真空干燥对野生软枣猕猴桃果脯感官品质的影响

孙海涛1,2，金昱言1，邵信儒1,2，谢利新1，彭 雪1，朱俊义3,*

（1.通化师范学院 长白山食用植物资源开发工程中心，吉林 通化 134000；2.通化师范学院 长白山非物质文化遗产传承
协同创新研究中心，吉林 通化 134000；3.通化师范学院生命科学学院，吉林 通化 134000）

摘 要：为探索真空干燥对长白山野生软枣猕猴桃果脯感官品质的影响，在单因素试验的基础上采用二次正交旋转组合试验，构建了以平均干燥速率、形变率和褐变率为响应指标的二次回归模型。最佳真空干燥工艺参数为真空干燥温度50.0 ℃，真空度0.090 MPa，真空干燥时间8.0 h，在此条件下果脯的平均干燥速率、形变率和褐变率分别为3.92 g/（100g•min）、10.47%和25.42%。

关键词：软枣猕猴桃；果脯；真空干燥；感官品质；响应面法

Effect of Vacuum Drying Conditions on Sensory Quality of Preserved Fruits of Wild Actinidia arguta  

Sun Hai-tao1,2, Jin Yu-yan1, Shao Xin-ru1,2, Xie Li-xin1, Peng Xue1, ZHU Jun-yi3,*

(1. Edible Plant Resources Development Center of Changbai Mountain, Tonghua Normal University, Tonghua 134000, China;

2. Intangible Cultural Heritage Inheritance and Innovation Center of Changbai Mountain, Tonghua Normal University,

134000, China; 3. College of Life Science, Tonghua Normal University, Tonghua 134000, China)

Abstract: This research examined the effect of vacuum drying conditions on sensory quality of preserved fruits of wild Actinidia arguta. Based on the results of single-factor experiments, a quadratic regression model was developed using quadratic orthogonal rotation composite design to describe each of the response variables, average drying rate, deformation rate and browning rate. The optimal vacuum drying parameters were found to be drying at 50.0 ℃ for 8.0 h with a vacuum degree of 0.090 MPa, resulting in an average drying rate of 3.92 g/(100 g•min), a deformation rate of 10.47% and a browning rate of 25.42%.

Key words: Actinidia arguta; preserved fruit; vacuum drying; sensory quality; response surface methodology

中图分类号：TS205.1 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）10-0082-06

doi:10.7506/spkx1002-6630-201410015

软枣猕猴桃（Actinidia arguta Sieb. et Zucc.），俗名软枣子、圆枣子，是我国特有的珍贵野生浆果资源，其主要产区为长白山区。果实在每年8～9月成熟，颜色翠绿，细嫩多汁，酸甜可口，营养丰富，有“水果之王”的美誉[1]。软枣称猴桃营养丰富全面，含有大量多糖、蛋白质、矿物质和多种人体必需氨基酸，含有优良的膳食纤维及超氧化物歧化酶等抗氧化物质，果实中VC含量是苹果和柑橘的10 倍以上[2-5]。此外，具有软化血管、增强免疫力、生津润燥、解热止渴等功效，对胃癌、食道癌、风湿、黄疸有预防和治疗作用[6-7]。

通化地处长白山脚下，野生软枣猕猴桃资源丰富，但其果实采摘后有明显的后熟现象，贮藏期短，主要以鲜食为主。软枣猕猴桃果脯的开发可丰富这一宝贵资源的的食用方式。传统果脯在热风干燥和自然晾晒条件下，产品存在口感差、颜色不佳、干燥时间长和营养成分损失较大等缺点[8-10]。本研究采用响应面法分析真空干燥条件对野生软枣猕猴桃感官品质的影响，以期对实际生产及长白山野生浆果的开发利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

长白山野生软枣猕猴桃果脯湿基采摘于长白山区，实验室自制[11]；无水乙醇、丙酮（均为分析纯） 天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

FA1604A型电子分析天平 上海精天电子仪器有限公司；DZF-6020型真空干燥箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂；DHG-9245A型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；TV-1901紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；TDL80-2B离心机 上海安亭科学仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 干燥工艺流程

