超聲預(yù)處理對(duì)熱泵干燥菠蘿品質(zhì)的影響

菠蘿又稱(chēng)鳳梨，是膾炙人口的熱帶水果，嶺南四大名果之一。菠蘿風(fēng)味獨(dú)特，果肉多汁味美，深受?chē)?guó)內(nèi)外消費(fèi)者的青睞。菠蘿經(jīng)過(guò)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(guó)對(duì)菠蘿干制品的開(kāi)發(fā)程度不高，深加工技術(shù)匱乏，會(huì)造成一定的資源浪費(fèi)。

干燥是用來(lái)延長(zhǎng)食品儲(chǔ)藏時(shí)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(diǎn)，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(shí)長(zhǎng)，得到的干制品存在褐變、質(zhì)地變硬等品質(zhì)劣變問(wèn)題?，F(xiàn)有研究表明，預(yù)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(jìn)行預(yù)處理可以解決干燥過(guò)程中物料發(fā)生褐變、營(yíng)養(yǎng)成分流失以及干燥時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。

預(yù)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(duì)不同預(yù)處理方式對(duì)菠蘿貯藏品質(zhì)的影響展開(kāi)了深入研究。方宗壯等[8]用200 mg/L NaClO和20 mg/L ClO2進(jìn)行浸泡處理，發(fā)現(xiàn)可以將鮮切菠蘿的貯藏期延長(zhǎng)至10 d和8 d；用60 ℃的水進(jìn)行漂燙預(yù)處理，可使貯藏期延長(zhǎng)至7 d。2種預(yù)處理方式都能有效地抑制多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)、過(guò)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(jìn)行冷凍處理、用異抗壞血酸鈉和菠蘿酸進(jìn)行浸泡預(yù)處理都會(huì)對(duì)鮮切菠蘿的質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響，其中冷凍處理會(huì)明顯影響菠蘿質(zhì)量。邵遠(yuǎn)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(zhǎng)貯藏時(shí)間。以上預(yù)處理方式提升了菠蘿的色澤、改善了菠蘿的感官評(píng)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(dá)到需要的干基含水率。

一些研究表明，超聲波預(yù)處理[11-13]結(jié)合干燥技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品中不僅可以提高干燥速率，縮短干燥時(shí)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(guò)功率為250 W的超聲波處理10 min后的胡蘿卜，復(fù)水比均在5.1以上，復(fù)水性較好，感官性狀也較好。周頔等[16]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)功率為200 W的超聲波，超聲溫度35 ℃處理10 min后，蘋(píng)果的真空冷凍干燥總時(shí)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(guò)功率為55%的超聲波(總功率為900 W)處理1.5 h后，干燥時(shí)間縮短了15.75 h，減少49.2%。GAMBOA-SANTOS等[18]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)不同功率的超聲波預(yù)處理后的草莓，干燥時(shí)間比空白對(duì)照組減少13%～44%不等。孫悅等[19]發(fā)現(xiàn)紫薯經(jīng)超聲波預(yù)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(shí)間呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。OSCAR等[20]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)功率為90 W的超聲波預(yù)處理，蘋(píng)果的熱泵干燥時(shí)間最多可減少53.8%。

在熱泵干燥前進(jìn)行超聲預(yù)處理可以顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量，但超聲預(yù)處理技術(shù)應(yīng)用于菠蘿干燥方面的研究鮮有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)采用不同溫度的超聲波對(duì)不同厚度的菠蘿片進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行熱泵干燥，分析超聲預(yù)處理對(duì)熱泵干燥菠蘿片的干燥速率、色澤、質(zhì)構(gòu)特性、微觀(guān)結(jié)構(gòu)、感官評(píng)價(jià)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(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)樣品選用果型大小適中、無(wú)機(jī)械損傷、無(wú)病蟲(chóng)害的新鮮菠蘿進(jìn)行加工干制處理。

