预处理对红薯叶热泵干燥品质的影响

杨 玉 任广跃 史亚楠 张亚凤 刘书林 马丽苹

(河南科技大学食品与生物工程学院，河南 洛阳 471023)

红薯又名地瓜，是中国的主要农作物之一。红薯叶中蛋白质、胡萝卜素、维生素和矿物质含量极高，还富含多种生物活性成分，具有药食两用的作用[1-2]。目前已有一系列红薯叶产品[3]，但中国红薯叶的开发利用还处于起步阶段，尚需研究推广。

热泵干燥技术是利用回收干燥室排除的高温高湿空气中所含的显热和潜热来加热被干燥介质，减少了热量损失和环境污染，一定程度上控制干燥空气的温度和湿度，从而提升干燥效率和干制品品质[4-5]。干燥前对果蔬进行渗透预处理可以显著提高其干燥效率，减少干燥过程对果蔬品质的破坏[6-7]。渗透溶液浓度越高，果蔬失水量越大，其产品固形物得率增加，但随着浓度的继续升高，果蔬固形物得率则降低，这是由于渗透溶液浓度的升高其黏度也不断升高，增加了传质阻力，阻碍了溶质的渗入，导致干燥效率降低[8]。低频超声(20～100 kHz) 技术可用作果蔬干燥预处理，其作用机理为：超声作用下，物料不断地收缩和膨胀，促进微细通道的形成，减小物料传热表面层厚度，从而提高果蔬对流传质效率[9-11]。

热泵干燥前，对果蔬进行超声预处理会对果蔬品质产生不同影响[12-14]。Jambrak等[15]发现超声预处理明显提高了果蔬的干燥速率，且复水比(质量增重)得到了显著提升；Kadam等[16]发现超声预处理可以提高褐藻的颜色保留率；Dehghannya等[17]发现超声预处理可以提高李子热风干燥的水分有效扩散系数；Wang等[18]发现超声产生的空化效应使胡萝卜物料形成很多微小通道结构，从而减少了干燥时间，提高了β-胡萝卜素含量和干燥物料复水比；Nascimento等[19]发现超声预处理可以显著减少百香果果皮总酚损失，提高其抗氧化性。上述研究只采取单一的预处理方式，未将盐渍与超声预处理进行联合操作。试验拟对红薯叶进行盐渍、超声及联合预处理，以预处理后红薯叶的干燥速度、色泽、叶绿素含量、POD酶活性及复水比[20]为评价指标，优化其干燥工艺条件，为红薯叶的加工提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

红薯叶：新鲜脱毒红薯叶，颜色鲜绿、表面光滑、无腐烂、无虫眼，初始干基含水率为7.28 g/g，自种；

磷酸氢二钠、磷酸二氢钠：分析纯，潍坊兴泰化工有限公司；

邻苯二酚：分析纯，郑州市达明化工原料有限公司；

愈创木酚、过氧化氢：分析纯，德州润昕实验仪器有限公司；

丙酮：分析纯，洛阳氚珅化工仪器有限公司。

1.1.2 仪器与设备

热泵干燥机：GHRH-20型，广东省农业机械研究所；

数控超声清洗器：KQ-500DE型，昆山市超声仪器有限公司；

台式高速离心机：TG16-WS型，湖南湘仪试验室仪器开发有限公司；

紫外—可见分光光度计：UV2600A型，上海尤尼柯仪器有限公司；

全自动测色色差仪：TC-PIG型，沈阳子尊科技有限公司；

吉尔森精密移液枪：P200型，上海华运分析仪器有限公司；

电子天平：JA2003型，上海天平仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 预处理

(1) 盐渍处理：使用不同浓度(1%，2%，3%，4%，5%)的盐溶液浸泡红薯叶24 h，于60 cm×60 cm的多孔物料托盘中进行热泵干燥，测定盐渍处理后红薯叶的POD酶活性和叶绿素含量，并测定热泵干燥后红薯叶色泽、复水比及干基含水率。

(2) 超声处理：先将红薯叶于超声功率200 W下分别超声处理30，60，90，120，150 s，然后于60 cm×60 cm的多孔物料托盘中进行热泵干燥，测定超声预处理后红薯叶的POD酶活性和叶绿素含量，并测定热泵干燥后红薯叶色泽、复水比及干基含水率。

