真空干燥對(duì)野生軟棗獼猴桃果脯感官品質(zhì)的影響

孫海濤，金昱言，邵信儒，謝利新，彭 雪，朱俊義

（1.通化師范學(xué)院 長(zhǎng)白山食用植物資源開(kāi)發(fā)工程中心，吉林 通化 134000；2.通化師范學(xué)院 長(zhǎng)白山非物質(zhì)文化遺產(chǎn)傳承協(xié)同創(chuàng)新研究中心，吉林 通化 134000；3.通化師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，吉林 通化 134000）

真空干燥對(duì)野生軟棗獼猴桃果脯感官品質(zhì)的影響

孫海濤1,2，金昱言1，邵信儒1,2，謝利新1，彭 雪1，朱俊義3,*

（1.通化師范學(xué)院 長(zhǎng)白山食用植物資源開(kāi)發(fā)工程中心，吉林 通化 134000；2.通化師范學(xué)院 長(zhǎng)白山非物質(zhì)文化遺產(chǎn)傳承協(xié)同創(chuàng)新研究中心，吉林 通化 134000；3.通化師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，吉林 通化 134000）

為探索真空干燥對(duì)長(zhǎng)白山野生軟棗獼猴桃果脯感官品質(zhì)的影響，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，構(gòu)建了以平均干燥速率、形變率和褐變率為響應(yīng)指標(biāo)的二次回歸模型。最佳真空干燥工藝參數(shù)為真空干燥溫度50.0 ℃，真空度0.090 MPa，真空干燥時(shí)間8.0 h，在此條件下果脯的平均干燥速率、形變率和褐變率分別為3.92 g/（100 g·min）、10.47%和25.42%。

軟棗獼猴桃；果脯；真空干燥；感官品質(zhì)；響應(yīng)面法

軟棗獼猴桃（Actinidia arguta Sieb. et Zucc.），俗名軟棗子、圓棗子，是我國(guó)特有的珍貴野生漿果資源，其主要產(chǎn)區(qū)為長(zhǎng)白山區(qū)。果實(shí)在每年8～9月成熟，顏色翠綠，細(xì)嫩多汁，酸甜可口，營(yíng)養(yǎng)豐富，有“水果之王”的美譽(yù)[1]。軟棗稱(chēng)猴桃營(yíng)養(yǎng)豐富全面，含有大量多糖、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和多種人體必需氨基酸，含有優(yōu)良的膳食纖維及超氧化物歧化酶等抗氧化物質(zhì)，果實(shí)中VC含量是蘋(píng)果和柑橘的10 倍以上[2-5]。此外，具有軟化血管、增強(qiáng)免疫力、生津潤(rùn)燥、解熱止渴等功效，對(duì)胃癌、食道癌、風(fēng)濕、黃疸有預(yù)防和治療作用[6-7]。

通化地處長(zhǎng)白山腳下，野生軟棗獼猴桃資源豐富，但其果實(shí)采摘后有明顯的后熟現(xiàn)象，貯藏期短，主要以鮮食為主。軟棗獼猴桃果脯的開(kāi)發(fā)可豐富這一寶貴資源的的食用方式。傳統(tǒng)果脯在熱風(fēng)干燥和自然晾曬條件下，產(chǎn)品存在口感差、顏色不佳、干燥時(shí)間長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)成分損失較大等缺點(diǎn)[8-10]。本研究采用響應(yīng)面法分析真空干燥條件對(duì)野生軟棗獼猴桃感官品質(zhì)的影響，以期對(duì)實(shí)際生產(chǎn)及長(zhǎng)白山野生漿果的開(kāi)發(fā)利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

長(zhǎng)白山野生軟棗獼猴桃果脯濕基采摘于長(zhǎng)白山區(qū)，實(shí)驗(yàn)室自制[11]；無(wú)水乙醇、丙酮（均為分析純） 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FA1604A型電子分析天平 上海精天電子儀器有限公司；DZF-6020型真空干燥箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；DHG-9245A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；TV-1901紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；TDL80-2B離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 干燥工藝流程

熱風(fēng)預(yù)干燥的長(zhǎng)白山野生軟棗獼猴桃果脯→真空干燥→二次熱風(fēng)干燥→冷卻→檢驗(yàn)→包裝[12-13]

