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| 不同干燥方式对颗粒状果蔬质量变化的影响 | |
| 胡庆国 张慜 杜卫华 孙金才 | |
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摘要：本文分别对真空微波干燥、冷冻干燥、热风干燥及热风与真空微波联合干燥等不同干燥方式对颗粒状果蔬质量变化的影响进行了讨论，在Vc 和叶绿素的保持、色泽的差异、收缩和复水性等质量参数以及质构和微观结构的变化等方面，分别进行比较。真空微波干燥在以上各质量参数方面，虽比冻干产品有一定差距，但远优于常规热风干燥。采用常规热风与真空微波联合干燥方式也能较好地改善颗粒状果蔬的质量。
关键词：真空微波干燥；热风干燥；冷冻干燥；联合干燥；质量
新鲜果蔬含有大量水分又富有营养，因此很适宜微生物生长，造成腐烂。果蔬干制，即将果蔬中的大量水分排除，使微生物的繁殖和酶的活性受到抑制，有利于干制品的长期保存。采用适宜的干燥工艺和干燥设备，使果蔬在脱水的同时，能最大程度地其保留营养成分和感观质量，尽可能减少干制过程对果蔬中营养成分的破坏及对色泽等方面的影响，所以不同干燥方式对产品质量的影响很大。当然能耗消耗、设备投资和操作费用等经济因素也是选择干燥方式时非常重要的参考因素，故最终方案的选定总是在产品质量、能耗和设备投资等方面权衡后才能确定。
目前，大多数果蔬都是采用热风干燥方法脱水，但存在干燥速度慢，脱水时间长、产品质量差的普遍问题。冷冻干燥技术虽可较大程度的保存产品的天然品质和营养价值，但是干燥时间过长，设备价格昂贵，生产成本高，使其适用范围受到局限。真空微波干燥将微波技术和真空技术有机地结合，充分发挥微波加热快和均匀，真空条件下水汽化点低的特点，正在许多方面得到越来越多的重视和应用。真空微波与热风的组合干燥方式，即前期用热风将果蔬含水量干至40%~60%，后期用真空微波干燥至最终水分，这样即可降低微波设备的干燥负荷，从而降低设备投资，又可大大提高其干燥熟读，保证产品质量。
以上不同干燥方式对脱水果蔬的品质影响也各有差异，主要包括Vc 等营养成分及叶绿素等产生的化学变化以及收缩（密度）、复水和质构等物理性质的改变。本文通过试验，分别用真空微波干燥、热风与真空微波组合干燥、常规热风干燥及冷冻干燥等四种不同干燥方法对颗粒状果蔬在Vc 和叶绿素的保留、色泽、收缩和复水性能的变化以及微观结构的的改变等方面进行比较分析，从而为果蔬脱水选择适宜的干燥方式提供参考。
1 材料和方法
1.1 试验材料
速冻毛豆仁，由海通食品有限公司提供，平均初始含水量为71%（w.b）。
1.2 试验仪器及设备
试验用 型微波真空干燥设备，南京三乐微波技术发展有限公司生产，微波输出功率 （分六档可调），设备顶部有六个磁控管为微波源，微波频率 ，最大真空度 （表压，下同）。腔内立体转动机架带动6个物料板以每分钟1转的速度转动。 型冷冻干燥机，厦门友联冷冻设备有限公司生产；SHT系列蒸汽型蔬菜烘干脱水机，上虞市聚英企业有限公司生产；752“棱光”牌紫外可见分光光度计， “申光”牌测色色差计，均由上海精密仪器有限公司生产； 牌可编程电热风烘箱，德国B 公司生产； 牌电子天平，上海天平仪器厂生产ZKJ-1型循环水真空泵，上海市嘉鹏科技有限公司生产；高速离心机，上海安亭科学仪器厂生产。
1.3 试验方法
1.3.1 工艺过程
原料处理－－》热风干燥－－包装
原料处理－－》真空微波干燥－－》包装
原料处理－－》热风干燥－－真空微波干燥－－》包装
原料处理－－》冷冻－－》冷冻干燥－－》包装
预处理主要有：毛豆仁1000g解冻后，用3％盐水浸泡1小时，稍沥水数十分钟后即可进行干燥。
热风干燥：将预处理后的毛豆仁均匀铺在蔬菜烘干脱水机烘床上，打开蒸气阀门调节至试验温度70℃，让热风垂直穿过物料薄层，风速1m/s。
真空微波干燥：将预处理后的或经热风干燥后的毛豆仁放入真空微波设备的物料盘中均匀铺开为薄层，启动真空泵至最高真空度－96kPa,选定微波档位(2.8kw)及干燥时间(40min)后，打开微波开关即可。
