李改蓮，韓琭叢，張振亞，王廣紅，金聽祥，陳剛

預處理對火龍果熱泵干燥品質的影響

李改蓮，韓琭叢，張振亞，王廣紅，金聽祥，陳剛

（鄭州輕工業(yè)大學 能源與動力工程學院，鄭州 450002）

尋找合適的預處理方式，從而獲得感官評分相對最高的干制品。以干燥速率、體積收縮率、色差、褐變度和感官評分為評價指標，分析燙漂、汽蒸、超聲、滲透和凍融等5種預處理方式對火龍果熱泵干燥品質的影響。所有經過預處理實驗組火龍果的干燥速率和體積收縮率均大于未經預處理對照組火龍果的干燥速率和體積收縮率，其中經過凍融1次預處理的實驗組火龍果的干燥速率和體積收縮率相對最大，干燥時間和體積分別減小了76.6%和93.3%；經過醋酸鋅（質量分數為0.2%）滲透預處理后實驗組火龍果的色差和褐變度相對最小，分別為24.893和17.225；采用模糊綜合評價法所得權重集=(0.23，0.33，0.26，0.18)，在權重集的基礎上計算可知，醋酸鋅（質量分數為0.2%）滲透預處理實驗組火龍果的感官評分相對最高，達到71.55。經過醋酸鋅（質量分數為0.2%）滲透預處理后火龍果的品質相對最佳。

火龍果；預處理；熱泵干燥；模糊綜合評價；品質

火龍果（–）多汁味甜，含有豐富的植物性白蛋白、纖維質及高濃度天然色素花青素[1]，具有排毒護胃、防止血管硬化、美容養(yǎng)顏等功效[2-3]，是集水果、蔬菜、保健品于一身的營養(yǎng)品。隨著火龍果畝產量的上升和種植規(guī)模的不斷擴大，出現(xiàn)了火龍果成熟后因滯銷而腐爛變質，小果、次果的收購率較低等問題，資源浪費較嚴重。

干燥是水果加工的一種常用方法，可以顯著延長水果的貯藏時間，提高次果的利用率。由于熱泵干燥溫度較低，在干燥過程中物料表面水分的蒸發(fā)速度較慢，能較好地維持干制品原有的色澤、風味及營養(yǎng)成分，因此是火龍果最合適的干燥方法[4]。不過，熱泵干燥耗時較長，得到的干制品存在褐變等品質劣變問題。目前，預處理方式已廣泛用于果蔬的干燥，常用的預處理方式有超聲波[5]、滲透[6]、冷凍[7]、燙漂[8]及多種預處理方式聯(lián)合等。在熱泵干燥前進行預處理可以有效解決干燥過程中產品的褐變問題，并大幅提高干燥速率[9-10]。

目前，關于火龍果預處理的研究較少，孟繁博等[11]發(fā)現(xiàn)，火龍果片經過超聲預處理后，熱風干燥速率得到提高，品質顯著提升。由此，研究人員針對預處理對水果干制品品質的影響已展開了深入研究。Afjeh等[12]發(fā)現(xiàn)，獼猴桃脆片經干燥后的硬度和色差隨著滲透液溫度的增加而增大，隨著滲透溶液濃度的增加，其含油率、硬度和色差逐漸減小。周頔等[13]發(fā)現(xiàn)，將蘋果進行超聲預處理后（超聲波功率200 W，超聲溫度 35 ℃，超聲時間 10 min)，真空冷凍干燥時間縮短了 22%，干制品的Vc 保留量更高、顏色更潔白。Gamboa–Santos等[14]發(fā)現(xiàn)，草莓經過不同超聲功率（0、30、60 W）預處理后，干燥時間縮短了13%～44%。郭婷等[15]發(fā)現(xiàn)，在不同干燥條件下凍融大果山楂的熱風干燥速率隨著凍融次數的增加而增加，有效水分的擴散系數隨著凍融次數的增加而增大。湯石生等[16]發(fā)現(xiàn)，經燙漂–護色液浸泡預處理后蘋果片的復水效果和護色效果更佳、品質更好。

