不同组合冷冻干燥方法对水蜜桃脆片品质的影响

王海鸥，扶庆权，陈守江，张李阳，王蓉蓉，张伟

(南京晓庄学院 食品科学学院，江苏 南京，211171)

水蜜桃属于蔷薇科、李属，原产中国，历史悠久[1]。水蜜桃肉嫩汁多、香浓味醇、鲜甜甘美，营养丰富，且具有美肤、清胃、润肺、祛痰等医疗保健功效，素有“果中皇后”的美誉，深受市场欢迎[2-4]。我国水蜜桃主要以鲜食为主，但水蜜桃是呼吸跃变型高水分果实，成熟期间正值炎热天气，采后耐贮性差、货架期短，极易腐烂变质，且低温下又易发生冷害，难以贮藏保鲜[5-7]。

将新鲜水蜜桃进行干燥加工制成水蜜桃脆片，是丰富水蜜桃加工产品品类、实现水蜜桃原料深加工增值的一种有效途径。目前生产中应用的果蔬干燥加工方法很多，主要有热风干燥、真空冷冻干燥、真空干燥、微波干燥、气流膨化干燥、热泵干燥等，其中真空冷冻干燥技术可较好地保留新鲜物料的色、香、味、形及营养成份，是国际公认的生产高品质、高附加值脱水食品的加工方法，但存在干燥时间长、能耗大、产品成本高等缺陷[8-11]。近年来，一些学者将冷冻干燥与热风、微波等多种干燥方式进行组合，对毛竹笋、苹果、胡萝卜、太湖银鱼、海生等果蔬和水产品物料开展联合干燥特性和产品品质研究，表明冷冻干燥与其他干燥方式合理组合，可规避和降低单纯使用冷冻干燥生产产品的弊端，可以缩短干燥时间、降低过程能耗并获得适宜的干燥品质[12-16]。

目前已见有关于水蜜桃干燥加工的研究报道，涉及的干燥方法主要有压差膨化、远红外干燥、微波干燥、热风干燥等[17-20]，而冷冻干燥与其他干燥方式组合对水蜜桃脆片品质影响仍未见有报道。本研究以典型水蜜桃品种为原料，以真空冷冻干燥方法为基础，与热风、微波、气流膨化3种其他方法进行组合干燥加工，探讨不同组合冷冻干燥方式对水蜜桃脆片的色泽、收缩率、吸湿性、质地及组织微观结构的影响，以期为水蜜桃脆片干燥加工生产提供技术基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器设备

新鲜水蜜桃购于南京苏果超市，品种为夏玉女。SCIENTZ-50F冷冻干燥机，宁波新芝生物科技股份有限公司；DHG-9070电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；QDPH-5型气流膨化设备，天津市勤德新材料科技有限公司；RWBZ-08S型微波干燥机 南京苏恩瑞干燥设备有限公司；BS224S电子分析天平，北京赛多利斯科学仪器公司；FW100高速万能粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；3nh高品质电脑色差仪，深圳市三恩时科技有限公司；TA.XTplus物性测试仪，英国Stable Micro System公司； EVO-LS10型扫描电子显微镜，德国ZEISS公司；EMITECH K750临界点干燥仪，英国Quorum公司。

1.2 组合冷冻干燥方法

1.2.1 真空冷冻干燥(冻干组)

将采摘下来的新鲜水蜜桃清洗去皮，切成直径为50 mm、厚度为5 mm的圆形桃片，立即整齐地摆盘，放入真空冷冻干燥设备中，首先开启制冷机组将桃片预冻3 h使其中心温度降至-30 ℃以下，然后开启真空泵，真空度达到30 Pa时启动隔板加热程序，将“温度-时间”控制程序设定为： 20 ℃-2 h， 10 ℃ -2 h，0℃-2 h，10 ℃-2 h，20 ℃-2 h，30 ℃-2 h，40 ℃ -2 h，50 ℃-至结束，当桃片温度与隔板油温趋于一致时真空冷冻干燥加工结束，冻干时间约20 h，收集冻干桃片，含水质量分数为5%以下。

1.2.2 冻干-热风干燥(冻干-热风组)

