熱風干燥和遠紅外干燥對草莓粉品質特性的影響

李珂昕，張軼，宋超，孟想，王郡，楊柳青，王儲炎

（合肥學院 生物食品與環境學院，安徽 合肥 230601）

草莓屬薔薇科多年生草本植物，色澤鮮艷、質地柔軟多汁、香味濃郁、營養豐富，被譽為“水果皇后”，深受廣大消費者的喜愛[1]。草莓不僅含有豐富的氨基酸、多糖、纖維素、礦物質元素，還含有花青素、維生素C、酚酸、黃酮等活性成分。研究表明，草莓具有較強的抗氧化能力，大約是蘋果、梨、柑橘和番茄等果蔬的2～11 倍，對人體健康具有諸多益處，如清熱解毒、降低膽固醇、抗心血管疾病、抑制動脈粥樣硬化、防癌等[2-5]。草莓的季節性強，含水量高，組織柔嫩，極易出現腐爛、變質等現象，其不易貯存、保質期短是草莓生產中普遍存在的問題[6]。因此，需要將草莓深加工以達到延長草莓貨架期的目的，同時在加工過程中還能最大程度地保留草莓的營養品質，生產高品質產品，以滿足消費者對營養健康飲食的追求。

干燥是一種常見的食品加工方法，能夠有效地抑制微生物生長，達到延長食品保質期的目的[7]。目前，果蔬的干燥方法有熱風干燥、微波干燥、真空冷凍干燥、噴霧干燥、紫外干燥等。研究發現，不同干燥方法對果蔬品質的影響差別較大，尤其是發生比較明顯變化的風味，直接影響消費者的購買意愿[8]。因此，針對不同的果蔬原料，應選擇適合自身特性的干燥方法[9-13]。

本文采用熱風干燥和遠紅外干燥2 種方式來處理草莓，測定不同干燥溫度所制備草莓粉的水分含量、VC含量、花青素含量、多酚含量、抗氧化活性、風味物質等品質特性，揭示不同干燥方式對草莓粉品質特性的影響規律，確定草莓粉的最佳干燥方式及干燥溫度，以期為草莓粉的大規模工業化生產提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

草莓：市售；氫氧化鈉、鹽酸、抗壞血酸、沒食子酸、無水乙醇、福林酚試劑、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1 -diphenyl -2 -picrylhydrazyl，DPPH）（均 為 分 析純）：上海源葉生物科技有限公司；氯化鉀：西隴化工股份有限公司；醋酸鈉：天津博迪化工股份有限公司。

1.2 儀器與設備

電熱鼓風干燥箱（DHG-9140A）：上海一恒科學儀器有限公司；200 g 搖擺式高速中藥粉碎機（LK-1048）：新昌縣城關紅利數控制造廠；低速離心機（JW-1048）：安徽嘉文儀器裝備有限公司；固相微萃取頭（50/30μm DVB/CAR/PDMS）：美國Supelco 公司；氣相色譜-質譜聯用儀（gas chromatograph- mass spectrometer，GC-MS）（QP2010）、氣相色譜柱（SH-Rxi-5siMS）：日本島津公司；紫外分光光度計（745P）：上海光譜儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 草莓粉制備方法

1.3.1.1 工藝流程

草莓→解凍→預處理→打漿（裝載量為50、75、100、125、150 g）→干燥（溫度為60、70、80 ℃）→粉碎、收集并包裝→測定。

1.3.1.2 工藝要點

1）預處理：挑選果實飽滿、新鮮成熟、沒有腐爛的草莓，去蒂并沖洗干凈。

2）打漿：將處理后的草莓用攪拌機打漿。

3）干燥：將草莓漿放在覆蓋吸油紙的培養皿上，按照不同的裝載量（50、75、100、125、150 g）稱重，放進電熱鼓風干燥箱或者遠紅外干燥箱中干燥，每隔0.5 h 取出并稱量此時的草莓質量，直至達到恒重。干燥時采用的溫度分別為60、70、80 ℃。

