菠萝蜜果肉真空冷冻干燥工艺及其理化性质研究

张彦军等

摘 要 通过研究4种不同工艺条件真空冷冻干燥梯度降温模式对菠萝蜜冻干片含水率、复水率、色泽、氨基酸含量和抗氧化性的影响，探索提供一种外形、颜色保持良好，复水性高、营养成分损失少且能够提高干燥效率的菠萝蜜果肉真空冷冻干燥方法。结果表明，随冻干温度的升高，菠萝蜜果肉冻干片的复水率由2.90%降为2.39%、氨基酸总量5.12%降为2.57%、DPPH自由基清除率随着干燥温度的升高而呈降低的趋势，然而随着温度的升高色差值△E*由18.86增加到27.13。通过对比发现工艺条件1是菠萝蜜果肉最佳冻干工艺，为-20 ℃冷库预冻24 h，真空度为20～60 Pa，冷肼温度（-40±2）℃，加热板温度50～40 ℃，干燥时间16 h。在最佳冻干条件下菠萝蜜果干具有最大的复水率2.90%，与新鲜菠萝蜜果肉相比具有最小的色差值18.86，氨基酸总含量最高为5.12%，具有最高的抗氧化能力。

关键词 菠萝蜜果肉；真空冷冻干燥；复水率；色差；抗氧化性

中图分类号 TS255 文献标识码 A

Optimization of Vacuum Freeze-drying Process of

Jackfruit （Artocarpus heterophyllus Lam.） Fruit

Pulp and Its Physicochemical Properties

ZHANG Yanjun1， ZHU Kexue1， HE Shuzhen1， TAN Lehe1*， FU Lili2

1 Spice and Beverage Research Institute，CATAS，Wanning， Hainan 571533， China

2 Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology，CATAS，Haikou， Hainan 571101， China

Abstract In order to provide a vacuum freeze-drying method of jackfruit fruit pulp which can keep the color， good rehydration properties， low loss of nutrition and high efficiency of drying， it was investigated that four different process conditions of vacuum freeze-drying on the physicochemical properties including moisture content， rehydration rate， amounts of amino acids and antioxidant capacity. The results showed that with the temperature increased， the rehydration rate and amounts of amino acids decreased from 2.90%， 5.12% to 2.39%， 2.57%， respectively. The DPPH radical scavenging activity also decreased while the values of △E*increased from 18.86 to 27.13 with the temperature increased， indicating the optimum conditions of vacuum freeze-drying process of jackfruit fruit pulp （the process condition 1） were that fruit pulp samples were pre-freeze at -20 ℃ for 24 hours， then maintaining the vacuum pressure between 20-60 Pa， temperature of cold trap between -38 ℃ and -42 ℃， and heated plate temperature between 50 ℃ and 40 ℃ for 16 hours. Under these optimal conditions， freezing dried jackfruit pulp slice showed the biggest rehydration rate of 2.90%， the lowest chromatic aberration of 18.86， the highest amino acids amounts of 5.12% and antioxidation properties.

Key words Jackfruit fruit pulp；Vacuum freeze-drying；Rehydration rate；Chromatic aberration；Antioxidation

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.09.020

菠萝蜜（Artocarpus heterophyllus Lam.）为桑科木菠萝属常绿乔木，又称“木菠萝”、“树菠萝”，是集水果、木本粮食、药用及珍贵木材于一身的热带树种，享有“热带珍果”、“热带水果皇后”等美誉[1]。菠萝蜜原产于印度，目前在中国、泰国、缅甸、斯里兰卡和印度尼西亚等国家均有栽培[2]。菠萝蜜果肉肥厚柔软、口感酸甜、香味浓郁，且含有丰富的糖类化合物、蛋白质、氨基酸、多酚、脂肪酸、维生素、矿物质等营养成分，具有非常高的营养价值[3]；Chowdhury等[4]测定了孟加拉首都达卡市售菠萝蜜不同部位所含的总糖、游离脂肪酸含量；Baliga等[5]通过分析发现菠萝蜜果肉中含碳水化合物16.0%～25.4%，蛋白质1.2%～1.9%，脂肪0.1%～0.4%，矿物质0.87%～0.90%；具有抗氧化、提高免疫、降血糖、抗肿瘤、促进伤口愈合等功效[6]。

