滲透-微波真空干燥對軟香蕉干質構調控及貯藏穩定性的影響

王俊濤，滕建文，韋保耀，黃麗，夏寧，朱赟豪

(廣西大學 輕工與食品工程學院，南寧 530004)

香蕉的保質期很短，因此需要采取措施來防止質量損失并延長保質期[1]。預處理如滲透脫水可用在干燥前去除部分水分，可以成為實現水果塊較高貨架期的可行替代方案，并改善干果品質[2]。滲透脫水可以減少食物因熱而產生的顏色、風味和質地的變化，被用作預處理來改善食物的營養、感官和功能特性[3]。

目前國際市場上香蕉干產品主要有膨化香蕉脆片[4]、油炸香蕉脆片[5]、熱風香蕉干[6]、冷凍香蕉干[7]。另外，一種新型的柔軟耐嚼香蕉干(USA Organic Made in Nature)已經出現，該產品口感柔軟耐嚼，具有較為柔軟的口感和其特有的風味，具有廣闊的市場前景。但目前關于該產品的研究鮮有報道。而滲透-微波真空干燥能否通過調整香蕉干質構生產軟香蕉干以及對產品的儲藏穩定性的研究還未見報道。

文獻表明，衡量食品儲藏穩定性時，水分活度直接影響微生物活動、酶促反應以及非酶促反應[8]，是不可忽視的主要因素。終產品的水分活度往往與產品的質構特征相關聯，而水分活度則與產品貯藏期的褐變及營養物質變化等化學穩定性相關[9]。由于軟香蕉干需要較高的水分活度以維持其較為柔軟的口感和其特有的風味，但是另一方面，較高的水分活度卻不利于軟香蕉干的保存，所以尋找儲藏穩定性和柔軟口感的平衡點是軟香蕉干貯藏的加工控制難點。

本文將滲透后的香蕉干進行微波真空干燥，考察經歷了滲透、干燥后的香蕉干產品的水分活度對其質構調整及貯藏穩定性的影響。分析維生素C含量的變化，從而建立不同水分活度香蕉干儲藏時的反應動力學模型，分析不同水分活度香蕉干的儲藏性質。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

香蕉：市售；山梨糖醇(食品級)：南寧越前食品添加劑有限公司；其他試劑：均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

真空微波干燥機 貴陽新奇微波工業有限責任公司；恒溫培養箱 上海一恒科學儀器有限公司；水分活度儀 無錫市華科儀器儀表有限公司；Moc-120H水分儀 Shimadzu公司；分析天平 賽多利斯公司；低頻核磁共振儀 蘇州(上海)紐邁電子科技有限公司；差示量熱掃描儀 馬爾文儀器有限公司；物性分析儀 英國Stable Micro System公司；色差儀 日本柯尼卡美能達公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝方法

將新鮮香蕉剝皮切片，將厚度為1 cm的香蕉干置于微波真空干燥機中進行干燥，氣壓為25 kPa，在10 W/g的微波強度下使用100 g香蕉微波真空干燥到水分含量為40%(約5 min)。

隨后用質量濃度為20%的山梨糖醇對香蕉干滲透腌制6 h，之后在25 kPa下進行微波真空干燥，將香蕉干燥到不同的水分活度。

1.3.2 香蕉干產品的儲藏試驗

將經山梨糖醇滲透后微波真空干燥到不同水分活度的香蕉干分別裝袋，選用PA/PE 復合膜包裝袋，每袋裝100 g香蕉干，分別在不同的溫度(0，20，30，40，50 ℃)下保藏，且環境的相對濕度保持在60%，每隔7 d取出測定其維生素C含量和色差值，持續35 d。

續 表

1.3.3 香蕉干水分含量測定

稱取1 g香蕉片樣品，剪碎后放入已校準的水分儀中，測定溫度為120 ℃，其30 s內質量變化小于0.05%視為恒重，完成后從水分儀上讀取水分含量數值，每組樣品測定3次取平均值。