現(xiàn)有文獻較少研究預處理結合熱泵干燥對火龍果品質的影響，缺乏對不同預處理方法處理后所得干制品品質對比方面的研究。此外，感官評分作為一個非常重要的評價指標，易受到評估員個人喜好和其他因素的影響，從而導致評價的準確性降低[17]。模糊綜合評價法綜合考慮了各因素對結果的影響程度，將定性評價轉化為定量評價，進而獲得比較客觀的感官評價結果[18]。由此，文中研究燙漂、汽蒸、超聲波、滲透和凍融等5種預處理方式對火龍果熱泵干燥品質的影響，并以干燥速率、體積收縮率、色差、褐變度為評價指標，結合模糊綜合評價法得出相對客觀的感官評分，確定最佳的預處理方式，為提高火龍果熱泵干燥品質提供一定的理論參考。

1 實驗

1.1 材料與試劑

實驗樣品選用果型大小均勻、成熟度相似、無霉變和無機械損傷的八成熟白心火龍果，并進行烘干處理?；瘕埞徲卩嵵莸つ崴钩小?/p>

主要試劑：醋酸鋅（分析純）、檸檬酸、氯化鈉、殼聚糖、海藻糖（食品級），鄭州利研儀器有限公司。

1.2 儀器設備

主要儀器設備：CG–05HA空氣能熱泵箱式一體節(jié)能烘干機，廣東創(chuàng)陸制冷科技有限公司；DC–3010低溫恒溫槽，江蘇天翎儀器有限公司；YS–SE26型多功能電煮鍋，潮州市益鴻尚五金制品廠；YS3060型分光測色儀，深圳市三恩時科技有限公司；139型水果切片機，廣州恒納餐飲有限公司；020型超聲波清洗機，深圳市超潔科技實業(yè)有限公司；FBS–750A型快速水分儀，廈門弗布斯檢測設備有限公司；ES500精密電子天平，天津市德安特傳感技術有限公司。

1.3 方法

1.3.1 流程

1）將火龍果清洗后去皮，切成50 mm×50 mm× 9 mm（長度×寬度×厚度）左右的薄片，并拍照。

2）測量火龍果的鮮果水分含量。

3）對火龍果進行不同的預處理。

4）將預處理后的火龍果放入熱泵干燥機中干燥，設定干燥溫度為60 ℃，相對濕度為20%。每隔1 h記錄一次樣品的質量和體積，當每組樣品的質量變化小于0.2 g/h時干燥結束。

5）測定干燥成品的干燥速率、體積收縮率、色差、褐變度等。

6）選擇10名感官評估員，確定因素集、評語集后，得到權重集；評估員品嘗樣品后分別對每組樣品進行打分；通過模糊綜合評價法得出每組樣品的感官評分，并確定最佳預處理方式。

1.3.2 預處理方法

1）燙漂預處理。稱取質量相近的5組火龍果樣品，參考劉偉等[19]對藍莓NFC果汁品質的研究，按料液比（g/mL）1∶10放入水溫為80 ℃的恒溫槽中，分別燙漂2、3、4、5、6 min后撈出，擦干火龍果表面的水分備用。

2）汽蒸預處理。稱取質量相近的5組火龍果樣品，待多功能電煮鍋中的水沸騰2 min后將樣品置于蒸屜上，分別汽蒸2、3、4、5、6 min后撈出，擦干火龍果表面的水分備用。

3）超聲預處理。稱取質量相近的5組火龍果樣品，放入超聲波清洗機中，分別設定超聲溫度為30、40、50、60、70 ℃，超聲預處理10 min后撈出，擦干火龍果表面的水分備用。

4）滲透預處理。稱取質量相近的5組火龍果樣品，參考丁真真等[20]對蘋果的研究和谷絨等[21]對淮山藥的研究，按料液比（g/mL）1∶10配置殼聚糖（質量分數為2%）、海藻糖（質量分數為12%）、醋酸鋅（質量分數為0.2%）、檸檬酸（質量分數為0.2%）、氯化鈉（質量分數為4%）溶液，將樣品浸入溶液中靜置2 h后撈出，擦干火龍果表面的水分備用。

5）凍融預處理。稱取質量相近的3組火龍果樣品，鋪在冰柜中，在?18 ℃條件下冷凍10 h，待完全冷凍后，在20 ℃條件下解凍10 h，分別重復冷凍和解凍1次、2次、3次。將解凍后的樣品擦干表面水分備用。

