干燥处理对圣女果抗氧化性能和微观结构的影响

展宗冰 ，宋娟，康三江，张海燕，张芳

1. 甘肃省农学会（兰州 730030）；2. 甘肃省农业科学院（兰州 730070）；3. 甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所（兰州 730070）

圣女果（Lycopersivon esculentumMill），又名樱桃番茄、小西红柿，外型美观、酸甜可口，具有抗坏血酸、烟酸、番茄碱、谷胱甘肽和矿物质等功能性成分，具有防癌、抗癌、抗老等多种保健作用，是联合国推广的“四大水果”之一[1]。随着果蔬干燥技术迅速崛起，“非油炸”圣女果具有口感酥脆、营养丰富、风味独特、绿色天然无公害、方便携带、货架期长等特点，被广泛应用在旅游、地质和边防等部门的方便食品、快餐食品和家庭调味品中。常见的圣女果干燥方法一般包括热风干燥、微波干燥、真空干燥等。

目前，诸多研究主要集中在比较多种干燥处理对圣女果理化性质的影响。徐鑫等[2]研究发现，60 ℃热风干燥的樱桃番茄营养物质保留较好，优于微波干燥和真空干燥；Gümüşay等[3]和Rizzo等[4]研究发现日晒干燥、烘箱干燥、真空干燥和冷冻干燥使番茄的硫醇、总酚、抗坏血酸和铜离子还原能力均显著降低，其中冷冻干燥番茄的抗氧化性能最好。温建荣[5]研究发现，与真空冷冻和热风干燥相比，微波真空干燥VC的保留率为82%，番茄红素的保留率为65.2%，SOD为631.37 U/g，是樱桃番茄最适宜的脱水方法。Das Purkayastha等[6]研究发现50 ℃和60 ℃热风干燥番茄切片的总糖、番茄红素、糖酸比、L值和a值均较高，其中50 ℃干燥样品的抗坏血酸、糖酸比和红色色调保持最佳，而更高温度（65 ℃和70 ℃）干燥样品的营养物质和颜色明显下降。Tan等[7]研究表明冷冻干燥对番茄切片的物理结构和多酚含量的保持效果较好，热风干燥对番茄红素的保留效果较好，而2种干燥处理对其抗氧化活性无显著差异。Shi等[8]研究发现热风干燥的加热过程中番茄红素可以异构化为单或多顺式，氧化后番茄红素分子分裂，使番茄红素失去颜色和异味。然而，针对不同干燥处理对圣女果的抗氧化性能和微观结构的影响，国内外尚缺乏系统的研究报道。

试验以新鲜的圣女果为试材，采用热风干燥、太阳能干燥和真空冷冻干燥，以抗氧化性能作为检测指标，通过扫描电镜（SEM）分析不同干燥处理圣女果的组织结构变化规律，系统研究3种干燥处理对圣女果抗氧化性能和微观结构的影响，探讨适合圣女果营养保持的干燥方法，为高品质圣女果的工业生产提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

圣女果“千禧”，产自甘肃刘家峡，挑选红色圆形、无病虫害的鲜样，去蒂切分，预处理后进行不同干燥处理制备样品，试验每组样品量1 000 g，每组3次平行。

食品级碳酸氢钠（河南华悦化工产品有限公司）；乙醇、盐酸、醋酸、氯化铝、硫酸亚铁、氢氧化钠、碳酸钠、水杨酸、六水氯化铁、过氧化氢（天津市富宇精细化工有限公司）；Trolox、2，6-二氯靛酚、TPTZ（美国Sigma生物科技有限公司）。

1.2 试验仪器与设备

DHG-9145A型电热干燥箱（上海恒一科学仪器有限公司）；太阳能干燥设备（自行研发）；Scientz-10ND原位普通型真空冷冻干燥机（宁波新芝生物科技股份有限公司）；SC69-02C型水分测定仪（上海精密科学仪器有限公司）；CR-400型色差计（日本柯尼卡公司）；UV2400紫外可见分光光度计（上海舜宇恒平科学仪器）；TGL-16LM冷冻离心机（湖南星科科学仪器有限公司）；BL-2200H电子天平（日本岛津公司）；JSM-6701F冷场发射型扫描电镜（日本电子光学公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