目前，中国海南省菠萝蜜种植和产量呈日益增长的趋势。由于菠萝蜜成熟期大多集中在高温的夏季，采果以后生理活动旺盛，同时也易受各种微生物侵染，所以果实采后易变质腐烂，丧失原来的色、香、味，给贮运、保鲜带来很大的困难。当前的菠萝蜜产品以鲜果及初加工产品为主，市售菠萝蜜脆片硬度大，风味不明显，复水率差，极大的限制了菠萝蜜产业的发展[7]。目前冻干菠萝蜜的产品和相关研究较少，而真空冷冻干燥产品能够保持鲜果的色、香、味，复水性好，且产品易于储存、运输和销售，易被消费者接受[8]，对菠萝蜜进行真空冷冻干燥的研究和应用，对提高其在热带水果产业的竞争力有着重要意义。本实验拟通过优化菠萝蜜果肉真空冷冻干燥工艺，开发出一种能够保持菠萝蜜果肉的色、香、味，并具有复水性强、营养成分高、易于储存和运输等优点的菠萝蜜果肉冻干片，为促进中国菠萝蜜产业提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验原料 菠萝蜜为马来西亚1号品种，由中国热带农业科学院香料饮料研究所提供。挑选优质成熟的菠萝蜜，切开果皮，剔除果丝和去掉种子。将所选取的新鲜菠萝蜜果肉剖开，并用清水进行冲洗清洗，再使用50～100 μg/mL浓度的次氯酸钠消毒液进行浸泡消毒杀菌，浸泡完成后取出，使用清水进行冲洗，直至其表面无残留消毒液、沥水。

1.1.2 试剂与实验设备 次氯酸钠消毒液为食品级，柠檬酸三钠、柠檬酸、硼酸、乙醇、HCl和辛酸均为分析纯试剂。JDG-0.2T型冻干机，兰州科近真空冻干技术有限公司；冷柜，海尔集团；MB45快速水分测定仪，美国奥豪斯； S-433D氨基酸分析仪，德国sykam（赛卡姆）；x-rite SP62分光测色仪，美国Xrite公司。

1.2 方法

1.2.1 冻干工艺优化 经消毒处理后的菠萝蜜果肉一部分放入真空冷冻干燥机的预冻室进行冷冻处理，至水果内部温度达到-20～30 ℃，保持2 h，然后在温度为80 ℃条件下干燥1 h，温度为70 ℃条件下干燥10 h，温度为60 ℃条件下干燥2 h，温度为50 ℃条件下干燥3 h（工艺3）。菠萝蜜新鲜果肉预冻至果内部温度-20～30 ℃，保持2 h，按照专利方法[9]按程序3冻干（工艺4）。余下的处理后的菠萝蜜果肉放入-20 ℃冷库预冻24 h再冻干，分别在温度为50 ℃条件下干燥9 h，温度为45 ℃条件下干燥5 h，温度为40 ℃条件下干燥1 h（工艺1）。在温度为80 ℃条件下干燥1 h，温度为70 ℃条件下干燥10 h，温度为60 ℃条件下干燥2 h，温度为50 ℃条件下干燥3 h（工艺2）。真空冷冻干燥参数详见表1。

1.2.2 水分测定 称取1.0 g左右各冻干程序制备的菠萝蜜果肉冻干片置于物料盘中，采用MB45快速水分测定仪进行水分测定，105 ℃维持90 s即为样品含水量。

1.2.3 复水率分析 参照Sumnu等[10]实验方法对样品复水率进行测定：准确称取菠萝蜜果肉冻干片5～6 g，50 ℃水浴浸泡50 min，充分复水后，取出沥干，滤纸吸干表面水分，称重，按如下公式计算复水率：

