閉環熱泵干燥溫度對龍眼果肉干燥特性和揮發性成分的影響

蕭奕童，張子希，苗儼龍，何婷，藍海波，王凱，趙雷，胡卓炎

（華南農業大學食品學院，廣東廣州 510642）

1 引 言

龍眼（Dimocarpus longan Lour.）為無患子科龍眼屬的熱帶亞熱帶果樹，其果實味道清甜，營養豐富［1-3］，深受大眾喜愛。但由于新鮮龍眼具有易變色變質、采收期集中和不耐貯運等特點［4］，除鮮食外，其往往需要被加工成龍眼干（桂圓）或桂圓肉、龍眼酒等產品［5］，其中龍眼干和桂圓肉是其最主要的加工產品［6，7］。

龍眼鮮果干制后一般稱為桂圓或桂圓肉，并形成與鮮果明顯不同的風味（典型的桂圓風味）為大眾消費者喜愛。傳統的干制方式主要有日曬、烘焙和熱風干燥等方式［8］，存在能耗大，干制品的質量和香氣成分參差不齊等問題。因此近年已有采用綠色節能的熱泵干燥等方式于高良姜［9］、荔枝［10］等工業生產，其獲得的果干品質高、色澤好，被廣大消費者所接受［11］。熱泵干燥根據排濕方式的不同又分為開環式和閉環式熱泵干燥。開環式熱泵干燥是將烘房內濕熱空氣直接排出，并與環境空氣交換，其對物料的干燥和品質的影響研究已有不少報道，主要集中在不同干燥溫度對其物料的理化特性和基本營養指標的影響［12］。閉環式熱泵干燥則通過將烘房內濕熱空氣冷凝成水排出，空氣不與外界接觸，認為有利于減少物料揮發性成分的損失，但閉環式熱泵干燥龍眼肉的研究報道還不多見。本文通過比較在不同閉環熱泵干燥溫度下（40～70℃）干制對龍眼果肉干燥速率、色澤、質構和揮發性成分的影響，并結合電子鼻和GC-MS分析，探討閉環熱泵干制對龍眼風味成分的影響規律，為龍眼肉干制加工生產提供實踐依據，對提高龍眼加工的經濟和社會效益以及龍眼產業的持續發展有促進作用。

2 材料與方法

2.1 主要材料與儀器

龍眼鮮果：品種為“草鋪”，產地為廣東饒平，購于當地水果批發市場。

WRH-100TB1閉環除濕熱泵干燥機（廣東威而信實業有限公司）；NR60CP精密色差儀（深圳三恩時科技有限公司）；TA.XT plus 質構儀（英國Stable Microsystem公司）；7890B-5977A GCMS聯用儀（美國安捷倫科技有限公司）；PEN3便攜式電子鼻系統（德國Airsense公司）。

2.2 龍眼果干的制備

將新鮮龍眼去皮去核后，按果蒂向上方式整齊擺放于不銹鋼烘盤上（55 cm×75 cm），每盤龍眼果肉約5 kg，共三盤。設置熱泵干燥濕度為10%，干燥溫度分別為40、50、60和70℃，放入熱泵干燥箱中進行干燥，至果肉水分含量20%時為干燥終點（參考DBS45/008-2013食品安全地方標準 桂圓肉）。

2.3 檢測指標及方法

2.3.1 水分含量及干燥速率的測定

水分含量參照GB5009.3-2016《食品中水分的測定》中的直接干燥法。以干基含水率表示。

干燥速率：單位時間內每單位面積濕物料汽化的水分質量。計算公式如下：

式中：Nd為干燥速率，g水/（g絕干物質·h）；Mm：為干基含水率，%；Md,i為時間為ti時干基含水率，%；Md,i+1為時間ti+1時干基含水率，%。

2.3.2 色澤的測定

采用色差儀測定，每個樣品隨機挑選5個桂圓肉，測定固定位置。色差值表示為CIE L*（明度/暗度）、a*（紅色/綠色）、b*（黃色/藍色）［13］。

2.3.3 質構特性

質構的測定參考翁渝潔［14］的方法，并作部分修改。將不同干燥溫度的桂圓肉切成10 mm× 10 mm×5 mm的樣品，水平放置在測試臺上，加載P 36平底圓柱形探頭進行擠壓測試。測試條件：測前速率1mm/s；測試速率1mm/s；測后速率1mm/s；形變程度50%；觸發力5 g，測定間隔時間為3s。