(3) 盐渍超声联合处理：红薯叶先于最适盐渍浓度下浸泡24 h，然后于超声功率200 W下分别超声处理30，60，90，120，150 s，再于60 cm×60 cm的多孔物料托盘中进行热泵干燥，测定预处理后红薯叶的POD酶活性和叶绿素含量，并测定热泵干燥后红薯叶色泽、复水比及干基含水率。

1.2.2 指标测定

(1) 过氧化物酶(POD酶)活性：称取预处理后的红薯叶0.50 g，加入10 mL磷酸缓冲液研磨成匀浆，8 000 r/min 离心25 min，收集上层清液并稀释10倍，于4 ℃冰箱保存。采用比色法测定，并按式(1)、(2)计算POD酶活性。

△OD470 nm=(OD470 nm末-OD470 nm初)/(t1-t2)，

(1)

U=△OD470 nm×V/(Vs×m)，

(2)

式中：

△OD470 nm初——反应时间内吸光值的变化；

U——过氧化物酶活性，U/g；

OD470 nm初——起始吸光值；

OD470 nm末——结束吸光值；

t1——起始时间，min；

t2——结束时间，min；

V——粗酶液总体积，mL；

Vs——测定过程中加入酶液体积，mL；

m——红薯叶样品质量，g。

(2) 叶绿素含量：称取预处理后的红薯叶0.20 g，加入石英砂，10 mL 80%丙酮研磨，定容至50 mL，分别测定663，645 nm处吸光值。按式(3)、(4)计算叶绿素含量。

G=20.7×OD645 nm+8.02×OD663 nm，

(3)

C=G×V/(m×1 000)，

(4)

式中：

G——叶绿素含量，g；

C——溶液中叶绿素浓度，mg/L；

m——红薯叶质量，g；

V——提取液体积，mL。

(3) 复水比：称取一定量干燥后的红薯叶，水中浸泡2 h，使其尽可能恢复到干燥前的状态，用滤纸吸去表面水分，称重。按式(5)计算复水比。

Rf=m1/m0，

(5)

式中：

Rf——红薯叶复水比；

m1——复水后样品质量，g；

m0——干燥后红薯叶质量，g。

(4) 色差：采用色差计测定红薯叶的明度指数(L值)、彩度指数(a值和b值)，并按式(6)计算色差值。

(6)

式中：

L*——明度；

a*、b*——色度。

(5) 干基含水率：物料测定间隔时间1 h，按式(7)计算干基含水率。

(7)

式中：

Mt——干基含水率，g/g；

mt——干燥前样品质量，g；

mg——干燥后绝干物料质量，g。

(6) 加权综合评分法：令yjmax对应100分，yjmin对应0分，则每个指标得分(yij′)为

(8)

按式(9)计算加权综合评分。

yi*=∑Wjyij′,

(9)

式中：

wj——各项指标的加权系数。

复水比得分yij′对加权综合评分yi*的贡献越大越好，色差值与干燥时间得分yij′对加权综合评分yi*的贡献越小越好，其加权系数分别为0.4，-0.3，-0.3。

1.3 数据处理

所有样品平行测定2次。采用Excel 2010软件处理数据和制表，采用Origin 2017软件绘图。

2 结果与分析

2.1 盐渍处理对红薯叶理化性质的影响

2.1.1 POD酶活性、叶绿素含量及复水比 由图1可知， POD酶活性随盐浓度的增大先降低后升高，当盐浓度为4%时活性最低，当盐浓度为1%时活性较高，可能是盐浓度的升高对POD酶活性有抑制作用。叶绿素含量随盐浓度的增加先上升后下降，当盐浓度为4%时达最大值。复水比随盐浓度的增加而上升，当盐浓度为2%复水比最大。

图1 盐渍处理对红薯叶POD酶活性、叶绿素含量

2.1.2 色差 由图2可知，随着盐浓度的增大，L值与b值呈下降趋势，a值呈上升趋势，红薯叶亮度降低，色泽变差。

图2 盐渍处理对红薯叶色差的影响

2.1.3 干基含水率 由图3可知，随着干燥的进行，红薯叶内水分不断减少，当经4%盐渍预处理后，红薯叶热泵干燥最先达到恒重，用时420 min，耗能最少；当经1%盐渍预处理后，红薯叶热泵干燥最后达到恒重，耗能最多。这可能是由于随盐浓度的升高，红薯叶内部失水逐渐增大，一定程度上加快了热泵干燥速度。