复水率=mf/mg

式中，mf—菠萝蜜果肉冻干片复水后沥干的重量/g；

mg—菠萝蜜果肉冻干片复水前的重量/g。

1.2.4 色泽分析 采用x-rite SP62分光测色仪对菠萝蜜果肉冻干样品进行色泽分析，按照使用程序说明对仪器进行校正，消除测量误差。再对样品进行测量，记录所测量颜色的亮度、红度和黄度值，并按下列公式计算色差△E，每个样品平行测3次。

△E=

式中，L*代表亮度，a*代表红度，b*代表黄度，为所测菠萝蜜冻干片测量值；L0*、a0*、b0*为菠萝蜜鲜果测量值。

1.2.5 氨基酸检测 称取100 mg左右样品（准确至0.1 mg）于20 mL厌氧管中，加6 mol/L盐酸10 mL，然后充入高纯氮气，在充氮气状态下封口或拧紧螺丝盖。将封口的水解管放在110 ℃的恒温干燥箱内水解22 h。水解完成后，冷却，混匀，开管，过滤；取适量（0.2 mL左右）滤液于玻璃试管中，氮吹仪蒸发至干，加入3～5 mL样品稀释液，使氨基酸浓度达到50～250 nmol/mL。震荡混匀，用0.22 μm滤膜过滤后，用德国Sykam（赛卡姆）S-433D型氨基酸分析仪进行测定。

1.2.6 清除DPPH自由基能力的测定 准确称取5.0 g不同冻干工艺制备的菠萝蜜果肉冻干片，按1 ∶ 30的料液比加入蒸馏水，90 ℃水浴提取2 h，趁热抽滤，减压浓缩，将浓缩液冻干。将冻干样品和抗坏血酸分别配制成0.375、0.625、1.250、2.500、5.000 mg/mL溶液，参照陈奕等[11]方法，吸取2.0 mL待测液和0.25 mL DPPH无水乙醇溶液（0.2 mmol/L），摇匀后室温避光静置30 min，517 nm波长测定各反应液的吸光值Ai，无水乙醇作试剂空白。以抗坏血酸作为阳性对照。样品对DPPH自由基的清除率用以下公式计算：

清除率/%=（1-）×100

其中，Ai为0.2 mmol/L DPPH反应液与待测液的吸光值；Ac为0.2 mmol/L DPPH反应液与等体积无水乙醇的吸光度。

1.3 数据处理

组间差异采用统计软件SPSS Statistics 17.0 作单因素ANOVA处理，数据统计以 表示，以p<0.05时，组间差异判断为具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 冻干工艺曲线

从图1物重曲线可看出，菠萝蜜果肉经-20 ℃冷库预冻24 h后，采用梯度降温模式进行干燥（程序1和程序2），干燥12 h物重基本达到平衡；菠萝蜜鲜果采用工艺3和工艺4干燥，其物重平衡时间分别为15和9 h。同时，图1冻干工艺曲线显示菠萝蜜果肉冻干的冷阱温度、真空度和物料温度变化，对实际生产有一定的指导意义。

2.2 含水率和复水率分析

产品含水率分析结果显示，4种工艺获得的菠萝蜜果肉冻干片的含水率分别为3.73%、3.35%、3.52%和3.25%，表明试验所选用的干燥程序均能很好的降低产品含水率。对不同冻干程序制备菠萝蜜果肉冻干片的复水率分析可知，4种工艺中复水率由高到低为工艺1>工艺2>工艺3>工艺4，表明干燥温度对复水率的影响较大，随温度的升高菠萝蜜果肉冻干片的复水率降低（表2）。

2.3 色泽评价

L*为亮度，a*值为红度，b*值为黄度是色泽分析主要参数。从表3中可看出，随着干燥温度的升高，亮度和红度均呈现上升的趋势，而黄度呈下降趋势。冻干片色差值△E*也随着温度的升高而增加，因此，干燥工艺中的干燥温度是影响物料色变的主要因素。