具體步驟為：將長(zhǎng)白山野生軟棗獼猴桃果脯濕基單層平鋪于密閉電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，50 ℃進(jìn)行預(yù)干燥2 h，至水分含量約55%，得到熱風(fēng)預(yù)干燥的野生軟棗獼猴桃果脯；將熱風(fēng)預(yù)干燥的長(zhǎng)白山野生軟棗獼猴桃果脯經(jīng)真空干燥和二次熱風(fēng)干燥，使最終含水率約15%，冷卻至室溫后檢驗(yàn)包裝，同時(shí)分析真空干燥條件對(duì)野生軟棗獼猴桃果脯感官品質(zhì)的影響。

1.3.2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

熱風(fēng)預(yù)干燥后果脯初始水分含量約為55%（每組實(shí)驗(yàn)初始含水率誤差不大于1.0%），采用真空干燥方式考察不同真空干燥溫度（干燥箱內(nèi)空氣溫度40～65 ℃）、不同真空度（0.05～0.10 MPa）、不同真空干燥時(shí)間（6～10 h，并保證總干燥時(shí)間及最終水分含量一定的條件下），對(duì)軟棗獼猴桃果脯感官品質(zhì)變化的影響。

1.3.3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[14-15]，以真空干燥溫度（X1）、真空度（X2）、真空干燥時(shí)間（X3）為試驗(yàn)因素，以平均干燥速率（Y1）、形變率（Y2）和褐變率（Y3）為響應(yīng)指標(biāo)[16-18]，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，平行試驗(yàn)3次，因素與水平見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table1 Factors and levels used in the response surface design

1.3.4 相關(guān)參數(shù)的測(cè)定及計(jì)算

1.3.4.1 含水率與平均干燥速率的測(cè)定與計(jì)算

含水率的測(cè)定采用直接干燥法[19]。物料t時(shí)刻的含水率和干燥速率計(jì)算方法分別見(jiàn)式（1）和式（2）。

式中：X0為預(yù)干燥后樣品初始含水率/%；Xt為t時(shí)刻的水分含量/%；G0為樣品初始質(zhì)量/g；Gt為t時(shí)刻的質(zhì)量/g；Ut為樣品t時(shí)刻的干燥速率/（g/（100 g·min））；ΔXt為樣品t時(shí)刻前后2 次測(cè)定水分含量/%；ΔTt為樣品t時(shí)刻前后2次時(shí)間差/min。

平均干燥速率為各階段干燥速率的平均值/（g/（100 g·min））。

1.3.4.2 體積與形變率的測(cè)定與計(jì)算

物料體積的測(cè)定采用小米排除法[20-21]，其計(jì)算見(jiàn)式（3），形變率計(jì)算方法見(jiàn)式（4）。

式中：V0為預(yù)干燥后樣品體積/cm3；V1為小米體積/cm3；V2為小米加樣品體積/cm3；L為形變率/%；Vh為樣品形變后體積/cm3；Vq為樣品形變前體積/cm3。

1.3.4.3 褐變率的測(cè)定與計(jì)算

根據(jù)朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律，有色溶液的吸光度A與其中溶質(zhì)濃度c以及光徑L呈正比，即A=acL（a為該物質(zhì)的吸光系數(shù)）。由于在葉綠素a與b吸收光譜曲線的等吸收點(diǎn)處，兩者有相同的吸光系數(shù)（均為34.5），因此在652 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度（A652nm）可求出葉綠素總量及褐變率[22]。葉綠素含量計(jì)算方法見(jiàn)（5），褐變率計(jì)算方法見(jiàn)式（6）。

式中：c為物料中葉綠素的含量/（mg/g）；R為褐變率/%；CT為干燥后果脯的葉綠素含量/（mg/g）；C0為預(yù)干燥后樣品的葉綠素含量/（mg/g）。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 真空干燥溫度對(duì)果脯感官品質(zhì)的影響

