黃子建

（福建省農(nóng)產(chǎn)品加工推廣總站，福建 福州 350001）

桑葚（Mulberry Fruit）又名桑果等，屬?？疲∕oraceae）植物，為多年生木本植物桑的成熟果穗。桑葚含有豐富的活性蛋白、花青素、多種維生素及礦物質(zhì)等[1]，具有極高的營養(yǎng)價值和多種保健功能，被醫(yī)學(xué)界譽為“二十一世紀(jì)的最佳保健果品”[2]。已被衛(wèi)生部列為食藥兩用的農(nóng)產(chǎn)品之一[3]。桑葚一般春末夏初成熟，成熟快且采收時間短，極易腐爛、不易保存，由于其營養(yǎng)豐富受到人們的喜愛，除少量鮮食外，已有部分加工成果汁、果酒、果醬、果脯、桑葚膏、桑果糖漿等來提高桑椹的利用率和附加值[1]。

目前對桑葚深加工的研究逐漸增多。黃小丹等[4]探討不同的干燥方式對桑椹干物質(zhì)量和活性成分的含量影響，以真空冷凍干燥所得的桑椹干果中的花色苷、總黃酮、還原糖、總糖等活性成分的保持率最高，損失最低，果形保持最好；而熱風(fēng)干燥和遠(yuǎn)紅外干燥的損失率則較高，對桑椹干果的綜合品質(zhì)影響比較大。李嬌嬌等[5]研究真空冷凍干燥桑葚果工藝參數(shù)優(yōu)化，分析不同真空度、干燥時間和處理量3個因素對真空冷凍干燥桑葚果品質(zhì)的影響，產(chǎn)品在色香味與營養(yǎng)成分等方面都保持較好。李豐廷等[6]探討真空冷凍與熱風(fēng)聯(lián)合干燥對桑葚干品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，真空冷凍干燥的桑葚干品質(zhì)最好，而較短時長(18～24 h)的真空冷凍干燥聯(lián)合較高溫度(85 ℃)的熱風(fēng)干燥能提高干燥效率，其總花色苷、綠原酸、蘆丁的含量也高于熱風(fēng)干燥。

為進(jìn)一步提高真空冷凍干燥效率，降低干燥成本，在保證產(chǎn)品品質(zhì)的同時需對干燥前物料進(jìn)行預(yù)脫水處理。其中，超聲輔助滲透脫水是指在一定的溫度下，將物料放入高滲透壓的溶液中，由于細(xì)胞膜半透性，使物料去除一部分水，同時超聲輔助技術(shù)產(chǎn)生的一系列擠壓和膨脹的“海綿效應(yīng)”能提高滲透脫水過程中物質(zhì)的交換效率[8-9]。近年來，有研究表明超聲技術(shù)在果蔬滲透脫水方面有重要作用。馬空軍等[8]研究發(fā)現(xiàn)，傳質(zhì)界面邊界層在超聲作用下會減薄，滲糖速率得到提高。曾祥媛等[10-17]研究發(fā)現(xiàn)，果蔬在超聲波處理下能形成微小通道，促進(jìn)糖液滲透，真空滲糖可有效減少產(chǎn)品營養(yǎng)損失，較好保持其品質(zhì)，同時加快物質(zhì)傳遞速率，從而有效地減少食品水分含量，降低干燥成本和能耗。但是，目前未見采用超聲波輔助預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行桑葚真空冷凍干燥的相關(guān)報道。

本研究在桑葚真空冷凍干燥工藝中，采用超聲波輔助滲透預(yù)脫水處理，研究其對桑葚真空冷凍干燥品質(zhì)的影響，通過正交實驗優(yōu)化預(yù)處理工藝條件，旨在開發(fā)研究桑葚干制產(chǎn)品，以獲得具有較高品質(zhì)的桑葚干品，并為桑葚干燥加工和超聲波技術(shù)在果蔬中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要材料

