模式下用掃描電鏡觀察樣品。分別用100×、500×、1 000×、2 000×的放大倍數對樣品進行觀察，以確定其表面特征。

1.4.3 總酚與總黃酮的測定

干燥樣品總酚含量和總黃酮含量測定的前處理根據Xu等[3]的方法進行。將1.0 g茄粉置于40 mL 90%甲醇溶液中，40℃下超聲輔助提取30 min，靜置0.5 h后10 000 r/min離心15 min，將上清液轉移到100 mL燒杯中，所剩殘渣用上述方法再次提取。將2次所得上清液合并，旋轉蒸發器50℃條件下除去甲醇，用蒸餾水將所得濃縮提取物稀釋至10 mL，4℃保存備用。

總黃酮的測定參考Chumroenphat等[5]的方法，稍作修改。利用分光光度法在510 nm處進行測定，結果以蘆丁當量表示：mg RE/g DW。蘆丁標準曲線方程為y=0.212 1x+0.012 3，R2=0.999 3。總酚的測定參考Siriamornpun等[6]的方法，稍作修改。利用分光光度法在760nm處進行測定，結果表示為沒食子酸當量（mg GAE/mg DW），沒食子酸標準曲線方程為y=0.853 4x+0.014 6，R2=0.998 6。

1.4.4 抗氧化性能力的測定

1.4.4.1 DPPH自由基清除能力測定

參考Tomczyk等[7]的方法，并作適當修改，將各干燥處理的茄子研磨成粉末后，用蒸餾水稀釋為1.0mg/mL，然后將2 mL稀釋液與2 mL 0.2 mmol/L DPPH混合。以等量的無水乙醇代替DPPH溶液制備對照1，以等量的無水乙醇代替樣品稀釋液制備樣品對照2。將反應混合物（各干燥處理的茄子樣品、對照1和對照2）室溫25℃避光30 min，在517 nm處測定吸光度，用乙醇調零。以Trolox為陽性對照，結果以Trolox當量表示（mmol TEAC/g DW）。DPPH自由基清除率計算公式如下。

式中：Ai為樣品的吸光度；Aj為對照1的吸光度；A0為對照2的吸光度。

1.4.4.2 鐵離子還原能力（ferric reducing ability of plasma，FRAP）測定

參考慕鈺文等[8]的方法并稍作修改。FRAP試劑由100 mL醋酸緩沖液（0.3 moL/L、pH3.6）、10 mL TPTZ溶液（溶于10 mL 40 mmoL/L HCl中）、10 mL 20 mmoL/L三氯化鐵混合而成，現配現用。取稀釋液200 μL，加入4.8 mL FRAP試劑，混勻后37℃水浴30 min，于595 nm處測定吸光度。硫酸亞鐵溶液標準曲線為y=0.953 6x－0.060 0（R2=0.991 9）。結果以亞鐵離子等效抗氧化能力表示（mg FeSO4/g DW）。

1.4.4.3 ABTS+自由基清除能力測定

參考Jorjong等[9]和唐文文等[10]的方法進行測定，稍作修改。制備ABTS+自由基工作液（5 mL 7.0 mmol/L ABTS溶液與5 mL 2.45 mmol/L過硫酸鉀溶液混勻，室溫25℃避光靜置12 h），使其在734 nm處吸光度為0.7。將0.8 mL稀釋液加入到3.2 mL ABTS工作液中，渦旋混合，室溫25℃保持0.5 h后，于734 nm處測定吸光度，樣品重復檢測3次。結果以Trolox等價氧化能力（mmol TEAC/g DW）表示。

1.4.4.4 羥基自由基清除能力的測定

根據李曉娟等[11]的方法，稍作修改。取樣品稀釋液1 mL，依次分別加入1 mL 9 mmol/L水楊酸-乙醇溶液、1 mL 9 mmol/L FeSO4溶液、1 mL 8.8 mmol/L H2O2溶液，混勻，37℃水浴恒溫15 min后在510 nm處測定吸光度，以VC為陽性對照。羥基自由基清除能力計算公式如下。

