微波辅助泡沫干燥蓝靛果果粉工艺的研究

孙 宇，郑先哲，李 强，许相雯，张芹芹

（东北农业大学工程学院，哈尔滨 150030）

蓝靛果（Honeysuckle）学名蓝靛果忍冬（Lonicera edulis Turcz），忍冬属，多年生落叶小灌木，果实为浆果，果汁为鲜艳的深玫瑰色。在我国主要分布在吉林省长白山、黑龙江省大兴安岭东部山区[1－2]，蓝靛果具有很高的营养价值和药用价值，富含多种维生素、氨基酸，还含有锌、硒等多种矿物质和其他微量元素，VC含量高于苹果和柑橘，且含有丰富的VP活性物质，具有很高的药用价值，多酚类化合物在体内通过发挥抗氧化作用调整人体机能，可以降低心脏病、癌症和其他慢性病的发生率，如花青甙、芸香甙，儿茶酸等[3－5]。但蓝靛果采摘期短、果皮薄而多汁，采摘时易破损并可引发霉烂，常温保存一般达不到24 h，极不易贮藏和运输，因此蓝靛果的损耗率非常大。如何提高蓝靛果的储藏期，降低储存损失，成为研究的热点。

泡沫干燥（Foam drying）技术适用于热敏性强、黏性大和含糖量高的食品物料干燥加工[6－7]。蓝靛果含糖量较高，使用泡沫干燥方式可以减少或避免粘结现象[8]。泡沫干燥方法曾被用于芒果、香蕉、胡萝卜等果蔬的干燥[9－10]，但应用泡沫干燥方法在蓝靛果加工方面的研究还未见报道。常规的泡沫干燥是以高温热风作为干燥介质，但是蓝靛果中还有较多的热敏性成分，加热时易使其营养成分损失，活性物质变性[11]，且泡沫内空气会阻碍热量向料层内部的传递，限制干燥速度[12]。

微波干燥是通过微波能激发极性分子振荡产生热量，热量是由里及表传递的体加热方式进行的，具有热效率高、干燥温度低（与相同干燥速度的热风干燥方式比较）等特点[13－15]，已经在蕨菜、胡萝卜、苹果、金针菇等果蔬的脱水加工方面得到广泛应用[16－20]。本研究以微波加热代替热空气，对干燥介质进行泡沫干燥，可利用其保持蓝靛果活性物质的生物活性，对蓝靛果果浆进行脱水加工，保持鲜果的原味、色泽和营养成分，以获得营养价值高、产品质量好的蓝靛果果粉，这种果粉既能够保持原果的营养成分又便于贮藏，具有广阔的市场[21－24]。

1 材料与方法

1.1 材料

蓝靛果采自东北农业大学园艺学院实验站。

1.2 试剂

分子蒸馏单甘脂（GMS）（广州市佳士力食品有限公司）；羧甲基纤维素（CMC）（东莞新宝精化有限公司）；大豆分离蛋白（SPI）（哈高科大豆食品有限责任公司）；抗坏血酸标准品（VC）（天津市博迪化工有限公司）；95%乙醇（分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂）；香草醛（化学纯，天津市天新精细化工开发中心）；甲酸（分析纯，天津市耀华化学试剂有限责任公司）；2，6－二氯靛酚（北京笃信精细制剂厂）。

1.3 试验仪器

食物搅拌机（型号：飞利浦HR1727，珠海经济特区飞利浦家庭电器有限公司）；电动搅拌器（型号：JJ－1，江苏省金坛市医疗仪器厂）；微波干燥设备（型号：WXD10S－17，南京三乐微波技术发展有限公司）；便携式红外测温仪（食品专用）（型号：MTFS，美国RayTek公司）；微型植物试样粉碎机铭牌（型号：FZ102，天津泰斯特仪器有限公司）；真空包装机（型号：DZDD400/2SB，中国通州腾飞食品包装机械厂）；电子精密天平（型号：ARRW60，上海奥豪斯公司）；紫外－可见分光光度计（1 cm石英比色皿）（型号：6010，惠普上海分析仪器有限公司）；全自动测色色差计（型号：DC－P3，北京市兴光测色仪器公司）。

