干燥方式對(duì)果蔬風(fēng)味物質(zhì)影響研究進(jìn)展

張莉會(huì),廖 李,安可婧,劉 璐,喬 宇,*,汪 超

(1.湖北工業(yè)大學(xué),湖北武漢 430064;2.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所,湖北武漢 430064;3.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,廣東廣州 510642)

干燥作為果蔬加工的一種重要方式,會(huì)對(duì)果蔬品質(zhì),特別是對(duì)風(fēng)味品質(zhì)產(chǎn)生較大影響。果蔬風(fēng)味物質(zhì)種類繁多,主要包括醇類、醛類、酯類、酸類、烷烴類、酸類及含硫化合物等揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)和可溶性糖、有機(jī)酸、游離氨基酸等非揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),前者決定了食品的特征滋味,并為后者合成提供前體物質(zhì),后者則宏觀表現(xiàn)為食品的氣味,這些物質(zhì)含量極微,氣味各異,共同作用形成了食品的風(fēng)味體系。果蔬獨(dú)特的香氣對(duì)風(fēng)味的貢獻(xiàn)與其含量及其閾值大小有關(guān),獨(dú)特的風(fēng)味物質(zhì)不僅能引起人們的食欲,而且能促進(jìn)消化液的分泌,從而使人體迅速消化吸收營(yíng)養(yǎng)成分,但果蔬的特征風(fēng)味只由較少的成分甚至某一種化合物決定,這類化合物被稱為“特征效應(yīng)化合物”。

果蔬經(jīng)不同干燥方式處理后呈現(xiàn)不同風(fēng)味,干燥可顯著地提高醛、醇、雜環(huán)和含硫化合物的含量[1],并促進(jìn)了一些新的化合物生成,也會(huì)導(dǎo)致環(huán)狀合物、醇、醛、酮等的損失,不同的干燥方法對(duì)風(fēng)味的影響會(huì)產(chǎn)生較大的差異。采后果蔬干燥品質(zhì)受一定芳香物質(zhì)水平的影響,食品風(fēng)味分析不僅能鑒別食品品質(zhì),還可以將食品進(jìn)行分類和鑒定,這對(duì)人類健康及食品工業(yè)的發(fā)展有重要意義。

本文主要闡述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥、微波干燥和聯(lián)合干燥以及其它干燥技術(shù)對(duì)果蔬揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)和非揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)2個(gè)方面的影響以及不同干燥技術(shù)引起風(fēng)味物質(zhì)變化的原因方面的研究進(jìn)展,并討論了干燥技術(shù)在果蔬風(fēng)味物質(zhì)中的應(yīng)用研究可能的發(fā)展方向。

1 不同干燥方式對(duì)果蔬中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)影響

1.1 熱風(fēng)干燥的影響

熱風(fēng)干燥是一種傳統(tǒng)的干燥方法,經(jīng)熱風(fēng)干燥的果蔬,由于溫度較高,果蔬發(fā)生Maillard反應(yīng),形成2-甲基丁醛、3-甲基丁醛以及苯乙醛等[2];糖(例如果糖和葡萄糖)的熱降解會(huì)產(chǎn)生含呋喃的化合物(例如糠醛)[3];在熱風(fēng)干燥過程中脂質(zhì)發(fā)生降解能形成C4-C8脂肪族酮[4],比如杏鮑菇經(jīng)熱風(fēng)干燥后,酮類物質(zhì)主要為3-辛烯-2-酮、異薄荷酮和甲基壬基甲酮,酮類化合物具有花香和果香,且香味持久[5];番石榴果實(shí)中萜烯含量較高(占總揮發(fā)成分46%)，經(jīng)熱風(fēng)干燥后，萜烯含量占總揮發(fā)成分79%，且生成了鮮樣沒有的糠醛[6]。熱風(fēng)溫度較高,會(huì)使合成香氣物質(zhì)的有關(guān)酶鈍化或失活,從而使其相應(yīng)的揮發(fā)性物質(zhì)損失[7],張艷榮等[8]報(bào)道了在熱風(fēng)干燥姬松茸中檢出了1-辛醇、薄荷醇和薄荷醇等醇類化合物,有文獻(xiàn)報(bào)道[9],揮發(fā)性醇主要是由乙醇脫氫酶的作用而產(chǎn)生的,而在新鮮姬松茸檢出這些醇類物質(zhì)均高于熱風(fēng)干燥;亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸在熱風(fēng)干燥過程中發(fā)生氧化能產(chǎn)生醛類化合物[10],姬松茸經(jīng)熱風(fēng)干燥后檢測(cè)出了以苯甲醛為主的4種新的醛類物質(zhì)[11],與黑毛豆仁鮮樣比較,熱風(fēng)干燥處理后戊醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛等風(fēng)味物質(zhì)含量均有所增加[12]。

