不同干燥方式对芒果果皮理化特性的影响

沈 伟，张培兰，牛俊乐，岑湘涛,*

（1.百色学院农业与食品工程学院，广西 百色533000；2.田东县滨江学校高中部，广西 百色533000）

芒果是漆树科杧果属杧果（Mangifera indicaL.）的成熟果实，素有“热带水果之王”之称。广西是我国主要芒果种植地之一[1-2]，百色是广西的芒果主要种植区[3]。芒果果皮为芒果加工过程中的副产物，往往被丢弃，这样既造成了资源的浪费又造成了环境的污染[4]。将芒果果皮制成干粉再加以利用，即能减少污染又能提高芒果营养物质利用率，而干燥是芒果果皮再利用的关键[5-7]。目前，关于芒果果皮干燥条件研究的报道较少[8-9]，比较不同干燥方式对芒果果皮理化性质和营养成分影响的研究更加少见[10-11]。本试验通过热风干燥、远红外干燥和微波干燥3种干燥处理方式对芒果果皮进行干燥处理，综合比较了不同干燥方式下芒果果皮干基含水率、干燥速率、收缩率、复水性、色泽及色素、总多酚和总黄酮含量8个理化指标的检测结果，并对以上指标进行了主成分综合分析，以期为芒果果皮深加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料供试芒果品种为台农1号，购于百色市城西农贸市场水果店，清洗干净后，取果皮。

1.1.2 仪器与设备

101-3AB型台式鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司；G80F23CN1L-SD-SO型微波炉，广东格兰仕（企业）集团有限公司；YHG-300-BS远红外快速恒温干燥箱，上海跃进中国有限公司；UV-2550紫外可见分光光度计，上海美普达仪器有限公司；BJ-100型高速多功能粉碎机，永康市展帆工贸有限公司；TG16-WS型台式（数显）低速离心机，湘仪离心机仪器有限公司；HH-4数显恒温水浴锅，江苏金坛市恒丰仪器有限公司；FA1204B电子天平，上海精科天美；SMY-2000SF型测色色差计，北京盛名扬科技开发有限公司。

1.2 方法

1.2.1 果皮干燥方法

将相同质量的芒果果皮分成3份，分别置于热风干燥箱、远红外干燥箱及微波炉中进行干燥，干燥箱温度设定为60℃，微波炉功率设定为700 W，每隔0.5 h记录芒果果皮质量，芒果果皮干燥至干基含水率≤0.05 g/g时结束干燥。平行试验3次。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 干基含水率

将处理好的芒果果皮置于干燥箱中干燥，每隔0.5 h称量果皮质量，并计算芒果果皮干基含水率。干基含水率计算公式如下：

式中：Mt为干基含水率，g/g；mt为干燥样品干燥至t时刻的质量，g；Mg表示干燥样品干物质质量，g。

1.2.2.2 干燥速率

根据试验过程中记录的干基含水率，计算芒果果皮干燥过程中的干燥速率。干燥速率计算公式如下：

式中：R为样品的干燥速率，g/（g·min）；Mt+△t为t+△t时刻的干基含水率，g/g；Mt为样品干燥t时刻的干基含水率，g/g；△t表示干燥时间差，min。

1.2.2.3 收缩率

芒果果皮的体积采用置换法进行测定，置换介质为粒径0.9～1.1 mm的小米[12]。

具体的试验操作方法为：①将少许小米放置在50 mL的烧杯中，使小米能遮住烧杯底部；②放入样品芒果皮，再向烧杯内放入一定量的小米，使芒果皮完全被小米掩埋住；③摇晃烧杯，当刻度线没有变化时记为V2；④将掩埋在烧杯中的芒果皮取出，并将粘在芒果皮上的小米抖于烧杯中；⑤摇晃烧杯，当刻度线没有变化时记为V1；⑥用量筒精准测量出V1、V2体积，每个样品进行3次平行试验。

