不同干燥方式對芒果果皮理化特性的影響

沈 偉，張培蘭，?？?，岑湘濤,*

（1.百色學(xué)院農(nóng)業(yè)與食品工程學(xué)院，廣西 百色533000；2.田東縣濱江學(xué)校高中部，廣西 百色533000）

芒果是漆樹科杧果屬杧果（Mangifera indicaL.）的成熟果實(shí)，素有“熱帶水果之王”之稱。廣西是我國主要芒果種植地之一[1-2]，百色是廣西的芒果主要種植區(qū)[3]。芒果果皮為芒果加工過程中的副產(chǎn)物，往往被丟棄，這樣既造成了資源的浪費(fèi)又造成了環(huán)境的污染[4]。將芒果果皮制成干粉再加以利用，即能減少污染又能提高芒果營養(yǎng)物質(zhì)利用率，而干燥是芒果果皮再利用的關(guān)鍵[5-7]。目前，關(guān)于芒果果皮干燥條件研究的報道較少[8-9]，比較不同干燥方式對芒果果皮理化性質(zhì)和營養(yǎng)成分影響的研究更加少見[10-11]。本試驗(yàn)通過熱風(fēng)干燥、遠(yuǎn)紅外干燥和微波干燥3種干燥處理方式對芒果果皮進(jìn)行干燥處理，綜合比較了不同干燥方式下芒果果皮干基含水率、干燥速率、收縮率、復(fù)水性、色澤及色素、總多酚和總黃酮含量8個理化指標(biāo)的檢測結(jié)果，并對以上指標(biāo)進(jìn)行了主成分綜合分析，以期為芒果果皮深加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料供試芒果品種為臺農(nóng)1號，購于百色市城西農(nóng)貿(mào)市場水果店，清洗干凈后，取果皮。

1.1.2 儀器與設(shè)備

101-3AB型臺式鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；G80F23CN1L-SD-SO型微波爐，廣東格蘭仕（企業(yè)）集團(tuán)有限公司；YHG-300-BS遠(yuǎn)紅外快速恒溫干燥箱，上海躍進(jìn)中國有限公司；UV-2550紫外可見分光光度計(jì)，上海美普達(dá)儀器有限公司；BJ-100型高速多功能粉碎機(jī)，永康市展帆工貿(mào)有限公司；TG16-WS型臺式（數(shù)顯）低速離心機(jī)，湘儀離心機(jī)儀器有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇金壇市恒豐儀器有限公司；FA1204B電子天平，上海精科天美；SMY-2000SF型測色色差計(jì)，北京盛名揚(yáng)科技開發(fā)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 果皮干燥方法

將相同質(zhì)量的芒果果皮分成3份，分別置于熱風(fēng)干燥箱、遠(yuǎn)紅外干燥箱及微波爐中進(jìn)行干燥，干燥箱溫度設(shè)定為60℃，微波爐功率設(shè)定為700 W，每隔0.5 h記錄芒果果皮質(zhì)量，芒果果皮干燥至干基含水率≤0.05 g/g時結(jié)束干燥。平行試驗(yàn)3次。

1.2.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.2.1 干基含水率

將處理好的芒果果皮置于干燥箱中干燥，每隔0.5 h稱量果皮質(zhì)量，并計(jì)算芒果果皮干基含水率。干基含水率計(jì)算公式如下：

式中：Mt為干基含水率，g/g；mt為干燥樣品干燥至t時刻的質(zhì)量，g；Mg表示干燥樣品干物質(zhì)質(zhì)量，g。

1.2.2.2 干燥速率

根據(jù)試驗(yàn)過程中記錄的干基含水率，計(jì)算芒果果皮干燥過程中的干燥速率。干燥速率計(jì)算公式如下：

式中：R為樣品的干燥速率，g/（g·min）；Mt+△t為t+△t時刻的干基含水率，g/g；Mt為樣品干燥t時刻的干基含水率，g/g；△t表示干燥時間差，min。