1.2 儀器與設(shè)備

JSM-7001F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，日本電子株式會(huì)社；CG-05HA型空氣能熱泵箱式一體節(jié)能烘干機(jī)，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(shí)業(yè)發(fā)展有限公司；YS3060型分光測(cè)色儀，深圳市三恩時(shí)科技有限公司；多功能切菜機(jī)，中山市百客思電器有限公司；020型超聲波清洗機(jī)，深圳市超潔科技實(shí)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(jī)中，以蒸餾水為介質(zhì)進(jìn)行超聲處理?；谇捌谖墨I(xiàn)的查閱與研究，預(yù)處理時(shí)設(shè)置4個(gè)實(shí)驗(yàn)組，超聲預(yù)處理溫度分別為30、40、50、60 ℃、超聲處理時(shí)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(yù)處理的菠蘿片作為對(duì)照組，一并擺放于烘盤(pán)中，置于空氣能熱泵箱式一體節(jié)能烘干機(jī)中干燥，干燥溫度為60 ℃，干燥時(shí)間為10 h。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 干基含水率

干基含水率計(jì)算如公式(1)所示：

(1)

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

1.4.2 微觀(guān)結(jié)構(gòu)

選取經(jīng)過(guò)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(yīng)用JSM-7001F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)果干樣品進(jìn)行微觀(guān)結(jié)構(gòu)觀(guān)察、拍照。

1.4.3 質(zhì)構(gòu)特性

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

1.4.4 色澤

使用手持分光測(cè)色儀進(jìn)行測(cè)定，每種樣品取2次樣，取2次讀數(shù)的平均值?？傮w顏色變化用色差值ΔE表示，計(jì)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(shì)；a0*/a*為紅綠度，表示鮮果/樣品從紅到綠的趨勢(shì)；b0*/b*為黃藍(lán)度，表示鮮果/樣品從黃色到藍(lán)色的趨勢(shì)。

1.4.5 感官評(píng)價(jià)

組織20名有經(jīng)驗(yàn)的人員進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，參考文獻(xiàn)[21]制定菠蘿干感官評(píng)價(jià)表，針對(duì)菠蘿干的色澤、形態(tài)、質(zhì)地、風(fēng)味等品質(zhì)進(jìn)行感官評(píng)分。

表1 菠蘿感官評(píng)價(jià)表
Table 1 Sensory evaluation of pineapple

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲預(yù)處理對(duì)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(guò)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(shì)基本相同，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，干基含水率逐漸降低。其中，6 mm、7 mm的實(shí)驗(yàn)組經(jīng)過(guò)50 ℃超聲預(yù)處理后干燥時(shí)間縮短35%左右，8 mm、9 mm 的實(shí)驗(yàn)組經(jīng)過(guò)60 ℃超聲預(yù)處理后干燥時(shí)間縮短30%左右。由此可見(jiàn)，合適溫度的超聲預(yù)處理可以提高干燥速率，讓菠蘿更快地達(dá)到干燥標(biāo)準(zhǔn)。主要原因在于超聲預(yù)處理能夠改變菠蘿片的表面微觀(guān)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(yù)處理后的熱泵干燥菠蘿片的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和對(duì)照組存在較大的差別，菠蘿片在經(jīng)過(guò)超聲預(yù)處理后微觀(guān)結(jié)構(gòu)變化明顯，表面不平整，有孔洞出現(xiàn)，而對(duì)照組的微觀(guān)表面平整，較為光滑。

經(jīng)過(guò)超聲波處理后，菠蘿片由于受到反復(fù)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(yīng)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(shí)，水分就容易從通道中遷移出來(lái)。超聲波作用于液體時(shí)，液體局部形成低壓強(qiáng)高流速的狀態(tài)，氣體過(guò)飽和從而逸出成為小氣泡，在液體壓強(qiáng)小于飽和蒸氣壓時(shí)，氣泡會(huì)不斷膨脹直至破裂，超聲波帶來(lái)的強(qiáng)大拉應(yīng)力仿佛把液體“撕開(kāi)”成為空洞，又稱(chēng)空化作用[23-24]。該作用會(huì)引發(fā)菠蘿片內(nèi)部的理化反應(yīng)，有助于脫去果片內(nèi)部的結(jié)合水。

a-實(shí)驗(yàn)組；b-對(duì)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(yù)處理對(duì)熱泵干燥菠蘿片質(zhì)構(gòu)特性的影響