2.4 氨基酸含量检测

菠萝蜜的营养价值特别高，尤其果肉中含有较高含量的氨基酸[3]。检测菠萝蜜果肉冻干片中氨基酸种类及含量结果显示，菠萝蜜果肉中含有天冬氨酸（Asp）、苏氨酸（Thr）、丝氨酸（Ser）、谷氨酸（Glu）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、缬氨酸（Val）、蛋氨酸（Met）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、酪氨酸（Tyr）、苯丙氨酸（Phe）、组氨酸（His）、赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）和脯氨酸（Pro）16种氨基酸，且氨基酸总量随着干燥温度的升高而呈降低的趋势（工艺1>工艺2>工艺3>工艺4）。

表4结果还显示，天冬氨酸、谷氨酸及另外7种人体必需氨基酸（Thr、Val、Met、Ile、Leu、Phe、Lys）加热易破坏，因此在菠萝蜜果肉干燥过程中应严格控制干燥温度。

2.5 清除DPPH自由基能力

由表5可看出，菠萝蜜冻干片水提物和抗坏血酸均具有清除DPPH自由基的能力，均呈现浓度依赖性。菠萝蜜冻干片水提物中含有多糖、多酚、黄酮和类胡萝卜素等多种活性物质，因此，其清除DPPH自由基能力可能是由上述物质作用产生。随着冻干温度的升高，DPPH自由基清除能力降低，这可能与多酚、黄酮类物质随着温度升高损失增加有关。

3 讨论与结论

真空冷冻干燥技术是干燥领域中科技含量高，在果蔬加工中应用广泛的一门技术[12]。本研究发现，真空冷冻干燥能够降低产品的含水率，保持菠萝蜜果肉的色、香、味，具有复水性好、营养成分高、成色好等优点。产品含水率是影响产品的质量和保存时间的一个重要因素，因此控制产品含水率是生产工艺流程中极为重要的一环[13]。成熟的菠萝蜜果肉的含水率为72%甚至更高[14]，且其采收期为气温高、湿度大的夏季，使得鲜果贮藏保鲜更为困难，腐烂严重。本试验研究结果表明，采用真空冷冻干燥工艺制备的菠萝蜜果肉冻干片含水率均小于5%，因此对菠萝蜜鲜果进行干燥以延长其货架期具有广阔的市场前景。

复水率与产品品质密切相关，干制品复水后恢复原来新鲜状态的程度是衡量干制品品质的重要指标，干制品重新吸收水分后在重量、大小和形状、质地、颜色、风味、成分、结构等可观方面应该类似新鲜或脱水干燥前的状态，因此复水率越高代表越接近新鲜状态，品质就越好[15]。色泽是农产品极为重要的品质特性之一，给消费者以产品好或坏的印象，直接影响到产品的销售[16]。杜志龙等[17]研究发现，干燥温度对胡萝卜的复水特性和色泽的影响较大，随着温度的升高，复水率降低、色差值△E增大。本试验研究结果同样表明，菠萝蜜果肉的复水率随着加热板温度的升高而降低，但色差随着加热板温度的升高而升高。由此可以看出，降低真空冷冻干燥温度，不仅能很好地控制菠萝蜜果肉冻干片的口感、品质和色泽，还可降低能耗和加工成本。

此外，干燥温度对其产品的营养成分影响较大，高温使干燥制品中糖、氨基酸、淀粉、多酚和黄酮等营养素有较大程度的破坏[18]。为评价各工艺对营养成分的影响，本试验选用热敏性成分氨基酸含量及抗氧化性进行分析，发现加热板温度低于100 ℃，且采用梯度降温的干燥方式能够较好的保持菠萝蜜果肉中氨基酸含量。同时，随着干燥温度的升高，产品的DPPH自由基清除能力下降。

综上所述，采用工艺1的条件：菠萝蜜果肉经

-20 ℃冷库预冻24 h，控制真空度为20～60 Pa，冷肼温度（-40±2） ℃，加热板温度50～40 ℃，干燥时间10～20 h，制备的菠萝蜜冻干片具有外形、颜色保持良好，营养成分损失少等优点。

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