超聲預處理對熱泵干燥菠蘿品質(zhì)的影響

菠蘿又稱鳳梨，是膾炙人口的熱帶水果，嶺南四大名果之一。菠蘿風味獨特，果肉多汁味美，深受國內(nèi)外消費者的青睞。菠蘿經(jīng)過干燥等方式處理后仍能高度還原鮮果口感，因此被廣泛用于水果加工。但是我國對菠蘿干制品的開發(fā)程度不高，深加工技術(shù)匱乏，會造成一定的資源浪費。

干燥是用來延長食品儲藏時間的重要的方法之一。目前，菠蘿干燥的主要方法有：真空冷凍干燥、熱泵干燥、微波干燥等技術(shù)[1-4]。其中，熱泵干燥技術(shù)具有成本低、能耗小、適用范圍廣、干燥效果好和環(huán)境污染小等特點，可用于糧食、水果等農(nóng)產(chǎn)品的干燥[5-7]。但是熱泵干燥耗時長，得到的干制品存在褐變、質(zhì)地變硬等品質(zhì)劣變問題?，F(xiàn)有研究表明，預處理結(jié)合干燥技術(shù)能夠改善產(chǎn)品的品質(zhì)，在熱泵干燥前進行預處理可以解決干燥過程中物料發(fā)生褐變、營養(yǎng)成分流失以及干燥時間長等問題。

預處理技術(shù)現(xiàn)已用于提高鮮切菠蘿的貯藏品質(zhì)，部分研究人員針對不同預處理方式對菠蘿貯藏品質(zhì)的影響展開了深入研究。方宗壯等[8]用200 mg/L NaClO和20 mg/L ClO2進行浸泡處理，發(fā)現(xiàn)可以將鮮切菠蘿的貯藏期延長至10 d和8 d；用60 ℃的水進行漂燙預處理，可使貯藏期延長至7 d。2種預處理方式都能有效地抑制多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)、過氧化物酶(peroxidase，POD)的活性，防止褐變的發(fā)生，更好地保持鮮切菠蘿的感官品質(zhì)。覃海元等[9]發(fā)現(xiàn)將菠蘿進行冷凍處理、用異抗壞血酸鈉和菠蘿酸進行浸泡預處理都會對鮮切菠蘿的質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響，其中冷凍處理會明顯影響菠蘿質(zhì)量。邵遠志等[10]發(fā)現(xiàn)0～4 ℃貯藏能夠使菠蘿的鮮切產(chǎn)品的品質(zhì)劣變得到抑制，并大大延長貯藏時間。以上預處理方式提升了菠蘿的色澤、改善了菠蘿的感官評分，但是并不能提高菠蘿的熱泵干燥速率，也不能使菠蘿更快達到需要的干基含水率。

一些研究表明，超聲波預處理[11-13]結(jié)合干燥技術(shù)應用于農(nóng)產(chǎn)品中不僅可以提高干燥速率，縮短干燥時間，更有利于得到高品質(zhì)干制品[14]。林平等[15]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過功率為250 W的超聲波處理10 min后的胡蘿卜，復水比均在5.1以上，復水性較好，感官性狀也較好。周頔等[16]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過功率為200 W的超聲波，超聲溫度35 ℃處理10 min后，蘋果的真空冷凍干燥總時間縮短22%，干制品維生素C保留量更高、顏色更加潔白。楊菊芳等[17]發(fā)現(xiàn)酸奶經(jīng)過功率為55%的超聲波(總功率為900 W)處理1.5 h后，干燥時間縮短了15.75 h，減少49.2%。GAMBOA-SANTOS等[18]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過不同功率的超聲波預處理后的草莓，干燥時間比空白對照組減少13%～44%不等。孫悅等[19]發(fā)現(xiàn)紫薯經(jīng)超聲波預處理后，總酚和總黃酮含量提高，隨超聲波功率及干燥溫度的提高，干燥時間呈現(xiàn)下降趨勢。OSCAR等[20]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過功率為90 W的超聲波預處理，蘋果的熱泵干燥時間最多可減少53.8%。

在熱泵干燥前進行超聲預處理可以顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量，但超聲預處理技術(shù)應用于菠蘿干燥方面的研究鮮有報道。本實驗采用不同溫度的超聲波對不同厚度的菠蘿片進行預處理，然后進行熱泵干燥，分析超聲預處理對熱泵干燥菠蘿片的干燥速率、色澤、質(zhì)構(gòu)特性、微觀結(jié)構(gòu)、感官評價的影響，以期改善菠蘿片的品質(zhì)，為菠蘿的干制技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗樣品選用果型大小適中、無機械損傷、無病蟲害的新鮮菠蘿進行加工干制處理。

