菠蘿蜜果肉真空冷凍干燥工藝及其理化性質研究

張彥軍等

摘 要 通過研究4種不同工藝條件真空冷凍干燥梯度降溫模式對菠蘿蜜凍干片含水率、復水率、色澤、氨基酸含量和抗氧化性的影響，探索提供一種外形、顏色保持良好，復水性高、營養成分損失少且能夠提高干燥效率的菠蘿蜜果肉真空冷凍干燥方法。結果表明，隨凍干溫度的升高，菠蘿蜜果肉凍干片的復水率由2.90%降為2.39%、氨基酸總量5.12%降為2.57%、DPPH自由基清除率隨著干燥溫度的升高而呈降低的趨勢，然而隨著溫度的升高色差值△E*由18.86增加到27.13。通過對比發現工藝條件1是菠蘿蜜果肉最佳凍干工藝，為-20 ℃冷庫預凍24 h，真空度為20～60 Pa，冷肼溫度（-40±2）℃，加熱板溫度50～40 ℃，干燥時間16 h。在最佳凍干條件下菠蘿蜜果干具有最大的復水率2.90%，與新鮮菠蘿蜜果肉相比具有最小的色差值18.86，氨基酸總含量最高為5.12%，具有最高的抗氧化能力。

關鍵詞 菠蘿蜜果肉；真空冷凍干燥；復水率；色差；抗氧化性

中圖分類號 TS255 文獻標識碼 A

Optimization of Vacuum Freeze-drying Process of

Jackfruit （Artocarpus heterophyllus Lam.） Fruit

Pulp and Its Physicochemical Properties

ZHANG Yanjun1， ZHU Kexue1， HE Shuzhen1， TAN Lehe1*， FU Lili2

1 Spice and Beverage Research Institute，CATAS，Wanning， Hainan 571533， China

2 Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology，CATAS，Haikou， Hainan 571101， China

Abstract In order to provide a vacuum freeze-drying method of jackfruit fruit pulp which can keep the color， good rehydration properties， low loss of nutrition and high efficiency of drying， it was investigated that four different process conditions of vacuum freeze-drying on the physicochemical properties including moisture content， rehydration rate， amounts of amino acids and antioxidant capacity. The results showed that with the temperature increased， the rehydration rate and amounts of amino acids decreased from 2.90%， 5.12% to 2.39%， 2.57%， respectively. The DPPH radical scavenging activity also decreased while the values of △E*increased from 18.86 to 27.13 with the temperature increased， indicating the optimum conditions of vacuum freeze-drying process of jackfruit fruit pulp （the process condition 1） were that fruit pulp samples were pre-freeze at -20 ℃ for 24 hours， then maintaining the vacuum pressure between 20-60 Pa， temperature of cold trap between -38 ℃ and -42 ℃， and heated plate temperature between 50 ℃ and 40 ℃ for 16 hours. Under these optimal conditions， freezing dried jackfruit pulp slice showed the biggest rehydration rate of 2.90%， the lowest chromatic aberration of 18.86， the highest amino acids amounts of 5.12% and antioxidation properties.

Key words Jackfruit fruit pulp；Vacuum freeze-drying；Rehydration rate；Chromatic aberration；Antioxidation

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.09.020

菠蘿蜜（Artocarpus heterophyllus Lam.）為桑科木菠蘿屬常綠喬木，又稱“木菠蘿”、“樹菠蘿”，是集水果、木本糧食、藥用及珍貴木材于一身的熱帶樹種，享有“熱帶珍果”、“熱帶水果皇后”等美譽[1]。菠蘿蜜原產于印度，目前在中國、泰國、緬甸、斯里蘭卡和印度尼西亞等國家均有栽培[2]。菠蘿蜜果肉肥厚柔軟、口感酸甜、香味濃郁，且含有豐富的糖類化合物、蛋白質、氨基酸、多酚、脂肪酸、維生素、礦物質等營養成分，具有非常高的營養價值[3]；Chowdhury等[4]測定了孟加拉首都達卡市售菠蘿蜜不同部位所含的總糖、游離脂肪酸含量；Baliga等[5]通過分析發現菠蘿蜜果肉中含碳水化合物16.0%～25.4%，蛋白質1.2%～1.9%，脂肪0.1%～0.4%，礦物質0.87%～0.90%；具有抗氧化、提高免疫、降血糖、抗腫瘤、促進傷口愈合等功效[6]。