由圖1可知，在干燥真空度0.08 MPa、真空干燥時(shí)間7 h、二次熱風(fēng)干燥溫度55 ℃、時(shí)間2 h時(shí)，樣品的干燥速率隨真空干燥溫度的升高而增大，當(dāng)溫度升高到50～60 ℃時(shí)，干燥速率趨于恒定，而當(dāng)溫度達(dá)到65 ℃時(shí)干燥速率降低。這是由于當(dāng)溫度在50～60 ℃時(shí)，樣品水分內(nèi)部遷移速率大于表面汽化速率，傳給樣品的顯熱等于水分的汽化熱，干燥速率比較恒定。當(dāng)溫度繼續(xù)升高至65 ℃時(shí)，樣品水分內(nèi)部遷移速率小于表面汽化速率，屬于內(nèi)部遷移控制階段，導(dǎo)致表面逐漸變干，干燥速率降低。樣品的形變率和褐變率隨著真空干燥溫度的升高有逐漸增大趨勢(shì)，當(dāng)溫度超過(guò)60 ℃時(shí)，樣品的形變率和褐變率陡增。這是由于當(dāng)溫度過(guò)高進(jìn)行干燥時(shí)，樣品表面溫度升高過(guò)快，樣品水分內(nèi)部遷移速率小于表面汽化速率，導(dǎo)致表面逐漸變干甚至出現(xiàn)開(kāi)裂、形變及嚴(yán)重褐變[23]。選擇合適的真空干燥溫度，可以有效抑制樣品由于干燥脫水而產(chǎn)生的形變及褐變。因此，選取50～60 ℃進(jìn)行優(yōu)化。

圖1 真空干燥溫度對(duì)果脯干燥規(guī)律及品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of drying temperature on drying characteristics and quality of preserved fruits

2.1.2 真空度對(duì)果脯感官品質(zhì)的影響

圖2 真空度對(duì)果脯干燥規(guī)律及品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of vacuum degree on drying characteristics and quality of preserved fruits

由圖2可知，在真空干燥溫度55 ℃、真空干燥時(shí)間7 h、二次熱風(fēng)干燥溫度55 ℃、時(shí)間2 h時(shí)，樣品的干燥速率隨真空度的升高而增大，而樣品的形變率和褐變率隨真空度的增大在考察范圍內(nèi)先降低后提高。這是由于樣品干燥過(guò)程中，物料中的水經(jīng)不飽和熱空氣的加熱變?yōu)樗魵猓婵斩仍礁撸瑐髻|(zhì)阻力越小，物料表面水汽分壓大于空氣中的水汽分壓，水蒸氣向空氣中傳遞，此時(shí)干燥速率越快。同時(shí)，適宜的真空度有利于保護(hù)樣品的外形和色澤，但當(dāng)真空度過(guò)大時(shí)，對(duì)樣品破壞嚴(yán)重，且由于后續(xù)壓力的解除導(dǎo)致形變率增大。因此，選取0.08～0.09 MPa進(jìn)行優(yōu)化。

2.1.3 真空干燥時(shí)間對(duì)果脯感官品質(zhì)的影響

圖3 真空干燥時(shí)間對(duì)果脯干燥規(guī)律及品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of drying time on drying characteristics and quality of preserved fruits

由圖3可知，在真空干燥溫度55 ℃、真空度0.08 MPa、二次熱風(fēng)干燥溫度55 ℃、總干燥時(shí)間恒定的情況下，樣品的干燥速率隨真空干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，由恒速干燥階段進(jìn)入降速干燥階段；當(dāng)真空干燥時(shí)間大于9 h時(shí)，干燥速率降低明顯，此時(shí)樣品水分內(nèi)部遷移速率小于表面汽化速率，導(dǎo)致表面逐漸變干，水分向外遷移受阻。樣品的形變率隨真空干燥時(shí)間的延長(zhǎng)先降低而后升高，并在真空干燥時(shí)間為8 h時(shí)達(dá)到最低值11.30%，樣品的褐變率隨真空干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而緩慢增加，這是由于適當(dāng)真空干燥時(shí)間和二次熱風(fēng)干燥時(shí)間有利于水分的均勻脫除和最大限度的保護(hù)產(chǎn)品的外形和降低產(chǎn)品褐變率。因此，選取7～9 h進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 二次回歸正交結(jié)果分析