1.3.4 香蕉干水分活度測定

稱取3 g香蕉片樣品，用剪刀將其剪成小塊鋪滿塑料表面皿，放入已校準的水分活度儀中測定，讀取水分活度的數值，每組樣品測定3次取平均值。

1.3.5 香蕉干質構的測定

利用物性分析儀對香蕉片進行測定：使用P/100探頭，TPA分析模式對不同水分活度下的香蕉片進行下壓測定。測定了香蕉片的硬度、彈性、咀嚼性和粘附性。具體測定參數的設定參考張文會等[10,11]的文獻報道，每個樣品測定10次取平均值。

1.3.6 差示掃描量熱法(DSC)測定香蕉干的玻璃化轉變溫度

參考林麗君等[12]的方法并做適當修改，取10 mg香蕉粉末在差示量熱掃描儀上進行分析，溫度從-75～80 ℃，升溫速率為10 ℃/min，吹掃氣為氮氣。同時用軟件分析其玻璃化溫度的轉變區間。

1.3.7 香蕉干色差的測定

將香蕉片用色差分析儀進行色度分析，每組樣品測定10次取平均值，以新鮮未干燥的香蕉片作為標準色度值，對比干燥前后的色差變化，每組樣品測定3次取平均值。

1.3.8 香蕉干維生素C含量的測定

參考GB 5009.86-2016測定[13]：稱取10 g香蕉片，剪碎后置于研缽中研碎后，加入20 g/L的偏磷酸溶液迅速搗成勻漿，加白膏土脫色，用20 g/L的偏磷酸溶液將試樣轉移至50 mL容量瓶中，震搖溶解并定容，用錫箔紙包裹離心管(防止光照使Vc氧化)。搖勻，全部轉移至50 mL離心管中，超聲提取5 min后，于4000 r/min離心5 min，取上清液待測。用2,6-二氯靛酚滴定法測定樣品的維生素C含量。先使用(1.000 mg/mL)抗壞血酸對2,6-二氯靛酚進行標定，用標定后的2,6-二氯靛酚對其進行滴定，每組樣品測定3次取平均值。

1.3.9 反應動力學分析

參考任思忱等的研究方法，在保藏過程中，定期測定不同溫度(T)下香蕉干的VC含量，分別作各溫度下VC對時間(t)的變化曲線，線性回歸擬合后直線方程的斜率即為反應速率常數(kT)。利用Arrhenius 方程對保藏環境溫度及對應的反應速率常數進行擬合，可計算香蕉干VC的反應活化能(Ea)，了解香蕉干在存儲過程中的穩定性。

1.3.10 香蕉干的感官評價

為了更加深入地了解本研究制作的香蕉干的感官特性，參考感官評價標準[14]，稍作改動，邀請了7名評價人員，經培訓后，品嘗香蕉干產品，根據表1的評分標準進行打分，滿分為100分。

表1 香蕉干感官評價標準Table 1 The sensory evaluation criteria of dried banana

1.4 數據分析

數據以“X±SD”表示，采用Excel將試驗數據記錄整理，用GraphPad Prism 6.0對數據進行作圖處理。

2 結果與分析

2.1 滲透-微波真空干燥對產品質構及感官評價的影響

本試驗考察了水分含量為40%的香蕉片在滲透-微波真空干燥后產品的表征數據，在同一水分含量下，利用物性分析儀測定了香蕉干產品的硬度、粘附性、彈性和咀嚼性，可以直觀地比較不同水分活度下滲透-微波真空干燥與未滲透對香蕉干產品質構參數的影響。 由表2可知，比較滲透-微波真空干燥與未滲透的香蕉干產品的硬度、粘附性、咀嚼性，發現與未滲透的香蕉干相比，滲透-微波真空干燥的香蕉干的硬度、粘附性、咀嚼性均減小了，彈性均增大了，說明滲透-微波真空干燥可以較好地調控香蕉干的硬度、粘附性、彈性和咀嚼性。同時，香蕉干產品的硬度、粘附性、咀嚼性均隨產品水分活度的減少而增大，而彈性隨水分活度的減少而變小。這可能是由于當水分活度降低時，香蕉干中自由水的含量相對變小，從而導致香蕉干產品的硬度、粘附性和咀嚼性增大；彈性是變形樣品在去除壓力后恢復到變形前的高度比率[15]，因而當水分活度減小時，產品的彈性也會隨之變小。由于制作的香蕉干產品是作為可食用的食品果干，在選擇水分活度時需考慮口感的適宜性，即果干產品的硬度、粘附性、彈性和咀嚼性需適中，故而水分活度在0.388～0.410之間較適宜。