式中：A0、Ax、Axo分別為樣品的蒸餾水、樣品提取液和對照物的吸光度。

1.4.5 電子鼻分析

根據Feng等[12]和Zhang等[13]的方法，使用1種帶有10種不同金屬氧化物半導體（main olfactory sys-tem，MOS）傳感器的電子鼻進行測試。將3.00 g經不同干燥方式的茄子研磨成粉，放入20 mL頂空小瓶中并用保鮮膜密封，40℃下水浴20 min。測試條件：泵流速150 mL/min、測定時間 180 s、沖洗時間 120 s。

1.5 數據分析

每個試驗做3次平行，結果用平均值±標準差表示，采用SPSS 21.0軟件進行顯著性分析（Duncan法），采用Origin 2017進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 干燥方式對茄子色差的影響

顏色是評價果蔬干燥質量的指標之一，同時也影響著消費者的接受度和產品的市場價值。不同干燥方式對茄子色差的影響見表1。

由表1可知，不同干燥方式對茄子色差有明顯的影響。相較于新鮮茄子，除HD組a*值外，經干燥處理后茄子的L*值、a*值、b*值均與新鮮茄子樣品有顯著性差異（P<0.05）。除MD外，經干燥處理的茄子均具有較高的L*值；VD與VFD樣品的a*值低于新鮮茄子，HD、MD、VMD的樣品的a*值高于新鮮茄子；除MD樣品外，其余干燥方式所得茄子的b*值均高于新鮮茄子樣品。

表1 不同干燥方式對茄子色差的影響Table 1 Effects of different drying methods on color parameters of eggplant

對表1進行分析后，發現此結果可能是干燥導致了H+濃度的增加及茄子體系水分的減少，進而使得色素的濃度變大所導致[14-15]。其中，VFD干燥所得茄子的△E值最高，為6.72，說明該樣品與新鮮樣品的差異最大。其次是VD、HD、VMD和MD，其中MD樣品的△E值最小，為1.74，說明樣品的顏色與新鮮茄子的顏色最接近，這可能是由于MD干燥茄子耗時最短，僅為0.20 h。真空微波干燥的工作環境為低溫、低氧，在這種條件下，引起顏色發生變化的酶促反應速率較低，保證了干燥茄子制品顏色的變化較小[16]。VFD由于是真空低溫干燥所以耗時較長（42.00h），其在顏色方面損失較大。真空干燥為長時間（38.00 h）、高溫（70℃）、低氧干燥，溫度和時間的影響導致其在顏色方面表現也較差。

2.2 不同干燥方式對茄子微觀結構的影響

不同干燥方式的干燥機理與干燥條件各異，因而對茄子的微觀結構有不同的影響，具體結果見圖1。

圖1 不同干燥方式對茄子微觀結構的影響Fig.1 Effects of different drying methods on microstructure of eggplant

