熱風和微波干燥對龍眼品質的影響

王宸之， 鄧自高， 李 琳， 毛世林， 李伯康，劉 路， 鐘 意， 張 清， 秦 文*

（1．四川農業大學 食品學院，四川 雅安 625014；2．瀘州市鄧氏土特產品有限公司，四川 瀘州 646000）

龍眼（Dimocarpus longan）果肉鮮美，風味獨特，富含維生素與碳水化合物。龍眼盛產于夏季，呼吸代謝旺盛，鮮果極易腐爛變質，因此除少量鮮食外，絕大部分依賴于干燥保藏，適宜的干燥工藝及干燥設備能有效抑制微生物的繁殖，利于干制品的長期保存[1-2]。我國傳統龍眼干燥方法以熱風干燥為主，干燥后的龍眼水分含量較低，能達到20%以下，貨架期相對于新鮮龍眼顯著延長。

隨著龍眼產業加工技術和產品開發的研究，更多干燥方法如微波干燥、真空冷凍干燥等被應用到龍眼干燥加工中[3-4]。不同方法的干燥原理不同，因而對于龍眼營養品質的保留及儲藏性能的影響也不一樣。作者著眼于熱風干燥和微波干燥對于龍眼果肉干燥品質的影響，分析了在不同干燥階段龍眼營養品質及相關酶活性的變化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

“蜀冠”龍眼：四川省瀘州市鄧氏土特產公司提供，采摘后儲藏于4℃條件下。

冰醋酸，丙酮，3，5-二硝基水楊酸，鹽酸，甲醇，蒽酮，乙酸乙酯，MPEG，PEG 6000，PVPP，Triton X-100，愈創木酚，鄰苯二酚等，均為分析純，購于成都市科龍化工有限公司。

1.2 儀器

真空干燥箱（DZF-6050）：上海三發科學儀器有限公司產品；冷凍離心機 （Heraeus Multifuge X-3R）：Thermo Scientific 產品；紫外分光光度計（UV-1800）：上海美譜達儀器有限公司產品；TA-XT Plus物性測試儀：英國Stable micro systems公司產品；微波科學實驗爐（ORW08S-3H）：南京澳潤微波科技有限公司產品；電熱鼓風干燥箱（DHG-9246A）：上海精宏實驗設備有限公司產品；家用活氧解毒機（FL-8A）：深圳市飛立電器科技有限公司產品。

1.3 實驗流程

鮮果→剪枝→挑選分級→清洗護色→帶殼干燥→冷卻→果肉指標測定

選取果實成熟度相近、大小均一、健康無蟲害、表面無機械損傷的龍眼鮮果放入氣調箱內，確保氣調箱密閉性能良好后關閉氣調箱通入臭氧；臭氧速率為400 mg/h，處理10 min后停止通臭氧，靜置20 min。然后將龍眼取出放入護色液中浸泡10 min；護色液由質量分數1.5%檸檬酸和0.05%抗壞血酸組成。浸泡結束后將龍眼取出，瀝干待用。

1.4 干燥方法

1.4.1 熱風干燥 龍眼熱風干燥工藝參考吳光亮[5]的干燥方法并作一些改進：龍眼鮮果→剪粒、清理→護色處理→瀝干→恒溫熱風干燥 （65℃，6 h）→恒溫熱風干燥 （75℃，12h）→最終干燥 （70℃，6h）。取護色瀝干、干燥6 h、干燥 12 h、干燥 18 h和干燥24 h的龍眼作為分析對象。

1.4.2 微波干燥 采用兩段微波加熱-間歇工藝。微波功率恒定800 W。第一段：加熱時間10 s、間歇時間50 s；待樣品中水分質量分數降至40%時，換成第二段：加熱時間5 s，間歇時間40 s。以護色后瀝干的龍眼、處理時間（加熱和間歇時間都統計）5、10、20、40、80、120、160 min 的龍眼作為檢測水分含量的對象。以護色后瀝干的龍眼、處理時間10、20、40、80和160 min的龍眼作為其他理化指標檢測分析的對象。

將護色后瀝干的龍眼分別以單層、雙層、三層堆積的方式置于微波爐中干燥以研究微波對不同堆積厚度品質均勻性的影響。

1.5 水分質量分數與干燥速率的測定

水分含量的測定參照GB 5009.3-2010《食品中水分的測定》中的直接干燥法。根據兩種干燥方法所取樣品時間點的不同，分別取樣測定干燥速率。干燥速率計算公式如式1所示。

