不同干燥方式对茄子理化性质的影响

岳天义，杨萍，许青莲，易如梦，邢亚阁*，毕秀芳，郑发英

（1.西华大学食品与生物工程学院/川渝共建特色食品重庆市重点实验室，四川 成都 610039；2.宜宾西华大学研究院食品非热技术重点实验室，四川 宜宾 644000）

茄子（Solanum melongena L.）是茄科茄属植物。在全世界均有分布，但中国茄子的栽培面积最大，总产量最高[1]。茄子含有丰富的膳食纤维，因富含抗坏血酸、多酚类和黄酮类等物质，所以具有较强的抗氧化能力[2]。但是新鲜茄子含水率较高、季节性强、不易保存、易腐烂、脱水等，所以在茄子收获后，对其进行及时加工处理是减少经济损失的重要方式。

关于果蔬干燥的报道很多，但关于茄子干燥的相关研究鲜有报道。本文以微观结构、抗氧化活性、总酚、总黄酮各项理化指标并结合电子鼻技术来评价干燥效果，研究不同干燥工艺：热风干燥（hot-air drying，HD）、微波干燥（microwave drying，MD）、真空干燥（vacuum drying，VD）、真空微波干燥（vacuum microwave drying，VMD）和真空冷冻干燥（vacuum freeze drying，VFD）对茄子理化性质的影响，以期为茄子的加工及应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

选取大小、颜色均匀，无机械损伤、无病虫害、成熟度一致的茄子，长14 cm～18 cm、直径6 cm～8 cm、质量（300±2）g、水分含量（98.72±0.46）%，保存于（4±1）℃冻库中。

1.1.2 试剂

甲醇、乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、碳酸钠、醋酸缓冲液、三氯化铁、三吡啶基三嗪（tripyridyltriazine，TPTZ）、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、2，2'-联氨-双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二铵盐[2，2'-azinobis-（3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate），ABTS]、6-羟基-2，5，7，8-四甲基色烷-2-羧酸（Trolox）、芦丁标准品、福林酚、没食子酸标准品、过硫酸钾：成都科龙有限公司。其他化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

鼓风干燥箱（BPG-9240A）：上海一恒科技有限公司；微波炉（EM7KCGW3-NR）：广东美的厨房电器制造有限公司；真空干燥箱（BZF-50）：上海博迅实业有限公司；真空微波干燥箱（JDH-3GZ）：广州永泽微波能有限公司；真空冷冻干燥机（FDU-1200）、旋转蒸发器（OSB-2200）：上海爱郎仪器有限公司；超低温冰箱（ULTS1368）：赛默飞世尔（苏州）仪器有限公司；紫外可见分光光度计（UV2400）：上海舜宇恒平科学仪器有限公司；精密色差仪（WF-32）：深圳市威福光电科技有限公司；电子鼻（PEN3）：青岛埃尔森斯科技有限公司；扫描电镜（COXEM EM-30AX）：北京欧波同光学技术有限公司。

1.3 干燥处理

将茄子切分为高5 mm、直径约为3 cm的茄片，采用以下5种干燥方式对茄片进行干燥，直至干基含水率低于10%。每种干燥方式至少试验3次。

热风干燥：将茄片置于70℃恒温热风干燥箱中进行干燥，干燥终点的实际干基含水率为9.93%，干燥时间约为7.00 h。

微波干燥：将茄片置于微波炉并以350 W的功率进行干燥处理，干燥终点的实际干基含水率为9.99%，干燥时间约为0.20 h。

真空干燥：将茄片置于真空干燥箱内，在70℃、真空度≤-0.09 MPa条件下进行干燥，干燥终点的实际干基含水率为9.86%，干燥时间约为38.00 h。

真空微波干燥：将茄片置于真空微波干燥箱的托盘上，以1 kW的功率进行干燥，干燥终点的实际干基含水率为10.08%，干燥时间约为0.30 h。

真空冷冻干燥：先将茄片放于超低温冰箱预冷12 h，然后置于真空冷冻干燥机内，在（-48±2）℃和（40±4）Pa的冷阱条件下持续干燥约42.00 h，干燥终点的实际干基含水率为10.11%。