热风与微波组合干燥：经70℃热风将毛豆干燥20min至50％(w.b)后，在微波功率2.8kw、真空度－96kPai下处理30min。
冷冻干燥：将预处理的毛豆在物料盘中铺开为薄层，先置于－40℃冰箱内冷冻24小时，取出后再放入冷冻干燥器中，真空度0.05-0.27kPa,冷阱温度－25～－45℃，加热板温度60℃，干燥18h。
包装：为防止物料吸潮，出料后要及时密封包装。
1．3．2 试验指标及测定方法
物料含水量测定：采用烘箱常压干燥法㈤；
Vc的测定：2， 6-二氯 靛酚滴定法；Vc保留率=干样Vc含量/鲜样Vc含量x100%
叶绿素测定：分光光度计法㈥;保留率计算方法同上。Vc和叶绿素含量均以干基表示，单位为mg/100g干。计算公式如下：
Vc和叶绿素含量（干基）=Vc和叶绿素含量检测值（湿基）/（1—物料湿基含水量）
色差测定：用测定色差计测定样品的表面色差；L*值（Lightness, 亮度），其值从0到100变化；0表示黑色，100表示白色。A*值（redness,红色度），表示从红到绿的值；100为红色，—80为绿色。b*值（yellowness,黄色度），表示从黄色到蓝色的值；100为黄色，-80为蓝色，每种样品取三次样，每样旋转三次不同角度分别读数，取九次读数的平均值。
收缩率测定：取样品10g，迅速放入装有60ml水的100ml量筒，用圆形薄片将样品全部压入以浸水中，10秒内读出体积变化量。每样重复三次，取平均值。分别可算出其鲜样及干品的密度Po和Pd,由下式计算出收缩率㈦: S = Po/Pd(Xd+1/Xo+1)
式中S（shrinkage）收缩率，Xo和Xd分别为鲜样及干品的干基含水率。鲜样的S值为1，干品的S值越小，则收缩越大。
复水比测定：将5g干品浸于20、50、80℃蒸馏水中50min，每间隔10min或5min、1min取出后，放入布氏漏斗置于抽滤长颈瓶上，长颈瓶与循环水真空泵相连，用真空泵抽真空30秒，除去样品表面水分，取出称重[8-10]。每样重复三次，取平均值。复水率由下式计算：RR ＝ Wr/Wd 式中，RR（rehydration）为复水比，Wr为复水后总重，Wd为复水前的干品总重复水速率（g/min）为：Rr = (Wr-Wd)/t 式中,t为复水时间，单位：min。
力学特性（脆性和硬度）测定；用质构仪的Po.5圆柱型测试探头，操作模式模式为压力测定前速度5mm/s,测试速度2mm/s ,测试后速度5mm/s,感应力20g，压缩距离3mm。将样品置于测试台上，测出其质构图（力－变形图），样品的脆性点出现在下压探头第一次冲向样品过程中坐标图上的第一个明显压力峰值处，而强度则以坐标图中出现的最大压力峰值表示。每样重复做八次，取其平均值。
微观组织观察：将样品分别通过固定、脱水、透明、浸蜡、切片、脱蜡、染色等过程，置于显微镜下观察，由与之相连结的计算机在一定比例下拍下其组织照片。实验数据采用SPSS10.0统计软件中ANOVA方差分析，由Duncan法分析均值差异的显著性，显著性水平P≤0.05。以a、b、c表示其差异性，相同字母表示差异性不显著。
2 试验结果和分析
2．1 干燥时间的比较
因干制果蔬的品质优劣与干燥时间有很大关系，故首先对各种干燥方式的干燥时间进行比较分析。采用冷冻干燥、热风干燥、真空微波干燥及热风＋真空微波联合干燥等分别将预处理后的毛豆干燥至最终水分2～3％，其干燥曲线如图1所示。冷冻干燥所用时间18（h），热风干燥需9(h),真空微波干燥只要40min,而热风与微波联合干燥也仅用时50nin。冷冻干燥用时虽为热风干燥的两倍，但因在较低温度下操作，对营养物的破坏很小，故可保证产品的品质。因有较长时间的制冷、抽真空和加热，所以能耗很高，操作成本最大。热风与微波联合干燥不仅能较大程度地降低了真空微波的成本，而且干燥时间较前两者大大缩短。
2.2 Vc及叶绿素含量保留率的比较