式中，S為干燥速率，%；X前為干燥前含水率，%；X后為干燥后含水率，%；t為干燥時間，h。

1.6 褐變度的測定

褐變度的測定參考Leeratanarak et al.的方法[6]。分別稱取2 g去核后的果肉樣品，研磨后加入20 mL體積分數2%的醋酸溶液，充分混勻，在8 000 r/min下離心10 min，吸取上清液。將20 mL丙酮加入上清液中，混合均勻后在8 000 r/min下離心10 min，吸取上清液。在420 nm波長下測定其光密度，結果用A420nm表示。

1.7 可溶性糖和還原糖質量分數的測定

干龍眼可溶性總糖質量分數測定采用蒽酮比色法，還原糖質量分數測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法[7]。

1.8 龍眼果肉PPO和POD活性的測定

稱取5.0 g桂圓果肉，置于研缽中，以適量液氮研磨破碎后加入5.0 mL提取緩沖液 （含1 mmol PEG、質量分數 4%PVPP和 1%Triton X-100），于 4℃、1 200 g離心30 min，收集上清液即為酶提取液，低溫保存待用。

PPO活性測定采用分光光度法[8]。酶活計算公式如式2所示。

式中，ΔA420nm為樣品在420 nm處吸光值每分鐘變化量；V為樣品提取液總體積，mL；VS為測定時所取樣品提取液體積，mL；m為樣品質量g。

龍眼干POD活性測定采用愈創木酚法[8]。酶活計算公式按式3進行。

式中，ΔA470nm為樣品在470 nm處吸光值每分鐘變化量；V為樣品提取液總體積，mL；VS為測定時所取樣品提取液體積，mL；m為樣品質量g。

1.9 抗壞血酸質量分數的測定

抗壞血酸質量分數的測定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法[8]。

1.10 質構的測定

將龍眼果肉剝離，剪為1.5 cm×1.5 cm大小的正方形，采用TPA模式對果肉進行二次壓縮試驗，探頭型號為P/36R。測前速度3.00 mm/s，測中速度1.00 mm/s，測后速度3.00 mm/s，應變量為75%。測定參數為果肉的硬度、黏附性、彈性、內聚性、咀嚼性、回復性，5次重復。

1.11 數據處理

采用Office Excel 2013對數據進行處理，Origin7.5進行繪圖以及誤差分析，SPSS Statistics 19軟件進行方差分析（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 龍眼干燥過程中的失水特性

龍眼干燥的濕熱傳導過程涉及水分從龍眼表面蒸發轉移及物料中心水分向龍眼表面的擴散，前者為給濕，后者為導濕[9]。如圖1（a）所示，在熱風干燥的各個階段，果肉中水分含量均顯著下降 （p＜0.05），這與熱風干燥的特點有關。在給濕階段，熱空氣與龍眼發生熱傳導，龍眼表面水分蒸發并被空氣帶走。在導濕階段，龍眼內部水分向表面擴散，熱空氣與龍眼表面再次發生熱傳導及水分交換。

干燥至18 h時，干燥速率達到最大值。該時間段溫度最高（75℃），導致果肉蛋白質變性，細胞膜對水的透性增強，在這一時間段水分質量分數急劇下降。到了干燥后期，水分質量分數已降至30%以下，大部分游離水已被除去，而結合水較難去除，干燥速率隨之下降。因此，熱風干燥過程中水分散失是顯著而連續的過程。

圖1 干燥過程中果肉水分質量分數及干燥速率變化Fig.1 Changes in water content and drying efficiency of longan aril during hot-air drying and microwave drying process

與傳統熱風干燥法相比，微波干燥法耗時明顯縮短。微波干燥利用偶極子在局部快速變化電場下摩擦產熱干燥物料，干燥速率較高，加熱較為均勻[9]。如圖 1（b）所示，干燥從 10 min進行到 40 min時，干燥速率顯著下降（p＜0.05），這可能與干燥前期游離水大量散失導致龍眼果肉溫度下降有關。干燥從0 min進行到80 min的時期，微波功率及間歇時間均恒定，故龍眼果肉溫度在緩慢升高，在80 min左右達到臨界溫度后干燥速率顯著上升（p＜0.05）。而果肉PPO的活性也在這一階段上升，這可能是因為高溫以及水分大量散失破壞了龍眼細胞的分區結構而導致結構蛋白變性。干燥至120 min時，干燥時的相對加熱時間減少，溫度相對恒定，且結合水的結合力相對比重上升，導致了干燥速率的顯著下降。因此，微波干燥時水分變化不是顯著而連續的過程，而是前期水分散失慢，后期水分顯著下降的過程。

