不同干燥方式對(duì)芒果果皮理化特性的影響

沈 偉，張培蘭，牛俊樂，岑湘濤,*

（1.百色學(xué)院農(nóng)業(yè)與食品工程學(xué)院，廣西 百色533000；2.田東縣濱江學(xué)校高中部，廣西 百色533000）

芒果是漆樹科杧果屬杧果（Mangifera indicaL.）的成熟果實(shí)，素有“熱帶水果之王”之稱。廣西是我國(guó)主要芒果種植地之一[1-2]，百色是廣西的芒果主要種植區(qū)[3]。芒果果皮為芒果加工過程中的副產(chǎn)物，往往被丟棄，這樣既造成了資源的浪費(fèi)又造成了環(huán)境的污染[4]。將芒果果皮制成干粉再加以利用，即能減少污染又能提高芒果營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率，而干燥是芒果果皮再利用的關(guān)鍵[5-7]。目前，關(guān)于芒果果皮干燥條件研究的報(bào)道較少[8-9]，比較不同干燥方式對(duì)芒果果皮理化性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分影響的研究更加少見[10-11]。本試驗(yàn)通過熱風(fēng)干燥、遠(yuǎn)紅外干燥和微波干燥3種干燥處理方式對(duì)芒果果皮進(jìn)行干燥處理，綜合比較了不同干燥方式下芒果果皮干基含水率、干燥速率、收縮率、復(fù)水性、色澤及色素、總多酚和總黃酮含量8個(gè)理化指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果，并對(duì)以上指標(biāo)進(jìn)行了主成分綜合分析，以期為芒果果皮深加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料供試芒果品種為臺(tái)農(nóng)1號(hào)，購(gòu)于百色市城西農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)水果店，清洗干凈后，取果皮。

1.1.2 儀器與設(shè)備

101-3AB型臺(tái)式鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；G80F23CN1L-SD-SO型微波爐，廣東格蘭仕（企業(yè)）集團(tuán)有限公司；YHG-300-BS遠(yuǎn)紅外快速恒溫干燥箱，上海躍進(jìn)中國(guó)有限公司；UV-2550紫外可見分光光度計(jì)，上海美普達(dá)儀器有限公司；BJ-100型高速多功能粉碎機(jī)，永康市展帆工貿(mào)有限公司；TG16-WS型臺(tái)式（數(shù)顯）低速離心機(jī)，湘儀離心機(jī)儀器有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇金壇市恒豐儀器有限公司；FA1204B電子天平，上海精科天美；SMY-2000SF型測(cè)色色差計(jì)，北京盛名揚(yáng)科技開發(fā)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 果皮干燥方法

將相同質(zhì)量的芒果果皮分成3份，分別置于熱風(fēng)干燥箱、遠(yuǎn)紅外干燥箱及微波爐中進(jìn)行干燥，干燥箱溫度設(shè)定為60℃，微波爐功率設(shè)定為700 W，每隔0.5 h記錄芒果果皮質(zhì)量，芒果果皮干燥至干基含水率≤0.05 g/g時(shí)結(jié)束干燥。平行試驗(yàn)3次。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.2.1 干基含水率

將處理好的芒果果皮置于干燥箱中干燥，每隔0.5 h稱量果皮質(zhì)量，并計(jì)算芒果果皮干基含水率。干基含水率計(jì)算公式如下：

式中：Mt為干基含水率，g/g；mt為干燥樣品干燥至t時(shí)刻的質(zhì)量，g；Mg表示干燥樣品干物質(zhì)質(zhì)量，g。

1.2.2.2 干燥速率

根據(jù)試驗(yàn)過程中記錄的干基含水率，計(jì)算芒果果皮干燥過程中的干燥速率。干燥速率計(jì)算公式如下：

式中：R為樣品的干燥速率，g/（g·min）；Mt+△t為t+△t時(shí)刻的干基含水率，g/g；Mt為樣品干燥t時(shí)刻的干基含水率，g/g；△t表示干燥時(shí)間差，min。