目前，中國海南省菠蘿蜜種植和產量呈日益增長的趨勢。由于菠蘿蜜成熟期大多集中在高溫的夏季，采果以后生理活動旺盛，同時也易受各種微生物侵染，所以果實采后易變質腐爛，喪失原來的色、香、味，給貯運、保鮮帶來很大的困難。當前的菠蘿蜜產品以鮮果及初加工產品為主，市售菠蘿蜜脆片硬度大，風味不明顯，復水率差，極大的限制了菠蘿蜜產業的發展[7]。目前凍干菠蘿蜜的產品和相關研究較少，而真空冷凍干燥產品能夠保持鮮果的色、香、味，復水性好，且產品易于儲存、運輸和銷售，易被消費者接受[8]，對菠蘿蜜進行真空冷凍干燥的研究和應用，對提高其在熱帶水果產業的競爭力有著重要意義。本實驗擬通過優化菠蘿蜜果肉真空冷凍干燥工藝，開發出一種能夠保持菠蘿蜜果肉的色、香、味，并具有復水性強、營養成分高、易于儲存和運輸等優點的菠蘿蜜果肉凍干片，為促進中國菠蘿蜜產業提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗原料 菠蘿蜜為馬來西亞1號品種，由中國熱帶農業科學院香料飲料研究所提供。挑選優質成熟的菠蘿蜜，切開果皮，剔除果絲和去掉種子。將所選取的新鮮菠蘿蜜果肉剖開，并用清水進行沖洗清洗，再使用50～100 μg/mL濃度的次氯酸鈉消毒液進行浸泡消毒殺菌，浸泡完成后取出，使用清水進行沖洗，直至其表面無殘留消毒液、瀝水。

1.1.2 試劑與實驗設備 次氯酸鈉消毒液為食品級，檸檬酸三鈉、檸檬酸、硼酸、乙醇、HCl和辛酸均為分析純試劑。JDG-0.2T型凍干機，蘭州科近真空凍干技術有限公司；冷柜，海爾集團；MB45快速水分測定儀，美國奧豪斯； S-433D氨基酸分析儀，德國sykam（賽卡姆）；x-rite SP62分光測色儀，美國Xrite公司。

1.2 方法

1.2.1 凍干工藝優化 經消毒處理后的菠蘿蜜果肉一部分放入真空冷凍干燥機的預凍室進行冷凍處理，至水果內部溫度達到-20～30 ℃，保持2 h，然后在溫度為80 ℃條件下干燥1 h，溫度為70 ℃條件下干燥10 h，溫度為60 ℃條件下干燥2 h，溫度為50 ℃條件下干燥3 h（工藝3）。菠蘿蜜新鮮果肉預凍至果內部溫度-20～30 ℃，保持2 h，按照專利方法[9]按程序3凍干（工藝4）。余下的處理后的菠蘿蜜果肉放入-20 ℃冷庫預凍24 h再凍干，分別在溫度為50 ℃條件下干燥9 h，溫度為45 ℃條件下干燥5 h，溫度為40 ℃條件下干燥1 h（工藝1）。在溫度為80 ℃條件下干燥1 h，溫度為70 ℃條件下干燥10 h，溫度為60 ℃條件下干燥2 h，溫度為50 ℃條件下干燥3 h（工藝2）。真空冷凍干燥參數詳見表1。

1.2.2 水分測定 稱取1.0 g左右各凍干程序制備的菠蘿蜜果肉凍干片置于物料盤中，采用MB45快速水分測定儀進行水分測定，105 ℃維持90 s即為樣品含水量。

1.2.3 復水率分析 參照Sumnu等[10]實驗方法對樣品復水率進行測定：準確稱取菠蘿蜜果肉凍干片5～6 g，50 ℃水浴浸泡50 min，充分復水后，取出瀝干，濾紙吸干表面水分，稱重，按如下公式計算復水率：

