王晓艳,韩延超,吴伟杰,邓尚贵,陈杭君,房祥军,郜海燕,*
(1.浙江海洋大学 食品与药学学院,浙江 舟山 316000; 2.浙江省农业科学院 食品科学研究所,农业农村部果品产后处理重点实验室,中国轻工业果蔬保鲜与加工重点实验室,浙江省果蔬保鲜与加工技术研究重点实验室,浙江 杭州 310021)
菠萝(Ananascomosus)又名凤梨,是一种产量仅次于香蕉和柑橘的热带水果[1]。菠萝含有丰富的维生素C(VC)和有机酸等营养成分,以其独特的风味和芳香多汁的口感备受消费者喜爱。菠萝具有消炎、助消化等作用。有研究表明,富含纤维或生物活性成分的植物源性饮食可以预防或减少毒物引起的炎症[2]。近年来,菠萝已成为支撑热带、亚热带地区农业经济发展的重要产业,但是成熟后的菠萝质地脆弱,不耐贮藏,大多只能以鲜果的形式在产地消费[3],一定程度上制约了菠萝产业的进一步发展和农民增收[4]。张鲁斌等[5]研究发现,采后菠萝的VC和有机酸含量随贮藏时间延长逐渐下降。因此,深入探究菠萝的加工利用技术在促进菠萝产业的发展上具有积极意义。
菠萝除鲜销外,其加工产品主要有菠萝汁、菠萝干、菠萝罐头,以及用其废弃物加工而成的菠萝酶、菠萝纤维等[6]。干燥是一种常见的延长果蔬保质期的方法,它能够降低果蔬的水分活度,抑制果蔬微生物的生长和相关酶的活性[7]。目前,常见的干燥技术主要有微波、热风、真空冷冻、红外,以及热泵干燥等[8]。真空冷冻干燥能最大限度地保留产品中的营养成分,使产品保持原有的色、香、味、形。许晴晴等[9]研究了热风干燥和真空冷冻干燥对蓝莓品质的影响,结果表明,与热风干燥相比,真空冷冻干燥更能保持蓝莓的复水性和较高的VC、总花色苷、总酚含量。Mzirai[10]探究热风和红外干燥联合变温压差膨化干燥菠萝片的品质,结果表明,与热风干燥相比,红外-变温压差膨化联合干燥可节约50.98%的干燥时间,能够保持较高的VC和总酚含量,经过渗透脱水预处理后,其复水比提高,色泽保持良好,但还原糖和VC含量下降。袁越锦等[11]将热风干燥与真空冷冻干燥技术相结合,对热风冷冻组合干燥工艺进行优化,结果表明,当热风温度为60.72 ℃、切片厚度为9 mm、中间转换点含水率为50%、真空压力为60 Pa时,干燥效果最好,此时菠萝片的干燥时间为10.607 8 h,复水比达到4.556 7。微波干燥加热速度比较快,效率高,但是干燥过程中可能因局部过热导致产品出现焦化。常虹等[12]研究发现,与热风干燥相比,微波真空干燥后的菠萝粉能够维持较好的产品色泽,且VC损失率较低。许洋等[13]为避免干燥过程中出现的“热点”问题,使用变功率间歇微波干燥技术对香菇片进行干燥,但是干燥后的产品皱缩率和色泽差异较大,而且复水后的产品质地较硬。黄子建[14]对微波真空干燥工艺进行优化,同时将热风-微波真空干燥工艺联合,结果表明,相较于微波真空干燥,联合干燥工艺的菠萝片的品质稍差,能耗也较大,但相较于传统的热风干燥,菠萝片的感官品质较好,VC、总糖含量较高,能耗也明显降低。综上,不同干燥方式对不同果蔬品质的影响不同。目前,关于不同干燥方式对菠萝风味影响的研究较少。为此,本文对比了微波干燥、热风干燥和真空冷冻干燥对菠萝品质与挥发性风味的影响,以期为菠萝干燥制品的加工和产业化提供理论依据。
1.1 材料与试剂
新鲜菠萝,市售;柠檬酸、氯化钙、氯化钠,均为食品级,购自北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司;牛血清蛋白、L-抗坏血酸、考马斯亮蓝、邻二氯苯,均为分析纯,购自国药集团化学试剂北京有限公司;硫酸、没食子酸、无水乙醇、福林酚、磷酸,均为分析纯,购自上海凌锋化学试剂有限公司;蔗糖(标准品),上海源叶生物科技有限公司。
1.2 仪器与设备
