真空冷冻和热风干燥对蓝莓品质的影响

许晴晴1,2，陈杭君2，郜海燕2,*，宋丽丽2，穆宏磊2

（1.南京农业大学食品科技学院，江苏 南京 210095；2.浙江省农业科学院食品科学研究所，浙江省果蔬保鲜与加工技术研究重点实验室，浙江 杭州 310021）

摘 要：研究真空冷冻干燥和热风干燥处理对蓝莓品质的影响。采用电阻法测定蓝莓的共晶点和共熔点，并绘制了蓝莓冻干曲线；从干燥后蓝莓的微观结构、复水比、色泽、质构、VC、总花色苷和总酚等指标比较真空冷冻和热风干燥蓝莓产品的品质。结果表明：蓝莓的共晶点为－33 ℃，共熔点为－30 ℃；真空冷冻干燥蓝莓复水性好，且果实中VC、总花色苷和总酚的含量分别为5.52mg/100g、1.55mg/g和3.55mg/g，显著高于热风干燥的产品。因此，真空冷冻干燥在保持蓝莓复水性、感官品质和活性成分等方面比热风干燥具有明显优势。

关键词：蓝莓；真空冷冻干燥；冻干曲线；共晶点；共熔点

Effects of Vacuum Freeze-Drying and Hot-Air Drying on the Quality of Blueberry Fruits

XU Qing-qing1,2, CHEN Hang-jun2, GAO Hai-yan2,*, SONG Li-li2, MU Hong-lei2

(1. College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China;

2. Key Laboratory of Fruits and Vegetables Postharvest and Processing Technology Research of Zhejiang Province,
Food Science Institute, Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310021, China)

Abstract: The effects of vacuum freeze-drying and hot-air-drying on the quality of blueberry fruit were investigated in this study. The eutectic point and consolute point of blueberry were determined using the resistance method to analyze freeze-drying curve. Ultrastructure, rehydration rate and the contents of vitamin C (VC) and anthocyanin of hot-air and vacuum freeze dried blueberry fruits were also investigated. The results showed that the eutectic and co-melting temperatures of blueberry were －33 and －30 ℃, respectively. Compared with hot-air drying treatment, vacuum freeze-drying maintained a higher rehydration capacity. The contents of VC, anthocyanin and total phenolic in vacuum freeze dried blueberry were
5.52 mg/100 g, 1.55 mg/g and 3.55 mg/g, respectively. Therefore, vacuum freeze-drying has the advantages over hot-air drying in maintaining the rehydration characteristics, sensory quality and active ingredients of dried blueberry fruit.

Key words: blueberry; vacuum freeze drying; freeze-drying curve; eutectic point; consolute point

中图分类号：TS255.42 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）05-0064-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201405013

蓝莓，学名越橘，属杜鹃花科（Ericaceae）越橘属（Vaccinium），富含维生素、花色素苷、细菌抑制因子、鞣花酸、类黄酮等药用保健物质，被誉为“浆果之王”，是一种集营养与保健于一身的蓝色浆果，被联合国粮食及农业组织列为人类五大健康食品之一[1-2]。

蓝莓果实除鲜销之外，一部分也用于加工成产品。目前，蓝莓加工品主要有果酒、饮料和果酱等[3]。热风干燥和真空冷冻干燥技术是食品脱水常用的加工手段。真空冷冻干燥是指将物料冻结到共晶点温度以下，在真空状态下，通过升华除去物料中水分的一种干燥方法[4]。冻干食品不仅能够保留新鲜食品原有的活性成分和色香味，还具有脱水彻底、复水快、质量轻、适合常温长期贮藏和运输等优点[5]，是一种极具产业化前景的果蔬深加工技术。冻干食品在欧洲、美国、日本十分流行，美国、日本冻干食品比例达40%以上；我国的冻干食品工业虽起步较晚，近年来取得了一定进展，冻干食品主要有脱水大蒜、脱水洋葱、速溶咖啡等[6]，而关于冻干蓝莓的产品和相关研究较少。本实验以蓝莓为原料，应用真空冷冻干燥技术对蓝莓进行处理，为评价该方法对干燥蓝莓产品品质的影响，选择热风干燥与其对比研究，旨在为该技术在蓝莓加工上的应用和产业化发展提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料

蓝莓，采自浙江安吉，“灿烂”品种，属兔眼系列。

1.2 仪器与设备

Labconco FreeZone冷冻干燥机 美国Labconco公司；DHG-9079A型电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏实验设备有限公司；SBC-12 小型离子溅射仪 北京中科科仪技术发展有限公司；HB43-S卤素水分测定仪 梅特勒-托利多国际股份有限公司；TM3000扫描电子显微镜 日本日立公司；HYGRPLAB CR-400手持色差仪 Konica Minolta公司；TA XT Plus型质构仪 英国SMS公司；GBC Cintra 20紫外-可见分光光度计 澳大利亚GBC公司；Thermo MR23i高速低温冷冻离心机 法国Jouan公司。

