分段式遠紅外-熱泵干燥對龍眼品質的影響

彭 健，王蔚婕，唐道邦，溫 靖,*，李 璐，楊婉媛，吳繼軍，余元善

（1.廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所，廣東省農產品加工重點實驗室，廣東 廣州 510610；2.廣東佳寶集團有限公司，廣東 潮州 515638）

龍眼（Dimocarpus longan Lour.），俗稱益智、桂圓、元肉等，屬于我國南方的一種特產名果，主產于廣東、福建、廣西、海南等地，在世界多個國家和地區均有種植[1]。龍眼味甘甜、香氣獨特，富含多種氨基酸、多糖、多酚、類黃酮等天然活性物質[2]，明李時珍在《本草綱目》中就有“資益以龍眼為良”的評價，現代科學研究也已證明龍眼具有抗焦慮、抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、增強免疫力、調節內分泌和睡眠等功效[3-5]。然而，龍眼盛產于高溫多濕季節，采后鮮果呼吸代謝旺盛，易腐爛變質，由于鮮果保藏技術的不成熟，極易造成產品滯銷和資源浪費。因此，干制仍舊是龍眼最重要的加工方式之一。

干制加工不僅能大量快速消耗原料、延長產品的貯藏期和銷售時間，而且能賦予產品特殊的風味和口感[6]。目前，龍眼干制加工方式正由傳統的日曬和烘焙向現代化大型熱風、熱泵設備烘干轉變，而采用新型干燥或組合干燥方法如紅外、熱泵、真空微波、熱風-微波、熱風-真空冷凍等技術展開的龍眼干燥的研究[7-11]也已涌現。不同干燥方式干燥過程能耗、效率各有優劣，對產品品質的影響各異。熱泵干燥是通過壓縮機制熱循環從低溫熱源獲取能量，在高溫條件作為有效熱能進行使用的一種干燥方式，具有節能、環境友好和安全穩定等優點[12]；紅外干燥是利用紅外線頻率引起物料中分子強烈振動，使物料內部摩擦產熱使水分蒸發的一種干燥方式，具有物料升溫快、干燥效率高、干燥均勻等優點[13]。Nuthong等[14]研究了紅外輔助和熱風干燥龍眼的干燥特性，并對其恒速干燥階段和降速干燥階段進行了模型擬合；Nathakaranakule等[9]采用遠紅外輔助熱風或熱泵干燥龍眼，結果表明遠紅外輔助熱風或熱泵干燥不僅能提高干燥效率、縮短干燥時間，而且有助于樣品內部多孔結構的形成。上述關于遠紅外輔助熱風的研究均為同時作用于被干樣品，雖干燥速率快，但也易造成樣品表面的“結殼”現象。為充分利用紅外和熱泵干燥的優勢，在有效節約能耗的基礎上，進一步提高干燥龍眼品質，本研究采用遠紅外-熱泵分段干燥的方式，探討不同遠紅外干燥溫度和干燥時間對龍眼干質構、微觀結構、褐變等相關品質的影響，以期為提高龍眼干制品品質提供技術和理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮龍眼（品種‘儲良’），購于廣州市水果市場，將其剪枝、除雜后清洗，挑選直徑（2.5±0.2）cm、顏色及成熟度均一的樣品開展實驗。

蔗糖、果糖、葡萄糖等標準品 美國Sigma公司；福林-酚試劑 上海楷洋生物技術有限公司；其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

WRH-100TB1S熱泵干燥機 廣東威而信實業有限公司；101-2Y型遠紅外干燥箱 常州恒隆儀器有限公司；TA-XT plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司；JSM-6360LV高低真空掃描電子顯微鏡 日本電子株式會社；UltraScan VIS型全自動色差儀 美國HunterLab公司；UV-1800紫外-可見分光光度計 日本島津公司；1200 series型高效液相色譜儀 美國安捷倫科技有限公司；L-8900型全自動氨基酸分析儀 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 龍眼干燥工藝流程

