预处理对火龙果热泵干燥品质的影响

李改莲，韩琭丛，张振亚，王广红，金听祥，陈刚

预处理对火龙果热泵干燥品质的影响

李改莲，韩琭丛，张振亚，王广红，金听祥，陈刚

（郑州轻工业大学 能源与动力工程学院，郑州 450002）

寻找合适的预处理方式，从而获得感官评分相对最高的干制品。以干燥速率、体积收缩率、色差、褐变度和感官评分为评价指标，分析烫漂、汽蒸、超声、渗透和冻融等5种预处理方式对火龙果热泵干燥品质的影响。所有经过预处理实验组火龙果的干燥速率和体积收缩率均大于未经预处理对照组火龙果的干燥速率和体积收缩率，其中经过冻融1次预处理的实验组火龙果的干燥速率和体积收缩率相对最大，干燥时间和体积分别减小了76.6%和93.3%；经过醋酸锌（质量分数为0.2%）渗透预处理后实验组火龙果的色差和褐变度相对最小，分别为24.893和17.225；采用模糊综合评价法所得权重集=(0.23，0.33，0.26，0.18)，在权重集的基础上计算可知，醋酸锌（质量分数为0.2%）渗透预处理实验组火龙果的感官评分相对最高，达到71.55。经过醋酸锌（质量分数为0.2%）渗透预处理后火龙果的品质相对最佳。

火龙果；预处理；热泵干燥；模糊综合评价；品质

火龙果（–）多汁味甜，含有丰富的植物性白蛋白、纤维质及高浓度天然色素花青素[1]，具有排毒护胃、防止血管硬化、美容养颜等功效[2-3]，是集水果、蔬菜、保健品于一身的营养品。随着火龙果亩产量的上升和种植规模的不断扩大，出现了火龙果成熟后因滞销而腐烂变质，小果、次果的收购率较低等问题，资源浪费较严重。

干燥是水果加工的一种常用方法，可以显著延长水果的贮藏时间，提高次果的利用率。由于热泵干燥温度较低，在干燥过程中物料表面水分的蒸发速度较慢，能较好地维持干制品原有的色泽、风味及营养成分，因此是火龙果最合适的干燥方法[4]。不过，热泵干燥耗时较长，得到的干制品存在褐变等品质劣变问题。目前，预处理方式已广泛用于果蔬的干燥，常用的预处理方式有超声波[5]、渗透[6]、冷冻[7]、烫漂[8]及多种预处理方式联合等。在热泵干燥前进行预处理可以有效解决干燥过程中产品的褐变问题，并大幅提高干燥速率[9-10]。

目前，关于火龙果预处理的研究较少，孟繁博等[11]发现，火龙果片经过超声预处理后，热风干燥速率得到提高，品质显著提升。由此，研究人员针对预处理对水果干制品品质的影响已展开了深入研究。Afjeh等[12]发现，猕猴桃脆片经干燥后的硬度和色差随着渗透液温度的增加而增大，随着渗透溶液浓度的增加，其含油率、硬度和色差逐渐减小。周頔等[13]发现，将苹果进行超声预处理后（超声波功率200 W，超声温度 35 ℃，超声时间 10 min)，真空冷冻干燥时间缩短了 22%，干制品的Vc 保留量更高、颜色更洁白。Gamboa–Santos等[14]发现，草莓经过不同超声功率（0、30、60 W）预处理后，干燥时间缩短了13%～44%。郭婷等[15]发现，在不同干燥条件下冻融大果山楂的热风干燥速率随着冻融次数的增加而增加，有效水分的扩散系数随着冻融次数的增加而增大。汤石生等[16]发现，经烫漂–护色液浸泡预处理后苹果片的复水效果和护色效果更佳、品质更好。

