不同干燥工艺对猕猴桃粉理化性质、微观结构及品质的影响

钱晓燕,周梦琪,吕远平,陈婧司

1(苏州大学 苏州医学院公共卫生学院,江苏 苏州,215123)2(苏州工业园区疾病防治中心,江苏 苏州,215021)3(四川大学 轻工科学与工程学院,四川 成都,610065)

猕猴桃富含糖类、有机酸、维生素、蛋白质、酚类及矿物质,因其营养价值较高,在市场上广受欢迎[1]。联合国粮农组织数据显示,2019年我国猕猴桃的产量高达2.20×106t,占全球总产量的50.52%,稳居世界第一,较我国2009年产量增加了348.31%[2]。随着我国种植业的迅速发展,猕猴桃作为一种不耐贮藏的水果,鲜销已无法消耗大量的猕猴桃,对其进行深加工成为必然趋势。

将猕猴桃制成全果粉,可冲调后饮用或作为基础性原料应用于调味品、快餐食品和方便食品加工中,果粉使用方便快捷,提高了猕猴桃原料的加工利用率,已成为延长猕猴桃产业链的重要加工方式[3]。不同干燥工艺制得的果粉产品品质相差较大[4-6],因此评估不同干燥工艺加工的产品性质并进行改良具有重要的现实意义。目前关于不同干燥方式得到的樱桃粉、橄榄粉、南瓜粉等品质的比较研究较多[7-9],但对于猕猴桃粉的研究主要集中于工艺优化及复合粉的开发上,干燥方式比较的研究较少,且分析方法单一,关于其多方面性质综合性评估的文献较少[10-13]。

本研究采用3种常见干燥工艺制作全果粉,通过对其色泽、微观结构、物理性质以及营养成分的测定,探究不同干燥工艺对猕猴桃粉品质的影响,并采用主成分分析法对全果粉品质进行综合评价,为猕猴桃粉加工工艺的改良提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

国产徐香绿心猕猴桃,市售;分析纯L(+)-抗坏血酸、蒽酮-乙酸乙酯试剂、酚酞、NaOH、浓H2SO4、HCl、蔗糖,四川省成都市科隆化学品有限公司;食品添加剂(微晶纤维素、磷酸三钙复合物、β-环糊精),湖州市菱湖新望化学有限公司;食用菜籽油,益海(广汉)粮油饲料有限公司;无水柠檬酸,淮坊英轩实业有限公司。

C012搅拌机,九阳股份有限公司;SQP型电子天平,北京赛多利斯科学仪器有限公司;DZF-6020真空干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司;SCIENTZ-10 N冷冻干燥机,宁波新芝生物科技股份有限公司;GZX-9140MBE 电热鼓风干燥箱,上海博迅医疗生物仪器股份有限公司;CM-5色差色度仪,柯尼卡美能达办公系统有限公司;UV-1800BPC紫外可见分光光度计,上海美普达仪器有限公司;Helio G4 UC扫描电镜,美国赛默飞世尔科技公司。

1.2 实验方法

1.2.1 猕猴桃粉生产工艺

猕猴桃→筛选→果皮脱苦除涩→洗净沥干→打浆→干燥→过筛→成品

采集成熟度一致,无病虫害和机械损伤的猕猴桃。在参考文献[14]和前期实验的基础上对果皮脱苦除涩,采用45 ℃质量分数为2%的β-环糊精溶液浸泡100 min。m(猕猴桃)∶m(β-环糊精)=1∶5。将猕猴桃带皮切块,放入搅拌机中,2档(250 W)10 min打为匀浆。取猕猴桃果浆100 g平铺于15 cm玻璃培养皿中,进入干燥工序。微晶纤维素、Ca3(PO4)2与干燥后果粉的质量比为1∶1∶100,混合打成均匀的粉末,过100目筛。

1.2.2 干燥方式及参数

1.2.2.1 真空干燥

将猕猴桃浆放入真空干燥箱,温度40 ℃,真空度-0.085 MPa,烘干20 h。冷却后取出,真空包装。样品记为VDP。

1.2.2.2 热风干燥

将猕猴桃浆60 ℃恒温干燥12 h。冷却后真空包装。所得样品记为HADP。

1.2.2.3 真空冷冻干燥

将猕猴桃浆-20 ℃冷冻24 h后迅速放入冻干机干燥仓(冷阱温度-45 ℃,真空度10 Pa),冷冻干燥72 h。然后真空包装。所得样品记为FDP。

1.2.3 色度测定

采用CM-5色差色度仪,利用L*、a*、b*表色系统评价猕猴桃粉色泽。

1.2.4 维生素C含量测定

采用紫外分光光度法[15]进行测定。

1.2.5 总酸测定

采用GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》方法。

1.2.6 总糖测定

采用蒽酮比色法[16]。

1.2.7 水分含量

按照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中相关方法进行测定。

1.2.8 得率计算

猕猴桃粉的得率按公式(1)计算:

(1)

式中:m1,猕猴桃果粉质量,g;m2,猕猴桃果浆质量,g。

1.2.9 堆积密度

参考任爱清等[17]的方法,称取2.0 g猕猴桃粉轻轻倒入10 mL干燥洁净的量筒中,将量筒置于旋涡振动器上1 min,使其体积恒定,记录样品的质量和体积,堆积密度为粉末的质量与体积的比值。

1.2.10 流动性

通过测定休止角对其流动性进行比较,参考罗丽蓉等[18]的方法,将坐标纸平铺在桌面上,将漏斗垂直固定在坐标纸上方,漏斗下端出口距离坐标纸6 cm。取10.00 g猕猴桃粉经玻璃漏斗垂直流动至白纸,形成圆锥体,测定其底部直径及高度。休止角α按公式(2)计算:

(2)

式中:h,漏斗下端与坐标纸的距离,cm;r,猕猴桃粉形成的圆锥体底部直径,cm。

1.2.11 吸油性

参考林炎娟等[7]的方法。称取1.0 g样品加入盛有8 mL菜籽油的离心管,涡旋振荡混匀后,静置30 min,4 000 r/min离心20 min,记录上层油体积,吸油性按公式(3)计算:

(3)

式中:V1,添加菜籽油体积,mL;V2,上层菜籽油体积,mL;m,猕猴桃粉质量,g。

1.2.12 溶解性

参考林炎娟等[7]的方法。称取1.0 g样品于200 mL烧杯中,加100 mL蒸馏水,磁力搅拌器搅拌5 min,4 000 r/min 离心5 min,取上清液20 mL于玻璃培养皿,105 ℃干燥3 h,记干燥后总质量,溶解度按公式(4)计算:

(4)

式中:m1,猕猴桃粉质量,g;m2,玻璃培养皿质量,g;m3,烘干后玻璃培养皿与残渣总质量,g;V1,蒸馏水总体积,mL;V2,上清液体积,mL;w,含水率,%。

1.2.13 水合能力

参考 ZHANG 等[19]采用的测定方法,并按实际情况进行调整。称取1.0 g样品于离心管,加10 mL蒸馏水,摇晃均匀。60 ℃水浴30 min,取出冷却30 min,10 000 r/min离心40 min,倒去上清液,称量离心管和沉淀物的质量,水合能力按公式(5)计算:

(5)

式中:m,离心管质量,g;m1,猕猴桃粉质量,g;m2,离心管和沉淀物质量,g。

1.2.14 微观结构测定

将猕猴桃粉平铺于样品板上,喷金、抽真空后采用扫描电镜进行观察、拍照[20]。

1.3 数据处理

用SPSS 26对所有数据进行分析,所有实验重复3次以上,采用平均数±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式得到的猕猴桃粉色泽参数

不同干燥方式处理对于猕猴桃粉色泽变化有较大的影响,各样品间存在显著性差异(表1和图1)。其中FDP亮度(L*)最高,为75.52,a*值为-2.25,保持了猕猴桃绿色的色泽。HADP的b*值达到了34.03,a*值达到了11.01,呈现出焦黄色,这与王科堂等[13]的研究结果相似。在真空冷冻干燥过程中,物料温度低,且不与空气接触,可更好地维持物料颜色稳定性,尽可能地使其保持干燥前的状态。热风干燥温度较高,同时与热空气接触,增加了猕猴桃粉的氧化程度,使其发生美拉德等颜色加深反应。

a-HADP;b-VDP;c-FDP图1 不同干燥方式得到的猕猴桃粉外观Fig.1 Apperance of kiwifruit powder obtained by different drying methods

表1 不同干燥方式得到的猕猴桃粉色泽参数表Table 1 Color parameters of kiwifruit powder obtained by different drying methods

2.2 不同干燥方式得到的猕猴桃粉理化指标

堆积密度可反应干燥过程中物料基体坍塌而样品中空气体积减少的程度[21],由表2可知,HADP组的堆积密度最大,为0.59,提示热风干燥得到的猕猴桃粉颗粒与颗粒间的空隙最小,运输与包装成本最低。

水合能力反映了猕猴桃粉对水分的束缚能力,其大小取决于粉的表面结构及粉的粒径[22]。冷冻干燥过程使冻结冰晶直接升华,留下孔洞,得到的FDP水分含量低,组织疏松且粒径较小,因此水合能力佳,在与水接触时颗粒润湿的比表面积更大,有利于亲水基团吸附水分,使得FDP更易溶解于水。