原料→分选→清洗→切分→热烫处理→0.2%碳酸氢钠溶液护色→冷却沥水→热风/太阳能/真空冷冻干燥→样品

1.3.2 干燥条件

1.3.2.1 热风干燥

烘箱温度设定50 ℃，水分每隔30 min测定1次，使物料干基水分低于8%。

1.3.2.2 太阳能干燥

在自建的太阳能干燥车间进行昼夜连续干燥，温度20～50 ℃，风速1 m/s，水分每隔30 min测定1次，使物料干基水分低于8%。

1.3.2.3 真空冷冻干燥

采用Scientz-10ND原位普通型真空冷冻干燥机，冷阱温度-60.8～-59.3 ℃，真空度1.0 Pa，使物料干基水分低于8%。

1.3.3 测定方法

1.3.3.1 色泽的测定

参考黄娟等[9]的方法，检测样品L*、a*和b*，平行测定5次。按式（1）计算色差ΔE值

式中：L*、a*和b*为干燥样品的色泽值；L0、a0和b0为鲜样色泽值。

1.3.3.2 抗坏血酸保留率的测定[10]

称取2 g鲜样或1 g干制品，用5 mL 2%草酸溶液研磨，定容25 mL，离心（4 ℃、10 000 r/min、15 min），吸20 mL上清液，用2，6-二氯靛酚溶液滴定至不退色。通过公式（2）计算抗坏血酸保留率。

1.3.3.3 总抗氧化能力的测定[11]

吸取20 μL稀释后的提取液（120 mg/L）、1 mL去离子水和1.8 mL FRAP溶液，于37 ℃孵化10 min，检测593 nm处的吸光度，重复3次；以Trolox为标样制作标曲计算。

1.3.3.4 羟自由基清除率的测定[12]

吸取1.5 mL样液、1 mL硫酸亚铁、1 mL水杨酸-乙醇溶液、1 mL H2O2和10.5 mL蒸馏水，于37 ℃水浴30 min，测定510 nm处的吸光度。通过公式（3）计算羟自由基清除率。

式中：Ax为加样品的吸光度；A0为空白组的吸光度；Ax0为不加H2O2的吸光度。

1.3.3.5 超氧阴离子清除率的检测[13]

吸取4.5 mL Tris-HCl缓冲液和4.2 mL蒸馏水，于25 ℃水浴20 min后，加入0.3 mL邻苯三酚，混匀，每隔30 s，测定325 nm处的吸光度。通过公式（4）计算超氧阴离子清除率。

式中：A0为邻苯三酚的自氧化速率；A为加入总酚样液后邻苯三酚的氧化速率。

1.3.3.6 微观结构

采用扫描电子显微镜观察不同干燥处理圣女果的组织形态（×200倍）。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 19.0软件进行统计分析，以及Origin 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 干燥处理对圣女果理化品质的影响

2.1.1 干燥处理对圣女果色泽的影响

从图1可以看出，真空冷冻干燥与热风干燥和太阳能干燥的样品间色泽值差异显著（p＜0.05），而热风干燥与太阳能干燥处理的样品间色泽值差异不显著（p＞0.05）。其中，真空冷冻干燥的圣女果的色泽L*值最高为52.53±0.37，a*值最高为30.78±0.52，b*值最高为18.27±0.29，ΔE值最高为21.89±0.48，表明了其色泽变浅，颜色偏向橙黄，而经热风干燥和太阳能干燥的圣女果L*、a*、b*、ΔE明显低于真空冷冻干燥的样品，ΔE最低为9.16±0.69，表明了其色泽呈红褐色，与新鲜圣女果的色泽最为接近。这可能是因为热风干燥和太阳能干燥后圣女果表面的蜡质层更加致密，色泽鲜红，而真空冷冻干燥在真空和低温条件下冰晶增大了蜡质层的通透性，样品色泽更接近果肉的橙黄[14]。

图1 干燥处理对圣女果色泽的影响

2.1.2 干燥处理对圣女果抗坏血酸保留率的影响

从图2可以看出，真空冷冻干燥与太阳能干燥、热风干燥样品的抗坏血酸保留率差异显著（p＜0.05），而热风干燥与太阳能干燥样品的抗坏血酸保留率差异不显著（p＞0.05）。真空冷冻干燥的圣女果的抗坏血酸保留率最高为85.10%±0.44%，热风干燥圣女果的类胡萝卜素保留率次之，为54.50%±0.73%，太阳能干燥的圣女果类胡萝卜素保留率最低，为52.67%± 0.58%。这可能是原料在真空条件下组织间的气体被排出，减少抗坏血酸与氧气接触的机会，降低抗坏血酸损失，提高抗坏血酸保留率，而热风干燥和太阳能干燥的原料在高温中暴露的时间越长，加速氧化作用，导致抗坏血酸损失越多，使得抗坏血酸保留率越低。结果表明，真空冷冻干燥对圣女果的抗坏血酸保留效果最好。