现有文献较少研究预处理结合热泵干燥对火龙果品质的影响，缺乏对不同预处理方法处理后所得干制品品质对比方面的研究。此外，感官评分作为一个非常重要的评价指标，易受到评估员个人喜好和其他因素的影响，从而导致评价的准确性降低[17]。模糊综合评价法综合考虑了各因素对结果的影响程度，将定性评价转化为定量评价，进而获得比较客观的感官评价结果[18]。由此，文中研究烫漂、汽蒸、超声波、渗透和冻融等5种预处理方式对火龙果热泵干燥品质的影响，并以干燥速率、体积收缩率、色差、褐变度为评价指标，结合模糊综合评价法得出相对客观的感官评分，确定最佳的预处理方式，为提高火龙果热泵干燥品质提供一定的理论参考。

1 实验

1.1 材料与试剂

实验样品选用果型大小均匀、成熟度相似、无霉变和无机械损伤的八成熟白心火龙果，并进行烘干处理。火龙果购于郑州丹尼斯超市。

主要试剂：醋酸锌（分析纯）、柠檬酸、氯化钠、壳聚糖、海藻糖（食品级），郑州利研仪器有限公司。

1.2 仪器设备

主要仪器设备：CG–05HA空气能热泵箱式一体节能烘干机，广东创陆制冷科技有限公司；DC–3010低温恒温槽，江苏天翎仪器有限公司；YS–SE26型多功能电煮锅，潮州市益鸿尚五金制品厂；YS3060型分光测色仪，深圳市三恩时科技有限公司；139型水果切片机，广州恒纳餐饮有限公司；020型超声波清洗机，深圳市超洁科技实业有限公司；FBS–750A型快速水分仪，厦门弗布斯检测设备有限公司；ES500精密电子天平，天津市德安特传感技术有限公司。

1.3 方法

1.3.1 流程

1）将火龙果清洗后去皮，切成50 mm×50 mm× 9 mm（长度×宽度×厚度）左右的薄片，并拍照。

2）测量火龙果的鲜果水分含量。

3）对火龙果进行不同的预处理。

4）将预处理后的火龙果放入热泵干燥机中干燥，设定干燥温度为60 ℃，相对湿度为20%。每隔1 h记录一次样品的质量和体积，当每组样品的质量变化小于0.2 g/h时干燥结束。

5）测定干燥成品的干燥速率、体积收缩率、色差、褐变度等。

6）选择10名感官评估员，确定因素集、评语集后，得到权重集；评估员品尝样品后分别对每组样品进行打分；通过模糊综合评价法得出每组样品的感官评分，并确定最佳预处理方式。

1.3.2 预处理方法

1）烫漂预处理。称取质量相近的5组火龙果样品，参考刘伟等[19]对蓝莓NFC果汁品质的研究，按料液比（g/mL）1∶10放入水温为80 ℃的恒温槽中，分别烫漂2、3、4、5、6 min后捞出，擦干火龙果表面的水分备用。

2）汽蒸预处理。称取质量相近的5组火龙果样品，待多功能电煮锅中的水沸腾2 min后将样品置于蒸屉上，分别汽蒸2、3、4、5、6 min后捞出，擦干火龙果表面的水分备用。

3）超声预处理。称取质量相近的5组火龙果样品，放入超声波清洗机中，分别设定超声温度为30、40、50、60、70 ℃，超声预处理10 min后捞出，擦干火龙果表面的水分备用。

4）渗透预处理。称取质量相近的5组火龙果样品，参考丁真真等[20]对苹果的研究和谷绒等[21]对淮山药的研究，按料液比（g/mL）1∶10配置壳聚糖（质量分数为2%）、海藻糖（质量分数为12%）、醋酸锌（质量分数为0.2%）、柠檬酸（质量分数为0.2%）、氯化钠（质量分数为4%）溶液，将样品浸入溶液中静置2 h后捞出，擦干火龙果表面的水分备用。

5）冻融预处理。称取质量相近的3组火龙果样品，铺在冰柜中，在−18 ℃条件下冷冻10 h，待完全冷冻后，在20 ℃条件下解冻10 h，分别重复冷冻和解冻1次、2次、3次。将解冻后的样品擦干表面水分备用。

