射頻預處理對杏果熱風干燥特性及營養成分的影響

劉家璇，彭孟晨，楊雪潔，雷洋，黃小麗，王軍

(陜西師范大學 食品工程與營養科學學院，陜西 西安，710119)

杏原產我國，分布廣泛，產量高，品質好，風味獨特，但常溫下易腐敗[1]。黃杏果肉中碳水化合物約占干物質的60%～77%，糖類物質約占5.5%～17.7%，含氮類物質約占0.6%～0.86%，礦物質類約占0.37%～0.83%。此外，還含有少量的纖維素和果膠、單寧類物質。據中國醫學科學院衛生研究所分析：每100 g杏的果肉中含糖10 g、蛋白質0.9 g、鈣26 mg、磷24 mg、鐵0.8 mg、β-胡蘿卜素1.79 mg、硫胺素(AB1)0.02 mg、核酸素(AB2)0.03 mg、尼克酸(Vpp)0.6 mg、抗壞血酸(VC)7 mg等[2]。鮮杏含水量高，不耐儲藏，干燥是延長杏保存期的有效方法。太陽能集熱器-熱泵組合干燥設備進行杏干燥的試驗研究表明，與自然干燥相比，組合干燥周期縮短近2/3，可節約能源和保護環境[3]。但太陽能干燥受自然條件影響較大。王寧采用低溫薄層干燥杏，探索了溫度、風速對杏干燥特性的影響，確定了在一定范圍內溫度是影響干燥速率的主要因素[4]。目前，國內杏果干燥常用方法為自然風干和熱風干燥。自然風干時間長，褐變嚴重[5]。為了防止褐變，需對杏果進行漂燙處理，但漂燙溫度高，營養損失大，同時耗能[6]。而射頻(radio frequency，RF)是一種新型的加熱方式，具有選擇性加熱,能量穿透深度大,加熱速度快[7]等優點，使其在農產品干燥、滅蟲[8-9],以及粉末和孔物料的殺菌[10-12]和熱處理領域具有巨大的發展潛力。

國內關于射頻聯合干燥技術應用于干果、蔬菜脫水的研究并不多。張麗等[13]探索射頻加熱對紅棗熱風干燥影響，發現經過360 min加熱，紅棗的含水量降到25.68%，與采用60 ℃熱風洞道干燥機干燥相比，時間縮短了2/3，并給出較優干燥條件：極板間距20.5 cm、熱風溫度45 ℃。在食品行業，射頻技術已應用于烤焙制品的干燥[14-16]、肉制品的加工[17-18]、紅棗及澳洲堅果的干燥等[10,19]。為了克服杏果傳統熱風干燥存在的干燥時間長，褐變嚴重等問題，結合射頻技術的優點，本研究嘗試采用射頻處理杏果，以提高杏果干燥速率，同時改善干制杏果品質。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

杏果由西安戶縣李杏研究所提供，為7～8成熟的法杏6號。新鮮的杏果在4 ℃下保存，并在2個星期內使用完。新鮮杏果初始水分測定參考GB 5009.3—2016食品中水分測定方法。

試劑：NaHSO3(AR)，天津市津北精細化工有限公司；無水Na2CO3(AR)、NaOH(AR)、草酸(AR),天津市天力化學試劑有限公司；抗壞血酸(AR)，天津市科密歐化學試劑有限公司；2,6-二氯靛酚鈉(ACS)，進口分裝；NaNO2(AR)，天津市化學試劑六廠；Al(NO3)3(AR)，天津市博迪化工有限公司。試驗用水為蒸餾水。

1.2 儀器與設備

糧食、食品射頻干燥殺蟲設備(GJX-6B-27II-JY型)，河北華氏紀元高頻設備有限公司；對流熱風干燥設備，實驗室自行搭建；數顯鼓風干燥箱(GZX-9146MBE型)，上海博訊實業有限公司醫療設備廠；豆漿-沙冰-水果料理機(B-767型)，蘇州市伯馬電器制造有限公司；高速多功能粉碎機(RRH-A400型)，上海緣沃工貿有限公司；電子天平(JA2003N型)，北京賽多利斯儀器系統有限公司；電熱恒溫水槽(HHW-21CU-600型)，上海福瑪實驗設備有限公司；循環水式真空泵(SHZ-D(Ⅲ))，鞏義市予華儀器有限責任公司；可見分光光度計(722型)，上海棱光技術有限公司。

1.3 方法

1.3.1 杏果射頻處理

挑選8成熟、硬度適中的杏果洗凈、對半切、去核，浸沒于2%亞硫酸氫鈉溶液中護色1 h，取出瀝干表面水分，最后移入射頻設備進行干燥處理。射頻設備功率6 kW，頻率27.1 Hz，極板間距固定為6.0 cm，射頻處理時間選取20、30、40、50 min。

