劉艷全，張 甜，丁真真，阿斯木古麗·買(mǎi)買(mǎi)提，陳華方，王 東*

（1.喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院，葉爾羌綠洲生態(tài)與生物資源研究高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆喀什 844000；2.新疆胡楊牧歌種養(yǎng)殖科技有限公司，新疆喀什 844000）

伽師瓜屬葫蘆科（Cutrbitaceae）黃瓜屬（CucumisC.），是南疆主栽的甜瓜品種之一，主要種植在伽師縣，被列為“中國(guó)地理標(biāo)志產(chǎn)品”。伽師瓜口感香脆多汁、滋味香甜，富含多種維生素、礦物質(zhì)，備受人們青睞，被稱(chēng)為“天下第一瓜”[1]。近年來(lái)，伽師縣將伽師瓜作為主要經(jīng)濟(jì)作物大力發(fā)展，2020年種植面積超2萬(wàn)hm2，年產(chǎn)量約60萬(wàn)t。但因采摘季節(jié)溫度高，伽師瓜采后易軟化，損失嚴(yán)重，降低了其食用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，加之產(chǎn)地偏遠(yuǎn)，嚴(yán)重制約了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，探索伽師瓜的深加工產(chǎn)品形式、延長(zhǎng)其產(chǎn)業(yè)鏈非常迫切，對(duì)提高農(nóng)產(chǎn)品附加值具有重要意義。

果蔬干制是果蔬采后保藏和加工的重要方法，干制品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、口感獨(dú)特。突如其來(lái)的疫情更是增強(qiáng)了消費(fèi)者儲(chǔ)備食物的意識(shí)，果蔬脆片會(huì)更受歡迎[2-4]。果蔬脆片常用的干燥措施有自然曬干、熱風(fēng)干燥、真空冷凍、紅外輻射干燥、真空油炸干燥、低溫真空膨化干燥、壓差閃蒸干燥、微波和超聲波輔助干燥等技術(shù)。真空冷凍干燥是將物料進(jìn)行低溫速凍，隨后在高真空的凍干倉(cāng)中使物料中的固態(tài)水升華為氣態(tài)從而脫水的干燥技術(shù)。此技術(shù)可最大限度地保留食物營(yíng)養(yǎng)成分，尤其是熱不穩(wěn)定成分和易氧化成分，防止顏色變化，且產(chǎn)品不易變形，表面不易硬化，復(fù)水性好[5-6]。超聲波技術(shù)利用空穴效應(yīng)加速固-液和固-氣系統(tǒng)中的傳質(zhì)過(guò)程，可應(yīng)用于果蔬冷凍干燥領(lǐng)域[7-8]。如任廣躍等[9]研究表明超聲波處理果蔬可以提高干燥速率，保留食品的營(yíng)養(yǎng)成分，改善凍干終品品質(zhì)。周新麗等[10]研究表明超聲波輔助冷凍干燥使產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)、胡蘿卜素含量、VC含量、復(fù)水率等指標(biāo)都有較好的表現(xiàn)。然而，我國(guó)凍干產(chǎn)品占比還很小，技術(shù)設(shè)備也較落后，美國(guó)和日本市場(chǎng)上出售的脫水產(chǎn)品、凍干食品已占40%以上[11-12]。因此，探索超聲波預(yù)處理輔助冷凍干燥技術(shù)很有必要。本文以伽師瓜為原料，探討了超聲波預(yù)處理輔助冷凍干燥技術(shù)制備一種口感酥脆、風(fēng)味獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)伽師瓜凍干片，為伽師瓜的深加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：新鮮伽師瓜，品種為“卡拉庫(kù)賽”，8～9月份成熟，購(gòu)于伽師縣水果批發(fā)市場(chǎng)。

試劑：L-抗壞血酸，食品級(jí)，西安浩天生物工程有限公司；苯酚、濃硫酸均為分析純；葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品，上海聯(lián)碩生物科技有限公司。