1.2.2.3 收縮率

芒果果皮的體積采用置換法進(jìn)行測(cè)定，置換介質(zhì)為粒徑0.9～1.1 mm的小米[12]。

具體的試驗(yàn)操作方法為：①將少許小米放置在50 mL的燒杯中，使小米能遮住燒杯底部；②放入樣品芒果皮，再向燒杯內(nèi)放入一定量的小米，使芒果皮完全被小米掩埋住；③搖晃燒杯，當(dāng)刻度線沒有變化時(shí)記為V2；④將掩埋在燒杯中的芒果皮取出，并將粘在芒果皮上的小米抖于燒杯中；⑤搖晃燒杯，當(dāng)刻度線沒有變化時(shí)記為V1；⑥用量筒精準(zhǔn)測(cè)量出V1、V2體積，每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。

芒果果皮體積計(jì)算公式為：

式中：V為芒果果皮體積，mL；V1為小米體積，mL；V2為小米和芒果皮體積之和，mL。

收縮率計(jì)算公式為：

式中：S為收縮率，%；V0為芒果果皮鮮樣的體積，mL；Vt為芒果果皮干燥后的體積，mL。

1.2.2.4 復(fù)水率

復(fù)水率參照何玉倩等[13]的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，芒果果皮總復(fù)水時(shí)間為120 min，復(fù)水期間每間隔一段時(shí)間，取出芒果果皮，濾紙吸干表面水分并稱取其質(zhì)量，試驗(yàn)開始階段間隔時(shí)間為10 min；復(fù)水60 min后，間隔時(shí)間為20 min。果皮復(fù)水率計(jì)算公式為：

式中：R1為復(fù)水率，%；M1為復(fù)水后的質(zhì)量，g；M2為干燥后的質(zhì)量，g。

1.2.2.5 色度值

參照何玉倩等[13]的試驗(yàn)方法對(duì)芒果果皮色度值L*、a*、b*進(jìn)行測(cè)定，其中L*代表明暗度，數(shù)值為0～100（0表示黑色，100表示白色）；a*代表紅綠色；b*代表黃藍(lán)色。平行測(cè)定3次

1.2.2.6 色素含量

果皮色素的提取參照馮璐等[14]的試驗(yàn)方法，分別取0.5 g芒果果皮置于不同離心管中，向每支離心管內(nèi)分別加入95%的乙醇，料液比為1∶8（g/mL），提取3 h，然后抽濾，測(cè)定濾液在424 nm處的吸光值，以吸光值大小表示芒果果皮色素含量的高低。平行試驗(yàn)3次。

1.2.2.7 總多酚含量

參照趙謀明等[15]和柳偉等[16]的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，以吸光值為縱坐標(biāo)（y），沒食子酸濃度為橫坐標(biāo)（x），采用沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定并繪制沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算所得回歸方程為：y=0.053 8x+0.167 3，R2=0.992。

總多酚含量的計(jì)算公式如下：

公式中：D為總多酚含量μg/g，Ai為提取液中多酚的濃度，μg/mL；Vi為總提取液體積，mL；W為樣品質(zhì)量，g。

1.2.2.8 總黃酮含量

參照何玉倩等[13]的試驗(yàn)方法，采用蘆丁分光光度法進(jìn)行測(cè)定。總黃酮含量的計(jì)算公式如下：

公式中：P為總黃酮含量，μg/g；c為單位體積樣品的黃酮質(zhì)量，μg；V為樣品提取液體積，mL；n為樣品提取液稀釋倍數(shù)；w為樣品質(zhì)量，g；V1為樣品測(cè)定體積，mL。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS Statistics 17軟件進(jìn)行主成分和差異顯著性分析，采用Excel 2016進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式對(duì)芒果果皮干燥特性的影響