图3 盐渍处理对红薯叶干基含水率的影响

2.2 超声预处理对红薯叶理化性质的影响

2.2.1 POD酶活性、叶绿素含量及复水比 由图4可知，POD酶活性随超声处理时间的增加而上升，当超声时间为30 s时活性最低，当超声时间为150 s时活性最高。叶绿素含量随超声时间的增加先上升后下降，当超声时间为30 s时含量最低，当超声时间为120 s时含量最高。红薯叶复水比随超声时间的增加逐渐下降。

图4 超声预处理对红薯叶POD酶活性、叶绿素含量及复水比的影响

2.2.2 色差 由图5可知，随着超声时间的延长，L值和b值逐渐下降，a值先下降后上升。当超声时间为120 s时，a值最低，说明此时红薯叶的色泽较好。

图5 超声预处理对红薯叶色差的影响

2.2.3 干基含水率 由图6可知，经超声预处理120 s后，红薯叶热泵干燥最先达恒重，用时480 min，而其他各组达恒重时间差异不显著。这可能是超声预处理使红薯叶内部通道扩大，加快红薯叶内部水分扩散速度，提高热泵干燥效率，并且一定程度地改善红薯叶品质。但随着时间的增长，超声预处理对红薯叶内部结构造成一定破坏，导致红薯叶品质下降。

图6 超声预处理对红薯叶干基含水率的影响

2.3 联合预处理对红薯叶理化性质的影响

2.3.1 POD酶活性、叶绿素含量及复水比 由图7可知，经4%盐渍预处理后，当超声时间为30 s时POD酶活性最强，当超声时间为60 s时POD酶活性最弱，当超声时间为90～150 s时，POD酶活性随超声时间的延长而下降。随着超声时间的延长，叶绿素含量先下降后上升，复水比总体呈下降趋势，当超声时间为30 s时，叶绿素含量和复水比最高。

图7 联合预处理对红薯叶POD酶活性、叶绿素含量及复水比的影响

2.3.2 色差 由图8可知，经4%盐渍预处理后，当超声时间为60 s时红薯叶a值最低，b值最高，此时红薯叶色泽较好。

图8 联合预处理对红薯叶色差的影响

2.3.3 干基含水率 由图9可知，经4%盐渍预处理后，当超声时间为60 s时，红薯叶热泵干燥最先达恒重，用时420 min，耗能最少，而其他各组达恒重时间差异不显著。这可能是经盐渍预处理后，红薯叶失水，造成内部通道部分收缩，再进行超声预处理，对红薯叶内部通道造成不同程度影响。当时间较短时，超声处理使收缩的通道扩张，提高红薯叶的干燥效率，但随着超声时间的增加，红薯叶内部通道被破坏，导致红薯叶热泵干燥速率降低，品质下降。

图9 联合预处理对红薯叶干基含水率的影响

2.4 加权综合评价

由表1可知，当盐渍浓度为4%、超声预处理时间为120 s时，红薯叶热泵干燥品质较好。这可能是由于超声介质和样品之间的水分活度差会造成超声预处理样品初始含水量上升，从而导致水分从超声环境转移到产品中，降低干燥效率，延长干燥时间[21]。综上，经4%盐渍预处理后，红薯叶热泵干燥的各项理化性质优于其他条件的。

表1 预处理对红薯叶特性的影响

3 结论

以新鲜红薯叶为试验原料，考察不同预处理方式下红薯叶物化品质的变化，同时研究了新鲜红薯叶预处理方式与干燥速率之间的相关性。结果表明，经盐渍预处理的红薯叶干燥后的物化品质显著高于其他预处理的，其中4%盐溶液预处理所得产品复水比较高、叶绿素含量最高、色泽保持较好，且热泵干燥效率较高，能耗低。超声预处理对红薯叶的组织具有破坏性，导致叶绿素含量降低。试验预处理时并未对样品进行护色处理，导致红薯叶干制品色泽与新鲜样品相差较大，建议增加护色处理工序，并探讨护色剂配比、浓度及处理时间等因素对红薯叶热泵干燥品质的影响，进而提升红薯叶干制品的商业价值。