不同干燥方式对柠檬片品质的影响

郭红莲 张曼 白亚辉 路敏 陈君然

摘要：该研究旨在探究不同干燥方式对贮藏期柠檬片品质的影响。分别采用真空冷冻干燥（vacuum freeze drying，VFD）、热风干燥（hot air drying，HAD）、微波干燥（microwave drying，MD）3种方式加工制备柠檬片，并研究了3种干燥方式对柠檬片色泽、基础品质、营养物质和风味的影响。结果表明，柠檬片经过真空冷冻干燥、热风干燥、微波干燥不同干燥处理后品质与风味不同。冻干组柠檬片具有较小的收缩率（11.65%），较高的复水比（5.14）、亮度值（48.6）和V_C含量（3.13 mg/g DW），电子鼻各传感器的响应值较高，即其色泽、品质、风味都优于热风干燥与微波干燥方式。因此，使用冻干工艺可以保证品质。

关键词：柠檬片；干燥方式；真空冷冻干燥；热风干燥；微波干燥；营养物质；风味；色泽

中图分类号：TS205.1

文献标志码：A

文章编号：1000-9973（2024）06-0031-05

Effects of Different Drying Methods on Quality of Lemon Slices

GUO Hong-lian¹， ZHANG Man¹， BAI Ya-hui¹， LU Min²， CHEN Jun-ran^1*

（1.College of Food Science and Engineering， Tianjin University of Science and Technology，

Tianjin 300457， China; 2.Tianjin Saiyu Food Co.， Ltd.， Tianjin 300308， China）

Abstract： The aim of this study is to investigate the effects of different drying methods on the quality of lemon slices during storage. Vacuum freeze drying （VFD）， hot air drying （HAD） and microwave drying （MD） are used respectively to prepare lemon slices， and the effects of the three drying methods on the color， basic quality， nutrients and flavor of lemon slices are investigated. The results show that the quality and flavor of lemon slices are different after vacuum freeze drying， hot air drying and microwave drying. The freeze-dried lemon slices have smaller shrinkage rate （11.65%）， higher rehydration ratio （5.14）， brightness value （48.6） and V_Ccontent （3.13 mg/g DW）， and higher response values of electronic nose sensors， which means that their color， quality and flavor are better than those of hot air drying and microwave drying. Therefore， the use of freeze-drying process can ensure the quality.

Key words： lemon slices; drying method; vacuum freeze drying; hot air drying; microwave drying; nutrients; flavor; color

收稿日期：2023-11-16

基金项目：天津市科技计划项目（20YFZCSN00980）

作者简介：郭红莲（1971—），女，教授，博士，研究方向：农产品加工及贮藏工程。

*通信作者：陈君然（1984—），男，讲师，博士，研究方向：农产品加工及贮藏工程。

柠檬是一种常见的水果，也被称为柠檬果，是柑橘科柠檬属植物，属于常绿小乔木或灌木。柠檬的外观通常呈圆形或卵圆形，表皮呈黄色或亮黄色，有时带有绿色的斑点^[1]。柠檬果实中含有多种维生素、矿物质、可溶性膳食纤维、酚类化合物和类黄酮等营养物质^[2]。柠檬的口感酸爽清新，具有浓郁的柠檬香气。它的酸味使其成为独特的调味品，在烹饪、烘焙和饮料制作中被广泛使用。柠檬作为一种含水量极高的季节性水果，不易保存，又因其味酸，通常情况下难以生食，而是加工成干制品、饮料或香精等贮藏和销售。

通过自然或者加工等方式使柠檬片中的水分降低至一定程度是最常见的一种柠檬深加工方式。近年来，随着技术的进步和人们消费需求的升级，传统自然晾干或烘烤方式会造成柠檬片营养损失严重、外观品质低下、添加剂剂量较大等安全隐患，因此基本已经被市场淘汰^[3]。目前市场上常见的柠檬干制技术有微波干燥、真空干燥、真空冷冻干燥、热风干燥、红外干燥。

本研究选用柠檬作为试验对象，探究微波干燥、真空冷冻干燥、热风干燥方式对柠檬片的风味、色泽、质构等的影响，同时研究不同干燥方式下柠檬主要营养成分含量的变化，分析干燥方式对柠檬片品质的影响，以期筛选出适宜的柠檬干燥方式，为柠檬的精深加工提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