由圖1可以看出，熱風(fēng)干燥、遠(yuǎn)紅外干燥和微波干燥3種干燥方式對(duì)芒果果皮干基含水率和干燥速率均有不同的影響。3種干燥方式的芒果果皮干基含水率都隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，下降的程度依次為微波干燥＞熱風(fēng)干燥＞遠(yuǎn)紅外干燥，這與干燥速率的變化程度相符。從圖中可以看出，芒果果皮初始干燥速率越大則干燥的程度越強(qiáng)，芒果果皮內(nèi)的水分減少速度越快，達(dá)到干燥速率轉(zhuǎn)折點(diǎn)的時(shí)間越短，故而干燥速率轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的干基含水率越低。干燥速率的轉(zhuǎn)折點(diǎn)又叫做第一水分臨界點(diǎn)，物料在干燥過程中加速了水分的擴(kuò)散，從而干燥速率加快，干燥時(shí)間也隨之變短。遠(yuǎn)紅外干燥、熱風(fēng)干燥和微波干燥3種干燥方式條件下干燥速率的轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的干基含水率分別2.337 8 g/g、2.189 5 g/g和1.696 6 g/g。

圖1 不同干燥方式對(duì)芒果果皮干燥特性的影響Fig.1 Effects of three drying methods on drying characteristics of mango pericarp

2.2 3種干燥方式對(duì)芒果果皮收縮率的影響

由圖2可知，3種干燥方式對(duì)芒果果皮收縮率均有不同影響。熱風(fēng)干燥后的芒果果皮收縮率最小，為27.67%；其次是微波干燥，收縮率為36.75%；而遠(yuǎn)紅外干燥的收縮率最大，為44.23%，是熱風(fēng)干燥的1.6倍。收縮率與芒果果皮內(nèi)的水分流失密切相關(guān)，不同干燥方式的工作原理不同，故芒果果皮內(nèi)的水分流失方式不一樣，這導(dǎo)致了不同的干燥方式造成芒果果皮出現(xiàn)不同程度的收縮。熱風(fēng)干燥以熱空氣為干燥介質(zhì)，干燥物質(zhì)表面的汽化導(dǎo)致了芒果果皮內(nèi)部和表面之間存在一定的水分梯度差，芒果果皮內(nèi)部的水分以汽態(tài)或液態(tài)的形式由內(nèi)往外擴(kuò)散，外部溫度比內(nèi)部溫度高，內(nèi)部水分不能及時(shí)均勻地?cái)U(kuò)散到芒果果皮細(xì)胞的外表面，使得芒果果皮外部細(xì)胞在高溫條件下迅速形成一層干硬膜。熱風(fēng)干燥后的芒果果皮的大小收縮與新鮮果皮相比沒有較大的變化，這是因?yàn)楣ね獠考?xì)胞形成一層干硬膜，當(dāng)芒果果皮內(nèi)部細(xì)胞開始干燥收縮時(shí)，會(huì)出現(xiàn)內(nèi)裂、空隙的現(xiàn)象，基本保持了芒果果皮原本的形狀，故而收縮率最小。微波干燥下的芒果果皮水分在吸收微波后汽化，微波由內(nèi)到外同時(shí)加熱，迅速升溫。由于在干燥過程中溫度較高，芒果果皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到破環(huán)，細(xì)胞結(jié)構(gòu)收縮較大。遠(yuǎn)紅外干燥時(shí)紅外線會(huì)在干燥加熱一定時(shí)間的時(shí)候輻射出來(lái)，從而轉(zhuǎn)換為熱能。干燥過程中，芒果果皮水分不斷蒸發(fā)吸熱，由于試驗(yàn)過程中受熱不均勻，干燥初期，大量的水分停滯在果皮表面，透氣性差，果皮整體軟化，但隨著干燥的進(jìn)行，溫度逐漸升高，這使得停滯在果皮表面的水分加速流失，芒果果皮表面逐漸變干，干燥初始出現(xiàn)軟化的果皮表面開始硬化，隨后出現(xiàn)表皮起皺，干癟堅(jiān)硬的現(xiàn)象，因此其收縮率相比最大。

圖2 不同干燥方式對(duì)芒果果皮收縮率的影響Fig.2 Effects of three drying methods on shrinkage rate of mango pericarp