1.4 流程及方法

选取籽粒饱满、大小适中的蓝靛果，去杂，搅拌机打浆8 min，至果浆细腻、均匀。将6%的分子蒸馏单甘酯（GMS）和3%的大豆分离蛋白（SPI），溶于100 mL蒸馏水中，并加入10 mL浓度为0.5%的羧甲基纤维素（CMC）作为稳定剂。在恒温70℃下水浴30 min，期间不断搅拌，水浴后取出冷却至室温。将蓝靛果果浆与起泡剂按1∶1的比例混合，用搅拌器匀速搅拌6 min，至蓝靛果果浆中泡沫大小一致并且分布均匀，泡沫稳定。经测定此时泡沫密度为0.42 g·cm－3（鲜蓝靛果果浆密度为1.16 g·cm－3），适合进行泡沫干燥的果浆密度范围在200～600 kg·cm3[25]。

将盛有果浆的料盒放在微波干燥设备履带的中间位置，控制履带的转速为1 600 r·min－1，使盛有蓝靛果发泡果浆的料盒在微波干燥机内匀速运动，均匀地接收微波。每隔50s测定温度和质量，干燥至到达安全水分范围。为了减小称量过程导致的误差，称量质量和测量温度的过程要控制在20s之内。将干燥后的蓝靛果果粉半成品用粉碎机粉碎，制得颗粒均匀、细腻、流动性好的蓝靛果果粉，并封装。

1.5 指标测定

1.5.1 花青素含量测定方法

花青素采用低浓度香草醛－盐酸法[26]。

其中，D－试样中花青素的百分含量（%）；C－试样定容体积（mL）；n－稀释倍数；W－试样重量（g）。

1.5.2 维生素C含量测定方法

维生素C采用GBT6195－86中的2，6－二氯靛酚滴定法[27]。

1.5.2.1 滴定度按式（1）计算

式中：T－每毫升2，6－二氯靛酚溶液相当于抗坏血酸的毫克数（mg·mL－1）；C－抗坏血酸的浓度（mg·mL－1）；V－吸取抗坏血酸的体积（mL）；V1－滴定抗坏血酸溶液所用2，6－二氯靛酚溶液的体积（mL）；V2－滴定空白所用2，6－二氯靛酚溶液的体积（mL）；取蓝靛果果粉2 g左右，加浸提剂溶解，过滤，定容稀释至100 mL。若滤液有色，可按每克样品家0.4 g白陶土脱色后再过滤。

1.5.2.2 计算

式中，V－滴定样液时消耗染料溶液的体积（mL）；V0－滴定空白时消耗染料溶液的体积（mL）；T－2，6－二氯靛酚染料滴定度（mg·mL－1）；A－稀释倍数；W－样品重量（g）。不同处理条件，重复3次，取平均值作为试验结果

1.5.3 含水率测定方法

含水率采用国标GB500932010中的直接干燥法。

1.5.4 色度测定方法

色度测定采用CIE（国际发光照明委员会）提出的均匀色空间理论。

根据CIE（国际发光照明委员会）1976年均匀色空间理论，确定样品的L*值、a*值和b*值。其中：L*值（Lightness，明度）越大亮度越大，表示褐变越轻；a*值（Redness，红色度），表示红绿偏向的色度，正值越大偏向红色的程度越大，负值越大偏向绿色的程度越大；b*值（Yellowness，黄色度），表示黄蓝偏向的色度，正值越大，偏向黄色的程度越大，负值越大偏向蓝色的程度越大。使用色差计测定干燥后蓝靛果果粉的色泽参数，比较哪种干燥方式对干燥后蓝靛果果粉色泽的影响最小。用经起泡预处理后、未干燥前测量的蓝靛果鲜果浆色泽参数做参比。每组试验重复3次取平均值。

1.6 数据分析

采用软件Excel2003分析试验数据。

2 结果与分析

2.1 微波功率对干燥过程及蓝靛果果粉品质的影响

取100 g预起泡的蓝靛果果浆，置于底部直径为18 cm的中号浆料盒中，此时起泡果浆厚度为8 mm。分别在功率为4、7、10 kW的条件下进行微波干燥，将料盒放在微波干燥设备履带的中间位置进行微波干燥，每隔50 s测定温度和质量，达到安全水分后结束干燥。以最终得到的果粉中花青素和VC的含量为目标因素，其影响结果及标准差见图1。

