于宛加，金 鑫，胡麗娜，鮮美林，劉 萍，畢金峰,*

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266109；2.青島海軍食品與營養(yǎng)創(chuàng)新研究院（青島特種食品研究院），山東 青島 266109；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室，北京 100193）

桃脆片作為一種休閑食品，近年來越來越受到消費者的喜愛。目前，市場上桃脆片產(chǎn)品主要以真空冷凍干燥生產(chǎn)為主，相比于其他干燥方式，真空冷凍干燥可以較好地保留物料原有的色、香、味及形態(tài)[1]，但其干燥時間較長、能耗高。由于真空冷凍干燥過程在真空條件下進(jìn)行，水分通過升華的形式除去，因而形成了疏松的海綿狀多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致樣品與空氣中的水分接觸面積增大，產(chǎn)品更易吸濕；同時，這種疏松多孔的結(jié)構(gòu)使產(chǎn)品在質(zhì)構(gòu)方面呈現(xiàn)硬度低、脆度高的特點，導(dǎo)致產(chǎn)品口感較差，且在貯運和加工過程中易破碎[2-3]。組合干燥（兩種或多種干燥技術(shù)聯(lián)合使用）是降低干燥成本和能源消耗以及提高產(chǎn)品品質(zhì)的有效技術(shù)[4]，其中，熱風(fēng)干燥是最簡單、經(jīng)濟的干燥方法，經(jīng)常作為組合干燥中的預(yù)干燥方法[5]。質(zhì)構(gòu)特性是桃脆片產(chǎn)品的核心品質(zhì)，通過熱風(fēng)預(yù)干燥可以改變物料的組織結(jié)構(gòu)和組成基質(zhì)[6]，進(jìn)而改善桃脆片的食用品質(zhì)。

Wang Haiou等[4]研究熱風(fēng)預(yù)干燥過程桃片質(zhì)構(gòu)特性與細(xì)胞壁多糖及細(xì)胞形態(tài)的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)在熱風(fēng)預(yù)干燥過程中細(xì)胞孔隙的黏度指數(shù)和分形維數(shù)均隨著干燥溫度的升高而增加，細(xì)胞孔隙的縮小和細(xì)胞壁多糖的降解對桃片的質(zhì)構(gòu)特性有一定影響，其研究結(jié)果對于果蔬干燥過程優(yōu)化和質(zhì)構(gòu)品質(zhì)提升有一定參考價值。楊婧等[7]研究發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)-真空冷凍干燥的龍眼干極大地保留了新鮮龍眼的色澤和外觀，品質(zhì)接近真空冷凍干燥龍眼，同時縮短干燥時間和降低了能耗，提高了干燥效率和產(chǎn)品附加值。因此，熱風(fēng)-真空冷凍干燥作為一種聯(lián)合干燥方式，對于提升產(chǎn)品品質(zhì)和降低能耗均具有積極作用。熱風(fēng)預(yù)干燥過程中，水分的遷移分為細(xì)胞內(nèi)的水分向細(xì)胞外遷移和細(xì)胞間隙的水分向物料表面遷移兩種，二者面臨的阻力不同，細(xì)胞內(nèi)水分向外遷移會受到來自細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的阻力，細(xì)胞間隙水分向外遷移還會受到細(xì)胞間的阻力[8]。Xu Congcong等[9]研究表明，熱風(fēng)干燥過程中胡蘿卜的黏彈性變化與水分狀態(tài)和細(xì)胞壁成分的變化密切相關(guān)。不同的熱風(fēng)預(yù)干燥溫度和干燥時間會導(dǎo)致干燥物料的組織結(jié)構(gòu)差異，并影響水分在物料中的遷移速率，進(jìn)而影響干燥產(chǎn)品最終的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)[10]，但熱風(fēng)預(yù)干燥過程水分遷移對桃片微觀結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)的影響機理尚不明確。低場核磁共振（low field-nuclear magnetic resonance，LF-NMR）是一種可以快速無損分析食品干燥過程中水分分布及水分遷移的技術(shù)[11]，Kamal等[12]利用LF-NMR和核磁共振成像相結(jié)合的技術(shù)對蘋果片的水分狀態(tài)和分布進(jìn)行測定，結(jié)果表明LF-NMR參數(shù)與水分含量、色澤和剪切力之間存在良好的相關(guān)性，LF-NMR在評估干燥過程中水分動態(tài)分布與食品品質(zhì)關(guān)系方面應(yīng)用潛力巨大。李梁等[13]利用LF-NMR技術(shù)分析熱風(fēng)干燥過程中獼猴桃切片的內(nèi)部水分分布狀態(tài)與變化規(guī)律，并建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗證和預(yù)測，可以實現(xiàn)對干燥過程含水率的快速、無損檢測。為更好地理解熱處理過程物料品質(zhì)變化的機制，Deng Lizhen[14]和Wang Jun[15]等利用LF-NMR監(jiān)測杏和葡萄在熱處理過程中水分的分布和狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)損傷可能改變水分分布和狀態(tài)。因此，利用LF-NMR監(jiān)測熱風(fēng)預(yù)干燥過程，有助于實現(xiàn)對桃片品質(zhì)的跟蹤和預(yù)測[16]，提高桃片品質(zhì)及改善干燥工藝[17]。

