真空冷凍和熱風干燥對藍莓品質的影響

許晴晴，陳杭君，郜海燕,*，宋麗麗，穆宏磊

（1.南京農業大學食品科技學院，江蘇 南京 210095；2.浙江省農業科學院食品科學研究所，浙江省果蔬保鮮與加工技術研究重點實驗室，浙江 杭州 310021）

真空冷凍和熱風干燥對藍莓品質的影響

許晴晴1,2，陳杭君2，郜海燕2,*，宋麗麗2，穆宏磊2

（1.南京農業大學食品科技學院，江蘇 南京 210095；2.浙江省農業科學院食品科學研究所，浙江省果蔬保鮮與加工技術研究重點實驗室，浙江 杭州 310021）

研究真空冷凍干燥和熱風干燥處理對藍莓品質的影響。采用電阻法測定藍莓的共晶點和共熔點，并繪制了藍莓凍干曲線；從干燥后藍莓的微觀結構、復水比、色澤、質構、VC、總花色苷和總酚等指標比較真空冷凍和熱風干燥藍莓產品的品質。結果表明：藍莓的共晶點為－33 ℃，共熔點為－30 ℃；真空冷凍干燥藍莓復水性好，且果實中VC、總花色苷和總酚的含量分別為5.52 mg/100 g、1.55 mg/g和3.55 mg/g，顯著高于熱風干燥的產品。因此，真空冷凍干燥在保持藍莓復水性、感官品質和活性成分等方面比熱風干燥具有明顯優勢。

藍莓；真空冷凍干燥；凍干曲線；共晶點；共熔點

藍莓，學名越橘，屬杜鵑花科（Ericaceae）越橘屬（Vaccinium），富含維生素、花色素苷、細菌抑制因子、鞣花酸、類黃酮等藥用保健物質，被譽為“漿果之王”，是一種集營養與保健于一身的藍色漿果，被聯合國糧食及農業組織列為人類五大健康食品之一[1-2]。

藍莓果實除鮮銷之外，一部分也用于加工成產品。目前，藍莓加工品主要有果酒、飲料和果醬等[3]。熱風干燥和真空冷凍干燥技術是食品脫水常用的加工手段。真空冷凍干燥是指將物料凍結到共晶點溫度以下，在真空狀態下，通過升華除去物料中水分的一種干燥方法[4]。凍干食品不僅能夠保留新鮮食品原有的活性成分和色香味，還具有脫水徹底、復水快、質量輕、適合常溫長期貯藏和運輸等優點[5]，是一種極具產業化前景的果蔬深加工技術。凍干食品在歐洲、美國、日本十分流行，美國、日本凍干食品比例達40%以上；我國的凍干食品工業雖起步較晚，近年來取得了一定進展，凍干食品主要有脫水大蒜、脫水洋蔥、速溶咖啡等[6]，而關于凍干藍莓的產品和相關研究較少。本實驗以藍莓為原料，應用真空冷凍干燥技術對藍莓進行處理，為評價該方法對干燥藍莓產品品質的影響，選擇熱風干燥與其對比研究，旨在為該技術在藍莓加工上的應用和產業化發展提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料

藍莓，采自浙江安吉，“燦爛”品種，屬兔眼系列。

1.2 儀器與設備

Labconco FreeZone冷凍干燥機 美國Labconco公司；DHG-9079A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司；SBC-12 小型離子濺射儀 北京中科科儀技術發展有限公司；HB43-S鹵素水分測定儀 梅特勒-托利多國際股份有限公司；TM3000掃描電子顯微鏡 日本日立公司；HYGRPLAB CR-400手持色差儀Konica Minolta公司；TA XT Plus型質構儀 英國SMS公司；GBC Cintra 20紫外-可見分光光度計 澳大利亞GBC公司；Thermo MR23i高速低溫冷凍離心機 法國Jouan公司。

1.3 方法

1.3.1 共晶點和共熔點的測定

采用電阻法測定[7-8]，取成熟果實100 g去皮后打成純漿放于燒杯中，將溫度測定儀探頭和萬用表探頭分別插在燒杯中部，測定溫度范圍為0～－40 ℃，將裝置放在超低溫冰箱內測定，電阻突變點的溫度就是被測物料的共晶點和共熔點。