新鲜蓝靛果中花青素的含量为57.834 mg·g－1，VC含量为15.986 mg·g－1。图1a中，7 kW对蓝靛果中花青素含量破坏最小，得到的果粉中花青素保有率为74.3%，是微波功率为4 kW时的保有率（47.7%）的1.56倍。7 kW条件下果粉中VC的保有率最高为93.2%，10 kW时最低为24.4%。综合考虑干燥过程中营养物质含量的变化、消耗的能量以及干燥所需时间，最佳的微波处理功率为7 kW。

图1 微波功率对花青素和VC含量的影响Fig.1 Effect of microwave power on the content of anthocyanin and vitamin C

由图1c可知，物料的初始含水量（干基）为9.395 kgH2O·kg－1DW干物质。物料干燥至安全水分所需时间，随微波功率的增加而缩短，在功率为4 kW时需要500 s；7 kW时，需要400 s；10 kW时，所需时间为150 s，比4 kW时缩短了70%。三个功率下的干燥过程都处于降速干燥阶段，且都未出先预热和恒速干燥阶段，这是由于微波干燥效率比较高，能够在较短时间实现物料内大部分的干燥，当达到最大干燥速率后，物料所含水量不能保持最大干燥速率，因此在直接进入降速干燥阶段，物料水分扩散由内部传质阻力控制。由此可知，微波干燥过程会对蓝靛果中的花青素和VC造成一定的破坏，且微波对蓝靛果中花青素和VC含量降低的影响相同，所得果粉的营养物质在微波功率为7 kW时含量最高。4 kW时由于微波功率较低延长了干燥时间使得营养物质的含量破坏较多，10 kW时虽然微波处理时间较短，但由于功率较大，营养物质含量在短时间内迅速降低。并且，花青素降低的程度明显大于VC。

2.2 载样量对干燥过程及蓝靛果果粉品质的影响

微波功率设定为7 kW，分别取100、200、300、400和500 g起泡蓝靛果果浆，置于不同型号的浆料盒中，保持厚度都为8 mm。将果浆料盒放在微波干燥设备履带的中间位置进行微波干燥，每隔50s测定温度和质量，达到安全水分后结束干燥。载样量对所得果粉中花青素和VC含量的影响如图2所示。

由图2可以看出，不同的载样量对蓝靛果中花青素的影响程度大于对VC的影响，所得果粉中花青素损失程度的差异较大。如图2a所示，载样量为200 g时，所得果粉中花青素含量为38.636 mg·g－1，其保有率最高为66.8%。图2b中，载样量对蓝靛果中VC损失的影响不大，且不同载样量之间的差异也不大，载样量为200 g时所得果粉中VC含量最高为 14.885 mg·g－1，占鲜果的93.2%，载样量为500 g时所得果粉中VC含量最低为11.344 mg·g－1，占鲜果的70.9%，这是因为微波功率一定时，载样量增加，单位质量的物料吸收微波能的减少，使得干燥时间延长，进而导致蓝靛果中营养物质损失较多。

由图2c可知，物料干燥到安全水分所需时间，随载样量的增加而增加，100和200 g需要150 s，300 g需要200 s。可以看到随着载样量的降低，物料含水率下降的幅度逐渐增大。当干燥500 g物料时，含水率平缓的下降，而干燥100 g物料时，含水率在100 s内急剧下降到0.02 kg·kg－1。载样量较低时，大量的水分能够被迅速脱去，并且在较短的时间内达到最大干燥速率，到达最大干燥速率后物料所含水量已不能保持最大干燥速率，气化面逐渐向物料内部移动，继而进入了降速干燥阶段，直至干燥终点。

图2 载样量对花青素和VC含量的影响Fig.2 Effect of loading mass on the content of anthocyanin and vitamin C

2.3 物料厚度对干燥过程及蓝靛果果粉品质的影响

微波功率设定为7 kW，取100 g起泡蓝靛果果浆，置于不同型号的浆料盒中，此时当量厚度分别为1、4、8、12和16 mm。将果浆料盒放在微波干燥设备履带的中间位置进行微波干燥，每隔50 s测定温度和质量，达到安全水分后结束干燥。以最终得到的果粉中花青素和VC的含量为目标因素，所得结果见图3。

