楊玉,肖婷,孫雪,劉云宏,2,3*

1(河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,河南 洛陽(yáng),471000)2(食品綠色加工與質(zhì)量安全控制河南省國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,河南 洛陽(yáng),471000) 3(食品微生物河南省工程技術(shù)研究中心,河南 洛陽(yáng),471000)

香芋,天南星科芋屬,肉質(zhì)細(xì)嫩,風(fēng)味特殊且營(yíng)養(yǎng)豐富,塊莖中含有豐富的淀粉,蛋白質(zhì)、粗纖維、多糖等物質(zhì)[1],具有很高的食療價(jià)值和保健效果。我國(guó)具有多種香芋品種,但由于地域性和季節(jié)性較強(qiáng),運(yùn)輸過(guò)程中易出現(xiàn)失水、霉?fàn)€和發(fā)芽等現(xiàn)象,導(dǎo)致香芋的供應(yīng)期較短,銷售面較窄,影響香芋的發(fā)展。因此,對(duì)香芋進(jìn)行干燥是較為常用的加工方式之一。

目前,香芋片干燥較多使用熱風(fēng)干燥(hot air drying, HAD),其具有操作簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少等優(yōu)點(diǎn)[2]。但這種干燥方式時(shí)間久、能耗高、易引起表面硬化、褐變等缺點(diǎn),不能滿足優(yōu)質(zhì)香芋片的生產(chǎn)要求。冷凍干燥(freeze drying,FD)是一種獲得高質(zhì)量干燥產(chǎn)品的現(xiàn)代方法,它可以生產(chǎn)出質(zhì)量好、營(yíng)養(yǎng)保留率高的香芋干片[3]。但由于脫水周期長(zhǎng)、能耗大、成本高等缺點(diǎn),限制了該方法在香芋干燥中的實(shí)際應(yīng)用。遠(yuǎn)紅外輻射干燥(far-infrared radiation drying,FIRD)是一種新型、高效、節(jié)能的干燥技術(shù)[4]。已有研究證實(shí),FIRD所發(fā)射的輻射能量能夠穿入物料內(nèi)部1～3 mm實(shí)現(xiàn)內(nèi)部加熱,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)果蔬的快速干燥[5-6]。超聲波干燥可以降低物料內(nèi)部水分與管壁之間的結(jié)合力,降低水的擴(kuò)散阻力,加速傳質(zhì)過(guò)程[7]。一些研究表明,在果蔬干燥過(guò)程中施加直觸超聲(contact ultrasonic,CU),可以在改善傳質(zhì)和保護(hù)品質(zhì)方面產(chǎn)生顯著的積極作用[7-8]。聯(lián)合干燥由于能夠結(jié)合2種或以上干燥方式的優(yōu)點(diǎn),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更好、更快的干燥加工,在食品干燥領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨廣泛。因此,若在HAD中采用適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化措施以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合干燥,則可達(dá)到既能保留HAD的優(yōu)勢(shì)、又能促進(jìn)HAD熱濕傳遞的目的。

FIRD可以改善傳熱,CU可以促進(jìn)傳質(zhì),但這2種方法對(duì)提高脫水率和保護(hù)食品品質(zhì)產(chǎn)生何種影響尚難判斷。此外,將CU與FIRD相結(jié)合,是否能很好地實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),從而實(shí)現(xiàn)比單一CU或FIRD更好的產(chǎn)品品質(zhì),這一問(wèn)題需要進(jìn)行深入探討。因此,本研究采用HAD、FIRD、CU-HAD、CU-FIRD和FD等5種干燥方式對(duì)香芋片進(jìn)行干燥,探討5種干燥方式對(duì)香芋切片微觀結(jié)構(gòu)、硬度、復(fù)水性和色澤等物理特性的影響,并對(duì)香芋片的多糖、黃酮、多酚和抗氧化性能等品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析,以期為揭示單一CU、單一FIRD、CU聯(lián)合FIRD處理對(duì)香芋片干燥品質(zhì)的影響提供依據(jù),也為探討合適的香芋片干燥技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

市售優(yōu)質(zhì)荔浦香芋,選擇整體完整,無(wú)霉變蟲(chóng)蛀的新鮮香芋。使用105 ℃烘箱法測(cè)得鮮香芋初始干基含水率為(244.8±3)%。