热风预干燥的长白山野生软枣猕猴桃果脯→真空干燥→二次热风干燥→冷却→检验→包装[12-13]

具体步骤为：将长白山野生软枣猕猴桃果脯湿基单层平铺于密闭电热恒温鼓风干燥箱，50 ℃进行预干燥2 h，至水分含量约55%，得到热风预干燥的野生软枣猕猴桃果脯；将热风预干燥的长白山野生软枣猕猴桃果脯经真空干燥和二次热风干燥，使最终含水率约15%，冷却至室温后检验包装，同时分析真空干燥条件对野生软枣猕猴桃果脯感官品质的影响。

1.3.2 单因素试验设计

热风预干燥后果脯初始水分含量约为55%（每组实验初始含水率误差不大于1.0%），采用真空干燥方式考察不同真空干燥温度（干燥箱内空气温度40～65 ℃）、不同真空度（0.05～0.10 MPa）、不同真空干燥时间（6～10 h，并保证总干燥时间及最终水分含量一定的条件下），对软枣猕猴桃果脯感官品质变化的影响。

1.3.3 响应面试验设计

在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken试验设计原理[14-15]，以真空干燥温度（X1）、真空度（X2）、真空干燥时间（X3）为试验因素，以平均干燥速率（Y1）、形变率（Y2）和褐变率（Y3）为响应指标[16-18]，进行三因素三水平的响应面试验设计，平行试验3次，因素与水平见表1。

表 1 响应面试验因素水平表

Table 1 Factors and levels used in the response surface design

1.3.4 相关参数的测定及计算

1.3.4.1 含水率与平均干燥速率的测定与计算

含水率的测定采用直接干燥法[19]。物料t时刻的含水率和干燥速率计算方法分别见式（1）和式（2）。

Xt＝X0－

G0－Gt

G0

（1）

Ut＝

ΔXt

ΔTt

（2）

式中：X0为预干燥后样品初始含水率/%；Xt为t时刻的水分含量/%；G0为样品初始质量/g；Gt为t时刻的质量/g；
Ut为样品t时刻的干燥速率/（g/（100g•min））；ΔXt为样品t时刻前后2 次测定水分含量/%；ΔTt为样品t时刻前后2次时间差/min。

平均干燥速率为各阶段干燥速率的平均值/（g/（100g•min））。

1.3.4.2 体积与形变率的测定与计算

物料体积的测定采用小米排除法[20-21]，其计算见式（3），形变率计算方法见式（4）。

V0=V2－V1 （3）

L=

Vq－Vh

Vq

（4）

式中：V0为预干燥后样品体积/cm3；V1为小米体积/cm3；V2为小米加样品体积/cm3；L为形变率/%；Vh为样品形变后体积/cm3；Vq为样品形变前体积/cm3。

1.3.4.3 褐变率的测定与计算

根据朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律，有色溶液的吸光度A与其中溶质浓度c以及光径L呈正比，即A＝acL（a为该物质的吸光系数）。由于在叶绿素a与b吸收光谱曲线的等吸收点处，两者有相同的吸光系数（均为34.5），因此在652 nm波长处测定吸光度（A652nm）可求出叶绿素总量及褐变率[22]。叶绿素含量计算方法见（5），褐变率计算方法见式（6）。

c=

A652nm

34.5

（5）

R=（1－ ）×100

CT

C0

（6）

式中：c为物料中叶绿素的含量/（mg/g）；R为褐变率/%；CT为干燥后果脯的叶绿素含量/（mg/g）；C0为预干燥后样品的叶绿素含量/（mg/g）。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 真空干燥温度对果脯感官品质的影响

由图1可知，在干燥真空度0.08 MPa、真空干燥时间7 h、二次热风干燥温度55 ℃、时间2 h时，样品的干燥速率随真空干燥温度的升高而增大，当温度升高到50～60 ℃时，干燥速率趋于恒定，而当温度达到65 ℃时干燥速率降低。这是由于当温度在50～60 ℃时，样品水分内部迁移速率大于表面汽化速率，传给样品的显热等于水分的汽化热，干燥速率比较恒定。当温度继续升高至65 ℃时，样品水分内部迁移速率小于表面汽化速率，属于内部迁移控制阶段，导致表面逐渐变干，干燥速率降低。样品的形变率和褐变率随着真空干燥温度的升高有逐渐增大趋势，当温度超过60 ℃时，样品的形变率和褐变率陡增。这是由于当温度过高进行干燥时，样品表面温度升高过快，样品水分内部迁移速率小于表面汽化速率，导致表面逐渐变干甚至出现开裂、形变及严重褐变[23]。选择合适的真空干燥温度，可以有效抑制样品由于干燥脱水而产生的形变及褐变。因此，选取50～60 ℃进行优化。