1.2.2.3 收縮率

芒果果皮的體積采用置換法進(jìn)行測定，置換介質(zhì)為粒徑0.9～1.1 mm的小米[12]。

具體的試驗(yàn)操作方法為：①將少許小米放置在50 mL的燒杯中，使小米能遮住燒杯底部；②放入樣品芒果皮，再向燒杯內(nèi)放入一定量的小米，使芒果皮完全被小米掩埋?。虎蹞u晃燒杯，當(dāng)刻度線沒有變化時記為V2；④將掩埋在燒杯中的芒果皮取出，并將粘在芒果皮上的小米抖于燒杯中；⑤搖晃燒杯，當(dāng)刻度線沒有變化時記為V1；⑥用量筒精準(zhǔn)測量出V1、V2體積，每個樣品進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。

芒果果皮體積計(jì)算公式為：

式中：V為芒果果皮體積，mL；V1為小米體積，mL；V2為小米和芒果皮體積之和，mL。

收縮率計(jì)算公式為：

式中：S為收縮率，%；V0為芒果果皮鮮樣的體積，mL；Vt為芒果果皮干燥后的體積，mL。

1.2.2.4 復(fù)水率

復(fù)水率參照何玉倩等[13]的試驗(yàn)方法進(jìn)行測定，芒果果皮總復(fù)水時間為120 min，復(fù)水期間每間隔一段時間，取出芒果果皮，濾紙吸干表面水分并稱取其質(zhì)量，試驗(yàn)開始階段間隔時間為10 min；復(fù)水60 min后，間隔時間為20 min。果皮復(fù)水率計(jì)算公式為：

式中：R1為復(fù)水率，%；M1為復(fù)水后的質(zhì)量，g；M2為干燥后的質(zhì)量，g。

1.2.2.5 色度值

參照何玉倩等[13]的試驗(yàn)方法對芒果果皮色度值L*、a*、b*進(jìn)行測定，其中L*代表明暗度，數(shù)值為0～100（0表示黑色，100表示白色）；a*代表紅綠色；b*代表黃藍(lán)色。平行測定3次

1.2.2.6 色素含量

果皮色素的提取參照馮璐等[14]的試驗(yàn)方法，分別取0.5 g芒果果皮置于不同離心管中，向每支離心管內(nèi)分別加入95%的乙醇，料液比為1∶8（g/mL），提取3 h，然后抽濾，測定濾液在424 nm處的吸光值，以吸光值大小表示芒果果皮色素含量的高低。平行試驗(yàn)3次。

1.2.2.7 總多酚含量

參照趙謀明等[15]和柳偉等[16]的試驗(yàn)方法進(jìn)行測定，以吸光值為縱坐標(biāo)（y），沒食子酸濃度為橫坐標(biāo)（x），采用沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)法測定并繪制沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算所得回歸方程為：y=0.053 8x+0.167 3，R2=0.992。

總多酚含量的計(jì)算公式如下：

公式中：D為總多酚含量μg/g，Ai為提取液中多酚的濃度，μg/mL；Vi為總提取液體積，mL；W為樣品質(zhì)量，g。

1.2.2.8 總黃酮含量

參照何玉倩等[13]的試驗(yàn)方法，采用蘆丁分光光度法進(jìn)行測定。總黃酮含量的計(jì)算公式如下：

公式中：P為總黃酮含量，μg/g；c為單位體積樣品的黃酮質(zhì)量，μg；V為樣品提取液體積，mL；n為樣品提取液稀釋倍數(shù)；w為樣品質(zhì)量，g；V1為樣品測定體積，mL。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS Statistics 17軟件進(jìn)行主成分和差異顯著性分析，采用Excel 2016進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式對芒果果皮干燥特性的影響