1.2 儀器和設(shè)備

KQ-500Z超聲波發(fā)生器，工作頻率40 kHz、功率200～500 W，昆山市超聲儀器有限公司；冷凍干燥機(jī)，Christ ALPHA 1-2LD plus，德國(guó)。721分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋，HHS型，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司；高性?xún)r(jià)比精密色差儀，NR60CP型，深圳市三恩時(shí)科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 伽師瓜凍干片的制備

選新鮮、大小均勻、無(wú)損傷的伽師瓜，削皮，去籽，切成一定厚度、長(zhǎng)30 mm、寬20 mm的瓜片。將切好的瓜片立即放入抗壞血酸溶液中，采用工作頻率為40 kHz、功率為200 W，控制溫度，超聲處理一定時(shí)間后瀝干。將超聲后的伽師瓜片，在凍干機(jī)盤(pán)上平鋪一層，將凍干倉(cāng)隔板溫度設(shè)定為-40 ℃預(yù)凍3 h，冷卻至-20 ℃。然后壓力設(shè)為20 Pa，按照下列升溫程序?qū)ξ锪线M(jìn)行真空冷凍干燥：-20 ℃、1 h，10 ℃、1 h，0 ℃、1 h，10 ℃、1 h，20 ℃、1 h，30 ℃、1 h，40 ℃、1 h，50 ℃至結(jié)束，凍干時(shí)間為9 h，得伽師瓜凍干片。

1.3.2 凍干片干燥品質(zhì)測(cè)定

（1）復(fù)水率

用30 ℃蒸餾水，恒溫水浴浸泡0.5 h，充分吸水后撈出，瀝干表面的水分，按式（1）計(jì)算復(fù)水率。

式中，Re為凍干片復(fù)水率，%；m1為復(fù)水前瓜片質(zhì)量，g；m2為復(fù)水后瓜片質(zhì)量，g。

（2）總糖

采用苯酚硫酸法，以葡萄糖制作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，測(cè)定490nm波長(zhǎng)處的吸光度，計(jì)算總糖含量。參考王建[13]的總糖測(cè)定方法。

（3）色度

測(cè)定伽師瓜凍干片的明度指數(shù)L*、a*、b*，按照CIELab 1976色差公式（2）計(jì)算其總色差值（ΔE值），ΔE值越小說(shuō)明產(chǎn)品色澤越鮮亮[14]。

式中，L*、a*、b*是對(duì)照，L、a、b是實(shí)際值。

1.3.3 感官評(píng)價(jià)

伽師瓜凍干片感官評(píng)定小組由20名有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生組成，從色澤、酥脆度、風(fēng)味和滋味4個(gè)方面對(duì)樣品進(jìn)行分析，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 凍干片感官評(píng)價(jià)表Table 1 Sensory evaluation of "Jiashi" melon freeze-dried tablets

1.4 單因素試驗(yàn)

在冷凍條件不變的基礎(chǔ)上，考察超聲時(shí)間（10、15、20、25、30 min）、超聲溫度（30、40、50、60、70、80 ℃）、抗壞血酸濃度（0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g/mL）和切片厚度（5、10、15、20、25 mm）對(duì)伽師瓜凍干片復(fù)水率、總糖和色度的影響。

1.5 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇超聲時(shí)間（A）、超聲溫度（B）和抗壞血酸濃度（C）為試驗(yàn)因素，根據(jù)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，因素及水平見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels in response surface design

1.6 數(shù)據(jù)處理分析

采用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、繪圖；采用Design Expert 8.05進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)、方程模擬和模型分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 超聲時(shí)間對(duì)伽師瓜凍干片品質(zhì)的影響

超聲溫度50 ℃，厚度10 mm，抗壞血酸濃度0.4 g/mL，凍干條件采用1.3.1中工藝參數(shù)，測(cè)定超聲時(shí)間為10、15、20、25、30 min對(duì)凍干片復(fù)水率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 超聲時(shí)間對(duì)伽師瓜凍干片復(fù)水率的影響Fig.1 Effect of ultrasonic time on rehydration rate of "Jiashi" melon freeze-dried tablets

由圖1可知，超聲波預(yù)處理可有效增加凍干片的復(fù)水率，當(dāng)超聲25 min時(shí)，復(fù)水率達(dá)到最大值57.3%，隨后稍有下降。分析原因可能是時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)破壞組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)塌陷，影響干燥后的復(fù)水效果[15]。