供試桑葚：品種“嘉陵30號”，顏色大小均一，充分成熟，新鮮桑葚的初始含水率為(86±1.5)%。

1.2 主要設(shè)備及儀器

KQ-200VDE 型三頻恒溫數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲波儀器有限公司）；LG-1.0冷凍干燥機（沈陽航天新陽速凍裝備有限公司）；AL204型精密分析天平（梅特勒-托利多（上海）；UV2550型紫外可見分光光度計（日本島津），SFY-6鹵素快速水分測定儀（深圳冠亞科技有限公司）；TA-XTPlus質(zhì)構(gòu)儀（英國SMS）。

1.3 試驗條件

1.3.1 干燥處理工藝

參考陳立夫[13]等方法，選用蔗糖作為滲透劑進(jìn)行超聲輔助滲透預(yù)脫水。新鮮桑葚清洗后浸于盛有某一濃度蔗糖溶液的燒杯中，將燒杯置于溫控超聲波清洗器（超聲頻率為45 kHz）中進(jìn)行超聲輔助滲透預(yù)脫水處理，處理結(jié)束后用吸水紙吸干桑葚物料表面液滴，之后快速冷凍使物料中心溫度降至-18 ℃，參考李嬌嬌[5]等方法，最后將物料在真空度48 Pa、溫度-70 ℃下冷凍干燥28～35 h，至其水分含量≤13%，樣品鋁箔充氮包裝，干燥貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 桑葚超聲輔助滲透預(yù)脫水工藝優(yōu)化

1.3.2.1 單因素試驗

⑴ 滲透劑濃度：滲透劑選用蔗糖，濃度分別為10%，20%，30%，40%，超聲功率200 W、超聲溫度40 ℃和超聲時間60 min，其中蔗糖濃度為0%作為空白對照。

⑵ 超聲功率：超聲功率80、120、160、200 W，蔗糖濃度20%、超聲溫度40 ℃和超聲時間60 min。

⑶ 超聲溫度：超聲溫度25、40、50、60 ℃，蔗糖濃度20%、超聲功率200 W和超聲時間60 min。

⑷ 超聲時間：超聲時間30、60、90、120 min，蔗糖濃度20%、超聲功率200 W和超聲溫度40 ℃。

1.3.2.2 正交實驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以桑葚花青素含量、維生素C含量、感官評分為指標(biāo)，進(jìn)行四因素三水平正交實驗優(yōu)化，因素水平表見表1。

表1 桑葚L9(34)正交試驗因素水平表

1.3.2.3 確定綜合指標(biāo)

參考陶菊春[18]的方法，將桑葚花青素含量、維生素C含量、感官評分指標(biāo)的數(shù)值按照式⑴進(jìn)行歸一化處理，使得三個指標(biāo)在同一水平范疇內(nèi)波動，然后再根據(jù)生產(chǎn)實際和指標(biāo)的影響性考慮，將指標(biāo)的加權(quán)值分別設(shè)定為0.25、0.25、0.5，按照式⑵進(jìn)行綜合指標(biāo)計算，最后以綜合指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化分析，求出最優(yōu)的工藝條件。

歸一化公式：指標(biāo)值=(實際值-最小值)/(最大值-最小值)×100 式 ⑴

綜合指標(biāo)：Y=0.25×花青素含量+0.25×維生素C含量+0.5×感官評分 式 ⑵

1.3.3 測定項目及方法

⑴ 水分含量測定：稱取3～5 g樣品，置于鹵素快速水分測定儀中測定其水分含量。

⑵ 花青素含量測定：參考張喜峰[19]、蔡榮榮[20]等方法，采用香草醛-濃鹽酸法測定桑葚的花青素含量。于50 mL容量瓶中加入6 mL 3.0×10-3mol/L的KMnO4溶液，繼而加入一定量的原花青素標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣品溶液，用1.2 mol/L H2SO4溶液稀釋至刻度，室溫下放置30 min后測定以蒸餾水為空白在310 nm與545 nm處分別測量其吸光度。