2.2 龍眼干燥過程褐變度及PPO活性變化

由于機械損傷或者逆境，果蔬會產生損傷信號等生理信息，激活相關酶并使其活性升高；研究表明引起果蔬酶促褐變的酶主要是多酚氧化酶[10]。熱風干燥過程中龍眼果肉褐變度變化如2（a）所示。干燥至6 h時，果肉褐變度無顯著性變化，這和PPO活性變化趨勢一致；可能與護色液中抗壞血酸等PPO抑制劑在干燥初期抑制了PPO的活性有關。另外，即使兼具底物、PPO和氧氣也不一定發生酶促褐變，因為植物細胞內部是由一系列膜系統實現的區域化分布，使得酶與底物不能直接接觸，無法引發酶促褐變[11]。干燥至6 h時，干燥溫度處于較低溫階段（65℃），龍眼水分散失程度較低，果肉細胞內的區域屏障并未被打破，植物的抗逆機制可能未被激發。

干燥至12 h，龍眼果肉褐變度顯著上升 （p＜0.05），而PPO活性下降。可能原因是干燥溫度升高至高溫干燥階段 （75℃），PPO活性在高溫下下降。但此時細胞內的分區系統可能開始被破壞，PPO與底物接觸，褐變度上升。干燥至18 h時，褐變度顯著上升（p＜0.05）并達到峰值。因為干燥速率達到了整個干燥過程的最高值，水分質量分數顯著下降，底物濃度上升，細胞內的區域屏障系統進一步被打破，PPO被激活并催化酚類底物為醌，酶促褐變加劇。同時，干燥至18 h時，抗壞血酸含量下降，其氧化分解可引發褐變。另外，龍眼中富含的還原糖可與果肉中的蛋白質、肽、游離氨基酸發生美拉德褐變。

干燥至24 h時，褐變度顯著下降（p＜0.05）。一方面干燥后期褐變底物大量消耗，且干燥溫度下降（70℃），不利于美拉德反應的進行。PPO活性持續上升，可能是因為水分大量散失后酶活上升，這與龍眼果皮褐變趨勢一致[12]。另一方面，果肉中游離水大部分已蒸發，成品含水量較低（質量分數20%）；雖然底物濃度較高，但缺乏溶劑，難以接觸，褐變速率下降。

圖2 干燥過程中果肉褐變度及PPO活性變化Fig.2 Changes in degree of browning and PPO activity of longan arilduring hot-air drying and microwave drying process

如圖2（b）所示，微波干燥至10 min時果肉褐變度顯著上升（p＜0.05），這與PPO的活性變化趨勢一致，可能原因是微波干燥時溫度上升速度快，激發PPO引發酶促褐變。干燥至20 min時，褐變度與10 min時的褐變度基本一致，這是由于水分質量分數無顯著性變化，同時PPO活性隨著溫度的升高顯著下降（p＜0.05）。 在 40～80 min 期間，褐變度顯著下降后無顯著性變化，這和也與PPO的變化情況一樣。綜合前80 min的褐變度變化情況，褐變度的變化與PPO的變化具有極大相關性，因此該階段褐變產物的積累受酶促褐變速率的影響較大。160 min時褐變度達到峰值，這是由于在干燥后期水分質量分數已經達到較低水平。同時，PPO的活性在這一時期無顯著性變化，可能是水分蒸發減少，果肉溫度較高抑制了酶活。在較高糖含量和高溫條件下，美拉德反應會引起褐變產物的積累。