如图3a所示，在不同厚度的条件下，蓝靛果中花青素含量的变化趋势和变化程度大致相同，并且最终得到果粉中花青素的含量差异不显著（P＜0.05），厚度为8 mm时果粉中花青素的含量最高为32.692 mg·g－1，厚度为16 mm时所得果粉中花青素含量最低为23.98 mg·g－1，差异不显著。图3b中，厚度为12 mm时所得果粉中VC含量最高为12.826 mg·g－1，厚度为1 mm时所得果粉中维生素C含量最低为11.387 mg·g－1，但蓝靛果中的维生素C含量均无显著差异（P＞0.05），这表明厚度对起泡蓝靛果干燥没有显著影响。这是由于微波具有较强的穿透能力，只激发物料中极性分子（大部分为水分子）的运动，起泡蓝靛果果浆中有大量的泡沫，有较多孔隙，因此微波能够快速地渗透到不同厚度的料层内部，激发极性水分子，去除水分，达到干燥目的。由图3c可知，不同厚度条件下干燥时间相差不多，且各时间段的变化量差异不大，物料含水量的变化趋势受厚度不同的影响也不明显。

图3 厚度对花青素和VC含量的影响Fig.3 Effect of thickness on the content of anthocyanin and vitamin C

2.4 感官评价综合评价

根据CIE（国际发光照明委员会）提出的均匀色空间理论对所得果粉的颜色进行测定，L*值表示明度，a*值表示红色度，b*值表示黄色度。

图4 所得蓝靛果果粉色度值Fig.4 Color values of the obtained honeysuckle powder

蓝靛果果汁呈深玫瑰色，制得的果粉也呈现深红色，所以对于黄度值b*值，本文对此不做详细讨论。由图4a可知，在功率单因素试验中，7 kW条件下，果粉的明亮程度L*值最大，褐变程度较小，且果香浓郁，保留有大量的蓝靛果原味和原色。在载样量单因素试验中，由图4b知，200 g条件下制得的果粉明度值大，果粉a*值较小，说明褐变程度较轻，100和300 g条件下也都有较好的明亮程度和较低的褐变程度；而500 g条件则相反，说明载样量的增加导致接收微波处理时间延长，进而导致对果粉营养成分的影响，反映到果粉色泽就表现为明亮程度低和褐变程度大。由图4c可得厚度对果粉颜色的影响状况，除厚度1和12 mm外，厚度由4～8 mm的过程中，果粉明亮程度和褐变程度的变化不大，厚度对微波辅助泡沫干燥蓝靛果的影响不大，这是因为微波具有较强的穿透能力，厚度的大小对干燥效果的影响不大。

3 确定微波辅助泡沫干燥蓝靛果的合理工艺

3.1 正交试验设计方案

在单因素的基础上，确定了影响因素的适合范围，以最终果粉中花青素的含量为目标因素，对微波功率、载样量、厚度3个影响因素进行L9（34）正交试验设计，其因素水平见表1。试验实施过程及结果见表2。

根据有关统计理论，极差（Ri）越大，影响越显著。由表2极差分析结果可知，蓝靛果微波辅助泡沫干燥试验影响主次顺序为载样量＞微波功率＞厚度，最优水平为A2B1C2，即微波功率7 kW，载样量100 g，厚度8 mm，考虑到生产实际对产出量的要求且100与200 g二者干燥效果差异不大，载样量设定为200 g。

表1 因素与水平Table 1 Factors and levels

表2 正交试验方案及结果Table 2 Orthogonal design and results

由表3可知，微波功率、载样量对干燥效果影响显著，而厚度影响不显著。这表明微波功率、载样量是决定微波辅助泡沫干燥效果的决定因素。厚度的影响不大其原因可能是由于微波具有较强的穿透能力，能够迅速激发物料内极性水分子的运动，因此干燥单位质量的物料，厚度的差异不会对干燥结果产生较大的影响；干燥相同厚度，不同载样量的物料时，由于微波功率一定，释放的微波能相同，加热干燥物料量较多时，物料单位面积吸收的平均微波能量就较少，因此影响了干燥效果。

表3 方差分析Table 3 Variance analysis

4 结论

本文初步探讨了微波辅助泡沫干燥中各因素对所得果粉中营养成分的影响，发现通过对预泡沫化处理的蓝靛果果浆进行微波加热干燥，能够在较短的处理时间内得到营养成分较高、颜色纯正、果香浓郁的蓝靛果果粉，影响这一过程的因素，按影响程度排序依次是载样量、微波功率和厚度。并且得到了适合于连续化生产的工艺参数：微波功率7 kW，载样量200 g，厚度8 mm。以蓝靛果果浆为原料采取预泡沫化处理与微波干燥相结合的工艺制备蓝靛果果粉，是蓝靛果干制加工的重要途径之一。

[1]李淑芹,李延冰,姜福臣.野生植物－蓝靛果营养成分研究[J].东北农业大学学报,1994,25(4):401－404.