1.3.2 干燥方法

真空冷凍干燥：將藍莓預先降溫冷凍，放入凍干機真空室內進行干燥，真空度約為10 Pa，冷阱溫度為－82 ℃，干燥至藍莓最終含水量為（5±1）%。

熱風干燥：將新鮮的藍莓均勻鋪于托盤內，在干燥箱內烘干，烘箱溫度設定為60 ℃，烘干時間約為16 h，烘干后藍莓果實含水量為（5±1）%。

1.3.3 指標測定

1.3.3.1 含水量的測定

采用HB43-S鹵素水分測定儀測定，設定測定溫度為105 ℃，方法編號為1530.02（蘋果肉干模式）。

1.3.3.2 微觀結構電鏡觀察

采用掃描電子顯微鏡進行藍莓果肉組織微觀結構的測定：取一小塊樣品，用石墨雙面膠粘在樣品臺上，樣品噴金后通過掃描電子顯微鏡掃描觀察，拍照。

1.3.3.3 復水比的測定

參考徐明亮等[9]的方法。稱取5組樣品，每組2 g，置于25 ℃恒溫水浴鍋中浸泡，浸泡時間為5、10、15、20、25 min，用濾紙吸干樣品至表面基本無水，取出稱質量，每樣重復3次。復水比由式（1）計算。

式中：m1為原干樣質量/g；m2為復水后質量/g。

1.3.3.4 色澤

用手持色差儀測定藍莓果肉的L*、a*和b*值。L*值表示亮度，值越大，亮度越大；a*值表示紅色（＋a*）和綠色（－a*）的程度；b*值表示黃色（＋b*）和藍色（－b*）的程度。

1.3.3.5 質構的測定

質構特性測試采用TA XT Plus型質構儀測定，選SMSP/6（直徑6 mm的圓柱探頭），測試模式為質構分析（texture profile analysis，TPA），參數設置為：測試前探頭速率為2 mm/s，測試過程速率為0.5 mm/s，測試的壓縮變形為15%，觸發值為0.05 N。每一種處理選取10個果實進行測定，根據力-位移曲線圖可得到5種表示果實質構狀況的評價參數，分別為硬度、凝聚性、彈性、回復性、咀嚼性[10-13]。

1.3.3.6 VC含量的測定

參考果蔬采后生理生化實驗指導方法測定[14]，VC含量單位為mg/100 g。

1.3.3.7 總花色苷含量的測定

參考陳杭君等[15-16]的方法，根據式（2）計算總花色苷含量。

式中：A為吸光度；ε為矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾比吸收系數，29 600 L/（mol·cm）；L為光程，1 cm；M為矢車菊素-3-葡萄糖苷分子的摩爾質量，449.2 g/mol；DF為稀釋因子，取5；V為提取果肉需要的酸化乙醇體積，取20 mL；m為果肉質量，1 g。

1.3.3.8 總酚含量的測定

參考陳杭君等[15]的方法，總酚含量單位為mg/g。

1.4 數據統計

用SigmaPlot軟件作圖，采用SPSS16.0進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 共晶點和共熔點的測定

圖1 降溫過程中藍莓電阻的變化Fig.1 Resistance curve of blueberry with decreasing temperature

共晶點和共熔點是凍干過程中的重要參數，共晶點常作為凍結最終溫度的判斷依據。為保證物料完全凍結，預冷溫度要比物料的共晶點低5～10 ℃，升華過程中，溫度應保持在低于而又接近共熔點的溫度[17-18]。由圖1可知，藍莓果漿在凍結降溫初期，溫度處于0～－22 ℃時，電阻值較??；在1.1～1.9 MΩ之間，此時為冰晶開始形成時期，物料中含有大量的水分，能自由移動的離子較多，電阻值變化不明顯；溫度處于－22～－30 ℃時，電阻值在1.9～8.8 MΩ之間，此階段隨著溫度的下降，冰晶大量形成，物料內水分因凍結而使電阻值逐漸增大；當溫度處于－30～－33 ℃時，物料的電阻值顯著增大，在－33 ℃時電阻值變化最大，表明此時物料中水分被徹底凍結，帶電離子停止運動，電阻值陡然增加，此突變點溫度即為藍莓的共晶點。

