预处理方式对枸杞子热风和远红外干燥下品质的影响

罗 燕 黄晓鹏 李声元 岳元满 万芳新

(甘肃农业大学 机电工程学院，兰州 730070)

宁夏枸杞(LyciumbarbarumL.)为茄科多年生落叶小灌木，其果实长1～2 cm，俗名枸杞子或杞子[1]。枸杞子为明亮的橙红色椭球浆果，有悠久的药用和食用传统，主要分布于我国宁夏回族自治区、甘肃省和青海省等地。枸杞子有滋补肝肾，益精明目的功效[2]。现代科学研究发现，枸杞子体内富含的枸杞多糖、总酚和总黄酮等具有多种药理活性，其中枸杞多糖可调节人体免疫力,酚类化合物可改善由糖尿病引起的肾病，黄酮类物质有助于防治糖尿病、高血压，治疗心血管疾病及延迟衰老等[2]。此外，枸杞子果实中的抗氧化性物质有助于减轻氧化应激等引起的心血管功能障碍和癌症等各种类型的疾病[3-5]。

成熟的新鲜枸杞子含水率在 80%左右，常温放置2～3 d会发生腐败变质现象。在所有延长贮藏期的方法中，干燥是最广泛且最有效的一种，同时可以很大程度地保存有效成分，减少因微生物侵染导致的变质反应[6]。目前，宁夏回族自治区中宁县近90%农户为节约加工成本采用自然晾晒(Nature-drying，ND)方式干燥枸杞子[7]，但此法耗时长，干燥品质极不稳定。热风干燥(Hot-air drying，HAD)是以热空气为干燥介质，与物料间通过传热传质，使物料内部水分蒸发的过程。Sehrawat等[8]研究含水率较高的芒果时发现，HAD能更好地改善芒果外观品质。HAD虽然操作简单、经济有效，但单一的HAD易引起非酶褐变反应，导致感官评分下降和功能性成分损失等问题[9-10]。赵丹丹等[11]研究了枸杞子的热风动力学特性，发现50 ℃下，经碱液处理后的枸杞子干制品色泽及功能性成分保留率较高，这为枸杞子HAD的预处理提供了参考。

远红外干燥(Far-infrared drying，FID)是一种通过红外辐射将分子振动转化为热量的干燥方式，其干燥效率高，产品质量好，在食品加工中相比HAD有显著的优势[6，12-13]。目前在香菇[14]和生姜[15]等农产品的加工中应用较为广泛，效果显著。功能性成分流失及感官评分低是干制过程中的主要问题。已有研究证实，这些问题可以通过传统的手段加以控制，如超声[16]和热烫[21]预处理可加快干燥速率、低浓度蔗糖渗透可改善物料色泽、增强组织结构[17-20]。

目前，针对不同预处理技术和不同干制方法下的枸杞子品质指标和风味的研究鲜有报道。本研究以枸杞子为研究对象，干燥前分别对其进行超声、渗透、热烫、超声+渗透和超声+热烫预处理，分析干制后的有效成分、分析微观结构并进行感官评价，同时与自然晾晒组对比，旨在探讨不同预处理方式后再经HAD和FID对枸杞子有效成分、感官评价和微观结构的影响，以期为改善枸杞干制品品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试枸杞品种为‘宁杞5号’，2020年7月上旬采摘自甘肃省白银市靖远县东升镇新寨村。采后置于4 ℃恒温恒湿箱保藏备用。

1.2 湿基含水率测定

利用HKSF-2型快速水分仪(无锡华科仪器仪表有限公司，精度±0.1%)对新鲜枸杞子进行含水率测定，测得枸杞子含水率为79.5%。

1.3 预处理和干燥

1.3.1样品预处理

称取新鲜枸杞子100 g，为避免枸杞子果实表皮致密的蜡质层影响试验效果，预处理前参考赵丹丹等[11]的方法先用3%Na2CO3溶液处理5 min，去除果皮蜡质层；参照文献[13，18，22，24]及预试验效果，以自然晾晒(ND)为对照，制定枸杞子的热风干燥(HAD)和远红外干燥(FID)前不同预处理试验方案，见表1。