酯類化合物是水果的主要特征香氣成分,受干燥的影響也很大。香蕉經(jīng)熱風(fēng)干燥后揮發(fā)性成分以3-甲基丁酸和3-甲基丁基酯為主,其次是丁酸異戊酯、3-甲基丁基乙酸酯,但與新鮮香蕉相比,乙酸3-甲基丁酯、丁酸3-甲基丁酯均有很大程度的損失[13]。鮮棗果肉含有11種酯類化合物,而經(jīng)過熱風(fēng)干燥后酯類化合物增加至13 種,主要成分以癸酸乙酯和9-十六碳烯酸乙酯為主,其中癸酸乙酯具有類似于葡萄的香氣,烯酸乙酯具有花果香氣,這些綜合作用賦予紅棗的香氣,酮類化合物由2種增加至8種,但鮮棗在熱風(fēng)干燥過程中大部分烷烴和醇類含量嚴(yán)重下降[14]。枸杞經(jīng)熱風(fēng)干燥后,鄰苯二甲酸二甲酯和己酸甲酯含量均得到提高,且生成了鮮樣中未檢測(cè)出的環(huán)己烷甲酸乙酯[15]。由此可見,熱風(fēng)干燥在一定程度上有利于酯類和醛類物質(zhì)的增加。

1.2 真空冷凍干燥的影響

大部分果蔬經(jīng)真空冷凍干燥處理后,風(fēng)味成分有部分損失,其中,酯類化合物損失較大。但有些果蔬經(jīng)凍干后,醇類、萜烯類、酮類物質(zhì)和醛類物質(zhì)有所增加,并生成了新的酮類化合物。據(jù)報(bào)道,真空冷凍干燥相比其他干燥方式能較好地降低原料抗氧化活性成分的損失,而抗氧化劑類黃酮的含量與脂質(zhì)氧化的揮發(fā)性化合物多少有關(guān)[16]。棗經(jīng)真空冷凍干燥后生成了乙酸、癸酸和2-乙酸環(huán)己基鄰苯二甲酸,且生成了其他干燥方式未有的苯甲酸,且酮類化合物種類和含量均高于鮮樣[14]。棗含有酯類可以與糖結(jié)合,以促進(jìn)果蔬風(fēng)味的形成,脂肪酸氧化合成的香精有助于棗果味和花香的形成[17]。

據(jù)報(bào)道,果蔬芳香物質(zhì)形成途徑基本是在酶的直接或間接催化下進(jìn)行的生物合成[18],而真空冷凍干燥能較好地保持原料酶活性,促進(jìn)風(fēng)味物質(zhì)的形成。真空冷凍干燥后的芒果新生成了正辛醇和(2Z)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-醇,這是由于干燥過程中在乙醇脫氫酶的作用下形成了醇類化合物[19-21];胡蘿卜經(jīng)過真空冷凍干燥后,醇類物質(zhì)和醛類物質(zhì)有所增加,主要以2,6-二甲基環(huán)己醇、苯乙醛和β-環(huán)檸檬醛為主[22],由此可見,真空冷凍干燥在一定程度上有利于醛類和醇類物質(zhì)的增加。