1.4 評價標準

1.4.1 干基含水率

不同干燥時間火龍果的干基含水率按式（1）計算。

式中：M為時刻的干基含水率；m為時刻火龍果的質量；g為火龍果的絕干質量。

1.4.2 干燥速率

火龍果片的干燥速率按式（2）計算。

式中：r為干燥速率，g/(g·h)；Mdt為樣品在+d時刻的干基含水率；M為樣品在時刻的干基含水率。

1.4.3 體積收縮率

火龍果片的體積收縮率按式（3）計算。

式中：r為體積收縮率；V為樣品在初始時刻的體積；V為樣品在時刻的體積。

1.4.4 色差與褐變度

根據校準板校準色差計，將設備設置為SCI測量模式、D65光源和CIE Lab顏色空間，再用分光測色儀測量火龍果鮮果的白度0*、紅綠度0*和黃藍度0*，最后測量熱泵干燥后火龍果樣品的白度*、紅綠度*和黃藍度*[22]。按式（4）計算總色差Δ，按式（5）—（6）計算褐變指數BI，取5組數據的平均值。

式中：0、*為白度，表示鮮果/樣品由暗到亮的趨勢；0、a為紅綠度，表示鮮果/樣品從紅到綠的趨勢；0、b為黃藍度，表示鮮果/樣品從黃色到藍色的趨勢。

1.5 模糊綜合評價模型的建立

參照Sallam等[23]的方法，感官評估員由10名無不良習慣且經過感官評分培訓的學生組成。對產品的色澤、風味、口感、形態(tài)等4個方面進行感官評價，評估員需要在評價每組樣品后漱口，最后填寫感官評價表，評價期間禁止相互討論。

模糊綜合評價模型的構建過程主要包括4個步驟：建立因素集、建立評價集、確定權重集、構建模糊關系綜合評價集等。因素集（）由用于評價對象的因素組成，（1，2，3，4），其中123、4分別表示色澤、風味、口感、形態(tài)。評語集（）是評價標準中各因素得分的集合，（1，2，3，4），滿分為100分。123、4代表干燥火龍果的得分，分為差（25）、一般（50）、好（75）和優(yōu)秀（100）等。評價標準見表1。

表1 火龍果感官評價

Tab.1 Sensory evaluation of pitaya

權重集，即各質量因素權重系數的集合，表示各指標的相對重要程度。文中=(1,2,3,4) ，其中1、2、3、4分別表示色澤、風味、口感、形態(tài)等的權重系數，且1234=1。通過統(tǒng)計因素集中各因素在評語集中各等級的得票數，計算各等級得票數占總人數的比例，得到火龍果感官評價的模糊關系矩陣。模糊綜合評價集由式（7）得出。

式中：為權重集；為模糊關系矩陣。

2 結果與分析

2.1 不同預處理方法對火龍果干制品色差和褐變度的影響

5種預處理方式對火龍果色差和褐變度的影響見圖1。由圖1a可知，火龍果經過燙漂預處理后色差和褐變度的變化較小，其值在預處理時間為4 min時最小。由圖1b—c可知，火龍果的色差和褐變度隨著汽蒸預處理時間和超聲預處理溫度的增加呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，當汽蒸時間為4 min、超聲溫度為60 ℃時，2個指標均達到最佳值。由圖1d可知，使用醋酸鋅（質量分數為0.2%）滲透預處理后，火龍果的色差和褐變度相對最小。由圖1e可知，火龍果的色差和褐變度隨著凍融次數的增加而顯著增加，凍融1次所得干制品的2個指標均為最佳值。綜上可知，選取經過燙漂預處理4 min、汽蒸預處理4 min、超聲60 ℃預處理、醋酸鋅（質量分數為0.2%）滲透預處理和凍融1次預處理后的樣品進行后續(xù)試驗。

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2.2 不同預處理方式對火龍果熱泵干燥特性的對比分析

基于2.1節(jié)所得結論，對5種預處理方式所得火龍果干制品的各項評價指標進行對比分析。由表2可知，經過醋酸鋅（質量分數為0.2%）滲透預處理后火龍果干制品的成色相對最佳。

