超声和渗透预处理对干燥草莓片品质及抗氧化活性影响

张莉会，廖李，汪超，安可婧，乔宇

（1.湖北工业大学生物工程与食品学院，湖北武汉 430064）（2.湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，湖北武汉 430064）（3.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，广东广州 510642）

草莓属蔷薇科，果实富含Vc、花色苷、酚类等多种营养物质，具有极高的营养价值和不一般的医疗保健功效，素有“水果皇后”的美称。但草莓水分含量较高，组织娇嫩，易损伤、易受微生物侵染而腐烂变质，不耐贮运[1]。因此，需要对草莓及时进行加工处理，以便延长货架期，免受经济损失。

干燥脱水在果蔬加工中是比较常见的一种方式，通过干燥可以将物料中水分含量降低到一定程度，来延长食品的货架期，从而降低贮运成本[2]。真空冷冻联合热风干燥技术是根据物料的特性，将真空冷冻干燥和热风干燥两种方式优势互补，分阶段进行的一种复合干燥技术，能达到缩短干燥时间、降低能耗、提高产品品质的目的[3]。

果蔬干燥处理前，辅以一定的糖渍工艺，可以用于提高产品的渗透压及贮藏中的稳定性，提高产品的感官品质。渗透干燥已被广泛用于通过浸没在高渗介质中从植物组织中部分去除水分。Mandala等[4]，将苹果浸入高渗透压的糖（葡萄糖、蔗糖）或盐的水性介质中期间，研究了从食物流出到溶液中以及同时将溶质从溶液转移到食品中的情况。浸泡过程，通常包括浸泡时间和温度，可能会影响结构的改变，一般来说，由于浸泡过程较慢，因此需要额外的技术来增加传质而不会对质量产生不利影响[5]；低频超声波处理也能够很好地保留多酚类物质，具有较高的总酚含量，因为低频超声波处理会改变草莓内部的组织结构，从而有利于原先束缚的酚类物质释放出来[6]。目前，大多数超声辅助已广泛使用，超声波渗透常用于菠萝[7]、苹果[8]和香蕉[9]等产品。

本研究以草莓为原料，采用蔗糖、果糖、葡萄糖以及蔗糖结合超声渗透预处理方式，再进行真空冷冻联合热风干燥处理，通过对草莓的色泽、硬度、水分含量、花色苷、多酚、黄酮、对DPPH和-OH清除率、铁离子还原能力等指标进行测定，寻找出合适的干燥工艺，旨在为该技术在草莓干燥加工上的应用和产业化发展提供支持。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料

草莓：品种为晶玉，购于湖北省武汉市洪山区南湖综合生鲜市场。

1.1.2 仪器与设备

乙醇，国药集团化学试剂有限公司；没食子酸（分析纯），国药集团化学试剂有限公司；薯蓣皂苷（分析纯），国药集团化学试剂有限公司；芦丁（生化试剂），上海展元化工有限公司；水杨酸（分析纯），国药集团化学试剂有限公司；DPPH（分析纯），京东化成工业株式会社。

UV-3802分光光度计，上海尤尼科仪器有限公司；HE53/Z02水分测定仪，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；Ta. XT 2i/50质构仪，英国 Stable Micro System公司。FD5-2.5 GOLD-SIM，GOLD SIM International Group CO., LTD。

1.2 实验方法

1.2.1 草莓片制备工艺

草莓→清洗→切片→预处理→-40 ℃预冻→真空冷冻干燥

1.2.2 样品预处理

1.2.2.1 清洗并切片

将新鲜草莓去蒂，清洗。清除附着在草莓表面的虫、卵以及泥砂等赃物；将草莓切片约3～5 cm。

1.2.2.2 糖渍

表1 样品分组情况Table 1 Grouping of samples

实验组 1：鲜果；实验组 2：鲜果切片预冻后，进行真空冷冻干燥；实验组 3：将切片后的草莓放入质量分数为10%的蔗糖溶液中渗透30 min，然后沥干后进行预冻，再真空冷冻干燥；实验组 4：将切片后的草莓放入质量分数为 10%的果糖溶液中渗透 30 min，然后沥干后进行预冻，再真空冷冻干燥；实验组5：将切片后的草莓放入质量分数为2%的果糖溶液中渗透30 min，然后沥干后进行预冻，再真空冷冻干燥；实验组6：将切片后的草莓放入质量分数为10%的蔗糖溶液并在功率为 150 W 的超声清洗仪中渗透30 min，然后沥干后预冻，再真空冷冻干燥；