1.3 方法

1.3.1 共晶点和共熔点的测定

采用电阻法测定[7-8]，取成熟果实100g去皮后打成纯浆放于烧杯中，将温度测定仪探头和万用表探头分别插在烧杯中部，测定温度范围为0～－40 ℃，将装置放在超低温冰箱内测定，电阻突变点的温度就是被测物料的共晶点和共熔点。

1.3.2 干燥方法

真空冷冻干燥：将蓝莓预先降温冷冻，放入冻干机真空室内进行干燥，真空度约为10 Pa，冷阱温度为
－82 ℃，干燥至蓝莓最终含水量为（5±1）%。

热风干燥：将新鲜的蓝莓均匀铺于托盘内，在干燥箱内烘干，烘箱温度设定为60 ℃，烘干时间约为16h，烘干后蓝莓果实含水量为（5±1）%。

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 含水量的测定

采用HB43-S卤素水分测定仪测定，设定测定温度为105 ℃，方法编号为1530.02（苹果肉干模式）。

1.3.3.2 微观结构电镜观察

采用扫描电子显微镜进行蓝莓果肉组织微观结构的测定：取一小块样品，用石墨双面胶粘在样品台上，样品喷金后通过扫描电子显微镜扫描观察，拍照。

1.3.3.3 复水比的测定

参考徐明亮等[9]的方法。称取5组样品，每组2g，置于25 ℃恒温水浴锅中浸泡，浸泡时间为5、10、15、20、25min，用滤纸吸干样品至表面基本无水，取出称质量，每样重复3次。复水比由式（1）计算。

复水比/（g/g）=m2/m1 （1）

式中：m1为原干样质量/g；m2为复水后质量/g。

1.3.3.4 色泽

用手持色差仪测定蓝莓果肉的L*、a*和b*值。L*值表示亮度，值越大，亮度越大；a*值表示红色（＋a*）和绿色（－a*）的程度；b*值表示黄色（＋b*）和蓝色（－b*）的程度。

1.3.3.5 质构的测定

质构特性测试采用TA XT Plus型质构仪测定，选SMSP/6（直径6mm的圆柱探头），测试模式为质构分析（texture profile analysis，TPA），参数设置为：测试前探头速率为2 mm/s，测试过程速率为0.5 mm/s，测试的压缩变形为15%，触发值为0.05N。每一种处理选取10个果实进行测定，根据力-位移曲线图可得到5种表示果实质构状况的评价参数，分别为硬度、凝聚性、弹性、回复性、咀嚼性[10-13]。

1.3.3.6 VC含量的测定

参考果蔬采后生理生化实验指导方法测定[14]，VC含量单位为mg/100 g。

1.3.3.7 总花色苷含量的测定

参考陈杭君等[15-16]的方法，根据式（2）计算总花色苷含量。

总花色苷含量/（mg/g）=（A/εL）×M×DF×V/m （2）

式中：A为吸光度；ε为矢车菊素-3-葡萄糖苷的摩尔比吸收系数，29600L/（mol•cm）；L为光程，1cm； M为矢车菊素-3-葡萄糖苷分子的摩尔质量，449.2g/mol；DF为稀释因子，取5；V为提取果肉需要的酸化乙醇体积，取20mL；m为果肉质量，1g。

1.3.3.8 总酚含量的测定

参考陈杭君等[15]的方法，总酚含量单位为mg/g。

1.4 数据统计

用SigmaPlot软件作图，采用SPSS16.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 共晶点和共熔点的测定

图 1 降温过程中蓝莓电阻的变化

Fig.1 Resistance curve of blueberry with decreasing temperature

共晶点和共熔点是冻干过程中的重要参数，共晶点常作为冻结最终温度的判断依据。为保证物料完全冻结，预冷温度要比物料的共晶点低5～10 ℃，升华过程中，温度应保持在低于而又接近共熔点的温度[17-18]。由图1可知，蓝莓果浆在冻结降温初期，温度处于0～－22 ℃时，电阻值较小；在1.1～1.9MΩ之间，此时为冰晶开始形成时期，物料中含有大量的水分，能自由移动的离子较多，电阻值变化不明显；温度处于－22～－30 ℃时，电阻值在1.9～8.8MΩ之间，此阶段随着温度的下降，冰晶大量形成，物料内水分因冻结而使电阻值逐渐增大；当温度处于－30～－33 ℃时，物料的电阻值显著增大，在
－33 ℃时电阻值变化最大，表明此时物料中水分被彻底冻结，带电离子停止运动，电阻值陡然增加，此突变点温度即为蓝莓的共晶点。

