變異系數法評價預處理方式對黃秋葵熱風干燥品質特性的影響

屈展平 張小燕 宋淑亞 張靜林 劉德陽

(洛陽職業技術學院，河南 洛陽 471000)

黃秋葵[Abelmoschusesculentus(L.) Moench]又名咖啡黃葵、羊角豆等，錦葵科秋葵屬一年生草本植物[1]，其嫩莢中含豐富的果膠等多糖組成的黏性物質，是一種具有特殊風味的食用佳品。此外，黃秋葵還含有豐富的膳食纖維、蛋白質、多種氨基酸、多種維生素、黃酮和礦物質等營養物質，不僅可作為營養健康食品，還可用作藥用保健物質[2-3]。

干燥是黃秋葵最常用的保藏手段，其中熱風干燥是應用最廣泛的干燥方式之一。但由于黃秋葵含有較多的黏性多糖，易出現表面硬化而影響干燥速率，也嚴重影響干制品品質。前人[4-6]研究表明，干燥前進行預處理可以改變樣品原有組織結構，有利于干燥過程中水分擴散，提高干燥效率，從而降低干燥能耗、提高干制品品質。

燙漂是將物料進行高溫短時處理，可起到殺菌、軟化物料、鈍化酶類、降低原料的不良風味、加速干燥過程等作用。目前，常用的燙漂方式是通過熱水或蒸汽對物料進行處理。已有研究以胡蘿卜[7]、線辣椒[8]為原料進行氣體射流沖擊燙漂預處理，結果表明干制品復水率和色澤均有明顯提高。張迎敏等[9]研究發現護色液燙漂預處理干燥的紅薯葉復水率和色澤都較好，且樣品組織緊密均勻。也有學者利用超聲波對干燥前的果蔬進行預處理，郝啟棟等[6]研究表明超聲波預處理能提高蒜片水分的流動性、縮短蒜片的干燥時間，且干制蒜片的色差降低，復水比和蒜素含量均顯著提高；Gabriella等[10]研究發現甜瓜經超聲波處理后進行真空干燥，其水分擴散率約增加25%，干燥時間明顯減少。此外，護色預處理能在一定程度上抑制褐變的發生，有利于干制品保持原有色澤。但目前關于燙漂、超聲波及護色3種方式預處理對黃秋葵熱風干燥品質的影響尚未見報道。

研究擬以新鮮黃秋葵為原料，探究漂燙、超聲波、護色液處理3種預處理方式對黃秋葵熱風干燥干制品品質的影響，采用變異系數法[11]對其指標進行綜合加權評價以確定較優的預處理方式，以期為黃秋葵干制品品質的改善提供思路。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

新鮮無污染黃秋葵：干基含水率為10.33 g/g(采用105 ℃絕干法測得)，市售；

抗壞血酸、2,6-二氯酚靛酚、氯化鈉、檸檬酸、草酸等：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

電熱鼓風干燥箱：101-2A型，北京科偉永興儀器有限公司；

熱風干燥機：GS-Ⅱ型，河南省鄭州市萬谷機械有限公司；

數控超聲波清洗器：KQ-500DE型，昆山市超聲儀器有限公司；

電熱恒溫水浴鍋：HH-S4型，北京科偉永興儀器有限公司；

電子天平：JA-2003N型，上海佑科儀器儀表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計 將新鮮、完整的黃秋葵清洗后分為3組，分別進行燙漂、超聲波和護色液預處理。燙漂預處理溫度為80 ℃，時間選擇30，45，60 s 3個水平，分別編號為1，2，3；超聲波預處理時間為30 min，超聲波頻率40 kHz，功率300 W，溫度選擇20，30，40 ℃ 3個水平，分別編號為4，5，6；護色液預處理組，所用護色液配制條件為0.4 g/100 mL的檸檬酸溶液分別與1.0，1.5，2.0 g/100 mL 的氯化鈉溶液混合，分別編號為7，8，9；以未經預處理的黃秋葵作空白對照，編號為10。