由圖1可知，不同干燥方式對茄子的微觀結構有影響。VFD條件下，茄子的骨架結構在干燥過程中得到保留，這是由于在真空的作用下，水分通過升華而被除去，細胞結構保留相對完整，這與An等[17]的研究結果一致。此外，VFD所得樣品的表面較為平整光滑，明顯區別于其他處理組所得樣品的褶皺表面，這與Huang等[18]的結果相類似。Chumroenphat等[5]報道了在任何熱干燥過程中，被干燥樣品內部均會形成不均勻水分和溫度梯度，導致降解、變形和折疊，這解釋了其他4個茄子樣品（HD、MD、VD、VMD）表面出現的明顯收縮和折疊現象。MD樣品表面折疊、卷曲較為嚴重，這可能是由于微波加熱是由內到外產熱的過程，內部水分難以及時傳遞到茄子表面進行揮發，進而內部水分的積累導致細胞結構相互交聯，最終導致樣品表面有明顯的皺縮[12]。由于微波功率密集和真空干燥條件下水分的擴散速率較高，所以VMD茄子的微觀表現也較差，這些現象與An等[17]的結果相似。Bozkir[19]的研究表明，VMD柑橘片體積密度高于熱風干燥的樣品，這表明真空微波干燥更容易導致樣品發生收縮和折疊進而導致樣品表面起皺。HD和VD的干燥過程需要茄子長時間暴露在70℃下，嚴重破壞茄子的骨架結構，但相比VMD，表面微觀相對平整。An等[17]和Huang等[18]的研究發現脫水使生姜的薄壁細胞塌陷，從而導致生姜的表面嚴重萎縮，分析干燥產物的微觀結構和表面收縮率與水的遷移機制和外界壓力的變化有關。此外，水分的流失和加熱可能會導致食品細胞結構中的壓力變大，細胞框架剛性降低，進而導致茄子中的細胞發生收縮、塌陷和微觀結構的變化。

2.3 不同干燥方式對茄子總酚和總黃酮的影響

不同干燥方式對茄子總酚和總黃酮的影響見圖2。

圖2 不同干燥方式對茄子總酚和總黃酮的影響Fig.2 Effects of different drying methods on total phenols and flavonoids in eggplant

如圖2所示，不同的干燥方式對茄子總酚含量和總黃酮含量的影響較大，不同處理組間的總酚和總黃酮均具有顯著性差異（P<0.05）。相同的干燥終點，VFD樣品總酚和總黃酮含量均為最高，分別為8.80 mg GAE/mg DW和5.74 mg RE/g DW。根據An等[17]的研究，這可能與提取效率有關，蓬松多孔、結構松散的物質結構更有利于活性成分的提取，VFD樣品相比其他4種樣品更符合這樣的特點。此外，VFD的干燥環境為低溫真空狀態，在這種條件下可以有效抑制黃酮、總酚類物質的氧化和降解，使這類物質得以很好的保留[20]。

相比于VFD樣品，VMD和MD樣品組的總酚和總黃酮的保留量相對較高，這可能是干燥機制的原因，微波干燥具有快速產生強烈熱量的特點[21]，且VMD是真空與微波相互作用，具有低溫和快速傳遞熱量等特點，確保了樣品快速干燥[22]，從而得到高質量的干燥樣品。Kubra等[23]觀察到微波干燥可以促使干姜總酚含量增加，并解釋可能是由于微波能量導致細胞成分的分解，使細胞基質中多酚類物質的釋放增加。VD和HD樣品的總酚和總黃酮含量相對較低，這2種干燥方式均是在高溫條件下保持較長時間，導致總酚和總黃酮均損失，使得測定結果較低[20]。

2.4 不同干燥方式對茄子抗氧化能力的影響

水果和蔬菜富含抗氧化基團，作為自由基清除劑或金屬螯合劑表現出抗氧化活性[24]。研究表明，水果和蔬菜的抗氧化活性可能歸因于特定抗氧化基團的存在，如抗壞血酸[25]、類黃酮和多酚等[26]。本研究采用DPPH自由基、FRAP、ABTS+自由基和羥基自由基清除能力結合總黃酮、總酚含量，分析干燥方式對茄子抗氧化活性的影響。不同干燥方式所得茄子對DPPH自由基、ABTS+自由基、FRAP和羥基自由基清除能力見表2。

由表2可知，VFD樣品的抗氧化活性最高，與其他各組干燥方式的樣品相比，DPPH自由基清除率顯著升高，為17.64%（P<0.05）；羥基自由基清除率顯著升高，為209.67%（P<0.05）；ABTS+自由基清除能力顯著升高，為 115.68 mmol TEAC/g DW（P<0.05）；FRAP顯著升高，為255.25 mg FeSO4/g DW（P<0.05）。結合圖2可以看出，采用非熱干燥技術所得樣品的DPPH自由基清除能力、FRAP、ABTS+自由基清除能力、羥基自由基清除能力，以及總酚、總黃酮均明顯高于熱能干燥方式（VMD、MD、VD和HD）所制得的茄子樣品。

