水果干风味物质及干燥方式的影响研究

莫一凡，姚凌云，冯涛，宋诗清，孙敏，王化田

（上海应用技术大学香料香精技术与工程学院上海 201418）

果干具有浓郁的香气和酸甜的味道，一直是广受大众喜爱的食品。果干的风味包括气味（嗅觉体现）和滋味（味觉体现）。风味对果干非常重要，是衡量果干品质的重要指标[1]。水果在干燥过程中，风味物质因发生了诸如美拉德反应、酶促反应、Strecker 降解等一系列复杂的反应而发生了变化[2]。因此通过不同干燥方式制备出的产品中风味物质具有较大差异。选择适宜的干燥方式对果干的风味非常关键，常用的干燥方法有真空冷冻干燥、微波干燥、热风干燥等。本文以常见的果干为研究对象，总结了水果干中的特征风味物质种类，并以真空冷冻干燥、微波干燥和热风干燥为例分析了不同干燥技术对水果干风味的影响，以期深入了解果干的特征性风味物质及干燥前后风味物质的变化，对于水果的深加工具有重要的意义。

1 水果干风味物质的种类

水果干的风味是由醇类、醛类、酯类、酸类、烷烃类和萜烯类等挥发性风味物质和有机酸、可溶性糖、游离氨基酸等非挥发性风味物质组成，前者宏观表现为水果的气味，这些物质含量极微、气味各异；后者赋予了水果一种特征滋味，并为前者合成提供前体物质，二者共同作用形成了水果干的整体风味。

1.1 挥发性风味物质

水果干的挥发性风味物质主要是指嗅闻时的香气感受，香气是水果干的重要特征，也是评估水果干品质的一个重要指标。常见水果干的主要挥发性化合物种类见表1。水果干挥发性风味物质种类繁多，其中主要包括醛类、酯类、酮类、醇类、萜烯类化合物，这些物质是桑葚干[3]、桃果实干[4]，杏果实干[5]、甜瓜干[6]、草莓干[7]等水果的主要风味物质。无花果干中含有丰富的苯甲醛、己醛、乙酸乙酯、3-羟基-2-丁酮、芳樟醇等香气物质[8]。醇类和烯类物质在荔枝干中的相对含量较高，也是构成荔枝干风味物质的主体成分[9]。

水果干中还有少量的其他挥发物，如硫化物有助于形成水果干的特征香气；甲烷硫醇、乙硫醇、丙硫醇、二甲基二硫、3-巯基-1-己醇和4-巯基-4-甲基-2-戊酮是蔓越莓干中的重要香气[10]；4-巯基-4-甲基-2-戊醇、4-巯基-4-甲基-2-戊酮、3-(巯基)乙酸己酯和3-巯基-1-己醇是长相思葡萄干香气的重要贡献者[11]。有学者在覆盆子中发现了3-甲硫基丙醛、2-甲基硫代乙醇、3-巯基-3-甲基丁-1-醇和糠基硫醇[12]等含硫化合物。硫化物也在葡萄、葡萄柚、芒果、奶酪、火腿和蓝莓中得到了鉴定[13-18]。尽管这些食品中的硫化合物含量较低，但由于其气味阈值极低，因此极大地促进了香气的形成。