本實驗采用熱風(fēng)-真空冷凍干燥對桃片進(jìn)行聯(lián)合干燥，監(jiān)測預(yù)干燥過程物料中的水分分布隨干燥時間的變化，同時測定干燥過程中桃片的溫度、色澤和皺縮率，分析水分遷移和其他品質(zhì)特性間的關(guān)系，觀察聯(lián)合干燥桃片微觀結(jié)構(gòu)，對其質(zhì)構(gòu)特性和復(fù)水特性進(jìn)行分析，旨在闡明熱風(fēng)預(yù)干燥處理水分分布對熱風(fēng)-真空冷凍干燥桃脆片品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

‘瑞光28號’黃桃采摘于北京市平谷桃產(chǎn)業(yè)基地，初始濕基水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（90.00±0.01）%。實驗選用大小、外觀、色澤和成熟度一致的果實。桃果實清洗去核后，切成厚度約6 mm的桃片，四等分切成扇形，樣品單個質(zhì)量約為4 g。

1.2 儀器與設(shè)備

CPA-12 電子天平 德國Sartorius公司；DHG-9123A電熱恒溫鼓風(fēng)箱 上海精宏實驗儀器有限公司；LGJ-10 E真空冷凍干燥設(shè)備 北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司；TC-08熱電偶數(shù)據(jù)記錄儀 英國Pico公司；PQ 001 LF-NMR分析儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；Version 1.5.5.0電子眼色彩分析系統(tǒng) 美國Lens Eye-NET公司；D700數(shù)碼相機 日本Nikon公司；S-570掃描電子顯微鏡（scanning electronic microscopy，SEM）日本日立公司；Auto Pore IV 9500壓汞儀 美國Micromeritics公司；TA.XT2i/50物性分析儀、DVS-Intrinsic水分動態(tài)吸附儀 英國Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 熱風(fēng)預(yù)干燥

將桃片平鋪于紗布上，單次樣品總質(zhì)量約為200 g，置于40、60、80 ℃烘箱中進(jìn)行熱風(fēng)預(yù)干燥，干燥過程中將桃片取出稱質(zhì)量。3 個溫度下分別烘至水分含量分別為7、6、5 g/gmd時取出桃片，停止干燥。將9 組樣品分裝在自封袋中，并置于4 ℃冰箱中均濕12 h。

1.3.2 真空冷凍干燥

均濕后的桃片在－80 ℃冰箱中預(yù)凍12 h，進(jìn)行真空冷凍干燥。參考陳臘梅等[2]的方法設(shè)置真空冷凍干燥的工藝參數(shù)：冷阱溫度－49 ℃、真空度約0.37 mbar。真空冷凍干燥直至水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（濕基）低于5%，停止實驗，獲得熱風(fēng)-真空冷凍干燥（聯(lián)合干燥）桃脆片。40 ℃預(yù)干燥至不同水分轉(zhuǎn)換點（7、6、5 g/gmd）的聯(lián)合干燥桃脆片分別命名為40-7、40-6和40-5，60 ℃和80 ℃熱風(fēng)預(yù)干燥處理的樣品用同樣的方法命名。以真空冷凍干燥桃脆片作為對照，記為FD。

1.3.3 指標(biāo)測定

1.3.3.1 干燥曲線繪制

在干燥前120 min，每10 min取樣一次，之后每30 min取樣，記錄樣品質(zhì)量變化，直至干燥至360 min。按式（1）計算取樣點桃片水分比，繪制干燥曲線。

式中：Me為平衡時干基水分含量/（g/gmd）；M0為初始干基水分含量/（g/gmd）；Mt為t時刻的干基水分含量/（g/gmd）。

1.3.3.2 物料升溫過程測定

用熱電偶數(shù)據(jù)儀監(jiān)測熱風(fēng)預(yù)干燥過程的溫度變化，將測溫探頭分別置于烘箱內(nèi)、樣品表面和插入樣品內(nèi)部，設(shè)置數(shù)據(jù)采集頻率為1 s/次。

1.3.3.3 干燥過程水分弛豫時間的測定

參考Li Xiao等[18]的方法，采用LF-NMR儀測定樣品的自旋-自旋弛豫時間（T2），熱風(fēng)預(yù)干燥前120 min，每10 min取樣測定T2，之后在120～300 min內(nèi)每30 min測定一次。采用CMPG序列，90°脈沖時間4.80 μs，180°脈沖時間8.40 μs，采樣點640 000，回波數(shù)16 000，等待時間6 500 ms，累加次數(shù)16，基于得到的原始數(shù)據(jù)的對數(shù)坐標(biāo)繪制T2分布曲線。

1.3.3.4 色澤的測定

參考徐燁等[19]的方法并稍作修改，采用電子眼色澤分析系統(tǒng)測定熱風(fēng)預(yù)干燥前后和聯(lián)合干燥樣品的亮度（L*）、紅度（a*）、黃度（b*）值，并按式（2）計算總色差（ΔE）值。每次處理6 個平行，以鮮樣作為對照，ΔE值越小表明樣品色澤越接近初始樣品，色澤品質(zhì)越好。