Folin-Ciocalteu試劑、蘆丁(純度≥98%)、無(wú)水葡萄糖(純度≥98%)、DPPH(純度≥97%)、沒(méi)食子酸(純度≥98%),上海源葉生物科技有限公司;無(wú)水乙醇、亞硝酸鈉、檸檬酸、碳酸鈉、硝酸鋁,天津市德恩化學(xué)試劑有限公司;硫酸,洛陽(yáng)昊華化學(xué)試劑有限公司;蒽酮,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

101-3ES熱風(fēng)干燥機(jī),北京市永光明醫(yī)療儀器廠;遠(yuǎn)紅外輻射干燥設(shè)備、直觸超聲裝置、超聲強(qiáng)化遠(yuǎn)紅外輻射干燥裝置,河南科技大學(xué)自制;DW-86L486超低溫冰箱,中國(guó)海爾集團(tuán);LGJ-10D真空冷凍干燥機(jī),北京四環(huán)起航科技有限公司;Scout SE型電子天平,美國(guó)OHAUS公司;ALC-210.3型電子天平,賽多利斯艾科勒公司;TM3030Plus型掃描電鏡,日本日立高新技術(shù)公司;TA.XT EXPRESS型質(zhì)構(gòu)儀,英國(guó)SMS公司;Color i5型色差儀,美國(guó)X-Rite公司;UV-4800型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì),尤尼柯上海儀器有限公司;TG16-WS型高速離心機(jī),湘儀離心機(jī)儀器有限公司;KQ-500DE型超聲波清洗機(jī),昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 干燥試驗(yàn)

香芋去皮清洗后,用食品切片機(jī)切成3 mm的薄片,再使用模具制成直徑為(26±2) mm的圓形香芋片。將切好的香芋片置于0.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的檸檬酸溶液中護(hù)色8 min;將護(hù)色后的香芋片置于沸水浴中漂燙90 s;取預(yù)處理后的香芋片(55±3) g用于干燥試驗(yàn),采用5種不同的干燥方式對(duì)香芋進(jìn)行干燥。

HAD 試驗(yàn)是將香芋片鋪在托盤(pán)上,將其放入熱風(fēng)干燥機(jī)中脫水。根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果,溫度過(guò)高或過(guò)低均不利于干燥進(jìn)行,因此,本研究中空氣溫度和風(fēng)速分別設(shè)定為45 ℃和1.5 m/s[6-7]。

FIRD是指將一套自制FIR系統(tǒng)放置在熱風(fēng)干燥(hot air drying,HAD)裝置中,通過(guò)施加紅外輻射以增強(qiáng)傳熱,詳細(xì)的試驗(yàn)裝置信息見(jiàn)參考文獻(xiàn)[6]。試驗(yàn)中,輻射距離、輻射溫度和空氣流速分別設(shè)定為10 cm、180 ℃和1.5 m/s。

CU-HAD是在HAD裝置中安放一套CU系統(tǒng),利用超聲以強(qiáng)化物料內(nèi)部傳質(zhì),詳細(xì)的試驗(yàn)裝置介紹見(jiàn)參考文獻(xiàn)[9]。將香芋樣品置于超聲輻射板上,使超聲波能直接傳遞到樣品中。前期研究表明,系統(tǒng)的超聲功率和頻率分別為36 W和28 kHz時(shí),能夠取得良好的強(qiáng)化效果,因此,本研究中采用上述超聲參數(shù)。其他干燥參數(shù)與上述相同。

CU-FIRD試驗(yàn)是在FIRD試驗(yàn)中加入CU裝置,即同時(shí)使用CU和FIR對(duì)香芋干燥進(jìn)行強(qiáng)化。為保障較好的對(duì)比性,CU-FIRD與CU、FIRD的相同干燥參數(shù)均保持一致。

FD:在干燥前將香芋片放入-40 ℃的低溫冰箱中預(yù)凍6 h,然后放入冷凍干燥機(jī)。冷阱溫度為-60 ℃,真空壓力為30 Pa。

在HAD、FIRD、CU和CU-FIRD過(guò)程中,每隔30 min 使用數(shù)字天平測(cè)量香芋的質(zhì)量變化,在FD過(guò)程中,每隔1 h使用數(shù)字天平稱其重量,直至恒重。