图 2 升温过程中蓝莓电阻的变化曲线

Fig.2 Resistance curve of blueberry with increasing temperatures

由图2可知，在物料升温过程中，蓝莓的熔化速率较快，且电阻值突变的温度范围为－30～－27 ℃，在
－30 ℃时电阻值突变最大，因此，此温度为蓝莓的共熔点。

2.2 冷冻干燥曲线的测定

图 3 蓝莓真空冷冻干燥曲线

Fig.3 Vacuum freeze-drying curve of blueberry

冷冻干燥包括3个基本过程，即预冻、升华干燥和解析干燥；温度曲线分缓慢上升和急剧上升两个阶段，分别表示升华干燥阶段和解析干燥阶段。由图3可知，1～7h是升华干燥阶段，温度在干燥过程中呈缓慢上升趋势，7h时物料的温度达到－27.3 ℃。

由图4可知，蓝莓果实水分含量的变化速率较快，水分含量由75.78%下降到13.76%，通过升华干燥，使物料中冻结的自由水迅速升华散失。7～12h为解析干燥阶段，在解析前期，物料升温较快，其水分含量曲线下降趋势减缓，10h时水分含量达到6.34%；解析后期物料中心温度不再随着时间的延长而变化，解析干燥阶段物料温度由－14 ℃上升到－13 ℃，物料的最终温度为
－13 ℃，蓝莓果实中水分含量曲线变化趋于平缓，水分含量变化较小，蓝莓真空冷冻干燥至（5±1）%含水量的时间为12h。

图 4 蓝莓中水分含量随真空冷冻干燥时间的变化

Fig.4 Changes in moisture content during vacuum freeze-drying of blueberry

2.3 不同干燥方法对蓝莓复水比和微观结构的影响

图 5 真空冷冻干燥与热风干燥蓝莓产品的复水比

Fig.5 Rehydration ratios of dried blueberry by vacuum freeze-drying and hot-air drying

由图5可知，随着复水时间的延长，复水比逐渐增大，但冷冻干燥后蓝莓果实的复水性显著好于热风干燥的产品。在复水初期，样品迅速吸水，5min后，真空冷冻干燥处理的样品蓝复水性明显好于热风干燥的样品，复水比分别为1.57g/g和1.14g/g；20min后，复水比均几乎不再增加，说明复水结束，此时真空冷冻干燥的蓝莓复水比高达2.15g/g，而热风干燥的蓝莓复水比仅为1.21g/g。

A

B

图 6 真空冷冻干燥（A）与热风干燥（B）蓝莓产品的扫描电镜图

Fig.6 SEM of dried blueberry fruit by vacuum freeze-drying (A) and hot-air drying (B)

由图6A可知，真空冷冻干燥的蓝莓产品组织松散，内部形成蜂窝状结构。该干燥方法对果肉组织结构破坏程度较低，可以将蓝莓组织中的冰晶直接升华散失，使细胞发生不规则排列或分离，组织变形性好，从而形成多孔结构[19-21]，这种结构有利于产品在复水的过程中水分的截留，具有良好的复水性，而经热风干燥处理的蓝莓产品组织孔隙很小，由于过长时间的热风干燥处理，对蓝莓的质构破坏程度较大，结构紧密，因此复水后无法恢复到原来的结构，复水性能较差（图6B）。

2.4 不同干燥方法对蓝莓果肉色泽的影响

表 1 真空冷冻干燥与热风干燥蓝莓产品果肉色泽的比较（

x

±s，n = 10）

Table 1 Comparison of flesh color of dried blueberry fruit between vacuum freeze-drying and hot-air drying (

x

±s, n = 10)

注：同列字母不同表示差异显著（P＜0.05）。下同。

由表1可知，真空冷冻干燥后蓝莓的果肉L*、a*和b*与新鲜蓝莓相比，差异均不显著（P＞0.05），表明真空冷冻干燥后的蓝莓果实能保持样品原有的颜色；冷冻干燥蓝莓果肉的亮度L*值为56.06，显著高于热风干燥后的L*值（18.87）（P＜0.05），其a*、b*值与热风干燥的蓝莓果肉也呈显著性差异（P＜0.05），表明冻干过程褐变少，能保持果肉原有的色泽，而热风干燥的蓝莓果肉褐变严重，影响蓝莓感官品质。