2.3 龍眼干燥過程POD活性變化

圖3（a）為熱風干燥過程龍眼果肉POD活性變化。干燥至6 h時，POD活性無明顯變化（p＞0.05），反映了干燥初期活性氧的積累較少，未激活POD。干燥至12 h時，POD活性出現了與PPO相反的變化趨勢，顯著上升（p＜0.05）。這反映出了兩種酶對于溫度變化的不同反應。該階段有可能積累了較多活性氧，活性氧對POD的激發程度可能超過了高溫對酶活的抑制。隨著在高溫下持續干燥，POD活性在18 h顯著性下降（p＜0.05）；此時果肉水分質量分數已降至較低水平（30%左右），游離水大量散失，自由基或活性氧的移動受到限制。到第24h時干燥溫度下降，干燥成品POD活性顯著上升（p＜0.05）達到峰值。

圖3 干燥過程中果肉POD活性變化Fig.3 Changes in POD activity of longan aril during hot air drying and microwave drying process

如圖3（b）所示，0 min時POD活性較低。干燥至 10 min時 POD活性顯著升高（p＜0.05），可能是由于干燥處理和自由基的產生激活了POD活性。而干燥至10～40 min時POD活性無顯著性變化 （p＞0.05）。干燥至80 min時，干燥速率上升，POD活性顯著下降，說明水分子間的摩擦會加劇因而溫度可能會隨之上升抑制酶活。干燥至160 min時隨著相對加熱時間的減少，果肉溫度下降，果肉皺縮嚴重，POD活性隨著溫度的下降顯著上升。

2.4 龍眼干燥過程可溶性糖和還原糖質量分數變化

龍眼在干燥過程中常伴隨著非褐變反應，而非酶褐變反應原因多樣，其中美拉德反應的進行伴隨著糖類的含量變化[13]。圖4（a）為熱風干燥過程中可溶性糖與還原糖含量變化。干燥至6 h時，可溶性糖含量出現小幅下降，這與還原糖的變化趨勢一致。這是因為干燥前期溫度較高且水分下降速率不及褐變消耗糖類的速率，單糖經脫水而生成糠醛及相應的衍生物，經聚合后褐變。隨著干燥的進一步進行，后期可溶性糖質量分數呈現顯著性上升 （p＜0.05）。首先，熱風干燥這一方法能使得龍眼迅速脫水，使得果肉糖含量上升。其次，較少量的糖類消耗便能引發較大程度的褐變[14]，故在干燥后期隨著褐變產物的積累糖類的消耗速率可能下降。

圖4 干燥過程中果肉可溶性糖及還原糖質量分數變化Fig.4 Changes in Contents of soluble total sugar and reducing sugar of longan aril during hot air drying and microwave drying process

如圖4（b）所示，通過對微波干燥過程中褐變度和還原糖質量分數的分析發現兩者具有相關性。干燥10 min時可溶性糖及還原糖質量分數均下降，這與該時期褐變度的顯著性上升相反，可能是還原糖與果肉中游離的氨基酸、蛋白質及其他胺類化合物大量反應所引起。在10～160 min期間，可溶性糖質量分數總體呈現上升趨勢，水分的快速散失使得果肉糖質量分數迅速提高，這導致干燥過程中可溶性糖質量分數的變化難以反映褐變引起的糖類消耗。干燥至20 min時，還原糖質量分數顯著下降 （p＜0.05），而褐變度在這一時期達到峰值，因此還原糖的消耗有可能為褐變反應引起。與20 min時還原糖質量分數相比，40 min時還原糖質量分數基本不變，這可能與褐變度和水分質量分數在這一時期均顯著下降有關。干燥至80 min時，還原糖質量分數顯著上升達到峰值，這與該階段褐變度無顯著變化以及含水量的顯著下降有關。干燥至160 min時褐變度顯著上升（p＜0.05），可能是由于該階段果肉含水量最低，在高溫以及高濃度糖環境下極易引發美拉德褐變。

2.5 龍眼干燥過程抗壞血酸質量分數變化

抗壞血酸能通過抑制果實PPO活性來抑制酶促褐變[15]，而且抗壞血酸是植物體內重要的抗氧化物質，具有極強的抗氧化性，能通過自身氧化分解來防止其他物質氧化；同時，抗壞血酸的分解也可引發褐變[16]。圖5（a）為熱風干燥過程中抗壞血酸質量分數變化，在0～12 h間抗壞血酸質量分數顯著上升后（p＜0.05）維持恒定，而褐變度和PPO活性在這一時期均上升，因此干燥前期可能以酶促褐變為主要褐變方式。干燥至18 h時，抗壞血酸質量分數下降，此時水分干燥速率與褐變度達到峰值。水分質量分數快速下降的同時，包括抗壞血酸褐變在內的多種褐變反應均有可能進行。干燥至24 h時，果肉抗壞血酸的質量分數與鮮品中的質量分數基本一致，這可能與果肉水分大量散失導致單位質量中抗壞血酸質量分數升高有關。