干燥后將部分香芋片打粉過(guò)80目篩備用。

香芋在干燥過(guò)程中的含水量計(jì)算如公式(1)所示:

(1)

式中:M,材料的含水量,%;W,樣品質(zhì)量,g;Wd,絕干物質(zhì)的質(zhì)量,g。

1.3.2 微觀結(jié)構(gòu)

將香芋片切成小塊,用導(dǎo)電膠帶固定在樣品臺(tái)上,采用掃描電鏡(scanning electron microscope,SEM)對(duì)其放大180倍進(jìn)行觀察。

1.3.3 復(fù)水率

香芋干片浸泡在(40±2) ℃的蒸餾水中2 h,用濾紙除去表面水分,記錄香芋片質(zhì)量。所有復(fù)水試驗(yàn)重復(fù)3次。復(fù)水率(reconstitution rate,RR)計(jì)算如公式(2)所示:

(2)

式中:Mf,吸水后樣品的質(zhì)量,g;M0,干燥樣品的質(zhì)量,g。

1.3.4 硬度

使用質(zhì)構(gòu)分析儀測(cè)定了香芋片的硬度[10]。用P/2探針以0.5 mm/s的測(cè)試速度刺穿香芋片,設(shè)置測(cè)試前速度2 mm/s,測(cè)試中速度0.5 mm/s,測(cè)試后速度5 mm/s,壓縮距離為1 mm。對(duì)用不同干燥方式獲得的樣品進(jìn)行10次測(cè)量,并記錄平均值。

1.3.5 色差

用色差儀測(cè)定不同方法干燥的香芋粉顏色。顏色值表示為L(zhǎng)*(亮度/黑暗度)、a*(紅色/綠色)和b*(黃色/藍(lán)色)。對(duì)用不同干燥方式獲得的樣品進(jìn)行5次測(cè)量,并記錄其平均值?？偵?ΔE)計(jì)算如公式(3)所示:

(3)

式中:L0*、a0*、b0*,新鮮香芋漿的顏色值;L*、a*、b*,香芋干粉的顏色值。

1.3.6 多糖測(cè)定

采用蒽酮-硫酸法測(cè)量干燥后香芋的多糖含量[11]。準(zhǔn)確稱取1.00 g香芋粉置于錐形瓶中,加入40 mL蒸餾水混勻,在50 ℃、300 W的功率下超聲30 min,以10 000 r/min的速度離心20 min,取上清液作為多糖提取液。

先將1 mL多糖提取液稀釋40倍制得多糖待測(cè)液,后準(zhǔn)確吸取1 mL待測(cè)液于10 mL離心管中,加入5 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的蒽酮-硫酸溶液,90 ℃水浴15 min,在620 nm處測(cè)定吸光度。未添加多糖提取液作為空白對(duì)照。以無(wú)水葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品制備標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.7 黃酮測(cè)定

采用亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法[12],準(zhǔn)確稱取1.00 g香芋粉置于錐形瓶中,料液比為1∶30,加入70%(體積分?jǐn)?shù))乙醇溶液,在50 ℃、300 W的功率下超聲30 min,重復(fù)提取3次。用布氏漏斗過(guò)濾并離心。上清液作為黃酮提取物。

先將1 mL黃酮提取物置于容量瓶中,加入9 mL體積分?jǐn)?shù)為30%的乙醇溶液和0.7 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的亞硝酸鈉溶液,靜置6 min,然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硝酸鋁溶液0.7 mL,靜置6 min,再加入5.5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的氫氧化鈉溶液,用30%的乙醇定容至25 mL,混勻靜置15 min,在510 nm處測(cè)定吸光度。未添加黃酮提取物作為空白對(duì)照。以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品制備標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.8 多酚測(cè)定

準(zhǔn)確稱取1.00 g香芋粉置于錐形瓶中,按照料液比1∶20加入60%(體積分?jǐn)?shù))乙醇溶液,在50 ℃、300 W的功率下超聲30 min,重復(fù)提取3次。用布氏漏斗過(guò)濾,上清液通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至10 mL作為多酚提取物。