柠檬：产于四川安岳，采购于滨海金元宝农贸市场，单果重（165±5） g，横径为（8.5±0.5） cm，纵径为（6.3±0.2） cm。福林酚试剂：上海索莱宝生物科技有限公司；芦丁：天津一方科技有限公司；抗坏血酸、草酸、乙醇（均为分析纯）：天津化学试剂一厂；氢氧化钠（分析纯）：天津市北方天医化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

FD-1A-50真空冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司；DGG-101-2电热鼓风干燥箱 天津市天宇实验仪器设备有限公司；SYU-10-300DT超声波清洗机 郑州生元仪器有限公司；Scientz-ⅡDM微波光波超声波萃取仪 南北仪器有限公司；TA-XT Plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司；PEN3电子鼻 德国Airsense公司；TU-1810紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品的处理

将新鲜柠檬用不锈钢切片机分割成厚4.5 mm的柠檬片，随后采用下述3种方式对柠檬片进行干燥处理，并以6%的湿基含水量作为产品的干燥终点。

真空冷冻干燥（vacuum freeze drying，VFD）：将柠檬片在－20 ℃条件下预冻12 h后进行冻干。冷阱温度为－50 ℃，真空度为20 Pa，总干燥时间为54 h。

热风干燥（hot air drying，HAD）：温度为55 ℃，风速恒定为1 m/s，干燥时间为12 h。

微波干燥（microwave drying，MD）：样品温度为56 ℃，腔体温度为36 ℃，功率为320 W，间隔15 s干燥一次，共计10 min。

1.3.2 指标的测定

1.3.2.1 色泽

柠檬干片表面的色泽采用全自动色差仪进行测量，分别记录L^*值、a^*值、b^*值，并计算总色差值ΔE，见公式（1）：

ΔE= （L^*－L₀^*）+（a^*-a₀^*）+（b^*-b₀^*）。（1）

式中：ΔE为柠檬干片贮藏期间的总色差值；L^*、a^*、b^*分别为贮藏期间测量的柠檬干片的亮度值、红绿值和黄蓝值；L₀^*、a₀^*、b₀^*分别为贮藏初始时柠檬干片的亮度值、红绿值和黄蓝值。

1.3.2.2 吸湿比

参照李兴霞等^[4]的方法，吸湿比按公式（2）计算：

X=X_qX_h×100%。（2）

式中：X为吸湿比；X_q为柠檬干片吸湿前的质量（g）；X_h为柠檬干片吸湿后的质量（g）。

1.3.2.3 收缩率

柠檬片干燥过程中会出现不同程度的收缩，收缩率越小，形态变化幅度较小，越接近新鲜柠檬的原始状态。收缩率按公式（3）计算：

D=V_q-V_hV_q=r_q²d_q-r_h²d_hr_q²d_q×100%。（3）

式中：D为柠檬干片的收缩率（%）；d_q和d_h分别为干燥前、后柠檬片的高度（mm）；r_q和r_h分别为干燥前、后柠檬片的半径（mm）。

1.3.2.4 复水比

参考朱春华等^[5]的方法，将干燥的柠檬片放置在蒸馏水中进行复水直至恒重时沥干。复水比按公式（4）计算：

R=m_tm₀。（4）

式中：R为柠檬干片的复水比；m_t为柠檬干片复水后的质量（g）；m₀为柠檬干片复水前的质量（g）。

1.3.2.5 成品得率

分别称量各组柠檬初始质量和干燥后的质量，柠檬干片成品得率按公式（5）计算：

P=m_qm_h×100%。（5）

式中：P为柠檬干片成品得率；m_q为柠檬片的初始质量（g）；m_h为干燥后柠檬片的质量（g）。

1.3.2.6 质构

使用TA-XT Plus质构仪对柠檬片的硬度、脆度进行测量并记录数据^[6]。

1.3.2.7 感官评价

选取10名专业感官评价人员，对3种不同干燥方式的柠檬片从色泽、形态、风味、口感上进行打分，具体评价标准见表1。

测定条件：传感器流速为400.00 mL/min，清洗时间为80.00 s，样品检测时间为100.00 s，重复3次，使用WinMuster软件对数据进行分析。PEN3型电子鼻各传感器性能描述见表2。