1.3.2 杏果熱風干燥實驗

將射頻處理后的杏果放入熱風干燥設備將杏從含水量約85%(鮮果含水量)至約20%，期間分5次取樣測定營養成分；為了探索杏果干燥特性，干燥過程每小時稱量杏果質量1次，并記錄數據。

1.3.3 營養成分測定

1.3.3.1 黃酮的測定[20-21]

(1)標準曲線的繪制：用95%無水乙醇溶解無水蘆丁20.00 mg，定容于100 mL容量瓶中。分別移取0.0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL溶液于25 mL容量瓶中，定容，加蒸餾水至6 mL，再加入5% NaNO21 mL，搖勻，放置6 min，加10%Al(NO3)31 mL，搖勻，放置6 min；再加入10%NaOH 10 mL，搖勻，放置15 min，定容至刻度，在波長510 nm處測定吸光值。

(2)樣品測定：用粉碎機將杏果打成漿狀，稀釋一定倍數后真空抽濾；準確吸取樣液1.0 mL，置于25 mL容量瓶中，加蒸餾水至6 mL，再加入1 mL 5% NaNO2，搖勻、放置6 min，加1 mL 10%Al(NO3)3，搖勻、放置6 min；再加入10 mL 10%NaOH，搖勻、放置15 min，最后用蒸餾水定容至刻度線，在波長510 nm處測定樣品吸光值。將測得結果代入標準品回歸方程，求得黃酮含量。

1.3.3.2 多酚的測定

(1)標準曲線的制作：用10 mL無水乙醇溶解0.05 g沒食子酸，定容于100 mL容量瓶中。分別移取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL溶液于25 mL容量瓶中定容。分別從上述標準溶液移取5.0 mL于100 mL容量瓶中，加入50 mL蒸餾水，再加入4 mL福林酚試劑、搖勻、靜置4 min，加入8 mL 10%Na2CO3后用蒸餾水定容，于50 ℃的恒溫水浴鍋中加熱5 min，最后冷卻至室溫，于765 nm波長下測定吸光度，可得濃度與吸光度的曲線。

(2)樣品測定：杏果中多酚含量測定采用福林酚法[22]。用粉碎機將杏果打成漿狀，稀釋一定倍數后真空抽濾；準確吸取樣液2.0 mL置于50 mL容量瓶中，移取5.0 mL到100 mL容量瓶中，然后加入50 mL蒸餾水，再加入4 mL福林酚試劑，搖勻、靜置4 min，加入8 mL 10%Na2CO3，最終用蒸餾水定容至刻度線，于50 ℃的恒溫水浴鍋中加熱5 min，并冷卻至室溫，于765 nm波長下測定樣液吸光度，測得結果代入標準品回歸方程，求得多酚含量。

1.3.3.3 VC的測定

杏果中VC含量測定采用2,6-二氯靛酚法[23]。準確稱取5.000 g果漿，用10 mL蒸餾水溶解并移入50 mL容量瓶中，用2%草酸溶液定容至刻度線，搖勻后真空抽濾；取10 mL濾液于三角燒瓶中，用標定過的2,6-二氯靛酚鈉鹽滴定，至溶液變為桃紅色，15 s不褪色即為終點。

100.00 g樣品中VC含量的計算如公式(1)：

(1)

式中：A，1 mL 2,6-二氯靛酚鈉鹽溶液相當于VC的質量，mg；B，滴定時所用樣品溶液的體積，mL；V，滴定時消耗的2,6-二氯靛酚鈉鹽溶液的體積，mL；a，樣品的質量，g；b，樣品稀釋后的總體積，mL。

1.3.4 水分比、干燥速率計算

濕物料水分比MR表示在干燥過程中任意時刻物料剩余水分與初始水分之比，見公式(2)[24-25]：

(2)

式中：Mt，t時刻濕物料干基含水率，%；M0，濕物料初始干基含水率，%；Me，濕物料平衡干基含水率，%。由于Me的值遠小于Mt與M0，故可忽略。因此，水分比簡化式如公式(3)：

(3)

干燥速率是衡量干燥快慢的指標，其原意表示單位時間單位面積上遷移出來的水的質量。由于干燥過程物料表面積時刻發生變化，難以準確測量。通常采用干燥過程中濕物料含水量變化快慢來替代干燥速率，見公式(4)：

(4)

式中：Mt+Δt，濕物料t+Δt時刻干基含水率，%；Mt，濕物料t時刻干基含水率，%；Δt，相鄰2次測量時間間隔，min。

1.4 有效水分擴散系數

有效水分擴散系數(Deff)是表示濕分在濕物料內部整體擴散能力大小的參數。通過計算和分析不同干燥條件下濕物料的有效水分擴散系數(Deff)，可指導干燥過程各條件參數的控制，改進干燥工藝和方法，提高干燥效率。通常采用費克擴散第二定律描述濕物料內部水分遷移[26]。用體積等效的球體近似對半切開的半球體杏果。由費克方程可知，球體有效水分擴散系數表示見公式(5)：

