渗透-微波真空干燥对软香蕉干质构调控及贮藏稳定性的影响

王俊涛，滕建文，韦保耀，黄丽，夏宁，朱赟豪

(广西大学 轻工与食品工程学院，南宁 530004)

香蕉的保质期很短，因此需要采取措施来防止质量损失并延长保质期[1]。预处理如渗透脱水可用在干燥前去除部分水分，可以成为实现水果块较高货架期的可行替代方案，并改善干果品质[2]。渗透脱水可以减少食物因热而产生的颜色、风味和质地的变化，被用作预处理来改善食物的营养、感官和功能特性[3]。

目前国际市场上香蕉干产品主要有膨化香蕉脆片[4]、油炸香蕉脆片[5]、热风香蕉干[6]、冷冻香蕉干[7]。另外，一种新型的柔软耐嚼香蕉干(USA Organic Made in Nature)已经出现，该产品口感柔软耐嚼，具有较为柔软的口感和其特有的风味，具有广阔的市场前景。但目前关于该产品的研究鲜有报道。而渗透-微波真空干燥能否通过调整香蕉干质构生产软香蕉干以及对产品的储藏稳定性的研究还未见报道。

文献表明，衡量食品储藏稳定性时，水分活度直接影响微生物活动、酶促反应以及非酶促反应[8]，是不可忽视的主要因素。终产品的水分活度往往与产品的质构特征相关联，而水分活度则与产品贮藏期的褐变及营养物质变化等化学稳定性相关[9]。由于软香蕉干需要较高的水分活度以维持其较为柔软的口感和其特有的风味，但是另一方面，较高的水分活度却不利于软香蕉干的保存，所以寻找储藏稳定性和柔软口感的平衡点是软香蕉干贮藏的加工控制难点。

本文将渗透后的香蕉干进行微波真空干燥，考察经历了渗透、干燥后的香蕉干产品的水分活度对其质构调整及贮藏稳定性的影响。分析维生素C含量的变化，从而建立不同水分活度香蕉干储藏时的反应动力学模型，分析不同水分活度香蕉干的储藏性质。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

香蕉：市售；山梨糖醇(食品级)：南宁越前食品添加剂有限公司；其他试剂：均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

真空微波干燥机 贵阳新奇微波工业有限责任公司；恒温培养箱 上海一恒科学仪器有限公司；水分活度仪 无锡市华科仪器仪表有限公司；Moc-120H水分仪 Shimadzu公司；分析天平 赛多利斯公司；低频核磁共振仪 苏州(上海)纽迈电子科技有限公司；差示量热扫描仪 马尔文仪器有限公司；物性分析仪 英国Stable Micro System公司；色差仪 日本柯尼卡美能达公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺方法

将新鲜香蕉剥皮切片，将厚度为1 cm的香蕉干置于微波真空干燥机中进行干燥，气压为25 kPa，在10 W/g的微波强度下使用100 g香蕉微波真空干燥到水分含量为40%(约5 min)。

随后用质量浓度为20%的山梨糖醇对香蕉干渗透腌制6 h，之后在25 kPa下进行微波真空干燥，将香蕉干燥到不同的水分活度。

1.3.2 香蕉干产品的储藏试验

将经山梨糖醇渗透后微波真空干燥到不同水分活度的香蕉干分别装袋，选用PA/PE 复合膜包装袋，每袋装100 g香蕉干，分别在不同的温度(0，20，30，40，50 ℃)下保藏，且环境的相对湿度保持在60%，每隔7 d取出测定其维生素C含量和色差值，持续35 d。

续 表

1.3.3 香蕉干水分含量测定

称取1 g香蕉片样品，剪碎后放入已校准的水分仪中，测定温度为120 ℃，其30 s内质量变化小于0.05%视为恒重，完成后从水分仪上读取水分含量数值，每组样品测定3次取平均值。