芒果果皮体积计算公式为：

式中：V为芒果果皮体积，mL；V1为小米体积，mL；V2为小米和芒果皮体积之和，mL。

收缩率计算公式为：

式中：S为收缩率，%；V0为芒果果皮鲜样的体积，mL；Vt为芒果果皮干燥后的体积，mL。

1.2.2.4 复水率

复水率参照何玉倩等[13]的试验方法进行测定，芒果果皮总复水时间为120 min，复水期间每间隔一段时间，取出芒果果皮，滤纸吸干表面水分并称取其质量，试验开始阶段间隔时间为10 min；复水60 min后，间隔时间为20 min。果皮复水率计算公式为：

式中：R1为复水率，%；M1为复水后的质量，g；M2为干燥后的质量，g。

1.2.2.5 色度值

参照何玉倩等[13]的试验方法对芒果果皮色度值L*、a*、b*进行测定，其中L*代表明暗度，数值为0～100（0表示黑色，100表示白色）；a*代表红绿色；b*代表黄蓝色。平行测定3次

1.2.2.6 色素含量

果皮色素的提取参照冯璐等[14]的试验方法，分别取0.5 g芒果果皮置于不同离心管中，向每支离心管内分别加入95%的乙醇，料液比为1∶8（g/mL），提取3 h，然后抽滤，测定滤液在424 nm处的吸光值，以吸光值大小表示芒果果皮色素含量的高低。平行试验3次。

1.2.2.7 总多酚含量

参照赵谋明等[15]和柳伟等[16]的试验方法进行测定，以吸光值为纵坐标（y），没食子酸浓度为横坐标（x），采用没食子酸标准法测定并绘制没食子酸标准曲线，计算所得回归方程为：y=0.053 8x+0.167 3，R2=0.992。

总多酚含量的计算公式如下：

公式中：D为总多酚含量μg/g，Ai为提取液中多酚的浓度，μg/mL；Vi为总提取液体积，mL；W为样品质量，g。

1.2.2.8 总黄酮含量

参照何玉倩等[13]的试验方法，采用芦丁分光光度法进行测定。总黄酮含量的计算公式如下：

公式中：P为总黄酮含量，μg/g；c为单位体积样品的黄酮质量，μg；V为样品提取液体积，mL；n为样品提取液稀释倍数；w为样品质量，g；V1为样品测定体积，mL。

1.2.3 数据分析

采用SPSS Statistics 17软件进行主成分和差异显著性分析，采用Excel 2016进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式对芒果果皮干燥特性的影响

由图1可以看出，热风干燥、远红外干燥和微波干燥3种干燥方式对芒果果皮干基含水率和干燥速率均有不同的影响。3种干燥方式的芒果果皮干基含水率都随着干燥时间的延长而下降，下降的程度依次为微波干燥＞热风干燥＞远红外干燥，这与干燥速率的变化程度相符。从图中可以看出，芒果果皮初始干燥速率越大则干燥的程度越强，芒果果皮内的水分减少速度越快，达到干燥速率转折点的时间越短，故而干燥速率转折点对应的干基含水率越低。干燥速率的转折点又叫做第一水分临界点，物料在干燥过程中加速了水分的扩散，从而干燥速率加快，干燥时间也随之变短。远红外干燥、热风干燥和微波干燥3种干燥方式条件下干燥速率的转折点时对应的干基含水率分别2.337 8 g/g、2.189 5 g/g和1.696 6 g/g。

图1 不同干燥方式对芒果果皮干燥特性的影响Fig.1 Effects of three drying methods on drying characteristics of mango pericarp