⑶ 維生素C含量測定：參考馬宏飛等[21]方法，采用紫外分光光度法測定桑葚的維生素C含量。用移液管吸取一定量的維生素C標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣品溶液轉(zhuǎn)移入到容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻線，搖勻，現(xiàn)配現(xiàn)用。以蒸餾水為空白，在最大吸收波長267 nm處測定其吸光度。

⑷ 感官評定：采用100分制，選擇10名評價員組成的感官評定小組對桑椹干制品的感官質(zhì)量進(jìn)行評價[5]，并按表2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評分，取其平均值作為評分結(jié)果，以得分高為質(zhì)量優(yōu)。

表2 桑葚感官質(zhì)量的加權(quán)值

1.3.4 數(shù)據(jù)處理運用DPS9.5、Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同預(yù)處理條件對桑葚原料脫水效果的影響

在相同冷凍干燥條件和時間下，不同超聲波預(yù)處理對桑葚原料脫水效果如圖1所示。從圖1a中可知，桑葚原料脫水率隨著超聲波處理時間的增加而減少，這是由于隨著處理時間的延長，桑葚會失水增加，相應(yīng)的原料脫水率就降低。由圖1c可知，桑葚原料脫水率隨著滲透劑濃度的增加先增加后降低，在滲透劑濃度20%處達(dá)到最大值，這可能是滲透劑的濃度增加會使桑葚原料固形物含量提高，水分相對減少，當(dāng)滲透劑濃度達(dá)到一定值時，糖液黏度相應(yīng)變大，外部傳質(zhì)阻力增大，水分和蔗糖分子的均勻置換進(jìn)程被阻礙，擴(kuò)散速率隨之降低[22-23]。

圖1 不同超聲波滲透預(yù)處理條件對桑葚脫水效果的影響

由圖1b、圖1c和圖1d可見桑葚原料脫水率隨著超聲波處理溫度和功率的增加而增加，當(dāng)超聲波功率超過120 W時脫水率增加較緩慢，脫水率差異不顯著，這表明溫度升高和功率的增加，桑葚細(xì)胞收縮，進(jìn)而形成微孔通道，有利于水分從細(xì)胞壁擴(kuò)散，加快桑葚失水。

2.2 不同預(yù)處理條件對桑葚花青素含量的影響

不同超聲波預(yù)處理條件下對桑葚冷凍干燥的花青素含量（μg/g）的影響如圖2所示。由圖2a和圖2c可知，隨著超聲波處理時間和滲透劑濃度的增加，桑葚細(xì)胞收縮形成微孔通道，加快水分從細(xì)胞壁擴(kuò)散，從而縮短干燥時間，桑葚干花青素含量增加。隨超聲波處理時間的增加，青花素產(chǎn)生的速度逐漸加快，說明超聲波的輔助應(yīng)用有助于縮短冷凍干燥時間，從而使得花青素保存的更好。

圖2 不同超聲波預(yù)處理條件對桑葚花青素含量的影響

有研究表明，花色苷是一種水溶性的類黃酮類化合物，其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，除了與物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有關(guān)外，還容易受溫度、氣壓等條件影響[4,23]，該結(jié)果和黃小丹[4]、陳嬌嬌[5]的試驗結(jié)果一致。由圖2b和圖2d可知，花青素含量隨著超聲波溫度和功率的增加先減少后增加，可能是花青素在處理過程中不穩(wěn)定。