CR410型手持色差仪,日本Konica;TA. XT Plus质构仪,英国Stable Micro Systems;DGG-9070A电热恒温鼓风干燥箱,上海森信实验仪器有限公司;Labconco FreeZone冷冻干燥机,美国Labconco;Cintra4040紫外-可见分光光度计,澳大利亚GBC;EM7KCG4-NR微波炉,广东美的厨房电器制造有限公司;XMTD-8222恒温水浴锅,上海精宏实验设备有限公司;TSQ9000气相色谱-质谱联用仪,美国Thermo Scientific。
1.3 试验方法
1.3.1 工艺流程
菠萝去皮→切片→护色→硬化→沥干水分→干燥→成品。
1.3.2 原料预处理
取成熟度较高的菠萝去皮后,切成厚度6～8 mm的薄片,十字交叉切成4块扇形,用10%的氯化钠溶液浸泡10 min后,分别用0.4%柠檬酸和0.3% CaCl2浸泡30 min进行护色、硬化处理后捞出,沥干水分待用。
1.3.3 试验处理
试验共设计3个处理:T1(微波干燥),将菠萝片置于微波炉中,功率700 W,微波干燥30 min;T2(热风干燥),在电热恒温鼓风干燥箱内的烘盘上铺一层锡箔纸,将菠萝片摆在烘盘上,55 ℃干燥20 h;T3(真空冷冻干燥),将菠萝片置于-40 ℃冰箱预冷4 h,然后在冷阱温度-82 ℃、真空度10 Pa条件下,真空冷冻干燥48 h。上述处理均重复3次,水分含量达到13%左右时干燥结束。
1.4 指标测定
1.4.1 感官评定
参照余洋洋等[4]的方法,选择12名感官评价人员按照感官评分标准(表1)对菠萝干燥后的外观、色泽、风味、口感进行评价,取平均值作为感官评分结果。
表1 感官评分标准Table 1 Sensory scoring criteria
1.4.2 色泽测定
利用手持色差仪测定样品的L*(明度指数)、a*(红绿指数)、b*(黄蓝指数),以仪器白板色泽为标准,计算样品与仪器白板在上述指标上的差值(ΔL*、Δa*、Δb*),并据此测算总色差值ΔE。
1.4.3 质构测定
参考罗树灿等[15]的方法,利用质构仪开展质构分析(TPA),探头使用SMSP/6(直径6 mm的圆柱探头),具体参数为:测前速率2 mm·s-1,测试速率0.5 mm·s-1,压缩形变率30%,触发值5 g。每个处理选取5份样品进行测定,结果取平均值。
1.4.4 营养指标测定
参考卢瑞雪等[16]的方法测定抗坏血酸含量,用L-抗坏血酸构建标准曲线。参考温文娟等[17]的方法,采用苯酚-硫酸法测定总糖含量,用蔗糖构建标准曲线。参考Jiang等[18]的方法,采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量,用没食子酸构建标准曲线。采用考马斯亮蓝法[19]测定可溶性蛋白含量,用牛血清蛋白构建标准曲线。
1.4.5 挥发性风味化合物测定
参考Zhang等[20]的方法并稍作修改开展顶空固相微萃取:称取2 g样品于20 mL顶空瓶中,加入1 μL 0.025 mL·L-1的邻二氯苯溶液作为内标物,60 ℃平衡30 min后,在同样温度下萃取30 min,将萃取头插入气相色谱的进样口,于250 ℃解析8 min。气相色谱采用DB-5 MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm,1.4 μm)。升温程序:初温40 ℃,以3 ℃·min-1升至120 ℃,再以5 ℃·min-1升至200 ℃,保持10 min。进样口温度为250 ℃,载气为He,不分流进样。质谱条件:电子轰击离子源(EI),离子源温度250 ℃,电子轰击能量70 eV,传输线温度250 ℃,扫描范围(质荷比,m/z)29～400。所有化合物均依据NIST MS Search 2.3质谱库中的标准物质进行对比分析,并依据内标浓度与峰面积的比值进行定量。
1.5 数据处理
所有试验数据均采用Excel 2010软件进行整理和制图,用IBM SPSS 22.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA),对有显著(P<0.05)差异的,采用Duncan法进行多重比较。
