多元糖浸漬處理對真空冷凍干燥蘋果片品質(zhì)及微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響

王海鷗，王前菊,2，閆秋菊,3，姜英,3，周峰,4，華春,4*

1(南京曉莊學(xué)院 食品科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京，211171)2(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧 沈陽，110161)3(南京師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京，210046)4(江蘇省高?！疤厥馍镔|(zhì)廢棄物資源化利用”重點建設(shè)實驗室，江蘇 南京，211171)

4

果蔬含水量高，采后呼吸強度大，極易因細菌繁殖而腐爛變質(zhì)。而干燥是一種最常用的保藏方法，通過脫水抑制了微生物的生長和酶活性，同時質(zhì)量減輕便于儲存和運輸[1-2]。果蔬干燥最廣泛使用的方法是熱風(fēng)干燥，但熱風(fēng)干燥產(chǎn)品質(zhì)量差，維生素和其他營養(yǎng)素含量低，由于受熱引起的結(jié)構(gòu)變化較大[3]。另一種常見的干燥方法是真空冷凍干燥，是將產(chǎn)品冷凍至低于其凝固點，然后通過在低于水三相點的壓力下將冰升華為水蒸氣從樣品中除去水[4]，該技術(shù)比其他干燥方法更好地保持食品的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)，獲得較高的感官品質(zhì)及營養(yǎng)成分，同時由于水分的脫除，將原有新鮮果蔬中的生物活性物質(zhì)進行濃縮9～10倍[5]，提高其改善和預(yù)防疾病的功能和功效。因此，冷凍干燥產(chǎn)品可實現(xiàn)藥食同源的效果，對于以營養(yǎng)健康為需求的市場具有巨大的發(fā)展前景。

由于水果細胞結(jié)構(gòu)屬于薄壁細胞，凍干水果品質(zhì)常常會出現(xiàn)綿軟口感，缺乏脆片食用時的“咔嚓咔嚓”的咀嚼聲音，無法給人帶來酥脆質(zhì)地和愉悅口感[6]。許多專家學(xué)者通過糖、鹽等溶液浸漬預(yù)處理，改善水果脆片的口感，提高其品質(zhì)。同時，水果水分含量高，凍干產(chǎn)品的產(chǎn)出率較低，企業(yè)通過添加糖類物質(zhì)提高其出品率，提高經(jīng)濟效益。很多文獻報道采用高濃度糖類滲透脫水可脫除物料中一部分水分，提高產(chǎn)品產(chǎn)出率，KUO等發(fā)現(xiàn)30%～60%濃度蔗糖浸漬西瓜皮，水分含量損失10%～30%，固形物增加了10%～30%，浸漬溫度和時間對脫水和質(zhì)量均有影響[7]；FALADE等報道將非洲金星果肉浸泡在60%葡萄糖溶液中2～10 h，水分損失率達到35%～55%，固形物含量增加了20%～30%[8]。然而對于目前人們追求健康、營養(yǎng)、綠色食物的目標而言，高濃度糖讓人們避而遠之，且凍干企業(yè)紛紛提出低糖凍干產(chǎn)品的呼聲。因此本論文通過研究低濃度葡萄糖、蔗糖、水蘇糖、木糖醇對凍干蘋果片的色澤、產(chǎn)出率、復(fù)水品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性、微觀及孔隙結(jié)構(gòu)的改變，分析多元糖及其濃度對凍干蘋果片品質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)的影響，旨在為改善真空冷凍干燥水果脆片品質(zhì)低濃度糖類物質(zhì)在其產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘋果購于南京超市，品種為新疆阿克蘇；葡萄糖、蔗糖、水蘇糖、木糖醇，均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

BLK-0.5型真空冷凍干燥機，江蘇博萊客冷凍科技發(fā)展有限公司；NR200高品質(zhì)便攜式電腦色差儀，深圳市三恩時科技有限公司；JJ1000Y型電子天平，常熟市雙杰測試儀器廠；TMS-PRO型質(zhì)構(gòu)儀，美國FTC公司；EVO-LS10型掃描電子顯微鏡，德國ZEISS公司；AutoPore IV 9510型壓汞儀，美國Micromeritics公司。

1.3 糖漬凍干蘋果片制備

蘋果清洗后瀝干水分，切去頂部與底部，切成厚5 mm、直徑20 mm的蘋果片。放入一次性紙杯中按其質(zhì)量百分比添加外源水，按料液比1∶1(質(zhì)量比)分別加入5%、10%、15%、20%、25%質(zhì)量分數(shù)的葡萄糖、蔗糖、水蘇糖、甘露聚糖、木糖醇溶液，常溫浸漬2 h后取出，瀝干蘋果片表面糖液，進行真空冷凍干燥，每組做5個平行處理。