(5)

式中：Deff，干燥過程中物料的水分有效擴散系數；t，干燥時間，s；r，等效半徑，m。r的計算方法如公式(6)：

(6)

式中：L，杏果長軸，m；W，杏果中軸，m；S，杏果短軸，m。

(7)

(8)

繪制lnMR與干燥時間t之間的曲線，從曲線斜率可獲得k值，將k值代入公式(7)，即可獲得有效水分擴散系數Deff。

1.5 數學模型

描述果蔬干燥的模型較多[27-31]，而Herdenson and Pabis模型、Page模型和Lemus模型對杏果干燥數據擬合程度較高，故本文主要選取這3種模型進行分析。

判斷干燥數學模型的擬合程度，可用擬合系數R2、卡方值χ2與均方根誤差RMSE作為重要指標。通常而言，R2越高，χ2和RMSE越小，說明擬合程度越好，實際值與預測值的差異越不顯著。

(9)

(10)

(11)

2 結果與分析

2.1 杏果干燥特性分析

2.1.1 射頻技術處理后的杏果熱風干燥特性

經射頻技術預處理后，直接將杏果放進65 ℃、風速3.0 m/s的熱風干燥設備進行干燥脫水。杏果熱風干燥不存在恒速干燥階段，只有降速干燥階段，見圖1。

圖1 經不同射頻預處理后杏果熱風干燥
速率曲線
Fig.1 Drying rate curves of apricot during hot air drying
after radio frequency pretreatment with different
treatment times

與未預處理樣品相比，經射頻預處理后，杏果干燥速率明顯得到提高。預處理時間在20～50 min范圍內，隨著射頻處理時間的增長，杏果熱風干燥速率呈現增大趨勢。其中射頻預處理50 min，杏果干燥速率最高，而預處理20 min的樣品干燥速率較低，但與未經預處理樣品相比，射頻預處理后杏果干燥速率顯著提高。這是因為射頻預處理可破壞組織結構，有利于水分析出，且隨著處理時間延長，組織破壞程度增大，更有利于后續干燥水分遷移出來。

2.1.2 射頻預處理時間對黃杏熱風干燥水分變化的影響

經不同時間的射頻預處理(20、30、40、50 min)后，杏果熱風干燥過程中水分比隨時間變化情況見圖2。從圖2可以看出，隨著干燥時間的增加，物料的水分不斷下降，與未預處理樣品相比，經射頻處理后，杏果水分比下降較快，即水分下降較快。其中，射頻預處理50 min杏果熱風干燥過程水分比下降最快。從預備試驗中還發現，射頻預處理超過50 min后，杏果容易導致焦糊。因此，適當地射頻預處理有利于物料水分遷移出來。

圖2 杏果熱風干燥過程中水分比變化曲線
Fig.2 Curves of moisture ratio of apricot changing
with drying time during hot air drying

2.2 杏果熱風干燥有效水分擴散系數

經射頻預處理后杏果熱風干燥有效水分擴散系數的計算值見表2。

表2 杏果熱風干燥的水分有效擴散系數Table 2 Effective diffusion coefficients of apricot during hot air drying

由表2可知，隨著射頻預處理時間的增加，杏果有效水分擴散系數大致呈上升趨勢，與前面分析得到經預處理杏果干燥速率隨預處理時間延長呈增大趨勢是一致的。與未經射頻預處理樣品相比，經射頻預處理后杏果熱風干燥水分有效擴散系數Deff都得到提高，提高了31.34%～81.35%。

2.3 杏果熱風干燥模型的擬合

通常認為，R2越高，χ2和RMSE越小，說明擬合程度越好，實際值與預測值的差異越不顯著，更適合描述物料在一定干燥條件下的水分變化規律。本研究采用3個常用干燥數學模型方程對未處理組和經射頻預處理不同時間后干燥得到的數據進行擬合，將分析數據結果整理如表3。

表3 經射頻預處理后杏果熱風干燥模型R2, RMSE, χ2Table 3 R2, RMSE, χ2of drying model for apricot dried with hot air after pretreated with radio frequency technology

可以看出Henderson and Pabis具有最高的R2和較低的χ2、RMSE，擬合程度較好。而其他2個模型的R2值也在0.92以上，但組間波動較大，某些組的擬合程度較差。總體而言，未經射頻處理組的數據和所有模型的擬合度最好。