1.4 评价标准

1.4.1 干基含水率

不同干燥时间火龙果的干基含水率按式（1）计算。

式中：M为时刻的干基含水率；m为时刻火龙果的质量；g为火龙果的绝干质量。

1.4.2 干燥速率

火龙果片的干燥速率按式（2）计算。

式中：r为干燥速率，g/(g·h)；Mdt为样品在+d时刻的干基含水率；M为样品在时刻的干基含水率。

1.4.3 体积收缩率

火龙果片的体积收缩率按式（3）计算。

式中：r为体积收缩率；V为样品在初始时刻的体积；V为样品在时刻的体积。

1.4.4 色差与褐变度

根据校准板校准色差计，将设备设置为SCI测量模式、D65光源和CIE Lab颜色空间，再用分光测色仪测量火龙果鲜果的白度0*、红绿度0*和黄蓝度0*，最后测量热泵干燥后火龙果样品的白度*、红绿度*和黄蓝度*[22]。按式（4）计算总色差Δ，按式（5）—（6）计算褐变指数BI，取5组数据的平均值。

式中：0、*为白度，表示鲜果/样品由暗到亮的趋势；0、a为红绿度，表示鲜果/样品从红到绿的趋势；0、b为黄蓝度，表示鲜果/样品从黄色到蓝色的趋势。

1.5 模糊综合评价模型的建立

参照Sallam等[23]的方法，感官评估员由10名无不良习惯且经过感官评分培训的学生组成。对产品的色泽、风味、口感、形态等4个方面进行感官评价，评估员需要在评价每组样品后漱口，最后填写感官评价表，评价期间禁止相互讨论。

模糊综合评价模型的构建过程主要包括4个步骤：建立因素集、建立评价集、确定权重集、构建模糊关系综合评价集等。因素集（）由用于评价对象的因素组成，（1，2，3，4），其中123、4分别表示色泽、风味、口感、形态。评语集（）是评价标准中各因素得分的集合，（1，2，3，4），满分为100分。123、4代表干燥火龙果的得分，分为差（25）、一般（50）、好（75）和优秀（100）等。评价标准见表1。

表1 火龙果感官评价

Tab.1 Sensory evaluation of pitaya

权重集，即各质量因素权重系数的集合，表示各指标的相对重要程度。文中=(1,2,3,4) ，其中1、2、3、4分别表示色泽、风味、口感、形态等的权重系数，且1234=1。通过统计因素集中各因素在评语集中各等级的得票数，计算各等级得票数占总人数的比例，得到火龙果感官评价的模糊关系矩阵。模糊综合评价集由式（7）得出。

式中：为权重集；为模糊关系矩阵。

2 结果与分析

2.1 不同预处理方法对火龙果干制品色差和褐变度的影响

5种预处理方式对火龙果色差和褐变度的影响见图1。由图1a可知，火龙果经过烫漂预处理后色差和褐变度的变化较小，其值在预处理时间为4 min时最小。由图1b—c可知，火龙果的色差和褐变度随着汽蒸预处理时间和超声预处理温度的增加呈现先降低后增加的趋势，当汽蒸时间为4 min、超声温度为60 ℃时，2个指标均达到最佳值。由图1d可知，使用醋酸锌（质量分数为0.2%）渗透预处理后，火龙果的色差和褐变度相对最小。由图1e可知，火龙果的色差和褐变度随着冻融次数的增加而显著增加，冻融1次所得干制品的2个指标均为最佳值。综上可知，选取经过烫漂预处理4 min、汽蒸预处理4 min、超声60 ℃预处理、醋酸锌（质量分数为0.2%）渗透预处理和冻融1次预处理后的样品进行后续试验。

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2.2 不同预处理方式对火龙果热泵干燥特性的对比分析

基于2.1节所得结论，对5种预处理方式所得火龙果干制品的各项评价指标进行对比分析。由表2可知，经过醋酸锌（质量分数为0.2%）渗透预处理后火龙果干制品的成色相对最佳。