準(zhǔn)確吸取0.5 mL多酚提取物于10 mL容量瓶中,加入0.5 mL福林-酚(1∶2體積比稀釋),振蕩搖勻,然后加入2.5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的碳酸鈉溶液,用蒸餾水定容至10 mL,室溫下黑暗反應(yīng)60 min,在765 nm處測(cè)定吸光度[13]。未添加多酚提取物作為空白對(duì)照。以沒(méi)食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品制備標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.9 DPPH自由基清除率

將多酚提取液配制成質(zhì)量濃度為20、40、60、80和100 μg/mL的多酚待測(cè)液,然后準(zhǔn)確吸取0.2 mL于試管中,加入5 mL的DPPH乙醇(0.1 mmol/L)溶液。在黑暗中反應(yīng)30 min 后,在517 nm 處測(cè)定吸光度[13]。DPPH自由基清除率計(jì)算如公式(4)所示:

(4)

式中:A0,空白組的吸光度;A1,樣品與DPPH溶液的吸光度;A2,樣品的吸光度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Origin 2021軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與作圖,SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燥曲線

HAD、CU-HAD、FIRD、CU-FIRD、FD干燥香芋片的含水率變化曲線如圖1所示。HAD、CU-HAD、FIRD和CU-FIRD所需干燥時(shí)間分別為570、420、300、210 min。FD的干燥時(shí)間最長(zhǎng)(1 440 min),CU- HAD、FIRD和CU-FIRD所需干燥時(shí)間分別比FD縮短70.83%、79.16%和85.42%,表明由于FD是水先凍結(jié)成冰后再由固體升華成蒸氣,導(dǎo)致其干燥速率過(guò)慢,不利于香芋片的高效干燥,而其他干燥方式均是由水直接蒸發(fā)為蒸氣,從而能夠?qū)崿F(xiàn)比FD更高的脫水效率。

與單一HAD相比,增加超聲后的CU-HAD能縮短干燥時(shí)間26.32%左右,表明CU對(duì)提高香芋片的干燥速率有明顯的強(qiáng)化效應(yīng)。高頻超聲可導(dǎo)致材料快速、反復(fù)擠壓和膨脹[9]。這種機(jī)械效應(yīng)可以增強(qiáng)材料中水的湍流,從而加快水的擴(kuò)散速度[14]。

FIRD干燥時(shí)間比單一HAD縮短47.37%,表明在HAD過(guò)程中施加了FIR加熱,的確能夠改善傳熱以實(shí)現(xiàn)提高干燥速率的目的。FIR板的輻射能通過(guò)干燥介質(zhì)傳遞到物料中,導(dǎo)致水分子在物料中的運(yùn)動(dòng)加劇,增大水分子以平衡位置為中心的運(yùn)動(dòng)幅度[14]。這種現(xiàn)象導(dǎo)致內(nèi)能的增加和能級(jí)的轉(zhuǎn)換,從而產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng),促進(jìn)水的蒸發(fā)和擴(kuò)散,實(shí)現(xiàn)快速干燥。

與單一HAD相比,CU-FIRD可縮短約63.16%的干燥時(shí)間;與FIRD和CU-HAD相比,CU-FIRD分別縮短30%和50%的干燥時(shí)間。以上現(xiàn)象表明,將CU和FIR聯(lián)合應(yīng)用,能夠?qū)崿F(xiàn)比單一CU和單一FIR更好的干燥強(qiáng)化效果。在干燥過(guò)程中,CU-FIRD可以實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)和傳熱過(guò)程的同時(shí)強(qiáng)化和改善,進(jìn)而能夠更有效地促進(jìn)內(nèi)部水分?jǐn)U散、加快脫水進(jìn)程。

圖1 不同干燥方式下香芋片的干燥曲線Fig.1 Drying curves of taro slices in different drying modes

2.2 微觀結(jié)構(gòu)

干燥過(guò)程中物料組織結(jié)構(gòu)的差異對(duì)水分?jǐn)U散特性有重要影響[15]。圖2為不同干燥方式下香芋片表面的微觀結(jié)構(gòu)。從圖2-a可以看出,HAD干燥的香芋片的微觀結(jié)構(gòu)較致密,僅有幾個(gè)微孔道,這種現(xiàn)象主要是由于HAD中香芋片的收縮所致。這種致密的結(jié)構(gòu)會(huì)增加水分?jǐn)U散的阻力,不利于水分的遷移。