1.2 非挥发性风味物质

水果干中含有丰富的有机酸、可溶性糖、游离氨基酸等非挥发性风味物质，决定了其特殊的滋味[19]。

1.2.1 有机酸

果干中各种有机酸的组分含量和配比与其酸风味息息相关[20]。水果中的有机酸多为脂肪族羧酸，如酒石酸、苹果酸、柠檬酸等。根据含量最高的有机酸种类有苹果酸优势型、柠檬酸优势型及酒石酸优势型三大类[21]，其中苹果酸优势型的代表水果为苹果，苹果酸含量占60%以上[22]；酒石酸优势型的代表水果为葡萄，酒石酸占42.8%～77.0%，苹果酸占10.3%～41.6%，柠檬酸占1.3%～9.9%[23]；柠檬酸优势型的代表水果为菠萝，柠檬酸占比高达45.7%～76.1%[24]。有的水果存在多种有机酸优势类型，如梨有苹果酸和柠檬酸两种优势型。不同的有机酸具有不同的酸味强度，以含有一个结晶水的柠檬酸为基准（100），乳酸、苹果酸、无水柠檬酸、酒石酸和富马酸的酸度强度分别为60、125、110、130 和165[25]。柠檬酸可快速产生酸度并持续很长时间。苹果酸酸味爽口但略有涩感，呈味速度较缓慢，酸感持续时间比柠檬酸长；酒石酸稍有涩感但酸味爽口；乙酸酸性强但挥发性也强；富马酸酸味特殊[26]。有机酸对果干风味的影响还与其味道阈值有关，只有当其含量与味道阈值之比大于1 时，它才会影响干果的酸度，阈值越小影响越大。苹果酸和柠檬酸的味感阈值分别为0.2145、0.4419 mg/g[27]。

1.2.2 可溶性糖

水果中的可溶性糖主要包括果糖、葡萄糖、蔗糖、山梨糖醇、木糖和甘露糖醇等[28]。根据可溶性糖的最高含量，水果主要分为两种类型，即蔗糖积累型和果糖积累型[29]；另外，还有葡萄糖积累型和单糖积累型。苹果中的可溶性糖主要有果糖、葡萄糖、蔗糖和山梨醇，果糖含量最高（占40%以上），因此是果糖积累型[30]。桃干中蔗糖含量最高（平均占65%以上），多数品种葡萄糖和果糖含量接近，故桃子是蔗糖积累型[31]。甜樱桃是葡萄糖蓄积型，主要包含葡萄糖、果糖和山梨糖醇，其中葡萄糖含量最高（41.7%～51.2%），其次是果糖（34.6%～43.3%）[32]。越橘主要含有果糖和葡萄糖，二者含量基本相同，属于单糖积累型[33]。一些水果可能具有一种以上的可溶性糖积累。例如，荔枝主要包含蔗糖、葡萄糖和果糖，属于蔗糖累积型、葡萄糖累积型和果糖累积型三种类型[34]。水果的甜度和味道与糖分的类型和组成比有关。果糖、葡萄糖和蔗糖的甜度分别为1.75、0.75 和1，则即使同样浓度糖对水果甜度的贡献也不同[35]。因而高果糖含量有利于甜味的增加，因而在品种选育时多以果糖含量高的品种为亲本[36]。赵尊行等[37]指出，可溶性糖总含量不能反映其综合甜味，但用甜度指数的绝对值进行判断是合理的。甜味指数=蔗糖×1+果糖×1.75+葡萄糖×0.7+山梨醇×0.4。糖分对水果甜度的影响也与味道阈值有关，当含量与阈值之比大于1 时，该糖组分对水果甜味产生影响；阈值越小，敏感性越强。果糖、蔗糖、葡萄糖和山梨醇的味感阈值分别为5.7、6.84、11.03、13.68 mg/g[38]。

表1 常见果干的主要挥发性化合物种类Table 1 Main types of volatile compounds of some common dried fruit

1.2.3 糖酸比

果干特殊的甜、酸风味主要是由糖、酸含量及其比例共同决定的[39]。如果糖酸比小于14.9，则风味大多为酸甜或酸涩；糖酸比为15～25，味道主要是酸甜；如果糖酸比为25.1～60，则味道多为酸甜适口；糖酸比大于60.1，则味道大多为淡甜、甜或甘甜。果干中糖含量变化较少，而酸含量变化较大，因此酸含量是决定糖酸比的主要因素。梁俊等[40]认为苹果干风味主要取决于酸含量，而糖含量影响不大。较甜的苹果干可能没有很高的糖含量，但其酸含量一定非常低。苹果干的糖酸比与可滴定酸含量呈极显著负相关，而与可溶性糖含量的相关系数则小得多。除了糖酸比外还有其它方法来评价果干的酸甜风味，如赵尊行等[37]以甜味指数绝对值/总酸为指标评价苹果干的酸甜风味，认为其值在3000～6000 为风味优良品种，大于6000 的风味偏甜，小于3000 的风味偏酸。王海波等[38]以葡萄糖、果糖、蔗糖及糖总量/苹果酸为指标对苹果干进行了味感品质评价，结果发现果糖、葡萄糖、蔗糖共同影响了5 种苹果的甜味味感，苹果酸影响了酸味味感；不同中早熟苹果品种糖总量、糖总量/苹果酸含量及味感评价存在较大差异，味感评价的差异性与糖酸测定结果基本一致。