图2 干燥处理对圣女果抗坏血酸保留率的影响

2.2 干燥处理对圣女果抗氧化性能的影响

2.2.1 干燥处理对圣女果总抗氧化能力的影响

由图3可知，相对于鲜样，不同干燥处理均会使圣女果的总抗氧化能力显著降低（p＜0.05）。3种干燥处理对圣女果的总抗氧化能力由大到小为真空冷冻干燥（18.11±0.74）＞热风干燥（13.20±0.82）＞太阳能干燥（12.01±0.45）。与鲜样相比，经热风干燥、太阳能干燥和真空冷冻干燥处理样品的总抗氧化能力分别损失了46.39%，51.27%和26.46%，且真空冷冻干燥与太阳能干燥处理样品的总抗氧化能力差异显著（p＜0.05）。这可能是因为真空冷冻干燥是在真空和低温条件减缓了氧化反应，使得总抗氧化能力损失较小；而热风干燥和太阳能干燥过程中高温使得原料中黄酮、多酚等热敏性物质损失比较严重，降低样品的总抗氧化能力[15]。

图3 干燥处理对圣女果总抗氧化能力的影响

2.2.2 干燥处理对圣女果羟自由基清除率的影响

由图4可知，相对于鲜样，不同干燥处理均会使圣女果的羟自由基清除率显著降低（p＜0.05）。3种干燥处理羟自由基清除率由大到小为真空冷冻干燥（7.66±0.67）＞热风干燥（2.69±0.50）＞太阳能干燥（1.67±0.42）。与鲜样相比，不同干燥处理样品的羟自由基清除率分别损失了42.35%，46.27%和15.58%。其中，真空冷冻干燥与热风和太阳能干燥样品的羟自由基清除率差异显著（p＜0.05）。这可能是因为在真空和低温条件下氧化反应减缓，使得羟自由基清除率损失较小；而热风干燥和太阳能干燥由于高温促进了抗氧化物质的降解，在一定程度上降低了羟自由基清除率[16]。

图4 干燥处理对圣女果羟自由基清除率的影响

2.2.3 干燥处理对圣女果超氧阴离子清除率的影响

由图5可知，相对于鲜样，不同干燥处理均会使圣女果的超氧阴离子清除率显著降低（p＜0.05）。3种干燥处理的超氧阴离子清除率由大到小为真空冷冻干燥（76.01±0.56）＞热风干燥（49.33±0.75）＞太阳能干燥（45.31±0.63）。与鲜样相比，3种干燥处理样品的超氧阴离子清除率分别损失了7.84%，8.96%和3.73%。其中，真空冷冻干燥和热风干燥、太阳能干燥处理样品的超氧阴离子清除率差异显著（p＜ 0.05）。这可能是由于真空冷冻干燥隔绝氧气，减少氧化反应，使得超氧阴离子清除率损失较小；热风干燥与太阳能干燥由于高温促进抗氧化物质的降解，在一定程度上降低了超氧阴离子清除率[17]。

图5 干燥处理对圣女果超氧阴离子清除率的影响

2.3 干燥处理对圣女果微观结构的影响

由图6可知，不同干燥处理对圣女果细胞结构（×200倍）的影响较大。新鲜圣女果组织中的细胞结构紧密排列，而经过不同干燥处理的圣女果组织逐渐出现明显的结构形变。其中，经过热风干燥和太阳能干燥的圣女果细胞和细胞壁出现不同程度的折叠，整体结构塌陷，使得干制品结构更加紧密，导致产品酥脆口感不强，但硬度较好；然而，圣女果在真空和低温条件下，引起圣女果紧密排列的原有细胞结构虽然有一定程度的破裂与收缩，但是整体结构饱满，组织内部形成蓬松饱满的多孔构造，样品的酥脆口感更佳[18]。

图6 干燥处理对圣女果微观结构的影响

3 结论

与新鲜圣女果相比，经过热风干燥、太阳能干燥和真空冷冻干燥处理样品的色泽、抗坏血酸以及抗氧化性能均有所下降。结果表明：经过真空冷冻干燥的样品色泽变浅，偏向橙黄，偏离原色，而经过热风干燥和太阳能干燥样品接近原色；真空冷冻干燥对样品的抗坏血酸保留率最佳；3种干燥处理对圣女果抗氧化性能的影响显著，其中，经过真空冷冻干燥样品的抗氧化活性最高，经过热风干燥和太阳能干燥样品的抗氧化活性较低；经过真空冷冻干燥圣女果的细胞呈多孔的海绵状结构，收缩现象明显较小，样品酥脆口感更佳，是较适于酥脆口感的圣女果产品生产的一种干燥方式。但是，这种干燥方式的设备成本高，能耗高。如何处理产品的品质和成本之间的关系成为干燥产业的一大难题，因此，真空冷冻联合干燥是后续研究的关键技术，以期为圣女果的精深加工及高品质产品的开发提供科学依据。