超聲時(shí)間對(duì)凍干片總糖含量的影響見(jiàn)下頁(yè)圖2。由圖2可知，超聲時(shí)間對(duì)凍干片總糖含量的影響較小，隨超聲時(shí)間增加，總糖含量先增高后緩慢下降，當(dāng)超聲時(shí)間為20～25 min時(shí)，總糖含量較高。

圖2 超聲時(shí)間對(duì)伽師瓜凍干片總糖含量的影響Fig.2 Effect of ultrasonic time on total sugar of "Jiashi"melon freeze-dried tablets

表3 超聲時(shí)間對(duì)凍干片色澤的影響Table 3 Effect of ultrasonic time on color of "Jiashi" melon freeze-dried tablets

超聲時(shí)間對(duì)凍干片色澤的影響如表3所示。由表3可知，超聲預(yù)處理對(duì)凍干片影響較大，可以有效改善凍干片的顏色，以未超聲處理凍干片為對(duì)照，隨著超聲時(shí)間增加時(shí)，亮度L*值先上升后下降，25 min時(shí)最大；a*值先降低后升高，可能是由于加入抗壞血酸具有護(hù)綠作用；b*值逐漸變大，說(shuō)明凍干片的顏色向黃色變化[14]。因此，超聲時(shí)間應(yīng)控制在25 min。

2.1.2 超聲溫度對(duì)伽師瓜凍干片品質(zhì)的影響

超聲時(shí)間25 min，瓜片厚度10 mm，抗壞血酸濃度0.4 g/mL時(shí)，凍干條件采用1.3.1中工藝參數(shù)，考察超聲溫度為30、40、50、60、80 ℃時(shí)對(duì)凍干片復(fù)水率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知，超聲溫度對(duì)凍干片的復(fù)水率影響較大，隨超聲溫度升高，復(fù)水率先增加后降低，溫度為60 ℃時(shí)，復(fù)水率達(dá)到最大值，為57.6%。

超聲溫度對(duì)伽師瓜凍干片總糖含量的影響如圖4所示。由圖4可知，超聲溫度對(duì)凍干片總糖的影響較小，隨超聲溫度升高總糖含量先升高后降低，50 ℃時(shí)，總糖達(dá)到最大值，為36.8%。

圖3 超聲溫度對(duì)伽師瓜凍干片復(fù)水率的影響Fig.3 Effect of ultrasonic temperature on rehydration rate of "Jiashi" melon freeze-dried tablets

圖4 超聲溫度對(duì)伽師瓜凍干片總糖含量的影響Fig.4 Effect of ultrasonic temperature on total sugar of "Jiashi" melon freeze-dried tablets

表4 超聲溫度對(duì)凍干片色澤的影響Table 4 Effect of ultrasonic temperature on color of "Jiashi" melon freeze-dried tablets

超聲溫度對(duì)凍干片色澤的影響見(jiàn)表4。由表4可知，隨溫度的上升，凍干片亮度L*值先上升后平緩，50 ℃時(shí)最大；a*值逐漸增大，b*值逐漸下降，可能是在一定溫度下發(fā)生了美拉德反應(yīng)或是超聲波促進(jìn)了抗壞血酸對(duì)胡蘿卜素的降解作用[14]。因此，超聲溫度應(yīng)控制在50～60 ℃。

2.1.3 抗壞血酸濃度對(duì)伽師瓜凍干片品質(zhì)的影響

超聲時(shí)間25 min，瓜片厚度10 mm，超聲溫度50 ℃時(shí)，凍干條件采用1.3.1中工藝參數(shù)，抗壞血酸濃度對(duì)凍干片復(fù)水率的影響如圖5所示。由圖5可知，抗壞血酸濃度對(duì)復(fù)水率影響不大，隨抗壞血酸濃度升高復(fù)水率先緩慢升高后緩慢降低，濃度為0.4 g/mL時(shí)，復(fù)水率達(dá)到最大值，為57.3%。