以上每個水平試驗物料量為500 g，試驗重復3次。在60 ℃熱風干燥設備中進行干燥，直至物料干基含水率降至0.05 g/g結束干燥。對不同預處理方式黃秋葵干制品進行各項指標測定。

1.3.2 復水比測定 取不同預處理方式得到的黃秋葵干制品稱量，記為m0，分別浸泡在60 ℃的蒸餾水中吸水30 min，整個操作過程在水浴鍋中進行，以保證操作過程中蒸餾水溫度保持在60 ℃恒溫狀態。浸泡結束后將產品撈出用濾紙吸干表面水分，稱量其質量記為m1，每組樣品平行測定3次取其平均值[12-13]。產品復水比按式(1)計算：

(1)

式中：

RR——復水比；

m0——黃秋葵干制品復水前的質量，g；

m1——黃秋葵干制品復水后的質量，g。

1.3.3 收縮率測定 采用體積排除法[14-15]。在量筒中放入細沙表面抹平讀出體積，再分別將干燥前后的黃秋葵埋入細沙搖勻抹平讀出體積，按式(2)計算收縮率。

(2)

式中：

Rs——收縮率，%；

V0——黃秋葵初始體，mL；

Vg——干燥后黃秋葵體積，mL。

1.3.4 維生素C含量測定 將樣品用1%草酸浸泡后過濾，準確吸取樣品濾液兩份，各20 mL，分別放入兩個100 mL 錐形瓶中，用標準抗壞血酸標定好的2,6-二氯酚靛酚溶液進行滴定，取平均值，另取1%草酸20 mL作空白對照[16]。將結果代入式(3)計算出100 g樣品中還原型抗壞血酸的含量。

(3)

式中：

C——樣品中還原型抗壞血酸的含量，mg/100 g；

V——樣品提取液的總體積，mL；

V1——滴定樣品所耗用的染料的平均毫升數，mL；

V2——滴定空白對照所耗用的染料的平均毫升數，mL；

V3——滴定時所取的樣品提取液的毫升數，mL；

M——1 mL染料所能氧化抗壞血酸的量，mg；

W——待測樣品的質量，g。

1.3.5 干燥時間測定 經不同方式預處理的黃秋葵樣品分別進行熱風干燥，熱風溫度為60 ℃，每隔30 min進行稱量并計算其干基含水率，直至干基含水率降至0.05 g/g結束干燥，并記錄干燥所用時間。按式(4)計算黃秋葵干燥過程中干基含水率[3]。

(4)

式中：

Mt——t時刻物料的干基含水率，g/g；

mt——t時刻物料的質量，g；

md——絕干物料的質量，g。

1.3.6 感官評價 根據黃秋葵干制品的色澤、硬度、脆度、口感、組織狀態進行打分，取平均值。滿分為100分，評分細則如表1所示。

表1 感官評分細則Table 1 Sensory rating rules

1.3.7 綜合評價 采用變異系數法對黃秋葵干制品品質進行綜合評價，按式(5)計算變異系數。

(5)

式中：

Vi——第i項指標的變異系數；

σi——第i項指標的標準差；

Xi——第i項指標的算術平均值。

綜合評分中各指標的權重計算公式：

(6)

式中：

Wi——第i項指標的權重系數；

Vi——第i項指標的變異系數。

采用Z-score標準化法將各項指標的數據進行標準化處理，如式(7)所示。

(7)

式中：

Zij——標準化后的變量值；

Xij——實際變量值；

Xi——第i項指標的算數平均值；

σi——第i項指標的標準差。

綜合評分的計算將各指標標準化后的值與權重相乘求和得到，其中收縮率及干燥時間指標越小越好，故在計算時作負值求和，其他指標均按照正值直接求和。

1.3.8 數據處理 采用Origin 2017軟件進行數據作圖處理，采用SPSS 20軟件對數據進行ANOVA方差分析、Duncan’s多重比較，顯著性差異表示為P<0.05。試驗均重復3次，取平均值進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 預處理方式對黃秋葵復水比的影響