果粉在储存过程中易出现结块现象,因此常在其中加入抗结剂,在果粉间形成物理阻隔,同时与其竞争吸湿,提高其流动性[23]。实验中采用微晶纤维素、Ca3(PO4)2作为抗结剂,发现FDP休止角最大,为37.71°,流动性最差,这是由于其颗粒疏松多孔导致比表面积较大,颗粒间的摩擦力较大,易发生团聚[24],HADP则呈现较好的流动性。刘岩龙等[8]研究显示干燥温度越高,水分散失越快,食品本身组织结构则被破坏,樱桃果粉末颗粒越小,流动性越好,与本文结果相似。

FDP的吸油性优于另2种粉,这说明其对油脂的吸收和保留能力更强。此外,FDP的水分含量也低于其他2种干燥方式,在产品储藏方面更具优势。

在营养成分方面,3种干燥方式得到的猕猴桃粉总糖含量无显著差异,FDP对维生素C有较好的保留,说明低温、低氧环境有利于维生素C的保留。李莉峰等[25]比较了不同干燥方式对南果梨干的酸度影响,结果与本研究相符。

2.3 不同干燥方式得到的猕猴桃粉微观结构

由图2可知,3种猕猴桃粉的颗粒大小、形态各有差别。其中,FDP、HADP表面多孔、不平整,少量颗粒伴有裂纹。HADP表面出现一些不规则圆球形状,粉体颗粒更膨胀,这可能是由于热处理后引起的体积增大,使其颗粒表面折叠起皱、变得粗糙。FDP颗粒小,表面出现许多孔洞,结构最为疏松,这也是其比表面积较大,颗粒间的摩擦力较大,易发生团聚的原因。VDP表面光滑平整,有类似柱状以及较大块状的结构,其质地较为致密,表现为水合能力、吸油性较差。不同干燥方式对猕猴桃粉的微观结构影响较大,进而影响其物理特性。

2.4 主成分分析不同干燥方式得到的猕猴桃粉品质

采取主成分分析法对不同干燥方式得到的猕猴桃粉的品质指标进一步分类简化。将猕猴桃粉的13个品质指标降维,根据特征值>1进行主成分提取。由表3可知,提取的主成分共2个,其方差贡献率依次为63.27%和36.73%,累积方差贡献率为100%,保留了绝大部分信息,达到对原信息降维的目的。

表3 不同干燥方式得到的猕猴桃粉的品质指标的主成分载荷矩阵、特征值和方差贡献率Table 3 Principal component loading matrix, characteristic value and variance contribution rate of quality index of kiwifruit powders produced by different drying methods

由表3可知,第1主成分主要反映a*、维生素C、L*值、堆积密度、流动性、溶解性、总糖、水分含量的信息,第2主成分反映b*、总酸、吸油性、持水力和得率的特征。

利用表3数据除以主成分相对应特征值开平方根,得到2个主成分中各指标所对应的系数,设2个主成分得分依次为F1、F2,X1～X12分别为不同干燥方式得到的猕猴桃粉L*值、a*值、维生素C含量、水分含量、堆积密度、流动性、持水力、吸油性、总糖含量、b*值、溶解性、总酸含量、得率。以特征向量为权重构建2个主成分的得分表达式。

F1=-0.34X1+0.34X2+0.33X3-0.34X4-0.33X5+0.33X6+0.32X7-0.25X8+0.07X9-0.13X10+0.21X11+0.22X12+0.23X13

F2=0.09X1-0.13X2+0.14X3+0.13X4-0.15X5+0.15X6-0.19X7-0.32X8-0.45X9+0.42X10+0.36X11+0.35X12+0.35X13

以2个主成分的方差贡献率为权重,构建猕猴桃粉品质指标综合评价模型:Dn=63.27%F1+36.73%F2。

根据上述综合评价模型计算出猕猴桃粉的综合评价,分值越高,该猕猴桃粉品质越好。由表4可知,FDP主成分综合得分最高,品质最好。其次为热风干燥猕猴桃粉,真空干燥的综合评分最低。

表4 不同干燥方式得到的猕猴桃粉主成分得分Table 4 Scores of the principal component of kiwifruit powders produced by different drying methods

3 结论

本研究使用了热风干燥、真空干燥以及真空冷冻干燥等3种干燥工艺,探究不同干燥工艺对猕猴桃粉品质的影响。结果表明,FDP可有效保持猕猴桃绿色的色泽,其水分含量低、水合能力佳、吸油性好,维生素C质量分数达111.50 mg/100 g,其颗粒小,表面出现许多孔洞,结构最为疏松。HADP呈现出焦黄色,堆积密度最大,其表面出现一些不规则圆球形状,粉体颗粒更膨胀。VDP的水合能力和吸油性均在3种猕猴桃粉中表现最差,其表面光滑平整,有类似柱状以及较大块状的结构,其质地较为致密。不同干燥方式得到猕猴桃粉的微观结构各有差别,其颗粒形态大小可影响其物理特性。

利用主成分法构建猕猴桃粉品质指标综合评价模型计算得出,FDP主成分综合得分最高,品质最好。其次为HADP。