2.3 不同預(yù)處理條件對桑葚維生素C含量的影響

果蔬在干燥過程中維生素C的保留率（μg/g）是評價干燥手段的重要指標(biāo)，不同滲透預(yù)處理條件下干燥桑葚的維生素C含量如圖3所示。隨著超聲波處理溫度、功率、時間和滲透劑濃度的增加，桑葚的維生素C含量逐漸減少，這一方面是因為維生素C是熱敏感性物質(zhì)，高溫處理能破壞維生素C結(jié)構(gòu)使其降解，其分解速度受溫度和處理時間等影響[14-15]；另一方面可能是因為發(fā)生了酶促反應(yīng)。該結(jié)果和林羨等[22,24-25]的試驗結(jié)果一致，果實內(nèi)的抗壞血酸氧化酶在原組織完整時其催化作用不是很明顯，但當(dāng)組織受到破壞又與空氣接觸時，就能加速抗壞血酸的氧化作用。因此，在相對較低的溫度下進(jìn)行適當(dāng)時間、功率和滲透劑濃度進(jìn)行干燥有利于維生素C的保存。

圖3 不同超聲波滲透預(yù)處理條件對桑葚維生素C含量的影響

2.4 正交實驗結(jié)果分析

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，將桑葚的花青素含量、維生素C含量作為綜合指標(biāo)中營養(yǎng)成分的主要參照，同時，考慮到桑葚外觀、色澤、風(fēng)味等感官對實際生產(chǎn)的重要性，將感官評分納入綜合指標(biāo)。采用L9(34)進(jìn)行正交實驗，以滲透劑濃度、超聲功率、超聲溫度、超聲時間作為考察因子，確定桑葚真空冷凍干燥超聲波輔助預(yù)處理的最佳條件。實驗每個處理平行3次取平均值，正交實驗結(jié)果見表3，利用DPS軟件對花青素含量、維生素C含量、感官評分等三個指標(biāo)進(jìn)行二次多項式逐步回歸分析，分析結(jié)果見表4。先對花青素含量、維生素C含量、感官評分三個指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理后，通過加權(quán)處理（花青素含量、維生素C含量、感官評分的加權(quán)比重分別為0.25、0.25、0.5）得出綜合指標(biāo)，再用DPS軟件對其進(jìn)行二次多項式逐步回歸分析，得出綜合指標(biāo)回歸方程，分析結(jié)果見表5。

表3 L9(34)正交試驗結(jié)果

表4 桑葚不同指標(biāo)的回歸方程及統(tǒng)計檢驗

表5 桑葚綜合指標(biāo)的回歸方程及統(tǒng)計檢驗

通過二次多項式逐步回歸分析，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)的絕對值與顯著水平，由表4可知，花青素含量、維生素C含量、感官評分指標(biāo)回歸擬合度較好，各因素對花青素含量指標(biāo)影響的主次順序為超聲功率x2(p=0.011)＞滲透劑濃度x1(p=0.030)＞超聲時間x4(p=0.063)＞超聲溫度x3(p=0.132不顯著)；對維生素C含量指標(biāo)影響的主次順序為滲透劑濃度x1(p=0.029)＞超聲溫度x3(p=0.081)＞超聲時間x4(p=0.216不顯著)＞超聲功率x2(p=0.729不顯著)；對感官評分指標(biāo)影響的主次順序為滲透劑濃度x1(p=0.017)＞超聲功率x2(p=0.077)＞超聲溫度x3(p=0.399不顯著)＞超聲時間x4(p=0.668不顯著)。

為尋求最佳的工藝參數(shù)，利用DPS軟件分別對表4中的三個回歸方程求極值，得出各指標(biāo)的最優(yōu)工藝條件：花青素含量達(dá)到最大值(413.35 μg/g)時的工藝條件為滲透劑濃度30%、超聲功率200 W、溫度60 ℃、時間120 min；維生素C含量達(dá)到最大值(48.71 μg/g)時的工藝條件為滲透劑濃度10%、超聲功率144 W、溫度40 ℃、時間60 min；感官評分達(dá)到最大值(84.62)時的工藝條件為滲透劑濃度14%、超聲功率200 W、溫度60 ℃、時間120 min。