2.2.1 干燥速率

不同预处理后火龙果片的干基含水率变化和干燥速率变化见图2—3。由图2可知，经过冻融1次预处理后的火龙果最先达到干燥标准，干燥时间缩短了约76.6%。所有经过预处理的实验组火龙果均比未经过预处理的对照组火龙果更快达到干燥标准，干燥时间缩短了30%～76.6%。这是因为经烫漂和汽蒸预处理后，在高温条件下火龙果的组织结构软化，细胞壁的通透性增加，内部水分易于外逸，干燥时间缩短。经过超声预处理后，火龙果片受到反复的拉伸和压缩，不断收缩和膨胀，内部形成了较多的微孔通道，最终形成海绵状结构[24]。当该结构效应的作用力大于物料内部微孔通道中水分的吸附作用力时，水分就容易迁移出来，干燥速率加快。渗透预处理利用细胞膜的半透性，在火龙果细胞浸入渗透液后，渗透压增大，内部结合水渗出，在无相变条件下水分快速脱除，干燥速率加快[25]。火龙果片在进行冻融预处理时，细胞组织被生成的冰晶破坏，细胞内的结合水在解冻时随之脱离，提高了水分升华的效率[26]。

2.2.2 体积收缩率

由图 4可知，在热泵干燥过程中，火龙果片的体积收缩率随着干燥时间的延长而逐渐增大，冻融预处理后火龙果的体积收缩率最大值为93.22%。所有经过预处理的实验组火龙果的体积收缩率均大于对照组的体积收缩率（78%）。在冻融预处理过程中生成的冰晶严重破坏了细胞的结构，细胞间的孔隙增大，导致热泵干燥后火龙果干制品的体积严重收缩。由于烫漂、汽蒸、超声预处理均需要加热，高温加速了火龙果组织结构的塌陷，内部细胞结构被严重破坏[27]，因此火龙果的体积收缩明显（81.24%～84.85%）。由于在渗透脱水过程中不需要加热，且没有相变发生，产品品质保持良好[25]，因此所得火龙果干制品的体积收缩率较小（80.5%）。

2.2.3 色差与褐变度

新鲜样品的*=71.894，*=−0.874，*=3.744，干燥后产品的色差和褐变度见表3。只有经过醋酸锌（质量分数为0.2%）渗透预处理后的火龙果的色差（24.893）和褐变度（17.225）同时低于无预处理的对照组火龙果的色差（26.993）和褐变度（20.513）。经过烫漂、汽蒸预处理后火龙果的非酶促反应加剧，游离的氨基化合物聚合和羰基化合物缩合，生成了棕色甚至棕黑色的大分子类黑色素，导致火龙果的褐变度明显增加[28]。由于超声（60 ℃）预处理的温度低于烫漂和汽蒸预处理，火龙果的非酶促反应进程相对较慢，所以经超声处理后火龙果的色差、褐变度均小于烫漂和汽蒸组的。在冻融过程中，会将火龙果的细胞结构严重破坏，在氧化酶的作用下将酚类物质氧化后形成了醌，醌的多聚化及它与其他物质的结合会产生黑色或褐色的色素沉淀，这样导致火龙果的褐变严重。综上可知，经过醋酸锌（质量分数为0.2%）渗透预处理后，火龙果的色差和褐变度相对最佳。

表2 不同预处理各阶段外观对比

Tab.2 Appearance comparison at different pretreatment stages

图2 火龙果干基含水率的变化情况

图3 火龙果干燥速率的变化情况

2.3 模糊综合感官评价

10 名感官评估员根据标准对影响火龙果感官评分的4个因素的打分情况见表3 。权重为（色泽0.23，风味0.33，口感0.26，形态0.18），见表4。

图4 火龙果片干燥体积收缩率曲线

10名感官评估员评估了6组样品的色泽、形态、风味、质地，统计了每个因素对应等级的得票数，评估过程同1.5节，评价结果见表5。

结果表明，13.1%的感官评估者认为火龙果的质量差，29.5%的感官评估者认为火龙果的质量一般，33.6%的感官评估者认为火龙果的质量良好，23.8%的感官评估者认为火龙果的质量优异。同样，也可以得到其他实验组的评价结果。将上述6组评价结果的值乘以评语集中对应的得分，再相加，得到实验组的最终得分，该组得分为67.025。最终感官评分结果见图5。显然，经过醋酸锌（质量分数为0.2%）渗透预处理的实验组火龙果的感官评分相对最佳（71.55）。

