不同冰温真空干燥压力对草莓品质的影响

不同冰温真空干燥压力对草莓品质的影响贺红霞伸江;张川;周成君【摘要】将冰温真空干燥技术应用于新鲜草莓,通过对干燥前后草莓干基湿含量、干燥速率、失重率、可溶性固形物、维生素C含量、复水比及色差的测定，考察在冰温下,不同干燥压力(绝对压力50、100、300、500Pa)对新鲜草莓干燥品质的影响.结果表明，随干燥压力的降低，草莓失重率、干燥速率逐渐上升，至目标湿含量所需干燥时间越短.干燥压力对可溶性固形物保有量则无显著影响.干燥压力100Pa时维生素C保有量达87.3%,可在减少营养物质流失的同时进一步缩短干燥所需时间.综合考虑干燥速率与干燥后草莓的相关品质，干燥压力为100Pa时,更适合冰温真空干燥制备草莓干.【期刊名称】《食品研究与开发》【年(卷)，期】2018(039)018【总页数】6页(P129-134)【关键词】冰温真空干燥;草莓;干燥压力;品质;维生素C;干燥速率【作者】贺红霞伸江;张川;周成君【作者单位】天津商业大学天津市制冷技术重点实验室,天津300134;天津商业大学天津市制冷技术重点实验室沃津300134;华商国际工程有限公司,北京100069;北京市京科伦冷冻设备有限公司，北京101302【正文语种】中文草莓营养丰富，果实富含酚类等抗氧化活性物质，特别是维生素C含量较高，有很好的营养、保健和药用价值，被誉为水果皇后。其采收期短，上市集中，易产生机械损伤，不耐贮藏［1-2］。将新鲜草莓加工成草莓干、草莓粉、草莓速溶饮料等一系列新产品不仅食用更加方便，还可解决草莓的储存和运输问题，拓宽草莓制品市场［3-4］。研究表明，相比于自然干燥，热风干燥有效提高了传热和传质系数。但高温易使组织细胞、营养成分遭到破坏，食品品质大幅下降［5］；冷冻干燥草莓虽然可以最大程度保持草莓原有形状与味道，但高能耗、低效率也限制了其应用［6-8］;微波干燥可很好的保留草莓营养物质［9-10］,但微波干燥中的空穴效应造成的电磁场的不均匀性，导致干燥仓内的物料容易产生热点影响其品质［11］；冰温真空干燥是将真空干燥技术与冰温技术相结合，使真空干燥过程中物料温度始终被控制在冰温带范围内的新型干燥技术。冰温干燥可使果蔬组织细胞在鲜活状态下被快速干燥，不会产生冰晶破坏物料细胞结构。同时真空干燥中低氧环境可抑制干燥过程中营养物质的氧化与微生物的生长与繁殖。因此冰温真空干燥既可维持物料原有的活体特性，又能在干燥后有效地保存物料原有风味及营养成分。对胡萝卜［12］的研究发现，冰温真空干燥可获得高品质胡萝卜干制品，其品质优良，复水性强。与冷冻干燥、热风干燥相比，菠菜经冰温真空干燥维生素C保有量最高，最接近于新鲜菠菜，叶绿素含量达新鲜菠菜叶绿素含量87%。复水比虽小于冷冻干燥，但远大于热风干燥［13］。目前国内夕卜学者对草莓干制品的研究主要集中在冷冻干燥［7,14］、热风干燥和微波干燥［15］,对草莓冰温真空干燥及其干制品品质的相关研究鲜见报道。本文研究在干燥温度相对稳定条件下（-0.5±0.2）OC，舱内不同干燥压力（绝对压力50、100、300、500Pa）对草莓干燥速率、失重率及相关干燥品质的影响，为今后冰温真空干燥草莓的工业化生产提供理论和实践依据。1材料与方法1.1材料中国山东省济南市产红颜（99）草莓，于清晨采摘，并在冷藏车中5OC~6°C保存运输至实验室，存放于（5±1）C冰温库。1.2仪器与设备LJQK多功能果蔬保鲜装置［16］（兼具真空预冷、减压贮藏、冰温真空干燥功能，天津商业大学实验室）。该装置可用于果蔬冰温真空干燥试验，主要包括真空系统、可控电加热系统、制冷系统和控制系统。该设备的真空舱可用于不同温度和压力，不同形状和大小的果蔬样品的干燥。由自动调节器控制样品温度，干燥过程中自动称取样品重量、温度等信息。真空舱货架装有耐低压称重传感器，用于检测干燥过程中果蔬重量的变化。干燥结束统一标准为湿基湿含量10%以下，可根据果蔬初始重量、初始湿基湿含量，计算干燥完成后果蔬重量，通过称重传感器判断干燥结束时间。同时根据干燥过程中果蔬重量的变化，计算各时段内失重率与干燥速率。CR-400色彩色差计：日本KONICAMINOLTA公司；PAL-BXIACID5糖度仪:日本ATAGO公司；XK3190-A19E型电子秤：上海耀华电子秤有限公司；PS-1高速组织捣碎机：上海标本模型厂。