果干中的非挥发性物质不仅有丰富的有机酸、可溶性糖，还有丰富的游离氨基酸[41]、维生素、黄酮[42]、多酚[43]等，共同构成了果干独特的滋味。常见水果干中主要非挥发风味物质种类见表2。

2 水果干燥技术对水果风味的影响

新鲜水果皮薄多汁，易造成机械伤害，并且新鲜果实极易失水，造成萎蔫、褐变及易受到病虫害的威胁[44]，因此对于新鲜水果进行干燥处理尤为重要。目前，我国的水果干燥分为自然干燥和人工干燥两种。自然干燥是指利用自然条件对水果进行脱水和干燥，包括日光干燥和阴凉干燥。人工干燥大致分为三种：传统干燥法、新型干燥技术和联合干燥技术。我国传统的自然干燥存在过程缓慢、易受污染、产品容易变色、对维生素类营养物质破坏较大等缺点[45]。因此对于大规模的水果干燥主要采用人工干燥技术。不同干燥方式处理后呈现不同风味，干燥可显著提高醛、醇、杂环和含硫化合物的含量[46]，并促进一些新化合物的生成，也会导致环状合物、醇、醛、酮等的损失，不同的干燥方法对风味的影响不同，采后水果干燥品质受芳香物质水平的影响。因此，水果干风味分析不仅能鉴别果干品质，还可以将果干进行分类和鉴定，对人类健康及食品工业的发展具有重要意义。

表2 常见水果干主要非挥发风味物质种类Table 2 Non-volatile compounds of some common dried fruits

2.1 真空冷冻干燥

真空冷冻干燥技术是利用冰晶升华原理将样品冷冻成固态，然后在真空状态下使其中的水直接从固态升华成气态，通过解吸过程除去部分结合水，使物料脱水以长期存储的一种干燥方法。大部分水果经真空冷冻干燥处理后，风味物质成分有部分损失，其中，酯类化合物损失较大。但有些水果经冻干后，醇类、萜烯类、酮类和醛类物质有所增加，并生成了新的酮类化合物。相比其他干燥方式，真空冷冻干燥能更好地降低原料抗氧化活性成分的损失，而抗氧化剂类黄酮的含量与脂质氧化的挥发性化合物含量有关[47]。真空冷冻干燥的超低温低压环境破坏了水果中的可溶性糖，且经真空冷冻干燥后大多水果中的游离氨基酸含量降低，这可能是由于氨基酸和还原糖之间的美拉德反应[48]。有机酸含量随着干燥时间的延长呈先升高后降低的趋势，这是由于随着升华期的推进，样品的温度逐渐升高，相关酶（如苹果酸脱氢酶和柠檬酸合成酶）可能被激活，促进了样品中有机酸的形成[49]。在干燥后期，有机酸的损失可归因于解吸期间热处理温度较高引起的脱羧作用[50]。因此，真空冷冻干燥技术具有能保护易氧化及非挥发风味物质、抑制微生物生长和酶的作用，以及浓缩和热敏性物质不易变质等优点，但也会有干燥后氨基酸、多元醇等的含量降低、成本高、耗能大、效率低的缺点。

2.2 微波干燥

微波干燥不同于传统的干燥方法，其导热方向与水分扩散方向相同，以达到干燥的目的。微波干燥会导致水果和蔬菜中的醇类物质含量下降，这是由于微波干燥容易使乙醇脱氢酶的活性下降。微波能够促使物料中的香气前体物质进一步转化，利于酯类化合物的生成[51]。微波干燥后芒果中以γ-丁内酯和2-甲基-3-羟甲基-(2,4,4-三甲戊苯基)-丙酸酯为主的酯类化合物含量均得到提高。微波真空干燥还可以有效地促进某些香气成分的增加和转化。同时，由于微波的破坏，材料的原始香气成分可能会有损失[52]。由于干燥温度高，微波干燥容易发生Strecker 降解、美拉德反应和脂质氧化[53]。尽管在微波干燥过程中，氨基酸通过与糖的美拉德反应消耗掉氨基酸，但由于蛋白质水解过程占主导，所以游离氨基酸的总量趋于增加，但是当达到一定的高功率时，温度会更高并且酶活性降低，从而影响蛋白质水解，导致高功率条件下氨基酸消耗占主导，蛋白质水解占次要[54]。此外微波干燥具有高效、加热均匀、避免膨化、易控、低能耗、灭菌的优点和对于热敏性物质不友好的缺点。