式中：ΔL*、Δa*和Δb*分別表示干燥后樣品與鮮樣L*、a*、b*值的差值。

1.3.3.5 皺縮率的測定

參考Hou Haonan等[20]的方法并略作修改，將熱風(fēng)預(yù)干燥前后和聯(lián)合干燥的樣品置于固定高度下，使用相機進(jìn)行拍照，并保存其圖片文件，每次處理6 個平行。用ImageJ軟件進(jìn)行像素點分析，按公式（3）計算收縮率。

式中：A0表示干燥前物料的正投影面積/pixel；At表示t時刻物料的正投影面積/pixel。

1.3.4 微觀結(jié)構(gòu)觀察

參考Liu Chunju等[21]的方法，將真空冷凍干燥和聯(lián)合干燥后的樣品切成3～5 mm厚的薄片，用碳導(dǎo)電膠將觀察樣本粘在樣品托上，采用離子濺射儀噴金，再用SEM觀察拍照。

1.3.5 孔隙分布的測定

參考Liu Chunju等[21]的方法，采用壓汞法測定真空冷凍干燥和聯(lián)合干燥樣品的孔隙分布。由于汞液對固體樣品具有不可潤濕性，只有在壓力作用下汞液才能侵入孔隙結(jié)構(gòu)，并且孔徑越小，所需壓力越大，通過汞液侵入量可知樣品的孔體積，通過繪制孔體積隨孔徑大小變化的曲線，可得出樣品的孔徑分布[23]。樣品的孔徑分布計算參考Washburn方程（式（4））。儀器測定的壓力范圍689.5～420 595 000 Pa，進(jìn)汞和退汞接觸角均為130°。

式中：P為入侵壓力/M P a；γ為汞的表面張力（0.48 N/m）；θ為多孔材料與汞的接觸角（130°）；d為孔徑/nm。

1.3.6 桃脆片質(zhì)構(gòu)特性的測定

參考馬有川等[3]的方法并稍作修改，采用物性分析儀，壓縮模式，選用Λ型探頭，設(shè)置測試前速率2.00 mm/s，測中速率1.00 mm/s，測后速率10.00 mm/s，觸發(fā)力10.0 g，觸發(fā)距離28.00 mm。記錄力-距離曲線，其中最大正峰處的力值表示樣品的硬度，峰個數(shù)對應(yīng)樣品的脆度。每組測試10 個平行。

1.3.7 桃脆片復(fù)水比的測定

參考Qiu Yang等[23]的方法并稍作修改，測定樣品的復(fù)水比。在室溫（25 ℃）下準(zhǔn)確稱?。?.000±0.100）g桃片，采用1∶20（m/m）比例進(jìn)行復(fù)水，使桃片完全浸入蒸餾水中。每間隔15 min取出桃片，瀝干表面水分后稱質(zhì)量，記錄質(zhì)量變化直至達(dá)到復(fù)水平衡。按式（5）計算復(fù)水比。

式中：mf為復(fù)水樣品質(zhì)量/g；mg為干燥樣品質(zhì)量/g。

1.3.8 桃脆片吸濕性的測定

準(zhǔn)確稱?。?0.00±1.00）mg真空冷凍干燥和聯(lián)合干燥后樣品，使用配有Cahn微量天平的動態(tài)水分吸附儀測定，設(shè)置儀器參數(shù)為：溫度25 ℃、氮氣流速200 sccm、相對濕度75%、持續(xù)時間6 h，測定樣品在該環(huán)境下的質(zhì)量變化。吸濕性表示為在該環(huán)境下樣品的質(zhì)量增加率。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，ImageJ 1.8.0軟件進(jìn)行圖片處理和像素點分析，Origin 2022b軟件進(jìn)行模型擬合、回歸分析及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱風(fēng)預(yù)干燥溫度對桃片干燥特性的影響

如圖1所示，干燥溫度對桃片的水分比有明顯影響，水分比隨著干燥時間的延長而降低，在相同干燥時間下，溫度越高水分比越低。從干燥速率與水分含量變化曲線可以看出，干燥速率隨溫度升高呈由慢到快的趨勢，80 ℃干燥速率最快，60 ℃次之，40 ℃最慢，這歸因于烘箱內(nèi)部與樣品之間存在溫度和水分梯度差，溫度差越大，對水分蒸發(fā)的推動作用越明顯，當(dāng)物料溫度接近烘箱內(nèi)溫度時，干燥速率降低。Zhou Mo等[24]研究熱風(fēng)干燥過程桃渣的干燥特性也得到了類似的結(jié)論。

圖1 熱風(fēng)預(yù)干燥溫度對桃片干燥曲線和干燥速率的影響Fig.1 Effect of hot air pre-drying temperature on drying curves and drying rates of peach slices

如圖2所示，熱風(fēng)預(yù)干燥過程中桃片存在內(nèi)外溫度差，從而形成內(nèi)外水分梯度差。干燥溫度越高，桃片表面與桃片內(nèi)部溫差越大，傳質(zhì)阻力越小，因為高溫可以加速水分子的熱運動，桃片中的水分從內(nèi)向外遷移的速率越快[25]。相應(yīng)地，干燥初期溫差大，因此干燥速率也較高。當(dāng)桃片內(nèi)外溫差減小時，表現(xiàn)為干燥速率降低；當(dāng)桃片溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，質(zhì)量也趨于恒定。升溫趨勢的顯著差異對桃干燥過程中的水分傳遞現(xiàn)象有顯著影響，進(jìn)而會影響桃干制品最終的品質(zhì)。