图 1 真空干燥温度对果脯干燥规律及品质的影响

Fig.1 Effect of drying temperature on drying characteristics and quality of preserved fruits

2.1.2 真空度对果脯感官品质的影响

图 2 真空度对果脯干燥规律及品质的影响

Fig.2 Effect of vacuum degree on drying characteristics and
quality of preserved fruits

由图2可知，在真空干燥温度55 ℃、真空干燥时间7 h、二次热风干燥温度55 ℃、时间2 h时，样品的干燥速率随真空度的升高而增大，而样品的形变率和褐变率随真空度的增大在考察范围内先降低后提高。这是由于样品干燥过程中，物料中的水经不饱和热空气的加热变为水蒸气，真空度越高，传质阻力越小，物料表面水汽分压大于空气中的水汽分压，水蒸气向空气中传递，此时干燥速率越快。同时，适宜的真空度有利于保护样品的外形和色泽，但当真空度过大时，对样品破坏严重，且由于后续压力的解除导致形变率增大。因此，选取0.08～0.09 MPa进行优化。

2.1.3 真空干燥时间对果脯感官品质的影响

图 3 真空干燥时间对果脯干燥规律及品质的影响

Fig.3 Effect of drying time on drying characteristics and
quality of preserved fruits

由图3可知，在真空干燥温度55 ℃、真空度0.08 MPa、二次热风干燥温度55 ℃、总干燥时间恒定的情况下，样品的干燥速率随真空干燥时间的延长，由恒速干燥阶段进入降速干燥阶段；当真空干燥时间大于9 h时，干燥速率降低明显，此时样品水分内部迁移速率小于表面汽化速率，导致表面逐渐变干，水分向外迁移受阻。样品的形变率随真空干燥时间的延长先降低而后升高，并在真空干燥时间为8 h时达到最低值11.30%，样品的褐变率随真空干燥时间的延长而缓慢增加，这是由于适当真空干燥时间和二次热风干燥时间有利于水分的均匀脱除和最大限度的保护产品的外形和降低产品褐变率。因此，选取7～9 h进行优化。

2.2 二次回归正交结果分析

野生软枣猕猴桃真空干燥条件的二次回归正交试验结果见表2。

表 2 响应面试验方案与结果

Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

2.2.1 数学模型的建立与显著性检验

利用Design Expert 8.0.6软件进行二次多元回归拟合，得到软枣猕猴桃低糖果脯干燥速率（Y1）、形变率（Y2）、褐变率（Y3）对编码自变量X1、X2、X3的二次多项回归方程如下：

Y1=3.90＋0.093X1－0.056X2－0.016X3－0.11X1X2＋5.0×10－3X1X3－0.052X2X3－0.063X12＋4.750×10－3X22－0.070X32

Y2=10.70＋0.11X1＋6.250×10－3X2－0.049X3－0.045X1X2－0.20X1X3－0.042X2X3＋0.014X12＋0.092X22＋0.19X32

Y3=25.45＋0.71X1－0.55X2－0.35X3－0.080X1X2－0.90X1X3＋0.71X2X3＋0.26X12＋0.47X22＋0.36X32

回归方程中各变量对各响应值影响的显著性由F检验来判定，概率P越小，则相应变量的显著程度越高[24-25]。方差分析结果见表3，可知响应面回归模型均达到了高度显著水平，失拟项检验P值分别为0.051 6、0.155 0、0.096 6，失拟项不显著，决定系数分别为0.942 1、0.952 0、0.942 7，表明模型的预测值与实际值拟合度高，模型成立，以上检验和分析表明，试验所构建的二次回归方程模型能够在一定范围内分析和预测试验各指标响应值。