1.4 试验方法

1.4.1 色差的测定

干燥茄片色差的测定参考Xu等[3]的方法，稍作修改。将不同干燥处理的茄子研磨成粉末，用精密色差仪进行色差测定，色差公式计算如下。

式中：L0*、a0*、b0*为新鲜茄子匀浆的亮度值、红绿值、黄蓝值；L*、a*、b*为干燥处理茄子粉末的亮度值、红绿值、黄蓝值；ΔE为干燥茄子样品与新鲜茄子样品的色差值。

1.4.2 微观结构观察

不同干燥方式茄子的微观结构观察参考Bao等[4]的方法。将干燥后的茄片切成3 mm×3 mm×3 mm小块后，固定在扫描电镜的载体上。真空条件下用离子溅射镀膜机镀金4 min～5 min，在3.0 kV加速电压高真空模式下用扫描电镜观察样品。分别用100×、500×、1 000×、2 000×的放大倍数对样品进行观察，以确定其表面特征。

1.4.3 总酚与总黄酮的测定

干燥样品总酚含量和总黄酮含量测定的前处理根据Xu等[3]的方法进行。将1.0 g茄粉置于40 mL 90%甲醇溶液中，40℃下超声辅助提取30 min，静置0.5 h后10 000 r/min离心15 min，将上清液转移到100 mL烧杯中，所剩残渣用上述方法再次提取。将2次所得上清液合并，旋转蒸发器50℃条件下除去甲醇，用蒸馏水将所得浓缩提取物稀释至10 mL，4℃保存备用。

总黄酮的测定参考Chumroenphat等[5]的方法，稍作修改。利用分光光度法在510 nm处进行测定，结果以芦丁当量表示：mg RE/g DW。芦丁标准曲线方程为y=0.212 1x+0.012 3，R2=0.999 3。总酚的测定参考Siriamornpun等[6]的方法，稍作修改。利用分光光度法在760nm处进行测定，结果表示为没食子酸当量（mg GAE/mg DW），没食子酸标准曲线方程为y=0.853 4x+0.014 6，R2=0.998 6。

1.4.4 抗氧化性能力的测定

1.4.4.1 DPPH自由基清除能力测定

参考Tomczyk等[7]的方法，并作适当修改，将各干燥处理的茄子研磨成粉末后，用蒸馏水稀释为1.0mg/mL，然后将2 mL稀释液与2 mL 0.2 mmol/L DPPH混合。以等量的无水乙醇代替DPPH溶液制备对照1，以等量的无水乙醇代替样品稀释液制备样品对照2。将反应混合物（各干燥处理的茄子样品、对照1和对照2）室温25℃避光30 min，在517 nm处测定吸光度，用乙醇调零。以Trolox为阳性对照，结果以Trolox当量表示（mmol TEAC/g DW）。DPPH自由基清除率计算公式如下。

式中：Ai为样品的吸光度；Aj为对照1的吸光度；A0为对照2的吸光度。

1.4.4.2 铁离子还原能力（ferric reducing ability of plasma，FRAP）测定

参考慕钰文等[8]的方法并稍作修改。FRAP试剂由100 mL醋酸缓冲液（0.3 moL/L、pH3.6）、10 mL TPTZ溶液（溶于10 mL 40 mmoL/L HCl中）、10 mL 20 mmoL/L三氯化铁混合而成，现配现用。取稀释液200 μL，加入4.8 mL FRAP试剂，混匀后37℃水浴30 min，于595 nm处测定吸光度。硫酸亚铁溶液标准曲线为y=0.953 6x－0.060 0（R2=0.991 9）。结果以亚铁离子等效抗氧化能力表示（mg FeSO4/g DW）。