1.2 儀器與設備

JSM-7001F場發(fā)射掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社；CG-05HA型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；TA.TOUCH型質(zhì)構(gòu)儀，上海保圣實業(yè)發(fā)展有限公司；YS3060型分光測色儀，深圳市三恩時科技有限公司；多功能切菜機，中山市百客思電器有限公司；020型超聲波清洗機，深圳市超潔科技實業(yè)有限公司；ES500精密電子天平，天津市德安特傳感技術(shù)有限公司。

1.3 菠蘿片的干制方法

將新鮮的菠蘿清洗后去皮，分別橫切成6、7、8、9 mm 左右的薄片，將果片分別置于超聲清洗機中，以蒸餾水為介質(zhì)進行超聲處理?；谇捌谖墨I的查閱與研究，預處理時設置4個實驗組，超聲預處理溫度分別為30、40、50、60 ℃、超聲處理時間為10 min，超聲功率為200 W，將超聲處理后的果片撈出，以未經(jīng)超聲預處理的菠蘿片作為對照組，一并擺放于烘盤中，置于空氣能熱泵箱式一體節(jié)能烘干機中干燥，干燥溫度為60 ℃，干燥時間為10 h。

1.4 實驗方法

1.4.1 干基含水率

干基含水率計算如公式(1)所示：

(1)

式中：Wt為t時刻的干基含水率；mt為t時刻菠蘿質(zhì)量；md為菠蘿的絕干質(zhì)量。

1.4.2 微觀結(jié)構(gòu)

選取經(jīng)過不同超聲溫度處理的菠蘿片樣品，切取1 mm×1 mm小塊，粘貼到銅板上，抽真空后應用JSM-7001F場發(fā)射掃描電子顯微鏡對果干樣品進行微觀結(jié)構(gòu)觀察、拍照。

1.4.3 質(zhì)構(gòu)特性

采用質(zhì)構(gòu)儀對不同干制處理的菠蘿片進行硬度、彈性和膠著性的測定，每組樣品重復測定5次。探頭：P0.5，全質(zhì)構(gòu)測定(texture profile analysis，TPA)模式，測定條件：測試速度1 mm/s，測前速度3 mm/s，測后速度2 mm/s，觸發(fā)力1.5 N，測試距離15 mm，壓縮比60%。

1.4.4 色澤

使用手持分光測色儀進行測定，每種樣品取2次樣，取2次讀數(shù)的平均值。總體顏色變化用色差值ΔE表示，計算如公式(2)所示：

(2)

式中：L0*/L*為白度，表示鮮果/樣品由暗到亮的趨勢；a0*/a*為紅綠度，表示鮮果/樣品從紅到綠的趨勢；b0*/b*為黃藍度，表示鮮果/樣品從黃色到藍色的趨勢。

1.4.5 感官評價

組織20名有經(jīng)驗的人員進行感官評價，參考文獻[21]制定菠蘿干感官評價表，針對菠蘿干的色澤、形態(tài)、質(zhì)地、風味等品質(zhì)進行感官評分。

表1 菠蘿感官評價表
Table 1 Sensory evaluation of pineapple

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲預處理對熱泵干燥菠蘿干基含水率的影響

圖1為不同切片厚度的菠蘿熱泵干燥過程干基含水率的變化圖。由圖1可知，5組菠蘿片干基含水率的變化趨勢基本相同，隨著干燥時間的延長，干基含水率逐漸降低。其中，6 mm、7 mm的實驗組經(jīng)過50 ℃超聲預處理后干燥時間縮短35%左右，8 mm、9 mm 的實驗組經(jīng)過60 ℃超聲預處理后干燥時間縮短30%左右。由此可見，合適溫度的超聲預處理可以提高干燥速率，讓菠蘿更快地達到干燥標準。主要原因在于超聲預處理能夠改變菠蘿片的表面微觀結(jié)構(gòu)，增加了熱質(zhì)遷移通道，減少了水分遷移阻力，加快水分散失速率。

a-6 mm；b-7 mm；c-8 mm；d-9 mm
圖1 不同厚度的菠蘿片干基含水率變化圖
Fig.1 Dry basis moisture content change of different thickness pineapple diagram

圖2為熱泵干燥菠蘿片的掃描電鏡圖。由圖2可知，超聲預處理后的熱泵干燥菠蘿片的微觀結(jié)構(gòu)和對照組存在較大的差別，菠蘿片在經(jīng)過超聲預處理后微觀結(jié)構(gòu)變化明顯，表面不平整，有孔洞出現(xiàn)，而對照組的微觀表面平整，較為光滑。

