微波真空与真空冷冻组合干燥对芦笋营养与品质的影响

汤梦情，陈宏伟，朱蕴兰，袁巧月，吴荔，张尔璞，马芽，吴叶

（徐州工程学院 食品（生物）工程学院，江苏省食品生物加工工程技术研究中心，江苏省食品资源开发与质量安全重点建设实验室，江苏徐州221111）

芦笋（Asparagus officinalis），又称“石刁柏”“龙须菜”，属天门冬科（Asparagaceae）芦笋属（Asparagus）多年生草本植物。芦笋营养丰富，富含多种氨基酸、蛋白质、维生素和硒、锌、铁等微量元素，有“世界十大名菜之一”和“第一抗癌果蔬”的美誉，具有控制癌细胞生长、改善代谢功能、抗疲劳、抗氧化、降血压、提高免疫力等功效，是人们所喜爱的蔬菜之一[1-3]。芦笋可供食用的是芦笋的茎，但耐贮性较差，采收后很快就会失水并发生木质化甚至腐烂，失去其食用价值。目前芦笋加工的产品主要有罐头、冷藏保鲜、速冻产品、饮料、果脯、茶、酒等[3-5]，但还存在着科技含量低、产品种类少、精深加工产业链不够完善、市场竞争力薄弱等问题。

真空冷冻干燥可以使冻干产品的外观、形状均得到最大的维持，获得品质较好的干燥产品，但因其设备复杂、保养困难、干燥时间长、效率低、高成本、高能耗等不足，限制了它的广泛应用。微波真空干燥可以使物料中水分大量吸收微波能并转化为热能，促进内部水分蒸发，强化了干燥过程，具有干燥速度快、干燥效率高等优点，但也存在着温度不均匀，导致干燥过程中产品部分过热的问题，使产品质量得不到保障[6]。

将两者结合起来可以各自发挥其优点，克服不足，提高其性价比。宋芸[7]利用先真空微波后冷冻干燥的方法干燥生产脱水蔬菜和水果，发现采用微波真空与真空冷冻组合干燥能够生产出优质的脱水果蔬，既能保持产品的色、香、味和营养，又能保持产品较好的外形和质构，同时能较大幅度地降低能耗。卜召辉等[8]研究了真空微波与真空冷冻联合干燥金针菇，结果显示联合干燥方式得到的产品可以达到真空冷冻干燥产品相同的品质，产品具有较好的复水性和稳定的色泽，VC保留率优于真空微波干燥的产品，并且极大地缩短了干燥时间、降低了加工成本。而利用微波真空和真空冷冻联合干燥芦笋的研究还很少，本文利用微波真空干燥与真空冷冻联合干燥的方法对芦笋的干燥工艺与干燥芦笋的品质进行研究，为进一步研发芦笋干制产品，提升产品质量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

绿芦笋：徐州农贸市场；所用试剂：碳酸钠、醋酸锌、醋酸铜、柠檬酸、考马斯亮蓝、醋酸、碘、硫代硫酸钠、淀粉、硫酸、苯酚、葡萄糖：均为分析纯。

1.2 仪器与设备

AIPHAL/2I型真空冷冻干燥机：德国Marin Christ公司；LRWZ-P-9型微波真空干燥机：南京磊润微波设备有限公司；HH-4型数显恒温水浴锅：常州国华电器有限公司；WFJ-756PC型紫外分光光度计：上海晨光仪器有限公司；WF30色差仪：深圳市威福光电科技公司；L550低速离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 物料预处理

选择新鲜整齐、无腐烂的芦笋，洗净切成2cm～3cm的小段，然后将芦笋经微波处理，时间分别为0、1、2、3、4、5 min，每个时间处理的样品再分别真空冷冻干燥4、8、12、16、20、24 h，然后对芦笋冻干样品进行指标测定。

1.3.3 漂烫

在90℃的热水中漂烫60 s。

1.3.4 护色

先用0.03 g/mL NaCO3浸泡芦笋40 s，然后在浓度200 mg/L Zn（CH3COO）2，50 mg/L Cu（CH3COO）2，pH 值为7.5（用0.5%柠檬酸调节pH值）的护色液中，护色8h。

1.3.5 预冻

将芦笋称重装盘后置入-23℃冰箱内冷冻12 h。

1.3.6 干燥处理

将预冻的芦笋按试验设计参数分别进行微波处理和冷冻干燥，然后测定相关指标。

1.3.7 芦笋主要指标的测定

1.3.7.1 冻干时间的测定

取冷冻干燥后芦笋测定其质量，以重量保持不变为判定冻干标准。

1.3.7.2 色泽测定

用色差仪测量其色泽变化。

1.3.7.3 复水性测定

按参考文献[9]的方法进行。将冷冻干燥的芦笋放在20℃水浴锅中，每间隔2 min取出，用吸水纸拭干表面水分后迅速称量。称重后迅速放入原容器继续水浴计时，然后继续称重，直到饱和。芦笋的复水比R复按下列公式进行计算。