由圖1可以看出，熱風(fēng)干燥、遠(yuǎn)紅外干燥和微波干燥3種干燥方式對芒果果皮干基含水率和干燥速率均有不同的影響。3種干燥方式的芒果果皮干基含水率都隨著干燥時間的延長而下降，下降的程度依次為微波干燥＞熱風(fēng)干燥＞遠(yuǎn)紅外干燥，這與干燥速率的變化程度相符。從圖中可以看出，芒果果皮初始干燥速率越大則干燥的程度越強(qiáng)，芒果果皮內(nèi)的水分減少速度越快，達(dá)到干燥速率轉(zhuǎn)折點(diǎn)的時間越短，故而干燥速率轉(zhuǎn)折點(diǎn)對應(yīng)的干基含水率越低。干燥速率的轉(zhuǎn)折點(diǎn)又叫做第一水分臨界點(diǎn)，物料在干燥過程中加速了水分的擴(kuò)散，從而干燥速率加快，干燥時間也隨之變短。遠(yuǎn)紅外干燥、熱風(fēng)干燥和微波干燥3種干燥方式條件下干燥速率的轉(zhuǎn)折點(diǎn)時對應(yīng)的干基含水率分別2.337 8 g/g、2.189 5 g/g和1.696 6 g/g。

圖1 不同干燥方式對芒果果皮干燥特性的影響Fig.1 Effects of three drying methods on drying characteristics of mango pericarp

2.2 3種干燥方式對芒果果皮收縮率的影響

由圖2可知，3種干燥方式對芒果果皮收縮率均有不同影響。熱風(fēng)干燥后的芒果果皮收縮率最小，為27.67%；其次是微波干燥，收縮率為36.75%；而遠(yuǎn)紅外干燥的收縮率最大，為44.23%，是熱風(fēng)干燥的1.6倍。收縮率與芒果果皮內(nèi)的水分流失密切相關(guān)，不同干燥方式的工作原理不同，故芒果果皮內(nèi)的水分流失方式不一樣，這導(dǎo)致了不同的干燥方式造成芒果果皮出現(xiàn)不同程度的收縮。熱風(fēng)干燥以熱空氣為干燥介質(zhì)，干燥物質(zhì)表面的汽化導(dǎo)致了芒果果皮內(nèi)部和表面之間存在一定的水分梯度差，芒果果皮內(nèi)部的水分以汽態(tài)或液態(tài)的形式由內(nèi)往外擴(kuò)散，外部溫度比內(nèi)部溫度高，內(nèi)部水分不能及時均勻地?cái)U(kuò)散到芒果果皮細(xì)胞的外表面，使得芒果果皮外部細(xì)胞在高溫條件下迅速形成一層干硬膜。熱風(fēng)干燥后的芒果果皮的大小收縮與新鮮果皮相比沒有較大的變化，這是因?yàn)楣ね獠考?xì)胞形成一層干硬膜，當(dāng)芒果果皮內(nèi)部細(xì)胞開始干燥收縮時，會出現(xiàn)內(nèi)裂、空隙的現(xiàn)象，基本保持了芒果果皮原本的形狀，故而收縮率最小。微波干燥下的芒果果皮水分在吸收微波后汽化，微波由內(nèi)到外同時加熱，迅速升溫。由于在干燥過程中溫度較高，芒果果皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到破環(huán)，細(xì)胞結(jié)構(gòu)收縮較大。遠(yuǎn)紅外干燥時紅外線會在干燥加熱一定時間的時候輻射出來，從而轉(zhuǎn)換為熱能。干燥過程中，芒果果皮水分不斷蒸發(fā)吸熱，由于試驗(yàn)過程中受熱不均勻，干燥初期，大量的水分停滯在果皮表面，透氣性差，果皮整體軟化，但隨著干燥的進(jìn)行，溫度逐漸升高，這使得停滯在果皮表面的水分加速流失，芒果果皮表面逐漸變干，干燥初始出現(xiàn)軟化的果皮表面開始硬化，隨后出現(xiàn)表皮起皺，干癟堅(jiān)硬的現(xiàn)象，因此其收縮率相比最大。

圖2 不同干燥方式對芒果果皮收縮率的影響Fig.2 Effects of three drying methods on shrinkage rate of mango pericarp