2.2.1 干燥速率

不同預處理后火龍果片的干基含水率變化和干燥速率變化見圖2—3。由圖2可知，經過凍融1次預處理后的火龍果最先達到干燥標準，干燥時間縮短了約76.6%。所有經過預處理的實驗組火龍果均比未經過預處理的對照組火龍果更快達到干燥標準，干燥時間縮短了30%～76.6%。這是因為經燙漂和汽蒸預處理后，在高溫條件下火龍果的組織結構軟化，細胞壁的通透性增加，內部水分易于外逸，干燥時間縮短。經過超聲預處理后，火龍果片受到反復的拉伸和壓縮，不斷收縮和膨脹，內部形成了較多的微孔通道，最終形成海綿狀結構[24]。當該結構效應的作用力大于物料內部微孔通道中水分的吸附作用力時，水分就容易遷移出來，干燥速率加快。滲透預處理利用細胞膜的半透性，在火龍果細胞浸入滲透液后，滲透壓增大，內部結合水滲出，在無相變條件下水分快速脫除，干燥速率加快[25]。火龍果片在進行凍融預處理時，細胞組織被生成的冰晶破壞，細胞內的結合水在解凍時隨之脫離，提高了水分升華的效率[26]。

2.2.2 體積收縮率

由圖 4可知，在熱泵干燥過程中，火龍果片的體積收縮率隨著干燥時間的延長而逐漸增大，凍融預處理后火龍果的體積收縮率最大值為93.22%。所有經過預處理的實驗組火龍果的體積收縮率均大于對照組的體積收縮率（78%）。在凍融預處理過程中生成的冰晶嚴重破壞了細胞的結構，細胞間的孔隙增大，導致熱泵干燥后火龍果干制品的體積嚴重收縮。由于燙漂、汽蒸、超聲預處理均需要加熱，高溫加速了火龍果組織結構的塌陷，內部細胞結構被嚴重破壞[27]，因此火龍果的體積收縮明顯（81.24%～84.85%）。由于在滲透脫水過程中不需要加熱，且沒有相變發(fā)生，產品品質保持良好[25]，因此所得火龍果干制品的體積收縮率較?。?0.5%）。

2.2.3 色差與褐變度

新鮮樣品的*=71.894，*=?0.874，*=3.744，干燥后產品的色差和褐變度見表3。只有經過醋酸鋅（質量分數為0.2%）滲透預處理后的火龍果的色差（24.893）和褐變度（17.225）同時低于無預處理的對照組火龍果的色差（26.993）和褐變度（20.513）。經過燙漂、汽蒸預處理后火龍果的非酶促反應加劇，游離的氨基化合物聚合和羰基化合物縮合，生成了棕色甚至棕黑色的大分子類黑色素，導致火龍果的褐變度明顯增加[28]。由于超聲（60 ℃）預處理的溫度低于燙漂和汽蒸預處理，火龍果的非酶促反應進程相對較慢，所以經超聲處理后火龍果的色差、褐變度均小于燙漂和汽蒸組的。在凍融過程中，會將火龍果的細胞結構嚴重破壞，在氧化酶的作用下將酚類物質氧化后形成了醌，醌的多聚化及它與其他物質的結合會產生黑色或褐色的色素沉淀，這樣導致火龍果的褐變嚴重。綜上可知，經過醋酸鋅（質量分數為0.2%）滲透預處理后，火龍果的色差和褐變度相對最佳。

表2 不同預處理各階段外觀對比

Tab.2 Appearance comparison at different pretreatment stages

圖2 火龍果干基含水率的變化情況

圖3 火龍果干燥速率的變化情況

2.3 模糊綜合感官評價

10 名感官評估員根據標準對影響火龍果感官評分的4個因素的打分情況見表3 。權重為（色澤0.23，風味0.33，口感0.26，形態(tài)0.18），見表4。

圖4 火龍果片干燥體積收縮率曲線

10名感官評估員評估了6組樣品的色澤、形態(tài)、風味、質地，統(tǒng)計了每個因素對應等級的得票數，評估過程同1.5節(jié)，評價結果見表5。

結果表明，13.1%的感官評估者認為火龍果的質量差，29.5%的感官評估者認為火龍果的質量一般，33.6%的感官評估者認為火龍果的質量良好，23.8%的感官評估者認為火龍果的質量優(yōu)異。同樣，也可以得到其他實驗組的評價結果。將上述6組評價結果的值乘以評語集中對應的得分，再相加，得到實驗組的最終得分，該組得分為67.025。最終感官評分結果見圖5。顯然，經過醋酸鋅（質量分數為0.2%）滲透預處理的實驗組火龍果的感官評分相對最佳（71.55）。