[2]王振宇,杨玲.蓝靛果的研究利用现状及其发展前景[J].安徽科技学院学报,2009,23(3):18－20.

[3]吴传旭,孙春玉,张美萍.蓝靛果红色素提取工艺及稳定性研究[J].北华大学学报,2010,11(2):134－139.

[4]赵桂红,王世平.蓝靛果红色素理化性质研究[J].食品研究与开发,2009,30(5):189－192.

[5]吴信子,朴京一,张小勇,等.蓝靛果花青素的分离与鉴定[J].延边大学学报,2001,27(3):191－194.

[6]Rajkumar P,Kailappan R,Vishwanathan R,et al.Drying characteristics of foamed alphonso mango pulp in a continuous type foam mat dryer[J].Journal of Food Engineering,2007,79:1452－1459.

[7]Narindra R,Diegob B,Cristina R,et al.Characterization of apple juice foams for foam－mat drying prepared with egg white protein and methylcellulose foam stability[J].Journal of Food Science,2006,71(3):142－151.

[8]Rajkumar P,Kailappan R,Vishwanathan R,et al.Thin layer drying study on foamed mango pulp[J].Agricultural Engineering International,2007,3(4):1－13.

[9]Kamil S.The thin－layer modeling of tomato drying process[J].Agriculture Conspectus Scientifics,2007,72(4):243－349.

[10]Karim A Abd,Chee Wai C.Foam－mat drying of starfruit(Averrhoa carambola L.)puree stability and air drying characteristics[J].Food Chemistry,1998,64:337－343.

[11]Virachnee L.Effects of drying on anthocyanins in blueberries[D].Sydney:New South Wales University,2007.

[12]刘成海,霍俊伟,郑先哲,等.应用微波真空方法膨化蓝靛果脆片的研究[J].东北农业大学学报,2009,40(11):116－120.

[13]潘永康,王喜忠,刘相东.现代干燥技术[M].4版.北京:化学工业出版社,2007.

[14]牟群英,李贤军.微波加热技术的应用与研究进展[J].物理学和高新技术,2004,33(6):438－442.

[15]祝圣远,王国恒.微波干燥原理及其应用[J].工业炉,2003,25(3):42－45.

[16]邓宇,郑先哲.蕨菜微波真空干燥特性和品质试验研究[J].农业工程学报,2008,24(5):253－257.

[17]熊永森,王俊,王金双.微波干燥胡萝卜片工艺试验研究[J].农业工程学报,2008,24(6):291－294.

[18]韩清华,李树君,马季威,等.微波真空干燥膨化苹果脆片的研究[J].农业机械学报,2006,37(8):155－158.

[19]胡庆国,卜召辉,陆宁.金针菇真空微波干燥动力学模型的研究[J].食品与机械,2010,26(5):48－51.

[20]赵文昌,宋丽军.板蓝根茶微波干燥工艺的优化研究[J].中药材,2010,33(10):1640－1642.

[21]李琴,朱科学,钱海峰,等.微波热风组合干燥制备板栗粉的研究[J].食品工业科技,2008,2(29):209－211.

[22]Zheng X Z,Liu C H,Zhou H.Optimization of parameters for microwave－assisted foam mat drying of blackcurrant pulp[J].Drying Technology－An International Journal,2011,29(2):230－238.

[23]郑先哲,刘成海,周贺.黑加仑果浆微波辅助泡沫干燥特性[J].农业工程学报,2009,25(8):288－293.

[24]李春阳,许时婴,王璋.低浓度香草醛－盐酸法测定葡萄籽、梗中原花青素含量的研究[J].食品工业科技,2004(6):128－130.

[25]李聪,霍兴荣,郑先哲,等.微波催陈条件对干红葡萄酒颜色和pH的影响[J].东北农业大学学报,2010,41(1):124－129.