1.3试验参数设定按照颜色和硬度，选取八分熟大小均匀（平均单体果品重20g,直径2cm~2.5cm之间）无机械损伤的果品进行去蒂处理。试验过程包括：（a）对挑选出来的果品进行称重装盘、将样品置于真空舱内货架称重传感器上。（b）开启真空泵和制冷机组，调节真空泵、舱内电加热、制冷机组供液量，使货物温度、舱内温度、压力维持在设定误差允许波动范围内进行冰温真空干燥。（c）对干燥后的干制品进行品质测定。经试验测量，该批次草莓冰点温度为-0.8OC~-1.2OC。控制草莓温度维持在（-0.5±0.2）C，进行4组试验：真空舱内干燥压力分别为500、300、100Pa和50Pa，每组草莓质量为10kg，每隔30分钟记录一次称重传感器示数及相关温度压力参数，干燥直至草莓含水量在10%（湿基）以下、干燥物料温度波动较小，并与舱内温度十分接近，认定为干燥阶段结束。每组干燥条件重复3次试验，至干基湿含量10%以下。1.4测定指标1.4.1湿含量[17]草莓样品的初始水分含量按照GB5009.3-2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》的具体操作方法，测得初始湿基湿含量为91.8%，干基湿含量11.195%。干燥过程中的干基湿含量由干（湿）基湿含量转换公式进行计算。1.4.2失重率失重率用来衡量草莓冰温真空干燥过程中失水程度。式中：m1为干燥前新鲜草莓质量，kg;m2为经过t时间干燥后草莓质量，kg。物重由舱内称重传感器测量，并由控制系统直接显示。1.4.3干燥速率干燥速率是衡量干燥过程进行快慢的重要参数，其计算公式如下（每100g新鲜草莓的干燥速率）：式中：t1、t2为前后两次干燥称重时间，h;Mt1、Mt2为草莓试样在t1、t2为时刻的水分含量，kg。1.4.4维生素C[18]采用2,6-二氯靛酚滴定方法测定干燥前后果品中的维生素C含量。式中：c为校准曲线查得VC含量，（pg/mL）;m为草莓试样质量，g;F为样品溶液的稀释倍数；v为测试时吸取提取液体积，mL。1.4.5可溶性固形物可溶性固形物含量采用PAL-BXIACID5糖度仪测定。1.4.6复水比复水性能是用来表示干燥产品在干燥过程中受损程度的一种重要物理参数，常用复水比表示，复水比一般与水温和浸水时间相关。试验中将（100±5）g干燥后的草莓样品放在30°C的恒温水槽中，每隔20分钟去除样品表面水分进行称重。复水比（RC）的计算公式如下所示：式中：RC为复水比；ml为复水后吸干表面水分后样品重量，g;m2为复水前样品重量，g。1.4.7色差采用CR-400色彩色差计测量，每组试验重复测量3次，测量后将测量结果和新鲜草莓进行比对，最后求取平均值，总色差值AE计算公式如下[19]:式中：AL为干燥前后草莓亮度差值；曲为干燥前后草莓偏红值差值；Ab为干燥前后草莓偏黄值差值。1.5数据处理分析通过EXCEL2007和SPSS19.0软件进行数据整理与分析，软件Origin8.0进行绘图。2结果与分析2.1不同干燥压力对草莓干燥速度的影响真空舱内压力是影响干燥过程的重要因素，真空舱内压力主要是通过果品内部和真空舱之间的水分压差从而影响干燥速度。不同干燥压力下草莓失重率变化情况见图1。图1不同干燥压力对草莓失重率的影响图Fig.1Theeffectofdifferentdryingpressuresontheweightlossrateofstrawberry从图1中可以看出不同干燥压力下草莓失重率变化趋势相近，随着干燥压力的升高，草莓的失重率越来越大，且呈现先快速增长随后缓慢增长的趋势。不同干燥压力对草莓干基湿含量的影响见图2。图2不同干燥压力对草莓干基湿含量的影响Fig.2Theeffectofdifferentdryingpressuresonwatercontentindrybaseofstrawberry由图2可以看出，舱内干燥压力越低，干燥到目标含水量所需的时间越短，干燥压力为500、300、100、50Pa的草莓干燥至目标含水量所需干燥时间分别为108、92、72、48h。综上所述，草莓在4种干燥压力下的干燥速率趋势相同：开始阶段草莓失水较快，然后逐渐变慢。