不同干燥工藝對獼猴桃粉理化性質、微觀結構及品質的影響

錢曉燕,周夢琪,呂遠平,陳婧司

1(蘇州大學 蘇州醫學院公共衛生學院,江蘇 蘇州,215123)2(蘇州工業園區疾病防治中心,江蘇 蘇州,215021)3(四川大學 輕工科學與工程學院,四川 成都,610065)

獼猴桃富含糖類、有機酸、維生素、蛋白質、酚類及礦物質,因其營養價值較高,在市場上廣受歡迎[1]。聯合國糧農組織數據顯示,2019年我國獼猴桃的產量高達2.20×106t,占全球總產量的50.52%,穩居世界第一,較我國2009年產量增加了348.31%[2]。隨著我國種植業的迅速發展,獼猴桃作為一種不耐貯藏的水果,鮮銷已無法消耗大量的獼猴桃,對其進行深加工成為必然趨勢。

將獼猴桃制成全果粉,可沖調后飲用或作為基礎性原料應用于調味品、快餐食品和方便食品加工中,果粉使用方便快捷,提高了獼猴桃原料的加工利用率,已成為延長獼猴桃產業鏈的重要加工方式[3]。不同干燥工藝制得的果粉產品品質相差較大[4-6],因此評估不同干燥工藝加工的產品性質并進行改良具有重要的現實意義。目前關于不同干燥方式得到的櫻桃粉、橄欖粉、南瓜粉等品質的比較研究較多[7-9],但對于獼猴桃粉的研究主要集中于工藝優化及復合粉的開發上,干燥方式比較的研究較少,且分析方法單一,關于其多方面性質綜合性評估的文獻較少[10-13]。

本研究采用3種常見干燥工藝制作全果粉,通過對其色澤、微觀結構、物理性質以及營養成分的測定,探究不同干燥工藝對獼猴桃粉品質的影響,并采用主成分分析法對全果粉品質進行綜合評價,為獼猴桃粉加工工藝的改良提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

國產徐香綠心獼猴桃,市售;分析純L(+)-抗壞血酸、蒽酮-乙酸乙酯試劑、酚酞、NaOH、濃H2SO4、HCl、蔗糖,四川省成都市科隆化學品有限公司;食品添加劑(微晶纖維素、磷酸三鈣復合物、β-環糊精),湖州市菱湖新望化學有限公司;食用菜籽油,益海(廣漢)糧油飼料有限公司;無水檸檬酸,淮坊英軒實業有限公司。

C012攪拌機,九陽股份有限公司;SQP型電子天平,北京賽多利斯科學儀器有限公司;DZF-6020真空干燥箱,上海一恒科學儀器有限公司;SCIENTZ-10 N冷凍干燥機,寧波新芝生物科技股份有限公司;GZX-9140MBE 電熱鼓風干燥箱,上海博迅醫療生物儀器股份有限公司;CM-5色差色度儀,柯尼卡美能達辦公系統有限公司;UV-1800BPC紫外可見分光光度計,上海美普達儀器有限公司;Helio G4 UC掃描電鏡,美國賽默飛世爾科技公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 獼猴桃粉生產工藝

獼猴桃→篩選→果皮脫苦除澀→洗凈瀝干→打漿→干燥→過篩→成品

采集成熟度一致,無病蟲害和機械損傷的獼猴桃。在參考文獻[14]和前期實驗的基礎上對果皮脫苦除澀,采用45 ℃質量分數為2%的β-環糊精溶液浸泡100 min。m(獼猴桃)∶m(β-環糊精)=1∶5。將獼猴桃帶皮切塊,放入攪拌機中,2檔(250 W)10 min打為勻漿。取獼猴桃果漿100 g平鋪于15 cm玻璃培養皿中,進入干燥工序。微晶纖維素、Ca3(PO4)2與干燥后果粉的質量比為1∶1∶100,混合打成均勻的粉末,過100目篩。

1.2.2 干燥方式及參數

1.2.2.1 真空干燥

將獼猴桃漿放入真空干燥箱,溫度40 ℃,真空度-0.085 MPa,烘干20 h。冷卻后取出,真空包裝。樣品記為VDP。

1.2.2.2 熱風干燥

將獼猴桃漿60 ℃恒溫干燥12 h。冷卻后真空包裝。所得樣品記為HADP。

1.2.2.3 真空冷凍干燥

將獼猴桃漿-20 ℃冷凍24 h后迅速放入凍干機干燥倉(冷阱溫度-45 ℃,真空度10 Pa),冷凍干燥72 h。然后真空包裝。所得樣品記為FDP。

1.2.3 色度測定

采用CM-5色差色度儀,利用L*、a*、b*表色系統評價獼猴桃粉色澤。

1.2.4 維生素C含量測定

采用紫外分光光度法[15]進行測定。

1.2.5 總酸測定

采用GB 12456—2021《食品安全國家標準 食品中總酸的測定》方法。

1.2.6 總糖測定

采用蒽酮比色法[16]。

1.2.7 水分含量

按照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中相關方法進行測定。

1.2.8 得率計算

獼猴桃粉的得率按公式(1)計算:

(1)

式中:m1,獼猴桃果粉質量,g;m2,獼猴桃果漿質量,g。

1.2.9 堆積密度

參考任愛清等[17]的方法,稱取2.0 g獼猴桃粉輕輕倒入10 mL干燥潔凈的量筒中,將量筒置于旋渦振動器上1 min,使其體積恒定,記錄樣品的質量和體積,堆積密度為粉末的質量與體積的比值。

1.2.10 流動性

通過測定休止角對其流動性進行比較,參考羅麗蓉等[18]的方法,將坐標紙平鋪在桌面上,將漏斗垂直固定在坐標紙上方,漏斗下端出口距離坐標紙6 cm。取10.00 g獼猴桃粉經玻璃漏斗垂直流動至白紙,形成圓錐體,測定其底部直徑及高度。休止角α按公式(2)計算:

(2)

式中:h,漏斗下端與坐標紙的距離,cm;r,獼猴桃粉形成的圓錐體底部直徑,cm。

1.2.11 吸油性

參考林炎娟等[7]的方法。稱取1.0 g樣品加入盛有8 mL菜籽油的離心管,渦旋振蕩混勻后,靜置30 min,4 000 r/min離心20 min,記錄上層油體積,吸油性按公式(3)計算:

(3)

式中:V1,添加菜籽油體積,mL;V2,上層菜籽油體積,mL;m,獼猴桃粉質量,g。

1.2.12 溶解性

參考林炎娟等[7]的方法。稱取1.0 g樣品于200 mL燒杯中,加100 mL蒸餾水,磁力攪拌器攪拌5 min,4 000 r/min 離心5 min,取上清液20 mL于玻璃培養皿,105 ℃干燥3 h,記干燥后總質量,溶解度按公式(4)計算:

(4)

式中:m1,獼猴桃粉質量,g;m2,玻璃培養皿質量,g;m3,烘干后玻璃培養皿與殘渣總質量,g;V1,蒸餾水總體積,mL;V2,上清液體積,mL;w,含水率,%。

1.2.13 水合能力

參考 ZHANG 等[19]采用的測定方法,并按實際情況進行調整。稱取1.0 g樣品于離心管,加10 mL蒸餾水,搖晃均勻。60 ℃水浴30 min,取出冷卻30 min,10 000 r/min離心40 min,倒去上清液,稱量離心管和沉淀物的質量,水合能力按公式(5)計算:

(5)

式中:m,離心管質量,g;m1,獼猴桃粉質量,g;m2,離心管和沉淀物質量,g。

1.2.14 微觀結構測定

將獼猴桃粉平鋪于樣品板上,噴金、抽真空后采用掃描電鏡進行觀察、拍照[20]。

1.3 數據處理

用SPSS 26對所有數據進行分析,所有實驗重復3次以上,采用平均數±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式得到的獼猴桃粉色澤參數

不同干燥方式處理對于獼猴桃粉色澤變化有較大的影響,各樣品間存在顯著性差異(表1和圖1)。其中FDP亮度(L*)最高,為75.52,a*值為-2.25,保持了獼猴桃綠色的色澤。HADP的b*值達到了34.03,a*值達到了11.01,呈現出焦黃色,這與王科堂等[13]的研究結果相似。在真空冷凍干燥過程中,物料溫度低,且不與空氣接觸,可更好地維持物料顏色穩定性,盡可能地使其保持干燥前的狀態。熱風干燥溫度較高,同時與熱空氣接觸,增加了獼猴桃粉的氧化程度,使其發生美拉德等顏色加深反應。

a-HADP;b-VDP;c-FDP圖1 不同干燥方式得到的獼猴桃粉外觀Fig.1 Apperance of kiwifruit powder obtained by different drying methods

表1 不同干燥方式得到的獼猴桃粉色澤參數表Table 1 Color parameters of kiwifruit powder obtained by different drying methods

2.2 不同干燥方式得到的獼猴桃粉理化指標

堆積密度可反應干燥過程中物料基體坍塌而樣品中空氣體積減少的程度[21],由表2可知,HADP組的堆積密度最大,為0.59,提示熱風干燥得到的獼猴桃粉顆粒與顆粒間的空隙最小,運輸與包裝成本最低。

水合能力反映了獼猴桃粉對水分的束縛能力,其大小取決于粉的表面結構及粉的粒徑[22]。冷凍干燥過程使凍結冰晶直接升華,留下孔洞,得到的FDP水分含量低,組織疏松且粒徑較小,因此水合能力佳,在與水接觸時顆粒潤濕的比表面積更大,有利于親水基團吸附水分,使得FDP更易溶解于水。