表3 干燥后产品色差和褐变度

Tab.3 Color difference and browning degree of dried products

表4 热泵干燥火龙果影响因素权重分布统计

Tab.4 Statistics of weight distribution of influencing factors of pitaya dried by heat pump

表5 热泵干燥火龙果感官评定票数分布

Tab.5 Distribution of sensory evaluation votes of pitaya dried by heat pump

图5 火龙果感官评分

3 结语

通过研究不同预处理方式对火龙果热泵干燥品质的影响，得到如下结论。

1）经预处理后实验组火龙果的干燥速率得到明显提升，同时其体积收缩率也明显大于未经预处理的对照组火龙果的体积收缩率。经冻融预处理1次后火龙果的干燥速率相对最快，其干燥时间减少了76.6%；体积收缩率相对最大，高达93.3%。由此可见，冻融预处理是提升火龙果的热泵干燥速率和体积收缩率的最有效的方法。

2）经过烫漂、汽蒸、冻融预处理后火龙果的色差和褐变度明显增加。经超声预处理的火龙果的色差和褐变度与对照组的相差不大。经醋酸锌（质量分数为0.2%）渗透预处理后，火龙果的色差和褐变度相对最小，分别为29.893和17.255。由此可见，使用醋酸锌（质量分数为0.2%）在常温下进行渗透预处理可有效防止火龙果的褐变。

3）通过模糊综合评价法计算得出，经过醋酸锌（质量分数为0.2%）渗透预处理的火龙果的感官评分相对最高（71.55）。

综合上述评价指标可知，经醋酸锌（质量分数为0.2%）渗透预处理并结合热泵干燥得到的火龙果干制品的品质相对最佳。

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Effect of Pretreatment on Drying Quality of Pitaya by Heat Pump

LI Gai-lian, HAN Lu-cong, ZHANG Zhen-ya, WANG Guang-hong, JIN Ting-xiang, CHEN Gang

(School of Energy and Power Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China)

The work aims to find the most suitable pretreatment method to obtain the dry products with the highest sensory score. Drying rate, volume shrinkage rate, color difference, browning degree and sensory score were taken as evaluation indexes to analyze the effects of five pretreatment methods (blanching, steaming, ultrasonic, osmotic and freeze-thaw) on the drying quality of pitaya by heat pump. The drying rate and volume shrinkage rate of all pitaya after pretreatment in experimental group were higher than those of the control group without pretreatment. The drying rate and volume shrinkage rate of the experimental group after one freeze-thaw pretreatment were the largest, and the drying time and volume were reduced by 76.6% and 93.3% respectively. After 0.2% zinc acetate osmotic pretreatment, the browning degree of the experimental group was the lowest, which was 24.893 and 17.225 respectively. The weight set obtained by the fuzzy comprehensive evaluation method was= (0.23, 0.33, 0.26, 0.18). Based on the weight set, it was calculated that the sensory score of the experimental group with 0.2% zinc acetate osmotic pretreatment was the highest, reaching 71.55. The quality of pitaya is the best after osmotic pretreatment with 0.2% zinc acetate.

pitaya; pretreatment; drying by heat pump; fuzzy comprehensive evaluation; quality

TS255.3

A

1001-3563(2022)15-0105-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.15.012

2021–12–27

国家自然科学基金青年科学基金（52106212）；河南省研究生教育创新培养基地项目（YJS2021JD05）；河南省科技攻关项目（222102320075）

李改莲（1975—），女，郑州轻工业大学副教授，主要研究方向为制冷空调设备新技术及关键部件开发。

金听祥（1976—），男，博士，郑州轻工业大学教授，主要研究方向为制冷空调设备新技术及关键部件开发。

责任编辑：彭颋