圖2 不同熱風(fēng)預(yù)干燥溫度下桃片的升溫過程Fig.2 Temperature changes of peach slices during heating process at different pre-drying temperatures

2.2 熱風(fēng)預(yù)干燥處理過程中桃片水分分布和遷移規(guī)律

熱風(fēng)預(yù)干燥過程的水分分布和水分遷移對于桃片最終品質(zhì)的形成具有關(guān)鍵作用，干燥是傳熱傳質(zhì)同時進(jìn)行的過程，不僅伴隨樣品結(jié)構(gòu)的變化，也會影響水分遷移過程[26]。如圖3A～C所示，桃片中水分狀態(tài)可分為3 種類型：結(jié)合水（與大分子物質(zhì)如細(xì)胞壁多糖緊密結(jié)合的水）、不易流動水（截留在高度組織結(jié)構(gòu)中的水）和自由水（存在于液泡中或細(xì)胞外空間中的水分），圖中4 個峰分別對應(yīng)強結(jié)合水（T210.1～1.0 ms）、弱結(jié)合水（T221～10 ms）、不易流動水（T2310～100 ms）和自由水（T24100～1 000 ms）。以各峰的峰面積占比表示不同狀態(tài)水分的相對含量，T23和T24的峰面積占比最高，因此不易流動水和自由水是樣品中主要的水分組成[12]。由于3 個溫度下的水分遷移趨勢一致，以60 ℃熱風(fēng)預(yù)干燥過程為例，如表1所示，初始階段自由水相對含量最高，隨著干燥的進(jìn)行，細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，液泡和細(xì)胞外空間的水分不斷向外遷移[27]，自由水相對含量呈下降趨勢，自由水是影響干燥過程的主要水分。不易流動水相對含量呈先增加后降低的趨勢，這可能是因為干燥過程中，在內(nèi)外溫差和水分梯度的作用下，細(xì)胞液泡內(nèi)水分向外遷移，造成不易流動水相對含量增加，隨著干燥的繼續(xù)，不易流動水也逐漸被脫除。整個干燥過程結(jié)合水相對含量整體上呈不斷增加的趨勢，這是因為在干燥初期，結(jié)合水與細(xì)胞中的大分子緊密結(jié)合，干燥后期樣品的細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，水分與大分子結(jié)合的緊密度降低，結(jié)合水得到釋放。

表1 60℃熱風(fēng)預(yù)干燥過程中的水分分布變化Table 1 Changes in moisture distribution during pre-drying with hot air at 60℃

圖3 熱風(fēng)預(yù)干燥過程和均濕過程中桃片的T2曲線Fig.3 T2 curve of peach slices during hot air pre-drying and moisture equilibrium process

在40、60 ℃和80 ℃熱風(fēng)預(yù)干燥溫度下，T2分別在0～120、0～70 min和0～40 min階段內(nèi)峰面積顯著降低，這與干燥速率的變化趨勢一致，即干燥初期自由水被大量去除，干燥速率較高，后期較低的干燥速率與樣品中剩余的水分狀態(tài)有關(guān)[28]，剩余的結(jié)合水與細(xì)胞大分子緊密結(jié)合，難以脫除。40、60 ℃和80 ℃預(yù)干燥樣品在70～150、50～100 min和40～80 min時，T23和T24峰面積有重疊，二者的總峰面積呈下降趨勢，說明自由水和不易流動水同時遷移擴散。3 個峰面積重疊時間段的差異說明干燥過程水分的遷移速率與溫度密切相關(guān)，高溫加劇了細(xì)胞膜的損傷程度，因此溫度越高，水分遷移速率越快[29]。Lu Keke等[30]研究香菇在6 種不同組合的熱風(fēng)干燥方式下的水分分布和遷移規(guī)律，觀察到均勻的水分分布對香菇的感官質(zhì)量具有積極影響，因此選擇間歇升溫?zé)犸L(fēng)干燥作為最佳方式。綜上，利用LF-NMR監(jiān)測干燥過程中水分狀態(tài)變化，對于選擇合適的干燥方式提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性具有重要的意義。

由于在熱風(fēng)預(yù)干燥過程中3 種狀態(tài)水分變化均較為劇烈，弛豫時間在不同干燥階段有所重疊，說明水分在桃片內(nèi)部的存在狀態(tài)不穩(wěn)定[25]。均濕過程是桃片內(nèi)水分自主遷移至平衡的過程。如圖3D所示，與均濕前相比，均濕后桃片的T2曲線各峰明顯左移，水分流動性降低，不易流動水峰值降低，而自由水峰值和峰面積均有所增加，說明均濕過程中不易流動水向自由水遷移，樣品內(nèi)部水分實現(xiàn)了更均勻的空間分布。Li Xiao等[31]研究發(fā)現(xiàn)，均濕后的蘋果塊再進(jìn)行壓差膨化干燥表現(xiàn)出更好的外觀和質(zhì)構(gòu)特性。熱風(fēng)預(yù)干燥后進(jìn)行均濕處理，在預(yù)凍過程中形成更加均勻的冰晶結(jié)構(gòu)，有利于后續(xù)真空冷凍干燥產(chǎn)品品質(zhì)的提升。