2.3 热风干燥

热风干燥也称为“瞬间干燥”，是使加热介质（空气、惰性气体、气体废气或其他热气体）与待干燥的固体颗粒直接接触，并使待干燥的固体颗粒悬浮于流体中，因而两相接触面积大，加强了传热传质过程，广泛用于散装物料的干燥单元操作[55]。由于温度过高，热风干燥时水果发生美拉德反应，糖类的热降解会产生含呋喃的化合物（如糠醛）[56]；在热风干燥过程中脂质发生降解能形成C4-C8 脂肪族酮[57]。水果经热风干燥后，核苷酸、有机酸和蛋白质等非挥发性风味物质均有一定程度的降解，且因水果种类不同，降解成分和速率也有所差异。随着干燥时间的延长和温度的升高，水果中蛋白质会被各类蛋白酶、肽酶及氨肽酶降解，造成氨基酸含量升高[58]。但是，当温度升高到一定水平时，氨基酸在加热时会分解，并与糖类发生美拉德反应、焦糖化反应和其他消耗[59]。热风干燥具有成本低、易操作、干燥陶瓷粉体速度快、可连续大量干燥的优点，但同时也存在效率低、受热不均、能耗高、易使产品收缩和变色的缺点。

2.4 其它干燥方式

除了真空冷冻干燥、真空微波干燥和热风干燥外，目前常用的人工干燥方法还有渗透干燥、压力膨化干燥、太阳能干燥和喷雾干燥等。根据物料的特性，将两种或两种以上的干燥方式优势互补，分阶段进行的联合干燥技术是更为有效的干燥方法，也是今后工业生产的发展趋势。联合干燥方法的优点是优势互补，避免了单一干燥方法的缺点，如热风干燥易使产品收缩和褪色、表面有硬壳、风味丧失和复水不完全，而通过热风-微波/冷冻联合干燥的方式能使这些缺点最小化。Maskan M 等[60]首先通过热风干燥香蕉，然后再进行微波干燥。结果表明，与简单的热风干燥或微波干燥相比，组合干燥缩短了干燥时间，降低了加工成本。

3 展望

水果干是一种健康美味的食品，以其独特的风味和丰富的营养而深受消费者喜爱，我国水果干需求量不断增加，产业规模不断扩大。目前，传统的水果干生产已与食品工业、化妆品工业和药品工业有机结合起来，使水果干的加工形式呈现多样化，水果干加工的罐头、休闲零食、香水香精引领了水果干工业的新浪潮。通过研究水果干的风味，可以推动水果干产业的发展。水果干中不但含有丰富的有机酸、氨基酸、微量元素，还含有多糖、生物碱等生理活性成分，具有一定的保健功能，因此开发水果干产品的要求，除了保留其特有风味外，还需要保留其特有的功能性。水果干中的有机酸和可溶性糖是其主要的酸甜味物质，对果味调味料的酸甜味有协同增效作用，但目前在新鲜水果干燥过程中依然会有营养物质流失、水果风味改变以及干燥效率低等问题，因此在今后水果干风味物质研究及果干应用产品开发中应侧重以下几方面的研究：第一，研究不同水果品种的有机酸、可溶性糖等呈酸甜味成分组成和其它营养成分含量，筛选最佳的研究对象；第二，研究节能、高效且不破坏水果原有营养成分和风味的干燥技术；第三，利用液相色谱-质谱联用等高新技术手段加快果干成分的研究，为拓宽果干加工领域提供理论依据；第四，充分利用不同果干特征风味，大力开发复合调味品和香味香精。