1.2.2.3 预冻

将装好盘的草莓放入冻干仓内进行冻结，温度为-35 ℃，使草莓的中心温度达到共晶点温度以下，草莓的共晶点温度为-22 ℃。

1.2.2.4 真空冷冻联合热风干燥

将预处理好的草莓在冷阱温度为-50 ℃、真空度为10 Pa的条件下进行真空冷冻干燥，当水分含量为35%±5%时取出，转为60 ℃热风干燥至最终产品（水分含量约为2%左右）。样品分组如表1：

1.3 指标测定

1.3.1 色泽的测定

采用CR-400型色差仪，测量样品的色度（L*、a*和b*）并和新鲜草莓的色度（L0、a0、b0），比较，计算色度变化值ΔE，L为明暗值，a为红或绿值，b为黄或蓝值，ΔE表示色差。式中L*、a*、b*表示草莓干燥产品的色泽值，L0、a0、b0为草莓新鲜的色泽值。

式中：L*、a*、b*：表示草莓干燥产品的色泽值；L0、a0、b0：为草莓新鲜的色泽值；ΔE：表示色差。

1.3.2 水分含量和质构的测定

水分含量的测定采用水分测定仪进行测定，每个样品测定3次。

取大小相近的样品，采用TA-XT2i物性测定仪测定。参数设置为：探头型号：剪切探头P2，测试模式：压缩，目标模式：应变，操作类型：Return to start，触发模式：应力，等待时间：0 s，测试前速度2 mm/s，测试速度1.00 mm/s：测试后速度：10.00 mm/s，测试距离：10 mm，触发应力：5 g，取点频率：200 pps。样品的硬度，由计算机直接输出，单位/N。每个样品重复测量5次，最后去掉最大值，去掉最小值，其他数据取平均值。

1.3.3 花色苷含量的测定

采用陈杭君等[10]的方法，略有修改，具体操作如下。取2 g样品，加入5 g水，加入20 mL 70% pH 3.0的酸性乙醇溶液，在40 ℃下水浴2 h，提取至提取液无色，过滤后备用。采用pH差示法测其花色苷的含量，取2 mL提取液于25 mL比色管中，用pH 1.0缓冲液（0.2 mol/L KCl-0.2 mol/L HCl）稀释至10 mL刻度线处，另取2 mL提取液于25 mL比色管中，用pH 4.5缓冲液（1 mol/L NaAC-1 mol/L HCl-H2O）稀释至10 mL刻度线处，在510 nm处测量吸光度值。根据下式计算总花色苷含量（g/L）。

式中：A0：被测样品溶液分别在pH 1.0时510 nm处的吸光值；A1：被测样品溶液分别在pH 1.0、pH 4.5时510 nm处的吸光值；V：被测样品提取液液总体积，单位/mL；DF：稀释倍数；M：484.82g/mol（矢车菊-3-葡萄糖苷(cy-3-glu)的相对分子质量）；ε：24825 L/mol·cm（矢车菊-3-葡萄糖苷(cy-3-glu)的在510 nm处的摩尔消光系数）；m：样品质量（g）。

1.3.4 抗氧化活性成分的提取

分别称取5.00 g样品于烧杯中，加入70%乙醇溶液25 mL，摇匀，超声波水浴浸提30 min，6000 r/min离心15 min，取上清液，滤渣再加70%乙醇溶液同样条件水浴、离心。合并两次上清液，用70%乙醇定容至50 mL。

1.3.4.1 总酚含量的测定

使用福林酚法绘制没食子酸标准曲线。取0.1 mL样液于 10 mL具塞比色管中，分别加入 1 mL Folim-ciocalfen于比色管中，充分震荡3～4 min，再分别加入1 mL 10%的NaCO3溶液，充分摇匀，用蒸馏水定容至5 mL，25 ℃恒温1 h，在765 nm波长下测吸光值。在相同条件下测定不同质量浓度的没食子酸吸光度，绘制标准曲线，得到回归方程为：y=184.28x+0.0277，R2=0.999。结果以没食子酸当量表示(mg没食子酸/g干重)[11]。

1.3.4.2 黄酮含量的测定

标准曲线的制作：取芦丁标准液（0.1 mg/mL）0.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL于6只25 mL比色管中，用70%乙醇补充至12.5 mL，加入1.0 mL 5%亚硝酸钠溶液，静置5 min后加入1.0 mL 10%硝酸铝，6 min后加入5 mL 1 mol/L氢氧化钠溶液，摇匀，用70%乙醇稀释至刻度，静置10 min，在510 nm波长下测吸光值，以芦丁浓度为横坐标吸光度为纵坐标绘制标准曲线，得到回归方程为：y=10.775x-0.0026，R2=0.997。