經(jīng)過超聲波處理后，菠蘿片由于受到反復的拉伸和壓縮，不斷收縮和膨脹，內(nèi)部形成較多微孔通道，表面變得凹凸不平，最終形成海綿狀結(jié)構(gòu)[22]。該結(jié)構(gòu)效應的作用力大于物料內(nèi)部微孔通道中水分的吸附作用力時，水分就容易從通道中遷移出來。超聲波作用于液體時，液體局部形成低壓強高流速的狀態(tài)，氣體過飽和從而逸出成為小氣泡，在液體壓強小于飽和蒸氣壓時，氣泡會不斷膨脹直至破裂，超聲波帶來的強大拉應力仿佛把液體“撕開”成為空洞，又稱空化作用[23-24]。該作用會引發(fā)菠蘿片內(nèi)部的理化反應，有助于脫去果片內(nèi)部的結(jié)合水。

a-實驗組；b-對照組
圖2 菠蘿片的掃描電鏡圖
Fig.2 Scanning electron microscopy of pineapple image

2.2 超聲預處理對熱泵干燥菠蘿片質(zhì)構(gòu)特性的影響

硬度是一項可以直接反映口感的重要指標，并且會對咀嚼性及膠著性造成一定影響；彈性是指食物在發(fā)生形變后可以恢復的高度；咀嚼性主要用于描述食品的口感，定義為咀嚼固體食物所需的能量；膠著性被定義為硬度與凝聚力的乘積，這項指標多用于描述固體或半固體的口感[25]。由表2可知，菠蘿片經(jīng)過超聲預處理后，硬度、膠著性和咀嚼性明顯提高，普遍大于對照組，而彈性變化不明顯。超聲預處理會改變菠蘿片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熱泵干燥時，菠蘿片內(nèi)部微孔通道內(nèi)的水分迅速蒸發(fā)[26]，毛細孔隙的尺寸增大，造成果片結(jié)構(gòu)塌陷，質(zhì)地變硬。因此，果干的硬度、膠著性和咀嚼性均大于對照組。

2.3 超聲預處理對熱泵干燥菠蘿片色澤的影響

新鮮樣品的顏色值白度L0*=65.76，紅綠度a0*=-1.82，黃藍度b0*=45.32。由表3可以看出，不同厚度下，30、40、50 ℃超聲預處理后菠蘿片的白度值要明顯小于鮮果。經(jīng)過60 ℃超聲預處理的7、8、9 mm實驗組菠蘿片的白度值更接近鮮果，實驗組菠蘿片的紅綠度均高于鮮果，絕大多數(shù)實驗組菠蘿片的黃藍度要低于鮮果。綜合數(shù)據(jù)可知，從色澤的角度分析，經(jīng)過60 ℃超聲預處理的7、8、9 mm實驗組色澤差異不大，明顯優(yōu)于其他組，其中厚度為8 mm實驗組的色差最小。

表2 不同切片厚度下預處理溫度對菠蘿片質(zhì)構(gòu)特性的影響
Table 2 Effect of different pretreatment on texture characteristics of pineapple slices with different thickness

2.4 超聲預處理對熱泵干燥菠蘿片的感官評價

圖3為不同厚度的菠蘿干感官評價圖。由圖3可知，經(jīng)過超聲預處理的菠蘿在熱泵干燥后與對照組的感官評分差距明顯。隨著切片厚度的增加，所有實驗組的得分均有所提高，切片厚度為9 mm的5個實驗組得分最高。7、8、9 mm 3種厚度的15組菠蘿片中經(jīng)過超聲預處理的實驗組色澤、形態(tài)和整體可接受度的感官評價均明顯優(yōu)于對照組，風味差異不明顯，質(zhì)地稍差于對照組。綜合分析5個感官評價指標可以得出，經(jīng)過60 ℃超聲預處理的9 mm菠蘿片品質(zhì)最佳。

表3 不同切片厚度下預處理溫度對菠蘿片色澤的影響
Table 3 Effect of pretreatment temperature on the color of pineapple slices with different thickness

a-6 mm；b-7 mm；c-8 mm；d-9 mm
圖3 不同厚度的菠蘿片感官評價圖
Fig.3 Sensory evaluation of pineapple slices with different thickness

3 結(jié)論

本文以厚度和不同超聲預處理溫度為影響因素，研究了超聲預處理對熱泵干燥菠蘿片品質(zhì)的影響。合適溫度的超聲預處理能夠使菠蘿片更快的達到干燥標準，不同厚度的實驗組經(jīng)過50 ℃或60 ℃超聲預處理后干燥時間縮短30%～35%；超聲預處理有助于維持菠蘿片原有的色澤，其中經(jīng)過60 ℃超聲預處理的實驗組與鮮果的色差最??；超聲預處理會增大菠蘿片的硬度、膠著性和咀嚼性，而對彈性幾乎無影響；絕大多數(shù)經(jīng)過超聲預處理的菠蘿片感官評分優(yōu)于對照組。綜合所有評價指標，厚度為9 mm、經(jīng)過60 ℃超聲預處理的菠蘿片整體品質(zhì)最佳。