该趋势与Doymaz[20]在草莓对流干燥动力学研究中发现的现象一致。这是由于草莓在干燥时所需去除的水分，是占主体的游离水和部分胶体结合水。所以在真空干燥进行1/3阶段（约干燥开始的前30小时），游离水从草莓表面快速蒸发向外扩散。由于外扩散的结果，造成草莓表面和内部水分之间产生水蒸气分压差，水分由内部向外表面移动，用以维持草莓各部分湿度、压力的平衡。草莓失重率达到70%后，开始蒸发结合水，因此干燥后期蒸发速度明显减慢。当干燥到失重率达85%时，草莓失水变得非常困难。从物料表面蒸发出来的水分减少。伴随干燥过程的进行，表面硬化、干缩变形现象加深，导致进一步失水变得非常困难。干燥速率（DR）是衡量干燥工艺的重要指标，不同压力下草莓冰温干燥速率曲线见图3。图3不同干燥压力对草莓干燥速率的影响Fig.3Theeffectofdifferentdryingpressuresonthedryingrateofstrawberry由图3可以看出，在干燥开始的4h以内，存在一个加速干燥阶段，主要是由于在初始阶段草莓表面与真空舱压力差和湿度差较大，远远大于草莓内部水分子间的束缚力。理论分析中，当物料本身吸收的热量与水分蒸发带走的热量相同时，物料进入恒速干燥阶段。此时干燥速率将保持恒定，物料内部逐渐形成一种多孔结构。该阶段干燥过程的进行极易受到外部因素的影响。与理论不同之处是草莓的冰温干燥过程中不存在恒速干燥阶段，可能是受干燥温度与压力影响，导致恒速干燥阶段持续时间较短。这与Ertekin[21]在热风干燥过程中发现的现象一致。由图3分析可知，提高真空度可以提高加速阶段的干燥速率，但在干燥开始进行48小时后，提高真空度对提高干燥速率的效果并不明显。2.2不同干燥压力对草莓品质的影响2.2.1舱内干燥压力对草莓复水特性的影响不同干燥压力对草莓复水特性的影响见图4。图4不同干燥压力对草莓复水特性的影响Fig.4Theeffectofdifferentdryingpressuresontherehydrationofstrawberry由图4可知，4条曲线趋势相同，但不同干燥压力下草莓干制品的复水比存在一定差异：复水初期1.5h内，4组条件下的复水比均显著上升，随后复水比增长趋于平缓，直至达到最大饱和状态，复水比稳定在2.91~3.45之间。对比不同干燥压力下的复水比可以发现，干燥压力越高，草莓干制品的复水能力越强。这很大程度是由于新鲜草莓的含水量较高，在极低的干燥压力下进行真空干燥水分迁移较快，使草莓的部分组织细胞受到破坏，导致复水能力降低。2.2.2舱内干燥压力对草莓营养物质的影响草莓中的重要营养成分是碳水化合物、维生素C等。碳水化合物在加热时极易引起分解和焦化，特别是葡萄糖和果糖经高温长时间干燥易发生大量损耗。脱水干燥也容易造成维生素的损失，其中最不稳定的为抗坏血酸（维生素C），不同干燥压力对草莓可溶性固形物含量、维生素C含量的影响见图5。图5不同干燥压力对草莓可溶性固形物含量、维生素C含量的影响Fig.5TheeffectofdifferentdryingpressureonthecontentofsugarcontentandvitaminCinstrawberry如图5所示，新鲜草莓可溶性固形物含量为8.7%，在50、100、300、500Pa的舱内压力进行干燥，干燥后的可溶性固形物含量分别为20.3%、19.6%、18.1%、18.5%。可以发现由于干燥后物料水分的减少，使得草莓的可溶性固形物含量明显增加（P<0.05），但舱内不同干燥压力对草莓可溶性固形物含量并无明显的影响（P20.05）。干燥前新鲜草莓维生素C含量为56.7mg/100g，经50、100、300、500Pa的舱内压力干燥后的维生素C含量分别为51.3、49.5、45.8、42.2mg/100g。可以发现：不同干燥压力下干制品中的维生素C含均显著性低于干燥前新鲜草莓（P<0.05）。这主要是由于维生素C的水溶性特性，使草莓在干燥脱水过程中，维生素C随水分的蒸发造成渗透损失。但不同干燥压力下的损失率均在25%以内，这主要是因为真空干燥条件下，由于氧含量降低，使得易氧化物能够得到很好的保护。2.2.3舱内干燥压力对草莓色差的影响不同干燥压力对草莓色差的影响见图6。