CU-HAD處理香芋片表面的微觀結(jié)構(gòu)如圖2-b所示。與HAD干燥的香芋相比,在HAD中使用CU后,組織疏松,微孔道增多。超聲的空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)不僅可以強(qiáng)化香芋片中水的湍動(dòng),還可通過(guò)微氣泡爆炸和高頻振蕩來(lái)減弱組織的收縮及改善微孔道,有利于干燥過(guò)程中水分的遷移[7-8]。

從圖2-c可以看出,與單一HAD相比,FIRD干燥香芋的微觀結(jié)構(gòu)變得疏松,微孔道增大。FIR處理后物料水分快速轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài),體積迅速膨脹,導(dǎo)致物料表面流動(dòng)管道的擴(kuò)張和增加[4]。與CU-HAD相比,FIRD干燥物料的微孔更大,但小微孔數(shù)目相對(duì)較少,表明FIRD更有利于擴(kuò)張物料表面微細(xì)管道,而這些微孔的擴(kuò)大進(jìn)而能促進(jìn)干燥過(guò)程中水分的擴(kuò)散和蒸發(fā),從而提高脫水速率。

CU-FIRD處理的香芋片F(xiàn)IRD輻射表面和CU處理表面的掃描電鏡照片分別如圖2-d和圖2-e所示。與HAD、CU-HAD和FIRD等相比,使用CU-FIRD的香芋上下表面的結(jié)構(gòu)都較疏松,微孔道增多且更大。這一現(xiàn)象表明,CU-FIRD比單一的CU或FIRD對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響更大,可減少物料收縮,增加微孔道數(shù)量,從而有利于促進(jìn)傳質(zhì)。

圖2-f顯示了FD干燥香芋片的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,在5種干燥方式中,FD可以產(chǎn)生最疏松的微觀結(jié)構(gòu)和最大的微孔道,而不會(huì)產(chǎn)生明顯的生物體收縮。在FD過(guò)程中,材料中的水分直接從冰晶狀態(tài)升華,材料的結(jié)構(gòu)和形狀不會(huì)受到很大影響[3],呈現(xiàn)出松散有序的結(jié)構(gòu)和較好的產(chǎn)品形態(tài)。

a-HAD;b-CU-HAD;c-FIRD;d-CU-FIRD的FIR面;e-CU-FIRD的CU面;f-FD圖2 不同干燥方式下香芋片表面的SEM圖Fig.2 SEM diagram of taro slices under different drying methods

2.3 復(fù)水率

復(fù)水率可以反映干燥引起的物料結(jié)構(gòu)的變化。一般來(lái)說(shuō),復(fù)水率在一定程度上可以代表細(xì)胞和組織的微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)和損傷程度[16-17]。圖3列出了5種不同方法干燥的香芋片復(fù)水率。結(jié)果表明,RR由小到大依次為HAD、CU-HAD、FIRD、CU-FIRD和FD。方差分析結(jié)果表明,不同干燥方式對(duì)RR有顯著性差異(P<0.05)。

香芋片HAD后的RR值最低。在HAD過(guò)程中,香芋細(xì)胞和毛細(xì)血管收縮變形嚴(yán)重,同時(shí)在加熱作用下,蛋白質(zhì)、果膠等親水性成分變化,失去吸水能力,導(dǎo)致復(fù)水率降低。FD生產(chǎn)香芋干片的RR值最高,是因?yàn)樵贔D過(guò)程中,物料中的水凍結(jié)形成冰晶,在低溫高真空條件下直接升華為蒸氣[18],形成疏松的多孔結(jié)構(gòu)。因此FD干燥產(chǎn)物具有良好的復(fù)水性。

用FIRD和CU-HAD干燥的香芋片的RR值優(yōu)于HAD干燥的香芋片。結(jié)合圖2中的SEM照片可以看出,與單一HAD相比,FIRD或CU-HAD干燥的香芋切片的微觀結(jié)構(gòu)更疏松,微孔道更大。FIRD和CU都能縮短干燥時(shí)間和加熱時(shí)間,降低蛋白質(zhì)、果膠等親水性成分的變性,有利于提高RR。CU-HAD干燥的香芋片RR值較FIRD相比更高,這是由于FIRD的加熱溫度更高,導(dǎo)致物料中一些組分的吸水能力有所降低。此外,CU-FIRD干燥香芋片的RR值僅比FD低13.25%,優(yōu)于FIRD或CU-HAD,說(shuō)明CU-FIRD可以減輕組織的收縮和細(xì)胞組織的損傷,從而提高RR值。