2.3 不同干燥方式法對芒果果皮復(fù)水率的影響

通過檢測不同干燥方式對芒果果皮復(fù)水率的影響，可以得知不同干燥方式對芒果果皮內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞程度。由圖3可知，遠(yuǎn)紅外干燥的復(fù)水率最高，其次是熱風(fēng)干燥，微波干燥的復(fù)水率最低。微波干燥中由于微波由內(nèi)到外同時加熱，導(dǎo)致干燥物質(zhì)迅速升溫。干燥過程中的溫度過高，干燥時間短，芒果果皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)破環(huán)相對嚴(yán)重，故而復(fù)水性最差。熱風(fēng)干燥中，由于干燥物質(zhì)表面的汽化導(dǎo)致芒果果皮內(nèi)部和表面之間存在一定的水分梯度差。外部細(xì)胞在高溫條件下形成一層干硬膜，內(nèi)部細(xì)胞出現(xiàn)空隙，細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到一定破壞，但沒有微波干燥方式破壞大。遠(yuǎn)紅外干燥在干燥初期，由于大量的水分停滯于芒果果皮表面，導(dǎo)致果皮軟化，而且遠(yuǎn)紅外干燥時間長，果皮水分隨溫度升高流失的速度慢，故果皮細(xì)胞破環(huán)程度小，因此遠(yuǎn)紅外干燥的復(fù)水率最高。

圖3 不同干燥方式對芒果果皮復(fù)水性的影響Fig.3 Effects of three drying methods on rehydration of mango pericarp

2.4 不同干燥方式對芒果果皮色澤的影響

干燥物質(zhì)在干燥過程中受到溫度的影響而發(fā)生美拉德反應(yīng)導(dǎo)致干燥物質(zhì)發(fā)生褐變。由表1可知，熱風(fēng)干燥后的果皮亮度（L*）與遠(yuǎn)紅外干燥、微波干燥后的果皮亮度（L*）存在顯著性差異（P＜0.05），而遠(yuǎn)紅外干燥和微波干燥兩者之間不存在顯著性差異。遠(yuǎn)紅外干燥后的果皮紅綠值（a*）與熱風(fēng)干燥、微波干燥后的果皮紅綠值（a*）存在顯著性差異（P＜0.05），而熱風(fēng)干燥和微波干燥之間不存在顯著性差異。熱風(fēng)干燥、遠(yuǎn)紅外干燥和微波干燥后的芒果果皮黃藍(lán)值（b*）均存在顯著性差異（P＜0.05）。其中經(jīng)過遠(yuǎn)紅外干燥后的芒果果皮亮度（L*）、紅綠值（a*）、黃藍(lán)值（b*）在3種干燥處理中均為最小，即遠(yuǎn)紅外干燥后的芒果果皮色澤較暗、變綠、變藍(lán)。這是因?yàn)楦稍飼r間長短會影響果皮色澤的變化程度，本研究供試芒果品種為臺農(nóng)1號，果皮為黃色，在遠(yuǎn)紅外干燥中干燥時間過長，果皮長時間發(fā)生氧化引起褐變較為嚴(yán)重而致。由于微波干燥時間短、干燥速率快，微波干燥后的果皮紅綠值（a*）和黃藍(lán)值（b*）最大；但由于微波加熱干燥過程的溫度過高，這使得微波干燥后的芒果果皮亮度（L*）比熱風(fēng)干燥的暗。

表1 不同干燥方式對芒果果皮色澤的影響Table 1 Effects of three drying methods on color of mango pericarp

2.5 不同干燥方式對芒果果皮營養(yǎng)物質(zhì)的影響

由表2可知，3種干燥方式處理后芒果果皮內(nèi)總多酚、總黃酮和色素含量均差異顯著（P＜0.05）。其中，熱風(fēng)干燥的總多酚含量最高，其次為微波干燥，遠(yuǎn)紅外干燥的總多酚含量最低，這可能是由于遠(yuǎn)紅外干燥時間過長而導(dǎo)致，而微波干燥過程中由于微波的影響使得干燥溫度比熱風(fēng)干燥高，所以總多酚含量比熱風(fēng)低。遠(yuǎn)紅外干燥的總黃酮含量最高，其次為熱風(fēng)干燥，微波干燥的含量最低。因?yàn)楣?nèi)的總黃酮物質(zhì)受熱易分解，而微波干燥過程中溫度偏高，所以微波干燥后的總黃酮含量最低。3種干燥方式處理后的果皮色素含量變化與總黃酮含量相同，即遠(yuǎn)紅外干燥＞熱風(fēng)干燥＞微波干燥。因?yàn)楣ど貫闊崦粜晕镔|(zhì)，微波干燥中由于微波由內(nèi)到外同時加熱，干燥溫度高，干燥速率快，很大程度地加快了色素的分解，所以微波干燥后的果皮色素含量最低。