1.3.2干燥试验

试验组：将预处理后的枸杞子均匀铺于有孔托盘中，分别进行HAD和FID试验。为降低枸杞子褐变率，调节干燥箱温度至50 ℃，干燥过程中每隔1 h取出样品进行称重，根据2015版《中华人民共和国药典》[23]，直至样品水分<13%时结束干燥。

对照组：将新鲜枸杞子平铺于室外干燥通风处，每隔1 d翻动1次，直至样品水分<13%时结束晾晒。

1.4 提取液制备

分别称取不同干制条件下的枸杞子干样0.5 g(精确到±0.001 g)，加少量液氮，速冻后研碎，按料液比(m/V)为1∶4加20 mL 70%乙醇溶解，置于50 mL具塞三角瓶中，在室温、黑暗、120 r/min旋转振荡提取4 d；取出溶液后于离心机中离心10 min，离心机参数：4 ℃、5 000 r/min；上清液用70%乙醇定容至20 mL，于4 ℃冰箱保存备用，用于多糖、总酚、总黄酮和抗氧化能力组分测定与分析。

1.5 多糖含量测定

枸杞多糖中多为可溶性糖，是枸杞子中主要的功能性成分。枸杞多糖的测定参考Dubois等[25]的硫酸苯酚法。枸杞多糖的含量以蔗糖为标准品标定，计算公式为：

表1 试验方案Table 1 Experimental scheme

(1)

式中：C，可溶性糖质量浓度，mg/mL；V1，用于测定的提取液的体积，mL；V2，提取液的总体积，mL；M，枸杞子干样的重量，g。

1.6 总酚含量测定

总酚含量(TPC)以没食子酸(Gallic acid, GAE)为标准品标定。测定方法采用福林酚(Folin-Ciocalteu)试剂法[26]。

样品中总酚含量的计算公式如下：

(2)

式中：C，没食子酸质量浓度，mg/mL；V1，用于测定的提取液的体积，mL；V2，提取液的总体积，mL；M，枸杞子干样的重量，g。

1.7 总黄酮含量测定

总黄酮的测定：采用NaNO2-Al(NO2)3-NaOH法测定，测定方法参考Lay等[27]。计算公式如下：

(3)

式中：C，儿茶素质量浓度，mg/ml；V1，用于测定的提取液的体积，ml；V2，提取液的总体积，mL；M，枸杞子干样的重量，g。

1.8 抗氧化能力测定

抗氧化能力的测定参照葛莉等[28]的方法，采用应用广泛的1,1-二苯基-2苦基肼(1,1-dipheny-2-picrylhydrazyl, DPPH)法测定。计算方法如下：

(4)

式中：A, 所测样品OD值;A0，参比对照的OD值。

1.9 色泽测定

采用CR-410型色差仪(日本柯尼卡美能达公司)对不同干燥方式下枸杞子干制品的明度(L*)、红绿度(a*)和黄蓝度(b*)进行检测。为保证检测的准确性，每组随机检测5个干样取平均值。以总色差(ΔE*)代表被测样品与鲜样色泽的差异，计算公式如下：

(5)

1.10 感官评价

感官评价参考国家标准(GB/T 13868—1992)[29]进行，评定小组成员5名，评分前均经过专业培训，品评者根据枸杞子干果的表观及口感，分别对不同预处理条件和干燥方式下的干果进行评分，最终结果取平均值。具体评分标准及评分值，见表2。

表2 枸杞子干果感官评价标准Table 2 Sensory scoring criteria of dry fruits of L. barbarum

1.11 微观结构分析

切取枸杞子表皮粘贴于样品盘中，喷金60 s后置于扫描电镜中观察表皮的微观结构。

1.12 数据统计分析

用SPSS 23.0和WPS 2019软件对试验数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同干制方式下枸杞子多糖含量分析