2.3 熱風(fēng)預(yù)干燥處理對桃片色澤的影響

干燥過程中的色澤變化受到酶促褐變和非酶促褐變等反應(yīng)的影響[32]，色澤在果蔬食品加工中具有重要的指示作用，可以表征果蔬內(nèi)部發(fā)生的各種生化反應(yīng)程度[33]，顏色的變化與干燥食品的穩(wěn)定性和可接受性息息相關(guān)[34]。如表2所示，預(yù)干燥后桃片的L*和b*值總體呈下降趨勢，a*值基本保持不變。ΔE值越小表明樣品越接近鮮樣的色澤，3 個預(yù)干燥溫度下，60 ℃熱風(fēng)預(yù)干燥時3 個水分轉(zhuǎn)換點處的桃脆片的ΔE最小，色澤保持最好。40 ℃熱風(fēng)預(yù)干燥處理樣品40-7和40-6色澤保持較好，但樣品40-5色澤劣變嚴(yán)重，這可能是因為在較低的溫度下，樣品干燥至干基水分含量為5 g/g所需時間最長，干燥時間的增加會加劇酶促褐變的發(fā)生[35]。80 ℃熱風(fēng)預(yù)干燥在3 個水分轉(zhuǎn)換點處樣品的色澤與樣品40-7和40-6接近，這可能是因為高溫干燥下美拉德反應(yīng)導(dǎo)致的褐變化合物含量增加和桃中天然色素的降解[36]。以上結(jié)果表明，無論是干燥時間的延長還是干燥溫度的升高，均會導(dǎo)致色素生成并使褐變強度增加[12]。

表2 熱風(fēng)預(yù)干燥和聯(lián)合干燥對桃脆片色澤的影響Table 2 Effect of hot air pre-drying and combined drying on the color of peach crisps

熱風(fēng)-真空冷凍干燥和真空冷凍干燥桃脆片與鮮樣色澤相比，L*值基本保持不變，a*和b*值呈明顯下降趨勢，表明真空冷凍干燥和聯(lián)合干燥后樣品亮度變化不大，但整體出現(xiàn)褪色現(xiàn)象，這可能是因為真空冷凍干燥過程時間長，色素成分發(fā)生自動氧化降解、光降解和酶降解等[33]。Lü Ying等[37]在胡蘿卜物理特性與呈色物質(zhì)相關(guān)性的研究中也發(fā)現(xiàn)胡蘿卜在真空冷凍干燥過程中出現(xiàn)了褪色現(xiàn)象，與本研究結(jié)果一致。聯(lián)合干燥樣品與真空冷凍干燥樣品的ΔE值相比，F(xiàn)D與樣品40-5存在顯著差異，樣品40-5更接近鮮樣的色澤，這是因為樣品40-5在預(yù)干燥階段干燥時間長，酶促褐變生成褐色物質(zhì)，而在真空冷凍干燥階段色素降解導(dǎo)致顏色變淺。此外，F(xiàn)D與樣品60-7也存在顯著差異。FD與其他聯(lián)合干燥樣品的ΔE值總體差異不大。綜上，為獲得綜合品質(zhì)較好的桃脆片可以進(jìn)行熱風(fēng)預(yù)干燥處理。

2.4 熱風(fēng)預(yù)干燥處理對桃片外觀形態(tài)的影響

干燥產(chǎn)品的外觀形態(tài)非常重要，因為其影響產(chǎn)品的品質(zhì)和消費者接受度[38]。皺縮率可反映干燥后桃片的外觀形態(tài)變化。如圖4所示，F(xiàn)D樣品的皺縮率最低，熱風(fēng)預(yù)干燥樣品在預(yù)干燥階段水分含量越低，其皺縮率越高，這是因為隨著干燥的進(jìn)行，水分向外遷移，導(dǎo)致樣品內(nèi)部組織崩塌，宏觀表現(xiàn)為樣品皺縮形變，并且干燥時間越長，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)破壞越嚴(yán)重[39]。不同干燥溫度下，相同水分轉(zhuǎn)換點處的樣品在預(yù)干燥階段收縮率差異較小，經(jīng)聯(lián)合干燥后，60 ℃樣品的平均收縮率最低，樣品40-5、80-6和80-5的收縮率較高。這可能是由于樣品40-5預(yù)干燥時間過長，水分遷移速率最慢，樣品內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，而樣品80-6和80-5主要是由于預(yù)干燥溫度過高，桃片表面水分快速蒸發(fā)，而內(nèi)部水分遷移擴散到表面的速率相對緩慢，形成了較大的水分梯度，桃片多孔結(jié)構(gòu)遭到破壞，在真空冷凍干燥過程中由于冰晶升華桃片內(nèi)部留下較大的空洞，表現(xiàn)為桃片的收縮塌陷。因此，為獲得良好外觀形態(tài)的桃脆片，應(yīng)縮短預(yù)干燥時間，同時不宜選用過高的預(yù)干燥溫度。