復水率=mf/mg

式中，mf—菠蘿蜜果肉凍干片復水后瀝干的重量/g；

mg—菠蘿蜜果肉凍干片復水前的重量/g。

1.2.4 色澤分析 采用x-rite SP62分光測色儀對菠蘿蜜果肉凍干樣品進行色澤分析，按照使用程序說明對儀器進行校正，消除測量誤差。再對樣品進行測量，記錄所測量顏色的亮度、紅度和黃度值，并按下列公式計算色差△E，每個樣品平行測3次。

△E=

式中，L*代表亮度，a*代表紅度，b*代表黃度，為所測菠蘿蜜凍干片測量值；L0*、a0*、b0*為菠蘿蜜鮮果測量值。

1.2.5 氨基酸檢測 稱取100 mg左右樣品（準確至0.1 mg）于20 mL厭氧管中，加6 mol/L鹽酸10 mL，然后充入高純氮氣，在充氮氣狀態下封口或擰緊螺絲蓋。將封口的水解管放在110 ℃的恒溫干燥箱內水解22 h。水解完成后，冷卻，混勻，開管，過濾；取適量（0.2 mL左右）濾液于玻璃試管中，氮吹儀蒸發至干，加入3～5 mL樣品稀釋液，使氨基酸濃度達到50～250 nmol/mL。震蕩混勻，用0.22 μm濾膜過濾后，用德國Sykam（賽卡姆）S-433D型氨基酸分析儀進行測定。

1.2.6 清除DPPH自由基能力的測定 準確稱取5.0 g不同凍干工藝制備的菠蘿蜜果肉凍干片，按1 ∶ 30的料液比加入蒸餾水，90 ℃水浴提取2 h，趁熱抽濾，減壓濃縮，將濃縮液凍干。將凍干樣品和抗壞血酸分別配制成0.375、0.625、1.250、2.500、5.000 mg/mL溶液，參照陳奕等[11]方法，吸取2.0 mL待測液和0.25 mL DPPH無水乙醇溶液（0.2 mmol/L），搖勻后室溫避光靜置30 min，517 nm波長測定各反應液的吸光值Ai，無水乙醇作試劑空白。以抗壞血酸作為陽性對照。樣品對DPPH自由基的清除率用以下公式計算：

清除率/%=（1-）×100

其中，Ai為0.2 mmol/L DPPH反應液與待測液的吸光值；Ac為0.2 mmol/L DPPH反應液與等體積無水乙醇的吸光度。

1.3 數據處理

組間差異采用統計軟件SPSS Statistics 17.0 作單因素ANOVA處理，數據統計以 表示，以p<0.05時，組間差異判斷為具有統計學意義。

2 結果與分析

2.1 凍干工藝曲線

從圖1物重曲線可看出，菠蘿蜜果肉經-20 ℃冷庫預凍24 h后，采用梯度降溫模式進行干燥（程序1和程序2），干燥12 h物重基本達到平衡；菠蘿蜜鮮果采用工藝3和工藝4干燥，其物重平衡時間分別為15和9 h。同時，圖1凍干工藝曲線顯示菠蘿蜜果肉凍干的冷阱溫度、真空度和物料溫度變化，對實際生產有一定的指導意義。

2.2 含水率和復水率分析

產品含水率分析結果顯示，4種工藝獲得的菠蘿蜜果肉凍干片的含水率分別為3.73%、3.35%、3.52%和3.25%，表明試驗所選用的干燥程序均能很好的降低產品含水率。對不同凍干程序制備菠蘿蜜果肉凍干片的復水率分析可知，4種工藝中復水率由高到低為工藝1>工藝2>工藝3>工藝4，表明干燥溫度對復水率的影響較大，隨溫度的升高菠蘿蜜果肉凍干片的復水率降低（表2）。

2.3 色澤評價

L*為亮度，a*值為紅度，b*值為黃度是色澤分析主要參數。從表3中可看出，隨著干燥溫度的升高，亮度和紅度均呈現上升的趨勢，而黃度呈下降趨勢。凍干片色差值△E*也隨著溫度的升高而增加，因此，干燥工藝中的干燥溫度是影響物料色變的主要因素。