2.3.4 GC-MS技術對龍眼干中揮發性風味物質分析

GC-MS測定方法參考劉丹等[15]并稍做修改。

樣品處理：用液氮充分研磨不同干燥溫度的桂圓肉，分別準確稱取10 g粉碎后的樣品于50 mL錐形瓶中，以雙層錫箔紙密封。將萃取頭插入瓶中頂空部分，在50℃的溫度下恒溫水浴萃取30 min后，從樣品瓶中拔出萃取頭，將其直接插入氣相色譜儀，于250℃脫附3 min。

氣相色譜條件：HP-5MS石英毛細管柱（30m×0.25mm×0.25μm）。毛細管柱程序升溫：起始溫度40℃，保持3 min，以5℃/min升至110 ℃，保持2 min，以5℃/min升至130℃，保持5 min，以10℃/min升至200℃。

質譜條件：傳輸線溫度為250℃，電離方式EI，離子源溫度230℃，電子能量69.9 eV，光電倍增管電壓1671 V，掃描質量范圍為50～550 amu。

2.3.5 電子鼻技術對干龍眼果肉風味的評價

利用德國AIESENSE公司PEN-3型電子鼻，10種金屬氧化物傳感器的性能描述如表1所示。

表1 PEN-3型電子鼻傳感器名稱及性能描述

樣品處理：用液氮充分研磨不同干燥溫度的桂圓肉，分別準確稱取4g粉碎后的樣品于40mL玻璃樣品瓶中，密封，50℃恒溫水浴平衡30min待測，每個樣品做3次重復。

測定條件：設定電子鼻測試參數中的載氣流量為50mL/min，傳感器清洗時間為30s，采樣間隔時間為1s，氣體進樣流量為50mL/min，獲取時間為100s。

對采集時間為96～99s的信號數據進行處理和分析，并用電子鼻自帶分析軟件系統WinMuster對各個樣品采集數據進行線性判別分析（LDA）和載荷分析（Loadings）。

3 結果與討論

3.1 溫度對龍眼果肉干燥特性的影響

閉環熱泵干燥溫度對龍眼果肉干燥特性影響結果如圖1所示。干燥初期，龍眼失水速度增大；當果肉內部水分遷移速度與表明水分蒸發的速度相等時，干燥速度進入恒速階段，干燥溫度越高，其干燥速率越大；干燥后期，隨著含水率的降低，龍眼表面的自由水分大量流失，龍眼內部的水分擴散速度及表面蒸發速度降低，且干燥溫度越高，干燥速率下降的越快。選擇龍眼果肉干燥至水分含量20%為終點時，干燥溫度為40℃時需36h，干燥溫度為50～70℃時分別需20、16和12h，干燥時間縮短了44.4%，55.6%和66.7%。

圖1 不同溫度下熱泵干燥的龍眼果肉干燥曲線（A）和干燥速率（C）

3.2 不同熱泵干燥溫度對龍眼果肉色澤的影響

對不同干燥溫度干制而成的桂圓肉色澤進行測定，結果如表2所示。不同的熱泵干燥溫度對龍眼果肉的L*值沒有發生顯著性的變化（p>0.05），但隨著干燥溫度的升高，其a*值逐漸增大（變紅），表明干制溫度升高對龍眼果肉的色澤a*值產生顯著差異（p＜0.05）。干燥溫度70℃的樣品b*值顯著大于40℃的樣品，但在50-70℃范圍內，樣品的b*值差異不顯著（p>0.05）。干燥溫度較高的條件下，有利于龍眼果肉的還原糖和氨基酸發生美拉德反應等非酶褐變［16］。

