馬有川，畢金峰，易建勇，杜茜茜，馮舒涵，李所彬

·農(nóng)產(chǎn)品加工工程·

預(yù)凍對(duì)蘋果片真空冷凍干燥特性及品質(zhì)的影響

馬有川1,2，畢金峰1,2，易建勇1,2※，杜茜茜1,2，馮舒涵1,2，李所彬3

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；3. 江蘇博萊客冷凍科技發(fā)展有限公司，常州 213116）

預(yù)凍是果蔬真空冷凍干燥（Freeze Drying，F(xiàn)D）的必須工藝環(huán)節(jié)，預(yù)凍凍結(jié)速率和凍融處理（Freeze Thaw Cycles，F(xiàn)TC）可用于調(diào)控果蔬FD干燥效率和改善產(chǎn)品品質(zhì)。為探究?jī)鼋Y(jié)速率和凍融處理對(duì)FD蘋果片干燥特性和品質(zhì)的影響，縮短干燥時(shí)間并保持原料品質(zhì)，該研究采用不同溫度（-20 ℃、-80 ℃、液氮凍結(jié)）預(yù)凍和1～3次凍融（FTC-1、FTC-2、FTC-3）處理蘋果片，探討預(yù)凍處理對(duì)FD蘋果片凍結(jié)特性、干燥特性，及微觀結(jié)構(gòu)、色澤、硬脆度和營(yíng)養(yǎng)功能等核心品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，相較快速凍結(jié)處理（-80 ℃），緩慢凍結(jié)（-20 ℃）處理的蘋果片F(xiàn)D干燥時(shí)間縮短5%，脆度提高50.1%，感官評(píng)價(jià)得分較高；相比于-20 ℃預(yù)凍組，F(xiàn)TC-1處理的蘋果片具有較均勻的大孔隙結(jié)構(gòu)，比孔容提高37.2%，F(xiàn)D干燥時(shí)間縮短15.3%，干燥能耗降低約14.6%，脆度增加117.6%；-20 ℃緩慢凍結(jié)聯(lián)合凍融1次處理可顯著提高蘋果片干燥效率及綜合品質(zhì)。

干燥特性；微觀結(jié)構(gòu)；品質(zhì)；蘋果；凍融循環(huán)；真空冷凍干燥

0 引 言

中國(guó)是世界蘋果生產(chǎn)和加工大國(guó)，2019年蘋果產(chǎn)量達(dá)到4 242萬(wàn)t，占到全球產(chǎn)量的57%。蘋果富含膳食纖維、酚酸、類黃酮等營(yíng)養(yǎng)和生物活性成分[1]，對(duì)血管功能、血壓、血脂、炎癥、高膽固醇血癥和高血糖等產(chǎn)生有益的影響[2]。近10 a來(lái)，中國(guó)休閑食品產(chǎn)業(yè)始終保持超過(guò)20%的增長(zhǎng)速度，2020年產(chǎn)值將突破3萬(wàn)億元[3]。蘋果片是一種方便即食、口感酥脆、營(yíng)養(yǎng)豐富、綠色健康的果蔬休閑食品，深受消費(fèi)者青睞[4]。

真空冷凍干燥（Freeze Drying，F(xiàn)D）果蔬脆片營(yíng)養(yǎng)和生物活性物質(zhì)保留率高[5]，同時(shí)可較好保持果蔬色澤和生鮮風(fēng)味[6]。預(yù)凍是真空冷凍干燥工藝中必不可少的環(huán)節(jié)，果蔬的凍結(jié)狀態(tài)和冰晶形態(tài)對(duì)FD果蔬品質(zhì)有顯著影響。一方面，預(yù)凍溫度是FD生產(chǎn)流程的重要參數(shù)，預(yù)凍溫度越低，凍結(jié)速率越高[7]，而物料的凍結(jié)速率又與生成冰晶的大小和位置顯著相關(guān)，冰晶顯著影響物料的干燥特性和品質(zhì)[8]。一般而言，預(yù)凍時(shí)冰晶越大，產(chǎn)生的孔隙越多，干燥速率越高[9]。當(dāng)凍結(jié)速率低時(shí)，冰晶成核在細(xì)胞外發(fā)生，對(duì)細(xì)胞破壞大；當(dāng)凍結(jié)速率高時(shí)，成核主要發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)，對(duì)細(xì)胞破壞小[10]。冰晶的生成不僅影響物料的干燥特性，還影響到物料的理化特性。Ceballos等[11]在棗泥凍干研究中發(fā)現(xiàn)，預(yù)凍凍結(jié)速率越高，干燥速率越低。麥潤(rùn)萍等[12]發(fā)現(xiàn)，隨著預(yù)凍溫度越低，獼猴桃片的干燥速率越小，硬度和脆性越大，復(fù)水比越小。另一方面，凍融處理（Freeze Thaw Cycles，F(xiàn)TC）作為FD前預(yù)凍處理技術(shù)，通過(guò)破壞并再次凍結(jié)組織，改變?nèi)苜|(zhì)分布和水分狀態(tài)，影響物料的干燥特性和品質(zhì)[13-14]。Ando等[10]研究了FTC處理對(duì)胡蘿卜微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明FTC處理可獲得較均勻的大孔隙結(jié)構(gòu)。Feng等[9]對(duì)大蒜片的研究結(jié)果表明，凍融處理可顯著縮短干燥時(shí)間，提高蒜片生物活性。Xu等[15]采用凍融處理同樣縮短了秋葵的真空冷凍干燥時(shí)間。預(yù)凍和凍融處理一方面影響蘋果片干燥速率，另一方面也會(huì)改變蘋果片硬度、脆度等感官品質(zhì)，但目前尚無(wú)針對(duì)預(yù)凍凍結(jié)速率和凍融處理的系統(tǒng)研究。

本文通過(guò)控制預(yù)凍溫度和FTC次數(shù)，研究?jī)鼋Y(jié)速率和FTC對(duì)凍干蘋果片干燥特性、能耗、質(zhì)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響，為真空冷凍干燥制備高品質(zhì)果蔬脆片提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

材料：蘋果（品種：煙臺(tái)富士；產(chǎn)地：山東煙臺(tái)）購(gòu)于北京幸福榮耀超市，含水率87.0%。經(jīng)去皮去核后，切成厚度10mm直徑20mm的圓片。

試劑：綠原酸、原花青素b1、兒茶素、表兒茶素、蘆丁、根皮苷、槲皮素等酚類物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品（分析純，上海源葉生物科技有限公司）；甲醇（色譜純，美國(guó)Fisher公司）。