圖3 不同干燥方式下香芋片的復(fù)水率Fig.3 The rate of rehydration of taro flakes under different drying methods注:不同字母代表差異顯著(P<0.05)(下同)

2.4 硬度

香芋在不同干燥方式下的硬度如圖4所示。方差分析結(jié)果表明,5種干燥方式對(duì)香芋片硬度的影響有顯著性差異(P<0.05)。用HAD干燥的樣品硬度最高,FD干燥的樣品硬度最低。經(jīng)CU-HAD、FIRD、CU-FIRD和FD干燥的香芋片硬度值分別比HAD干燥低20.25%、31.42%、37.97%和58.78%。

果蔬質(zhì)構(gòu)與細(xì)胞壁成分的完整性密切相關(guān)[19]。結(jié)合圖2的SEM照片可以看出,由于冰在香芋樣品中的直接升華作用,FD能產(chǎn)生最疏松的微觀結(jié)構(gòu),因此香芋的組織結(jié)構(gòu)得到了很好的保護(hù),沒(méi)有明顯的收縮,硬度最低。而其他干燥方式由于水直接蒸發(fā),會(huì)導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)在干燥過(guò)程中有一定的收縮,從而使其硬度有所上升。與HAD相比,CU-HAD內(nèi)部微孔增加;CU-FIRD較CU-HAD、FIRD相比,香芋干片內(nèi)部產(chǎn)生了更多的微孔和疏松的組織,硬度值明顯降低,這可能是由于CU-FIRD對(duì)香芋組織和結(jié)構(gòu)的影響比單一的CU或FIRD更強(qiáng),從而實(shí)現(xiàn)較低的硬度值。

2.5 色差

色差是果蔬最重要的性質(zhì)之一[20]。不同方法干燥的香芋片L*、a*、b*和ΔE值如表1所示。方差分析結(jié)果表明,不同干燥方式對(duì)顏色參數(shù)有顯著性差異(P<0.05)。

圖4 不同干燥方式下香芋片的硬度Fig.4 The hardness of the taro slices in different drying modes

香芋干粉的色差ΔE由小到大順序?yàn)?FD、CU- FIRD、FIRD、CU-HAD和HAD。FD所得香芋片的ΔE值最小,說(shuō)明低溫低壓FD能有效抑制香芋片的色澤劣化。經(jīng)HAD干燥所得香芋的ΔE值最高。施加超聲后的CU-HAD所得香芋的ΔE比HAD所得ΔE小12.67%,說(shuō)明CU-HAD可以在不升溫的情況下縮短干燥時(shí)間,進(jìn)而減少褐變時(shí)間及降低色變程度;CU-FIRD的ΔE值分別比CU-HAD和FIRD低39.86%和9.23%,僅比FD的ΔE值高出10.26%,說(shuō)明采用CU-FIRD干燥的香芋片色澤優(yōu)于CU-HAD、FIRD干燥的香芋片的色澤,接近FD。香芋含有豐富的酚類物質(zhì)和多酚氧化酶,在酶的氧化作用下容易褐變。在HAD過(guò)程中,由于干燥時(shí)間較長(zhǎng),酚類化合物與氧氣接觸時(shí)間相應(yīng)較長(zhǎng),不可避免地會(huì)發(fā)生酶促褐變反應(yīng)。CU-HAD能縮短加熱時(shí)間和酚類化合物的氧化時(shí)間,進(jìn)而減少酶促氧化褐變。此外,FIRD干燥過(guò)程中的加熱在一定程度上對(duì)酶失活有積極作用,這也有助于保護(hù)顏色[21]。CU-FIRD過(guò)程中,CU和FIRD的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合,可以進(jìn)一步縮短脫水時(shí)間和加熱時(shí)間,從而更好地保護(hù)香芋干片的色澤。

表1 不同干燥方式下香芋片的顏色值Table 1 Color parameters of taro slices in different drying modes