圖5 抗壞血酸濃度對(duì)伽師瓜凍干片復(fù)水率的影響Fig.5 Effect of ascorbic acid concentration on rehydration rate of "Jiashi" melon freeze-dried tablets

抗壞血酸濃度對(duì)凍干片總糖的影響如圖6所示。由圖6可知，隨抗壞血酸濃度升高，凍干片總糖先升高后緩慢下降，抗壞血酸濃度對(duì)總糖影響不大，濃度為0.4 g/mL時(shí)達(dá)到最大值，為36.4%。

圖6 抗壞血酸濃度對(duì)伽師瓜凍干片總糖含量的影響Fig.6 Effect of ascorbic acid concentration on total sugar of "Jiashi" melon freeze-dried tablets

抗壞血酸濃度對(duì)凍干片色澤的影響如表5所示。由表5可知，抗壞血酸對(duì)凍干片護(hù)色效果明顯，凍干片亮度L*、a*和b*值先上升后趨于平緩，這表明抗壞血酸可以有效抑制酶類(lèi)褐變并使凍干片保持較好的顏色。因此，抗壞血酸濃度控制在0.3～0.5 g/mL。

表5 抗壞血酸濃度對(duì)凍干片色澤的影響Table 5 Effect of ascorbic acid concentration on color of "Jiashi" melon freeze-dried tablets

2.1.4 伽師瓜片厚度對(duì)伽師瓜凍干片品質(zhì)的影響

超聲時(shí)間25 min，超聲溫度50 ℃，抗壞血酸濃度為0.4 g/mL時(shí)，凍干條件采用1.3.1中工藝參數(shù)，考察切片厚度為5、10、15、20、25 mm對(duì)凍干片復(fù)水率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7可知，隨瓜片厚度增大，凍干片的復(fù)水率明顯降低，可能由于切片厚度太大，熱傳遞速率降低，凍干片內(nèi)部未完全形成疏松多孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致復(fù)水率降低。

圖7 伽師瓜片厚度對(duì)伽師瓜凍干片復(fù)水率的影響Fig.7 Effect of slice thickness on rehydration rate of "Jiashi" melon freeze-dried tablets

圖8 切片厚度對(duì)伽師瓜凍干片總糖含量的影響Fig.8 Effect of slice thickness on total sugar of "Jiashi"melon freeze-dried tablets

瓜片厚度對(duì)凍干片總糖的影響如圖8（見(jiàn)上頁(yè)）所示。由圖8可知，瓜片厚度在5～20 mm范圍內(nèi)，總糖含量變化不大，10 mm時(shí)，總糖含量最大，為36.4%。

瓜片厚度對(duì)凍干片色澤的影響見(jiàn)表6。由表6可知，亮度L*、a*和b*值呈現(xiàn)先升高后降低，在5～15 mm范圍內(nèi)色澤變化較小。綜合凍干設(shè)備利用率等因素，瓜片厚度選擇10 mm。

表6 切片厚度對(duì)凍干片色澤的影響Table 6 Effect of slice thickness on color of "Jiashi" melon freeze-dried tablets

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表7 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table7 The design and results of experiment of response surface

根據(jù)表7中的數(shù)據(jù)，對(duì)自變量A、B和C用Expert-Design 8.05軟件擬合，以感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值，得到多元二次響應(yīng)面回歸方程如下：Y=91.3+1.09A+1.49B+2.17C+1.17AB+0.05AC+0.85BC-2.59A2-3.74B2-4.86C2。

表8 回歸模型方差分析Table 8 Variance analysis for the regression model

由表8中方差分析可知，模型的P值小于0.000 1，表明該擬合方程極顯著，失擬項(xiàng)不顯著，方程決定系數(shù)R2=0.915 3，表明感官評(píng)分實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值之間擬合度較好，模型的選取適合。同時(shí)表明一次項(xiàng)A、B、C，二次項(xiàng)AB、A2、B2和C2對(duì)感官評(píng)分影響極顯著（P＜0.01）；BC影響顯著（P＜0.05），AC影響不顯著（P＞0.05），各因素對(duì)感官影響大小順序?yàn)榭箟难釢舛龋境暅囟龋境晻r(shí)間。