圖4 熱風(fēng)預(yù)干燥和聯(lián)合干燥對桃片皺縮率的影響Fig.4 Effect of hot air pre-drying and combined drying on shrinkage of peach slices

2.5 熱風(fēng)預(yù)干燥處理對聯(lián)合干燥桃脆片孔隙分布和微觀結(jié)構(gòu)的影響

熱風(fēng)預(yù)干燥過程會使果蔬組織產(chǎn)生許多物理和化學(xué)變化，其中最主要的物理變化是收縮變形，而宏觀的變化是由微觀結(jié)構(gòu)變化引起[40]。如圖5A所示，經(jīng)過熱風(fēng)預(yù)干燥的樣品孔隙結(jié)構(gòu)與真空冷凍干燥樣品存在明顯差異，真空冷凍干燥樣品的孔徑在100 000～200 000 nm之間，且樣品孔徑分布較為均勻，對于聯(lián)合干燥的樣品，孔徑在1 000～30 000 nm之間，且孔徑大小分布不均。40 ℃熱風(fēng)預(yù)干燥溫度下，桃片在不同水分轉(zhuǎn)換點的孔隙結(jié)構(gòu)不同，熱風(fēng)預(yù)干燥樣品水分含量越低，孔隙結(jié)構(gòu)的不均勻性越明顯，這可能是由于干燥時間延長，自由水和不易流動水不斷向外遷移，導(dǎo)致細(xì)胞壁和細(xì)胞膜破裂，進(jìn)而導(dǎo)致大的空洞形成，部分細(xì)胞因毛細(xì)管壓力引起皺縮閉孔[41]。因此，熱風(fēng)預(yù)干燥時間越長，細(xì)胞孔隙結(jié)構(gòu)越不均勻。同時，如圖5B所示，樣品在不同溫度下熱風(fēng)預(yù)干燥至相同水分含量，也會導(dǎo)致不同的孔隙結(jié)構(gòu)。熱風(fēng)預(yù)干燥溫度越高，形成的孔隙結(jié)構(gòu)越不均勻，這是因為高溫會加快水分子的熱運動，水分遷移速率加快，細(xì)胞破裂加劇。一方面，在干燥過程中可能導(dǎo)致多個相鄰細(xì)胞融合[40]，出現(xiàn)多個細(xì)胞融合成一個的現(xiàn)象；另一方面，部分細(xì)胞在高溫作用下發(fā)生收縮或閉孔，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)收縮變小，這種兩極化現(xiàn)象共同導(dǎo)致了孔隙結(jié)構(gòu)的不均勻性。

圖5 真空冷凍干燥和聯(lián)合干燥桃脆片的孔隙分布Fig.5 Porosity distribution of vacuum freeze-dried and combined drying peach crisps

壓汞法為孔隙結(jié)構(gòu)的表征提供了更多定量的信息，而SEM圖像可直觀地表征物料細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化[42]。如圖6所示，真空冷凍干燥桃脆片呈現(xiàn)較完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，且細(xì)胞大小均一，而熱風(fēng)-真空冷凍干燥桃脆片呈現(xiàn)不同程度的細(xì)胞結(jié)構(gòu)破裂，包括細(xì)胞的收縮和細(xì)胞壁的折疊，細(xì)胞的形狀和大小均發(fā)生變化。這是因為真空冷凍干燥過程中，樣品中的水以冰晶形式存在，在真空低溫環(huán)境下直接升華，不產(chǎn)生毛細(xì)管張力，因此可以最大程度地保持細(xì)胞形態(tài)，避免了因水分散失造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化[43]。具體分析可知，熱風(fēng)預(yù)干燥溫度越高，細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性越差[41]，這是因為高溫加快了水分子的遷移速率，自由水的遷移會導(dǎo)致毛細(xì)管張力大于細(xì)胞壁抗拉強度，造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)破裂。Abbasi等[44]對洋蔥熱風(fēng)干燥過程物理性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)變化的研究表明，結(jié)構(gòu)變化的強度取決于干燥溫度和干燥時間，較高的干燥溫度和較長的時間均會對洋蔥切片的微觀結(jié)構(gòu)造成較大的破壞，樣品的收縮率和復(fù)水率也會增加，這與本研究結(jié)果一致。

圖6 熱風(fēng)-真空冷凍干燥桃脆片SEM圖像Fig.6 Scanning electron microscopic images of hot air-vacuum freeze dried peach crisps