本试验中将毛豆分别经热风干燥、热风与微波组合干燥、微波干燥及冷冻干燥后所测Vc及叶绿素保留率见表1。Vc和叶绿素都是热敏性极强的不稳定成分，很容易在加工过程中受温度和氧化的作用而损失。加热是Vc和叶绿素含量减少的主要原因，因为它能加速氧化作用的进程。温度越高，作用时间越长，Vc和叶绿素的损失就越大。从表1可看出，冷冻干燥的产品Vc和叶绿素的保留率分别达82.10及95.82，组合干燥及真空微波干燥的Vc和叶绿素的保留率较为接近，虽与冷冻干燥的相差较大，但远高于常规热风干燥。这证实了在低温和真空条件操作的冷冻干燥，有效地防止了物质的分解，保护了易氧化成分，故对Vc和叶绿素的保留率均很高。真空微波干燥也是在真空及相对较低的温度下工作，并且干燥时间最短，这对其Vc和叶绿素的成分的破坏也较小。热风与真空微波组合干燥既可大大缩短干燥时间，降低生产及设备成本，其Vc和叶绿素的保留率又较接近真空微波干燥，故是一种值得推广的干燥方式。而热风干燥则相反，因其高温及长时间干燥过程对其Vc和叶绿素的破坏最大，故保留率也最低。
表1不同干燥方法对Vc及叶绿素保留率的影响
干燥方式 Vc保留率％ 叶绿素保留率％
热风干燥（AD）35.50c 24.46c
组合干燥AD+VMD 66.24b 49.69b
真空微波干燥（VMD） 70.97b 51.79b
冷冻干燥（FD） 82.10a 95.82a
2.3 色差和收缩率的比较
几种干燥方式对其色差的影响见表2。显然，冷冻干燥毛豆的L*值最大，高于鲜样及其它，即色泽最为鲜亮，VMD的L*值较接近鲜样，而经AD和AD+VMD产品的较低，即色泽较暗，这与果蔬在热风干燥过程中被氧化而产生褐变。FD和VMD的值较为接近鲜样，即绿色保持的较好，这显然与真空低温等因素有关。果蔬中所呈现出的绿色主要是与其叶绿素含量决定的，而叶绿素为热敏性物质，热风干燥在较高温度下长时间干燥使得果蔬中叶绿素的降解加剧，故其值则较低。各种干燥方式下的无显著差异。
果蔬脱水后收缩量大小是反映脱水质量的一个重要指标。通常收缩量大小与果蔬含水量高低相关，收缩量会随着含水量的降低而增加，故不同干燥方式均会使果蔬体积产生不同程度的收缩。果蔬在热风干燥时，表面温度较内部高，使果蔬颗粒内部水分未能及时转移到表面，随着表面水分的蒸发迁移，细胞收缩在表面迅速形成一层干硬膜。当颗粒中心干燥和收缩时，又会出现内裂空隙，从而形成表皮起皱、开裂破损、干瘪坚硬等现象，不仅收缩量大、感观质量差，复水性及口感也较差。在冷冻干燥下物料中水分从冰晶状态下直接升华，所占空间仍然保留，可基本保持其原有形状，形成多孔性结构，故收缩也最小。在热风与真空微波联合干燥中，前期热风干燥在除去物料表面水分但未引起体积缩时，进入后续的真空微波干燥。在真空微波干燥中，物料内部的水分吸收微波后汽化而产生由内向外的传质梯度，对物料有一定的膨化作用，使得果蔬的收缩量保持在较小的水平。所以如表2所示，FD的s值最大，为0.82;VDM及AD+VMD的s值分别是0.71和0.68，较为接近，虽较FD产品要小，但比AD0.49相比要大的多。
表2不同干燥方式对色差和收缩率的影响
干燥方式 L* a* b* S(%)
AD 47.28c -8.73c 20.56a 0.49c
AD+VMD 51.13b -10.86b 21.22a 0.68b
VMD 53.73b -11.46b 24.81a 0.71b
FD 62.48a -14.47ab 23.67a 0.82a
鲜样（预处理后） 57.27a -15.83a 26.29a
2.4 复水率的比较
脱水果蔬常需复水后才食用，其复水后恢复原来新鲜状态的程度是衡量脱水果蔬品质的重要指标之一。不同干燥方式干燥的毛豆分别在50℃、80℃水中复水率变化见图2、图3、图4。