参照曹建康等^[7]的方法并稍作修改。冻干柠檬片中V_C含量按公式（6）计算：

X=V×（V_l-V_s）×ρV_s×m。（6）

式中：X为柠檬干片中V_C的含量（mg/100 g）；m为测定样品的质量（g）；V为样品提取液的总体积（mL）；V_l为滴定样品消耗的总体积（mL）；V_s为滴定空白样品消耗的体积（mL）；ρ为1 mL溶液相当于V_C的质量（mg/mL）。

1.3.2.10 可滴定酸含量

参照曹建康等^[7]的方法并稍作修改。冻干柠檬片中可滴定酸含量按公式（7）计算：

X=V×c×（V_l-V₀）×fV_s×m×100%。（7）

式中：X为柠檬干片中可滴定酸含量（%）；m为样品的质量（g）；V₀为滴定蒸馏水的NaOH用量（mL）；V_l为滴定样品的NaOH用量（mL）；V_s为滴定消耗滤液的用量（mL）；V为提取液的总体积（mL）；c为NaOH滴定液的浓度（mol/L）；f为折算系数（g/mmol）。

1.3.2.11 黄酮含量

柠檬片中黄酮含量以芦丁含量表示。取0.1 g柠檬干片，加入5 mL 50%乙醇溶液，研磨至匀浆状，于50 ℃水浴1 h提取，然后定容至10 mL作为待测液。重复上述步骤，在510 nm处测定吸光值，将柠檬片中黄酮含量代入标准曲线计算可得y=6.724x-0.000 7，R²=0.998 8。

1.3.2.12 总酚含量

采用福林酚比色法测定总酚含量^[8]。取1.3.2.11中制备的待测液0.5 mL，重复上述方法，在760 nm处测定吸光值，将柠檬片中黄酮含量代入标准曲线计算可得y=11.117x+0.007 2，R²=0.997 7。

1.4 数据处理

使用Origin 2017、SPSS 25.0、Microsoft Excel 2010、Design-Expert 8.0整理、分析试验数据，并验证模型的合理性。

2 结果与分析

2.1 干燥方式对柠檬片色泽和感官的影响

色泽是干制柠檬片品质的重要指标，产品的色泽变化越小，产品的品质越理想^[9]。ΔE表示干制后柠檬片与新鲜柠檬片的色差值，由表3可知，VFD最有利于柠檬片原始色泽的保持，其ΔE值最低，为8.67，显著低于HAD组和MD组（P<0.05）。VFD组柠檬片的L^*值、a^*值、b^*值、感官评分显著高于HAD组和MD组（P<0.05），分别为48.6，-3.43，34.03，94.33，说明冻干方式处理的柠檬片的色泽呈现明亮的黄色，且外观、风味和口感均优于微波和热风干燥处理。

由图1可知，冻干柠檬片的色泽明亮，颜色鲜黄，整体无皱缩，这是因为真空冷冻干燥组的水分在低温下以冰晶状态升华 ^[10]。而HAD组和MD组的颜色暗黄，色泽较差，柠檬组细胞失水严重，组织呈明显收缩状态，尤其是微波干燥组柠檬片边缘皱缩严重，且伴有褐变线产生。陈雪等^[11]在不同干燥方式对海棠果果片品质的影响研究中得出相同规律。

2.2 干燥方式对柠檬片基础品质的影响

由表4可知，VFD组柠檬干片的复水比显著高于HAD组和MD组（P<0.05），VFD组的吸湿比也较大，为1.19。收缩率是衡量干制品的重要指标，不仅与样品的干燥程度相关，而且直接反映样品干燥后的形状和内部的组织结构^[12]。VFD组的收缩率最小，为11.65%，显著低于HD组和MD组（P<0.05）。脆度与硬度可反映柠檬干片的口感，从硬度值来看，MD组的硬度值最高，为20 066 g，VFD组的硬度值最低，为13 367 g。从各组产品的脆度值来看，VFD组柠檬干片的脆度值（1 659 g）显著高于HAD组和MD组（P<0.05）。冻干柠檬片拥有较低的硬度值和较高的脆度值。分析原因是冻干过程中由冰晶升华产生大量孔隙，维持了物料固有的组织结构，外界水分易于进入，复水性强，吸湿比大，同时使收缩率较低，脆度增大，硬度值降低，而热风与微波两种干燥方式破坏了内部疏松的组织，细胞收缩严重，品质相对较差^[13-15]。