2.2 3种干燥方式对芒果果皮收缩率的影响

由图2可知，3种干燥方式对芒果果皮收缩率均有不同影响。热风干燥后的芒果果皮收缩率最小，为27.67%；其次是微波干燥，收缩率为36.75%；而远红外干燥的收缩率最大，为44.23%，是热风干燥的1.6倍。收缩率与芒果果皮内的水分流失密切相关，不同干燥方式的工作原理不同，故芒果果皮内的水分流失方式不一样，这导致了不同的干燥方式造成芒果果皮出现不同程度的收缩。热风干燥以热空气为干燥介质，干燥物质表面的汽化导致了芒果果皮内部和表面之间存在一定的水分梯度差，芒果果皮内部的水分以汽态或液态的形式由内往外扩散，外部温度比内部温度高，内部水分不能及时均匀地扩散到芒果果皮细胞的外表面，使得芒果果皮外部细胞在高温条件下迅速形成一层干硬膜。热风干燥后的芒果果皮的大小收缩与新鲜果皮相比没有较大的变化，这是因为果皮外部细胞形成一层干硬膜，当芒果果皮内部细胞开始干燥收缩时，会出现内裂、空隙的现象，基本保持了芒果果皮原本的形状，故而收缩率最小。微波干燥下的芒果果皮水分在吸收微波后汽化，微波由内到外同时加热，迅速升温。由于在干燥过程中温度较高，芒果果皮细胞结构遭到破环，细胞结构收缩较大。远红外干燥时红外线会在干燥加热一定时间的时候辐射出来，从而转换为热能。干燥过程中，芒果果皮水分不断蒸发吸热，由于试验过程中受热不均匀，干燥初期，大量的水分停滞在果皮表面，透气性差，果皮整体软化，但随着干燥的进行，温度逐渐升高，这使得停滞在果皮表面的水分加速流失，芒果果皮表面逐渐变干，干燥初始出现软化的果皮表面开始硬化，随后出现表皮起皱，干瘪坚硬的现象，因此其收缩率相比最大。

图2 不同干燥方式对芒果果皮收缩率的影响Fig.2 Effects of three drying methods on shrinkage rate of mango pericarp

2.3 不同干燥方式法对芒果果皮复水率的影响

通过检测不同干燥方式对芒果果皮复水率的影响，可以得知不同干燥方式对芒果果皮内部细胞结构的破坏程度。由图3可知，远红外干燥的复水率最高，其次是热风干燥，微波干燥的复水率最低。微波干燥中由于微波由内到外同时加热，导致干燥物质迅速升温。干燥过程中的温度过高，干燥时间短，芒果果皮细胞结构破环相对严重，故而复水性最差。热风干燥中，由于干燥物质表面的汽化导致芒果果皮内部和表面之间存在一定的水分梯度差。外部细胞在高温条件下形成一层干硬膜，内部细胞出现空隙，细胞结构受到一定破坏，但没有微波干燥方式破坏大。远红外干燥在干燥初期，由于大量的水分停滞于芒果果皮表面，导致果皮软化，而且远红外干燥时间长，果皮水分随温度升高流失的速度慢，故果皮细胞破环程度小，因此远红外干燥的复水率最高。

图3 不同干燥方式对芒果果皮复水性的影响Fig.3 Effects of three drying methods on rehydration of mango pericarp

2.4 不同干燥方式对芒果果皮色泽的影响

干燥物质在干燥过程中受到温度的影响而发生美拉德反应导致干燥物质发生褐变。由表1可知，热风干燥后的果皮亮度（L*）与远红外干燥、微波干燥后的果皮亮度（L*）存在显著性差异（P＜0.05），而远红外干燥和微波干燥两者之间不存在显著性差异。远红外干燥后的果皮红绿值（a*）与热风干燥、微波干燥后的果皮红绿值（a*）存在显著性差异（P＜0.05），而热风干燥和微波干燥之间不存在显著性差异。热风干燥、远红外干燥和微波干燥后的芒果果皮黄蓝值（b*）均存在显著性差异（P＜0.05）。其中经过远红外干燥后的芒果果皮亮度（L*）、红绿值（a*）、黄蓝值（b*）在3种干燥处理中均为最小，即远红外干燥后的芒果果皮色泽较暗、变绿、变蓝。这是因为干燥时间长短会影响果皮色泽的变化程度，本研究供试芒果品种为台农1号，果皮为黄色，在远红外干燥中干燥时间过长，果皮长时间发生氧化引起褐变较为严重而致。由于微波干燥时间短、干燥速率快，微波干燥后的果皮红绿值（a*）和黄蓝值（b*）最大；但由于微波加热干燥过程的温度过高，这使得微波干燥后的芒果果皮亮度（L*）比热风干燥的暗。