2.4 射頻處理后的杏果熱風干燥過程中營養成分變化規律分析

2.4.1 黃酮含量變化規律

經射頻處理后，杏果熱風干燥過程中其黃酮含量隨含水率變化情況見圖3。從圖3發現，經射頻技術處理后，杏果熱風干燥過程中其黃酮含量隨水分下降先升高后下降，隨著射頻預處理時間延長也呈現出先增大后減小趨勢。射頻與微波同屬于高頻技術，微波輔助提取法是總黃酮提取的主要方法之一[32]，隨著射頻預處理時間的延長,黃杏總黃酮的提取率逐漸升高，預處理時間為40 min時，提取效果已基本達到最佳。隨著射頻處理時間的增加，物料溫度也隨之上升，當處理時間到達50 min時，溫度較高，且在研究中發現，此時黃杏已開始出現局部焦糊的現象，而高溫會導致細胞內蛋白質的變性凝固,阻礙細胞中總黃酮的溶出[33]。與鮮果黃酮含量0.907 5 mg/100g相比，經過射頻處理，杏果雖然經過干燥，但測得杏干黃酮保存量仍較高。原因主要是，高頻技術具有輔助提取果蔬有效成分的功能，射頻處理使得存在于杏果各個組織中的黃酮容易溶出。從曲線中可發現，經射頻處理后，隨處理時間的增加，黃酮含量先上升后下降，但下降較少，經50 min射頻處理后的黃酮含量比30、40 min處理組的低，但仍高于20 min處理組，這與楊潔等人在棗葉黃酮微波-離子液體輔助提取工藝優化及其抗氧化活性研究中所得的結果相似[34]。

圖3 經射頻技術處理后杏果熱風干燥中黃酮
含量隨水分變化曲線
Fig.3 Contents of flavonoids in apricot pretreated with
radio frequency changing with drying time during hot
air drying

2.4.2 多酚含量變化規律

射頻處理后，杏果熱風干燥過程中其多酚含量比鮮果中的含量增加，20、30、40 min處理是在70%左右的水分含量處，50 min處理是在80%左右的水分含量處，多酚含量出現一個峰值，之后再趨于平緩。這可能是因為，一開始隨著射頻處理時間的增加，有利于多酚溶出，當多酚成分溶出達到極限時，繼續延長射頻處理時間，多酚在空氣中氧化增加[35]，且此時溫度較高，導致多酚提取率下降[36]，甚至低于20 min。而析出的多酚中一部分在熱風干燥過程損失，含量略有下降，受65 ℃熱風影響，不明顯，所以在后期杏果多酚含量趨于平緩。在20、30、40、50 min射頻處理組中，30和40 min處理組總體含量高且比較接近。經20 min處理的多酚含量偏低，是由于20 min射頻處理杏果中黃酮析出不充分。經50 min射頻處理，杏果多酚總體含量也偏低，這可能是因為射頻時間過長可能導致多酚的組織結構被破壞，使得含量下降。從曲線變化可知，經射頻處理后，隨處理時間的增加，多酚含量先上升后下降，且下降趨勢明顯，50 min處理組的多酚含量最低，這與趙二勞等研究玉米苞葉多酚微波輔助提取工藝及其抗氧化性[37]中所得的結果相似。

圖4 經射頻技術處理后杏果熱風干燥過程中多酚
含量隨水分變化曲線
Fig.4 Contents of polyphenol in apricot pretreated with
radio frequency changing with moisture content during
hot air drying

2.4.3 維生素C(VC)

經射頻預處理后，杏果熱風干燥過程中VC含量隨含水率下降先升高后下降，見圖5，且隨著射頻預處理時間延長呈降低趨勢。其中，射頻預處理40和50 min，杏果VC保存量偏低。主要原因是，射頻預處理致使組織結構崩解，營養成分析出，故熱風干燥開始階段測VC含量呈現上升趨勢，但是，隨著干燥時間的延長，VC暴露在高溫環境下開始逐步降解，果實組織崩解程度越大，意味著干燥后期VC損失就越大，保存量就越少。與鮮果VC含量0.781 7 mg/100g相比，經過射頻預處理，熱風干燥所得杏干其VC含量略高，便于人體食用吸收。

圖5 經射頻處理后杏果熱風干燥過程中VC
含量隨水分變化曲線
Fig.5 Contents of vitamin C in apricot pretreated with
radio frequency changing with moisture content during
hot air drying

3 結論

(1)射頻預處理后，杏果熱風干燥只存在降速干燥階段；適當的射頻預處理可提高杏果熱風干燥速率和有效水分擴散系數；

(2)經射頻預處理的杏果其熱風干燥過程水分變化可采用Henderson and Pabis模型描述，且擬合程度較高；

(3)經射頻預處理，杏果熱風干燥過程中，黃酮和VC含量隨著水分下降先增大后減少，多酚含量相對較為穩定；與鮮果營養成分含量相比，經射頻預處理杏果熱風干燥所得杏干營養成分略有增加。