2.3 干燥方式对柠檬片营养物质的影响

由表5可知，VFD组的营养指标显著高于HAD组和MD组，V_C、总酚、黄酮、可滴定酸含量分别为3.13 mg/g DW、15.37 mg GAE/g DW、11.87 mg/g DW、21.94%。因为冻干是在真空低温环境下进行处理，抑制了柠檬片微波与热风干燥过程中氧气和高温所造成的不良反应，使V_C、总酚等氧化分解减少^[16]。真空低温环境下的冻干方式对柠檬片的营养成分维持较好，损失较小，品质更佳^[17]。

2.4 干燥方式对柠檬片风味的影响

2.4.1 不同干燥方式下柠檬片风味的PCA和LDA

用电子鼻对干制柠檬片的风味进行分析，不同干燥方式及各干燥方式下柠檬片贮藏前后风味的主成分分析（PCA）和判别因子分析（LDA）分别见图2和图3。

由PCA分析的横、纵坐标可知，第一、第二主成分贡献率分别为93.20%和6.72%，总贡献率为99.92%；在LDA图中，第一、第二主成分贡献率分别为88.61%和9.89%，总贡献率为98.5%，可见两种分析中总贡献率都较高，基本涵盖了柠檬干片的主要特征信息^[18]。因此，不同干燥方式的柠檬干片的风味可用电子鼻鉴别。不同干燥方式的柠檬干片间具有较好的分散性，且组内数据点较集中，表明PCA和LDA可明显区分不同干燥方式下柠檬干片的风味^[19]。由贮藏20 d与贮藏初期的柠檬干片的分析结果可知，各组贮藏前后的分散性较高，表明贮藏期间柠檬干片的贮藏风味会发生变化。从初始值来看，3种干燥方式的柠檬干片有明显的风味区分。贮藏20 d时，冻干方式与微波干燥和热风干燥方式的柠檬干片不同，微波干燥和热风干燥的柠檬干片有重叠区域，区分效果略差，说明在贮藏20 d时微波干燥与热风干燥的柠檬干片在风味上逐渐靠拢。

2.4.2 不同干燥方式下电子鼻传感器响应值分析

不同干燥方式下柠檬干片电子鼻传感器雷达分析图见图4，贮藏0 d和20 d时传感器响应值见表6和表7。

不同干燥方式下柠檬干片气味的差异主要由传感器W1C、W1W和W5S等所反映，说明柠檬片主要呈味物质为萜烯类、醇类和芳香族化合物。由表6可知，VFD组贮藏初期W1C、W3C、W5C、W1W、W2S传感器的响应值分别为10.08，4.77，3.91，144.03，5.85，其芳香物质各传感器响应值均显著高于HAD组和MD组（P<0.05），表明真空冷冻干燥方式下柠檬干片的风味优势明显^[20]。由图6可知，贮藏20 d时各组柠檬干片的雷达图中风味区域较贮藏0 d时缩小，表明随着贮藏期间的延长，柠檬干片的风味和品质有所损失。

3 结论

真空冷冻干燥、热风干燥和微波干燥方式下柠檬干片的风味和品质存在一定程度区别。冻干方式制备的柠檬干片的色泽、感官等基础品质与营养品质都较佳。L^*值、感官评分分别为48.6，94.33，总酚、黄酮、V_C、可滴定酸含量都显著高于热风干燥与微波干燥方式。复水比和收缩率分别为5.14%、11.65%，并且其硬度与脆度适中。不同干燥方式制得的柠檬干片风味区别明显，且随着贮藏时间的延长，各组柠檬干片的风味均有所损失，结合雷达图与传感器响应值分析得出冻干方式下柠檬片的风味和品质较高。冻干方式下柠檬片的风味和品质优于微波干燥与热风干燥方式，更适宜作为柠檬的干燥方式。

参考文献：

[1]CHATURVEDI D， SUHANE N， SHRIVASTAVA R R. Basketful benefit of Citrus limon[J].International Research Journal of Pharmacy，2016，7（6）：1-4.

