果胶对真空冷冻干燥重组苹果块质构和吸湿特性的影响

所属分类：电子论文阅读次时间：2021-03-12 10:26

本文摘要：摘要：果胶是植物细胞壁中结构最为复杂的天然多糖，是维系冻干果蔬基质多孔结构刚性的重要物质基

高端学术服务项目

　　摘要：果胶是植物细胞壁中结构最为复杂的天然多糖，是维系冻干果蔬基质多孔结构刚性的重要物质基础。真空冷冻干燥重组果蔬硬度偏低、质构松软，储运期间存在易破碎、易吸湿等问题有待解决，本研究通过添加果胶或果胶酶调节重组苹果块中果胶含量，探讨果胶对真空冷冻干燥重组苹果块的硬脆度、孔隙特征和吸湿动力学等核心品质的影响。结果表明，与对照组相比，当果胶添加量为5.0～40.0mg/g时，果块出现了典型的蜂窝状多孔结构，硬度提高100.57%～441.08%，脆度降低9.98%～26.73%，振荡破损率下降16.60%～55.78%;与此相反的是，经果胶酶处理的果块呈现杂乱的大孔隙结构，其硬度下降34.03%，脆度降低13.23%，振荡破损率上升14.74%。此外，添加果胶的果块吸湿性显著下降，相对湿度在70%～90%之间发生解吸迟滞现象，而经果胶酶处理的果块在吸附平衡时具有更大的质量，吸湿性增强。综上，通过改变果浆基质中果胶含量可实现对重组苹果块质构和吸湿特性的有效调控，可为改善真空冷冻干燥果蔬食品质构品质提供理论参考。

　　关键词：真空冷冻干燥;重组苹果块;果胶;质构;吸湿性

果胶真空冷却

　　我国是世界苹果种植、生产和消费大国，2018年产量达3923.34万吨，占世界苹果总产量的45.55%[1]。干制加工可显著降低原料的水分含量和微生物活性，减少贮藏过程中的物理化学变化，延长商品的货架期，是苹果的重要加工方式[2,3]。果蔬脆片因其口感酥脆、方便即食、营养健康、便于携带等特点深受消费者青睐，其占苹果加工制品的市场份额逐年稳步提高。

　　目前，用于苹果脆片生产的干制技术主要包括真空冷冻干燥(FD)[3]、微波真空干燥(MVD)[4]、压差闪蒸干燥(DIC)[5]和真空低温油浴等[6]。其中，真空冷冻干燥技术在真空低温的条件下使湿物料中冻结的水分直接升华，干燥后形成疏松的多孔结构，较好地保持了物料原有的物理性状，营养成分保留率高，贮藏时间较长[7-9]。因此，真空冷冻干燥制品更符合现代消费者对营养健康的消费需求，在休闲食品市场上占据相当高的比例，显示出良好的市场前景和发展潜力[10]。

　　近年来出现了真空冷冻干燥重组果蔬食品，其工艺是将单一或多种果蔬打浆混合后冻干，形成果蔬干制品新的微观结构[11,12]。相比于天然果蔬脆片，真空冷冻干燥重组果蔬食品有如下优势：一是可将不同果蔬和食品原料按所需比例自由组合，可作为实现基于不同人群营养需求和个性化食品精准制造的有效手段[13,14];二是将不同果蔬原料破壁和匀浆后形成均匀的果浆体系，可避免天然果蔬在冻干过程中因表皮蜡质、天然组织细胞屏障等造成的升华通道阻碍，干燥速率和干燥品质显著提升[15];三是，通过对果蔬原料的配比和果浆中物质成分的设计，可实现对产品微观结构和质构的精准调控[16,17]。

　　然而，果浆状态下冷冻干燥获得的重组脆块，完整的细胞结构被破坏，重构建立的组织连接薄弱，结构疏松，导致硬度偏低，酥脆口感不佳，产品更容易吸潮，同时产品在运输过程中容易破损[10,16,17]。果胶是自然界中结构最为复杂的多糖，主要存在于初生细胞壁中，对于植物细胞组织的相互连接具有重要作用。研究表明，果胶是支撑干燥果蔬切片孔隙结构的重要物质，赋予干燥食品一定的刚度和水分吸附特性[18]，但果胶物质在重组果蔬食品质构形成和水分吸附行为中的作用机制尚不明确。因此，本研究以苹果为对象，通过调高或调低苹果物料中果胶含量，探讨果胶对真空冷冻干燥重组苹果块质构和吸湿特性的影响，旨在为实现重组果蔬食品质构的精准调控提供理论依据。