表2 不同溫度干制的龍眼果肉色澤

3.3 不同熱泵干燥溫度對龍眼果肉質構特性的影響

不同熱泵干燥溫度對桂圓肉質構特性的影響如表3所示。由表可知，干燥溫度70℃的樣品硬度、粘性和耐嚼性顯著大于40℃的樣品（p<0.05），能保持龍眼果肉“燈籠狀”的形狀。而彈性、內聚性則無顯著性差異。在干燥過程中，龍眼果肉中的水分逐漸散失，導致龍眼果肉內部的部分糖分在果肉表面上析出，并受熱風影響在表面上容易形成一層硬殼［17］，從而導致桂圓肉質構特性發生變化。

表3 不同溫度干制的桂圓肉質構特性分析

3.4 不同熱泵干燥溫度對龍眼果肉揮發性成分的影響

3.4.1 基于電子鼻分析不同熱泵干燥溫度得到的龍眼果肉揮發性組分

電子鼻可對樣品整體的揮發性成分做特征性辨別，區分不同樣品揮發性成分的整體性差異，從而得出樣品的“指紋”數據［18］。不同干燥溫度的龍眼果肉在電子鼻10個傳感器的響應值如圖2所示。可以看出，新鮮龍眼果肉與經過不同干燥溫度的桂圓肉不同傳感器上的幅度比例基本一致，但新鮮龍眼果肉與不同干燥溫度下得到的桂圓肉在W1W、W2W、W1S、W5S和W2S傳感器上響應強度具有差異。這表明，在不同溫度下干燥可能會損失新鮮龍眼果肉的硫化物、萜烯類物質、醇類、醛酮類物質、甲基類物質和短鏈烷烴、芳香類物質等主要風味物質。

圖2 新鮮龍眼及不同干燥溫度的桂圓肉在電子鼻10個傳感器上的響應值

將新鮮龍眼及不同干燥溫度的桂圓肉在電子鼻10個傳感器上采集時間為95～99s的響應值作為主成分分析的特征變量，對其風味組分進行主成分分析和載荷分析，得到PCA圖和Loadings圖，如圖3所示。

圖3 新鮮龍眼及不同干燥溫度的桂圓肉的PCA圖（A）和loadings圖（B）

由圖3可知，不同干燥溫度的桂圓肉提取的揮發性成分在第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）的貢獻率分別為98.82%和0.94%，累計貢獻率達到99.74%，大于90%，表明兩個主成分能夠有效代表干燥前后的龍眼果肉的氣味信息特征。在PC1上，新鮮龍眼果肉與干燥后的桂圓肉有明顯區分，不同干燥溫度的桂圓肉有明顯的重疊，表明新鮮果肉在第一主成分上與干燥后的龍眼果肉有顯著的差異，不同干燥溫度的龍眼果肉則區分不明顯；在PC2上新鮮龍眼果肉與不同干燥溫度的桂圓肉有明顯重疊，即5個樣品在第二主成分上沒有顯著的差異。

根據Loadings結果圖上各傳感器的貢獻率可知，傳感器W1W對PC1的貢獻率最大，其次為W1S、W5S；傳感器W1S對PC2的貢獻率最大，說明PC1主要反映的是萜烯類、烷烴類、醇酯類化合物；PC2主要反映的是烷烴類、含甲基類化合物。表明龍眼果肉經過閉環熱泵干燥后其萜烯類、烷烴類、醇酯類物質可能有顯著的變化，但具體揮發性成分的改變，還需進一步的定性定量分析。