表2 不同干燥方式對芒果果皮營養(yǎng)物質(zhì)的影響Table 2 Effects of three drying methods on nutrients in mango pericarp

2.6 不同干燥方式對芒果果皮理化特性影響的主成分綜合分析

由于多指標(biāo)難以得到對不同干燥方式的綜合評判結(jié)果，故以試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行主成分分析。從表3可以看出，第1個主成分的特征值為6.062，累積方差貢獻(xiàn)率75.776%，第2個主成分特征值為1.938，累積方差貢獻(xiàn)率100.000%，說明這2個主成分能夠代表干燥后芒果果皮的理化特性。由表4可知，第1主成分中收縮率、復(fù)水率、總多酚、總黃酮載荷較高，而L*、a*、b*值及色素載荷較低。

表3 主成分特征值與方差貢獻(xiàn)率Table 3 Principal component eigenvalues and variance contribution rate

表4 主成分因子矩陣Table 4 Principal component factor matrix

根據(jù)因子矩陣表中的數(shù)據(jù)構(gòu)建出不同干燥方式主成分得分的函數(shù)表達(dá)式：

F1、F2分別為主成分1和主成分2得分。以各主成分對應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，得到不同干燥方式的綜合得分（F0）函數(shù)表達(dá)式為：

由表5可知，不同干燥方式主成分綜合得分排名為：遠(yuǎn)紅外干燥＞熱風(fēng)干燥＞微波干燥，因此可以確定最優(yōu)的干燥方式為遠(yuǎn)紅外干燥。

表5 主成分分析綜合得分及排序Table 5 Comprehensive scores of principal components and ranking

3 結(jié)論

本試驗(yàn)通過熱風(fēng)干燥、遠(yuǎn)紅外干燥和微波干燥3種干燥方式對芒果果皮理化特性的影響進(jìn)行對比，結(jié)果表明：3種干燥方式對芒果果皮理化特性的影響差異較大。3種干燥方式處理后的芒果果皮干基含水率都隨著干燥時間的延長而下降，下降的程度依次為：微波干燥＞熱風(fēng)干燥＞遠(yuǎn)紅外干燥。3種干燥方式的干燥速率按照干燥時間的長短排序?yàn)椋何⒉ǜ稍铮紵犸L(fēng)干燥＜遠(yuǎn)紅外干燥，即微波干燥的效率最高，遠(yuǎn)紅外干燥的效率最低。熱風(fēng)干燥后的芒果果皮收縮率最小，為27.67%；其次是微波干燥，收縮率為36.75%；而遠(yuǎn)紅外干燥的收縮率最大，為44.23%，是熱風(fēng)干燥的1.6倍。遠(yuǎn)紅外干燥的復(fù)水性最好，其次是熱風(fēng)干燥，而微波干燥相對來說復(fù)水性最差。

3種干燥方式處理后的芒果果皮色度值L*、a*、b*有差異。對比3種干燥后的芒果果皮營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)現(xiàn)，總多酚含量大小為：熱風(fēng)干燥＞微波干燥＞遠(yuǎn)紅外干燥；果皮色素含量變化趨勢與總黃酮含量變化相同，即遠(yuǎn)紅外干燥＞熱風(fēng)干燥＞微波干燥。

通過對干燥芒果果皮干基含水率、干燥速率、收縮率、復(fù)水性、色澤及色素、總多酚和總黃酮含量進(jìn)行主成分綜合分析，結(jié)果為遠(yuǎn)紅外干燥方式的主成分綜合得分最高。由此說明，遠(yuǎn)紅外干燥更適合芒果果皮的干燥。