1.3.4 香蕉干水分活度测定

称取3 g香蕉片样品，用剪刀将其剪成小块铺满塑料表面皿，放入已校准的水分活度仪中测定，读取水分活度的数值，每组样品测定3次取平均值。

1.3.5 香蕉干质构的测定

利用物性分析仪对香蕉片进行测定：使用P/100探头，TPA分析模式对不同水分活度下的香蕉片进行下压测定。测定了香蕉片的硬度、弹性、咀嚼性和粘附性。具体测定参数的设定参考张文会等[10,11]的文献报道，每个样品测定10次取平均值。

1.3.6 差示扫描量热法(DSC)测定香蕉干的玻璃化转变温度

参考林丽君等[12]的方法并做适当修改，取10 mg香蕉粉末在差示量热扫描仪上进行分析，温度从-75～80 ℃，升温速率为10 ℃/min，吹扫气为氮气。同时用软件分析其玻璃化温度的转变区间。

1.3.7 香蕉干色差的测定

将香蕉片用色差分析仪进行色度分析，每组样品测定10次取平均值，以新鲜未干燥的香蕉片作为标准色度值，对比干燥前后的色差变化，每组样品测定3次取平均值。

1.3.8 香蕉干维生素C含量的测定

参考GB 5009.86-2016测定[13]：称取10 g香蕉片，剪碎后置于研钵中研碎后，加入20 g/L的偏磷酸溶液迅速捣成匀浆，加白膏土脱色，用20 g/L的偏磷酸溶液将试样转移至50 mL容量瓶中，震摇溶解并定容，用锡箔纸包裹离心管(防止光照使Vc氧化)。摇匀，全部转移至50 mL离心管中，超声提取5 min后，于4000 r/min离心5 min，取上清液待测。用2,6-二氯靛酚滴定法测定样品的维生素C含量。先使用(1.000 mg/mL)抗坏血酸对2,6-二氯靛酚进行标定，用标定后的2,6-二氯靛酚对其进行滴定，每组样品测定3次取平均值。

1.3.9 反应动力学分析

参考任思忱等的研究方法，在保藏过程中，定期测定不同温度(T)下香蕉干的VC含量，分别作各温度下VC对时间(t)的变化曲线，线性回归拟合后直线方程的斜率即为反应速率常数(kT)。利用Arrhenius 方程对保藏环境温度及对应的反应速率常数进行拟合，可计算香蕉干VC的反应活化能(Ea)，了解香蕉干在存储过程中的稳定性。

1.3.10 香蕉干的感官评价

为了更加深入地了解本研究制作的香蕉干的感官特性，参考感官评价标准[14]，稍作改动，邀请了7名评价人员，经培训后，品尝香蕉干产品，根据表1的评分标准进行打分，满分为100分。

表1 香蕉干感官评价标准Table 1 The sensory evaluation criteria of dried banana

1.4 数据分析

数据以“X±SD”表示，采用Excel将试验数据记录整理，用GraphPad Prism 6.0对数据进行作图处理。

2 结果与分析

2.1 渗透-微波真空干燥对产品质构及感官评价的影响

本试验考察了水分含量为40%的香蕉片在渗透-微波真空干燥后产品的表征数据，在同一水分含量下，利用物性分析仪测定了香蕉干产品的硬度、粘附性、弹性和咀嚼性，可以直观地比较不同水分活度下渗透-微波真空干燥与未渗透对香蕉干产品质构参数的影响。 由表2可知，比较渗透-微波真空干燥与未渗透的香蕉干产品的硬度、粘附性、咀嚼性，发现与未渗透的香蕉干相比，渗透-微波真空干燥的香蕉干的硬度、粘附性、咀嚼性均减小了，弹性均增大了，说明渗透-微波真空干燥可以较好地调控香蕉干的硬度、粘附性、弹性和咀嚼性。同时，香蕉干产品的硬度、粘附性、咀嚼性均随产品水分活度的减少而增大，而弹性随水分活度的减少而变小。这可能是由于当水分活度降低时，香蕉干中自由水的含量相对变小，从而导致香蕉干产品的硬度、粘附性和咀嚼性增大；弹性是变形样品在去除压力后恢复到变形前的高度比率[15]，因而当水分活度减小时，产品的弹性也会随之变小。由于制作的香蕉干产品是作为可食用的食品果干，在选择水分活度时需考虑口感的适宜性，即果干产品的硬度、粘附性、弹性和咀嚼性需适中，故而水分活度在0.388～0.410之间较适宜。