圖2 升溫過程中藍莓電阻的變化曲線Fig.2 Resistance curve of blueberry with increasing temperatures

由圖2可知，在物料升溫過程中，藍莓的熔化速率較快，且電阻值突變的溫度范圍為－30～－27 ℃，在－30 ℃時電阻值突變最大，因此，此溫度為藍莓的共熔點。

2.2 冷凍干燥曲線的測定

圖3 藍莓真空冷凍干燥曲線Fig.3 Vacuum freeze-drying curve of blueberry

冷凍干燥包括3個基本過程，即預凍、升華干燥和解析干燥；溫度曲線分緩慢上升和急劇上升兩個階段，分別表示升華干燥階段和解析干燥階段。由圖3可知，1～7 h是升華干燥階段，溫度在干燥過程中呈緩慢上升趨勢，7 h時物料的溫度達到－27.3 ℃。

由圖4可知，藍莓果實水分含量的變化速率較快，水分含量由75.78%下降到13.76%，通過升華干燥，使物料中凍結的自由水迅速升華散失。7～12 h為解析干燥階段，在解析前期，物料升溫較快，其水分含量曲線下降趨勢減緩，10 h時水分含量達到6.34%；解析后期物料中心溫度不再隨著時間的延長而變化，解析干燥階段物料溫度由－14 ℃上升到－13 ℃，物料的最終溫度為－13 ℃，藍莓果實中水分含量曲線變化趨于平緩，水分含量變化較小，藍莓真空冷凍干燥至（5±1）%含水量的時間為12 h。

圖4 藍莓中水分含量隨真空冷凍干燥時間的變化Fig.4 Changes in moisture content during vacuum freeze-drying of blueberry

2.3 不同干燥方法對藍莓復水比和微觀結構的影響

圖5 真空冷凍干燥與熱風干燥藍莓產品的復水比Fig.5 Rehydration ratios of dried blueberry by vacuum freeze-drying and hot-air drying

由圖5可知，隨著復水時間的延長，復水比逐漸增大，但冷凍干燥后藍莓果實的復水性顯著好于熱風干燥的產品。在復水初期，樣品迅速吸水，5 min后，真空冷凍干燥處理的樣品藍復水性明顯好于熱風干燥的樣品，復水比分別為1.57 g/g和1.14 g/g；20 min后，復水比均幾乎不再增加，說明復水結束，此時真空冷凍干燥的藍莓復水比高達2.15 g/g，而熱風干燥的藍莓復水比僅為1.21 g/g。

圖6 真空冷凍干燥（A）與熱風干燥（B）藍莓產品的掃描電鏡圖Fig.6 SEM of dried blueberry fruit by vacuum freeze-drying (A) and hot-air drying (B)

由圖6A可知，真空冷凍干燥的藍莓產品組織松散，內部形成蜂窩狀結構。該干燥方法對果肉組織結構破壞程度較低，可以將藍莓組織中的冰晶直接升華散失，使細胞發生不規則排列或分離，組織變形性好，從而形成多孔結構[19-21]，這種結構有利于產品在復水的過程中水分的截留，具有良好的復水性，而經熱風干燥處理的藍莓產品組織孔隙很小，由于過長時間的熱風干燥處理，對藍莓的質構破壞程度較大，結構緊密，因此復水后無法恢復到原來的結構，復水性能較差（圖6B）。

2.4 不同干燥方法對藍莓果肉色澤的影響

表1 真空冷凍干燥與熱風干燥藍莓產品果肉色澤的比較（x±s，n =10）Table 1 Comparison of flesh color of dried blueberry fruit between vacuum freeze-drying and hot-air drying (x ±s, n=10)

