吸濕性對凍干果蔬產品及其品質特性的影響

李興霞 李 越 楊菲菲, 胡佳琦, 張紅琳 王海鷗

(1. 煙臺工程職業技術學院,山東 煙臺 264006; 2. 沈陽農業大學食品學院,遼寧 沈陽 110161；3. 南京曉莊學院食品科學學院,江蘇 南京 211171)

果蔬干制是果蔬加工的主要方式之一，可明顯降低新鮮果蔬的水分含量和微生物活性，減少新鮮果蔬在運輸和貯藏過程中的物理和化學變化，延長產品保質期。真空冷凍干燥 (Freeze-drying, FD)技術是在較低的溫度下將濕物料凍結成固態，真空狀態下物料中的水分不經液態直接升華為氣態，最終使物料脫水的干燥技術，從而獲得具有疏松多孔結構的干燥制品[1]。由于FD過程中物料處于低溫、真空和低氧的環境，微生物的大量繁殖與酶的活性得到了有效控制，原料中生物活性成分和熱敏性成分的損耗減少，產品的色澤和外觀形狀基本不變，物料中的營養成分最大程度地得到了保留[2]。如周鳴謙等[3]研究發現FD技術與其他干燥方式相比，FD技術所得產品的復水性、色澤、硬度、比容均為最佳，具有較高的產品品質；薛艾蓮等[4]研究發現FD制備的板栗生、熟粉水分含量最低，其淀粉和游離酚含量均最高，粉體具有較白的色澤；王瑩瑩等[5]研究發現FD樣品結構完整，在短時間內具有較高的干燥速率以及較低的含水率。因此，FD技術生產的果蔬干制品可滿足現代消費者對于營養健康食品的需求，且FD技術在果蔬干制方面的應用十分廣泛，顯示出了良好的市場價值和發展潛能[6]。

FD雖然很好地保持了物料的營養、色澤、結構等，但FD產品在貯藏過程中易吸收空氣中的水分，影響產品品質[7]。Li等[8]研究發現胡柚經微波真空干燥后的吸濕性與真空冷凍干燥后的不同，真空冷凍干燥的具有較強的吸濕性，產品水分含量低且凍干過程中的水分汽化使結構呈現多孔海綿狀結構，與空氣中水分的接觸面積增大，使產品更易吸濕；李明娟等[9]研究發現真空冷凍干制品的吸濕性會影響干制品的硬脆度，進而影響產品品質，此外，在貯藏過程中吸濕也會造成微生物的繁殖，影響產品的食用安全性。物料本身的組織結構和基質組分都對凍干產品的吸濕性產生較大影響[10]。羅登林等[11]研究發現天然菊粉與長鏈菊粉的吸濕性存在差異；鐘碧鑾等[12]發現在不同的濕度環境中，不同品種魚膠的吸濕性存在差異。因此，研究擬以4種果蔬(新鮮馬鈴薯、杏鮑菇、蘋果、白蘿卜)為對象，通過觀察4種凍干產品的微觀結構、吸濕性、色澤及質構特性，分析凍干果蔬貯藏過程中吸濕性對品質特性的影響，并進行相關性分析。旨在為果蔬凍干生產企業提高產品貯藏穩定性提供技術支撐和理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮馬鈴薯、杏鮑菇、蘋果、白蘿卜：購于南京大潤發超市；

氯化鈉：分析純，西朧科學股份有限公司。

1.2 儀器與設備

真空冷凍干燥機：SCIENTZ-50F型，寧波新芝生物科技股份有限公司；

電腦色差儀：NR200型，深圳市三恩時科技有限公司；

質構儀：TMS-PRO型，美國FTC公司；

掃描電子顯微鏡：EVO-LS10 型，德國蔡司公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備 將新鮮的馬鈴薯、杏鮑菇、蘋果和白蘿卜分別進行清洗去皮，切成厚5 mm、直徑15 mm的圓柱果蔬片。開啟冷凍干燥機制冷機組，將凍干倉隔板溫度設定為-40 ℃，在凍干機料盤上平鋪一層果蔬片樣品，置于隔板上預凍8 h，當物料凍結到-30 ℃以下后開啟真空機組，維持凍干倉壓強20 Pa左右，啟動“溫度-時間”隔板升溫程序對物料進行冷凍干燥直至干燥完全[13-14]。