由表3可知，HAD和FID下的多糖含量(Polysaccharide content，PC)分别为785.932和793.841 mg/g，相比ND平均可提高97.1%。这主要是由于HAD和FID可显著缩短枸杞子干制品的干燥耗时，大幅降低干燥过程中PC的损耗。不同预处理方式对枸杞子HAD和FID中PC的影响有所不同。其中，在FID中，与单纯FID相比超声+渗透预处理可显著提升FID下24.9%的PC保留率，显著性最高，但在HAD下，超声+渗透预处理的PC仅416.972 mg/g，PC反而降低88.5%。这主要是由于HAD会破坏枸杞子表面的组织结构，而远红外辐射对超声波在枸杞子表面形成的微孔的损伤较小，促进了渗透溶液中蔗糖小分子的进入，从而使PC显著提升。渗透预处理在HAD和FID中，相比无预处理干燥，可分别提高PC 3.6%和8.9%；超声和热烫预处理均对HAD和FID后的干制品的PC起抑制作用。

表3 不同干制方式下的枸杞多糖含量Table 3 The content of L. barbarum polysaccharides under different drying methods

2.2 不同干制方式下枸杞子总酚含量分析

HAD、FID和ND处理的枸杞子到达安全含水率所用时间依次为10.2、12.5和72.0 h。由表4可知，各处理枸杞子中总酚含量(Total phenols content, TPC)的高低依次为：HAD>FID>ND。干燥耗时越长，酚类化合物的降解越多[30]。

此外，与ND相比，HAD和FID可分别提高TPC的 2.15和1.55倍。这是由于热处理会破环共价键，从而释放出如黄酮和酚类等抗氧化剂，使得总酚和黄酮等含量显著高于ND，同时酚醛前体会在FID过程中通过非酶反应转为新的酚类化合物，也会增加TPC[30]。HAD中，经超声预处理下的TPC达9.937 mg/g，分别高出渗透、热烫、超声+渗透及超声+热烫组21.1%、16.9%、25.7%和34.3%，这主要得益于超声波处理提高了干燥效率；而渗透处理相反会抑制水分扩散，降低干燥效率；热烫预处理会损伤细胞结构，促进酚类物质氧化。在FID中，相比无预处理的FID，超声预处理并没有增加TPC[31]，但渗透和热烫预处理可分别提高7.0%和4.0%的TPC，说明在FID中渗透和热烫预处理可增加TPC，且效果优于超声预处理。

表4 不同干制方式下的枸杞子总酚含量Table 4 Total phenols content of L. barbarum under different drying methods

2.3 不同干制方式下枸杞子总黄酮含量分析

由表5可知，在总黄酮含量(Total flavonoids content，TFC)保留率上，HAD为1.607 mg/g，分别高出ND和FID处理 25.4%和22.1%，说明HAD更有利于枸杞子黄酮类化合物的保留。5种预处理方式对HAD下TFC的影响均较为显著，其中超声、渗透和热烫预处理对提高TFC有促进作用，比无预处理HAD分别高出12.16%、10.78%和10.06%。这是由于超声和热烫缩短了干燥时间，降低干燥过程中TFC的损失，而渗透预处理中的大量蔗糖小分子进入细胞内部，减弱了酮类化合物的氧化降解作用。FID处理，超声、超声+热烫预处理下总黄酮损失率较高，且与其他3组差异显著，分别为47.28%和17.36%，说明超声波的空化效应会破坏黄酮类化合物的结构导致枸杞子中TFC降低[32-33]。

表5 不同干制方式下的枸杞子总黄酮含量Table 5 Total flavonoids content of L. barbarum under different drying methods

2.4 不同干制方式下枸杞子抗氧化能力分析

从表6可知，无预处理的HAD下枸杞子干果的抑制率，达到47.565%，分别高出无预处理的FID和ND 27.3%和116.1%。这是由于热处理会使枸杞子中的氧化酶失活，防止酚降解从而产生更高的抑制率[34]；同时，HAD耗时短，有效降低干燥过程中黄酮、酚类等抗氧化剂的降解，也说明相比酚醛前体在FID过程中通过非酶反应释放了抗氧化剂，热风处理的效果更显著。5种预处理方式对HAD下的抗氧化能力均有抑制作用，且超声+渗透组抑制效果最显著，比无预处理的HAD下的抑制率降低18.81%；FID中，超声预处理后的抑制率仅24.312%，对抗氧化物抑制率较高，说明超声波会导致枸杞子中抗氧化能力降低[6，31]，而超声+渗透预处理对抗氧化物抑制率较低，说明渗透预处理可相对减缓超声波的副作用。