由表1可知，真空冷凍干燥后藍莓的果肉L*、a*和b*與新鮮藍莓相比，差異均不顯著（P＞0.05），表明真空冷凍干燥后的藍莓果實能保持樣品原有的顏色；冷凍干燥藍莓果肉的亮度L*值為56.06，顯著高于熱風干燥后的L*值（18.87）（P＜0.05），其a*、b*值與熱風干燥的藍莓果肉也呈顯著性差異（P＜0.05），表明凍干過程褐變少，能保持果肉原有的色澤，而熱風干燥的藍莓果肉褐變嚴重，影響藍莓感官品質。

2.5 不同干燥方法對藍莓果實質構的影響

表2 真空冷凍干燥與熱風干燥藍莓產品質構的比較（x±s，n =10）Table 2 Comparison of texture properties of dried blueberry fruit between vacuum freeze-drying and hot-air drying (x ±s,n = 10)

由表2可知，真空冷凍干燥后的藍莓硬度、咀嚼性、凝聚性和彈性分別為785.16 N、165.98 N、0.340和0.49，與熱風干燥產品相比，存在顯著差異（P＜0.05）。真空冷凍干燥的藍莓果肉組織松散，而熱風干燥處理經過長時間的高溫處理，對藍莓的質構破壞程度較大，結構緊密，這種結構也影響到產品的硬度和咀嚼性，從而大大降低了產品的感官品質[22]?；貜托苑从沉斯麑嵤軌汉罂焖倩貜妥冃蔚哪芰?，兩種不同方式處理后的藍莓果實回復性與新鮮藍莓果實相比，都有顯著差異（P＜0.05），而兩者的回復性卻無顯著差異（P＞0.05）。研究表明，客觀質構評定與感官方法存在高度相關性[23]，所以客觀質構評價指標對制品的感官評價有一定的借鑒意義。果實的硬度和咀嚼性反映了果實的堅實性，真空冷凍干燥藍莓的果實硬度和咀嚼性較小，表明組織疏松，使加工產品具有更好的口感。

2.6 不同干燥方法對藍莓果實中活性成分的影響

表3 真空冷凍干燥與熱風干燥藍莓產品活性成分的比較（x±s，n = 10）Table 3 Comparison of the contents of three active ingredients in dried blueberry fruit between vacuum freeze-drying and hot-air dryingn = 10)

表3 真空冷凍干燥與熱風干燥藍莓產品活性成分的比較（x±s，n = 10）Table 3 Comparison of the contents of three active ingredients in dried blueberry fruit between vacuum freeze-drying and hot-air dryingn = 10)

處理方式VC含量/（mg/100 g）總花色苷含量/（mg/g）總酚含量/（mg/g）藍莓鮮果6.41±0.09a1.79±0.03a4.03±0.03a真空冷凍干燥5.52±0.10b1.55±0.04b3.55±0.07b熱風干燥0.19±0.01c0.08±0.00c1.26±0.02c

VC是熱敏性極強的不穩定成分，在加工過程中易受溫度和氧化的作用而損失[24]。從表3可知，兩種不同的干燥方法對藍莓VC含量有明顯影響，經真空冷凍干燥測得的VC含量為5.52 mg/100 g，明顯高于熱風干燥的0.19 mg/100 g。在真空冷凍干燥過程中，較低的真空度使物料基本與空氣隔絕，低溫也有效地防止了VC的分解，故VC損失量?。辉跓犸L干燥過程中，物料溫度較高，且與氧氣充分接觸，干燥時間較長，以致因氧化分解導致VC的大量損失。

總花色苷和總酚是藍莓重要的活性成分。由表3可知，兩種干燥方法所得的藍莓產品中總花色苷和總酚含量差異顯著（P＜0.05），真空冷凍干燥藍莓果中花色苷含量是熱風干燥果的19.38倍；冷凍干燥果總酚含量為3.55 mg/g，而熱風干燥果總酚含量僅為1.26 mg/g。熱風干燥導致這兩種成分含量較低的原因可能是總花色苷和總酚穩定性較差，而熱風干燥溫度高，兩者易受熱而分解，出現較大的破壞；相比較而言，冷凍干燥溫度低，破壞小，兩種活性成分都保持較好。