采用1.2.1中的冻干方法对桃片进行冷冻干燥16 h，水分质量分数降至25%左右，再将桃片置于-20 ℃冰箱中均湿48 h，然后放入鼓风干燥箱用65 ℃热风干燥4 h，至水分质量分数为5%以下。

1.2.3 冻干-微波干燥(冻干-微波组)

采用1.2.1中的冻干方法对桃片进行冷冻干燥16 h，水分含量降至25%左右，再将桃片置于-20 ℃冰箱中均湿48 h，再用微波干燥机继续干燥，微波功率为400 W，干燥2 min再间歇2 min，持续循环3次(耗时12 min)将水分质量分数降为5%以下。

1.2.4 冻干-气流膨化干燥(冻干-气流组)

采用1.2.1中的冻干方法对桃片进行冷冻干燥16 h，水分质量分数降至25%左右，再将桃片置于-20 ℃冰箱中均湿48 h后放入气流膨化干燥机进行膨化干燥，气流膨化温度80 ℃，50 ℃保温1.5 h，将水分含量降为5%以下。

1.3 水蜜桃脆片品质分析

1.3.1 水蜜桃脆片色差测定

用3nh高品质电脑色差仪测定上述4种水蜜桃脆片样品色泽，根据CIELAB表色系统，读取明暗度指数L*、红绿度指数a*、黄蓝度指数b*、色饱和度C*、色调角H，并按公式计算色差值ΔE，每组样品平行测定5次，取其平均值。

(1)

式中:L*为干制样品明暗度指数，a*为干制样品红绿度指数、b*为干制样品黄蓝度指数，L0*、a0*、b0*为新鲜水蜜桃色差值。

1.3.2 水蜜桃脆片组织微观结构扫描电镜观察

从4组干燥水蜜桃脆片样品中选取典型样品一片，用液氮速冻处理后立即掰断自然形成脆片断面)，制取水蜜桃脆片的断面观察样本，用碳导电胶将横断面观察样本粘在样品托上，采用离子溅射仪在断面观察样本上喷金，再用扫描电子显微镜(scanning electronic microscopy, SEM)观察拍照。

1.3.3 水蜜桃脆片直径收缩率测定

用游标卡尺测定水蜜桃新鲜圆片样品直径、干燥后脆片样品直径，按如下公式计算直径收缩率，每组样品平行测定5次，取其平均值。

(2)

式中:Sd,直径收缩率，%；D0,水蜜桃新鲜圆片样品直径，mm；D1,水蜜桃干燥后脆片样品直径，mm。

1.3.4 水蜜桃脆片吸湿率测定

精确称取3个桃片放置于已称重的干燥平皿中，将平皿放置在盛有饱和NaCl溶液(环境相对湿度75.5%)(25 ℃每100 g水可溶解约36.2 g NaCl)的玻璃干燥器中，放置2 h、4 h、8 h、16 h、1 d、2 d、3 d、5 d、7 d、10 d、15 d，称其质量变化，试验设3 次重复，吸湿率为前后质量差占吸湿前质量的百分比，计算公式如下：

(3)

式中:Ar,脆片吸湿率，%；m0，水蜜桃脆片吸湿前质量，g；m1，水蜜桃吸湿后质量,g。

1.3.5 水蜜桃脆片硬度和脆度测定

从4组干燥水蜜桃脆片样品中各取10片，用质构仪测定脆片的硬度和脆度。质构测定时采用压缩模式，压缩探头P 75为直径75 mm圆盘，压缩距离3 mm，测试前速度1 mm/s，测试速度1 mm/s，测试后速度1 mm/s，记录脆片压缩破碎时所需最大力为硬度，记录脆片压缩破碎前受力的屈服峰值为脆度。