2.5 不同干燥方法对蓝莓果实质构的影响

表 2 真空冷冻干燥与热风干燥蓝莓产品质构的比较（

x

±s，n = 10）

Table 2 Comparison of texture properties of dried blueberry fruit between vacuum freeze-drying and hot-air drying (

x

±s, n = 10)

由表2可知，真空冷冻干燥后的蓝莓硬度、咀嚼性、凝聚性和弹性分别为785.16N、165.98N、0.340和0.49，与热风干燥产品相比，存在显著差异（P＜0.05）。真空冷冻干燥的蓝莓果肉组织松散，而热风干燥处理经过长时间的高温处理，对蓝莓的质构破坏程度较大，结构紧密，这种结构也影响到产品的硬度和咀嚼性，从而大大降低了产品的感官品质[22]。回复性反映了果实受压后快速回复变形的能力，两种不同方式处理后的蓝莓果实回复性与新鲜蓝莓果实相比，都有显著差异（P＜0.05），而两者的回复性却无显著差异（P＞0.05）。研究表明，客观质构评定与感官方法存在高度相关性[23]，所以客观质构评价指标对制品的感官评价有一定的借鉴意义。果实的硬度和咀嚼性反映了果实的坚实性，真空冷冻干燥蓝莓的果实硬度和咀嚼性较小，表明组织疏松，使加工产品具有更好的口感。

2.6 不同干燥方法对蓝莓果实中活性成分的影响

表 3 真空冷冻干燥与热风干燥蓝莓产品活性成分的比较（

x

±s，n = 10）

Table 3 Comparison of the contents of three active ingredients in dried blueberry fruit between vacuum freeze-drying and hot-air drying (

x

±s, n = 10)

VC是热敏性极强的不稳定成分，在加工过程中易受温度和氧化的作用而损失[24]。从表3可知，两种不同的干燥方法对蓝莓VC含量有明显影响，经真空冷冻干燥测得的VC含量为5.52 mg/100 g，明显高于热风干燥的0.19 mg/100 g。在真空冷冻干燥过程中，较低的真空度使物料基本与空气隔绝，低温也有效地防止了VC的分解，故VC损失量小；在热风干燥过程中，物料温度较高，且与氧气充分接触，干燥时间较长，以致因氧化分解导致VC的大量损失。

总花色苷和总酚是蓝莓重要的活性成分。由表3可知，两种干燥方法所得的蓝莓产品中总花色苷和总酚含量差异显著（P＜0.05），真空冷冻干燥蓝莓果中花色苷含量是热风干燥果的19.38倍；冷冻干燥果总酚含量为3.55mg/g，而热风干燥果总酚含量仅为1.26mg/g。热风干燥导致这两种成分含量较低的原因可能是总花色苷和总酚稳定性较差，而热风干燥温度高，两者易受热而分解，出现较大的破坏；相比较而言，冷冻干燥温度低，破坏小，两种活性成分都保持较好。

3 结 论

本实验通过电阻法测得蓝莓的共晶点为－33 ℃，共熔点为－30 ℃，物料在降温和升温过程中电阻的变化曲线完全重合，所测物料的共晶点比共熔点低。由于本实验条件的限制，测定冷冻干燥曲线时，采用的真空冷冻干燥机没有隔热板，在升华干燥阶段和真空冷冻干燥阶段无法对需要干燥的蓝莓果实进行加热，各阶段的温度较低，在以后条件允许的情况下可进一步深入研究。

实验结果显示，真空冷冻干燥和热风干燥产品中果实组织结构、复水性、活性成分等存在很大差异。本研究中发现真空冷冻干燥蓝莓果肉气孔多且结构疏松，热风干燥的蓝莓果肉气孔较少且组织结构致密。真空冷冻干燥蓝莓复水性良好，20min复水结束，复水比为2.15g/g；热风干燥的蓝莓复水性较差，结束时复水比为1.21g/g。真空冷冻干燥对蓝莓的活性成分保持较好，干燥后的果实中VC、总花色苷、总酚含量分别为5.52 mg/100 g、1.55mg/g和3.35mg/g；而热风干燥蓝莓干中三者的含量分别为0.19 mg/100 g、0.08mg/g和1.26mg/g，真空冷冻干燥能保持蓝莓较高的活性成分。这些差异性为制备高品质蓝莓干燥产品及工业化生产提供了理论基础。

冷冻干燥后的蓝莓很好地保持了蓝莓的色、香、味，而且色泽亮丽，口感酥脆，具有浓郁的蓝莓风味，酸甜可口，既可作为成品食用，又可复水后进一步加工，因此冻干蓝莓有着广阔的市场前景。

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