表6 不同干制方式下的枸杞子抗氧化性Table 6 Antioxidant capacity of L. barbarum under different drying methods

2.5 不同干燥方式下的枸杞子色泽分析

如表7所示，总色差ΔE*值与干燥方式有关，ΔE*值越小，表明干制品表观品质越好。枸杞子鲜样的L*、a*和b*值分别是39.480、41.941和26.310。不同干制方式中，ND的色差值均与鲜样较接近，而HAD和FID的a*值在37.042～39.774、b*值在17.901～322.552，均低于鲜样。同时，FID后的L*普遍偏低，表明远红外辐射会降低干制品的亮度。与FID相比，ND和HAD下的干制品ΔE*值较小，表明2种干制方式下的干制品与鲜样的色度较接近。5种预处理方式均有助于提升HAD下的干制品L*值，其中超声+渗透预处理下的L*值最接近鲜样，超声预处理下的ΔE*值最小，色泽度最好，此外，超声+渗透预处理在FID下的色泽也最接近鲜样，这是由于超声预处理可大幅降低干制时间，减少酚类化合物等的降解，并降低酶促褐变。

表7 不同干制方式下的枸杞子色泽变化Table 7 Change of the color of L. barbarum under different drying methods

2.6 不同干制方式下枸杞子感官评价及干燥时间分析

由表8可知，ND和HAD的干制品质地相对较硬，FID的干制品质地普遍较软。这与干制时间有关，干制时间越长，干制品质地越硬，ND的干制时长分别是HAD和FID的7.58和5.22倍。此外，由于HAD会损伤表皮组织结构，水分蒸发过快影响感官质地，而远红外辐射干燥时，水分扩散过程较缓慢，对表皮结构几乎无损伤。

5种不同预处理方式中，热烫预处理后干制品的表皮规整，果香明显，可显著缩短干燥时间，其次是超声预处理，可分别缩短HAD和FID 40.1%和29.0%的干制时间。这是由于超声波的空化效应及机械效应会在物料表层形成较多微孔，增加水分扩散通道。但在加快水分扩散的同时也带走了枸杞子体内易挥发的风味物质，使部分果香散失。渗透预处理后果味保留度较好但干燥时间过长，干燥效率较差，相比超声和热处理，水分降低较缓慢。同时大量蔗糖小分子进入细胞内部间接抑制了果味的散失。此外，试验结果也表明，果香除超声波的空化效应会加速散失外，也受干制时间的长短影响。

表8 不同干制方式下的枸杞子感官评价及干燥时间Table 8 Sensory evaluation and drying time of L. barbarum under different drying methods

2.7 不同干制方式下枸杞子微观结构分析

如图1所示，5种不同的预处理方式中，超声预处理后的表皮组织形态无显著差异，但表面出现了气泡碎屑，这是由于超声波的机械效应和空化效应作用于枸杞子干果表面形成的；渗透预处理最显著的特点就在于表面附着一层“胶状体”，这是未渗入枸杞子细胞内部的蔗糖小分子吸附于表面造成的；相比鲜样，热烫预处理中的枸杞子表皮组织有轻微塌陷，且表皮较硬；与超声+渗透预处理相比，超声+热烫预处理中表皮组织间出现大量不规则“裂缝”，这是由超声与热烫的物理作用造成的，说明超声+热烫组下枸杞子的表皮组织损坏严重，干制品表皮结构较差。此外，超声+渗透预处理和渗透预处理中的表皮组织结构更为光滑，这是因为渗透处理中的低浓度蔗糖可减弱枸杞子干燥过程中由于失水过快导致的“含水率应力”和“残余应力”，有增强表皮组织结构的作用。