1.2 設(shè)備

蔬菜水果切片機(jī)（CL50，法國(guó)Robot Couple公司）；-20 ℃冰箱（BCD-252KSF，海爾股份有限公司）；超低溫冰箱（-80 ℃）（ULT1386-3-V41，賽默飛科技有限公司）；超低溫冰箱（-40 ℃）（MDF-U548D-C，大連三羊冷鏈有限公司）；真空冷凍干燥試驗(yàn)機(jī)（LG1.5，沈陽(yáng)航天新陽(yáng)速凍設(shè)備制造有限公司）；數(shù)碼相機(jī)（Nikon D700，尼康Nikon公司）；電子眼色彩分析系統(tǒng)（1.5.5.0，美國(guó)Lens Eye-NET公司）；物性測(cè)試儀（TA.HD plus，英國(guó)Stable Micro System公司）；紫外分光光度計(jì)（UV-1800，日本島津公司）；掃描電子顯微鏡（S-570，日本日立公司）；超聲波清洗器（SB25-12DTN，寧波新芝生物科技股份有限公司）；水分活度測(cè)定儀（AW1000T，昌琨實(shí)業(yè)有限公司）；水分快速測(cè)定儀（MS-70，廣州艾安德儀器有限公司）；2695高效液相色譜儀、2998型二極管陣列檢測(cè)器（美國(guó)Waters公司）；AutoPore IV高性能全自動(dòng)壓汞儀（麥克默瑞提克（上海）儀器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 含水率測(cè)定

按GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》直接干燥法執(zhí)行[16]。

1.3.2 蘋果片預(yù)凍和凍融處理

預(yù)凍處理：蘋果片分置于-20 ℃、-80 ℃冰箱和液氮（Liq.N2）中預(yù)凍，期間通過(guò)熱電偶記錄物料中心溫度（每秒記錄1次，下同），待物料溫度降至-15 ℃以下并保持12 h，置于-80 ℃冰箱待用。

凍融循環(huán)：蘋果片置于-20 ℃冰箱預(yù)凍至-15 ℃以下后，置于25 ℃解凍至蘋果片溫度達(dá)到25 ℃，視為凍融循環(huán)1次。制備凍融循環(huán)1～3次的蘋果片樣品，置于-20 ℃冰箱凍結(jié)12 h后，置于-80 ℃冰箱待用。其中，-20 ℃預(yù)凍組也為0次凍融組。凍融過(guò)程中采用熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)記錄蘋果片中心溫度。

1.3.3 真空冷凍干燥

將凍結(jié)狀態(tài)樣品置于真空冷凍干燥倉(cāng)，根據(jù)前期優(yōu)化的工藝，設(shè)定真空冷凍干燥升溫程序?yàn)?0 ℃～2 h，40 ℃～1 h，55 ℃干燥至結(jié)束。冷阱溫度-40 ℃，真空度60 Pa，干燥至干基含水率低于4%。期間通過(guò)凍干機(jī)的實(shí)時(shí)稱量裝置監(jiān)測(cè)物料質(zhì)量，每隔1 min記錄一次物料質(zhì)量。干燥結(jié)束后，所有樣品置于密閉干燥器中，于室溫下均濕72 h后，進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)分析。

1.3.4 干燥特性

水分比（Moisture Ratio，MR）表示物料在一定條件下的剩余含水率，計(jì)算公式如式（1）所示

式中MR為水分比；M為任意時(shí)刻的干基含水率，kg/kg；M為樣品平衡時(shí)干基含水率，kg/kg；0為樣品初始干基含水率，kg/kg。

為更好模擬和預(yù)測(cè)FD蘋果片的干燥特性，采用Page模型，對(duì)干燥曲線進(jìn)行擬合，得到擬合后凍干曲線，并繪制d/d與時(shí)間關(guān)系曲線以表示干燥速率。如式（2）所示

式中為干燥時(shí)間，min；、為系數(shù)。

1.3.5 能耗分析

總干燥能耗以每干燥失水1kg能耗計(jì)算，干燥能耗按照電表讀數(shù)計(jì)算，總能耗計(jì)算方式如式（3）所示[17]

式中為總能耗，k·Wh；E為凍融循環(huán)及預(yù)凍所需能耗，kW·h，按如下公式計(jì)算。E為干燥能耗，kW·h；m為物料水分質(zhì)量，kg。

式中1和2為水和冰的比熱容，用來(lái)模擬鮮蘋果和凍結(jié)后蘋果的比熱容，kJ/(kg· ℃)；Δ1和Δ2分別表示由室溫降至冰點(diǎn)（0 ℃），以及由冰點(diǎn)降到共晶點(diǎn)（-18 ℃）溫度變化，℃；2.5為能量轉(zhuǎn)化效率；3 600為換算系數(shù)。

1.3.6 掃描電子顯微鏡

參考Yi等[18]的方法切取蘋果片斷面進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，在樣品臺(tái)貼上導(dǎo)電膠，取蘋果片斷面粘在導(dǎo)電膠上，噴金處理，再利用掃描電鏡在40倍下拍照，分析。

1.3.7 孔徑分布

采用壓汞法對(duì)蘋果片內(nèi)部孔徑分布進(jìn)行測(cè)定[19]。設(shè)定高性能全自動(dòng)壓汞儀的測(cè)定壓力范圍為1 kPa～420 MPa，對(duì)應(yīng)孔徑測(cè)定范圍400～5m。樣品孔徑分布計(jì)算參考Washburn方程[20]，如式（5）所示

式中為在真空物料室中施加的外部壓力，kPa；γ為汞的表面張力，0.48 N/m；為水銀接觸角，130°；為孔的直徑，m。

孔徑分布曲線由對(duì)應(yīng)壓力下Hg侵入樣品的體積（對(duì)應(yīng)于孔的直徑）計(jì)算，表示為不同孔徑條件下侵入的等效體積的Hg，cm3/g。最可幾孔徑定義為侵入Hg體積最多時(shí)，對(duì)應(yīng)的的孔直徑，m；比孔容定義為總孔體積與測(cè)試樣品質(zhì)量間的比值，cm3/g[19]。

1.3.8 質(zhì)構(gòu)

參考張鵬飛等[21]的方法，硬脆度測(cè)定采用TA. HD plus物性測(cè)試儀。采用P/36R型探頭，設(shè)置測(cè)試條件為：前期測(cè)試速度2.0 mm/s，檢測(cè)中速度1.0 mm/s，后期檢測(cè)速度10.0 mm/s，壓縮比60%。其中，果蔬脆片硬度采用質(zhì)構(gòu)儀在擠壓測(cè)試過(guò)程中力的最大峰值表示，g；脆性采用擠壓測(cè)試過(guò)程中的峰個(gè)數(shù)表示。每個(gè)處理取12次平行測(cè)定，去除最大值和最小值后取平均值。

1.3.9 酚類物質(zhì)

樣品提取和總酚測(cè)定參考Ta?eri等[22]的方法。將樣品磨碎，取1.00 g蘋果粉置于帶蓋離心管中，加入15 mL 80%甲醇，輕輕攪拌，超聲提取30 min，離心10 min（9 000 r/min），分離得到上清液，重復(fù)提取一次，合并上清液，于4 ℃條件下避光靜置16～24 h，得到樣品提取液?？偡訙y(cè)定采用福林酚法，結(jié)果以每克樣品含有相當(dāng)沒食子酸的毫克數(shù)表示，每個(gè)處理 3 次平行。