1.4 数据处理

采用SPSS软件对试验数据进行方差分析，若方差分析差异显著，则用Duncan’s 法进行多重比较，显著性水平p<0.05。

2 结果与分析

2.1 水蜜桃脆片色泽

采用色差仪“CIE Lab”表色系统表征物料的颜色属性，其中明暗度指数L*测定值越大则表示样品表面亮度越高，红绿度指数a*绝对值越大则说明红色或绿色越深，黄蓝度指数b*绝对值越大说明黄色或蓝色越深，色饱和度C*值越大表明颜色越纯，色调角H值从0°到180°分别代表颜色为紫红(0°)、红、橙红、橙、黄(90°)、黄绿、绿和蓝绿色(180°)。4种干燥后的水蜜桃脆片色泽测定结果如表1所示。其中，红绿度指数a*值和色调角H值均未见显著差异(p<0.05)；在L*值方面，冻干、冻干-热风2组脆片亮度最高，L*值显著高于其他2组，冻干-气流组L*值最低(p<0.05)；在b*值和H值方面，冻干-微波组脆片最高，冻干-气流组最低(p<0.05)；在ΔE值方面，冻干-微波组显著高于其他3组，其对桃片原有色泽改变最大，而其他3组未见显著差异。水蜜桃脆片色泽变化与干燥方法及条件密切相关，综合上述色泽指标来看，冻干-微波组脆片色泽改变相对较大，表观颜色偏暗、黄，而冻干组脆片色泽较为鲜亮。分析认为，冻干-微波组使用常压微波加热的方式去除后段干燥剩余水分，干燥速度过快，且受微波场受热不均匀影响容易引起局部高温焦化现象[13-14]，也有相关研究资料表明[21-23]，常压微波干燥会使得干燥产品的L*值下降、a*值升高、b*值升高，因此造成了冻干-微波组组水蜜桃脆片的表观色泽特征。

表1 不同组合冻干方法加工的水蜜桃脆片色泽指标Table 1 Color indices of juicy peach crisps dried by different combined FD methods

注：同列肩标字母不同表示差异显著(p<0.05)。

2.2 水蜜桃脆片组织微观结构

4种水蜜桃脆片样品的微观组织扫描电镜观察如图1所示。相对其他3组脆片而言，冻干组样品组织内部形成了蓬松饱满的多孔构造，孔隙率高，孔隙边界清晰，排列相对规则；采用冷冻干燥方式的水蜜桃片全程在真空低温条件下缓慢完成脱水，能保持较好细胞组织形态和多孔骨架，样品原有形态保持好。与冻干组样品形成鲜明对比，冻干-微波组样品组织结构致密，细胞壁坍塌、褶皱、收缩、卷曲现象严重、排列杂乱，孔隙少；有研究资料表明，果蔬采用先冻干后微波的组合干燥形式，前段冷冻升华干燥脱去物料中大部分水后初步形成多孔结构骨架，而后续进入常压下微波干燥，其脱水强度高且原有真空状态不再维持，容易导致多孔结构收缩变形[12-14,23]。而冻干-热风、冻干-气流2组获得了相近的孔隙网络结构，其组织形态介于冻干组和冻干-微波组之间，上述品质指标也处于两者之间的适中状态。

a-冻干；b-冻干-热风；c-冻干-微波；d-冻干-气流图1 不同组合冻干方法加工的水蜜桃脆片SEM观察(×100)Fig.1 SEM photographs of peach crisps dried by different combined FD methods (×100)

2.3 水蜜桃脆片直径收缩率

水蜜桃片经4种组合冻干加工后，其直径均发生了不同程度的收缩现象，测试结果如图2所示，4组水蜜桃脆片直径收缩率均呈现出了显著差异(p<0.05)。冻干-微波组脆片直径收缩率为52.24%，收缩现象最为严重；冻干-热风组、冻干-气流组的直径收缩率分别为29.58%、26.48%，干燥收缩现象仍然较为严重；而冻干组脆片直径收缩率仅为5.7%，仅采用冷冻干燥加工制作水蜜桃脆片，其外观形态保持最好。干燥水蜜桃脆片收缩率指标也可以间接地反映脆片内部组织网孔状态，收缩率越高，表明水蜜桃组织内部细胞原有大小形态破坏越大[24-25]。结合水蜜桃脆片微观结构SEM观察结果可知，冻干组脆片组织内部细胞大小形态变化最小，形成最佳的多孔网络结构，其直径收缩率最小；而冻干-微波组脆片则相反，由于后段干燥采用常压下微波干燥方法去除物料中剩余水分，脱水强度高、速度快，形成了致密的微观结构，最终呈现出直径收缩率最高。因此，4组水蜜桃脆片直径收缩率差异与其在微观结构上呈现出的差异基本相吻合。