將浸漬后的蘋果片整齊地擺放在托盤上，放入真空冷凍干燥設(shè)備中，首先將蘋果片預(yù)凍到中心溫度為-40 ℃，開啟真空泵，真空度達到100 Pa時啟動隔板加熱程序，“溫度-時間”凍干溫控程序設(shè)定為：-30 ℃、1 h，-25 ℃、1 h，-20 ℃、1 h，-15 ℃、1 h，-10 ℃、1 h，-5 ℃、2 h，0 ℃、2 h，5 ℃、1 h，10 ℃、1 h，20 ℃、1 h，30 ℃、1 h，40 ℃、1 h。當蘋果片溫度與最終設(shè)定的隔板油溫(40 ℃)趨于一致，真空冷凍干燥加工結(jié)束，獲得糖漬凍干蘋果片，充氮包裝冷藏儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 試驗方法

1.4.1 色澤測定

用色差儀分別對鮮切蘋果片、凍干后蘋果片進行色澤測定，根據(jù)CIELAB表色系統(tǒng)，讀取L*、a*、b*，并按公式計算色差值ΔE，每組樣品平行測定5次，取其平均值，計算如公式(1)所示：

(1)

式中：L*，凍干樣品明暗度指數(shù)；a*，凍干樣品紅綠度指數(shù)、b*，凍干樣品黃藍度指數(shù)；L0*、a0*、b0*，鮮切蘋果片色差值。

1.4.2 產(chǎn)出率測定

蘋果切片后未凍干前稱取其質(zhì)量，冷凍干燥后稱取凍干蘋果片質(zhì)量，凍干后與凍干前質(zhì)量的百分比即為產(chǎn)出率。按公式(2)計算產(chǎn)出率，每組樣品平行測定3次，取其平均值。

(2)

式中：w1，產(chǎn)出率，%；m1，凍干前質(zhì)量，g；m2，凍干后質(zhì)量，g。

1.4.3 復(fù)水比測定

蘋果切片后未凍干前稱取其質(zhì)量，冷凍干燥后稱取凍干蘋果片質(zhì)量，將凍干蘋果片放入30 ℃左右的蒸餾水中充分吸水30 min，撈出后用濾紙吸干樣品表面的水分，再次稱量其質(zhì)量，按公式(3)計算復(fù)水比，每組樣品平行測定3次，取其平均值[9]。

(3)

式中：w2，復(fù)水比；m2，凍干后質(zhì)量，g；m3，復(fù)水后質(zhì)量，g。

1.4.4 形變率測定

采用質(zhì)構(gòu)儀對凍干前和凍干后的蘋果片厚度進行精準測量，凍干蘋果片形變率計算如公式(4)所示：

(4)

式中：w3，凍干后形變率，%；h1，凍干前物料厚度，mm；h2，凍干后物料厚度，mm。

1.4.5 質(zhì)構(gòu)特性測定

采用FTC質(zhì)構(gòu)儀測定。在質(zhì)構(gòu)儀上選擇“TPA-1 000 N”測試程序，測試探頭為直徑50 mm平板探頭P50，1 000 N載荷單元，設(shè)置參數(shù)測試為：前速率60 mm/min，中速率60 mm/min，后速率60 mm/min，壓縮比20%，間隔時間5 s，起始力100 g，記錄硬度、黏聚性、彈性、膠著性、咀嚼性、回復(fù)性等質(zhì)地參數(shù)(texture profile analysis，TPA)[10]，每個處理重復(fù)測定10個蘋果片，取其平均值。

1.4.6 微觀結(jié)構(gòu)觀察

利用掃描電子顯微鏡觀察4種糖(質(zhì)量分數(shù)均為25%)浸漬凍干蘋果片的微觀結(jié)構(gòu)。將蘋果片用液氮快速凍結(jié)后制取斷面樣品，將蘋果片觀察斷面向上用碳導(dǎo)電膠黏在樣品托上，采用離子濺射儀在斷面觀察樣本上噴金，掃描電鏡觀察凍干蘋果片橫截面的微觀結(jié)構(gòu)。