參考Li等[23]的方法，采用高效液相色譜法定性定量樣品中酚類物質(zhì)。取樣品提取液1.5 mL用于HPLC-DAD測(cè)定酚類物質(zhì)。HPLC條件為：色譜柱：安捷倫eclipse XDB-C18 (4.6 mm×250 mm，5m)；柱溫40 ℃；檢測(cè)波長(zhǎng)為280、300、320 nm；以體積分?jǐn)?shù)2%乙酸為流動(dòng)相A，甲醇為流動(dòng)相B；流速為1.0 mL/min；進(jìn)樣體積為10L；梯度洗脫程序?yàn)椋?～20 min，5～25 g/100mL B；20～35 min，25～40 g/100mL B； 35～40 min，40 g/100mL B；40～45 min，40～95 g/100mL B；45～50 min，95 g/100mL B；50～53 min，95～5 g/100mL B；53～55 min，5 g/100 mL B。系統(tǒng)由 Waters breeze程序控制。定量采用外標(biāo)法，各酚類物質(zhì)含量以干基計(jì)。酚類物質(zhì)測(cè)定重復(fù)3次。

1.3.10 色澤

蘋果片色澤依據(jù)電子眼系統(tǒng)，測(cè)定蘋果片的明度值、紅綠值、黃藍(lán)值，并計(jì)算總色差Δ值[24]，如式（6）所示

式中0、0、0分別表示Liq.N2處理組蘋果片的亮度、紅度和黃度；、、分別表示蘋果片的亮度、紅度和黃度。

1.3.11 總糖和總酸

參考郭玲玲等[25]的方法，采用苯酚-硫酸法測(cè)定總糖含量，采用滴定法測(cè)定總酸含量。每個(gè)處理3次平行。

1.3.12 感官評(píng)價(jià)

參考王沛等[26]的方法進(jìn)行FD蘋果片的感官評(píng)價(jià)，選取7名有脆片類休閑食品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人員，分別從外觀、氣味、硬度、脆度、煙霧感（咀嚼過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)微顆粒粉塵[27]）、黏牙性[28]、酸甜適口性7項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)蘋果片的品質(zhì)進(jìn)行描述，滿分為5分，總分值為35分。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，評(píng)分值為7人組成評(píng)定小組的平均得分。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS24.0對(duì)數(shù)據(jù)間差異進(jìn)行方差分析與多重比較，采用Origin2020b 軟件繪制及擬合曲線，采用Matlab R2016a對(duì)擬合曲線求導(dǎo)并進(jìn)行函數(shù)繪圖。

表1 感官評(píng)價(jià)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 凍結(jié)和凍融次數(shù)對(duì)蘋果片凍結(jié)特性的影響

預(yù)凍溫度直接影響凍干后物料的結(jié)構(gòu)和品質(zhì)[29]。不同預(yù)凍溫度下蘋果片的中心溫度變化過(guò)程如圖1a所示。由圖可見，蘋果片凍結(jié)速度隨凍結(jié)時(shí)溫度降低而增大。-20 ℃、-80 ℃、Liq.N2預(yù)凍的蘋果片均可迅速降低至0 ℃，通過(guò)最大冰晶生成帶（從0 ℃降到-5 ℃[30]）用時(shí)分別為103.90、20.00、0.04 min。通過(guò)最大冰晶生成帶時(shí)間越短，凍結(jié)速率越快，冰晶直徑越小[31]。對(duì)于FD蘋果片來(lái)說(shuō)，凍結(jié)速率慢會(huì)導(dǎo)致冰晶在細(xì)胞外成核，并刺破細(xì)胞壁[32]，形成大冰晶，對(duì)脆片品質(zhì)和干燥特性產(chǎn)生影響[33]。

FTC處理對(duì)蘋果片凍結(jié)特性影響如圖1b所示，隨著蘋果片F(xiàn)TC次數(shù)增加，在-20 ℃條件下再次凍結(jié)速率加快，通過(guò)最大冰晶生成帶時(shí)間逐漸縮短。一方面這可能是由于蘋果果肉細(xì)胞在FTC-1處理中破裂，液泡中大量的水、及溶解于液泡液中的糖和有機(jī)酸等小分子物質(zhì)釋放出來(lái)，使蘋果果肉內(nèi)部組分和水分分布更加均勻，在再次凍結(jié)時(shí)，冰晶生長(zhǎng)迅速[34]；另一方面，物料在融解時(shí)水分發(fā)生流失，并且由于物料未被移動(dòng)，部分流失汁液聚集于物料表面，這些汁液在表面再次凍結(jié)后，可增加物料的導(dǎo)熱系數(shù)，加快物料的凍結(jié)速率[35]。

2.2 凍結(jié)和凍融處理對(duì)FD蘋果片干燥特性的影響

干燥動(dòng)力學(xué)和干燥速率通常可反映物料的干燥特性[36]。不同凍結(jié)速率和凍融處理蘋果片的Page擬合結(jié)果如表2所示，各干燥曲線的 R值均大于0.9，表現(xiàn)出較好的擬合，這意味著可以采用Page模型來(lái)描述蘋果片F(xiàn)D過(guò)程的水分變化規(guī)律。Page擬合干燥曲線如圖2a所示，不同凍結(jié)速率蘋果片的干燥時(shí)間差異不大，其中-20 ℃預(yù)凍蘋果片干燥時(shí)間與-80 ℃組相比降低5%，，脆度提高50.1%，可能是因?yàn)?20 ℃凍結(jié)中冰晶在細(xì)胞外成核，并隨冰晶生長(zhǎng)破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，增大了孔隙，提高了水分升華的效率[9]。而FTC處理對(duì)蘋果片干燥時(shí)間影響最大，與未凍融組相比，F(xiàn)TC-1節(jié)省凍干時(shí)間約15.3%，總能耗降低約14.6%。Ando等[10]對(duì)胡蘿卜FTC處理后熱風(fēng)干燥速率的測(cè)定也發(fā)現(xiàn)FTC可顯著提高凍干速率，其研究結(jié)果與本試驗(yàn)一致。

圖1 凍結(jié)曲線圖

對(duì)dMR/d作圖可反映蘋果片的干燥速率隨時(shí)間的變化情況。由圖2b可知，在凍干初期，F(xiàn)TC-1、FTC-2、-20 ℃和-80 ℃組最大干燥速率的時(shí)段與其他組相比提前出現(xiàn)，F(xiàn)TC-1組dMR/d升高速率和最大值均高于其他組，而Liq.N2組最大干燥速率最小，達(dá)到最大干燥速率時(shí)間最長(zhǎng)。原因一方面可能是FTC處理使蘋果中結(jié)合水、毛細(xì)管水向自由流動(dòng)水轉(zhuǎn)變[9]；另一方面可能是FTC處理使蘋果片形成的較厚的孔壁結(jié)構(gòu)不利于在升華干燥階段水汽從物料中逸出[37]，進(jìn)而，使干燥前期的干燥速率降低。