1.3 微波干燥的影響

微波干燥會(huì)導(dǎo)致果蔬中醇類減少,這是由于微波干燥使乙醇脫氫酶失去活性所致。如薺菜經(jīng)微波干燥后,葉醇、反式-2-己烯-1-醇、2,6-二甲基環(huán)己醇等特征醇類化合物含量損失嚴(yán)重[23]。微波干燥由于干燥溫度較高,易發(fā)生美拉德反應(yīng)、Strecker降解和脂質(zhì)氧化[24-25]。由于醛類化合物的形成源自不飽和脂肪酸的自動(dòng)氧化[26],因此醛類化合物較高,經(jīng)微波干燥的慈姑揮發(fā)性風(fēng)味化合物也發(fā)生了變化。慈姑鮮樣中檢測(cè)出5種醛類揮發(fā)性風(fēng)味化合物,而經(jīng)微波干燥后檢測(cè)出7種醛類化合物,且揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)數(shù)量和含量均有所增加[27];蔬菜中的醛、酸等揮發(fā)性物質(zhì)大多來源于不飽和脂肪酸[28]。經(jīng)微波干燥的慈姑中,3-甲基丁酸、2-甲基丁酸、辛酸等為主的酸類物質(zhì)有所增加[27],微波能夠促使物料中的香氣前體物質(zhì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化,利于酯類化合物的生成[29]。微波干燥后芒果中以γ-丁內(nèi)酯和2-甲基-3-羥甲基-(2,4,4-三甲戊苯基)-丙酸酯為主的酯類化合物均得到提高。微波真空干燥還能夠有效促進(jìn)部分香氣組分物質(zhì)的增多與轉(zhuǎn)化,同時(shí)也可能由于微波的破壞作用使物料原有的香氣成分損失[19]。

1.4 變溫壓差膨化干燥的影響

新鮮菠蘿經(jīng)變溫壓差膨化干燥后,其香氣成分中酯類含量仍然最高,其中的含氮化合物、醛類、醇類物質(zhì)含量也顯著上升,含氮化合物的大量產(chǎn)生,可能是由于在加熱條件下,菠蘿中的氨基酸與糖類發(fā)生美拉德反應(yīng)而產(chǎn)生的,也可能是蘇氨酸、絲氨酸、賴氨酸等氨基酸的熱分解產(chǎn)物[30]。陳瑞娟等[31]研究表明,經(jīng)變溫壓差膨化的胡蘿卜粉中檢測(cè)出較多的醛類物質(zhì),一方面,在干燥過程中容易發(fā)生美拉德反應(yīng),還可能是由于Strecker降解反應(yīng)生成各種特殊醛類;另一方面,隨著加熱溫度的上升,加熱時(shí)間的延長(zhǎng),醇類會(huì)逐漸氧化生成醛類、酮類等物質(zhì)。而萜烯類化合物的含量和種類明顯減少,主要是因?yàn)閱屋苹虮栋胼苹衔镌诟稍镞^程中,易受到溫度、真空度的等因素的影響發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[32];經(jīng)變溫壓差膨化干燥后,芒果中萜烯類化合物種類最多,含量也最高,其中的反式石竹烯和α-石竹烯增加較大,4-蒈烯完全損失,但生成了環(huán)己烯和萜品油烯[33]。由此可見,變溫壓差膨化干燥在一定程度上有利于酯類和酮類化合物的生成,但萜烯類化合物和醇類化合物容易損失。

1.5 聯(lián)合干燥的影響

隨著真空冷凍-微波聯(lián)合干燥的進(jìn)行,尤其由升華干燥結(jié)束到解析干燥開始階段,對(duì)于其他八碳化合物,如3-辛醇、3-辛醇等醇類物質(zhì)含量和辛酸甲酯、壬酸甲酯等酯類物質(zhì)顯著降低,并且在后期微波干燥階段,沒有檢出;這說明加熱過程對(duì)八碳化合物、醇類等揮發(fā)性成分的損失有直接的影響,并且由于長(zhǎng)期的加熱作用使得八碳化合物等成分造成揮發(fā)損失或發(fā)生其他化學(xué)反應(yīng)[34]。蘋果片經(jīng)真空微波聯(lián)合冷凍干燥與凍干樣品相比，分子量較小的酯類香氣值變化不大，但分子量較大的酯類香氣值降低，且丁醇、己醛、2-己烯醛等醛類和醇類降低[35]。真空-微波聯(lián)合干燥由于腔體的溫度和濕度導(dǎo)致酯類減少及醇類化合物的增加，這一現(xiàn)象在與張巖等[36]對(duì)香蕉的研究一致。藍(lán)莓經(jīng)微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥后,萜烯化合物有一定損失,但新增了糠醇,且酯類化合物含量高于單一干燥。微波-熱風(fēng)干燥能夠促進(jìn)部分香氣組分物質(zhì)的增多與轉(zhuǎn)化,同時(shí)也可能由于微波加熱條件下高溫化學(xué)反應(yīng)不充分,會(huì)弱化香氣成分的形成[37]。Wang等[38]研究表明,紅外干燥與冷凍干燥的組合對(duì)香氣保留有顯著影響,并引起含硫化合物如二甲基,三硫化物和1,2,4-三硫醇的增加。香菇經(jīng)熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥后含硫和酯類化合物含量高于單一熱風(fēng)干燥,醛類化合物含量相近,但醇類化合物含量低于熱風(fēng)干燥,由于醇類化合物揮發(fā)性較強(qiáng),穩(wěn)定性不高,干制過程損失嚴(yán)重,可能原因與熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥微波干制段干制溫度高有關(guān)[39]。由此可見,真空冷凍-微波聯(lián)合干燥會(huì)導(dǎo)致醇類以及某些酯類化合物的降低,真空-微波聯(lián)合干燥則會(huì)導(dǎo)致酯類化合物減少及醇類化合物的增加,微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥后萜烯化合物會(huì)有所降低,但含硫和酯類化合物含量較高,紅外干燥聯(lián)合冷凍干燥會(huì)使含硫化合物增加,但這些現(xiàn)象也因果蔬種類而有所差異,還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