表2 水分活度对香蕉干产品质构及感官评价的影响

为了更加深入地了解渗透-微波真空干燥对香蕉干感官评价的影响，邀请了7名评价人员，在品尝了香蕉干产品后，根据表1的评分标准进行打分，满分为100分。各组去掉一个最高分和一个最低分后，评分结果取平均值。由表2可知，与未渗透香蕉干相比，渗透-微波真空干燥的香蕉干的感官评价总分均增大了；当水分活度在0.388～0.410之间时，渗透-微波真空干燥的香蕉干产品的感官评价总分大于70分，此时，香蕉干产品质地柔软，有一定韧性和弹性，无塌陷，无褐变，甜味与新鲜香蕉差别不大，无苦涩味；而未渗透的香蕉干只有水分活度为0.410时感官评价总分高于70分，口感适宜的水分活度范围相对较窄，这也说明了渗透-微波真空干燥可以较好地调控产品的口感，这与上述水分活度对质构的影响结果一致。

2.2 产品水分活度对香蕉干产品保藏性的影响

2.2.1 产品水分活度对保藏过程中玻璃化转变温度的影响

产品的保藏性是每个产品制作过程中必须考虑的重要因素。而产品水分活度对其玻璃化转变温度的影响很大, 水分活度较低的干制品表现尤其明显，取经过渗透-微波真空干燥后的香蕉干产品，利用DSC测定了不同水分活度下香蕉干产品玻璃化转变温度的影响，见表3。

表3 DSC法测定产品的玻璃化转变温度Table 3 Determination of glass transition temperatures of final products by DSC method

由表3可知，随着水分活度的降低，香蕉干产品玻璃化转变温度呈增大趋势，说明水分活度越低，香蕉干产品越利于保藏。同时，山梨糖醇渗透后制作的产品的玻璃化转变温度会略高于未渗透的产品，这也很好说明了渗透的重要性。

2.2.2 产品水分活度对保藏过程中产品色差的影响

为了研究香蕉干在保藏过程中的褐变情况，本试验测定了不同水分活度下香蕉干的色差值，见图1。

图1 产品水分活度对保藏过程中产品色差的影响Fig.1 The influence of product water activity on product color difference in the process of storage

由图1可知，香蕉干在保藏过程中都会出现不同程度的褐变情况，具体表现为随保藏的进行，其色差值逐渐增大；而在同一保藏时间下，香蕉干水分活度越低，其色差值越小。

2.2.3 保藏过程中产品的反应动力学分析

软香蕉干经历了渗透-微波真空干燥后，在储存过程中，一方面香蕉干中水分活度再创新低，其组织中无法提供足够的自由水与多酚氧化后的产物作用；另一方面VC能使果干组织环境中pH降低，甚至能与PPO发生氧化反应，从而会在一定程度上抑制多酚氧化过程的发生。因此，本研究中以VC含量变化作为香蕉干品质指标，建立不同水分活度香蕉干储藏时的反应动力学模型，深入分析不同水分活度香蕉干的储藏性质。

2.2.3.1 保藏过程中产品VC含量的变化

一般可用定量的品质指标的减少或不良品质指标的增加来判断大多数食品品质的损失[16]。为了研究香蕉干在保藏过程中的稳定性，以保藏过程中的VC含量为切入点，以期初步分析香蕉干保藏过程中VC的变化趋势。

由图2可知，随着保藏时间的增长，香蕉干的VC含量呈现降低的趋势，且随水分活度的增加，VC含量的减少量也随之增加，这可能是由于在保藏时VC发生自降解过程致使其含量因消耗而减少，而水分活度越高，这种自降解过程越明显。

图2 产品水分活度对保藏过程中产品VC含量的影响Fig.2 The influence of product moisture activity on product VC content in the process of storage