1.4.4.3 ABTS+自由基清除能力测定

参考Jorjong等[9]和唐文文等[10]的方法进行测定，稍作修改。制备ABTS+自由基工作液（5 mL 7.0 mmol/L ABTS溶液与5 mL 2.45 mmol/L过硫酸钾溶液混匀，室温25℃避光静置12 h），使其在734 nm处吸光度为0.7。将0.8 mL稀释液加入到3.2 mL ABTS工作液中，涡旋混合，室温25℃保持0.5 h后，于734 nm处测定吸光度，样品重复检测3次。结果以Trolox等价氧化能力（mmol TEAC/g DW）表示。

1.4.4.4 羟基自由基清除能力的测定

根据李晓娟等[11]的方法，稍作修改。取样品稀释液1 mL，依次分别加入1 mL 9 mmol/L水杨酸-乙醇溶液、1 mL 9 mmol/L FeSO4溶液、1 mL 8.8 mmol/L H2O2溶液，混匀，37℃水浴恒温15 min后在510 nm处测定吸光度，以VC为阳性对照。羟基自由基清除能力计算公式如下。

式中：A0、Ax、Axo分别为样品的蒸馏水、样品提取液和对照物的吸光度。

1.4.5 电子鼻分析

根据Feng等[12]和Zhang等[13]的方法，使用1种带有10种不同金属氧化物半导体（main olfactory sys-tem，MOS）传感器的电子鼻进行测试。将3.00 g经不同干燥方式的茄子研磨成粉，放入20 mL顶空小瓶中并用保鲜膜密封，40℃下水浴20 min。测试条件：泵流速150 mL/min、测定时间 180 s、冲洗时间 120 s。

1.5 数据分析

每个试验做3次平行，结果用平均值±标准差表示，采用SPSS 21.0软件进行显著性分析（Duncan法），采用Origin 2017进行绘图。

2 结果与分析

2.1 干燥方式对茄子色差的影响

颜色是评价果蔬干燥质量的指标之一，同时也影响着消费者的接受度和产品的市场价值。不同干燥方式对茄子色差的影响见表1。

由表1可知，不同干燥方式对茄子色差有明显的影响。相较于新鲜茄子，除HD组a*值外，经干燥处理后茄子的L*值、a*值、b*值均与新鲜茄子样品有显著性差异（P<0.05）。除MD外，经干燥处理的茄子均具有较高的L*值；VD与VFD样品的a*值低于新鲜茄子，HD、MD、VMD的样品的a*值高于新鲜茄子；除MD样品外，其余干燥方式所得茄子的b*值均高于新鲜茄子样品。

表1 不同干燥方式对茄子色差的影响Table 1 Effects of different drying methods on color parameters of eggplant

对表1进行分析后，发现此结果可能是干燥导致了H+浓度的增加及茄子体系水分的减少，进而使得色素的浓度变大所导致[14-15]。其中，VFD干燥所得茄子的△E值最高，为6.72，说明该样品与新鲜样品的差异最大。其次是VD、HD、VMD和MD，其中MD样品的△E值最小，为1.74，说明样品的颜色与新鲜茄子的颜色最接近，这可能是由于MD干燥茄子耗时最短，仅为0.20 h。真空微波干燥的工作环境为低温、低氧，在这种条件下，引起颜色发生变化的酶促反应速率较低，保证了干燥茄子制品颜色的变化较小[16]。VFD由于是真空低温干燥所以耗时较长（42.00h），其在颜色方面损失较大。真空干燥为长时间（38.00 h）、高温（70℃）、低氧干燥，温度和时间的影响导致其在颜色方面表现也较差。

2.2 不同干燥方式对茄子微观结构的影响

不同干燥方式的干燥机理与干燥条件各异，因而对茄子的微观结构有不同的影响，具体结果见图1。

图1 不同干燥方式对茄子微观结构的影响Fig.1 Effects of different drying methods on microstructure of eggplant