1.4.7 孔隙指標測定

通過AutoPore TM IV系列自動汞孔隙率計測定并分析凍干蘋果片的孔隙指標。將凍干蘋果片放入到壓汞儀中，通過壓汞儀中壓力的作用使壓汞儀中的水銀進入物料的孔隙中。通過壓入的水銀量間接測出樣品的孔隙大小和孔隙率的測量值[11]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計分析，利用Duncan檢驗進行差異顯著性分析，其他數(shù)據(jù)采用Origin 7.5軟件進行分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 多元糖對凍干蘋果片色澤的影響

色澤是凍干蘋果片產(chǎn)品感官品質(zhì)的重要指標，直接影響產(chǎn)品市場價值及消費者接受度。多元糖浸漬預(yù)處理對蘋果片凍干產(chǎn)品色澤的變化如表1所示，可以看出多元糖的添加導(dǎo)致蘋果片的L*值顯著下降(P<0.05)，a*值顯著增加(P<0.05)；隨著糖質(zhì)量分數(shù)的增加，凍干蘋果片的a*值和b*值呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，L*值基本均呈逐漸增加的趨勢。這可能是由于蘋果片經(jīng)過長時間的浸漬處理，誘導(dǎo)發(fā)生酶促褐變和氧化反應(yīng)，但隨著糖質(zhì)量分數(shù)的增加，糖對蘋果片表面的保護作用逐漸增加，阻止酶與底物的接觸，氧化反應(yīng)程度下降[12]。浸漬蘋果片的ΔE值顯著小于未浸漬樣品(P<0.05)，隨著糖質(zhì)量分數(shù)的增加基本呈逐漸增加的趨勢，這表明多元糖浸漬處理較好地保持了蘋果片的原有色澤，但隨著糖質(zhì)量分數(shù)增加，解析干燥過程中蘋果片糖和氨基酸發(fā)生的美拉德反應(yīng)增加。對于不同糖而言，低質(zhì)量分數(shù)下木糖醇的ΔE值最大，與蘋果片原色澤的差異最大，葡萄糖、蔗糖和水蘇糖的變化基本一致，高質(zhì)量分數(shù)糖會造成ΔE值顯著增大，但高質(zhì)量分數(shù)木糖醇對蘋果片ΔE值無顯著差異。楊旭海等報道葡萄糖、麥芽糖浸漬預(yù)處理的干燥產(chǎn)品色澤好于麥芽糖醇類浸漬處理產(chǎn)品[13]。

表1 不同糖種類浸漬處理對凍干蘋果片色澤的影響

2.2 多元糖對凍干蘋果產(chǎn)出率、復(fù)水比及形變率的影響

產(chǎn)出率是衡量一個產(chǎn)品是否優(yōu)質(zhì)的重要指標，特別是凍干產(chǎn)品，產(chǎn)出率直接與經(jīng)濟效益有關(guān)。由表2可知，低質(zhì)量分數(shù)多元糖浸漬的蘋果片產(chǎn)出率均小于未浸漬產(chǎn)品(P<0.05)，隨著質(zhì)量分數(shù)的增加產(chǎn)出率逐漸增加，這可能是由于低質(zhì)量分數(shù)浸漬時糖溶質(zhì)向細胞內(nèi)部轉(zhuǎn)移，而水分及可溶性物質(zhì)從內(nèi)部轉(zhuǎn)移到糖溶液中，較低的滲透壓差造成進入細胞內(nèi)部的糖溶質(zhì)有限，不及轉(zhuǎn)移至糖溶液中的可溶性物質(zhì)，造成產(chǎn)出率下降；而隨著糖質(zhì)量分數(shù)增加，大量的糖轉(zhuǎn)移進入細胞內(nèi)部，物料固形物含量顯著增加，產(chǎn)出率隨之增加[14-15]。對于25%質(zhì)量分數(shù)下，分子量較小的葡萄糖和木糖醇溶液的滲透壓高于分子量較高的蔗糖和水蘇糖，造成葡萄糖和木糖醇浸漬的蘋果片產(chǎn)出率較高。復(fù)水性是指外源水重新進入物料組織內(nèi)部的復(fù)原過程，是干燥脫水的部分可逆過程，在一定程度上表征干燥產(chǎn)品品質(zhì)變化程度[16]。由表2可知，隨著糖質(zhì)量分數(shù)的增加復(fù)水比基本呈先增加后減少的趨勢，這可能是由于低質(zhì)量分數(shù)糖分子與蘋果其他成分相比更易吸收水分，但高質(zhì)量分數(shù)的糖浸漬后凍干蘋果片的表層被飽和覆蓋，使得蘋果片很難吸收水分，另外，樣品在高質(zhì)量分數(shù)糖浸漬過程中發(fā)生一定的收縮，使吸水更加困難和緩慢[17]。形變率是衡量干燥產(chǎn)品變形程度的指標，從表2可以看出，多元糖浸漬使得凍干蘋果片均有一定程度的形變，除了水蘇糖，隨著其他多元糖隨質(zhì)量分數(shù)的增加，凍干蘋果片形變率逐漸增加，而隨水蘇糖質(zhì)量分數(shù)的增加，凍干蘋果片形變率逐漸減小，這可能是由于水蘇糖的分子量大，在低質(zhì)量分數(shù)時還不足以支撐細胞骨架，高質(zhì)量分數(shù)的水蘇糖防止了蘋果片在凍干過程中細胞壁內(nèi)應(yīng)力的減少，避免了蘋果片組織的坍塌。