硬度是一項(xiàng)可以直接反映口感的重要指標(biāo)，并且會(huì)對(duì)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(fù)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(xiàng)指標(biāo)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(guò)超聲預(yù)處理后，硬度、膠著性和咀嚼性明顯提高，普遍大于對(duì)照組，而彈性變化不明顯。超聲預(yù)處理會(huì)改變菠蘿片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熱泵干燥時(shí)，菠蘿片內(nèi)部微孔通道內(nèi)的水分迅速蒸發(fā)[26]，毛細(xì)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(duì)照組。

2.3 超聲預(yù)處理對(duì)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(lán)度b0*=45.32。由表3可以看出，不同厚度下，30、40、50 ℃超聲預(yù)處理后菠蘿片的白度值要明顯小于鮮果。經(jīng)過(guò)60 ℃超聲預(yù)處理的7、8、9 mm實(shí)驗(yàn)組菠蘿片的白度值更接近鮮果，實(shí)驗(yàn)組菠蘿片的紅綠度均高于鮮果，絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)組菠蘿片的黃藍(lán)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(guò)60 ℃超聲預(yù)處理的7、8、9 mm實(shí)驗(yàn)組色澤差異不大，明顯優(yōu)于其他組，其中厚度為8 mm實(shí)驗(yàn)組的色差最小。

表2 不同切片厚度下預(yù)處理溫度對(duì)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(yù)處理對(duì)熱泵干燥菠蘿片的感官評(píng)價(jià)

圖3為不同厚度的菠蘿干感官評(píng)價(jià)圖。由圖3可知，經(jīng)過(guò)超聲預(yù)處理的菠蘿在熱泵干燥后與對(duì)照組的感官評(píng)分差距明顯。隨著切片厚度的增加，所有實(shí)驗(yàn)組的得分均有所提高，切片厚度為9 mm的5個(gè)實(shí)驗(yàn)組得分最高。7、8、9 mm 3種厚度的15組菠蘿片中經(jīng)過(guò)超聲預(yù)處理的實(shí)驗(yàn)組色澤、形態(tài)和整體可接受度的感官評(píng)價(jià)均明顯優(yōu)于對(duì)照組，風(fēng)味差異不明顯，質(zhì)地稍差于對(duì)照組。綜合分析5個(gè)感官評(píng)價(jià)指標(biāo)可以得出，經(jīng)過(guò)60 ℃超聲預(yù)處理的9 mm菠蘿片品質(zhì)最佳。

表3 不同切片厚度下預(yù)處理溫度對(duì)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(píng)價(jià)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(yù)處理溫度為影響因素，研究了超聲預(yù)處理對(duì)熱泵干燥菠蘿片品質(zhì)的影響。合適溫度的超聲預(yù)處理能夠使菠蘿片更快的達(dá)到干燥標(biāo)準(zhǔn)，不同厚度的實(shí)驗(yàn)組經(jīng)過(guò)50 ℃或60 ℃超聲預(yù)處理后干燥時(shí)間縮短30%～35%；超聲預(yù)處理有助于維持菠蘿片原有的色澤，其中經(jīng)過(guò)60 ℃超聲預(yù)處理的實(shí)驗(yàn)組與鮮果的色差最??；超聲預(yù)處理會(huì)增大菠蘿片的硬度、膠著性和咀嚼性，而對(duì)彈性幾乎無(wú)影響；絕大多數(shù)經(jīng)過(guò)超聲預(yù)處理的菠蘿片感官評(píng)分優(yōu)于對(duì)照組。綜合所有評(píng)價(jià)指標(biāo)，厚度為9 mm、經(jīng)過(guò)60 ℃超聲預(yù)處理的菠蘿片整體品質(zhì)最佳。