2.3 凍結(jié)和凍融處理對(duì)FD蘋果片硬脆度的影響

硬脆度是蘋果片品質(zhì)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。凍結(jié)速率對(duì)FD蘋果片硬脆度的影響如圖3a所示。結(jié)果表明，隨著凍結(jié)速率的加快，F(xiàn)D蘋果片的硬度和脆度都呈降低的趨勢(shì)，Liq.N2凍結(jié)處理組蘋果片具有最低的硬度（9 775 g）和脆度（7.2個(gè)）（<0.05），-80 ℃、-20 ℃處理組之間硬脆度差異不顯著（>0.05）。緩慢凍結(jié)過(guò)程可形成相對(duì)較大冰晶，這個(gè)過(guò)程破壞了細(xì)胞結(jié)構(gòu)。冰晶生長(zhǎng)過(guò)程擠壓周邊細(xì)胞，冰晶干燥后留下具有較厚孔壁的多孔結(jié)構(gòu)，這種厚孔壁的微觀結(jié)構(gòu)可能提升了FD蘋果片硬脆度[19]。

表2 不同凍結(jié)溫度和凍融處理蘋果片干燥曲線Page模型擬合結(jié)果及單位能耗

圖2 不同預(yù)凍溫度和凍融處理蘋果片的Page擬合干燥曲線和dMR/dt與時(shí)間關(guān)系函數(shù)曲線

FTC處理對(duì)FD蘋果片硬脆度的影響如圖3所示。結(jié)果表明，F(xiàn)D蘋果片的硬脆度具有隨FTC處理次數(shù)升高的趨勢(shì)。與未凍融組相比，F(xiàn)TC-1組FD蘋果片硬度輕微增加，一方面可能是多層細(xì)胞壁在冰晶的作用下疊加，孔壁厚度增加，在凍干后形成更加堅(jiān)固的均勻大孔隙結(jié)構(gòu)[29]，另一方面是由于蘋果片體積發(fā)生皺縮，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的緊密程度；脆度較未凍融組顯著增加117.6%（<0.05），可能是因?yàn)閮鋈谔幚砩闪溯^大的孔隙結(jié)構(gòu)，在質(zhì)構(gòu)測(cè)定過(guò)程中隨著探頭下壓，每個(gè)孔隙破裂的力與未凍融組相比更大（如圖4所示），脆度峰個(gè)數(shù)增加。Zhang等[38]采用超高壓處理草莓，也發(fā)現(xiàn)超高壓處理使孔隙結(jié)構(gòu)增大，顯著提高了FD草莓片的硬度，與本研究結(jié)果一致。

圖3 預(yù)凍溫度和凍融處理對(duì)凍干蘋果片硬脆度的影響

圖4 不同凍融次數(shù)FD蘋果片質(zhì)構(gòu)特征

2.4 凍結(jié)和凍融處理對(duì)FD蘋果片微觀結(jié)構(gòu)的影響

通過(guò)掃描電鏡對(duì)Liq.N2、-80 ℃、-20 ℃、FTC-1、FTC-2和FTC-3組蘋果片斷面的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，如圖5所示，觀察到的孔隙結(jié)構(gòu)是由凍結(jié)時(shí)形成的冰晶在凍干后升華而形成的。由圖可知，Liq.N2組的FD蘋果片細(xì)胞結(jié)構(gòu)保留完整，在快速凍結(jié)過(guò)程中，冰晶在細(xì)胞內(nèi)成核，生長(zhǎng)時(shí)間短，形成的冰晶大小不足以刺破細(xì)胞壁并破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)[29]。-80 ℃預(yù)凍凍結(jié)過(guò)程中有部分細(xì)胞被破壞，一方面可能是凍結(jié)過(guò)程形成了部分較大的冰晶，導(dǎo)致部分細(xì)胞破壞，另一方面可能是部分細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞，在物料溫度較高的解析干燥過(guò)程中蘋果片失去剛性，產(chǎn)生了塌陷，導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。-20 ℃預(yù)凍組蘋果片凍結(jié)速率緩慢，由于組織中糖、水分等分布不均勻，導(dǎo)致冰晶生長(zhǎng)大小不均勻，同時(shí)緩慢凍結(jié)導(dǎo)致冰晶不斷生長(zhǎng)，刺破細(xì)胞壁并擠壓周邊組織，凍干后蘋果片微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出孔隙大且不均勻的現(xiàn)象。一般認(rèn)為，預(yù)冷凍過(guò)程是冰晶生長(zhǎng)導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)紊亂的過(guò)程，冰晶生長(zhǎng)過(guò)大會(huì)有利于水分的升華，加快干燥速率[39]。

由圖5可知，F(xiàn)TC-1組FD蘋果片形成了較大且分布均勻的孔隙結(jié)構(gòu)，通過(guò)1次凍融處理，組織內(nèi)溶質(zhì)分布均勻，再次凍結(jié)時(shí)冰晶成核分布均勻，冰晶生長(zhǎng)大小均一，形成了比原細(xì)胞孔隙更大更均勻的孔隙結(jié)構(gòu)，使干燥過(guò)程中水蒸氣從物料內(nèi)部逸出阻力減小，加速了傳質(zhì)過(guò)程，提高了干燥速率[7]。FTC-2和FTC-3組FD蘋果片的微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出斷面不平整、多層分布和孔壁增厚的現(xiàn)象，可能是由于多次凍融處理過(guò)程中，隨著蘋果片中冰晶的生長(zhǎng)和融化，再次凍結(jié)時(shí)孔壁被新生成冰晶刺破，并被生長(zhǎng)的冰晶擠壓，形成更大的孔隙結(jié)構(gòu)和更厚的孔壁[19]。這種厚的孔壁結(jié)構(gòu)可能增加了水分逸出時(shí)的阻力，降低了干燥速率，提高了硬脆度。

圖5 不同預(yù)凍溫度和凍融處理蘋果片SEM圖

2.5 凍結(jié)和凍融處理對(duì)FD蘋果片孔隙的影響

壓汞法可反映多孔結(jié)構(gòu)物料的孔隙大小和孔徑分布特征。不同凍結(jié)速率和凍融處理蘋果片形成的孔隙特征如表3所示。通過(guò)體積密度可以看出，Liq.N2組的FD蘋果片在所有凍結(jié)速率下體積密度最低，反映出樣品體積皺縮最小，鮮蘋果組織的孔隙結(jié)構(gòu)基本保留。而-80 ℃和-20 ℃預(yù)凍后，樣品發(fā)生皺縮，體積密度增加。FTC處理一方面導(dǎo)致樣品皺縮，另一方面造成汁液流失，兩種因素綜合導(dǎo)致了體積密度的降低。通過(guò)比孔容和最可幾孔徑數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，二者與微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，凍結(jié)速率越快，比孔容越大，而FTC處理與-20℃凍結(jié)組相比，比孔容提高37.2%，這可能與FTC過(guò)程提高了凍結(jié)時(shí)冰晶的大小和均勻性有關(guān)[19]。結(jié)合質(zhì)構(gòu)測(cè)定結(jié)果，蘋果片脆度具有隨FTC次數(shù)增加而輕微增高的趨勢(shì)，原因可能是汁液損失和體積皺縮共同作用使蘋果片孔隙度增高，酥脆性增加。FTC處理孔隙度較未凍融組高，其原因可能是小的孔隙結(jié)構(gòu)在反復(fù)凍融過(guò)程中合并為較大孔隙結(jié)構(gòu)[40]。