2 不同干燥方式對(duì)果蔬中非揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)影響

2.1 熱風(fēng)干燥的影響

果蔬經(jīng)熱風(fēng)干燥后,核苷酸、有機(jī)酸和氨基酸等非揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)均有一定程度的降解,且因果蔬種類不同,降解成分和速率也有所差異。隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的升高,果蔬中蛋白質(zhì)會(huì)被各類蛋白酶、肽酶及氨肽酶降解,造成氨基酸含量升高[40]。但當(dāng)溫度升高至一定程度,氨基酸受熱會(huì)發(fā)生裂解并與糖類發(fā)生美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)等而消耗[41]。香菇經(jīng)熱風(fēng)干燥處理后,阿拉伯糖、海藻糖、甘露醇糖含量較高,但游離氨基酸和核苷酸含量有所降低[42]。Soria等[43]在熱風(fēng)干燥胡蘿卜中檢測(cè)出了2-糠酰甲基賴氨酸和2-糠酰甲基精氨酸,但氨基酸含量及種類均低于鮮樣;熱風(fēng)干燥時(shí)果蔬表面暴露在空氣中,蛋白質(zhì)逐漸降解,加速了核苷酸化合物的降解[44],吳方寧等[45]研究表明,白玉蕈經(jīng)熱風(fēng)干燥后檢測(cè)出了丙氨酸、精氨酸、谷氨酸等多種氨基酸以及以蘋果酸和丁二酸為主的有機(jī)酸和5′-CMP、5′-UMP、5′-IMP、5′-GMP、5′-AMP 5種核苷酸,但核苷酸含量顯著低于鮮樣;且熱風(fēng)干燥過程中有機(jī)酸易發(fā)生氧化反應(yīng)生成了脂肪酸和氧化有機(jī)酸,或者在受熱過程發(fā)生脫羧反應(yīng)造成有機(jī)酸含量較低[46]。葡萄經(jīng)熱風(fēng)干燥后,酒石酸、檸檬酸、丁二酸、反丁烯二酸等有機(jī)酸含量均顯著低于真空干燥[47]。

2.2 真空冷凍及其聯(lián)合干燥的影響

真空冷凍干燥香菇片中絲氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、賴氨酸、脯氨酸含量和甘露醇以及可溶性糖含量高于其他干燥方式,這可能由于真空冷凍干燥由于其低溫低壓環(huán)境,對(duì)香菇中的可溶性糖破壞性較弱的原因?qū)е碌腫48],但與新鮮香菇相比,還是有所降低。雙孢菇在真空冷凍干燥過程中果糖、海藻糖和肌醇的含量顯著降低,這可能歸因于熱處理過程中發(fā)生的美拉德反應(yīng),導(dǎo)致總可溶性糖(特別是還原糖如果糖)和多元醇含量的降低;且經(jīng)真空冷凍干燥后,雙孢菇中游離氨基酸含量下降[49],這可能是由于Strecker降解游離氨基酸和氨基酸和還原糖之間的美拉德反應(yīng)[50-51];有機(jī)酸含量隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升高后下降的趨勢(shì),這是由于隨著FD升華期樣品溫度逐漸升高,相關(guān)酶(如蘋果酸脫氫酶和檸檬酸合成酶)可能已被激活,促進(jìn)樣品中有機(jī)酸的形成[52],在干燥后期,有機(jī)酸的損失可歸因于FD的解吸期間熱處理溫度較高引起的脫羧作用[53]。因此,與新鮮果蔬相比,真空冷凍干燥后氨基酸、多元醇以及氨基酸含量雖然有所降低,但這種干燥方式能較好的保留這些非揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。