表1 不同干燥方式对芒果果皮色泽的影响Table 1 Effects of three drying methods on color of mango pericarp

2.5 不同干燥方式对芒果果皮营养物质的影响

由表2可知，3种干燥方式处理后芒果果皮内总多酚、总黄酮和色素含量均差异显著（P＜0.05）。其中，热风干燥的总多酚含量最高，其次为微波干燥，远红外干燥的总多酚含量最低，这可能是由于远红外干燥时间过长而导致，而微波干燥过程中由于微波的影响使得干燥温度比热风干燥高，所以总多酚含量比热风低。远红外干燥的总黄酮含量最高，其次为热风干燥，微波干燥的含量最低。因为果皮内的总黄酮物质受热易分解，而微波干燥过程中温度偏高，所以微波干燥后的总黄酮含量最低。3种干燥方式处理后的果皮色素含量变化与总黄酮含量相同，即远红外干燥＞热风干燥＞微波干燥。因为果皮色素为热敏性物质，微波干燥中由于微波由内到外同时加热，干燥温度高，干燥速率快，很大程度地加快了色素的分解，所以微波干燥后的果皮色素含量最低。

表2 不同干燥方式对芒果果皮营养物质的影响Table 2 Effects of three drying methods on nutrients in mango pericarp

2.6 不同干燥方式对芒果果皮理化特性影响的主成分综合分析

由于多指标难以得到对不同干燥方式的综合评判结果，故以试验数据的平均值进行主成分分析。从表3可以看出，第1个主成分的特征值为6.062，累积方差贡献率75.776%，第2个主成分特征值为1.938，累积方差贡献率100.000%，说明这2个主成分能够代表干燥后芒果果皮的理化特性。由表4可知，第1主成分中收缩率、复水率、总多酚、总黄酮载荷较高，而L*、a*、b*值及色素载荷较低。

表3 主成分特征值与方差贡献率Table 3 Principal component eigenvalues and variance contribution rate

表4 主成分因子矩阵Table 4 Principal component factor matrix

根据因子矩阵表中的数据构建出不同干燥方式主成分得分的函数表达式：

F1、F2分别为主成分1和主成分2得分。以各主成分对应的方差贡献率为权重，得到不同干燥方式的综合得分（F0）函数表达式为：

由表5可知，不同干燥方式主成分综合得分排名为：远红外干燥＞热风干燥＞微波干燥，因此可以确定最优的干燥方式为远红外干燥。

表5 主成分分析综合得分及排序Table 5 Comprehensive scores of principal components and ranking

3 结论

本试验通过热风干燥、远红外干燥和微波干燥3种干燥方式对芒果果皮理化特性的影响进行对比，结果表明：3种干燥方式对芒果果皮理化特性的影响差异较大。3种干燥方式处理后的芒果果皮干基含水率都随着干燥时间的延长而下降，下降的程度依次为：微波干燥＞热风干燥＞远红外干燥。3种干燥方式的干燥速率按照干燥时间的长短排序为：微波干燥＜热风干燥＜远红外干燥，即微波干燥的效率最高，远红外干燥的效率最低。热风干燥后的芒果果皮收缩率最小，为27.67%；其次是微波干燥，收缩率为36.75%；而远红外干燥的收缩率最大，为44.23%，是热风干燥的1.6倍。远红外干燥的复水性最好，其次是热风干燥，而微波干燥相对来说复水性最差。

3种干燥方式处理后的芒果果皮色度值L*、a*、b*有差异。对比3种干燥后的芒果果皮营养物质发现，总多酚含量大小为：热风干燥＞微波干燥＞远红外干燥；果皮色素含量变化趋势与总黄酮含量变化相同，即远红外干燥＞热风干燥＞微波干燥。

通过对干燥芒果果皮干基含水率、干燥速率、收缩率、复水性、色泽及色素、总多酚和总黄酮含量进行主成分综合分析，结果为远红外干燥方式的主成分综合得分最高。由此说明，远红外干燥更适合芒果果皮的干燥。