4）粉碎：將不同溫度下不同裝載量干燥后的草莓分別放入200 g 搖擺式高速中藥粉碎機中粉碎，收集粉碎后的草莓粉并包裝，然后保存備用。

1.3.2 水分含量的測定

參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》[14]中的方法測定草莓粉中的水分含量。

1.3.3 維生素C 含量的測定

草莓粉中維生素C 含量參照馬宏飛等[15]的紫外分光光度法進行測定，并有所改動。準確稱取2 g 草莓粉于燒杯中，根據文獻[15]的方法進行標準曲線的繪制（y=0.050 8x-0.007 6，R2=0.997 7）和樣品處理，并在波長243.4 nm 處測定吸光度。

1.3.4 花青素、多酚含量的測定

1.3.4.1 草莓粉活性成分提取液的制備

參考Yao 等[16]的方法并稍作修改。稱取1.0 g 的草莓粉與25 mL 70%乙醇溶液混合均勻，于40 ℃水浴中超聲輔助提取30 min，4 000 r/min 離心20 min，相同條件清洗濾渣2 次，合并上清液，用70%乙醇溶液定容至100 mL，即得草莓粉活性成分提取液。

1.3.4.2 花青素含量的測定

參考Wang 等[17]的pH 示差法并稍作修改。取1 mL草莓粉活性成分提取液，分別加入2 mL、pH1.0 KCl 和2 mL、pH4.5 NaAc 緩沖溶液，于510 nm 和700 nm 波長處測定吸光度，花青素含量的計算公式如下。

式中：M 為花青素含量，mg/g；A 為（A510－A700）pH1.0－（A510－A700）pH4.5；DF為波長510 nm 處吸光度為0.2～1.4 時，pH1.0 緩沖液稀釋待測液的稀釋倍數；MW為矢車菊-3-葡萄糖苷分子量，449 g/mol；ε 為消光系數，26 900 [L/（mol·cm）]；m 為草莓粉質量，g；V 為提取液體積，L。

1.3.4.3 多酚含量的測定

參考Michalska 等[18]的福林酚法并稍作修改。配制0.1 mg/mL 的沒食子酸標準溶液，稀釋成不同濃度的梯度，各取1 mL，依次加入5 mL 水和0.5 mL 1.0 mol/L 福林酚試劑，混合均勻，于暗處避光放置6 min，加入1.5 mL 4% NaCO3溶液，搖勻，室溫放置2 h，于765 nm 處測定吸光度，繪制標準曲線。取1 mL 草莓粉活性成分提取液，測定方法同上，結果以mg 沒食子酸/100 g 表示，多酚含量的計算公式如下。

式中：M 為多酚含量，mg 沒食子酸/100 g；c 為樣品中的沒食子酸濃度，mg/mL；V 為樣品的提取液總體積，mL；F 為稀釋倍數；m 為草莓粉樣品的質量，g。

1.3.5 抗氧化活性的測定

草莓粉DPPH 自由基清除率的測定參照Chen 等[19]的方法并稍作改動，標準曲線方程為y=73.64x+0.057 1，R2=0.998 5。將4 mL 0.5 mmol/L DPPH 加入2 mL 草莓粉活性成分提取液中，在室溫下避光反應30 min，以無水乙醇為空白對照，于517 nm 下測定吸光度，DPPH自由基清除率的計算公式如下。

式中：R 為DPPH 自由基清除率，%；As和Ab分別為樣品和空白對照的吸光度。

1.3.6 風味物質的測定

草莓粉風味物質的測定參考Rajkumar 等[20]的頂空固相微萃取（headspace solid-phase micro-extraction，HS-SPME）聯合GC-MS 分析測定方法，并稍有改動。

風味萃取：采用頂空固相微萃取的方法萃取草莓粉中的揮發性物質成分。將裝有1.0 g 草莓粉的萃取瓶于60 ℃水浴中靜置10 min，然后將固相微萃取針插入萃取瓶中至待測樣品上方1 cm 處，吸附30 min后迅速插入GC-MS 進樣口解吸1 min，進行GC-MS檢測。

風味分析：采用氣質聯用的方法進行風味分析。色譜柱采用SH-Rxi-5si MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm），載氣為氦氣，流速為1.0 mL/min，升溫程序：40 ℃保持5 min，以10 ℃/min 的速度升至180 ℃，以5 ℃/min 的速度升至210 ℃，保持5 min，最后以10 ℃/min 的速度升至250 ℃，保持6 min。進樣口溫度為250 ℃，70 eV的離子化能量，質譜質量掃描范圍：45.0～450.0 amu。