汞的總?cè)肭煮w積和孔隙直徑關(guān)系可反映出孔隙大小的分布特征，總?cè)肭煮w積和孔隙直徑的關(guān)系如圖6所示。由圖可知，Liq.N2處理組的FD蘋果片的孔隙直徑小，且各直徑孔隙數(shù)目分布較為均勻（5.00～70.00m）。而FTC和-80 ℃、-20 ℃凍結(jié)處理的蘋果片孔隙直徑集中分布于直徑大的范圍（50.00～150.00m）。

表3 不同預(yù)凍溫度和凍融次數(shù)蘋果片孔隙分布特征

注：同一指標(biāo)同一列不同字母代表不同凍結(jié)處理方式之間在＜0.05 水平上差異顯著，下同。

Note: Different letters in the same index and column represent significant differences at 0.05 level between different freezing treatment, the same below.

2.6 凍結(jié)和凍融處理對(duì)FD蘋果片色澤的影響

色澤是FD蘋果片重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，不同凍結(jié)速率和FTC處理FD蘋果片色澤參數(shù)如表4所示。凍結(jié)速率越低，值越低，值越高，不同預(yù)凍溫度和FTC-1處理對(duì)蘋果片值的影響達(dá)到差異顯著水平（<0.05），而FTC處理組之間、、差異不顯著(>0.05)。其中Liq.N2組FD蘋果片的高達(dá)57.20，其他組FD蘋果片的值在41.88～53.96之間；Liq.N2組FD蘋果片的值最低為9.22，其次為-80 ℃（11.54）、-20 ℃（16.11），F(xiàn)TC-1（19.88）；Liq.N2組FD蘋果片的值最低，而其他凍結(jié)處理組FD蘋果片之間無(wú)顯著差異（>0.05）。說(shuō)明凍結(jié)速率越低，蘋果片亮度值越低，紅度值增加，黃度值基本不變。亮度的改變可能是由于凍結(jié)處理形成的的孔隙結(jié)構(gòu)越大，光作用于蘋果表面的孔隙時(shí)散射作用越強(qiáng)引起的[41]。Ceballos 等[11]也得到了凍結(jié)速率越低，亮度越低的結(jié)果。FTC處理組色差值與未凍融組相比更大，可能是由于反復(fù)凍融過(guò)程中發(fā)生了酶促褐變和孔隙增大的共同作用。

2.7 凍結(jié)和凍融處理對(duì)FD蘋果片總糖和可滴定酸的影響

總糖和可滴定酸含量顯著影響果蔬脆片的風(fēng)味品質(zhì)[42]。凍結(jié)速率和凍融處理對(duì)蘋果片總糖和可滴定酸的影響如表4所示，不同凍結(jié)、FTC-1、FTC-2處理對(duì)總糖含量和可滴定酸含量影響不顯著（>0.05），F(xiàn)TC-3處理與未凍融組相比，可溶性糖含量和可滴定酸含量均顯著降低（<0.05）。這可能是由于FTC過(guò)程中會(huì)破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使可溶性糖和有機(jī)酸溶出并隨水分流失[43]。

表4 不同預(yù)凍溫度和凍融處理蘋果片色澤、可滴定酸和總糖

2.8 凍結(jié)和凍融處理對(duì)FD蘋果片酚類物質(zhì)的影響

酚類物質(zhì)是蘋果中主要的生物活性物質(zhì)。不同凍結(jié)和凍融處理的FD蘋果片酚類物質(zhì)含量如表5所示。結(jié)果表明，原花青素、兒茶素、綠原酸、表兒茶素的含量隨著凍結(jié)速率降低而先升高后降低，-20 ℃凍結(jié)組總酚保留率為77.65%，這可能是由于預(yù)凍時(shí)間過(guò)長(zhǎng)在多酚氧化酶作用下降解所致[44]。然而對(duì)香豆酸和根皮苷隨凍結(jié)速率變化不顯著，其原因一方面可能是對(duì)香豆酸及根皮苷在凍結(jié)過(guò)程損失少，另一方面是由于凍結(jié)過(guò)程破壞細(xì)胞壁，對(duì)香豆酸及根皮苷更易從細(xì)胞壁釋放，更易提取[45]。

FTC處理使蘋果中各主要酚類物質(zhì)含量均顯著降低，F(xiàn)TC-1組的FD蘋果片的主要酚類物質(zhì)含量是鮮樣的39.5%。然而結(jié)合總酚的含量變化來(lái)看，總酚保留率為45.2%，可能是由于未游離的如咖啡酸、阿魏酸等含量較高，且這部分酚不受凍融影響，導(dǎo)致了總酚保留率比通過(guò)液相測(cè)得的主要酚類物質(zhì)保留率高[45]。在后續(xù)的生物活性物質(zhì)研究中，F(xiàn)TC處理對(duì)結(jié)合酚和游離酚的影響有待進(jìn)一步探討。

表5 不同預(yù)凍溫度和凍融處理蘋果片酚類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.9 感官評(píng)價(jià)

感官評(píng)價(jià)結(jié)果見表6。黏牙性表示蘋果片經(jīng)過(guò)咀嚼后產(chǎn)生的碎屑在牙齒表面的黏著程度[46]。煙霧感指物料在破碎時(shí)產(chǎn)生的粉塵進(jìn)入鼻腔造成不適的感覺，煙霧指產(chǎn)生的粉塵，通常與物料中固態(tài)物質(zhì)組成的細(xì)小顆粒在破碎過(guò)程中受力逸散有關(guān)[47-48]?？梢钥闯觯現(xiàn)TC處理組的FD蘋果片與未凍融組的相比，風(fēng)味損失較大。從外觀上看，F(xiàn)TC-1組的FD蘋果片與未凍融組差異較小，與色澤測(cè)定結(jié)果一致，Liq.N2組色澤最鮮亮，而FTC-2、FTC-3組FD蘋果片發(fā)生褐變，F(xiàn)TC-1與-20 ℃預(yù)凍組FD蘋果片外觀接近。氣味評(píng)價(jià)表明，Liq.N2組FD蘋果片可良好保留香氣，其次是-80 ℃、-20 ℃、FTC-1、FTC-2和FTC-3處理組，F(xiàn)TC組FD蘋果片氣味損失較大，無(wú)法在FD過(guò)程中截留更多香氣成分，這可能與孔隙的擴(kuò)大有關(guān)[49]。從硬脆度來(lái)看，F(xiàn)TC處理可改善脆度，但是硬度改善不明顯，這與硬脆度測(cè)定結(jié)果一致。-80 ℃和Liq.N2組FD蘋果片均有一定的黏牙性和煙霧感，可能是由于孔隙程度較高，且在口腔破碎過(guò)程中粉塵較多造成的?？偟膩?lái)說(shuō)，雖然凍融處理?yè)p失了一部分外觀和氣味感官特性，但是硬脆度較好，且改善了黏牙感和煙霧感。