由图1可知，不同干燥方式对茄子的微观结构有影响。VFD条件下，茄子的骨架结构在干燥过程中得到保留，这是由于在真空的作用下，水分通过升华而被除去，细胞结构保留相对完整，这与An等[17]的研究结果一致。此外，VFD所得样品的表面较为平整光滑，明显区别于其他处理组所得样品的褶皱表面，这与Huang等[18]的结果相类似。Chumroenphat等[5]报道了在任何热干燥过程中，被干燥样品内部均会形成不均匀水分和温度梯度，导致降解、变形和折叠，这解释了其他4个茄子样品（HD、MD、VD、VMD）表面出现的明显收缩和折叠现象。MD样品表面折叠、卷曲较为严重，这可能是由于微波加热是由内到外产热的过程，内部水分难以及时传递到茄子表面进行挥发，进而内部水分的积累导致细胞结构相互交联，最终导致样品表面有明显的皱缩[12]。由于微波功率密集和真空干燥条件下水分的扩散速率较高，所以VMD茄子的微观表现也较差，这些现象与An等[17]的结果相似。Bozkir[19]的研究表明，VMD柑橘片体积密度高于热风干燥的样品，这表明真空微波干燥更容易导致样品发生收缩和折叠进而导致样品表面起皱。HD和VD的干燥过程需要茄子长时间暴露在70℃下，严重破坏茄子的骨架结构，但相比VMD，表面微观相对平整。An等[17]和Huang等[18]的研究发现脱水使生姜的薄壁细胞塌陷，从而导致生姜的表面严重萎缩，分析干燥产物的微观结构和表面收缩率与水的迁移机制和外界压力的变化有关。此外，水分的流失和加热可能会导致食品细胞结构中的压力变大，细胞框架刚性降低，进而导致茄子中的细胞发生收缩、塌陷和微观结构的变化。

2.3 不同干燥方式对茄子总酚和总黄酮的影响

不同干燥方式对茄子总酚和总黄酮的影响见图2。

图2 不同干燥方式对茄子总酚和总黄酮的影响Fig.2 Effects of different drying methods on total phenols and flavonoids in eggplant

如图2所示，不同的干燥方式对茄子总酚含量和总黄酮含量的影响较大，不同处理组间的总酚和总黄酮均具有显著性差异（P<0.05）。相同的干燥终点，VFD样品总酚和总黄酮含量均为最高，分别为8.80 mg GAE/mg DW和5.74 mg RE/g DW。根据An等[17]的研究，这可能与提取效率有关，蓬松多孔、结构松散的物质结构更有利于活性成分的提取，VFD样品相比其他4种样品更符合这样的特点。此外，VFD的干燥环境为低温真空状态，在这种条件下可以有效抑制黄酮、总酚类物质的氧化和降解，使这类物质得以很好的保留[20]。

相比于VFD样品，VMD和MD样品组的总酚和总黄酮的保留量相对较高，这可能是干燥机制的原因，微波干燥具有快速产生强烈热量的特点[21]，且VMD是真空与微波相互作用，具有低温和快速传递热量等特点，确保了样品快速干燥[22]，从而得到高质量的干燥样品。Kubra等[23]观察到微波干燥可以促使干姜总酚含量增加，并解释可能是由于微波能量导致细胞成分的分解，使细胞基质中多酚类物质的释放增加。VD和HD样品的总酚和总黄酮含量相对较低，这2种干燥方式均是在高温条件下保持较长时间，导致总酚和总黄酮均损失，使得测定结果较低[20]。

2.4 不同干燥方式对茄子抗氧化能力的影响

水果和蔬菜富含抗氧化基团，作为自由基清除剂或金属螯合剂表现出抗氧化活性[24]。研究表明，水果和蔬菜的抗氧化活性可能归因于特定抗氧化基团的存在，如抗坏血酸[25]、类黄酮和多酚等[26]。本研究采用DPPH自由基、FRAP、ABTS+自由基和羟基自由基清除能力结合总黄酮、总酚含量，分析干燥方式对茄子抗氧化活性的影响。不同干燥方式所得茄子对DPPH自由基、ABTS+自由基、FRAP和羟基自由基清除能力见表2。