藍莓風味物質通過與NIST 標準庫的質譜比對進行鑒定，僅保留相似度大于80%的揮發性成分作為定性結果。

1.4 數據處理

采用Excel 軟件、SPSS Statistics 27 軟件和Origin 22 軟件分別進行數據分析、系統聚類分析的繪制。

2 結果與分析

2.1 不同干燥條件對草莓粉水分含量的影響結果與分析

不同干燥條件對草莓粉水分含量的影響結果如圖1 所示。

圖1 不同干燥條件對草莓粉水分含量的影響Fig.1 Effect of different drying conditions on the moisture content of strawberry powder

由圖1 可知，2 種干燥方式相比，熱風干燥時草莓粉的水分含量均明顯低于遠紅外干燥。2 種干燥方法干燥草莓時，在裝載量考察范圍內（50～150 g），草莓粉的水分含量均隨著溫度的升高而依次降低，遠紅外干燥下降較明顯。在溫度考察范圍內（60～80 ℃），2 種干燥方式處理后，草莓粉的水分含量隨裝載量的變化規律不同。熱風干燥處理的草莓粉，水分含量隨裝載量的增加整體呈下降的變化趨勢，但在150 g 時，水分含量有所上升，可能是因為裝載量較多，培養皿空間有限導致受熱不均勻，所以水分擴散慢，失水速率下降。遠紅外干燥時，水分含量整體呈上升趨勢。熱風干燥處理的草莓粉水分含量明顯低于遠紅外干燥，2 種干燥方式對水分含量影響的不同，主要原因可能是熱風干燥具有鼓風加熱循環系統，能夠使轉移到草莓漿表面的水分快速汽化，隨空氣轉移到干燥室外，干燥室內部空氣的濕度隨干燥時間的延長而逐漸降低；而遠紅外干燥為恒溫封閉加熱，轉移到草莓漿表面的水分汽化速率小于熱風干燥，干燥室內的空氣濕度隨裝載量的增加而增加，以至影響草莓粉的最終水分含量[21]。

2.2 不同干燥條件對草莓粉維生素C 含量的影響結果與分析

不同干燥條件對草莓粉維生素C 含量的影響結果如圖2 所示。

圖2 不同干燥條件對草莓粉維生素C 含量的影響Fig.2 Effect of different drying conditions on the vitamin C content of strawberry powder

由圖2 可知，熱風干燥時，在裝載量考察范圍內（50～150 g），草莓粉中維生素C 含量隨溫度的升高明顯降低，這可能是由于維生素C 是熱敏性物質，溫度越高，受熱氧化分解的速度越快。在溫度考察范圍內（60～80 ℃），草莓粉中維生素C 含量在裝載量50～125 g之間總體呈上升趨勢，而在150 g 時明顯下降。遠紅外干燥時，草莓粉中維生素C 含量在同一溫度條件下，隨裝載量的增加總體呈下降趨勢；在較低裝載量（50 g和75 g）時，維生素C 含量隨溫度的升高而降低，在較高裝載量（125 g 和150 g）時，維生素C 含量隨著溫度的升高呈先升高后降低的趨勢。總體來說，遠紅外干燥所得草莓粉的維生素C 含量低于熱風干燥，主要原因可能是遠紅外干燥時，熱源輻射出的遠紅外線加快了維生素C 的氧化速度[21]。

2.3 不同干燥條件對草莓粉花青素含量的影響結果與分析

不同干燥條件對草莓粉花青素含量的影響結果如圖3 所示。

圖3 不同干燥條件對草莓粉花青素含量的影響Fig.3 Effect of different drying conditions on anthocyanin content in strawberry powder

由圖3 可知，熱風干燥條件下，在裝載量考察范圍內（50～150 g），隨著溫度的升高，草莓粉的花青素含量隨溫度的升高明顯降低；在溫度考察范圍內（60～80 ℃），隨著裝載量的升高，草莓粉的花青素含量變化不明顯。在遠紅外干燥條件下，草莓粉花青素含量隨干燥條件的變化趨勢與熱風干燥相似，且在60～80 ℃的遠紅外干燥條件下所得草莓粉花青素含量均低于60 ℃和70 ℃熱風干燥處理。主要的原因可能是花青素不穩定，易受光、熱等條件的影響而發生降解，而遠紅外干燥是在光線和溫度的雙重影響下，加快了花青素的降解速度，致使花青素的含量低于熱風干燥。