3 結 論

本實驗通過電阻法測得藍莓的共晶點為－33 ℃，共熔點為－30 ℃，物料在降溫和升溫過程中電阻的變化曲線完全重合，所測物料的共晶點比共熔點低。由于本實驗條件的限制，測定冷凍干燥曲線時，采用的真空冷凍干燥機沒有隔熱板，在升華干燥階段和真空冷凍干燥階段無法對需要干燥的藍莓果實進行加熱，各階段的溫度較低，在以后條件允許的情況下可進一步深入研究。

實驗結果顯示，真空冷凍干燥和熱風干燥產品中果實組織結構、復水性、活性成分等存在很大差異。本研究中發現真空冷凍干燥藍莓果肉氣孔多且結構疏松，熱風干燥的藍莓果肉氣孔較少且組織結構致密。真空冷凍干燥藍莓復水性良好，20 min復水結束，復水比為2.15 g/g；熱風干燥的藍莓復水性較差，結束時復水比為1.21 g/g。真空冷凍干燥對藍莓的活性成分保持較好，干燥后的果實中VC、總花色苷、總酚含量分別為5.52 mg/100 g、1.55 mg/g和3.35 mg/g；而熱風干燥藍莓干中三者的含量分別為0.19 mg/100 g、0.08 mg/g和1.26 mg/g，真空冷凍干燥能保持藍莓較高的活性成分。這些差異性為制備高品質藍莓干燥產品及工業化生產提供了理論基礎。

冷凍干燥后的藍莓很好地保持了藍莓的色、香、味，而且色澤亮麗，口感酥脆，具有濃郁的藍莓風味，酸甜可口，既可作為成品食用，又可復水后進一步加工，因此凍干藍莓有著廣闊的市場前景。

[1] RODARTE-CASTREJON A D, EICHHOLZ I, ROHN S, et al. Phenolic profile and antioxidant activity of highbush blueberry (Vaccinium corymbosum L.) during fruit maturation and ripening[J]. Food Chemistry, 2008, 109(3): 564-572.

[2] 郜海燕, 徐龍, 陳杭君, 等. 藍莓采后品質調控和抗氧化研究進展[J].中國食品學報, 2013, 13(6): 1-7.

[3] 趙旭彤, 吳都峰, 季中梅, 等. 藍莓加工的研究動態與應用前景[J].農產品加工: 學刊, 2013(7): 52-57.

[4] BOSS E A, FILHO R M, TOLEDO E C V. Freeze drying process:real time model and optimization[J]. Chemical Engineering and Processing, 2004, 43(12): 1475-1485.

[5] 張容鵠, 萬祝寧, 何艾, 等. 菠蘿蜜真空冷凍干燥工藝的研究[J]. 食品科技, 2012, 37(4): 69-73.

[6] 喬曉玲, 閆祝煒, 張原飛, 等. 食品真空冷凍干燥技術研究進展[J].食品科學, 2008, 29(5): 469-474.

[7] 丁薇, 趙麗芹. 真空冷凍干燥工藝中海紅果共晶點與共熔點的測定[J].內蒙古農業科技, 2011(3): 69-70.

[8] 崔清亮, 郭玉明, 程正偉. 冷凍干燥物料共晶點和共熔點的電阻法測量[J]. 農業機械學報, 2008, 39(5): 65-69.

[9] 徐明亮, 周祥, 蔡金龍, 等. 不同干燥方法對海蘆筍干品品質的影響[J].食品科學, 2010, 31(11): 64-68.

[10] 陳青, 勵建榮. 楊梅果實在儲存過程中質地變化規律的研究[J]. 中國食品學報, 2009, 9(1): 66-70.

[11] GHASEMI E, MOSAVIAN M T H, KHODAPARAST M H. Effect of stewing in cooking step on textural and morphological properties of cooked rice[J]. Rice Science, 2009, 16(3): 243-246.

[12] 余世鋒, 馬鶯. 貯藏溫度和時間對五常大米米飯品質的影響[J]. 食品科學, 2010, 31(2): 250-254.