由圖1可知，經預處理黃秋葵樣品的復水比與未經處理的對照組相比有不同程度的增加，就3種預處理方式而言，燙漂和超聲波處理樣品的復水比高于護色液處理。這可能是由于燙漂處理的高溫作用使細胞壁分離，在復水過程中，依靠其細胞膜通透性的增加而易于復水[17]。超聲波處理是利用物理作用促使分子運動，主要改變細胞內部的結構，使其變得疏松多孔，所以既有利于干燥時水分的排出也有利于干制品水分的吸收[18]。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖1 預處理方式對黃秋葵復水比的影響Figure 1 Influence of different pretreatment methods on the rehydration ratio of okra

此外，燙漂時間越長、超聲波處理溫度越高，干制品的復水比越高，可能是因為較高水平的預處理條件對細胞內部的作用程度更大，更利于水分的逸出與恢復，但當燙漂時間過長、超聲波處理溫度過高時可能會對細胞的結構產生破壞，此時細胞破裂、喪失水分控制能力，影響干制品的復水。

2.2 預處理方式對黃秋葵收縮率的影響

如圖2所示，3種預處理方式對黃秋葵的收縮率有明顯的影響(P<0.05)。與對照組相比，燙漂預處理對黃秋葵的收縮率影響最大，而超聲波和護色預處理影響較小。其原因可能是一定溫度的熱燙處理會對黃秋葵的細胞結構造成影響，使其細胞壁的通透性增大，同時細胞骨架也遭到一定的破壞，甚至坍塌，所以在干燥過程中收縮形變較大[19]。而超聲波處理是利用超聲波引起的“空化效應”以改變物料的組織結構，使黃秋葵內部的微孔道增多，結構更加疏松，但對于細胞骨架影響較小，所以在干燥過程中的形變較小[20]。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖2 預處理方式對黃秋葵收縮率的影響Figure 2 The influence of different pretreatment methods on the shrinkage rate of okra

結合圖1可知，相同處理方式的不同水平對黃秋葵干制品收縮率也有一定影響。隨著燙漂時間的增加其收縮率越來越大，是因為燙漂時間越長，對細胞的破壞越大，干燥之后的收縮形變越明顯。而不同超聲波處理溫度對于收縮率的影響相差不大，超聲處理溫度過高可能會造成明顯收縮。隨著護色液濃度的升高，其收縮率也有一定的升高趨勢，可能是由于護色液的濃度與細胞濃度之間存在濃度差導致。

2.3 預處理方式對黃秋葵維生素C含量的影響

由圖3可知，預處理方式對黃秋葵中維生素C含量的影響較為顯著(P<0.05)。與未經處理的對照組相比，經預處理的黃秋葵的維生素C含量均有不同程度的減少，維生素C含量最高的是超聲波處理30 ℃條件下，其含量仍低于對照組。不同預處理方式中超聲波處理樣品的維生素C保留率最高，燙漂和護色處理黃秋葵樣品中維生素C含量損失較多。維生素C是一種水溶性維生素，其穩定性差，而燙漂和護色液處理均將黃秋葵樣品浸泡于水中，所以導致維生素C的損失較大[21]。超聲波處理是利用超聲波進行物理作用，不直接浸泡于溶液中，所以超聲波預處理的維生素C含量損失較小。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖3 預處理方式對黃秋葵維生素C含量的影響Figure 3 Effects of different pretreatment methods on the content of vitamin C in okra