[2]LOPRESTO C G， PETRILLO F， CASAZZA A A， et al. A non-conventional method to extract D-limonene from waste lemon peels and comparison with traditional Soxhlet extraction[J].Separation and Purification Technology，2014，137：13-20.[3]XU K， MARTINEZ M M， YANG B， et al. Fine structure， physicochemical and antioxidant properties of LM-pectins from okra pods dried under different techniques[J].Carbohydrate Polymers，2020，241：116272.

[4]李兴霞，李越，杨菲菲，等.吸湿性对冻干果蔬产品及其品质特性的影响[J].食品与机械，2022，38（7）：159-165.

[5]朱春华，龚琪，李进学，等.柠檬干片制作过程及贮藏期间颜色变化[J].浙江农业学报，2013，25（3）：630-634.

[6]ZIELINSKA M， SADOWSKI P， BASZCZAK W. Freezing/thawing and microwave-assisted drying of blueberries （Vaccinium corymbosum L.）[J].LWT-Food Science and Technology，2015，62（1）：555-563.

[7]曹建康，姜微波，赵玉梅.果蔬采后生理生化实验指导[M].北京：中国轻工业出版社，2013：34-37.

[8]祝思宇，肖怡，陈冠林，等.山竹的花色苷、黄酮、总酚含量及其抗氧化活性[J].食品工业，2020，41（2）：338-343.

[9]GOZTEPE B， KAYACAN S， BOZKURT F， et al. Drying kinetics， total bioactive compounds， antioxidant activity， phenolic profile， lycopene and β-carotene content and color quality of rosehip dehydrated by different methods[J].LWT-Food Science and Technology，2022，153：112476.

[10]ZHANG M， JIANG H， LIM R X. Recent developments in microwave-assisted drying of vegetables， fruits， and aquatic products—drying kinetics and quality considerations[J].Drying Technology，2010，28（11）：1307-1316.

[11]陈雪，李古阳，高超，等.不同干燥方式对海棠果果片品质的影响[J].粮食与油脂，2022，35（6）：96-100.

[12]ZHANG M， CHEN H， MUJUMDAR A S， et al. Recent developments in high-quality drying of vegetables， fruits， and aquatic products[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition，2017，57（6）：1239-1255.

[13]SCHSSLER K， JGER H， KNORR D. Novel contact ultrasound system for the accelerated freeze-drying of vegetables[J].Innovative Food Science and Emerging Technologies，2012，16：113-120.

[14]KUNZ C， GIESELER H. Merits and limitations of dynamic vapor sorption studies on the morphology and physicochemical state of freeze-dried products[J].Journal of Pharmaceutical Sciences，2018，107（8）：2179-2191.

[15]陈君琛，杨艺龙，翁敏劼，等.即食杏鲍菇热风-真空联合干燥工艺优化[J].农业工程学报，2014，30（14）：331-338.

[16]付龙威，连建梅，叶淑贤，等.不同干燥工艺对燕窝品质特性的影响[J].食品工业科技，2022，48（13）：36-43.

[17]张群，舒楠，黄余年，等.不同干燥方式对黄桃果干结构特性及营养品质的影响[J].湖南农业科学，2021（4）：86-89.

[18]LIU C C， CHU Z J， WENG S Z， et al. Fusion of electronic nose and hyperspectral imaging for mutton freshness detection using input-modified convolution neural network[J].Food Chemistry，2022，385：132651.

[19]AHETO J H， HUANG X Y， TIAN X Y， et al. Multi-sensor integration approach based on hyperspectral imaging and electronic nose for quantitation of fat and peroxide value of pork meat[J].Analytical and Bioanalytical Chemistry，2020，412（5）：1169-1179.

[20]卜庆状.真空冷冻干燥和热风干燥对猴头菇营养品质的影响[J].食品科技，2018，43（5）：97-101.