龍眼樣品均分為6 組，每組稱取（5.0±0.1）kg進行實驗，以單一熱泵干燥為對照組，其他5 組（編號1～5）進行分段式遠紅外-熱泵干燥。遠紅外-熱泵干燥分為3 個階段，第一段（熱泵干燥）干燥條件：溫度60 ℃、風速1.0 m/s、時間9 h；第二段（遠紅外干燥）各組干燥條件：60 ℃、2 h（組1），60 ℃、4 h（組2），60 ℃、6 h（組3），80 ℃、4 h（組4）、100 ℃、4 h（組5）；第三段（熱泵干燥）：溫度60 ℃、風速1.0 m/s，根據干燥曲線，樣品水分質量分數為（24±1）%（濕基）后停止干燥[15]，對照、組1～5的總干燥時間分別為34、33、32、31、29、23 h。每個階段干燥轉換間隙停止加熱，樣品回軟2 h，使樣品內部水分向外擴散，分布均勻。對照組與實驗組相比，沒有第二段的遠紅外干燥，其他均相同。干燥后樣品置于干燥器內密封保藏待用。

1.3.2 質構特性的測定

龍眼干質構特性的測定采用質構儀進行，具體參考林羨等[7]的方法，選用平底柱狀探頭P/50，TPA模式，設置測前速率1 mm/s、測試中速率1 mm/s、測后速率1 mm/s，兩次壓縮之間停留時間5 s，觸發力5 g，每組測試重復10 次。

1.3.3 微觀結構觀察

樣品切成2 mm×2 mm×3 mm塊狀，樣品分別置于體積分數2.5%的戊二醛溶液中，抽真空后于4 ℃進行組織固定24～36 h，隨后用0.1 mol/L（pH 7.0）的磷酸鹽緩沖液漂洗3 次，再用體積分數分別為30%、50%、70%、80%、90%和100%的乙醇梯度脫水，隨后采用CO2臨界干燥。用單刃刀片切取干燥后的小塊樣品，粘于載物臺導電膠上，噴金后于掃描電子顯微鏡下進行觀察[16]，設置儀器加速電壓15 kV，放大150 倍。

1.3.4 色澤的測定

褐變度的測定參照溫靖等[17]的方法，并略作修改。將不同干燥樣品液氮冷凍后打粉，將2.00 g樣品加入5 mL、體積分數95%乙醇中，組織勻漿3 min，靜置提取l h，4 000 r/min離心20 min，取上清液測定420 nm波長處的吸光度，以A420nm表征褐變度。

色度的測定采用自動色差計測定，結果采用L*值（明/暗）、a*值（紅/綠）、b*值（黃/藍）和色差ΔE值表示。每組樣品平行測定3 次，ΔE按下式計算。

式中：L*、a*和b*為樣品干燥后的色澤值；L0、a0和b0為鮮樣的色澤；ΔE為處理樣品與新鮮龍眼之間的色澤差異，值越小表示色澤保留越好。

1.3.5 可溶性糖含量的測定

可溶性糖含量的測定參考溫靖等[17]的方法，并略作修改。準確稱取不同干燥處理后打粉樣品2.00 g，加入30 mL超純水，振蕩提取2 h，5 000 r/min離心20 min后取其中上清液l mL過0.45 μm濾膜后待測。液相色譜分析條件：色譜柱Zorbax Carbohydrate（4.6 mm×150 mm，5 μm），柱溫30 ℃，示差折光檢測器，檢測器溫度35 ℃；流動相：體積分數70%乙腈水溶液，流速：l mL/min，進樣量：10 μL。每組樣品平行測定3 次，糖含量以龍眼干質量計算。

1.3.6 氨基酸含量的測定

氨基酸含量的測定采用全自動氨基酸分析儀進行，準確稱取不同干燥處理后打粉樣品2.00 g，加入4 mL 100 mg/mL的5-磺基水楊酸，漩渦混勻；4 ℃ 靜置30 min后12 000 r/min離心15 min，取上清液過0.22 μm水系膜后上機[18]。根據標準品質量濃度與峰面積的關系，外標法定量樣品中的氨基酸組分，每組樣品平行測定3 次，單位為mg/100 g，結果以龍眼干質量計。