　　1材料与方法

　　1.1材料与试剂

　　富士苹果(Malusdomestica)，购于幸福荣耀(北京)超市有限公司，选择成熟度一致、大小均一、无机械损伤和病虫害的苹果为试验原料。果胶(苹果来源)SIGMA公司;果胶酶(食品级，100000U/g)Solarbio公司;纤维素酶(食品级，50000U/g)Solarbio公司。其他试剂均为国产分析纯。

　　1.2仪器与设备

　　CL50蔬菜水果处理机法国RobotCouple公司;MCKZ-JD6电器两用蒸饭柜滨州市美厨厨业有限公司;HR1848飞利浦四合一榨汁机珠海经济特区飞利浦家庭电器有限公司;IKARW20搅拌器上海玖析科学仪器有限公司;ULT1386-3-V41超低温冰箱(-80℃)赛默飞科技有限公司;LG-1.0真空冷冻干燥机沈阳航天新阳速冻设备制造有限公司;LensEye-NETversion1.5.5.0色彩分析系统美国;TA.HDplus物性测试仪英国StableMicroSystem公司;P14F0114动态水分吸附仪英国SMS公司;DSC8000差示量热扫描仪美国PE公司;SU8010电子扫描显微镜日本日立公司;YC-80旋转混匀仪杭州米欧仪器有限公司。

　　1.3方法

　　1.3.1样品制备

　　苹果去皮后可食用部分用蔬菜水果处理机切成2mm厚的薄片，蒸汽热烫120s防止褐变，用榨汁机打浆，打浆时间为30s，间隔10s，打浆3次。果浆在进一步制备时分为7个不同的处理组，5组处理中分别加入0.1%、0.5%、1%、2%、4%(w/w)的果胶，其余2组果浆中分别加入纤维素酶和果胶酶，作为阴性对照处理组，在40℃恒温水浴中酶解2h。以纯苹果浆作为对照，上述果浆用搅拌器混匀后，倒入长宽高为2.5cm×2.5cm×1.4cm的硅胶模具当中，-80℃冰箱预冻24h。

　　1.3.2真空冷冻干燥冷肼温度为-40℃，真空度为60Pa，一次干燥隔板温度为25℃，二次干燥隔板温度为50℃。一次干燥样品量为560g，物料干燥至水分含量低于4%，并置于干燥器中均湿48h后进行各项指标测定。

　　1.3.3半乳糖醛酸含量测定重组样品中半乳糖醛酸含量参考Peng等[18]的方法，采用分光光度法，以半乳糖醛酸(GalacturonicAcid,GalA)作为标准物质，每个样品测定进行3次重复。

　　1.3.4色泽用LensEye-NET色彩分析系统测定了重组苹果块的外观颜色，获得了以下色泽参数:亮度值(CIEL*)、红度/绿度值(CIEa*)、黄度/蓝度值(CIEb*)、色相角(hab*)和色度(Cab*)。每个样品测定进行3次重复。

　　1.3.5硬度和脆度参考Peng[18]等的方法，采用TA.HDplus物性测试仪测定样品硬脆度。选择切割探头(HDP/BSK)，设置测试条件为：前期测试速度2.0mm/s，测试中速度1.0mm/s，后期测试速度2.0mm/s，触发力和穿透距离分别为10g和45.0mm。其中，果块硬度采用测试过程中的最大力表示，单位为“g”，脆性采用测试过程中的拉断距离表示，单位为“mm”。每个处理进行了12次重复，去除最大值和最小值后取平均值。