2.1 对感官评定的影响
在菠萝片的外观、色泽和风味上,T2与T3处理无显著差异,两者均显著优于T1处理(表2);在口感上,T2处理显著优于其他2个处理。总的来看,热风干燥的总分最高,保持了较好的感官品质。微波干燥的总分最低,可能因为加热过程中受热不均,导致菠萝片局部出现黄褐色,影响了外观和风味。
表2 不同干燥方式对菠萝片感官评分的影响Table 2 Effects of different drying methods on sensory score of pineapple
2.2 对色泽的影响
T3处理的菠萝片L*值为92.33(表3),显著高于其他处理,但其a*、b*和ΔE值均显著低于其他处理,说明真空冷冻干燥后的菠萝片色差变化较小,颜色较为鲜亮;T1处理的菠萝片的a*、b*和ΔE值均显著高于T3处理,且其a*和ΔE值还显著高于T2处理,整体色泽偏暗黄,可能是因为在干燥过程中温度过高致使糖类分解,菠萝片局部出现了焦糊现象[21]。
表3 不同干燥方式对菠萝片色泽的影响Table 3 Effects of different drying methods on color of pineapple
表4 不同干燥方式对菠萝片质构的影响Table 4 Effects of different drying methods on texturer of pineapple
表5 不同干燥方式对菠萝挥发性风味物质的影响Table 5 Effects of different drying methods on volatile flavor compounds of pineapple
2.3 对质构的影响
T1和T2处理的菠萝片在硬度和咀嚼性上均无显著差异,但均显著低于T3处理。T2处理的菠萝片,其内聚性和回复性分别为0.72和0.24,均显著高于其他处理。T3处理的菠萝片在硬度和咀嚼性上均显著高于其他处理,说明真空冷冻干燥会影响口感。微波干燥由于速度快、时间短,水分子逸出蒸发易形成较多的细小孔隙,致使结构组织破坏、收缩严重[22],其产品的内聚性和回复性较差。综合判断,使用热风干燥方式制备的菠萝片口感较佳。雷炎等[23]的研究也表明,与真空冷冻干燥相比,热风和远红外干燥制备的猕猴桃果脯口感更佳。
2.4 对营养品质的影响
抗坏血酸是一种人体必需的微量营养素,广泛存在于新鲜果蔬中,具有预防心血管疾病等功效,但其在加工过程中容易被氧化,出现VC损失现象[24]。真空冷冻干燥和热风干燥处理的菠萝片能够保持较高的VC含量(图1),二者无显著差异,均显著高于微波干燥后的菠萝片。这可能是因为微波干燥的温度较高,且与氧气充分接触,易因氧化分解导致VC损失严重。真空冷冻干燥能够降低菠萝片在干燥过程中的VC损失。这与宋娟等[25]的研究结果一致。可能是因为,在真空和较低温度下,真空冷冻干燥排出了物料组织间的气体,减少了VC与氧气接触的机会,因而减少了相应的损失。
柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。Bars marked without the same letters indicate significant difference at P<0.05.图1 不同干燥方式对菠萝片VC、总糖、总酚、可溶性蛋白含量的影响Fig.1 Effects of different drying methods on contents of VC, total sugar, total phenol and soluble protein of pineapple
真空冷冻干燥处理后的菠萝片,总糖含量最高(133.98 mg·g-1),且显著高于其他处理,微波干燥次之,而热风干燥的总糖含量损失严重(仅83.29 mg·g-1)。真空冷冻干燥处理的温度较低,有助于抑制菠萝片中多糖的降解,从而维持较高的总糖含量。这与黄小丹等[26]的研究结果相似。苏敬红等[27]的研究也表明,真空冷冻干燥处理能够获得高品质和高活性的火龙果茎多糖。