1.3.7 5-羥甲基糠醛含量的測定

5-羥甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural，5-HMF）是葡萄糖和果糖等單糖化合物在高溫和酸性條件下脫水產生的醛類化合物，其作為美拉德反應及抗壞血酸氧化分解反應的中期產物，與褐變速率密切相關。5-HMF含量的測定參考Gao Kun等[19]的方法，并略作修改。取2.50 g樣品，置于50 mL離心管中，加入12.5 mL、20%（體積分數，下同）甲醇溶液，漩渦混合2 min后，室溫條件下超聲（功率300 W）提取l h，抽濾后濾液用20%甲醇溶液定容至25 mL，過0.45 μm濾膜后進樣。液相色譜分析條件：色譜柱Zorbax Eclipse XDB-C18（4.6 mm×250 mm，5 μm），柱溫30 ℃；紫外檢測波長為280 nm；用10%甲醇和90%水（含1%乙酸）混合液作流動相，流速0.6 mL/min；進樣量10 μL。每組樣品測定3 次，結果以龍眼干質量計。

1.4 數據統計與分析

采用SPSS 17.0軟件進行數據統計分析，選取t檢驗比較不同處理組間的顯著性差異（P＜0.05），數據采用平均值±標準差表示，圖采用Origin 8.0軟件進行繪制。

2 結果與分析

2.1 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼質構特性的影響

表1 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼質構特性的影響Table 1 Effect of far-infrared radiation-assisted heat pump drying on the texture characteristics of longan

龍眼干作為一種可直接食用的干果，其質構品質是影響消費者可接受度的重要指標之一。不同分段式遠紅外-熱泵干制龍眼肉質構參數如表1所示。干燥后龍眼在硬度、黏性、彈性、咀嚼性和韌性上與鮮樣相比均存在顯著性差異（P＜0.05）；不同分段式遠紅外-熱泵干燥組與熱泵對照組相比，在黏性、彈性、咀嚼性和韌性上均具有顯著性差異（P＜0.05）；而不同條件分段式遠紅外-熱泵干燥組之間僅在硬度、咀嚼性和韌性上存在顯著性差異。上述結果表明，遠紅外干燥的介入會顯著改變熱泵干燥龍眼的質構品質。進一步分析表明，60 ℃遠紅外干燥（組1、2、3）能有效降低龍眼硬度，但紅外溫度過高時（超過80 ℃，組4、5），卻會導致硬度的增加；同時，遠紅外干燥能顯著提高龍眼的咀嚼性，遠紅外干燥時間越長、溫度越高，干燥樣品咀嚼性越好。綜上，分段式遠紅外-熱泵干燥能顯著影響龍眼硬度、咀嚼性和韌性，且隨著處理時間和溫度的變化而變化，因此通過調控分段式遠紅外-熱泵干燥條件能有效改善龍眼干質構品質。

2.2 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼微觀結構的影響

樣品微觀結構是影響其質構特性的重要因素之一[20]，為進一步探究不同分段式遠紅外-熱泵干燥對龍眼質構形成的影響，利用掃描電子顯微鏡對不同干燥條件制備的龍眼樣品微觀結構進行觀察，結果如圖1所示。經遠紅外-熱泵干燥的龍眼與對照組熱泵干燥龍眼微觀結構相比，其內部孔隙明顯增多，均形成蜂窩狀孔隙結構，這主要是由遠紅外加熱干燥原理決定的，即紅外線頻率引起物料中分子強烈振動，使物料內部摩擦產熱使水分蒸發，從而易產生孔隙[9]；由于遠紅外干燥的溫度不同，水分蒸發的劇烈程度不同，又會造成內部孔隙數量和大小的變化，組別2、4、5樣品中，溫度越高，樣品內部水分蒸發點越多，從而導致孔隙數量越多，孔徑越小（圖1C、E、F）。進一步地，樣品內部孔隙的變化會造成表觀質構的變化，影響龍眼干的咀嚼性和韌性。Léonard等[21]采用遠紅外輔助干燥香蕉脆片，結果表明紅外輔助干燥能顯著增加香蕉片內部孔隙，與本研究結果一致；而在Yan Jingkun等[22]采用熱風、真空冷凍和紅外干燥苦瓜片的研究中卻發現，紅外干燥會造成苦瓜微觀結構更為致密。綜上，對于不同物料而言，即使是同一干燥方法，也會對其微觀結構產生截然不同的影響，具體到本研究，遠紅外-熱泵干燥有利于龍眼形成多孔微觀結構。