[13] YANG Z F, ZHENG Y H, CAO S F, et al. Effects of storage temperature on textural properties of Chinese bayberry fruit[J]. Journal of Textu re Studies, 2007, 38(1): 166-177.

[14] 曹建康, 姜微波, 趙玉梅. 果蔬采后生理生化實驗指導[M]. 北京: 中國輕工業出版社, 2007: 39-41.

[15] 陳杭君, 王翠紅, 郜海燕, 等. 不同包裝方法對藍莓采后貯藏品質和抗氧化活性的影響[J]. 中國農業科學, 2013, 46(6): 1230-1236.

[16] 楊兆艷. pH示差法測定桑椹紅色素中花青素含量的研究[J]. 食品科技, 2007(4): 201-203.

[17] 李曉英. 真空冷凍干燥工藝中茶樹菇共晶點共融點的測定[J]. 食品研究與開發, 2013, 34(14): 88-90.

[18] 朱文學, 程遠霞, 謝秀英. 大蒜冷凍干燥工藝的試驗研究[J]. 農業機械學報, 2002, 33(2): 67-69.

[19] 黃忠闖, 李全陽, 姚春杰, 等. 熱風干燥和真空冷凍干燥芒果品質的比較研究[J]. 食品工程, 2011, 26(9): 101-104.

[20] WANG R, ZHANG M, MUJUMDAR A S. Effects of vacuum and microwave freeze drying on microstructure and quality of potato slices[J]. Journal of Food Engineering, 2010(2): 131-139.

[21] ADRIAN V, NATALIA H, MAGDALENA W, et al. The impact of freeze-drying on microstructure and rehydration properties of carrot[J]. Food Research International, 2012, 49(2): 687-693.

[22] GUINE R P F, BARROCA M J. Effect of drying treatments on texture and color of vegetables (pumpkin and green pepper)[J]. Food and Bioproducts Processing, 2012, 90(1): 58-63.

[23] 殷俊, 梅燦輝, 陳斌, 等. 肉丸品質的質構與感官分析[J]. 現代食品科技, 2011, 27(1): 50-55.

[24] 胡慶國, 張慜, 杜衛華, 等. 不同干燥方式對顆粒狀果蔬品質變化的影響[J]. 食品與生物技術學報, 2006, 25(2): 28-32.

Effects of Vacuum Freeze-Drying and Hot-Air Drying on the Quality of Blueberry Fruits

XU Qing-qing1,2, CHEN Hang-jun2, GAO Hai-yan2,*, SONG Li-li2, MU Hong-lei2
(1. College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2. Key Laboratory of Fruits and Vegetables Postharvest and Processing Technology Research of Zhejiang Province, Food Science Institute, Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310021, China)

The effects of vacuum freeze-drying and hot-air-drying on the quality of blueberry fruit were investigated in this study. The eutectic point and consolute point of blueberry were determined using the resistance method to analyze freezedrying curve. Ultrastructure, rehydration rate and the contents of vitamin C (VC) and anthocyanin of hot-air and vacuum freeze dried blueberry fruits were also investigated. The results showed that the eutectic and co-melting temperatures of blueberry were －33 and －30 ℃, respectively. Compared with hot-air drying treatment, vacuum freeze-drying maintained a higher rehydration capacity. The contents of VC, anthocyanin and total phenolic in vacuum freeze dried blueberry were 5.52 mg/100 g, 1.55 mg/g and 3.55 mg/g, respectively. Therefore, vacuum freeze-drying has the advantages over hot-air drying in maintaining the rehydration characteristics, sensory quality and active ingredients of dried blueberry fruit.

blueberry; vacuum freeze drying; freeze-drying curve; eutectic point; consolute point

TS255.42

A

1002-6630（2014）05-0064-05

10.7506/spkx1002-6630-201405013

2013-09-30

公益性行業（農業）科研專項（201303073）

許晴晴（1988—），女，碩士研究生，研究方向為農產品加工及貯藏。E-mail： qingqingxu2008@126.com

*通信作者：郜海燕（1958—），女，研究員，博士，研究方向為食品物流保鮮與質量控制。E-mail：spsghy@163.com