　　1.3.6相变温度测定采用差示扫描量热仪(DifferentialScanningCalorimeter,DSC)测定高水分含量样品的结晶和熔融温度，以及真空冷冻干燥后苹果块的玻璃化转变温度[19]。称取8.0mg～9.0mg冻干后的苹果块制粉放入铝坩锅中，密封，一个空坩锅被用作参照。仪器扫描程序为：以10℃/min的速度从30 ℃冷却到−70℃，平衡5min，同样的速度加热到100℃。采用仪器自带软件分析热流密度曲线，得到初始点、中点及终点的转变温度，取中点处的温度定义为玻璃化转变温度(GlassTransitionTemperature，Tg)。在高水分含量状态下，以同样的扫描程序测定果浆的共晶点和共熔点。每个样品测定进行3次重复。

　　1.3.7微观结构参考Yi[20]等的方法切取苹果块断面进行微观结构分析，取断面粘在样品台的导电胶上，喷金处理，样品的微观结构图像在低真空(100Pa)和10kV加速电压下采集，采取3次扫描，并在60倍下拍照，分析。

　　2.结果与分析

　　2.1重组苹果块的果胶含量

　　半乳糖醛酸作为果胶的主要组成单元，用其含量来衡量重组样品中果胶占据的比例。对照组中半乳糖醛酸含量为52.40mg/g冻干粉，显著高于曹风等[23]测定的结果，这可能是由于冷冻干燥过程没有造成果胶较多的热降解。此外，随着商用果胶添加量的增加，样品中半乳糖醛酸含量随之线性增加(线性拟合方程为y=3.40683x+3.56355，R2=0.80089)。纤维素酶和果胶酶处理均增加了样品中半乳糖醛酸的含量，这可能是由于酶促水解导致细胞壁多糖组分的降解，并释放出了部分被“固定”的果胶组分[24]。

　　3.结论

　　重组果蔬块的微观多孔结构及孔隙壁的化学组成是决定多孔介质质构特征的物质基础，并影响其在环境湿度下的水分吸附行为。果胶含量显著影响重组苹果块质构特征，当添加果胶的量为4%时，重组苹果块的硬度提高441.08%，脆度降低26.73%，振荡破损率降低了55.78%。结合微观结构分析，对于重组苹果块内部无序的组织结构来说，果胶添加量达到5mg/g及以上时出现了典型的蜂窝状多孔结构，表明果胶含量显著影响影响重组果蔬孔隙形态。

　　食品加工评职知识：食品干燥技术论文投稿期刊人工推荐

　　此外，果胶添加量超过5mg/g时，重组脆片易碎性改善，同时还表现出相对较低的吸湿性，有利于产品的贮存和运输。综合来看，通过改变果蔬浆中果胶含量是实现对重组果蔬质构和吸湿性精准调控的有效手段。然而，重组果蔬是个复杂的食品体系，果蔬组织中果胶与其他内源组分是否存在协同作用，以及该协同作用对质构和吸湿性的影响机理还有待进一步的探讨。

　　参考文献

　　[1]ZHAOZ,ZHENGW,MAY,etal.Responsesofsoilwater,nitrateandyieldofappleorchardtointegratedsoilmanagementinLoessPlateau,China[J].Agriculturalwatermanagement,2020,240:106325.DOI:10.1016/j.agwat.2020.106325.

　　[2]JIAY,KHALIFAI,HUL,etal.Influenceofthreedifferentdryingtechniquesonpersimmonchips’characteristics:Acomparisonstudyamonghot-air,combinedhot-air-microwave,andvacuum-freezedryingtechniques[J].FoodandBioproductsProcessing,2019,118:67-76.DOI:10.1016/j.fbp.2019.08.018.

　　[3]ZHANGL,LIAOL,QIAOY,etal.Effectsofultrahighpressureandultrasoundpretreatmentsonpropertiesofstrawberrychipspreparedbyvacuum-freezedrying[J].FoodChemistry,2020,303:125386.DOI:10.1016/j.foodchem.2019.125386.

　　[4]SCHULZEB,HUBBERMANNEM,SCHWARZK.Stabilityofquercetinderivativesinvacuumimpregnatedappleslicesafterdrying(microwavevacuumdrying,airdrying,freezedrying)andstorage[J].LWT-FoodScienceandTechnology,2014,57(1):426-433.DOI:10.1016/j.lwt.2013.11.021.

　　作者：杜茜茜，易建勇，毕金峰*1，马有川，赵圆圆