圖1 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼微觀結構的影響Fig. 1 Microstructure of longan dried under different far-infrared radiation-assisted heat pump drying conditions

2.3 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼色澤的影響

圖2 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼褐變度的影響Fig. 2 Browning degree of longan dried under different far-infrared radiation-assisted heat pump drying conditions

果蔬干燥過程中常常伴隨著褐變反應，包括酶促褐變和非酶促褐變，進而造成產品色澤的變化，影響消費者喜好度。如圖2所示，采用60 ℃遠紅外分段干燥的龍眼褐變度較對照組顯著降低（P＜0.05），且紅外干燥階段時間越長，褐變度越低，說明分段式遠紅外-熱泵干燥有利于龍眼干燥過程色澤的保持。當紅外干燥時間一致時，采用80 ℃和100 ℃紅外干燥的龍眼褐變度較對照組顯著增加（P＜0.05），表明溫度越高，褐變越明顯，這主要是干燥過程中的非酶促褐變造成的[23]。

進一步測定樣品L*、a*、b*值和ΔE，對色澤品質進行分析，結果見表2。與鮮樣相比，所有干燥后樣品色澤均發生變化，其中L*值顯著降低、a*和b*值顯著升高，表明經干燥后的龍眼亮度值下降，紅值和黃值升高，因此賦予了干燥后龍眼黃中帶紅的光澤。與熱泵對照組相比，遠紅外階段60 ℃干燥的樣品（組1、組2、組3）亮度明顯高于對照組，表明相同溫度下遠紅外階段干燥較熱泵干燥能更好地保護龍眼亮度，這可能是由于遠紅外干燥效率高，有效縮短了樣品發生褐變的時間；然而隨著干燥溫度的上升，L*值降低，色澤變暗。干燥過程中，當溫度相同時，紅外干燥時間越長，樣品b*值越小；當干燥時間相同時，紅外溫度越高，樣品b*值越大，這主要是因為干燥溫度的升高不僅可以促進龍眼中過氧化酶引起的酶促褐變，同時也會加速美拉德反應的發生，生成具有暗黃色的類黑精類物質[24]，造成b*值的升高。與之不同的是，除組3外，不同條件遠紅外-熱泵干燥后龍眼a*值差異不顯著（P＞0.05）。上述結果表明，與熱泵單一干燥相比，分段式遠紅外-熱泵干燥后龍眼色澤的變化隨著紅外干燥時間和溫度的變化而變化，且色澤的變化主要來源于L*和b*值的變化。綜合ΔE分析發現，當遠紅外溫度不超過80 ℃時，分段式遠紅外-熱泵干燥的龍眼較于熱泵干燥可以更好地保護龍眼色澤。

表2 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼色澤的影響Table 2 Effect of different far-infrared radiation-assisted heat pump drying conditions on the color of longan

2.4 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼可溶性糖含量的影響

龍眼可溶性糖含量的變化不僅影響產品感官品質，還與干燥過程的色澤變化顯著相關。由圖3中對照組和實驗組1、2、3可知，實驗組龍眼中果糖和葡萄糖含量與對照組相比，雖無顯著性差異（P＞0.05），但在相同溫度（60 ℃）下隨加熱時間延長均略有上升，這說明60 ℃遠紅外處理能保留龍眼中的還原糖，減緩美拉德反應；但當處理溫度升高時，果糖和葡萄糖含量顯著降低（組4和組5），證明隨著干燥溫度的上升，龍眼中果糖和葡萄糖等具有游離羰基的化合物大量參與，進一步促進了美拉德褐變反應的發生。龍眼中蔗糖的含量隨紅外干燥條件的變化而顯著變化（P＜0.05），相同溫度（60 ℃）下，遠紅外處理時間越長，蔗糖保留率越高；反之，當紅外處理時間一致時，溫度越高，蔗糖含量反而越少。這是因為蔗糖這類非還原糖雖然不直接參與以還原糖為基礎的美拉德反應，但蔗糖可以在高溫環境中由轉化酶水解產生果糖和葡萄糖從而間接參與反應[25]。