1.3.2 營養成分含量測定

(1) 水分：按GB 5009.3—2016執行。

(2) 碳水化合物：根據蒽酮比色法測定[15]。

(3) 粗蛋白：按GB/T 5009.5—2016執行。

(4) 粗脂肪：按GB/T 5009.9—2016執行。

1.3.3 微觀掃描電子顯微鏡觀察 取若干果蔬片樣品，用3%戊二醛(pH 7.2)固定48 h，然后分別用30%,50%，70%，85%，95%，100%的乙醇對樣品進行梯度脫水，每級15 min。75%叔丁醇過渡干燥，100%叔丁醇置換2次，用100%叔丁醇將樣本冷藏(0～4 ℃)固化10 min，放入臨界CO2干燥儀中干燥2～3 h。用碳導電膠將處理后的果蔬片粘在樣品托上，采用離子濺射儀在樣本的橫斷面上噴金，最后利用掃描電鏡觀察果蔬片橫截面的微觀結構。

1.3.4 吸濕性的測定 將4種凍干果蔬片置于已稱重的干燥平皿中，將平皿放置在盛有飽和氯化鈉溶液(環境相對濕度75.5%)的玻璃干燥器中，稱量放置不同時間后平皿的質量，每種樣品重復10次，稱量結果取平均值。吸濕率為前后質量差占吸濕前質量的百分比[13]，數學計算式為：

(1)

式中:

Ar——脆片吸濕性，%；

m0——脆片吸濕前質量，g；

m1——脆片吸濕后質量，g。

1.3.5 色澤的測定 運用色差儀測定4種凍干果蔬片吸濕貯藏0，1，2，3 d后的L*、a*、b*顏色值，以標準白色板為參照，計算樣品與標準白色版的色差值[16]。試驗平行3次。按式(2)計算樣品的色差值。

(2)

式中：

ΔE——樣品與標準白板之間的色差；

L*、a*、b*——樣品的測定值；

L、a、b——標準白色板的測定值。

1.3.6 質構特性 采用質構儀進行測定，測試條件：探頭型號為P/50平底柱形探頭，測前速率1 mm/s，測試速率1 mm/s，測后速率4 mm/s，壓縮位移2 mm，觸發值10 g。測定4種凍干果蔬片常溫貯藏0，1，2，3 d的硬度、內聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性等，每個樣品平行測定5次，結果取平均值[17]。

1.4 數據處理

利用SPSS 16.0軟件進行數據顯著性分析，顯著性水平P<0.05；運用Origin 2021 軟件進行熱圖分析和分層聚類。

2 結果與分析

2.1 不同新鮮果蔬營養成分含量

由表1可知，4種新鮮果蔬的營養成分含量之間存在差異，其中白蘿卜水分含量最高(93.4%)，其次是杏鮑菇(88%)和蘋果(86%)，最低為馬鈴薯(79.8%)；馬鈴薯與蘋果的碳水化合物含量較高分別為16.6%與13.5%；蛋白質含量由高到低分別為杏鮑菇、馬鈴薯、白蘿卜、蘋果；脂肪含量由高到低分別為杏鮑菇、蘋果、馬鈴薯、白蘿卜。

表1 不同新鮮果蔬營養成分含量?Table 1 Nutrient content of different fresh fruits and vegetables %

2.2 不同果蔬的微觀結構

由圖1(a)可知，新鮮蘋果的孔隙結構較完整，細胞結構較為飽滿，孔徑較大；由圖1(b)可知，凍干蘋果片總體組織結構較為緊密，細胞結構呈現較為明顯的皺縮現象，細胞壁較厚，孔隙結構呈不規則形狀；由圖1(c)可知，新鮮杏鮑菇的孔徑較小，孔隙結構較多，細胞壁較薄，呈現絲狀結構；由圖1(d)可知，凍干杏鮑菇片整體結構致密，細胞結構被破壞，但仍呈現絲狀結構，細胞排列雜亂，網絡結構邊界相對纖細，細胞壁出現皺縮卷曲現象，細胞完整性降低；由圖1(e)可知，新鮮馬鈴薯的孔隙結構較大，孔徑較大，細胞壁中包裹著大量的淀粉顆粒；由圖1(f)可知，凍干后馬鈴薯組織整體結構較為清晰，連接較為緊密，細胞壁較薄呈正六邊形，多孔結構內存在大量橢圓形的淀粉顆粒，較新鮮馬鈴薯中淀粉顆粒減少，這些淀粉顆粒被薄膜包裹，緊貼細胞壁內側，顆粒分明；由圖1(g)可知，新鮮白蘿卜的孔隙結構較為明顯，孔徑較大，呈四邊形結構，細胞結構較為飽滿，呈規則排列；由圖1(h)可知，從整體上看凍干白蘿卜片的組織結構較為緊密，表面較為光滑，孔隙結構排列不均勻，孔徑大小不均勻，凍干后細胞皺縮現象嚴重，細胞間出現明顯的斷裂變形現象。