式中：R复为复水比；m复为复水后的质量，g；m干为复水前的质量，g。

1.3.7.4 VC含量的测定

采用直接碘量法[10]，按文献[11]方法进行测定。根据公式计算VC含量。

式中：X为100 g复水后芦笋所含有的VC质量，g；V为滴定消耗碘标准溶液的体积，mL；V*为0.1 mg纯抗坏血酸所消耗的碘标准溶液的体积，mL。

1.3.7.5 蛋白质含量的测定

采用考马斯亮蓝法[12]。按文献[11]方法进行测定。做3次平行试验，取平均值，最后通过标准曲线计算出样品中所含有的粗蛋白含量。

计算公式：样品中蛋白质含量=（C×V）/（1000×M×V*）

式中：C为通过标准曲线计算得到的蛋白质含量，mg/mL；V 为定容的体积，mL；M 为样品质量，g；V*为待测样液体积，mL。

1.3.7.6 总糖含量测定

采用苯酚-硫酸法，按文献[11]方法进行测定。做3次平行试验，计算平均值。

结果计算：总糖的质量分数=（C×V）/（1 000×M×V*）

式中：C为通过标准曲线计算得到的糖含量，mg/mL；V 为定容的体积，mL；M 为样品质量，g；V*为待测样液体积，mL。

1.3.7.7 含菌量检测

细菌用牛肉膏-蛋白胨培养基培养，霉菌用孟加拉红培养基培养。采用稀释平板菌落计数法计数。具体测定方法按文献[11]方法进行。选取每个平板的菌落数在30 cfu～300 cfu的平板进行菌落计数。

1.4 数据分析

数据采用BIM SPPS statistics 19进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 冻干时间

试验结果如图1。

图1 不同处理方式下的干燥时间Fig.1 Drying time under different treatments

由图1可知芦笋干燥工艺中，经过微波处理后冻干时间缩短4 h～8 h，时间缩短近40%。微波处理干燥后的芦笋脱水效果更好，冷冻干燥24 h后干样的脱水率仅为89.1%，而通过微波处理后的干燥样品脱水率可达到95.4%。

纯冷冻干燥20 h后芦笋质量基本保持不变，其余5组中微波1 min后再冷冻干燥16 h、微波2 min～4 min后再冷冻干燥12 h后的芦笋样品质量保持不变。经单因素方差显分析表明，各组间、组内均有显著差异（p＜0.01）。从试验得知，微波2 min后再进行冷冻干燥12 h是芦笋脱水的最佳工艺。

2.2 芦笋色泽

以新鲜芦笋的色差仪数据（L50.00，a-4.27，b-18.04）为标样测量芦笋冻干样的色差数据如表1所示。

由表1可以看出除微波干燥1 min冻干16 h，微波干燥2、3 min后冻干20 h，微波干燥4 min后冻干20 h的样品ΔL值略升高之外，其余微波辅助冷冻的样品ΔL值都有所下降，整体上说明微波辅助冷冻的芦笋偏黑色；纯冷冻样品的ΔL值均下降，说明纯冷冻芦笋较新鲜芦笋偏黑。纯冷冻样品Δa值较微波辅助冷冻样品有较大提高，说明纯冷冻芦笋偏红。纯冷冻样品Δb值较微波辅助冷冻样品降低较多，说明纯冷冻芦笋偏蓝；不同处理组的ΔL、Δa、Δb都存在显著差异（p＜0.01）。ΔE显示微波干燥1、2 min后冻干20 h的芦笋色泽变化最小，都能维持与新鲜芦笋较为接近的色泽，以微波干燥2 min冻干20 h的芦笋色泽最优。

表1 不同干燥方式处理后芦笋干样色泽Table 1 Color of dried asparagus treated with different drying methods

2.3 芦笋复水性

6组不同干燥方式的芦笋干样放在20℃恒温水浴锅中复水，其复水比与复水时间的关系如图2。

图2 芦笋干样复水比Fig.2 Rehydration ratio of dried asparagus

从图2中可看出，2 min前几种干燥方式的复水性都比较好，复水比大幅上升，在2 min后，复水比上升比较缓慢。芦笋干样复水比大小依次排序为：纯冷冻干燥>微波2 min冷冻干燥20 h>微波3 min冷冻干燥16 h>微波1 min冷冻干燥16 h>微波4 min冷冻20 h>微波5 min冷冻16 h。试验数据经方差分析表明，各组间、组内均存在显著性差异（p＜0.01）。试验表明，纯冷冻干燥的复水比8 min可达到10.38，经微波处理2 min后再冷冻干燥的芦笋复水比略低，最高10 min达到8.9。