表2 水分活度對香蕉干產品質構及感官評價的影響

為了更加深入地了解滲透-微波真空干燥對香蕉干感官評價的影響，邀請了7名評價人員，在品嘗了香蕉干產品后，根據表1的評分標準進行打分，滿分為100分。各組去掉一個最高分和一個最低分后，評分結果取平均值。由表2可知，與未滲透香蕉干相比，滲透-微波真空干燥的香蕉干的感官評價總分均增大了；當水分活度在0.388～0.410之間時，滲透-微波真空干燥的香蕉干產品的感官評價總分大于70分，此時，香蕉干產品質地柔軟，有一定韌性和彈性，無塌陷，無褐變，甜味與新鮮香蕉差別不大，無苦澀味；而未滲透的香蕉干只有水分活度為0.410時感官評價總分高于70分，口感適宜的水分活度范圍相對較窄，這也說明了滲透-微波真空干燥可以較好地調控產品的口感，這與上述水分活度對質構的影響結果一致。

2.2 產品水分活度對香蕉干產品保藏性的影響

2.2.1 產品水分活度對保藏過程中玻璃化轉變溫度的影響

產品的保藏性是每個產品制作過程中必須考慮的重要因素。而產品水分活度對其玻璃化轉變溫度的影響很大, 水分活度較低的干制品表現尤其明顯，取經過滲透-微波真空干燥后的香蕉干產品，利用DSC測定了不同水分活度下香蕉干產品玻璃化轉變溫度的影響，見表3。

表3 DSC法測定產品的玻璃化轉變溫度Table 3 Determination of glass transition temperatures of final products by DSC method

由表3可知，隨著水分活度的降低，香蕉干產品玻璃化轉變溫度呈增大趨勢，說明水分活度越低，香蕉干產品越利于保藏。同時，山梨糖醇滲透后制作的產品的玻璃化轉變溫度會略高于未滲透的產品，這也很好說明了滲透的重要性。

2.2.2 產品水分活度對保藏過程中產品色差的影響

為了研究香蕉干在保藏過程中的褐變情況，本試驗測定了不同水分活度下香蕉干的色差值，見圖1。

圖1 產品水分活度對保藏過程中產品色差的影響Fig.1 The influence of product water activity on product color difference in the process of storage

由圖1可知，香蕉干在保藏過程中都會出現不同程度的褐變情況，具體表現為隨保藏的進行，其色差值逐漸增大；而在同一保藏時間下，香蕉干水分活度越低，其色差值越小。

2.2.3 保藏過程中產品的反應動力學分析

軟香蕉干經歷了滲透-微波真空干燥后，在儲存過程中，一方面香蕉干中水分活度再創新低，其組織中無法提供足夠的自由水與多酚氧化后的產物作用；另一方面VC能使果干組織環境中pH降低，甚至能與PPO發生氧化反應，從而會在一定程度上抑制多酚氧化過程的發生。因此，本研究中以VC含量變化作為香蕉干品質指標，建立不同水分活度香蕉干儲藏時的反應動力學模型，深入分析不同水分活度香蕉干的儲藏性質。

2.2.3.1 保藏過程中產品VC含量的變化

一般可用定量的品質指標的減少或不良品質指標的增加來判斷大多數食品品質的損失[16]。為了研究香蕉干在保藏過程中的穩定性，以保藏過程中的VC含量為切入點，以期初步分析香蕉干保藏過程中VC的變化趨勢。

由圖2可知，隨著保藏時間的增長，香蕉干的VC含量呈現降低的趨勢，且隨水分活度的增加，VC含量的減少量也隨之增加，這可能是由于在保藏時VC發生自降解過程致使其含量因消耗而減少，而水分活度越高，這種自降解過程越明顯。

圖2 產品水分活度對保藏過程中產品VC含量的影響Fig.2 The influence of product moisture activity on product VC content in the process of storage