2.2.3.2 VC的氧化动力学分析

Labuza指出，在食品加工和保藏过程中,与食品质量相关的品质变化一般都符合一级反应动力学规律[17]。所以，VC氧化分解也符合这一规律,则在温度T下，VC含量变化的反应方程如下：

ln[Vc]=kt+ln[Vc0]。

式中：[Vc]为保藏t天时的VC含量(mg/100 g)；[Vc0]为初始Vc含量(mg/100 g)；t为保藏时间(d)；k为氧化反应速率常数(d-1)。

试验中分别用反应动力学回归方程分析渗透-微波真空干燥后的多个不同保藏温度下不同水分活度香蕉干的VC含量。由表4可知，各回归方程的R2均大于0.9600，拟合效果较好，VC的氧化反应符合一级反应动力学规律。不同水分活度的香蕉干产品在保藏过程中，其VC氧化反应的k值都小于零，表明VC与时间t呈负相关。同时当保藏时间增长时，VC含量逐渐减少。且不同温度下VC含量单位时间减少量(k值)不同，具体为温度升高时香蕉干VC氧化的k值也变大，这在某种程度上为温度的升高可导致香蕉干褐变的加快提供了理论支持。本研究中，香蕉片在0～50 ℃的范围内，VC的变化趋势遵照一级反应动力学的变化。

表4 保藏过程中产品VC的反应动力学分析Table 4 Analysis of reaction kinetics of vitamin C in the process of storage

2.2.3.3 香蕉干储藏过程中活化能的计算

香蕉干VC对储藏时间的变化规律可用反应动力学方程来表示，而反应速率常数k与温度T相关，从而Arrhenius 方程可用来确定其储藏稳定性[18]：

式中：T为反应温度(K)；kT为温度T下的反应速率常数(d-1)；K0为指前因子(d-1)；Ea为活化能(J/mol)；R为气体常数[8.3144 J/(mol·K)]。

以ln(kT)对相应的1/T作图，根据所得直线的斜率Ea/R可求出Ea 和K0，活化能Ea是香蕉干VC含量发生变化需要战胜的能量阻力，用于反映引发化学反应的阻力大小；其中Ea值愈大的化学反应的能量阻力愈大，反应愈难发生[19]。

由表5可知，水分活度越高，香蕉干维生素C氧化的Ea值也越高，说明高水分活度储藏时的香蕉干维生素C氧化所需要克服的能量壁垒较低，其储藏的稳定性也较差。

表5 香蕉干储藏过程中活化能的计算分析Table 5 The calculation analysis of activation energy of dried banana in the process of storage

3 结论

本文通过比较渗透-微波真空干燥与未渗透的香蕉干产品的硬度、粘附性、咀嚼性以及感官评分，发现渗透-微波真空干燥可以起到较好地调控香蕉干产品质构和口感的作用。同时，香蕉干产品的水分活度在0.388～0.410之间时口感适宜；而在考虑到产品保藏稳定性时，香蕉干的水分活度越低越利于保藏。综合考虑产品的口感和储藏稳定性，本研究中软香蕉干产品的水分活度为0.388较适宜。

本研究中以VC含量变化作为香蕉干品质指标，建立不同水分活度香蕉干储藏时的反应动力学模型，深入分析不同水分活度香蕉干的储藏性质。结果表明，香蕉干产品VC含量与保藏时间t呈负相关，同时当保藏时间增长时，不同温度下VC含量单位时间减少量(k值)不同，具体为温度升高时香蕉干VC氧化的k值也变大，这在某种程度上为温度的升高可导致香蕉干褐变的加快提供了理论支持。另一方面，通过所建立的反应动力学模型计算出各水分活度下对应的香蕉干产品在储藏过程中的活化能，发现其活化能与水分活度呈正相关，这也为上述试验结果得到的水分活度越低越利于产品储藏的结果提供了理论支撑；且香蕉干水分活度为0.388时Vc氧化活化能为 53318.58 J/mol，利于稳定贮藏。