2.3 不同干燥方式法對(duì)芒果果皮復(fù)水率的影響

通過檢測(cè)不同干燥方式對(duì)芒果果皮復(fù)水率的影響，可以得知不同干燥方式對(duì)芒果果皮內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞程度。由圖3可知，遠(yuǎn)紅外干燥的復(fù)水率最高，其次是熱風(fēng)干燥，微波干燥的復(fù)水率最低。微波干燥中由于微波由內(nèi)到外同時(shí)加熱，導(dǎo)致干燥物質(zhì)迅速升溫。干燥過程中的溫度過高，干燥時(shí)間短，芒果果皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)破環(huán)相對(duì)嚴(yán)重，故而復(fù)水性最差。熱風(fēng)干燥中，由于干燥物質(zhì)表面的汽化導(dǎo)致芒果果皮內(nèi)部和表面之間存在一定的水分梯度差。外部細(xì)胞在高溫條件下形成一層干硬膜，內(nèi)部細(xì)胞出現(xiàn)空隙，細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到一定破壞，但沒有微波干燥方式破壞大。遠(yuǎn)紅外干燥在干燥初期，由于大量的水分停滯于芒果果皮表面，導(dǎo)致果皮軟化，而且遠(yuǎn)紅外干燥時(shí)間長(zhǎng)，果皮水分隨溫度升高流失的速度慢，故果皮細(xì)胞破環(huán)程度小，因此遠(yuǎn)紅外干燥的復(fù)水率最高。

圖3 不同干燥方式對(duì)芒果果皮復(fù)水性的影響Fig.3 Effects of three drying methods on rehydration of mango pericarp

2.4 不同干燥方式對(duì)芒果果皮色澤的影響

干燥物質(zhì)在干燥過程中受到溫度的影響而發(fā)生美拉德反應(yīng)導(dǎo)致干燥物質(zhì)發(fā)生褐變。由表1可知，熱風(fēng)干燥后的果皮亮度（L*）與遠(yuǎn)紅外干燥、微波干燥后的果皮亮度（L*）存在顯著性差異（P＜0.05），而遠(yuǎn)紅外干燥和微波干燥兩者之間不存在顯著性差異。遠(yuǎn)紅外干燥后的果皮紅綠值（a*）與熱風(fēng)干燥、微波干燥后的果皮紅綠值（a*）存在顯著性差異（P＜0.05），而熱風(fēng)干燥和微波干燥之間不存在顯著性差異。熱風(fēng)干燥、遠(yuǎn)紅外干燥和微波干燥后的芒果果皮黃藍(lán)值（b*）均存在顯著性差異（P＜0.05）。其中經(jīng)過遠(yuǎn)紅外干燥后的芒果果皮亮度（L*）、紅綠值（a*）、黃藍(lán)值（b*）在3種干燥處理中均為最小，即遠(yuǎn)紅外干燥后的芒果果皮色澤較暗、變綠、變藍(lán)。這是因?yàn)楦稍飼r(shí)間長(zhǎng)短會(huì)影響果皮色澤的變化程度，本研究供試芒果品種為臺(tái)農(nóng)1號(hào)，果皮為黃色，在遠(yuǎn)紅外干燥中干燥時(shí)間過長(zhǎng)，果皮長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生氧化引起褐變較為嚴(yán)重而致。由于微波干燥時(shí)間短、干燥速率快，微波干燥后的果皮紅綠值（a*）和黃藍(lán)值（b*）最大；但由于微波加熱干燥過程的溫度過高，這使得微波干燥后的芒果果皮亮度（L*）比熱風(fēng)干燥的暗。

表1 不同干燥方式對(duì)芒果果皮色澤的影響Table 1 Effects of three drying methods on color of mango pericarp

2.5 不同干燥方式對(duì)芒果果皮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響

由表2可知，3種干燥方式處理后芒果果皮內(nèi)總多酚、總黃酮和色素含量均差異顯著（P＜0.05）。其中，熱風(fēng)干燥的總多酚含量最高，其次為微波干燥，遠(yuǎn)紅外干燥的總多酚含量最低，這可能是由于遠(yuǎn)紅外干燥時(shí)間過長(zhǎng)而導(dǎo)致，而微波干燥過程中由于微波的影響使得干燥溫度比熱風(fēng)干燥高，所以總多酚含量比熱風(fēng)低。遠(yuǎn)紅外干燥的總黃酮含量最高，其次為熱風(fēng)干燥，微波干燥的含量最低。因?yàn)楣?nèi)的總黃酮物質(zhì)受熱易分解，而微波干燥過程中溫度偏高，所以微波干燥后的總黃酮含量最低。3種干燥方式處理后的果皮色素含量變化與總黃酮含量相同，即遠(yuǎn)紅外干燥＞熱風(fēng)干燥＞微波干燥。因?yàn)楣ど貫闊崦粜晕镔|(zhì)，微波干燥中由于微波由內(nèi)到外同時(shí)加熱，干燥溫度高，干燥速率快，很大程度地加快了色素的分解，所以微波干燥后的果皮色素含量最低。