2.2.2 兩因素交互作用的分析

圖9 超聲時(shí)間和超聲溫度的交互作用響應(yīng)面圖（a）及等高線(xiàn)圖（b）Fig.9 Response surface plot(a) and contour plot(b) of the interaction between ultrasonic time and temperature

圖10 超聲時(shí)間和抗壞血酸濃度交互作用響應(yīng)面圖（a）及等高線(xiàn)圖（b）Fig.10 Response surface plot(a) and contour plot(b)of the interaction between ultrasonic time and ascorbic acid concentration

圖9（a）表明，當(dāng)超聲溫度一定時(shí)，隨超聲時(shí)間增加，感官評(píng)分先增加后降低；當(dāng)超聲時(shí)間一定時(shí)，隨超聲溫度增加，感官評(píng)分先增加后降低。在超聲時(shí)間為25 min、超聲溫度為55 ℃時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最大值，為91.1分。由圖9（b）可以看出，等高線(xiàn)圖呈橢圓形，說(shuō)明超聲時(shí)間和超聲溫度之間的交互作用極其顯著。

圖10（a）表明，當(dāng)超聲時(shí)間一定時(shí)，隨抗壞血酸濃度增加，感官評(píng)分急劇增加后緩慢降低；當(dāng)抗壞血酸濃度一定時(shí)，隨超聲時(shí)間增加，感官評(píng)分先增加后降低。圖10（b）表明，等高線(xiàn)圖呈橢圓形，超聲時(shí)間和抗壞血酸濃度交互作用顯著，且超聲時(shí)間25min，抗壞血酸濃度0.4 g/mL時(shí)，感官評(píng)分最大，為91.1分。

圖11 超聲溫度和抗壞血酸濃度交互作用響應(yīng)面圖（a）及等高線(xiàn)圖（b）Fig.11 Response surface plot（a）and contour plot（b）of the interaction between ultrasonic temperature and ascorbic acid concentration

圖11（a）表明，當(dāng)超聲溫度一定時(shí)，隨抗壞血酸濃度增加，感官評(píng)分先增加后緩慢降低或不變；當(dāng)抗壞血酸濃度一定時(shí)，隨超聲溫度增加感官評(píng)分先快速增加后降低，超聲溫度55 ℃、抗壞血酸濃度0.4 g/mL，感官評(píng)分最高，為91.1分。且圖11（b）等高線(xiàn)圖呈橢圓形，說(shuō)明超聲溫度和抗壞血酸濃度之間的交互作用顯著。

2.3 最佳條件的預(yù)測(cè)和驗(yàn)證

本試驗(yàn)通過(guò)回歸模型預(yù)測(cè)得到伽師瓜凍干片最佳處理工藝為超聲時(shí)間26.4 min、超聲溫度56.4 ℃、抗壞血酸濃度0.42 g/mL，此時(shí)伽師瓜凍干片的感官評(píng)分的預(yù)測(cè)值為91.92。綜合考慮，修正最優(yōu)條件為超聲時(shí)間26 min、超聲溫度56 ℃、抗壞血酸濃度0.42 g/mL。按照此條件進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到伽師瓜凍干片的感官評(píng)分平均值為92.96，與預(yù)測(cè)值的誤差為1.13%，因此采用響應(yīng)面法優(yōu)化伽師瓜凍干片制備工藝條件有一定的參考價(jià)值。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)用超聲波輔助冷凍干燥的方式處理伽師瓜，制備了一種凍干片。通過(guò)單因素和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，得到最佳工藝為超聲時(shí)間26 min，超聲溫度56 ℃，抗壞血酸濃度0.42 g/mL。超聲預(yù)處理技術(shù)因空化作用可改善物料微觀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)干物料水分遷移，提高干燥效率，還可改善果蔬色澤，提高果蔬制品品質(zhì)。本文研究了超聲波在伽師瓜凍干片制作中的應(yīng)用，下一步還將深入探索超聲波對(duì)果蔬凍干片營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味作用機(jī)理，為果蔬凍干制品的制作方法提供參考。