干燥果蔬的收缩与复水特性是有相互关系的，以80℃下复水10min为例，FD、VMD、AD+VMD及AD物料的复水比分别为2.29、2.14、2.09和1.94，收缩率最小的FD产品呈多孔性结构，复水时有利于水的进入并持有，其复水性必然也最好。而如AD产品收缩较大，毛细管吸收水分的阻力也相应较大，其复水性也就较差。VMD和AD+VMD产品因微波干燥的膨化作用形成的多孔性结构，复水性能也较好，均优于AD产品。这与Taner Baysal、C.Beaudry、Tein M.Lin的研究结果一致。复水速率随着复水温度提高而加快，如VMD物料十分钟初期复水速率增加较快，但后期变化不大，即物料组织能吸收的水分已接近饱和。这说明脱水果蔬由于其细胞结构在干燥过程中萎缩，不可能完全复原。
2．5脆性及硬度的比较
果蔬干燥后可做为休闲食品直接食用，其酥脆性及硬度等力学指标是用来描述产品质地特征的典型参数。较强脆性产品对探头的初始抵抗作用较小，故脆性点对应的压力峰值也较小，即压力值越小，物料酥脆性越好。硬度值指第一穿冲样品时的压力峰值，在感观上是指用牙咬断样品所用的力。硬度值越大，说明样品越有咬劲。
表3 不同干燥方式对样品脆性峰值和硬度峰值的影响
干燥方式 AD(g) AD+VMD(g) VMD(g) FD(g)
脆性峰值 1858.1a 1205.4b 1270.9b 318.0c
硬度峰值 2714.3 4973.8a 3660.7 1445.5
从表3可看出，FD产品的脆性峰值最低，即酥脆性最好，而AD产品的压力峰值则为FD产品的六倍，所以脆性也最差；VMD及组合干燥产品的峰值则较接近，约为FD产品的四倍。没有咬劲。这与C.Beaudry(2004)对草莓所做的干燥试验结果相同。
2．6 微波结构的比较
果蔬在脱水过程中微观结构的变化与其收缩、复水等物理性以及质构等力学性能的变化是有密切相关的。果蔬细胞组织之间是由胶质薄层将细胞连在一起，这个胶质薄层在受热后失去其稳定性，使得细胞间产生分离，细胞体积也会随着内部水分的失去而产生收缩。在热风干燥中，随着物料水分的逐渐减少，和未干燥前的鲜样（经漂烫速冻，图5a）相比，细胞收缩使毛豆的整体收缩最大，无论从细胞纵向（图5a）还是横向（图5b）来看，细胞间结合非常紧密，几乎没有什么空隙。而由经冻干的组织纵向（图3d）可见，由于冰晶的升华，但结构收缩很小，留出大量的空隙，从高倍放大图（图5e）也看出细胞干燥后较为完整。从真空微波干燥的微观组织（图5f）看，细胞间的空隙也较大，这与微波的膨化作用有关。由于真空微波干燥的干燥速率很快，细胞内水分在微波作用下迅速气化，导致蒸气压增大使细胞壁破裂（见图5g）。经热风干燥使得细胞收缩较单用真空微波干燥的大。
以上微观结构分析也证实了前面收缩率的分析结果，冷冻干燥的产品在各种干燥方式中细胞间空隙最大，故收缩率也最小，复水性也最好；真空微波干燥以及热风联合干燥的方法，也能获得多孔性较好的结构。而热风干燥后的产品，则组织较为紧密，收缩最大，硬度也较高。
3 结论
1）FD果蔬产品的Vc和叶绿素的保留率在几种干燥方式中最高，色泽也交接近鲜样。但因操作时间过长，使得加工成本提高而限制了其应用范围。而AD则由于高温、干燥时间长及易氧化等因素，使果蔬的Vc和叶绿素降解加剧，不仅含量损失最大，色泽变化也最大；真空微波干燥及与热风联合干燥在以上各质量参数方面，虽比冻干产品有一定差距，但远优于常规热风干燥，并且干燥时间可大大缩短。
2）冷冻干燥的果蔬复水性远高于其它干燥方式，但作为休闲食品食用，质构过于松软，口感并不好，而AD产品又韧又硬，口感也较差。AD+VMD或VMD产品则较为理想。
3）果蔬干燥后的微观结构与其收缩率及质构等物理特性密切相关，相互影响，FD、VMD及AD+VMD三种干燥方式均能产生多孔性较好的结构。热风与真空微波联合干燥方式不仅可使Vc和叶绿素的保留率保持较高水平，在收缩率和复水性等方面与真空微波干燥非常接近。质构分析上还优于其它三种方式，并能形成较好的多孔性结构。故不论从改善果蔬产品的干燥质量，还是从其经济实用性方面考虑，AD+VMD联合干燥方法都是一种值得推广应用的干燥方法.
1/26/2007 | |
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