由表5可知，回歸方程的決定系數(shù)R2=0.9938較接近1，F(xiàn)值22.97＞F0.05(4,4)=6.39，p=0.0153＜0.05，綜合指標(biāo)回歸呈顯著，說明該模型擬合度較好。進(jìn)行綜合指標(biāo)最優(yōu)化分析，得出綜合指標(biāo)最大值為83.088，即滲透劑濃度x1、超聲功率x2、超聲溫度x3、超聲時間x4分別為1.389、2.753、1.872、1.062。根據(jù)實際生產(chǎn)需要，將各因素進(jìn)行簡化得到：滲透劑濃度x1=1.5、超聲功率x2=2.75、超聲溫度x3=2、超聲時間x4=1，即：滲透劑濃度15%、超聲功率190 W、超聲溫度50 ℃、超聲時間60 min時，所得的桑葚綜合指標(biāo)達(dá)到79.98，花青素含量282.95 μg/g、維生素C含量34.83 μg/g、感官評分84.28。

2.5 驗證試驗及結(jié)果

根據(jù)綜合優(yōu)化得到的參數(shù)條件，進(jìn)行驗證試驗，結(jié)果取3次試驗平均值。當(dāng)滲透劑濃度15%、超聲功率190 W、超聲溫度50 ℃、超聲時間60 min時，得到桑葚花青素含量、維生素C含量、感官評分分別為283.49μg/g、34.97μg/g、84，與優(yōu)化時的預(yù)測值較為接近，桑葚干品色澤呈紫黑色，硬度適中，口感酥脆，具有濃郁的果香味，說明將各個指標(biāo)綜合優(yōu)化分析的可行性和可靠性。

2.6 不同預(yù)處理對桑葚真空冷凍干燥品質(zhì)的影響

由表6可知，桑葚在同樣的真空冷凍干燥（真空度48 Pa、冷阱溫度-70 ℃）下，超聲輔助滲透處理能將干燥時間縮短20.83%，提高干燥效率。同時，與直接真空冷凍干燥、蔗糖滲透處理真空冷凍干燥相比，感官評分比較接近，花青素、維生素C的保留情況較好。因此，超聲波這一物理手段可以較好地提高桑葚真空冷凍干燥效率，較好地保持桑葚的綜合品質(zhì)，可將超聲輔助預(yù)處理運用于桑葚干燥加工中，能為桑葚真空冷凍干燥加工和超聲波技術(shù)在果蔬中的應(yīng)用提供參考，也為超聲輔助滲透前處理冷凍干燥進(jìn)一步工業(yè)化應(yīng)用以及深度開發(fā)提供了理論依據(jù)。

表6 不同預(yù)處理對桑葚真空冷凍干燥品質(zhì)的影響

3 結(jié)論

不同超聲波預(yù)處理直接影響真空冷凍干燥桑葚的脫水效果、花青素含量、維生素C含量，通過單因素試驗及正交實驗發(fā)現(xiàn)，花青素含量受超聲功率、滲透劑濃度、超聲時間顯著性影響，維生素C含量受滲透劑濃度、超聲溫度顯著性影響，感官評分受滲透劑濃度、超聲功率顯著性影響。通過正交實驗，以桑葚花青素含量、維生素C含量、感官評分為指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)處理得到綜合指標(biāo)，并進(jìn)行回歸優(yōu)化分析求得最優(yōu)工藝參數(shù)：滲透劑濃度15%，超聲功率190 W，超聲溫度50 ℃，超聲時間60 min，在此條件下得到的桑葚干品綜合指標(biāo)達(dá)79.98，花青素含量282.95μg/g、維生素C含量34.83μg/g、感官評分84.28，品質(zhì)較好，色澤呈紫黑色，硬度適中，口感酥脆，具有濃郁的果香味。通過對比發(fā)現(xiàn)，最優(yōu)水平的超聲波預(yù)處理可使得真空冷凍干燥時間縮短20.83%，干燥效率明顯提高，桑葚花青素和維生素C含量保持的較好，能為桑葚真空冷凍干燥加工和超聲波技術(shù)在果蔬中的應(yīng)用提供參考。