野生軟棗獼猴桃真空干燥條件的二次回歸正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)方案與結(jié)果Table2 Experimental design and results for response surface analysis

表3 回歸模型方差分析表Table3 Analysis of variance for each term of the fitted regression model

2.2.1 數(shù)學(xué)模型的建立與顯著性檢驗(yàn)

利用Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到軟棗獼猴桃低糖果脯干燥速率（Y1）、形變率（Y2）、褐變率（Y3）對(duì)編碼自變量X1、X2、X3的二次多項(xiàng)回歸方程如下：

回歸方程中各變量對(duì)各響應(yīng)值影響的顯著性由F檢驗(yàn)來(lái)判定，概率P越小，則相應(yīng)變量的顯著程度越高[24-25]。方差分析結(jié)果見(jiàn)表3，可知響應(yīng)面回歸模型均達(dá)到了高度顯著水平，失擬項(xiàng)檢驗(yàn)P值分別為0.051 6、0.155 0、0.096 6，失擬項(xiàng)不顯著，決定系數(shù)分別為0.942 1、0.952 0、0.942 7，表明模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值擬合度高，模型成立，以上檢驗(yàn)和分析表明，試驗(yàn)所構(gòu)建的二次回歸方程模型能夠在一定范圍內(nèi)分析和預(yù)測(cè)試驗(yàn)各指標(biāo)響應(yīng)值。

2.2.2 交互作用分析

2.2.2.1 平均干燥速率

由圖4A可知，隨著真空干燥溫度的升高和真空度的增大，平均干燥速率明顯提高，方差分析結(jié)果表明真空干燥溫度和真空度交互作用對(duì)平均干燥速率的影響達(dá)到顯著水平。圖4B、C反映出真空干燥溫度和真空干燥時(shí)間及真空度和真空干燥時(shí)間的交互作用對(duì)平均干燥速率的影響不明顯。分析結(jié)果表明，各因素對(duì)平均干燥速率影響的強(qiáng)弱順序?yàn)椋赫婵崭稍餃囟取⒄婵斩取⒄婵崭稍飼r(shí)間。

圖4 平均干燥速率的響應(yīng)曲面Fig.4 Response surface plots for average drying rate

2.2.2.2 形變率

圖5A、B反映出真空干燥溫度和真空度及真空度和真空干燥時(shí)間的交互作用對(duì)形變率的影響不明顯。由圖5C可知，隨著真空干燥溫度的升高和真空干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，果脯形變率明顯增大，方差分析結(jié)果表明真空干燥溫度和真空干燥時(shí)間交互作用對(duì)形變率的影響達(dá)到極顯著水平。分析結(jié)果表明，各因素對(duì)形變率影響的強(qiáng)弱順序?yàn)椋赫婵斩取⒄婵崭稍餃囟取⒄婵崭稍飼r(shí)間。

圖5 形變率的響應(yīng)曲面圖Fig.5 Response surface plots for deformation rate

2.2.2.3 褐變率

圖6A反映出真空干燥溫度和真空度的交互作用對(duì)果脯褐變率的影響不明顯；由圖6B可知，隨著真空干燥溫度的升高和真空干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，褐變率明顯提高；由圖6C可知，隨著真空度的增大和真空干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，褐變率明顯降低。方差分析結(jié)果表明真空干燥溫度和真空干燥時(shí)間交互作用對(duì)果脯褐變率的影響及真空度和真空干燥時(shí)間交互作用對(duì)果脯褐變率的影響達(dá)到極顯著水平。分析結(jié)果表明，各因素對(duì)褐變率影響的強(qiáng)弱順序?yàn)椋赫婵崭稍餃囟取⒄婵崭稍飼r(shí)間、真空度。