2.4 不同干燥條件對草莓粉多酚含量的影響結果與分析

不同干燥條件對草莓粉多酚含量的影響結果如圖4 所示。

圖4 不同干燥條件對草莓粉多酚含量的影響Fig.4 Effect of different drying conditions on the polyphenol content of strawberry powder

由圖4 可知，2 種干燥方式相比，熱風干燥所得草莓粉多酚含量均高于遠紅外干燥。熱風干燥條件下，在裝載量考察范圍內（50～150 g），不同干燥溫度對草莓粉多酚含量的影響沒有明顯差異；在溫度考察范圍內（60～80 ℃），隨著裝載量的升高，多酚含量呈上升趨勢。遠紅外干燥條件下，在裝載量考察范圍內，隨著溫度的升高，多酚含量呈先升高后下降的趨勢，多酚含量在70 ℃時達到最高，60 ℃時最低。這可能是由于主要以結合形式存在的酚類化合物經過熱處理被釋放出來，當溫度升至70 ℃以上，熱敏性酚類物質受熱發生降解，致使草莓粉中多酚含量隨溫度的升高呈先升高后下降的趨勢[22-23]。而多酚含量在不同溫度下，受裝載量影響的差異也不相同，這可能是由于干燥溫度不同、裝載量不同，致使草莓的干燥時間也不相同，草莓內的多酚氧化酶活性也不同，從而對多酚的作用也不同。可見，不同干燥條件致使草莓粉多酚含量存在差異是干燥溫度、干燥時間、多酚氧化酶活性等多因素作用的結果[23]。

2.5 不同干燥條件對草莓粉抗氧化活性的影響結果與分析

不同干燥條件對草莓粉抗氧化活性的影響結果如圖5 所示。

圖5 不同干燥條件下草莓粉抗氧化活性的影響Fig.5 Effect of different drying conditions on the antioxidant activity of strawberry powder

由圖5 可知，熱風干燥條件下，在裝載量考察范圍內，草莓粉DPPH 自由基清除率隨溫度的升高而降低，說明草莓粉中含有較多的熱敏性物質[24]；而裝載量對其的影響不明顯。遠紅外干燥對草莓粉DPPH 自由基清除率的影響與熱風干燥相同。與遠紅外干燥相比，熱風干燥60 ℃時草莓粉抗氧化活性相對較高。

2.6 不同干燥條件對草莓粉部分風味物質的影響

根據頂空固相微萃取聯合GC-MS 分析遠紅外干燥和熱風干燥草莓中的風味物質成分，結果如表1 所示。

表1 不同干燥方式對草莓粉風味物質的影響Table 1 Effect of different drying methods on the flavor compounds of strawberry powder

由表1 可知，風味物質成分總數、類型在不同的干燥條件下均有明顯差異。遠紅外干燥在60、70、80 ℃時分別檢出的風味物質總量為103、88 和73；熱風干燥時分別為90、95 和73。醇類、醛類、酮類、酸類、酯類、烴類等風味物質的數量隨著干燥條件的不同而不同。在60 ℃遠紅外干燥、60、70、80 ℃熱風干燥條件下，檢測出的醇類數量均較多；70 ℃遠紅外干燥時烴類的數量最多。

不同干燥方式對草莓粉中風味物質相對含量的影響結果如圖6 所示。

圖6 不同干燥方式對草莓粉中不同種類風味物質相對含量的影響Fig.6 Effect of different drying methods on the relative content of different flavor substances in strawberry powder

從圖6 可以看出，采用遠紅外干燥時，隨著溫度的升高，醇類、醛類的相對含量呈先升高后降低的趨勢，酸類、酯類和烴類則呈先降低后升高的趨勢；酮類相對含量隨溫度的升高而升高，且70 ℃與80 ℃差異不明顯。醛類物質在3 個考察溫度（60、70、80 ℃）下的相對含量均高于其他所有類型的風味物質，且遠紅外干燥70 ℃時達到最高值39.65%。采用熱風干燥時，隨著溫度的升高，醇類、酯類呈先降低后升高的趨勢，酮類則呈先升高后降低的趨勢；醛類相對含量隨溫度的升高而升高，酸類和烴類則逐漸降低。且在60 ℃時，烴類的相對含量達到最高值34.29%，明顯高于其他所有類型的風味物質；在70、80 ℃時，醛類物質相對含量明顯高于其他所有類型，在80 ℃時達到最高值35.41%。