圖3 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼可溶性糖含量的影響Fig. 3 Soluble sugar contents of longan dried under different far-infrared radiation-assisted heat pump drying conditions

2.5 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼游離氨基酸含量的影響

表3 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼游離氨基酸含量的影響Table 3 Effect of different far-infrared radiation-assisted heat pump drying conditions on free amino acid contents of longan

美拉德反應以及多酚類物質的縮合反應都需要游離氨基酸的參與[26-27]，因此，游離氨基酸含量的變化情況不僅是判斷龍眼營養品質的重要指標，也是解析龍眼干燥期間非酶褐變的重要指標。如表3所示，與鮮樣相比，經干燥后的龍眼總游離氨基酸含量顯著降低，保留率均不超過33.02%，干燥過程中游離氨基酸與還原糖發生美拉德反應，是造成氨基酸含量顯著下降的重要因素。對氨基酸總量變化趨勢分析可知，與對照組相比，60 ℃紅外溫度下處理組龍眼氨基酸含量較對照組無顯著增加；當紅外干燥時間相同時，溫度越高，龍眼干中氨基酸的總含量越低。對天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸等參與美拉德反應的重點堿性氨基酸分析可知，與60 ℃紅外干燥4 h樣品（組2）相比，100 ℃紅外干燥4 h樣品（組5）各氨基酸含量下降率均不低于24.76%，精氨酸含量已低于儀器檢測限。綜上可知，與熱泵干燥相比，60 ℃條件下分段式遠紅外-熱泵干燥能有效保留龍眼干燥后的氨基酸，但氨基酸總含量會隨著遠紅外干燥溫度的上升而下降，也進一步證明，溫度是影響龍眼干燥過程美拉德反應的重要因素。

2.6 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼5-HMF含量的影響

圖4 不同遠紅外-熱泵干燥條件對龍眼5-HMF含量的影響Fig. 4 5-HMF content of longan dried under different far-infrared radiation-assisted heat pump drying conditions

5-HMF是葡萄糖和果糖等在高溫或酸性條件下，反應生成的醛類化合物，與非酶褐變有著密切的關系，其含量可作為衡量食品熱加工過程的褐變指標[28]。由圖4可知，與對照組相比，分段式遠紅外-熱泵干燥處理的龍眼干（組1、2和3）干燥后生成的5-HMF含量顯著降低（P＜0.05），且遠紅外處理時間越長含量越低；紅外高溫的誘導仍會導致龍眼中果糖、葡萄糖和蔗糖水解產物與氨基酸和/或蛋白質的游離氨基羰基縮合，大量轉化為5-HMF，當紅外溫度由60 ℃升高至100 ℃時（組2和組5），5-HMF含量升高了1.4 倍。綜上所述，由龍眼的可溶性糖、游離氨基酸及5-HMF含量變化可知，在龍眼干制過程美拉德反應是引起龍眼色澤變化的主要因素，各物質含量與龍眼褐變度及色澤相關。60 ℃條件下，分段式遠紅外-熱泵干燥處理的龍眼在質構特性、微觀結構和色澤上更優，且由于糖類和氨基酸參與的美拉德反應程度較低，更大程度上保留了龍眼原有的營養品質。

3 結 論

采用分段式遠紅外-熱泵干燥龍眼時，遠紅外處理時間及溫度均會對干燥后龍眼的質構、微觀結構、色澤及相關化合物造成顯著影響。與對照組熱泵干燥相比，分段式干燥有助于龍眼在干燥過程中形成良好的質構及微觀多孔結構，且隨著遠紅外處理時間的延長，內部孔隙率增加，而多孔隙結構變化又會導致龍眼質構的改變；通過對褐變度和色澤的分析可知，60 ℃條件下，分段式遠紅外-熱泵干燥能降低龍眼褐變度，有效保護龍眼色澤，干燥后樣品具有黃中帶紅的光澤；進一步分析樣品中與非酶褐變相關的糖、氨基酸及非酶褐變產物5-HMF含量可知，分段式遠紅外-熱泵干燥能更大程度地保留氨基酸，降低5-HMF含量，相比于單一熱泵干燥處理，分段式干燥的龍眼具有更好的感官品質和營養價值。