黄酮含量测定：取1 mL样液于25 mL比色管中，用70%乙醇补充至12.5 mL，加入1.0 mL 5%亚硝酸钠溶液，静置5 min后加入1.0 mL 10%硝酸铝，6 min后加入5 mL 1 mol/L氢氧化钠溶液，摇匀，用70%乙醇稀释至刻度，静置10 min，在510 nm波长下测吸光值[12]。

1.3.4.3 草莓片中抗坏血酸（Vc）含量的测定

标准曲线的制作：取6支具塞比色管，取抗坏血酸标准溶液（100 μg/mL）0.0、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，用蒸馏水补充至10 mL，以蒸馏水为空白，在243 nm处测定各管吸光值，以抗坏血酸含量为横坐标，吸光值为纵坐标绘制标准曲线。

Vc含量测定：取0.2 mL样品提取液，放入盛有0.4 mL 10% HCl的25 mL比色管中,用蒸馏水稀释至10 mL刻度后摇匀，以蒸馏水为空白，在243 nm处测定吸光度。分别吸取0.2 mL样品提取液、2 mL蒸馏水和0.8 mL 1 mol/L NaOH溶液依次放入25 mL比色管中，混匀，15 min后加入0.8 mL 10% HCl，混匀，加蒸馏水定容至10 mL刻度线，以蒸馏水为空白，在243 nm处测定吸光值。

1.3.5 草莓片抗氧化能力的测定

1.3.5.1 铁离子还原能力的测定（FRAP法）

标准曲线的制作：分别取浓度为0.04、0.08、0.12、0.16、0.20 mmol/L FeSO4溶液0.2 mL于比色管中，加入6 mL FRAP工作液（0.3 mol/L醋酸盐缓冲液：10 mmol/L TPTZ 溶液：20 mmol/L FeCl3=10：1：1），0.6 mL蒸馏水混匀于37 ℃水浴10 min，于593 nm波长下比色读数，用蒸馏水代替FeSO4溶液做空白，制作标准曲线，得到回归方程为：y=0.555x+0.0652，R2=0.995。

取0.2 mL样液于比色管中，加入6 mL FRAP工作液，0.6 mL蒸馏水混匀于37 ℃水浴10 min，于593 nm波长下比色读数，用蒸馏水溶液做空白[13]。

1.3.5.2 羟基自由基清除能力

利用Fenton反应检测产生的羟基自由基。在比色管中依次加入9 mmol/L FeSO41 mL、9 mmol/L水杨酸-乙醇溶液 1 mL、样液 1 mL、8.8 mmol/L H2O21 mL。其中H2O2的作用是启动整个反应。37 ℃反应0.5 h后，以蒸馏水为参比，在 510 nm下测定吸光度。以 9 mmol/L FeSO41 mL、9 mmol/L水杨酸-乙醇溶液1 mL、样液1 mL和蒸馏水1 mL作为待测溶液的本底吸收值。以上各管均做三组平行，按公式（3）计算对羟基自由基的清除率K[14]。

K(%)=[A0-(Ax-Ax0)]×100%/A0（3）

式中：A0为不加山药皮醇提物的空白对照液的吸光度；Ax为加入待测溶液后的吸光度；Ax0为无显色剂时提取剂的本底吸光度。

1.3.5.3 DPPH自由基清除能力

在管中依次加入3.5 mL 6.5×10-5mol/L DPPH溶液和0.5 mL 60%的乙醇，总体积为4 mL，混匀20 min后，于比色皿中在517 nm处测定吸光值，记为A0；加入3.5 mL 6.5×10-5mol/L DPPH溶液和0.5 mL待测试样溶液，测定值记为As；加入3.5 mL体积分数为60%的乙醇和0.5 mL待测试样溶液，测定值为Ar，用3.5 mL无水乙醇和0.5 mL 60%乙醇作为参照，以上各管均做三组平行。按公式（4）计算对 DPPH自由基清除率R[15]。

式中：As为加入醇提物的吸光度；Ar为本底吸收的吸光度；A0为空白溶液的吸光度。

1.4 数据处理及统计分析

试验数据为3次重复试验的平均值，用SPSS.19软件进行“one-way ANOVA”差异显著性分析。p＜0.05表示差异显著，p＞0.05表示无显著差异，a、b、c、d、e、f不同字母代表差异显著；用Origin 8.5软件作图。

2 结果与讨论

2.1 超声和渗透预处理对草莓片水分含量和硬度的影响

图1 超声和渗透预处理对草莓片水分含量和硬度的影响Fig.1 Effect of ultrasonic and osmotic pretreatment on moisture content and hardness of strawberry slices