2.2.2 交互作用分析

2.2.2.1 平均干燥速率

由图4A可知，随着真空干燥温度的升高和真空度的增大，平均干燥速率明显提高，方差分析结果表明真空干燥温度和真空度交互作用对平均干燥速率的影响达到显著水平。图4B、C反映出真空干燥温度和真空干燥时间及真空度和真空干燥时间的交互作用对平均干燥速率的影响不明显。分析结果表明，各因素对平均干燥速率影响的强弱顺序为：真空干燥温度、真空度、真空干燥时间。

A.真空干燥温度与真空度

B.真空干燥温度与真空干燥时间

C.真空度与真空干燥时间

图 4 平均干燥速率的响应曲面

Fig.4 Response surface plots for average drying rate

2.2.2.2 形变率

图5A、B反映出真空干燥温度和真空度及真空度和真空干燥时间的交互作用对形变率的影响不明显。由图5C可知，随着真空干燥温度的升高和真空干燥时间的延长，果脯形变率明显增大，方差分析结果表明真空干燥温度和真空干燥时间交互作用对形变率的影响达到极显著水平。分析结果表明，各因素对形变率影响的强弱顺序为：真空度、真空干燥温度、真空干燥时间。

A.真空干燥温度与真空度

B. 真空度与真空干燥时间

C.真空干燥温度与真空干燥时间

图 5 形变率的响应曲面图

Fig.5 Response surface plots for deformation rate

2.2.2.3 褐变率

图6A反映出真空干燥温度和真空度的交互作用对果脯褐变率的影响不明显；由图6B可知，随着真空干燥温度的升高和真空干燥时间的延长，褐变率明显提高；由图6C可知，随着真空度的增大和真空干燥时间的延长，褐变率明显降低。方差分析结果表明真空干燥温度和真空干燥时间交互作用对果脯褐变率的影响及真空度和真空干燥时间交互作用对果脯褐变率的影响达到极显著水平。分析结果表明，各因素对褐变率影响的强弱顺序为：真空干燥温度、真空干燥时间、真空度。

A.真空干燥温度与真空度

B.真空干燥温度与真空干燥时间

C.真空度与真空干燥时间

图 6 褐变率的响应曲面图

Fig.6 Response surface plots for browning rate

2.2.3 空干燥最佳工艺条件的优化与验证

响应面分析表明，真空干燥温度低、真空度高及适宜的真空干燥时间能有效的控制果脯的形变率和褐变率，并对干燥速率有一定影响。现对3 个指标进行综合考虑，分别赋予各评价指标一定的重要度，其中平均干燥速率（Y1）的重要度为2，形变率（Y2）的重要度为5，褐变率（Y3）的重要度为3。结合回归模型的数学分析并由Design-Expert 8.0.6 Trial分析出最佳真空干燥工艺参数为真空干燥温度51.1 ℃、真空度0.087 MPa、真空干燥时间7.7 h，在此条件下果脯的平均干燥速率、形变率和褐变率的预测值分别为3.81g/（100g•min）、10.64%、24.79%。

为进一步验证模型的可靠性，考虑到实际操作的情况，将最佳工艺条件修正为真空干燥温度50 ℃、真空度0.090 MPa、真空干燥时间8.0 h，在此条件下进行3 次平行实验，得到平均干燥速率、形变率和褐变率的平均值分别为3.92g/（100g•min），10.47%和25.42%，比较实验给出具体数值与模型预测值的偏差，均小于3%，表明采用响应面法优化得到的真空干燥工艺参数可靠。

3 结 论

单因素试验和二次正交旋转组合试验表明，真空干燥温度、真空度和真空干燥时间对长白山野生软枣猕猴桃果脯干燥规律及品质有较大影响，确定了最佳真空干燥条件为真空干燥温度50.0 ℃、真空度0.090 MPa、真空干燥时间8.0 h，在此条件下果脯的平均干燥速率、形变率和褐变率分别为3.92g/（100g•min）、10.47%和25.42%。使用此方法干燥软枣猕猴桃果脯，具有干燥时间适宜，产品感官品质好的优点，可为进一步研究长白山野生浆果干燥条件提供理论参考。

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