表2 不同干燥方式對茄子抗氧化能力的影響Table 2 Effects of different drying methods on antioxidant capacity of eggplant

本文VFD樣品的抗氧化能力結果與Hamid等[27]的研究結論一致，VFD樣品具有較高的抗氧化性能，這可能是由于VFD茄子樣品具有最高的總酚和總黃酮含量，而多酚具有較高的氧化還原電位，可以作為還原劑、氫供體和單線態氧猝滅劑，因此VFD茄子樣品具有較強的抗氧化活性。之前的研究中也報道了類似的結果，表明在干燥過程中，強烈的高溫以及長時間的熱處理通常會導致抗氧化活性成分的降解，進而導致抗氧化能力的嚴重損失[5，21，27]，因此，熱干燥方式VMD、MD、HD、VD所得樣品的抗氧化活性值均顯著低于VFD法制得的茄子（P<0.05）。本研究表明，與長時間的真空干燥（VD）法和熱風干燥（HD）法相比，非熱VFD干燥技術、快速熱干燥技術VMD所得的茄子樣品具有更好的抗氧化能力，DPPH自由基、ABTS+自由基、羥基自由基清除能力和FRAP顯著高于前者（P<0.05）。An等[17]指出，MD對樣品的抗氧化性能有最不利的影響。MD和VMD的抗氧化能力低于VFD，但高于VD和HD，這可能是由于MD和VMD干燥所用時間最短的緣故。此外，HD樣品的抗氧化活性最低，這可能是由于該方法需要長時間高溫干燥，高氧和高氣流環境使得HD樣品總酚、總黃酮以及影響抗氧化能力的物質降解和損失導致，與先前的研究結果類似。而且干燥過程中的高溫和長時間處理通常會導致更嚴重的抗氧化活性損失和活性成分的降解[14，28]。

2.5 不同干燥方式對茄子氣味的影響

風味特征是影響果蔬品質的重要因素，電子鼻的主成分分析（principal component analysis，PCA）可以快速區分不同樣品中的揮發性化合物。不同干燥方式對茄子氣味的影響見圖3。

圖3 不同干燥方式對茄子氣味的影響Fig.3 Principal component analysis and radar graph of the flavors of eggplants dried with different methods

由圖3a可知，第一主成分貢獻率（PC1）和第二主成分貢獻率（PC2）分別為74.2%和13.5%，總貢獻率為88.7%，超過85%，可以有效反映主成分數據。干燥的樣品均在新鮮樣品的左側，說明主要成分有顯著差異。另外，新鮮樣品和MD樣品距離較近，與其他處理組樣品距離較遠，說明這2個樣品具有相似的氣味分布。

如圖3b所示，W1W（無極硫化物、萜類化合物）、W2S（醇類、醛酮類）、W1S（甲基類物質）和 W5S（氮氧化合物）傳感器信號較高，為茄子主要風味類型。HD樣本顯示出這些物質的最低水平。除鮮茄子外，VD、VMD和VFD樣品的氣味性能表現最好，與新鮮茄子的氣味最為接近。這與Feng等[12]的研究結果一致，表明低溫和低壓的結合可以使干制產品的形狀、顏色和風味得到更好的保留。

3 結論

本試驗研究了不同干燥工藝對茄子顏色、香氣組成、總酚、總黃酮、抗氧化能力和微觀結構的影響。結果表明，非熱干燥技術（VFD）所得茄子具有最高的總酚含量和總黃酮含量，抗氧化性能最好，微觀結構變化最小，但色差表現較差；快速干燥技術（MD和VMD）在營養物質保留及抗氧化能力及微觀結構方面弱于VFD，但明顯好于長時間高溫干燥技術（HD和VD）。