表6 不同預(yù)凍溫度和凍融處理蘋果片感官評(píng)價(jià)

3 結(jié) 論

本文探討了凍結(jié)速率和凍融處理對(duì)蘋果片加工過(guò)程的凍結(jié)特性、干燥特性以及真空冷凍干燥蘋果片的微觀結(jié)構(gòu)、硬脆度和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，得出結(jié)論如下：

1）采用緩慢凍結(jié)（-20 ℃）結(jié)合凍融1次處理的真空冷凍干燥蘋果片干燥時(shí)間較短（523 min），干燥能耗降低14.6%。

2）采用緩慢凍結(jié)（-20 ℃）結(jié)合凍融1次處理后的真空冷凍干燥蘋果片具有較優(yōu)品質(zhì)，具體表現(xiàn)為形成了均勻大孔隙結(jié)構(gòu)，其硬脆度顯著高于未凍融處理蘋果片（<0.05），酚類物質(zhì)保留率顯著高于凍融2次和3次蘋果片（<0.05）?？偺恰⒖傻味ㄋ岷透泄僭u(píng)價(jià)綜合得分與-20 ℃處理組相似。

3）綜合考慮真空冷凍干燥蘋果片品質(zhì)和干燥能耗，凍融1次處理可作為真空冷凍干燥蘋果片加工過(guò)程品質(zhì)調(diào)控的優(yōu)選工藝，凍結(jié)速率和凍融處理對(duì)調(diào)控真空冷凍干燥果蔬脆片感官品質(zhì)和節(jié)省干燥時(shí)間與能耗具有重要意義。

[1]Persic M, Mikulic-Petkovsek M, Slatnar A, et al. Chemical composition of apple fruit, juice and pomace and the correlation between phenolic content, enzymatic activity and browning[J]. LWT - Food Science and Technology, 2017, 82: 23-31.

[2]Koutsos A, Riccadonna S, Ulaszewska M M, et al. Two apples a day lower serum cholesterol and improve cardiometabolic biomarkers in mildly hypercholesterolemic adults: A randomized, controlled, crossover trial[J]. The American Journal of Clinical Nutrition, 2020, 111(2): 307-318.

[3]王靈. 休閑食品市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)研究：評(píng)《食品市場(chǎng)分析》[J].食品工業(yè)，2020，41(4)：369. Wang Ling. Research on the development trend of snack food market: Commenting on food market analysis[J]. The Food Industry, 2020, 41(4): 369. (in Chinese with English abstract)

[4]畢金峰，方芳，公麗艷，等. 蘋果干燥技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工：創(chuàng)新版，2010(3)：4-7. Bi Jinfeng, Fang Fang, Gong Liyan, et al. Review on drying technology for apple[J]. Innovational Edition of Farm Products Processing, 2010(3): 4-7. (in Chinese with English abstract)

[5]王海鷗，謝煥雄，陳守江，等. 不同干燥方式對(duì)檸檬片干燥特性及品質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(14)：292-299. Wang Haiou, Xie Huanxiong, Chen Shoujiang, et al. Effect of different drying methods on drying characteristics and qualities of lemon slices[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(14): 292-299. (in Chinese with English abstract)

[6]謝煥雄，胡志超，王海鷗，等. 真空冷凍干燥對(duì)檸檬揮發(fā)性風(fēng)味化合物保留的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(22)：282-290. Xie Huanxiong, Hu Zhichao, Wang Haiou, et al. Effect of vacuum freeze-drying methods on retention of volatile flavor compounds of lemon[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(22): 282-290. (in Chinese with English abstract)

[7]Salazar N A, Alvarez C, Orrego C E. Optimization of freezing parameters for freeze-drying mango (L.) slices[J]. Drying Technology, 2018, 36(2): 192-204.

[8]Geidobler R, Winter G. Controlled ice nucleation in the field of freeze-drying: Fundamentals and technology review[J]. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2013, 85(2): 214-222.

[9]Feng Y, Tan C, Zhou C, et al. Effect of freeze-thaw cycles pretreatment on the vacuum freeze-drying process and physicochemical properties of the dried garlic slices[J]. Food Chemistry, 2020, 324: 126883.

[10]Ando Y, Maeda Y, Mizutani K, et al. Impact of blanching and freeze-thaw pretreatment on drying rate of carrot roots in relation to changes in cell membrane function and cell wall structure[J]. LWT - Food Science and Technology, 2016, 71: 40-46.

[11]Ceballos A M, Giraldo G I, Orrego C E. Effect of freezing rate on quality parameters of freeze dried soursop fruit pulp[J]. Journal of Food Engineering, 2012, 111(2): 360-365.

[12]麥潤(rùn)萍，馮銀杏，李汴生. 基于分形理論的預(yù)凍溫度對(duì)凍干獼猴桃片干燥特性及品質(zhì)的影響[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè)，2018，44(12)：155-160. Mai Runping, Feng Yinxing, Li Biansheng. The influence of pre-freezing temperature on the characteristics of kiwifruit slices basedon fractal[J]. Food and Fermentation Industries, 2018, 44(12): 155-160. (in Chinese with English abstract)

[13]佘彬. 組合預(yù)處理對(duì)甘薯變溫壓差膨化干燥品質(zhì)的影響[D]. 長(zhǎng)沙，中南林業(yè)科技大學(xué)，2015. She Bin. Effect of Combination Pre-treatment on the Quality of Explosion Puffing Drying Sweet Potato at Variable Temperature and Pressure Differential[D]. Changsha:Central South University of Forestry and Technology, 2015. (in Chinese with English abstract)

[14]石芳. 干燥過(guò)程中松茸品質(zhì)變化及水分傳遞特性研究[D]. 重慶，西南大學(xué)，2018. Shi Fang. Study on the Quality and Characterization of Moisture Transfer from Tricholoma Matsutake during Drying Process[D]. Chongqing: Southwest University, 2018. (in Chinese with English abstract)

[15]Xu X, Zhang L, Feng Y, et al. Ultrasound freeze-thawing style pretreatment to improve the efficiency of the vacuum freeze-drying of okra ((L. ) Moench) and the quality characteristics of the dried product[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2021, 70: 105300.

[16]中華人民共和國(guó)國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì). 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定：GB 5009. 3-2016[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016：1-2.