有研究表明,真空冷凍-微波聯(lián)合干燥雙孢蘑菇中L-谷氨酸、L-組氨酸等氨基酸以及5′-GMP、5′-AMP和有機(jī)酸等大部分非揮發(fā)性成分含量在微波干燥階段顯著降低;真空冷凍-微波聯(lián)合干燥雙孢蘑菇片中可溶性糖含量低于冷凍干燥,但對(duì)等效鮮味濃度(EUC)有重要貢獻(xiàn)的呈鮮味游離氨基酸含量與新鮮樣品含量相近,顯著高于凍干產(chǎn)品;雙孢蘑菇片通過兩種干燥方式后呈味核苷酸和有機(jī)酸含量差異不顯著。在真空冷凍干燥條件下氧氣不足,導(dǎo)致可溶性糖與游離氨基酸的Maillard反應(yīng)減慢,因此可溶性糖含量較高,且真空條件會(huì)影響各類ATP降解酶的活性[54],導(dǎo)致真空干燥中ATP降解較少,核苷酸總量較低;真空冷凍干燥條件下,水分蒸發(fā)的沸點(diǎn)較低,對(duì)應(yīng)的果蔬干燥溫度較低,減少了蛋白質(zhì)的降解程度[55],降低了氨基酸與糖類的反應(yīng)速率,減少氨基酸的損耗;隨著真空冷凍干燥的進(jìn)行,果蔬的溫度升高可能導(dǎo)致酶的活化,促使大分子糖的代謝,甘露醇含量會(huì)逐漸增加;然而,在真空冷凍-微波聯(lián)合干燥(FMVD)過程中真空冷凍干燥(FD)和微波干燥(MVD)的解吸期間,由于樣品溫度較高,熱分解可能導(dǎo)致甘露醇含量降低[56]。由此可見,經(jīng)真空冷凍-微波聯(lián)合干燥后,果蔬中氨基酸、核苷酸和有機(jī)酸以及可溶性糖降低,但鮮味游離氨基酸含量與鮮樣接近。

2.3 微波干燥的影響

微波干燥過程中氨基酸雖然會(huì)與糖類發(fā)生美拉德反應(yīng)而消耗,但是由于蛋白質(zhì)水解過程占主導(dǎo),所以游離氨基酸總量總體呈增加趨勢(shì),但達(dá)到一定高功率時(shí)溫度比較高,酶活性降低從而影響蛋白質(zhì)水解,導(dǎo)致高功率下氨基酸消耗占主導(dǎo),蛋白質(zhì)水解占次要地位[57]。黃姬俊[58]研究表明,隨微波功率的升高,游離氨基酸總量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì);微波功率逐漸增大,對(duì)應(yīng)果蔬的干燥溫度升高,一定范圍的高溫使更多的蛋白質(zhì)經(jīng)酶的作用生成氨基酸,從而使氨基酸總量增加。經(jīng)微波干燥的酸棗葉尿苷、胞苷、2′-脫氧腺苷-5′-單磷酸、鳥苷-5′-單磷酸等核苷酸顯著高于鮮樣,亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸等氨基酸也高于鮮樣[59]。

3 結(jié)論與展望

綜上所述,干制果蔬的風(fēng)味物質(zhì)會(huì)因?yàn)槠贩N和干燥方式不同而相差很多;果蔬在干燥過程中風(fēng)味物質(zhì)的損失相當(dāng)嚴(yán)重。關(guān)于干燥果蔬風(fēng)味物質(zhì)的研究還不多見,果蔬在干燥過程中風(fēng)味物質(zhì)如何變化,如何減少干燥過程中風(fēng)味物質(zhì)的損失以及增強(qiáng)果蔬中特征風(fēng)味物質(zhì)種類和含量,從而保持果蔬原有的風(fēng)味等還有待于深入研究。因此,在未來的研究中,可以采用聯(lián)合干燥技術(shù),利用各干燥技術(shù)的優(yōu)勢(shì)達(dá)到互補(bǔ),尋找有利于風(fēng)味物質(zhì)形成的最佳組合順序和轉(zhuǎn)換點(diǎn)。