图2 不同组合冻干方法对水蜜桃脆片直径收缩率的影响Fig.2 Effect of different combined FD methods on the shrinkage rate in the diameter of peach crisps注：相同指标中字母不同表示差异显著(p<0.05)。下同。

2.4 水蜜桃脆片吸湿率

果蔬物料一般初始水分含量很高，经不同干燥方式脱去几乎所有原有水分后，物料内部通常形成多孔性骨架结构，干制品在后续加工或贮藏过程中处于一定湿度的环境中则很容易吸湿回潮而影响品质。本实验中4种干燥方式的水蜜桃脆片吸湿性测试结果如图3所示。

图3 不同组合冻干方法对水蜜桃脆片吸湿率的影响Fig.3 Effect of different combined FD methods on the moisture absorption rate of peach crisps

4组水蜜桃脆片在前8 h吸湿率增长速度较快，随后增加非常缓慢；在各吸湿时间段的脆片吸湿率总体表现出冻干组最高、冻干-热风组和冻干-气流组两者吸湿率相当且处于中间水平、冻干-微波组则显著低于其他3组的变化规律(p<0.05)。4种水蜜桃脆片吸湿性差异与其内部多孔性骨架形态密切相关，通常果蔬脆片内多孔网络骨架而形成孔隙比表面积越大，其对环境中湿度越敏感，更容易吸收水分回潮[26-27]。4组水蜜桃脆片吸湿率差异与其SEM微观结构观察结果也基本对应吻合。

2.5 水蜜桃脆片硬度和脆度

硬度和脆度是描述水蜜桃脆片样品在压缩测试过程中抵抗外力破坏出现的最大受力峰值及之前的屈服峰值，是反映果蔬脆片质地属性的重要指标，与干燥样品内部组织结构性质与多孔构造密切相关，测试结果如图4所示。在硬度方面，冻干-微波组硬度值为64.62 N，远高于其他3组脆片，而冻干-热风、冻干-气流2组硬度次之且未见显著差异，冻干组硬度最小(p<0.05)。4组水蜜桃脆片样品的脆度均呈显著差异，其中冻干-微波组脆度远高于其他3组，冻干-热风、冻干-气流、冻干3组脆度值依次减小(p<0.05)。4组水蜜桃脆片硬度、脆度差异与样品内部组织质构有关，通常干燥形成的网孔结构越致密、孔隙率越小，其质地越坚实，硬度和脆度值越高[28-29]。由图1中4组水蜜桃脆片样品的SEM观察可知，冻干-微波组形成的组织质构最紧实、孔隙率最小，冻干-热风、冻干-气流2组形成了相近的多孔构造形态，而冻干组蜂窝状多孔构造最为饱满，4组水蜜桃脆片微观结构观察结果能较好地解释其在硬度、脆度质地方面的差异。

图4 不同组合冻干方法对水蜜桃脆片硬度和脆度的影响Fig.4 Effect of different combined FD methods on the hardness and brittleness of peach crisps

3 结论

冻干、冻干-热风、冻干-微波、冻干-气流4种组合冻干方法干燥水蜜桃脆片对比试验表明：冻干-微波组脆片样品综合色差指标ΔE值显著高于其他3组，颜色偏暗、黄，而其他3组未见显著差异；在脆片组织微观结构方面，冻干组形成了饱满多孔的网络骨架，孔隙率高，组织原有形态保持较好，而冻干-微波组样品细胞壁变形严重、组织结构致密、孔隙率少，冻干-热风、冻干-气流2组组织微观形态介于冻干组和冻干-微波组之间；4组样品直径收缩率由高到低分别是冻干-微波、冻干-热风、冻干-气流、冻干，差异显著(p<0.05)；在脆片吸湿率方面，冻干组最高，冻干-热风和冻干-气流2组未见差异且处于中间水平，冻干-微波组则显著低于其他3组；在脆片硬度和脆度方面，冻干-微波组远高于其他3组，冻干组最小；4组水蜜桃脆片组织的微观结构观察结果能较好地解释脆片样品在直径收缩率、吸湿率、硬度、脆度等指标上的差异。基于上述研究结果，从4组水蜜桃脆片的综合品质来看，冻干-微波组综合品质最差，冻干组最佳，而冻干-热风、冻干-气流2组综合品质介于中间。