3 讨 论

功能性成分保留率的高低是评判枸杞子干制品品质好坏的必要指标。枸杞子中的功能性成分主要有枸杞多糖、总酚、总黄酮和抗氧化物质等，鉴于枸杞子中的酚类、黄酮类化合物等多种功能性成分的含量会受加工过程中的氧化酶及水解酶影响[6]，本试验均在≤50 ℃进行，该温度段内枸杞子中氧化酶、多酚氧化酶和过氧化酶活性较低，可减少酚类化合物的降解。

本试验中，HAD、FID和ND的干制时间与总酚含量成反比，说明枸杞子中的酚类化合物会受氧化反应及干燥过程的影响[6]。5种预处理方式中，超声预处理对枸杞多糖有抑制作用，同时也会抑制FID处理的总黄酮含量，干制品果香较弱，但对HAD处理的总酚和总黄酮含量均有显著的增加；渗透预处理和热烫预处理对FID处理的总酚含量和HAD处理的总黄酮含量有促进作用，但渗透预处理干制时间较长，同时有助于促进多糖含量的提取，而热烫预处理干制耗时短、干制品感官评分较高，但会抑制多糖保留率，有效成分保留率也相对较弱；超声+渗透预处理会降低HAD下的抗氧化能力，但干制品多糖含量较高，其他有效成分的保留率及感官评分较高。

图1 不同干制方式下枸杞子表皮的微观结构图Fig.1 Microstructure of L. barbarum epidermis under different drying methods

色泽是衡量枸杞子成熟度和损伤度的重要指标，色泽度的变化在一定程度上可反映加工前后其表观品质的好坏。总色差ΔE*是干制品表观品质优劣最直接的表现形式。5种预处理方式均有助于提升枸杞子色泽度，再经HAD和FID后果皮颜色偏暗，这是由于热风和远红外的鼓风加热循环使枸杞子与氧气接触，高温时形成了大量醌类物质，进一步氧化形成的黑色素使物料颜色加深[35]。HAD中的超声预处理及FID中的超声+渗透预处理中的ΔE*值最小，色泽最好。在干燥效率方面，HAD可显著缩短枸杞子干燥周期，所得干制品的L*值较高，同时可有效提高多糖、总酚和黄酮类化合物等功能性成分的保留率；FID下枸杞子的干燥周期为13.8 h，可节约ND 80.83%的干制时间，干制品色泽偏暗，能有效提高枸杞子干制品的感官评分，多糖、总酚、总黄酮含量及抗氧化抑制率分别为793.841 mg/g、7.278 mg/g、1.316 mg/g和37.357%，略低于HAD。

通常，细胞过度脱水及细胞结构变形均与干燥过程中因细胞应力所导致的细胞崩塌有关[36]。与表皮面光滑、细胞结构排列规整的新鲜枸杞子相比，ND无显著差异，证明干燥周期越长，细胞所受应力越小；与HAD样品相比，FID样品形态结构完整，表皮组织规则无碎屑，整体上优于ND和HAD；这是由于红外辐射干燥的传热传质方向一致，枸杞子表面细胞所受结构应力较小，皱缩变形小。不同预处理方式中，超声预处理不会破坏干制品表皮组织形态，但表面有明显的空化气泡；热烫预处理可使干制品表皮组织结构平整；超声+热烫预处理对表皮组织结构破坏较大，干制品感官评分较低；渗透预处理和超声+渗透预处理下干制品表组织结构完整，附着的“胶状体”可很好的保护干制品表皮组织结构及内部营养物质。

4 结 论

通过检测枸杞子在不同干燥方式及不同预处理方式下的各项品质指标，探究并对比分析各项处理方式下枸杞子品质的差异情况。结果表明，单独的热风干燥(HAD)整体上在干燥效率、功能性成分的保留率上优于远红外干燥(FID)，但表观品质较差且感官评分较低；5种不同预处理方式中超声预处理有助于提升枸杞子色泽度，渗透预处理下功能性成分保留率最好，热烫预处理能有效提高干制效率，超声+热烫预处理下色泽度较好，超声+渗透预处理干制品整体品质较好。综合考虑，超声+渗透预处理下的远红外干燥(FID)中枸杞子有效成分最多、色泽较好且感官评分较高，最适宜枸杞子的干制加工。