果粉在儲存過程中易出現結塊現象,因此常在其中加入抗結劑,在果粉間形成物理阻隔,同時與其競爭吸濕,提高其流動性[23]。實驗中采用微晶纖維素、Ca3(PO4)2作為抗結劑,發現FDP休止角最大,為37.71°,流動性最差,這是由于其顆粒疏松多孔導致比表面積較大,顆粒間的摩擦力較大,易發生團聚[24],HADP則呈現較好的流動性。劉巖龍等[8]研究顯示干燥溫度越高,水分散失越快,食品本身組織結構則被破壞,櫻桃果粉末顆粒越小,流動性越好,與本文結果相似。

FDP的吸油性優于另2種粉,這說明其對油脂的吸收和保留能力更強。此外,FDP的水分含量也低于其他2種干燥方式,在產品儲藏方面更具優勢。

在營養成分方面,3種干燥方式得到的獼猴桃粉總糖含量無顯著差異,FDP對維生素C有較好的保留,說明低溫、低氧環境有利于維生素C的保留。李莉峰等[25]比較了不同干燥方式對南果梨干的酸度影響,結果與本研究相符。

2.3 不同干燥方式得到的獼猴桃粉微觀結構

由圖2可知,3種獼猴桃粉的顆粒大小、形態各有差別。其中,FDP、HADP表面多孔、不平整,少量顆粒伴有裂紋。HADP表面出現一些不規則圓球形狀,粉體顆粒更膨脹,這可能是由于熱處理后引起的體積增大,使其顆粒表面折疊起皺、變得粗糙。FDP顆粒小,表面出現許多孔洞,結構最為疏松,這也是其比表面積較大,顆粒間的摩擦力較大,易發生團聚的原因。VDP表面光滑平整,有類似柱狀以及較大塊狀的結構,其質地較為致密,表現為水合能力、吸油性較差。不同干燥方式對獼猴桃粉的微觀結構影響較大,進而影響其物理特性。

2.4 主成分分析不同干燥方式得到的獼猴桃粉品質

采取主成分分析法對不同干燥方式得到的獼猴桃粉的品質指標進一步分類簡化。將獼猴桃粉的13個品質指標降維,根據特征值>1進行主成分提取。由表3可知,提取的主成分共2個,其方差貢獻率依次為63.27%和36.73%,累積方差貢獻率為100%,保留了絕大部分信息,達到對原信息降維的目的。

表3 不同干燥方式得到的獼猴桃粉的品質指標的主成分載荷矩陣、特征值和方差貢獻率Table 3 Principal component loading matrix, characteristic value and variance contribution rate of quality index of kiwifruit powders produced by different drying methods

由表3可知,第1主成分主要反映a*、維生素C、L*值、堆積密度、流動性、溶解性、總糖、水分含量的信息,第2主成分反映b*、總酸、吸油性、持水力和得率的特征。

利用表3數據除以主成分相對應特征值開平方根,得到2個主成分中各指標所對應的系數,設2個主成分得分依次為F1、F2,X1～X12分別為不同干燥方式得到的獼猴桃粉L*值、a*值、維生素C含量、水分含量、堆積密度、流動性、持水力、吸油性、總糖含量、b*值、溶解性、總酸含量、得率。以特征向量為權重構建2個主成分的得分表達式。

F1=-0.34X1+0.34X2+0.33X3-0.34X4-0.33X5+0.33X6+0.32X7-0.25X8+0.07X9-0.13X10+0.21X11+0.22X12+0.23X13

F2=0.09X1-0.13X2+0.14X3+0.13X4-0.15X5+0.15X6-0.19X7-0.32X8-0.45X9+0.42X10+0.36X11+0.35X12+0.35X13

以2個主成分的方差貢獻率為權重,構建獼猴桃粉品質指標綜合評價模型:Dn=63.27%F1+36.73%F2。

根據上述綜合評價模型計算出獼猴桃粉的綜合評價,分值越高,該獼猴桃粉品質越好。由表4可知,FDP主成分綜合得分最高,品質最好。其次為熱風干燥獼猴桃粉,真空干燥的綜合評分最低。

表4 不同干燥方式得到的獼猴桃粉主成分得分Table 4 Scores of the principal component of kiwifruit powders produced by different drying methods

3 結論

本研究使用了熱風干燥、真空干燥以及真空冷凍干燥等3種干燥工藝,探究不同干燥工藝對獼猴桃粉品質的影響。結果表明,FDP可有效保持獼猴桃綠色的色澤,其水分含量低、水合能力佳、吸油性好,維生素C質量分數達111.50 mg/100 g,其顆粒小,表面出現許多孔洞,結構最為疏松。HADP呈現出焦黃色,堆積密度最大,其表面出現一些不規則圓球形狀,粉體顆粒更膨脹。VDP的水合能力和吸油性均在3種獼猴桃粉中表現最差,其表面光滑平整,有類似柱狀以及較大塊狀的結構,其質地較為致密。不同干燥方式得到獼猴桃粉的微觀結構各有差別,其顆粒形態大小可影響其物理特性。

利用主成分法構建獼猴桃粉品質指標綜合評價模型計算得出,FDP主成分綜合得分最高,品質最好。其次為HADP。