表3 干燥后產品色差和褐變度

Tab.3 Color difference and browning degree of dried products

表4 熱泵干燥火龍果影響因素權重分布統(tǒng)計

Tab.4 Statistics of weight distribution of influencing factors of pitaya dried by heat pump

表5 熱泵干燥火龍果感官評定票數分布

Tab.5 Distribution of sensory evaluation votes of pitaya dried by heat pump

圖5 火龍果感官評分

3 結語

通過研究不同預處理方式對火龍果熱泵干燥品質的影響，得到如下結論。

1）經預處理后實驗組火龍果的干燥速率得到明顯提升，同時其體積收縮率也明顯大于未經預處理的對照組火龍果的體積收縮率。經凍融預處理1次后火龍果的干燥速率相對最快，其干燥時間減少了76.6%；體積收縮率相對最大，高達93.3%。由此可見，凍融預處理是提升火龍果的熱泵干燥速率和體積收縮率的最有效的方法。

2）經過燙漂、汽蒸、凍融預處理后火龍果的色差和褐變度明顯增加。經超聲預處理的火龍果的色差和褐變度與對照組的相差不大。經醋酸鋅（質量分數為0.2%）滲透預處理后，火龍果的色差和褐變度相對最小，分別為29.893和17.255。由此可見，使用醋酸鋅（質量分數為0.2%）在常溫下進行滲透預處理可有效防止火龍果的褐變。

3）通過模糊綜合評價法計算得出，經過醋酸鋅（質量分數為0.2%）滲透預處理的火龍果的感官評分相對最高（71.55）。

綜合上述評價指標可知，經醋酸鋅（質量分數為0.2%）滲透預處理并結合熱泵干燥得到的火龍果干制品的品質相對最佳。

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Effect of Pretreatment on Drying Quality of Pitaya by Heat Pump

LI Gai-lian, HAN Lu-cong, ZHANG Zhen-ya, WANG Guang-hong, JIN Ting-xiang, CHEN Gang

(School of Energy and Power Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China)

The work aims to find the most suitable pretreatment method to obtain the dry products with the highest sensory score. Drying rate, volume shrinkage rate, color difference, browning degree and sensory score were taken as evaluation indexes to analyze the effects of five pretreatment methods (blanching, steaming, ultrasonic, osmotic and freeze-thaw) on the drying quality of pitaya by heat pump. The drying rate and volume shrinkage rate of all pitaya after pretreatment in experimental group were higher than those of the control group without pretreatment. The drying rate and volume shrinkage rate of the experimental group after one freeze-thaw pretreatment were the largest, and the drying time and volume were reduced by 76.6% and 93.3% respectively. After 0.2% zinc acetate osmotic pretreatment, the browning degree of the experimental group was the lowest, which was 24.893 and 17.225 respectively. The weight set obtained by the fuzzy comprehensive evaluation method was= (0.23, 0.33, 0.26, 0.18). Based on the weight set, it was calculated that the sensory score of the experimental group with 0.2% zinc acetate osmotic pretreatment was the highest, reaching 71.55. The quality of pitaya is the best after osmotic pretreatment with 0.2% zinc acetate.

pitaya; pretreatment; drying by heat pump; fuzzy comprehensive evaluation; quality

TS255.3

A

1001-3563(2022)15-0105-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.15.012

2021–12–27

國家自然科學基金青年科學基金（52106212）；河南省研究生教育創(chuàng)新培養(yǎng)基地項目（YJS2021JD05）；河南省科技攻關項目（222102320075）

李改蓮（1975—），女，鄭州輕工業(yè)大學副教授，主要研究方向為制冷空調設備新技術及關鍵部件開發(fā)。

金聽祥（1976—），男，博士，鄭州輕工業(yè)大學教授，主要研究方向為制冷空調設備新技術及關鍵部件開發(fā)。

責任編輯：彭颋