图6不同干燥压力对草莓色差的影响Fig.6Theeffectofdifferentdryingpressuresonthecolordifferenceofstrawberry由图6可以看出，草莓干燥前后的色差比较明显，且色差值随干燥压力的升高而降低。这是由于在低压下，草莓果肉细胞渗透压越大，失水率越高，导致草莓果肉部分色素降解和迁移，使干燥前后出现明显的差异(P<0.05)。但直观观察不同干燥压力下的草莓干制品，并没有明显变化。3结论草莓冰温干燥过程中，在真空压差的作用下，最先去除物料表面水分。随着干燥过程的进行，物料表面水分逐渐去除，物料内部和表面之间形成湿度差，强大的湿度差将加速物料内部水分向表面扩散。同时存在着压力差，使得被汽化的水分子加速向真空空间移动。在干燥过程中将物料温度控制在草莓冰温带附近，可很好地保存果品品质。通过测定干燥前后草莓的各项指标，发现不同干燥压力对草莓的干燥速率、失重率、复水比、维生素C含量、色差等品质均有影响，对可溶性固形物含量则无明显的影响。相同干燥温度下，随着干燥压力的降低，草莓干燥速率、失重率及维生素C含量均增大，而干基湿含量及复水比均有所减小。虽色差值也随干燥压力的降低而增大，但通过直接感官观察无明显差异。对比4种干燥压力下的试验结果，50Pa的干燥压力虽然可以极大限度的缩短干燥时间，降低能耗，但是干燥后的草莓品质及营养成分受到一定损失，对干燥设备的要求也更高。综合考虑，试验在100、300Pa的干燥压力下干燥效果较好，100Pa干燥压力可以在减少营养物质流失的同时进一步缩短干燥所需时间，干燥至目标含水量以下所需时间为72h，失重率、复水比、维生素C含量、可溶性固形物含量及色差值分别为91.6%、3.03、49.5mg/(100g)、19.6%、20.93。冰温真空干燥具有能耗较低、干燥速率快、干燥均匀以及干燥后不流失营养成分等优点，是一种理想的果蔬保鲜技术。参考文献：【相关文献】高欣,郑华艳.不同包装材料对草莓贮藏品质和保鲜期的影响[J].食品工业科技,2015,36(2):328-330申江,齐含飞，李超，等.草莓贮藏保鲜技术实验研究[J].食品科技,2011,36(1):48-51王伟.真空冷冻干燥草莓粉工艺研究[D].保定:河北农业大学,2007:1-3ZhuDQ,QianLC,SunL,etal.Microwave-vacuumDryingCharacteristicsandDryingQualityofStrawberrySlices[J].FoodScience,2010,31(16):111-116李宝玉.不同干燥方式对香蕉产品品质的影响[J].食品科学,2016,37(15):100-106HUANGLL,ZHANGM,YANWQ,etal.Effectofcoatingonpostdryingoffreeze-driedstrawberrypieces[J].JournalofFoodEngineering,2009,92(1):107-111刘涌钢，王晓芳.草莓冷冻干燥工艺研究[J].食品工业,2012,33(3):77-80乔晓玲，闫祝炜涨原飞，等.食品真空冷冻干燥技术研究进展[J].食品科学,2008,29(5):469-474CUIZW,XuSY,SUNDW.EffectofMicrowave-VacuumDryingontheCarotenoidsRetentionofCarrotSlicesandChlorophyllRetentionofChineseChiveLeaves[J].DryingTechnology,2004,22(3):563-575GUOQS,SUNDW,CHENGJH,etal.Microwaveprocessingtechniquesandtheirrecentapplicationsinthefoodindustry[J].TrendsinFoodScience&Technology,2017,67(1):236-247ZHANGM,TANGJ,MUJUMDARAS,etal.Trendsinmicrowaverelateddryingoffruitsandvegetables[J].TrendsinFoodScience&Tech