[17]Khampakool A, Soisungwan S, Park S H. Potential application of infrared assisted freeze drying (IRAFD) for banana snacks: Drying kinetics, energy consumption, and texture[J]. LWT, 2019, 99: 355-363.

[18]Yi J, Zhou L, Bi J, et al. Influences of microwave pre-drying and explosion puffing drying induced cell wall polysaccharide modification on physicochemical properties, texture, microstructure and rehydration of pitaya fruit chips[J]. LWT - Food Science and Technology, 2016, 70: 271-279.

[19]彭健. 壓差閃蒸干燥胡蘿卜脆條質(zhì)構(gòu)品質(zhì)形成機(jī)制研究[D]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2019. Peng Jian. Formation Mechanism of Texture and Structural Properties of Instant Controlled Pressure Drop(DIC) Dried Carrot Chips[D]. Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2019. (in Chinese with English abstract)

[20]Giesche H. Mercury porosimetry: A general (practical) overview[J]. Particle & Particle Systems Characterization, 2006, 23(1): 9-19.

[21]張鵬飛，呂健，畢金峰，等. 滲透脫水對(duì)變溫壓差膨化干燥桃片品質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào)，2017，17(1)：69-76. Zhang Pengfei, Lu Jian, Bi Jinfeng, et al. Effect of osmotic dehydration on quality of peach chips prepared by explosion puffing drying[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2017, 17(1): 69-76. (in Chinese with English abstract)

[22]Ta?eri L, Akta? M, ?evik S, et al. Determination of drying kinetics and quality parameters of grape pomace dried with a heat pump dryer[J]. Food Chemistry, 2018, 260: 152-159.

[23]Li X, Wu X, Bi J, et al. Polyphenols accumulation effects on surface color variation in apple slices hot air drying process[J]. LWT, 2019, 108: 421-428.

[24]宋慧慧，陳芹芹，畢金峰，等. 干燥方式及堿液處理對(duì)鮮枸杞干燥特性和品質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué)，2018，39(15)：197-206. Song Huihui, Chen Qinqin, Bi Jinfeng, et al. Effects of different drying methods and alkali pretreatment on drying characteristics and quality of fresh goji berries (Lycium barbarum)[J]. Food Science, 2018, 39(15): 197-206. (in Chinese with English abstract)

[25]郭玲玲，周林燕，畢金峰，等. 香菇中短波紅外-脈動(dòng)壓差閃蒸聯(lián)合干燥工藝研究[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào)，2018，18(2)：155-165. Guo Lingling, Zhou Linyan, Bi Jinfeng, et al. Studies on dry technics of shiitake mushroom using pulsed sudden decompression flashing drying and medium-shortwave infrared radiation[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2018, 18(2): 155-165. (in Chinese with English abstract)

[26]王沛，畢金峰，白沙沙，等. 不同原料品種的蘋果脆片品質(zhì)評(píng)價(jià)及其相關(guān)性分析[J]. 食品與機(jī)械，2012，28(2)：9-14. Wang Pei, Bi Jinfeng, Bai Shasha, et al. Determination of quality evaluation and correlation analysis of varieties apple chips[J]. Food & Machinery, 2012, 28(2): 9-14. (in Chinese with English abstract)

[27]Szychowski P J, Lech K, Sendra-Nadal E, et al. Kinetics, biocompounds, antioxidant activity, and sensory attributes of quinces as affected by drying method[J]. Food Chemistry, 2018, 255: 157-164.

[28]Martínez-Navarrete N, Salvador A, Oliva C, et al. Influence of biopolymers and freeze-drying shelf temperature on the quality of a mandarin snack[J]. LWT, 2019, 99: 57-61.

[29]Harnkarnsujarit N, Kawai K, Watanabe M, et al. Effects of freezing on microstructure and rehydration properties of freeze-dried soybean curd[J]. Journal of Food Engineering, 2016, 184: 10-20.

[30]黃忠民，岳宗陽(yáng)，艾志錄，等. 凍結(jié)速率對(duì)面團(tuán)品質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào)，2013，13(10)：92-96. Huang Zhongmin, Yue Zongyang, Ai Zhilu, et al. Influence of freezing rate on the dough quality[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2013, 13(10): 92-96. (in Chinese with English abstract)

[31]劉艷春，王維民，蘇陽(yáng)，等. 不同凍結(jié)速率對(duì)凍后番木瓜品質(zhì)的影響[J]. 食品工業(yè)科技，2015，36(14)：335-339. Liu Yanchun, Wang Weimin, Su Yang, et al. Effect of different freezing rates on the quality change ofL[J]. Science and Technology of Food Industry, 2015, 36(14): 335-339. (in Chinese with English abstract)

[32]Voda A, Homan N, Witek M, et al. The impact of freeze-drying on microstructure and rehydration properties of carrot[J]. Food Research International, 2012, 49(2): 687-693.

[33]Parniakov O, Bals O, Lebovka N, et al. Pulsed electric field assisted vacuum freeze-drying of apple tissue[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2016, 35: 52-57.

[34]曹雪慧，趙東宇，朱丹實(shí)，等. 滲透預(yù)處理對(duì)藍(lán)莓凍結(jié)特性的影響[J]. 食品科學(xué)，2019，40(7)：192-197. Cao Xuehui, Zhao Dongyu, Zhu Danshi, et al. Effect of osmotic pretreatment on the quality of frozen blueberry[J]. Food Science, 2019, 40(7): 192-197. (in Chinese with English abstract)

[35]常啟虎. 凍融循環(huán)作用下路基結(jié)構(gòu)水熱穩(wěn)定性的研究[D]. 蘭州：蘭州交通大學(xué)，2016.Chang Qihu. Research on Hydrothermal Stability of Subgrade Structure under Freezing and Thawing Cycles[D]. Lanzhou:Lanzhou Jiaotong University,2016. (in Chinese with English abstract)

[36]Foerst P, De Carvalho T M, Lechner M, et al. Estimation of mass transfer rate and primary drying times during freeze-drying of frozen maltodextrin solutions based on x-ray μ-computed tomography measurements of pore size distributions[J]. Journal of Food Engineering, 2019, 260: 50-57.

[37]Malik N, Gouseti O, Bakalis S. Effect of freezing on microstructure and reconstitution of freeze-dried high solid hydrocolloid-based systems[J]. Food Hydrocolloids, 2018, 83: 473-484.

[38]Zhang L, Liao L, Qiao Y, et al. Effects of ultrahigh pressure and ultrasound pretreatments on properties of strawberry chips prepared by vacuum-freeze drying[J]. Food Chemistry, 2020, 303: 125386.

[39]Nowak D, Piechucka P, Witrowa-Rajchert D, et al. Impact of material structure on the course of freezing and freeze-drying and on the properties of dried substance, as exemplified by celery[J]. Journal of Food Engineering, 2016, 180: 22-28.