2.4 預處理方式對黃秋葵干燥時間的影響

如圖4所示，經預處理的黃秋葵干燥時間均少于對照組的(16 h)，其中護色液預處理黃秋葵樣品干燥所需要的時間最長，燙漂和超聲波處理樣品的干燥時間差異較小。這可能是因為護色液預處理主要通過鈍化細胞內酶的活性來抑制褐變，對干燥過程的進行無明顯促進作用。而燙漂預處理改變了細胞壁的通透性，有利于后期水分的散失[18]。超聲波處理通過超聲波的機械作用、空化作用等改變細胞內部的結構，增加水分通路微孔道，提高水分擴散速率，有利于干燥的進行[20]。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖4 預處理方式對黃秋葵干燥時間的影響Figure 4 The influence of different pretreatment methods on the drying time of okra

2.5 預處理方式對黃秋葵感官評分的影響

由圖5(a)可知，超聲波處理樣品的色澤評分明顯小于燙漂與護色，燙漂處理通過高溫破壞樣品中多酚氧化酶，而護色液具有抗氧化性，兩者均可抑制酶促褐變的發生，從而更有效地保持樣品原有色澤。不同預處理的硬度及口感評分差異較小，燙漂處理的脆度及組織狀態得分略低于其他處理方式，主要是因為燙漂的濕熱處理使其結構受到破壞[22]。

由圖5(b)可知，與對照組相比，燙漂預處理樣品所得感官評分最低；超聲波和護色處理樣品的評分較高，且兩者差異較小。這可能是由于超聲波處理對細胞結構破壞小，其收縮率低、皺縮變形小，外觀形狀更接近于新鮮狀態。而護色液處理可以較好地保護產品色澤，其干制品仍具有較好色澤。燙漂處理雖然在一定程度上可以鈍化酶的活性，抑制酶促褐變，但受高溫和水合作用的影響，會對黃秋葵的結構造成破壞，使其結構松軟，干燥后收縮形變較嚴重，而影響感官評分。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖5 預處理方式對黃秋葵感官評分的影響Figure 5 The influence of different pretreatment methods on the sensory score of okra

2.6 預處理方式黃秋葵干制品的品質評價

運用變異系數法對黃秋葵干制品各品質指標的平均值、標準差、變異系數和權重進行計算，結果見表2。

由表2可知，黃秋葵干燥樣品的品質評價指標中維生素C含量所占權重最大，為0.395，表明黃秋葵的維生素C含量受不同預處理方式影響最大，黃秋葵的復水比、感官評分及收縮率所占權重差異較小，其中干燥時間所占權重最小，也表明該指標對黃秋葵干燥品質的影響較小。

表2 各指標的權重Table 2 Weights of various indicators for comprehensive evaluation of okra

根據不同指標所占權重，對不同預處理方式所得樣品的各指標值進行標準化處理，同時計算綜合評分，結果如表3、表4所示。

表3 各指標的標準化值Table 3 Standardized data of evaluation indices

表4 黃秋葵干制品品質的綜合評分Table 4 Comprehensive quality evaluation of dried okra products

由表4可知，3種不同預處理方式中超聲波處理的評分最高，護色處理次之，燙漂預處理評分最低。在超聲波預處理中，綜合評分基本呈現隨溫度升高而降低的趨勢，超聲波處理溫度為20 ℃時綜合評分最高，為0.907。所以在試驗范圍內，超聲波處理溫度20 ℃預處理條件下熱風干燥黃秋葵制品的品質最好。

3 結論

不同預處理方式對黃秋葵熱風干燥制品的品質具有顯著影響(P<0.05)。綜合評價表明超聲波預處理的黃秋葵品質最好，護色處理次之，燙漂樣品的綜合評分最低；在20 ℃時超聲波處理30 min的黃秋葵樣品的綜合評分最高，為0.907。因此，可采用超聲波預處理來改善黃秋葵熱風干燥產品的品質。但試驗在超聲波預處理提高干制黃秋葵品質的機理方面探討不夠深入，后續將針對超聲波對黃秋葵微觀結構等方面的影響加以探究，并對其作用機理進行分析。