2.6 多糖

多羥基化合物多糖是香芋的主要營(yíng)養(yǎng)成分之一,在高溫有氧的條件下多糖會(huì)與氧氣結(jié)合發(fā)生氧化,破壞其活性[22]。不同方法干燥的香芋片的多糖含量如圖5所示,方差分析結(jié)果表明不同干燥方式引起的多糖含量差異顯著(P<0.05)。在5種干燥方式中,HAD法干燥的香芋片多糖含量最低,原因是干燥時(shí)間長(zhǎng),多糖與氧氣結(jié)合,活性遭到破壞。FD干燥的香芋多糖含量最高,說(shuō)明低溫低壓的FD能夠很好地保護(hù)香芋所含多糖。用CU-HAD法干燥香芋片的多糖含量比單一HAD法高6.86%,說(shuō)明在HAD中應(yīng)用CU可以在不增加溫度的情況下加速脫水,縮短干燥時(shí)間,減少多糖降解反應(yīng)時(shí)間,有利于多糖的保留。雖然FIRD在干燥過(guò)程中加熱可以在一定程度上提高樣品的溫度,進(jìn)而加速多糖的氧化降解速度,但FIRD提供的能量也可以使香芋水分含量迅速下降,大大提高了干燥速度,縮短了加熱和氧化時(shí)間,從而提高了多糖的保存率。CU-FIRD處理香芋的多糖值比CU-HAD和FIRD分別高65.02%、16.01%,比FD法低24.30%。結(jié)果表明,與單一CU和FIRD相比,CU-FIRD能夠有效地減少多糖的降解和損失。

圖5 不同干燥方式下香芋片的多糖含量Fig.5 Polysaccharide content of taro slices under different drying methods

2.7 黃酮

黃酮能夠有效去除體內(nèi)的氧自由基,在受熱時(shí)易發(fā)生氧化反應(yīng)[23]。不同干燥方式對(duì)香芋片黃酮含量的影響結(jié)果如圖6所示。由圖6可以清楚地看出,黃酮含量從高到低的順序如下:FD、CU-FIRD、FIRD、CU- HAD、HAD。方差分析結(jié)果表明,不同干燥方式引起的黃酮含量差異顯著(P<0.05)。FD由于在低溫低壓下進(jìn)行干燥,黃酮活性明顯降低,也難以和氧氣發(fā)生反應(yīng),從而得到最高的黃酮保留量。香芋片在HAD過(guò)程中,由于長(zhǎng)時(shí)間受熱,導(dǎo)致黃酮與氧氣反應(yīng),氧化嚴(yán)重,造成較大損失,致使其黃酮含量最低。經(jīng)CU-HAD處理的香芋片黃酮含量比HAD高12.77%,這是因?yàn)镃U-HAD可以促進(jìn)傳質(zhì),加快水分?jǐn)U散,在不增加溫度的情況下縮短干燥時(shí)間。經(jīng)FIRD干燥的香芋片黃酮含量比HAD高14.60%,這是由于FIRD可以將能量直接輻射到物料內(nèi)部,大幅縮短干燥時(shí)間,減少黃酮與氧氣發(fā)生反應(yīng),降低香芋片中黃酮的損失。CU-FIRD的黃酮含量比CU-HAD和FIRD干燥香芋片的黃酮含量高6.47%、4.78%,比單一HAD干燥的香芋片的黃酮含量高20.07%,說(shuō)明在干燥過(guò)程中CU-FIRD可以更快地達(dá)到干燥終點(diǎn),減少黃酮的氧化損失,也表明和單一采用CU或FIR相比,聯(lián)合應(yīng)用CU和FIR可以很好地保護(hù)香芋片中的黃酮物質(zhì)。

圖6 不同干燥方式下香芋片的黃酮含量Fig.6 Flavonoid content of taro flakes under different drying methods