在FD過程中，果蔬片內部水分形成固態冰晶，經過高壓使得水分直接從固態升華為氣態，使得原本含有固態冰晶的空間結構被保留下來，細胞大量失水，形成高度疏松多孔結構[18-19]，不同果蔬FD后的組織結構之間存在明顯差異，可以從圖1中觀察到FD后細胞孔徑由大到小依次為蘋果>馬鈴薯>白蘿卜>杏鮑菇。

圖1 果蔬凍干前后的微觀結構Figure 1 Microstructure of different fruits and vegetables before and after FD (100×)

2.3 凍干果蔬在貯藏過程中吸濕性的變化

FD過程中，由于物料具有較低的界面溫度和表面溫度，物料中的水分升華為氣態而脫離物料，冰晶升華留下了大量孔隙，使物料保持固有的均勻組織結構，易于外界水分進入，產生吸濕現象[20]。不同凍干果蔬片在貯藏過程中吸濕性的變化如圖2所示。貯藏過程中4種凍干果蔬逐漸從環境中吸收水分，吸濕性不斷增加，隨著貯藏時間的延長，吸濕性變化趨緩，這是因為樣品經FD加工后，呈現穩定的網狀固體骨架，在相同貯藏條件下，4種凍干果蔬表面結合水分子并向內部轉移較快，維持了表面較低的水蒸氣分壓，隨著時間的延長，內外壓強差逐漸減小，吸濕性變化較慢，直至達到吸濕平衡[11]。

由圖2可知，4種果蔬吸濕性的大小順序為蘋果>馬鈴薯>白蘿卜>杏鮑菇。凍干蘋果片的吸濕性較大，可能是因為物料本身含有較高的碳水化合物，而部分糖類對水分具有高親和力，又因為物料在凍干過程中，水分升華，形成了較為完整的孔隙結構，因此凍干蘋果片呈現出較高的吸濕性[21-22]；馬鈴薯片同時含有較高的糖含量，在FD后內部結構較為完整，細胞結構中存在著大量淀粉顆粒[圖1(f)]，淀粉中含有大量羥基，羥基為親水基，因此凍干馬鈴薯片具有較高的吸濕性[23-24]；凍干白蘿卜、杏鮑菇的吸濕性較低，是因為物料在FD后內部結構受損較為嚴重，細胞壁發生斷裂坍塌，孔徑較小，在一定程度上阻止了水分子的進入，物料吸濕性與樣品所含糖類及細胞結構有關，這與夏曉霞等[25]研究結果一致。

圖2 不同凍干果蔬在貯藏過程中吸濕性的變化Figure 2 Changes in hygroscopicity of different freeze-dried fruits and vegetables during storage

2.4 凍干果蔬在貯藏過程中色澤的變化

果蔬干燥后顏色的變化是影響其質量及市場價值的一個非常重要的指標，以色澤變化最小，最接近新鮮果蔬原色的產品最為理想[26]。不同凍干果蔬片在吸濕過程中的L*、a*、b*及ΔE色澤參數變化如圖3所示。L*值

表示物料的亮度，凍干蘋果片、馬鈴薯片在貯藏期間L*值顯著降低(P<0.05)，而凍干杏鮑菇片、白蘿卜片L*值變化不顯著(P>0.05)，這是因為在FD過程中，細胞結構受到破壞，釋放出較多的多酚氧化酶(PPO)，物料在貯藏過程中吸濕并與氧氣接觸，產生酶促褐變，因此凍干蘋果片與馬鈴薯片的亮度降低[27]，而杏鮑菇片和白蘿卜片的多酚氧化酶含量較低，因此色澤變化不明顯。a*和b*值分別表示紅(+a*)/綠(-a*)和黃(+b*)/藍(-b*)，凍干馬鈴薯片在貯藏期間a*值顯著增加(P<0.05)，b*

字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖3 不同凍干果蔬在貯藏過程中色澤的變化Figure 3 Color changes of different freeze-dried fruits and vegetables during storage

值顯著降低(P<0.05)，而凍干蘋果片、杏鮑菇片、白蘿卜片色澤變化不顯著(P>0.05)，這是因為馬鈴薯中含有單寧類物質，在酶的作用下極易被氧化，因此馬鈴薯的a*和b*值變化也較為明顯[28-29]。從圖3(d)中可以看出，4種果蔬中凍干馬鈴薯片的ΔE值變化較為顯著(P<0.05)，其他凍干果蔬片在貯藏過程中變化不顯著(P>0.05)，這是由于凍干馬鈴薯片在貯藏過程中與氧氣接觸發生氧化反應，而物料本身所含有的碳水化合物高于其他果蔬，而碳水化合物具有一定的吸濕性，因此吸濕性較強，色澤變化更為明顯。

2.5 凍干果蔬在貯藏過程中質構特性的變化

由表2可知，在相同貯藏條件下，不同凍干果蔬片吸濕后的質構特性有所差異。

表2 凍干果蔬在貯藏過程中質構特性的變化?Table 2 Changes in texture properties of different freeze-dried fruits and vegetables during storage