硬度是一定变形率下样品对于压缩的抵抗力，与果蔬组织结构直接相关，是评价果蔬质地品质的最重要的指标之一[16]。由图1可知，经前处理后干燥的草莓片水分含量及硬度均呈显著性差异（p＜0.05），且除葡萄糖组（实验组 5）外，其他组水分含量均显著低于对照组（1.35%）（p＜0.05），其中经蔗糖超声渗透前处理的草莓片干燥后，水分含量最低（0.48%），硬度最高（1985.16 g）。经三种糖渗透前处理的草莓片中，蔗糖效果最佳，其次是果糖，葡萄糖效果不显著（p＞0.05），蔗糖结合超声处理后，效果明显提高，这与 Sueli等对柠檬的研究结果一致[17]；这些结果归因于糖渗透能提高草莓片的渗透压，从而加速水分的流失，超声预处理影响果实组织，使得水在空气干燥过程中更容易扩散，这很可能是由于在果实中形成微观通道，从而促进去除水分，当与糖渍结合时，通过加速水分转移，提高干燥速率[18]。Fernandes等[19]研究了超声波预处理和超声波辅助渗透脱水对菠萝脱水的影响，结果表明，超声波处理后水分扩散率增加，总干燥时间缩短8%。Rodríguez等[20]以苹果为原料，采用柠檬酸溶液、苹果汁为介质进行超声辅助处理，结果表明，超声波辅助处理使处理苹果的水分有效扩散系数增加，与两种介质配合使用时，效果更为明显。由此可见，蔗糖结合超声渗透能加快草莓片水分散失，提高硬度，从而提高干燥效率。

2.2 超声和渗透预处理对草莓片花色苷和色泽的影响

干燥产品的色泽是衡量干燥产品品质的最直观判断标准，它能够直接影响产品被消费者接受的程度[21]。由表2可知，草莓片经干燥后L*值显著降低，这与Kaur M[22]报道类似，红色(a*)和黄色(b*)的增加，导致已经干燥的样品变暗，从而使L*的值降低。还有研究表明，干燥过程中的收缩和结构变形可能转移了光子或吸收了更多的亮度，从而降低了L*值[23]。对照组草莓片L*值为41.86，而经蔗糖（处理组3）和葡萄糖（处理组5）渗透处理的草莓片L*分别为53.09和48.96，果糖与蔗糖超声渗透前处理的草莓片L*值分别为 39.48、33.95；经蔗糖和葡萄糖处理的草莓片△E低于对照组，这表示这两种处理较对照组而言，颜色更佳接近鲜样。a*值是草莓片最主要的颜色，而草莓中红色素主要来源于花色苷，蔗糖和葡萄糖渗透处理的草莓片a*高于鲜样及对照组，且各处理组花色苷含量有所提高，其中果糖组、蔗糖结合超声渗透的草莓片花色苷含量最高，分别为22.91 g/L、22.67 g/L，蔗糖组a*最高为 29.68。有研究表明，糖是花色苷合成的原料之一，但糖对花色苷合成的作用，更多的是通过信号机制促进花色苷合成，并且不同种类糖对花色苷合成的影响不同[24]。由此可见，采用糖渗透处理可以改善草莓片色泽，还能提高花色苷含量，其中以蔗糖渗透效果最佳。

表2 超声和渗透预处理对草莓片花色苷和色泽的影响Table 2 Effects of ultrasound and osmotic pretreatment on anthocyanins and color of strawberry slices

2.3 超声和渗透预处理对草莓片总酚和黄酮的影响

图2 超声和渗透预处理对草莓片总酚和黄酮的影响Fig. 2 Effects of ultrasound and osmotic pretreatment on total phenols and flavonoids in strawberry slices

酚类物质和黄酮类物质是果蔬中重要的次生代谢产物，能够有效地清除活性氧自由基和抑制膜脂过氧化反应，是果蔬中重要的抗氧化活性成分，在植物抗氧化过程起着重要作用[25]。由图2可知，经不同预处理后，草莓片总酚和黄酮含量具有显著性差异（p＜0.05），干燥后草莓片其含量有所升高，Que Fei等认为在干燥过程中，酚类物质发生热分解、氧化，以及在酶的作用下转化为其他物质或由其他物质转化为酚类物质，导致其含量的升高[26]。经糖渗透处理后，总酚和黄酮含量均显著高于对照组（p＜0.05），其中经蔗糖结合超声渗透处理的草莓片总酚和黄酮含量最高，分别为7.51 mg/g、10.38 mg/g，而对照组总酚和黄酮含量分别为4.91 mg/g、6.09 mg/g，这是因为超声波处理降低了草莓浆中溶解氧含量，减少酚类物质氧化分解的可能性[27]。三种糖渗透处理中，蔗糖效果最为显著，果糖其次，葡萄糖效果较差，这是由于糖本身就具有一定的抗氧化功能。由此可见，糖渍和超声处理能显著提高草莓片的活性成分，且蔗糖结合超声效果最好。