由表2可知，VFD样品的抗氧化活性最高，与其他各组干燥方式的样品相比，DPPH自由基清除率显著升高，为17.64%（P<0.05）；羟基自由基清除率显著升高，为209.67%（P<0.05）；ABTS+自由基清除能力显著升高，为 115.68 mmol TEAC/g DW（P<0.05）；FRAP显著升高，为255.25 mg FeSO4/g DW（P<0.05）。结合图2可以看出，采用非热干燥技术所得样品的DPPH自由基清除能力、FRAP、ABTS+自由基清除能力、羟基自由基清除能力，以及总酚、总黄酮均明显高于热能干燥方式（VMD、MD、VD和HD）所制得的茄子样品。

表2 不同干燥方式对茄子抗氧化能力的影响Table 2 Effects of different drying methods on antioxidant capacity of eggplant

本文VFD样品的抗氧化能力结果与Hamid等[27]的研究结论一致，VFD样品具有较高的抗氧化性能，这可能是由于VFD茄子样品具有最高的总酚和总黄酮含量，而多酚具有较高的氧化还原电位，可以作为还原剂、氢供体和单线态氧猝灭剂，因此VFD茄子样品具有较强的抗氧化活性。之前的研究中也报道了类似的结果，表明在干燥过程中，强烈的高温以及长时间的热处理通常会导致抗氧化活性成分的降解，进而导致抗氧化能力的严重损失[5，21，27]，因此，热干燥方式VMD、MD、HD、VD所得样品的抗氧化活性值均显著低于VFD法制得的茄子（P<0.05）。本研究表明，与长时间的真空干燥（VD）法和热风干燥（HD）法相比，非热VFD干燥技术、快速热干燥技术VMD所得的茄子样品具有更好的抗氧化能力，DPPH自由基、ABTS+自由基、羟基自由基清除能力和FRAP显著高于前者（P<0.05）。An等[17]指出，MD对样品的抗氧化性能有最不利的影响。MD和VMD的抗氧化能力低于VFD，但高于VD和HD，这可能是由于MD和VMD干燥所用时间最短的缘故。此外，HD样品的抗氧化活性最低，这可能是由于该方法需要长时间高温干燥，高氧和高气流环境使得HD样品总酚、总黄酮以及影响抗氧化能力的物质降解和损失导致，与先前的研究结果类似。而且干燥过程中的高温和长时间处理通常会导致更严重的抗氧化活性损失和活性成分的降解[14，28]。

2.5 不同干燥方式对茄子气味的影响

风味特征是影响果蔬品质的重要因素，电子鼻的主成分分析（principal component analysis，PCA）可以快速区分不同样品中的挥发性化合物。不同干燥方式对茄子气味的影响见图3。

图3 不同干燥方式对茄子气味的影响Fig.3 Principal component analysis and radar graph of the flavors of eggplants dried with different methods

由图3a可知，第一主成分贡献率（PC1）和第二主成分贡献率（PC2）分别为74.2%和13.5%，总贡献率为88.7%，超过85%，可以有效反映主成分数据。干燥的样品均在新鲜样品的左侧，说明主要成分有显著差异。另外，新鲜样品和MD样品距离较近，与其他处理组样品距离较远，说明这2个样品具有相似的气味分布。

如图3b所示，W1W（无极硫化物、萜类化合物）、W2S（醇类、醛酮类）、W1S（甲基类物质）和 W5S（氮氧化合物）传感器信号较高，为茄子主要风味类型。HD样本显示出这些物质的最低水平。除鲜茄子外，VD、VMD和VFD样品的气味性能表现最好，与新鲜茄子的气味最为接近。这与Feng等[12]的研究结果一致，表明低温和低压的结合可以使干制产品的形状、颜色和风味得到更好的保留。

3 结论

本试验研究了不同干燥工艺对茄子颜色、香气组成、总酚、总黄酮、抗氧化能力和微观结构的影响。结果表明，非热干燥技术（VFD）所得茄子具有最高的总酚含量和总黄酮含量，抗氧化性能最好，微观结构变化最小，但色差表现较差；快速干燥技术（MD和VMD）在营养物质保留及抗氧化能力及微观结构方面弱于VFD，但明显好于长时间高温干燥技术（HD和VD）。