2.6 熱風(fēng)預(yù)干燥處理對聯(lián)合干燥桃脆片質(zhì)構(gòu)特性的影響

食品的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)是食品基質(zhì)與結(jié)構(gòu)性質(zhì)的感官體現(xiàn)，桃脆片的質(zhì)構(gòu)特性直接影響食用口感，是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵感官屬性[45]。硬度和脆度是決定桃脆片產(chǎn)品品質(zhì)的核心指標(biāo)。如圖7所示，熱風(fēng)預(yù)干燥會提高桃片的硬度，相比于真空冷凍干燥樣品，聯(lián)合干燥樣品的平均硬度提高了52.11%，在相同干燥溫度下，預(yù)干燥水分含量越低，硬度越大。熱風(fēng)預(yù)干燥對脆度的影響主要體現(xiàn)在預(yù)干燥樣品水分含量越高，最終聯(lián)合干燥的樣品脆度越接近真空冷凍干燥樣品，且預(yù)干燥水分含量越低，脆度越低。基于硬度和脆度發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)預(yù)干燥樣品的水分含量對后期聯(lián)合干燥的樣品質(zhì)構(gòu)特性有很大影響，熱風(fēng)預(yù)干燥時間短、水分含量高的樣品經(jīng)聯(lián)合干燥后更接近真空冷凍干燥樣品的硬度和脆度。相比于熱風(fēng)預(yù)干燥后樣品的水分含量差異，熱風(fēng)預(yù)干燥溫度對最終質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的形成影響較小。桃片的質(zhì)構(gòu)特性與預(yù)干燥過程中微觀結(jié)構(gòu)變化相關(guān)，隨著干燥的進(jìn)行，細(xì)胞內(nèi)的水分遷移到細(xì)胞外，細(xì)胞膜完整性被破壞，在內(nèi)外溫差驅(qū)動下水分不斷向外遷移散失，在毛細(xì)管應(yīng)力作用下細(xì)胞壁被破壞，出現(xiàn)細(xì)胞融合和收縮變形的現(xiàn)象[4]，進(jìn)而影響其宏觀質(zhì)構(gòu)特性。

圖7 熱風(fēng)-真空冷凍干燥桃脆片的硬度和脆度Fig.7 Hardness and crispness of peach crisps produced by hot air-vacuum freeze drying

與真空冷凍干燥樣品相比，聯(lián)合干燥樣品硬度隨預(yù)干燥樣品水分含量的降低而增大，脆度隨預(yù)干燥水分含量降低而降低?？赡艿脑蛴校阂环矫?，隨著熱風(fēng)預(yù)干燥的進(jìn)行，桃片發(fā)生皺縮，形成了緊湊的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致硬度增加和脆度降低；另一方面，熱風(fēng)預(yù)干燥過程中，細(xì)胞壁成分發(fā)生降解引起質(zhì)構(gòu)特性的改變[21]。3 個溫度下，預(yù)干燥階段水分含量越低，最終樣品的硬度越大，這可能是由于隨著干燥時間的延長，內(nèi)部水分遷移速率低于表面水分的蒸發(fā)速率，桃片組織纖維隨水分含量的降低而皺縮加劇，致使桃片表面形成硬殼[46]。因此，熱風(fēng)預(yù)干燥聯(lián)合真空冷凍干燥可以有效調(diào)控桃脆片的硬度和脆度。

2.7 不同熱風(fēng)預(yù)干燥溫度和水分轉(zhuǎn)換點對桃片復(fù)水特性的影響

復(fù)水比是評價干制品品質(zhì)的重要指標(biāo)，可以反映物料由干燥引起的組織結(jié)構(gòu)變化和細(xì)胞破壞程度[47]。如表3所示，聯(lián)合干燥樣品的復(fù)水比總體大于真空冷凍干燥樣品，并呈現(xiàn)預(yù)干燥水分含量越低復(fù)水比越大的趨勢。結(jié)合圖8桃脆片復(fù)水過程示意圖分析，可能的原因是，在復(fù)水過程中，水分最初通過毛細(xì)管吸力被吸收，起主導(dǎo)作用的是微觀結(jié)構(gòu)，即由孔隙大小決定[48]。不同的干燥方式形成了不同的多孔結(jié)構(gòu)，真空冷凍干燥樣品形成了疏松的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)且孔隙直徑較大，熱風(fēng)預(yù)干燥樣品的孔隙結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不同程度的收縮且孔隙直徑大小不一，形成了相對于真空冷凍干燥樣品更致密的結(jié)構(gòu)。這種孔隙結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致真空冷凍干燥樣品在復(fù)水初期的速率大于聯(lián)合干燥樣品，但樣品的復(fù)水過程涉及外部水分與孔隙內(nèi)空氣的交換[49]，在內(nèi)外氣壓差不足夠大的情況下，外部的水分不足以將填充在孔隙中的空氣排出。因此，留在組織內(nèi)的空氣阻礙了水分子進(jìn)一步遷移到組織中，導(dǎo)致不完全的水-空氣交換過程[50]，最終導(dǎo)致真空冷凍干燥樣品與聯(lián)合干燥樣品的復(fù)水比差異。為更好地證明這一觀點，Zhou Cunshan等[50]對比真空輔助復(fù)水與常壓復(fù)水，測定大蒜片最終含水率，結(jié)果表明，大氣壓力是導(dǎo)致大量氣泡被滯留在樣品內(nèi)而導(dǎo)致最終復(fù)水樣品水分含量低的原因；Vergeldt等[49]在真空冷凍干燥胡蘿卜復(fù)水后的組織中也觀察到氣泡，也證明了這一觀點。但另一方面，復(fù)水過程中細(xì)胞壁從孔隙中吸水并膨脹，這種膨脹通過收縮孔隙空間降低了毛細(xì)吸力[48]，熱風(fēng)預(yù)干燥過程可能伴隨細(xì)胞壁物質(zhì)的降解[21]，相對于真空冷凍干燥樣品，水分進(jìn)入聯(lián)合干燥樣品阻力較小，因此復(fù)水比總體大于真空冷凍干燥樣品。