圖6 褐變率的響應(yīng)曲面圖Fig.6 Response surface plots for browning rate

2.2.3 空干燥最佳工藝條件的優(yōu)化與驗(yàn)證

響應(yīng)面分析表明，真空干燥溫度低、真空度高及適宜的真空干燥時(shí)間能有效的控制果脯的形變率和褐變率，并對(duì)干燥速率有一定影響。現(xiàn)對(duì)3 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，分別賦予各評(píng)價(jià)指標(biāo)一定的重要度，其中平均干燥速率（Y1）的重要度為2，形變率（Y2）的重要度為5，褐變率（Y3）的重要度為3。結(jié)合回歸模型的數(shù)學(xué)分析并由Design-Expert 8.0.6 Trial分析出最佳真空干燥工藝參數(shù)為真空干燥溫度51.1 ℃、真空度0.087 MPa、真空干燥時(shí)間7.7 h，在此條件下果脯的平均干燥速率、形變率和褐變率的預(yù)測(cè)值分別為3.81 g/（100 g·min）、10.64%、24.79%。

為進(jìn)一步驗(yàn)證模型的可靠性，考慮到實(shí)際操作的情況，將最佳工藝條件修正為真空干燥溫度50 ℃、真空度0.090 MPa、真空干燥時(shí)間8.0 h，在此條件下進(jìn)行3 次平行實(shí)驗(yàn)，得到平均干燥速率、形變率和褐變率的平均值分別為3.92 g/（100 g·min），10.47%和25.42%，比較實(shí)驗(yàn)給出具體數(shù)值與模型預(yù)測(cè)值的偏差，均小于3%，表明采用響應(yīng)面法優(yōu)化得到的真空干燥工藝參數(shù)可靠。

3 結(jié) 論

單因素試驗(yàn)和二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)表明，真空干燥溫度、真空度和真空干燥時(shí)間對(duì)長(zhǎng)白山野生軟棗獼猴桃果脯干燥規(guī)律及品質(zhì)有較大影響，確定了最佳真空干燥條件為真空干燥溫度50.0 ℃、真空度0.090 MPa、真空干燥時(shí)間8.0 h，在此條件下果脯的平均干燥速率、形變率和褐變率分別為3.92 g/（100 g·min）、10.47%和25.42%。使用此方法干燥軟棗獼猴桃果脯，具有干燥時(shí)間適宜，產(chǎn)品感官品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)，可為進(jìn)一步研究長(zhǎng)白山野生漿果干燥條件提供理論參考。

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Effect of Vacuum Drying Conditions on Sensory Quality of Preserved Fruits of Wild Actinidia arguta

SUN Hai-tao1,2, JIN Yu-yan1, SHAO Xin-ru1,2, XIE Li-xin1, PENG Xue1, ZHU Jun-yi3,*
(1. Edible Plant Resources Development Center of Changbai Mountain, Tonghua Normal University, Tonghua 134000, China; 2. Intangible Cultural Heritage Inheritance and Innovation Center of Changbai Mountain, Tonghua Normal University, 134000, China; 3. College of Life Science, Tonghua Normal University, Tonghua 134000, China)

This research examined the effect of vacuum drying conditions on sensory quality of preserved fruits of wild Actinidia arguta. Based on the results of single-factor experiments, a quadratic regression model was developed using quadratic orthogonal rotation composite design to describe each of the response variables, average drying rate, deformation rate and browning rate. The optimal vacuum drying parameters were found to be drying at 50.0 ℃ for 8.0 h with a vacuum degree of 0.090 MPa, resulting in an average drying rate of 3.92 g/(100 g·min), a deformation rate of 10.47% and a browning rate of 25.42%.

Actinidia arguta; preserved fruit; vacuum drying; sensory quality; response surface methodology

TS205.1

A

1002-6630（2014）10-0082-06

10.7506/spkx1002-6630-201410015

2013-11-29

吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（2014402）；吉林省“2011計(jì)劃”長(zhǎng)白山非物質(zhì)文化遺產(chǎn)傳承協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目（[2013]6號(hào)）；通化師范學(xué)院自然科學(xué)科研項(xiàng)目（201274）

孫海濤（1981—），男，講師，碩士，研究方向?yàn)槭称沸沦Y源開(kāi)發(fā)及其功能性。E-mail：sunhaitaoth@126.com

*通信作者：朱俊義（1966—），男，教授，博士，研究方向?yàn)殚L(zhǎng)白山植物結(jié)構(gòu)學(xué)研究和長(zhǎng)白山植物資源開(kāi)發(fā)。

E-mail：swx0527@163.com