吸濕后的凍干果蔬片硬度均顯著降低(P<0.05)，其中貯藏第2天的硬度最低，凍干果蔬片的硬度分別降低了98.37%(凍干蘋果片)、79.17%(凍干杏鮑菇片)、86.47%(凍干馬鈴薯片)、78.04%(凍干白蘿卜片)。FD后，凍干蘋果、馬鈴薯片的細胞壁較厚，硬度較高，在貯藏過程中的吸濕性逐漸升高，硬度顯著降低(P<0.05)，這是由于樣品中含有較高的碳水化合物，使得產品具有較高吸濕性的同時，樣品呈現軟黏狀態，失去了脆片應有的質構特性[30-31]；凍干杏鮑菇片吸濕后彈性顯著增加，原因可能是經過干燥后的果蔬組織凝結，促使其張力增加[32]；凍干白蘿卜片的硬度較低，吸濕后的硬度、彈性、膠黏性、咀嚼性均顯著降低(P<0.05)，這是由于白蘿卜片FD后細胞產生明顯的皺縮現象，細胞形態不完整，使得凍干白蘿卜片的硬度較其他凍干果蔬片的硬度低，而白蘿卜具有的碳水化合物含量較其他果蔬含量低，吸濕性較低，吸濕后硬度降低得最少(78.04%)，與李瑞杰等[33]研究結果一致。

2.6 相關性分析

采用Origin 2021分析4種不同果蔬中9項品質指標之間的相關性，結果見圖4。由圖4可知，吸濕性與a*值呈極顯著正相關(P<0.01)；物料凍干后具有疏松多孔的組織結構，由于物料本身所含有的成分以及特殊的組織狀態，隨著貯藏時間的延長，吸濕性不斷增加，致使物料發生氧化現象，進而影響產品的色澤。吸濕性與質構特性呈顯著相關(P<0.05)。吸濕性與彈性、咀嚼性呈顯著負相關(P<0.05)，與內聚性呈極顯著正相關(P<0.01)，與硬度、膠黏性呈極顯著負相關(P<0.01)，在貯藏過程中，隨著吸濕性的不斷增加，內聚性逐漸增加，彈性、咀嚼性、硬度與膠黏性逐漸下降；物料凍干后組織結構越完整，孔隙結構破壞越小，孔徑越大，吸濕性越強，硬度下降越明顯。

*代表顯著相關(P<0.05)；**代表極顯著相關(P<0.01)圖4 不同凍干果蔬品質指標的相關性分析Figure 4 Correlation analysis of quality indexes of different freeze-dried fruits and vegetables

2.7 聚類分析

對4種凍干果蔬貯藏過程中的品質指標進行R型聚類分析，由圖5(a)可知，當距離為0.5時，可將不同果蔬品質指標分為3類：第一類為吸濕性、內聚性；第二類為ΔE；第三類為硬度、膠黏性、咀嚼性、彈性。對4種不同凍干果蔬進行Q型聚類分析，由圖5(b)可知，第一類為未吸濕的凍干馬鈴薯片、杏鮑菇片及蘋果片，第二類為貯藏過程中吸濕3 d的凍干杏鮑菇片，第三類為吸濕后的凍干果蔬片(除貯藏3 d的凍干杏鮑菇片)，第四類為未吸濕的凍干白蘿卜片。對于不同果蔬來說，未吸濕與吸濕后的樣品之間品質差異較為明顯，未吸濕的凍干蘋果片具有較高的a*、b*值以及較高硬度和咀嚼性，品質較好。

圖5 不同凍干果蔬聚類分析圖Figure 5 Cluster analysis diagram of different freeze-dried fruits and vegetables

3 結論

通過研究4種冷凍干燥后果蔬片的微觀結構及在相同貯藏條件下的吸濕性、色澤與質構特性的變化，并對質構特性進行相關性分析與聚類分析，發現不同凍干果蔬的吸濕性對產品品質有較大的影響。新鮮果蔬的細胞結構較為完整，呈現規則空隙結構，凍干后，果蔬的組織結構出現不同程度的坍塌，其中不同FD樣品細胞孔徑大小依次為蘋果>馬鈴薯>白蘿卜>杏鮑菇；在貯藏過程中不同物料的吸濕性均不斷增加，隨著吸濕性的增加，物料的色澤及質構特性也發生改變。綜上，未吸濕與吸濕后的物料質構差距較大，吸濕現象影響著產品的品質特性。果蔬的吸濕性可能與本身含有的糖類物質有關，在貯藏過程中凍干果蔬糖類物質與組織內部的其他物質之間的協同作用對其吸濕性的影響機理還有待進一步的探討。