2.8 多酚

香芋具有良好的抗氧化活性,其發(fā)揮作用的主要成分是酚類化合物[24]。不同方法干燥所得香芋片的多酚含量如圖所示。方差分析結(jié)果表明,不同干燥方式引起的多酚含量差異顯著(P<0.05)。酚類化合物具有很高的活性,在干燥過(guò)程中很容易被氧化[25]。FD所得多酚含量最高,說(shuō)明低溫低壓的干燥環(huán)境能較好地阻止酚類物質(zhì)的氧化降解。在HAD過(guò)程中,香芋中的酚類化合物長(zhǎng)時(shí)間與氧氣接觸,氧化嚴(yán)重,多酚損失大。經(jīng)CU-HAD處理的香芋片干燥時(shí)間縮短,多酚氧化程度有所緩解,其多酚含量比HAD高12.08%。FIRD能縮短干燥時(shí)間,抑制酶的活性,降低香芋中酚類物質(zhì)的氧化損失,經(jīng)FIRD干燥的香芋片多酚含量比HAD高13.53%。CU-FIRD干燥香芋片的多酚含量雖然低于FD,但高于CU-HAD和FIRD,說(shuō)明與單一的應(yīng)用CU或FIRD相比,在干燥過(guò)程中使用CU-FIRD可以更好地減弱氧化反應(yīng),保護(hù)香芋中的酚類物質(zhì),獲得較高的營(yíng)養(yǎng)保留率。

圖7 不同干燥方式下香芋片的多酚含量Fig.7 Polyphenol content of taro tablets under different drying methods

2.9 DPPH自由基清除率

圖8 給出了不同干燥方式中香芋片多酚提取物在不同質(zhì)量濃度下的DPPH自由基清除率。由圖8中可以看出,FD的多酚提取物對(duì)DPPH自由基的清除活性最強(qiáng),后依次是CU-FIRD、FIRD、CU-HAD,HAD干燥的香芋片多酚提取物DPPH自由基清除率最低。方差分析結(jié)果表明,不同干燥方式對(duì)香芋的抗氧化活性有顯著性差異(P<0.05)。CU-FIRD對(duì)香芋DPPH自由基的清除活性最接近FD,高于CU- HAD和FIRD,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)HAD,表明采用CU-FIRD可以有效提高香芋片的抗氧化活性。

圖8 不同干燥方式下香芋片的DPPH自由基清除率Fig.8 DPPH free radical removal rate of taro chips in different drying modes

3 結(jié)論與討論

本研究對(duì)比了HAD、CU-HAD、FIRD、CU-FIRD和FD 5種干燥方式對(duì)香芋片物理和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響。FD的品質(zhì)特性最好,但所需干燥時(shí)間最長(zhǎng);在HAD過(guò)程中施加CU或FIR均能夠提高脫水速率、縮短干燥時(shí)間,而同時(shí)采用CU和FIRD的CU-FIRD這一聯(lián)合干燥方式可以實(shí)現(xiàn)更快的干燥速率。香芋片在HAD后細(xì)胞收縮嚴(yán)重,結(jié)構(gòu)致密,施加CU或FIR后均有利于微細(xì)孔道的擴(kuò)張。在CU-FIRD過(guò)程后,氣孔擴(kuò)大,形成許多新的微孔道,微觀結(jié)構(gòu)更加疏松,表明將CU和FIR相結(jié)合更有利于保護(hù)多孔結(jié)構(gòu)。用CU-HAD或FIRD干燥的香芋,其色差值明顯小于單一HAD,但高于CU-FIRD。在5種干燥方式中,CU-FIRD處理香芋的多糖、黃酮及多酚含量均高于CU-HAD和FIRD,接近FD,HAD營(yíng)養(yǎng)成分含量最低。FD對(duì)DPPH自由基的清除率最強(qiáng),其次是CU-FIRD,CU-HAD和FIRD進(jìn)一步降低,HAD抗氧化活性最差。干燥速率評(píng)價(jià)順序?yàn)?CU-FIRD>FIRD>CU- HAD>HAD>FD;產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)順序?yàn)?FD>CU-FIRD>FIRD>CU-HAD>HAD。

綜上所述,在干燥過(guò)程中應(yīng)用CU-FIRD可以明顯提高脫水率,提高產(chǎn)品品質(zhì),與單一采用CU或FIR相比能夠?qū)崿F(xiàn)更好的干燥強(qiáng)化效果。FD和CU-FIRD都能很好地保護(hù)產(chǎn)品品質(zhì)。與FD生產(chǎn)周期長(zhǎng)、能耗高相比,CU-FIRD脫水速度快、操作方便,更適合香芋干制品的生產(chǎn)加工。