表3 預(yù)干燥溫度和水分轉(zhuǎn)換點對熱風(fēng)-真空冷凍桃脆片復(fù)水比的影響Table 3 Effect of pre-drying temperature and water conversion point on rehydration ratio of hot air-vacuum freeze dried peach crisps

圖8 桃脆片復(fù)水機理示意圖Fig.8 Schematic diagram of the rehydration mechanism of peach crisps

2.8 不同熱風(fēng)預(yù)干燥溫度和水分轉(zhuǎn)換點對桃片吸濕性的影響

吸濕性是衡量桃脆片貯藏穩(wěn)定性的重要因素。如圖9所示，在相對濕度75%下，桃脆片的吸濕率隨時間的延長而增加，并逐漸趨于平衡。真空冷凍干燥樣品相比于聯(lián)合干燥樣品具有更強的吸濕性，聯(lián)合干燥樣品在預(yù)干燥階段水分含量越低，吸濕性越弱，表明聯(lián)合干燥對桃片的吸濕性有一定抑制作用。桃片的吸濕本質(zhì)是外界水分遷移到桃片內(nèi)部，當(dāng)外部條件的溫度和相對濕度固定時，由此產(chǎn)生的吸濕性差異的主要因素是桃片內(nèi)部固體基質(zhì)和氣相的多孔性[51]。吸濕過程中的水分遷移速率受細(xì)胞大小分布、細(xì)胞間的連通性和細(xì)胞壁厚度影響[52]，從孔隙結(jié)構(gòu)和SEM圖可以看出，熱風(fēng)預(yù)干燥過程破壞了原有的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，增加了細(xì)胞大小的不均勻性，且細(xì)胞間連通性降低，細(xì)胞壁厚度增加。因此，相比于真空冷凍干燥桃片，熱風(fēng)-真空冷凍干燥的桃脆片吸濕率更低。

圖9 熱風(fēng)-真空冷凍干燥桃脆片的吸濕性Fig.9 Hygroscopicity of peach crisps dried by hot air-vacuum freeze-drying

2.9 桃片復(fù)水特性與微觀結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)特性的相關(guān)性

桃片的水分分布與其微觀結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)特性密切相關(guān)，熱風(fēng)預(yù)干燥過程中水分從桃片內(nèi)部向外遷移，導(dǎo)致桃片形成不同孔隙度（即微分孔隙體積）的微觀結(jié)構(gòu)，孔隙度差異導(dǎo)致在預(yù)凍過程中形成的冰晶大小不同，進(jìn)而在真空冷凍干燥后產(chǎn)生不同的質(zhì)構(gòu)特性。采用主成分分析對不同熱風(fēng)預(yù)干燥條件下聯(lián)合干燥樣品的水分遷移、孔隙度、硬度、脆度、吸濕性和復(fù)水比進(jìn)行綜合分析，以闡明不同預(yù)干燥過程對桃片品質(zhì)特性的影響。PCA結(jié)果（圖10）表明，PC1和PC2共同解釋了總方差的83%，說明PC1和PC2可以很好地解釋桃片品質(zhì)特性與預(yù)干燥處理之間的關(guān)系。PC1與桃片的孔隙度、脆度和吸濕性呈正相關(guān)，與硬度和復(fù)水比呈負(fù)相關(guān)，PC2與復(fù)水比呈正相關(guān)。預(yù)干燥水分含量高的樣品更接近真空冷凍干燥樣品的孔隙度、脆度和吸濕性。預(yù)干燥水分含量低的樣品硬度較大，與PC2有更強的相關(guān)性。

圖10 桃脆片復(fù)水特性與微觀結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)特性的PCA載荷圖Fig.10 PCA loading plot of rehydration characteristics, microstructure and texture characteristics of peach crisps

3 結(jié) 論

本研究探討了不同熱風(fēng)預(yù)干燥溫度和不同水分轉(zhuǎn)換點對熱風(fēng)-真空冷凍干燥桃脆片微觀結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)特性的影響，發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)預(yù)干燥過程不僅伴隨樣品結(jié)構(gòu)的變化，也會影響水分遷移過程。干燥溫度影響水分遷移速率、水分的擴散以及內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致樣品在干燥過程形成了不同的質(zhì)構(gòu)特性，表明熱風(fēng)預(yù)干燥是一種可以有效調(diào)控桃脆片硬度和脆度的方法。此外，熱風(fēng)預(yù)干燥過程改變了桃果肉原有的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，增加了細(xì)胞大小和細(xì)胞間孔隙的不均勻性，且細(xì)胞間連通性降低，細(xì)胞壁厚度增加，相比于真空冷凍干燥桃脆片，熱風(fēng)-真空冷凍干燥的桃脆片吸濕率更低，有效提升了桃脆片貯藏穩(wěn)定性。結(jié)合對樣品的色澤、皺縮率、微觀結(jié)構(gòu)、質(zhì)構(gòu)特性和吸濕性等指標(biāo)的綜合分析，熱風(fēng)預(yù)干燥溫度60 ℃的聯(lián)合干燥桃脆片品質(zhì)較好，后續(xù)可進(jìn)一步分析該溫度下預(yù)干燥樣品的風(fēng)味、口感和營養(yǎng)等指標(biāo)。