2.4 超声和渗透预处理对草莓片Vc和铁离子还原能力的影响

图3 超声和渗透预处理对草莓片Vc和铁离子还原能力的影响Fig.3 Effect of ultrasound and osmotic pretreatment on Vc and Fe2+ reduction ability of strawberry slices

Vc具有较强的抗氧活性，但在加工贮藏过程中不稳定，易受空气、光、热、酶等的影响[28]。由图3可知，新鲜草莓铁离子还原能力和Vc含量最高，而经干燥处理后，草莓片铁离子还原能力和Vc含量均显著下降（p＜0.05），其中对照组（实验组2）和蔗糖渗透（实验组 3）前处理草莓片的铁离子还原能力无显著差异（p＞0.05），其值分别为1.20%和1.19%，高于其他干燥处理组，对照组Vc含量为0.85 mg/g，但经糖渍处理后草莓Vc含量降低；四种渗透处理中葡萄糖渗透处理的草莓片Vc含量最高，为0.59 mg/g。由此可见，糖渍处理以及超声处理对草莓片铁离子还原能力和Vc含量并没有积极作用，反而还降低了其含量。

2.5 超声和渗透预处理对草莓片DPPH和-OH清除率的影响

图4 超声和渗透预处理对草莓片DPPH和-OH清除率的影响Fig.4 Effect of ultrasound and osmotic pretreatment on DPPH and -OH clearance rate of strawberry slices

抗氧化活性与还原性之间存在联系，抗氧化剂通过自身的还原作用给出电子，从而清除自由基，还原力越大，抗氧化性越强[29]。由图4可知，草莓经干燥处理后，对-OH的清除率有所提高，这可能是由于干燥草莓片中总酚和黄酮含量较高而产生的，新鲜草莓对 DPPH清除率为 94.30%，但经干燥后草莓片对DPPH清除率却有所下降。对照组草莓片对-OH和DPPH的清除率分别为114.12%和49.35%，而糖渗透和超声处理后，干燥草莓片对-OH和DPPH的清除率得到显著提高（p＜0.05），其中，以蔗糖结合超声处理（实验组6）效果最为显著，其对-OH和DPPH的清除率分别为120.84%和90.38%，其次是蔗糖渗透（实验组 3）和果糖渗透处理，葡萄糖效果较差。一些研究表明，还原能力主要归因于与抗氧化活性相关的生物活性化合物，这些生物活性化合物，包括抗坏血酸、总酚、黄酮和其他亲水或疏水性抗氧化剂，存在于草莓中，是良好的电子供体，并且可以通过将自由基转化为更稳定的产物来终止自由基链反应[30,31]。由此可见，糖渍和超声处理能提高干燥草莓片对-OH和DPPH的清除率，且蔗糖结合超声效果最佳。

3 结论

本实验结果表明，蔗糖、果糖、葡萄糖、蔗糖结合超声渗透预处理能显著提高干燥草莓片感官品质以及花色苷、总酚、黄酮、Vc含量等活性成分以及抗氧化能力（p＜0.05），其中蔗糖结合超声前处理水分含量最低，硬度最高，而经蔗糖渗透前处理的草莓片干燥后色泽与新鲜草莓最接近，a*（红色）最高；干燥后草莓片的花色苷、总酚和黄酮含量均高于鲜样，但Vc含量大大降低，其中干燥草莓片经蔗糖结合超声预处理后花色苷、总酚和黄酮含量最高，分别为22.68 g/L、7.52 mg/g、10.38 mg/g，其对-OH和DPPH清除率分别为120.84%和90.38%，高于其他处理组，但糖渗透和超声处理并不能提高草莓片Vc含量和铁离子还原能力；三种糖渗透处理均能提高干燥草莓片品质，且蔗糖效果最佳。综上，糖渗透以及蔗糖结合超声预处理后草莓片感官品质以及抗氧化活性成分含量较高、抗氧化活性较强，适宜于草莓片的干燥。超声波和渗透作为一种预干燥处理技术的应用为食品工艺创新提供了新的可能性，开辟了从节能到提高产品质量的食品加工领域。