2.4 芦笋VC含量

不同脱水方式的芦笋VC含量测定结果如图3。

图3 干燥芦笋VC含量Fig.3 Content of vitamin C in dried asparagus

由图3可知，不同干燥工艺中纯冷冻干燥VC含量>微波3 min冷冻干燥20 h>微波2 min冷冻干燥20 h>微波5 min冷冻干燥16 h>微波干燥1 min冷冻干燥16 h>。方差分析表明，各处理组与新鲜芦笋相比均存在显著差异（p＜0.01），因冷冻干燥的温度较低，对芦笋构造损坏小，VC损耗量较低。微波干燥的速度快，温度虽高，但持续的时间较短，微波1 min～5 min，VC含量有一定的损耗，但微波处理组间损耗差别不显著（p＞0.05）。VC在高温下极易氧化分解，当芦笋制品在微波真空干燥中，会使芦笋内部温度增高，使VC可能会氧化分解掉一部分，导致了微波真空干燥处理组的VC含量要比冷冻干燥的VC含量低。

2.5 蛋白质含量

经测定蛋白质标准回归方程为y=0.705 9x-0.016 2，R2=0.994 2。

根据标准回归方程进行计算，不同干燥处理的芦笋蛋白质含量试验结果如图4所示。

从图4可得出，新鲜芦笋中粗蛋白含量为3.31%，真空冷冻干燥的粗蛋白含量为2.65%，粗蛋白保存率为80.06%，微波辅助处理冷冻干燥的粗蛋白含量降低，粗蛋白保存率较高的为微波1 min冷冻干燥16 h，可达到55.89%。各处理组与新鲜芦笋相比存在显著差异（p＜0.01），而微波处理组与纯冷冻干燥组相比也存在显著差异（p＜0.01），但各微波处理组间不存在显著差异（p＞0.05）。试验表明，真空冷冻干燥保留蛋白质含量要比微波处理后再冷冻干燥的要高。

图4 干燥芦笋蛋白质含量Fig.4 Content protein of dried asparagus

2.6 总糖含量

测定的葡萄糖标准回归方程为y=10.67x+0.005 3，R2=0.998 4。试验测得的不同干燥处理方法得到的干燥芦笋总糖含量如图5所示。

图5 干燥芦笋总糖含量Fig.5 Total sugar content of dried asparagus

由图5可知，不同干燥方法所得芦笋干样中总糖含量具有显著差异（p＜0.05），干燥样品中总糖含量最多的是纯冷冻干燥，其次是微波2 min再冷冻干燥20 h，然后是微波1 min后再冷冻干燥16 h，统计分析表明微波1 min冷冻干燥16 h与微波2 min冷冻干燥20 h之间无显著差异（p＞0.05）。总糖含量最少的是微波5 min后再冷冻干燥16 h。试验表明微波对干燥芦笋的总糖量有一定影响。

2.7 含菌量

试验测定的不同处理方法得到的干燥芦笋的细菌数量结果如图6所示。

由图6可知不同的几种干燥方式都具有明显的杀菌作用，真空冷冻干燥的细菌数由2.6×105cfu/g减少到1.3×105cfu/g，杀菌率为50%，微波处理后冷冻干燥最好的可减少到0.34×105cfu/g，杀菌率达到86.9%，各微波处理组间无显著差异（p＞0.05），微波处理组与冷冻干燥组间有显著差异（p＜0.01），微波处理后的杀菌效果优于纯冷冻干燥。

测定的不同处理方法对干燥芦笋的真菌数量影响结果如图7所示。

图7 干燥芦笋真菌数量Fig.7 Content of fungi in dried asparagus

从图7可以看出，无论是冷冻干燥还是微波处理后再冷冻干燥的方式都可以减少真菌数量，微波处理后再冷冻干燥的杀菌效果要好于直接冷冻干燥，直接冷冻干燥的杀菌率为34%，微波处理后再冷冻干燥最好的杀菌率可达到70%。各组间杀菌效果存在显著差别（p＜0.01）。综合图6和图7，可以看出微波处理对细菌的杀菌效果要好于对真菌的杀菌效果。

3 结论

采用微波处理后再进行真空冷冻干燥的芦笋干样脱水性好，能大幅降低能耗，脱水时间缩短40%，脱水率可达95.4。微波处理后干燥和直接真空冷冻干燥对芦笋的色泽均有显著影响，以微波处理2 min后在进行冷冻干燥的芦笋色泽最优。微波处理可以较好地杀灭细菌和真菌，杀菌率可以达到86.9%和70%。微波处理对芦笋的干样复水性有一定影响，纯冷冻干燥的芦笋复水比在8 min可达10.38，而微波处理后再冷冻干燥的芦笋复水比略低，最高10 min达到8.9。冷冻干燥可以较好的保留芦笋VC和蛋白质及总糖含量，微波处理对VC和蛋白质及总糖含量有一定影响。本研究为芦笋干燥深加工提供了理论基础。