表2 不同糖種類浸漬處理對凍干蘋果片產(chǎn)出率、復(fù)水比及形變率影響

2.3 多元糖對凍干蘋果質(zhì)構(gòu)特性的影響

食物質(zhì)地特征是源自食物結(jié)構(gòu)的一組物理性質(zhì)，包括硬度，彈性等，其可影響冷凍干燥的蘋果片的品質(zhì)和食用質(zhì)量[18]。TPA兩次壓縮模擬牙齒咀嚼效果評價物料的質(zhì)構(gòu)特性。硬度是一定變形率下樣品對于壓縮的抵抗力，與果蔬組織結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，是評價果蔬質(zhì)地品質(zhì)的最重要的指標之一，反映凍干蘋果片在外力作用下發(fā)生形變所需要的屈服力大小[19]，由表3可知，隨著多元糖質(zhì)量分數(shù)的增加，硬度均逐漸增加，這可能是隨著水分的增加，蘋果片中糖質(zhì)量分數(shù)逐漸增加，直至結(jié)晶析出，最后在蘋果片中形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)，造成硬度的增加[20]。黏聚性指咀嚼凍干蘋果片時，果肉抵抗牙齒咀嚼破壞而表現(xiàn)出的內(nèi)部結(jié)合力，反映了細胞間結(jié)合力的大小和蘋果保持完整性的能力。彈性反映果干經(jīng)第1 次壓縮變形后，去除變形力后所能恢復(fù)的程度。多元糖種類及質(zhì)量分數(shù)對黏聚性和彈性的影響略有差異，但差異不大；膠著性是評價咀嚼凍干蘋果片時口腔克服蘋果片表面吸引力所需的能量；咀嚼性反映牙齒將凍干蘋果片咀嚼成吞咽狀態(tài)時所需要的能量，是硬度、黏聚性和彈性三者的乘積，綜合反映了果實對咀嚼的持續(xù)抵抗性。葡萄糖和水蘇糖浸漬表現(xiàn)出較高的膠著性和咀嚼性，隨著多元糖質(zhì)量分數(shù)增加凍干蘋果片的膠著性和咀嚼性均呈逐漸增加的趨勢；回復(fù)性反映了果干受壓同時迅速恢復(fù)變形的能力。葡萄糖和水蘇糖浸漬的凍干蘋果片表現(xiàn)出較高的回復(fù)性，隨著糖質(zhì)量分數(shù)的增加回復(fù)性逐漸增加。

表3 不同糖種類浸漬處理對凍干燥蘋果片TPA測試質(zhì)地參數(shù)的影響

2.4 多元糖對凍干蘋果孔隙結(jié)構(gòu)的影響

孔隙率、表觀密度、孔隙面積、孔徑分布等孔隙結(jié)構(gòu)指標是用來量化干燥產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)的，這些微觀結(jié)構(gòu)信息對產(chǎn)品設(shè)計、加工條件選擇、產(chǎn)品感官及質(zhì)地特性、貨架期穩(wěn)定性具有重要的作用[21]。質(zhì)量分數(shù)均為25 %的4種多元糖浸漬處理凍干蘋果片的孔隙結(jié)構(gòu)指標如表4所示。從表4中可以看出未浸漬凍干蘋果具有較高的孔隙率，為66.3%，水蘇糖的孔隙率略高于未浸漬樣品，達到68.5%，而葡萄糖和木糖醇浸漬的凍干蘋果片孔隙率高于蔗糖浸漬樣品，這可能是由于蔗糖的分子量大，填充到了蘋果片細胞內(nèi)部的較少，不足以支撐細胞結(jié)構(gòu)，造成細胞內(nèi)部變形，使孔隙率降低；多元糖浸漬凍干蘋果片的真實密度均大于未浸漬蘋果片(P<0.05)，水蘇糖和未浸漬蘋果片的平均孔徑和總孔面積最大，這與水蘇糖浸漬凍干蘋果片具有較低的形變率有關(guān)。