3.4.2 基于GC-MS分析不同熱泵干燥溫度得到的龍眼果肉揮發性成分

新鮮龍眼果肉與四種不同干燥溫度的桂圓肉的揮發性成分、種類、數量及相對含量分別見表4和圖4所示。由表4可知，5個不同樣品的揮發性成分共計71種，不同干燥溫度的桂圓肉其揮發性物質種類及數量有一定差異，新鮮龍眼果肉和40～70℃下干燥得到桂圓肉的揮發性成分數量分別為33、26、24、23、42種。這表明，不同干燥溫度對龍眼果肉揮發性成分的影響不同，40～60 ℃干燥，龍眼果肉的揮發性物質種類較少。但高溫干燥（70℃）時會產生更多的具有花香、果香的揮發性成分，如3-羥基丁酸乙酯、鄰氨基苯甲酸甲酯、茉莉酮、苯甲酸乙酯、辛酸乙酯、苯乙酸乙酯等，符合高溫有利于美拉德反應從而產生更多風味的定律［19］，與其色澤更褐紅的結果一致。

表4 新鮮龍眼及不同干燥溫度龍眼果肉的揮發性物質成分

注：“-”表示未檢出該物質。

將不同干燥溫度的桂圓肉其揮發性物質按照化學結構分為 7 類，分別為萜烯類、酯類、烷烴類、芳香族化合物、醇類、醛類及酮類（圖4）。由圖 4B可知，經過 40～60 ℃閉環干燥后，在新鮮龍眼果肉相對含量占比最大的萜烯類物質均有所減小，同時，還有醇類、酯類、醛類物質的生成。 70 ℃干燥后萜烯類的占比與新鮮龍眼相近，甚至略有上升，這可能是因為相對于萜烯類物質，在高溫干燥條件下，龍眼中的其他物質，如芳香族類、醇類物質揮發或氧化分解得更快［20］，導致萜烯類相對含量略有增加，也可能與相對高溫比低溫干燥時間短減少揮發性成分損失有關。干燥后的龍眼肉與新鮮的相比，其萜烯類、醇酯類、芳香族化合物、烷烴類物質均有較大的變化，這與電子鼻的檢測結果一致。新鮮龍眼及干燥后的龍眼肉共有的香氣成分有10種，分別為2，6-二 甲基-1，3，5，7-辛四烯、別羅勒烯、α-蒎烯、β-石竹烯、α-法呢烯、香葉酸甲酯、月桂酸乙酯、苯乙醇、壬醛和癸醛，有研究表明，龍眼中的特征香氣成分主要為β-羅勒烯及其異構體、β-石竹烯和α-法呢烯等［20，21］，β-羅勒烯及其異構體在干燥前后均被檢測出，且相對含量最高，表明干燥后的桂圓肉仍具有龍眼的特征香氣。干燥后的龍眼肉會形成獨有的酯類揮發性成分，使得干龍眼肉帶有奇特的草香和煙草香，有別于新鮮龍眼。

圖4 新鮮龍眼及不同干燥溫度的桂圓肉的揮發性物質種類（A）和相對含量（B）

4 結論

對不同閉環熱泵干燥溫度（40、50、60和70℃）下獲得的龍眼果肉的干燥特性、色澤、質構、和揮發性成分進行比較分析，結果表明，干燥溫度對龍眼果肉的干燥特性和揮發性成分具有顯著影響。70℃閉環干燥的樣品干燥時間短，能顯著提高龍眼果肉的硬度，形成“燈籠狀”的形狀，且桂圓肉色澤的a*和b*值明顯升高。除新鮮和干制龍眼中共有的萜烯類、酯類、烷烴類、芳香族化合物、醇類、醛類及酮類等10種揮發性成分外，還生成具有花香、果香的3-羥基丁酸乙酯、鄰氨基苯甲酸甲酯、茉莉酮等9種特色香氣成分。在閉環熱泵干燥溫度為70 ℃條件下得到的桂圓肉具備更豐富的香氣成分。龍眼鮮果與干果（桂圓）的風味顯著不同，龍眼經干制后產生典型的桂圓風味，為消費所喜愛。