采用遠紅外干燥和熱風干燥在不同溫度下對草莓進行干燥處理后，通過比對草莓粉的風味物質成分，選取相對含量大于1%的風味物質成分，進一步分析草莓粉在不同干燥方式和干燥溫度（60、70 和80 ℃）下風味物質的變化，結果如表2、圖7 所示。

表2 不同干燥方式對草莓粉部分風味物質相對含量的影響Table 2 Effect of different drying methods on the relative content of some flavor compounds in strawberry powder

圖7 不同干燥條件下草莓中風味物質質譜Fig.7 Mass spectra of flavor compounds in strawberries under different drying conditions

由表2、圖7 可知，遠紅外干燥和熱風干燥在不同溫度下所得的草莓粉中相對含量大于1%的風味物質成分相似，但相對含量略有不同，結果表明不同干燥處理的6 種草莓粉均有獨特的特定味道。相對含量較高的風味物質為糠醛，在2 種干燥方式下，相對含量均大于10%。熱風干燥60 ℃時最低，為11.48%，遠紅外干燥70 ℃次之，為12.86%。研究表明，糠醛含量是食品加工過程中熱損傷的一個考察指標[25]，隨著溫度的升高，糖和抗壞血酸的降解也會生成糠醛和呋喃酮[26]。因此，在熱風干燥60 ℃和遠紅外干燥70 ℃時，糠醛含量較低，證明草莓的熱損傷較小。Zhang 等[27]研究發現，壬醛、1-辛烯-3-醇、芳樟醇均具有較高的相對氣味活度值，對草莓粉的風味貢獻較大。通過比對表1、表2、圖6 和圖7 可知：同種干燥方式下，不同溫度對草莓粉風味物質成分相對含量的影響不同；不同干燥方式對草莓粉風味物質成分相對含量的影響不同；不同的干燥方式和不同的溫度下，均伴隨風味物質的流失和新的風味物質的產生。這可能與干燥過程中的化學反應有關，如美拉德反應、不同分子之間的相互作用、大分子的降解等[28]。遠紅外干燥和熱風干燥2 種干燥方式對草莓處理后的風味物質類型主要有醇類、醛類、酮類、酸類、酯類、烴類和其他。

本研究對風味物質類型進行系統聚類分析，采用組間連接的聚類方法、歐氏距離測量區間。不同干燥方式系統聚類分析樹狀圖如圖8 所示。

圖8 不同干燥方式系統聚類分析樹狀圖Fig.8 Dendrogram of cluster analysis of different drying methods

由圖8 可知，在歐氏距離為10 時，可以將2 種干燥處理的草莓粉樣品劃分為3 類。第一類是熱風干燥60 ℃；第二類是遠紅外干燥70 ℃；第三類有兩個亞類，第1 個亞類是遠紅外干燥80 ℃、熱風干燥80 ℃和熱風干燥70 ℃，第2 個亞類是遠紅外干燥60 ℃。

3 結論

通過對熱風干燥和遠紅外干燥在60、70、80 ℃條件下對草莓進行干燥處理，發現6 種草莓粉樣品的品質特性均存在明顯差異。在所有干燥的溫度下，熱風干燥處理的草莓粉水分含量明顯低于遠紅外干燥；其中60 ℃和70 ℃時，熱風干燥的草莓粉中維生素C、花青素和多酚的含量均明顯高于遠紅外干燥。2 種干燥方式處理的草莓粉中風味物質類型主要有醇類、醛類、酮類、酸類、酯類、烴類和其他；在遠紅外干燥條件下，70 ℃時醛類風味物質的相對含量達到最高；熱風干燥條件下，60 ℃時烴類達到最高，70、80 ℃時醛類均明顯高于其他類型。風味物質相對含量的測定結果表明，熱風干燥60 ℃時，草莓粉風味特性較好，遠紅外干燥70 ℃時次之。綜上所述，熱風干燥和遠紅外干燥在合適的溫度下均能獲得較優品質的草莓粉，在實際生產中可以根據樣品處理量等具體情況選擇合適的干燥方式和干燥溫度。