表4 不同糖種類浸漬處理凍干蘋果片孔隙結(jié)構(gòu)

2.5 多元糖對凍干蘋果細胞微觀結(jié)構(gòu)的影響

選取質(zhì)量分數(shù)均為25%的4種多元糖浸漬處理凍干蘋果片進行掃描電子顯微鏡斷面觀察，結(jié)果如圖1所示。

a-未浸漬樣品;b-葡萄糖;c-蔗糖;d-水蘇糖;e-木糖醇

從圖1中可以看出，未浸漬凍干蘋果片整體結(jié)構(gòu)疏松，棱角比較分明，細胞壁較薄，具有較豐富的孔洞；經(jīng)過葡萄糖浸漬的凍干蘋果片的結(jié)構(gòu)坍塌，細胞結(jié)構(gòu)發(fā)生了皺縮和變形，孔壁增厚，這可反映出前面得出的結(jié)果，葡萄糖浸漬凍干蘋果片的硬度最大(從2.3結(jié)果中可驗證)，孔隙率較低(如2.4結(jié)果所示)，形變率較大(如2.2結(jié)果所示)；經(jīng)過蔗糖浸漬的凍干蘋果片結(jié)構(gòu)坍塌更嚴重，孔隙更小，表現(xiàn)出較低的孔隙率(如2.4結(jié)果所示)及較大的形變率(如2.2結(jié)果所示)，但由于蔗糖分子量是葡萄糖的2倍，細胞膜兩側(cè)滲透壓低于葡萄糖，滲透速度緩慢，進入細胞中的蔗糖量小于葡萄糖[22]，因此可以從2.2和2.3結(jié)果看出，蔗糖浸漬凍干蘋果片的產(chǎn)出率和硬度均低于葡萄糖；經(jīng)過水蘇糖浸漬的凍干蘋果片細胞組織結(jié)構(gòu)規(guī)整，邊緣圓潤，孔隙均勻，孔壁較未浸漬樣品厚，這種孔隙結(jié)構(gòu)促使了凍干蘋果片形變率低(如2.2結(jié)果所示)，具有較高的孔隙率(如2.4結(jié)果所示)，同時表現(xiàn)出了較好咀嚼性和回復(fù)性的質(zhì)構(gòu)特性(如2.3結(jié)果所示)。經(jīng)過木糖醇處理的凍干蘋果片細胞有些皺縮和坍塌，不具有葡萄糖、蔗糖及水蘇糖賦予細胞結(jié)構(gòu)具有的厚實感，促成了較差的質(zhì)地特性及較大的形變率(如2.2和2.3結(jié)果所示)。

3 結(jié)論

多元糖浸漬對凍干蘋果片色澤、復(fù)水特性、形變率及微觀孔隙結(jié)構(gòu)具有顯著影響。多元糖添加會使凍干蘋果片的L*值顯著下降，ΔE值顯著增加(P<0.05)；多元糖質(zhì)量分數(shù)增加，凍干蘋果片產(chǎn)出率顯著增加(P<0.05)，復(fù)水比基本呈先增加后減少的趨勢；隨著糖質(zhì)量分數(shù)的增加，水蘇糖浸漬凍干蘋果片形變率逐漸減小，其他多元糖浸漬凍干蘋果片形變率逐漸增加；葡萄糖和水蘇糖浸漬凍干蘋果片表現(xiàn)出較高的膠著性、咀嚼性及回復(fù)性；葡萄糖和蔗糖浸漬凍干蘋果片的細胞結(jié)構(gòu)坍塌，結(jié)構(gòu)皺縮變形，表現(xiàn)出較低的孔隙率及較大的變形率；木糖醇浸漬的凍干蘋果片不具有其他糖賦予細胞結(jié)構(gòu)的厚實感，表現(xiàn)出較差的質(zhì)地特性及較大變形率；水蘇糖浸漬的凍干蘋果片細胞壁結(jié)構(gòu)規(guī)整蓬松，孔隙均勻，促使了凍干蘋果片具有較高的孔隙率及較低的變形率。該結(jié)論表明了水蘇糖浸漬可以改善凍干蘋果片的孔隙結(jié)構(gòu)及質(zhì)地特性，賦予凍干產(chǎn)品較佳的綜合品質(zhì)，為凍干水果產(chǎn)品開發(fā)提供一定的技術(shù)支撐和理論依據(jù)。