[40]Wang L, Yin Z, Wu J, et al. A study on freeze–thaw characteristics and microstructure of Chinese water chestnut starch gels[J]. Journal of Food Engineering, 2008, 88(2): 186-192.

[41]何秋菊. 古書畫施膠劑的作用機(jī)理及中性鋁鹽施膠沉淀劑的研發(fā)[D]. 西安：西北大學(xué)，2019.He Qiuju. Study on the Role of Sizing Agent in Ancient Calligraphy＆Painting and the Development of Neutral Aluminum Salt Sizing Precipitator[D]. Xi'an:Northwest University,2019.(in Chinese with English abstract)

[42]王軒. 不同產(chǎn)地紅富士蘋果品質(zhì)評(píng)價(jià)及加工適宜性研究[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2013. Wang Xuan. Research on Quality Evaluation and Processing Suitability of Fuji Apple from Different Chinese Origins[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2013. (in Chinese with English abstract)

[43]郭婷，鄧宏挺，陳益能，等. 凍融預(yù)處理對(duì)大果山楂熱風(fēng)干燥產(chǎn)品品質(zhì)影響[J]. 食品工業(yè)，2019，40(11)：53-57. Guo Ting, Deng Hongting, Chen Yineng, et al. Effect of freeze-thaw pretreatment on the quality of hawthorn dried by hot air[J]. 2019, 40(11): 53-57. (in Chinese with English abstract)

[44]Pimenta Inada K O, Nunes S, Martínez-Blázquez J A, et al. Effect of high hydrostatic pressure and drying methods on phenolic compounds profile of jabuticaba (Myrciaria jaboticaba) peel and seed[J]. Food Chemistry, 2020, 309: 125794.

[45]Santarelli V, Neri L, Sacchetti G, et al. Response of organic and conventional apples to freezing and freezing pre-treatments: Focus on polyphenols content and antioxidant activity[J]. Food Chemistry, 2020, 308: 125570.

[46]Jia Y, Khalifa I, Hu L, et al. Influence of three different drying techniques on persimmon chips’ characteristics: A comparison study among hot-air, combined hot-air-microwave, and vacuum-freeze drying techniques[J]. Food and Bioproducts Processing, 2019, 118: 67-76.

[47]Zhou W, Wang H, Wang D, et al. An experimental investigation on the influence of coal brittleness on dust generation[J]. Powder Technology, 2020, 364: 457-466.

[48]Zhou W, Wang H, Wang D, et al. The influence of pore structure of coal on characteristics of dust generation during the process of conical pick cutting[J]. Powder Technology, 2020, 363: 559-568.

[49]Chin S T, Nazimah S A H, Quek S Y, et al. Changes of volatiles' attribute in durian pulp during freeze- and spray-drying process[J]. LWT, 2008, 41(10): 1899-1905.

Effects of pre-freezing on the drying characteristics and quality parameters of freeze drying apple slices

Ma Youchuan1,2, Bi Jinfeng1,2, Yi Jianyong1,2※, Du Qianqian1,2, Feng Shuhan1,2, Li Suobin3

(1.,,100193,;2.,,100193; 3.,,213116,)

Vacuum freeze-drying food has become a commonly found product in worldwide, due to its low moisture content, long shelf life, reduced wrinkles, and less loss of nutrients. But the great challenge to produce vacuum freeze-drying fruits can be related to the long drying time, high energy consumption, and low crispness. Pre-freezing process is an important procedure of vacuum freeze drying, where the freezing rate usually determines the quality and drying characteristic of vacuum freeze-drying (FD) products. Freeze-thaw cycles (FTC) are generally used as a pretreatment method to control the drying efficiency and product quality. In this study, three freezing temperature (- 20 ℃, -80 ℃, liquid nitrogen freezing) and 1-3times freeze-thaw pretreatment (FTC-1, FTC-2, FTC-3) were adopted in apple slices drying, in order to explore the influence of freezing rate and freeze-thaw treatment (FTC) on the drying characteristics and quality of FD apple chips. An investigation was also made to explore the effect of freeze treatment on the freezing and drying characteristics, microstructure, color, hardness, crispness, and nutritional quality, in the FD apple chips. The results showed that the freezing rate increased with the decrease of freezing temperature and the increase of FTC times. In drying characteristics, the Page model can better represent the drying process of apple chips with various temperatures and freeze-thaw cycles. The freeze-thaw treatment significantly increased the drying rate of apple slices, while reduced the time to reach the maximum drying rate. Compared with the fast freezing (-80 ℃), the drying time of apple slices was 5% shorter than that in the slow freezing (-20 ℃), and the crispness increased 50.1%. Compared with the -20 ℃ pre-freezing group, the apple crisps treated by FTC-1 showed a more uniform pore structure, with the 37.2% increase in pore volume, 15.3% reduction in FD drying time, 14.6% reduction in drying energy, and 117.6% increase in crispness. In phenolic compounds, there was no significant effect of pre-freezing temperatures on the phenolic compounds, whereas, the freeze-thaw treatment significantly affected the content of main phenolic compounds in apple chips. Specifically, the content of main phenolic compounds remained low, as the increasing time in the pretreated FTC. The total retention rate of phenol was 77.65% in freeze-dried apple chips, and that in the FTC-1 was 45.2%. There was no significant effect of pre-freezing temperature on the total content of soluble sugar and titratable acid. Although the freeze-thaw treatment can lead to the loss of some juice, the total content of soluble sugar and titratable acid decreased slightly. The sensory evaluation results showed that there were adverse effects of freeze-thaw treatment on the appearance and smell, with the decrease of smoke sensation and stickiness in the freeze-dried apple chips. Considering the quality of products and drying energy consumption, the FTC-1 treatment can be used as the optimal process to control the quality of vacuum freeze-dried apple chips. The freezing rate and freeze-thaw treatment can serve as the sensory quality control, to save the drying time and energy consumption for the production of vacuum freeze-dried fruit and vegetable crisp slices.

drying characteristics; microstructure; quality; apple; freeze thaw cycle; vacuum freeze drying

馬有川，畢金峰，易建勇，等. 預(yù)凍對(duì)蘋果片真空冷凍干燥特性及品質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36(18)：241-250.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.18.029 http://www.tcsae.org

Ma Youchuan, Bi Jinfeng, Yi Jianyong, et al. Effects of pre-freezing on the drying characteristics and quality parameters of freeze drying apple slices[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(18): 241-250. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.18.029 http://www.tcsae.org

2020-07-19

2020-09-11

廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2020B020225006)；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工所所長(zhǎng)基金（S2019RCCG01）；十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0400700，2016YFD0400704）

馬有川，研究方向?yàn)槭称芳庸づc安全。Email：myc3007@163.com

易建勇，博士，副研究員，研究方向?yàn)楣吒芍破焚|(zhì)調(diào)控與營(yíng)養(yǎng)健康研究。Email：yijianyong515@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.18.029

TS255.3

A

1002-6819(2020)-18-0241-10