如圖5（b）所示，微波干燥過程中抗壞血酸質量分數總體呈現下降趨勢。微波干燥雖然具有自動熱平衡的優點，但較高功率下仍有可能出現局部過熱焦化的情況[17]。與新鮮龍眼相比，干燥至160 min時龍眼的抗壞血酸質量分數顯著下降，降幅達到了86.1%。而熱風干燥所制得的龍眼干，其抗壞血酸質量分數相對較高。因此，干燥時的溫度和水分蒸發效率都有可能影響龍眼干中抗壞血酸的質量分數。

圖5 干燥過程中果肉抗壞血酸質量分數變化Fig.5 Changes in sascorbic acid contents of longan aril during hot air drying and microwave drying process

2.6 堆積厚度及干燥方式對龍眼質構的影響

如表1所示，與新鮮龍眼相比，熱風干燥和微波干燥后的龍眼，各項質構指標均出現顯著性上升（p＜0.05），這可能是由于干燥后的龍眼水分質量分數較低而糖質量分數較高。單層堆積厚度下，微波干燥與熱風干燥所制得龍眼的硬度、黏附性、內聚性和回復性無顯著性差異（p＞0.05）；而微波干燥法所制得龍眼的彈性和咀嚼性均顯著高于熱風法所制得的龍眼。這說明單層堆積厚度下微波干燥法所制得龍眼的質構參數優于傳統熱風法所制得的樣品。雙層堆積厚度下，上下層樣品的黏附性和彈性存在顯著性差異，其余質構參數無顯著性差異，這說明雙層堆積厚度下微波干燥的均勻性較好。雙層與單層堆積方式相比，質構參數基本無顯著性差異。3層堆積厚度下，不同層數樣品的硬度、黏附性、內聚性、咀嚼性和回復性均存在顯著性差異，因此3層堆積厚度過大，導致微波干燥不均勻，在實際實驗過程出現了果肉焦化的現象。所以3層堆積厚度不適用于微波干燥。

通過上述分析可知，雙層堆積厚度的微波干燥法所制得龍眼的質構特性較好，且干燥效率高于單層堆積方式，更適用于龍眼的干燥加工。

表1 不同干燥方式對龍眼質構特性的影響Table 1 Effects of different accumulative thickness on texture characteristics of longan

3 結語

通過對兩種干燥方法的失水特性研究發現，熱風干燥各個階段水分質量分數均顯著下降，而微波干燥法在干燥后期才出現水分質量分數的顯著下降。兩種干燥方法過程中均發現果肉褐變度與PPO活性呈正相關，與水分質量分數呈負相關，果肉褐變度同時受水分質量分數和PPO活性的影響。干燥前期的褐變與酶促反應緊密相關，而干燥后期褐變反應種類較多，但抗壞血酸褐變不是引發褐變的主要原因。干燥完成后果肉PPO仍具有活性，其中以熱風干燥后的果肉PPO活性最高，因此并不能排除干燥后期酶促褐變反應的存在。干燥過程中POD與PPO對于溫度的敏感程度不同，PPO對于溫度更加敏感。可溶性糖質量分數均呈現初期下降和后期上升的趨勢。可溶性糖質量分數變化趨勢與還原糖質量分數變化趨勢具有相關性，這與還原糖質量分數占可溶性糖質量分數比重較高有關。微波干燥與熱風干燥方法不同，微波干燥后期還原糖質量分數下降，這可能與大功率下局部高溫引發焦糖化反應和美拉德褐變有關，因此微波干燥要控制功率。雙層堆積厚度下，微波干燥所制得樣品質構較好，干燥效率高，適合于龍眼的干燥加工。

相比傳統熱風干燥法，雙層堆積厚度下的微波干燥法干燥效率高，能使產品迅速脫水。微波干燥后的成品褐變度更低，感官評價更高，質構參數更優。微波干燥后，龍眼果肉中PPO的活性更低，更利于龍眼的儲藏。因此，微波干燥法比熱風干燥法更適合于龍眼的干燥加工。

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