表2 不同干燥方式對(duì)芒果果皮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響Table 2 Effects of three drying methods on nutrients in mango pericarp

2.6 不同干燥方式對(duì)芒果果皮理化特性影響的主成分綜合分析

由于多指標(biāo)難以得到對(duì)不同干燥方式的綜合評(píng)判結(jié)果，故以試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行主成分分析。從表3可以看出，第1個(gè)主成分的特征值為6.062，累積方差貢獻(xiàn)率75.776%，第2個(gè)主成分特征值為1.938，累積方差貢獻(xiàn)率100.000%，說(shuō)明這2個(gè)主成分能夠代表干燥后芒果果皮的理化特性。由表4可知，第1主成分中收縮率、復(fù)水率、總多酚、總黃酮載荷較高，而L*、a*、b*值及色素載荷較低。

表3 主成分特征值與方差貢獻(xiàn)率Table 3 Principal component eigenvalues and variance contribution rate

表4 主成分因子矩陣Table 4 Principal component factor matrix

根據(jù)因子矩陣表中的數(shù)據(jù)構(gòu)建出不同干燥方式主成分得分的函數(shù)表達(dá)式：

F1、F2分別為主成分1和主成分2得分。以各主成分對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，得到不同干燥方式的綜合得分（F0）函數(shù)表達(dá)式為：

由表5可知，不同干燥方式主成分綜合得分排名為：遠(yuǎn)紅外干燥＞熱風(fēng)干燥＞微波干燥，因此可以確定最優(yōu)的干燥方式為遠(yuǎn)紅外干燥。

表5 主成分分析綜合得分及排序Table 5 Comprehensive scores of principal components and ranking

3 結(jié)論

本試驗(yàn)通過熱風(fēng)干燥、遠(yuǎn)紅外干燥和微波干燥3種干燥方式對(duì)芒果果皮理化特性的影響進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明：3種干燥方式對(duì)芒果果皮理化特性的影響差異較大。3種干燥方式處理后的芒果果皮干基含水率都隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，下降的程度依次為：微波干燥＞熱風(fēng)干燥＞遠(yuǎn)紅外干燥。3種干燥方式的干燥速率按照干燥時(shí)間的長(zhǎng)短排序?yàn)椋何⒉ǜ稍铮紵犸L(fēng)干燥＜遠(yuǎn)紅外干燥，即微波干燥的效率最高，遠(yuǎn)紅外干燥的效率最低。熱風(fēng)干燥后的芒果果皮收縮率最小，為27.67%；其次是微波干燥，收縮率為36.75%；而遠(yuǎn)紅外干燥的收縮率最大，為44.23%，是熱風(fēng)干燥的1.6倍。遠(yuǎn)紅外干燥的復(fù)水性最好，其次是熱風(fēng)干燥，而微波干燥相對(duì)來(lái)說(shuō)復(fù)水性最差。

3種干燥方式處理后的芒果果皮色度值L*、a*、b*有差異。對(duì)比3種干燥后的芒果果皮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)發(fā)現(xiàn)，總多酚含量大小為：熱風(fēng)干燥＞微波干燥＞遠(yuǎn)紅外干燥；果皮色素含量變化趨勢(shì)與總黃酮含量變化相同，即遠(yuǎn)紅外干燥＞熱風(fēng)干燥＞微波干燥。

通過對(duì)干燥芒果果皮干基含水率、干燥速率、收縮率、復(fù)水性、色澤及色素、總多酚和總黃酮含量進(jìn)行主成分綜合分析，結(jié)果為遠(yuǎn)紅外干燥方式的主成分綜合得分最高。由此說(shuō)明，遠(yuǎn)紅外干燥更適合芒果果皮的干燥。