酚类化合物是广泛存在于植物果实中的一种次生代谢产物,具有多种生物活性[28]。微波干燥与热风干燥处理后的菠萝总酚含量无显著差异,均显著低于真空冷冻干燥后的菠萝片的总酚含量(0.28 mg·g-1)。这可能是因为,真空冷冻干燥下,真空隔氧和低温的环境有助于酚类物质的保留。此外,在微波干燥和热风干燥的过程中,菠萝片会不可避免地与氧气接触,因而酚类物质的氧化损失也较多。这与唐璐璐等[29]、Sogi等[30]的研究结果一致。
真空冷冻干燥后菠萝片的可溶性蛋白含量为0.57 mg·g-1,显著高于其他处理;微波干燥后菠萝片的可溶性蛋白含量最低,仅0.18 mg·g-1。这可能是因为,微波干燥过程中温度较高,菠萝中的蛋白质发生分解或变性[13]。与微波干燥和热风干燥相比,真空冷冻干燥更利于维持菠萝较高的可溶性蛋白含量。耿想等[31]的研究发现,真空冷冻干燥处理制备的竹笋干品质较好;而微波干燥制备的竹笋干制品中,可溶性蛋白和组织结构均受到严重破坏。
2.5 对挥发性风味物质的影响
对菠萝香气特征和挥发性有机化合物的检测有助于评价菠萝加工产品的质量[1],不同干燥方式处理的菠萝会产生不同的风味物质[32]。在本研究所设计的3种干燥方式下,共检测出92种挥发性化合物,其中定性到57种化合物,具体包括酯类22种、醇类2种、酮类3种、醛类14种、烯烃类10种、酸类3种,以及乙苯、间二甲苯和2-乙酰基呋喃。在定性的57种化合物中,从微波干燥、热风干燥、真空冷冻干燥后的菠萝片中分别检测到32、43和37种挥发性风味化合物。总的来看,酯类是菠萝中主要的挥发性成分[33]。具有菠萝香味的己酸乙酯、辛酸乙酯和庚酸乙酯等化合物在真空冷冻干燥后的菠萝片中含量较高,而经微波干燥后这些香气成分损失严重或无法检出。相比其他处理,微波干燥制备的菠萝片中醛类物质种类较多,其糠醛含量最高,达到285.85 μg·kg-1,而热风干燥下仅18.14 μg·kg-1,真空冷冻干燥后未检测到该物质。该物质及其衍生物产生的主要原因是,干燥过程中抗坏血酸在热、氧条件下被降解,生成低分子量的醛类物质[34]。微波干燥过程中温度较高,故其产生的糠醛化合物含量最高。此外,微波干燥过程中因为局部过热,导致菠萝片出现焦化现象,还产生了5-甲基呋喃醛、2-乙酰基呋喃等带有焦糖香的挥发性风味化合物,影响了干燥后菠萝片的风味。长时间的热风干燥不利于菠萝特征香气的保持,同时还检测到了乙酸、正己酸等具有刺激性气味的化合物,影响干燥后菠萝的风味。真空冷冻干燥处理使菠萝片产生特有的具有菠萝香的庚酸乙酯、水果香的乙酸甲酯、苹果香的丁酸甲酯、4-羟基-2-丁酮,以及柑橘香的2-十一烯醛等挥发性风味化合物,且其风味化合物总量也高于其他处理。这可能是由于一定的真空度使得物料中的香气前体物质发生转化,从而促成了风味物质的生成[35]。同时,在低温状态下,其风味物质变化较小。
本文探究了微波干燥、热风干燥和真空冷冻干燥3种方式对菠萝品质和挥发性风味物质的影响,结果表明:热风干燥处理后的菠萝片,其感官评分和质构优于其他处理;真空冷冻干燥处理后的菠萝片,其色泽,及VC、总糖、总酚、可溶性蛋白含量高于其他处理;微波干燥下受高温影响菠萝片局部受热不均,色泽偏暗黄,营养成分损失较严重。在3种干燥方式处理后的菠萝片中共定性到57种挥发性风味化合物,主要有酯类、醇类、酮类、醛类、烯烃类、酸类等。菠萝果实香气成分以酯类为主,其中,呈菠萝香和果香的己酸乙酯、辛酸甲酯和辛酸乙酯含量较高。微波干燥后的菠萝片香气成分损失最大。与微波干燥和热风干燥相比,真空冷冻干燥能更好地保留菠萝的挥发性风味,维持菠萝香味。综上,本研究表明,真空冷冻干燥能够延缓菠萝片中营养物质和风味的流失。研究结果可为菠萝干燥制品的工业化提供一定的参考。
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