2.2.3.2 VC的氧化動力學分析

Labuza指出，在食品加工和保藏過程中,與食品質量相關的品質變化一般都符合一級反應動力學規律[17]。所以，VC氧化分解也符合這一規律,則在溫度T下，VC含量變化的反應方程如下：

ln[Vc]=kt+ln[Vc0]。

式中：[Vc]為保藏t天時的VC含量(mg/100 g)；[Vc0]為初始Vc含量(mg/100 g)；t為保藏時間(d)；k為氧化反應速率常數(d-1)。

試驗中分別用反應動力學回歸方程分析滲透-微波真空干燥后的多個不同保藏溫度下不同水分活度香蕉干的VC含量。由表4可知，各回歸方程的R2均大于0.9600，擬合效果較好，VC的氧化反應符合一級反應動力學規律。不同水分活度的香蕉干產品在保藏過程中，其VC氧化反應的k值都小于零，表明VC與時間t呈負相關。同時當保藏時間增長時，VC含量逐漸減少。且不同溫度下VC含量單位時間減少量(k值)不同，具體為溫度升高時香蕉干VC氧化的k值也變大，這在某種程度上為溫度的升高可導致香蕉干褐變的加快提供了理論支持。本研究中，香蕉片在0～50 ℃的范圍內，VC的變化趨勢遵照一級反應動力學的變化。

表4 保藏過程中產品VC的反應動力學分析Table 4 Analysis of reaction kinetics of vitamin C in the process of storage

2.2.3.3 香蕉干儲藏過程中活化能的計算

香蕉干VC對儲藏時間的變化規律可用反應動力學方程來表示，而反應速率常數k與溫度T相關，從而Arrhenius 方程可用來確定其儲藏穩定性[18]：

式中：T為反應溫度(K)；kT為溫度T下的反應速率常數(d-1)；K0為指前因子(d-1)；Ea為活化能(J/mol)；R為氣體常數[8.3144 J/(mol·K)]。

以ln(kT)對相應的1/T作圖，根據所得直線的斜率Ea/R可求出Ea 和K0，活化能Ea是香蕉干VC含量發生變化需要戰勝的能量阻力，用于反映引發化學反應的阻力大小；其中Ea值愈大的化學反應的能量阻力愈大，反應愈難發生[19]。

由表5可知，水分活度越高，香蕉干維生素C氧化的Ea值也越高，說明高水分活度儲藏時的香蕉干維生素C氧化所需要克服的能量壁壘較低，其儲藏的穩定性也較差。

表5 香蕉干儲藏過程中活化能的計算分析Table 5 The calculation analysis of activation energy of dried banana in the process of storage

3 結論

本文通過比較滲透-微波真空干燥與未滲透的香蕉干產品的硬度、粘附性、咀嚼性以及感官評分，發現滲透-微波真空干燥可以起到較好地調控香蕉干產品質構和口感的作用。同時，香蕉干產品的水分活度在0.388～0.410之間時口感適宜；而在考慮到產品保藏穩定性時，香蕉干的水分活度越低越利于保藏。綜合考慮產品的口感和儲藏穩定性，本研究中軟香蕉干產品的水分活度為0.388較適宜。

本研究中以VC含量變化作為香蕉干品質指標，建立不同水分活度香蕉干儲藏時的反應動力學模型，深入分析不同水分活度香蕉干的儲藏性質。結果表明，香蕉干產品VC含量與保藏時間t呈負相關，同時當保藏時間增長時，不同溫度下VC含量單位時間減少量(k值)不同，具體為溫度升高時香蕉干VC氧化的k值也變大，這在某種程度上為溫度的升高可導致香蕉干褐變的加快提供了理論支持。另一方面，通過所建立的反應動力學模型計算出各水分活度下對應的香蕉干產品在儲藏過程中的活化能，發現其活化能與水分活度呈正相關，這也為上述試驗結果得到的水分活度越低越利于產品儲藏的結果提供了理論支撐；且香蕉干水分活度為0.388時Vc氧化活化能為 53318.58 J/mol，利于穩定貯藏。