2.4 氨基酸含量檢測

菠蘿蜜的營養價值特別高，尤其果肉中含有較高含量的氨基酸[3]。檢測菠蘿蜜果肉凍干片中氨基酸種類及含量結果顯示，菠蘿蜜果肉中含有天冬氨酸（Asp）、蘇氨酸（Thr）、絲氨酸（Ser）、谷氨酸（Glu）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、纈氨酸（Val）、蛋氨酸（Met）、異亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、酪氨酸（Tyr）、苯丙氨酸（Phe）、組氨酸（His）、賴氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）和脯氨酸（Pro）16種氨基酸，且氨基酸總量隨著干燥溫度的升高而呈降低的趨勢（工藝1>工藝2>工藝3>工藝4）。

表4結果還顯示，天冬氨酸、谷氨酸及另外7種人體必需氨基酸（Thr、Val、Met、Ile、Leu、Phe、Lys）加熱易破壞，因此在菠蘿蜜果肉干燥過程中應嚴格控制干燥溫度。

2.5 清除DPPH自由基能力

由表5可看出，菠蘿蜜凍干片水提物和抗壞血酸均具有清除DPPH自由基的能力，均呈現濃度依賴性。菠蘿蜜凍干片水提物中含有多糖、多酚、黃酮和類胡蘿卜素等多種活性物質，因此，其清除DPPH自由基能力可能是由上述物質作用產生。隨著凍干溫度的升高，DPPH自由基清除能力降低，這可能與多酚、黃酮類物質隨著溫度升高損失增加有關。

3 討論與結論

真空冷凍干燥技術是干燥領域中科技含量高，在果蔬加工中應用廣泛的一門技術[12]。本研究發現，真空冷凍干燥能夠降低產品的含水率，保持菠蘿蜜果肉的色、香、味，具有復水性好、營養成分高、成色好等優點。產品含水率是影響產品的質量和保存時間的一個重要因素，因此控制產品含水率是生產工藝流程中極為重要的一環[13]。成熟的菠蘿蜜果肉的含水率為72%甚至更高[14]，且其采收期為氣溫高、濕度大的夏季，使得鮮果貯藏保鮮更為困難，腐爛嚴重。本試驗研究結果表明，采用真空冷凍干燥工藝制備的菠蘿蜜果肉凍干片含水率均小于5%，因此對菠蘿蜜鮮果進行干燥以延長其貨架期具有廣闊的市場前景。

復水率與產品品質密切相關，干制品復水后恢復原來新鮮狀態的程度是衡量干制品品質的重要指標，干制品重新吸收水分后在重量、大小和形狀、質地、顏色、風味、成分、結構等可觀方面應該類似新鮮或脫水干燥前的狀態，因此復水率越高代表越接近新鮮狀態，品質就越好[15]。色澤是農產品極為重要的品質特性之一，給消費者以產品好或壞的印象，直接影響到產品的銷售[16]。杜志龍等[17]研究發現，干燥溫度對胡蘿卜的復水特性和色澤的影響較大，隨著溫度的升高，復水率降低、色差值△E增大。本試驗研究結果同樣表明，菠蘿蜜果肉的復水率隨著加熱板溫度的升高而降低，但色差隨著加熱板溫度的升高而升高。由此可以看出，降低真空冷凍干燥溫度，不僅能很好地控制菠蘿蜜果肉凍干片的口感、品質和色澤，還可降低能耗和加工成本。

此外，干燥溫度對其產品的營養成分影響較大，高溫使干燥制品中糖、氨基酸、淀粉、多酚和黃酮等營養素有較大程度的破壞[18]。為評價各工藝對營養成分的影響，本試驗選用熱敏性成分氨基酸含量及抗氧化性進行分析，發現加熱板溫度低于100 ℃，且采用梯度降溫的干燥方式能夠較好的保持菠蘿蜜果肉中氨基酸含量。同時，隨著干燥溫度的升高，產品的DPPH自由基清除能力下降。

綜上所述，采用工藝1的條件：菠蘿蜜果肉經

-20 ℃冷庫預凍24 h，控制真空度為20～60 Pa，冷肼溫度（-40±2） ℃，加熱板溫度50～40 ℃，干燥時間10～20 h，制備的菠蘿蜜凍干片具有外形、顏色保持良好，營養成分損失少等優點。

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