果膠對真空冷凍干燥重組蘋果塊質構和吸濕特性的影響

所屬分類：電子論文閱讀次時間：2021-03-12 10:26

本文摘要：摘要：果膠是植物細胞壁中結構最為復雜的天然多糖，是維系凍干果蔬基質多孔結構剛性的重要物質基

　　摘要：果膠是植物細胞壁中結構最為復雜的天然多糖，是維系凍干果蔬基質多孔結構剛性的重要物質基礎。真空冷凍干燥重組果蔬硬度偏低、質構松軟，儲運期間存在易破碎、易吸濕等問題有待解決，本研究通過添加果膠或果膠酶調節重組蘋果塊中果膠含量，探討果膠對真空冷凍干燥重組蘋果塊的硬脆度、孔隙特征和吸濕動力學等核心品質的影響。結果表明，與對照組相比，當果膠添加量為5.0～40.0mg/g時，果塊出現了典型的蜂窩狀多孔結構，硬度提高100.57%～441.08%，脆度降低9.98%～26.73%，振蕩破損率下降16.60%～55.78%;與此相反的是，經果膠酶處理的果塊呈現雜亂的大孔隙結構，其硬度下降34.03%，脆度降低13.23%，振蕩破損率上升14.74%。此外，添加果膠的果塊吸濕性顯著下降，相對濕度在70%～90%之間發生解吸遲滯現象，而經果膠酶處理的果塊在吸附平衡時具有更大的質量，吸濕性增強。綜上，通過改變果漿基質中果膠含量可實現對重組蘋果塊質構和吸濕特性的有效調控，可為改善真空冷凍干燥果蔬食品質構品質提供理論參考。

　　關鍵詞：真空冷凍干燥;重組蘋果塊;果膠;質構;吸濕性

果膠真空冷卻

　　我國是世界蘋果種植、生產和消費大國，2018年產量達3923.34萬噸，占世界蘋果總產量的45.55%[1]。干制加工可顯著降低原料的水分含量和微生物活性，減少貯藏過程中的物理化學變化，延長商品的貨架期，是蘋果的重要加工方式[2,3]。果蔬脆片因其口感酥脆、方便即食、營養健康、便于攜帶等特點深受消費者青睞，其占蘋果加工制品的市場份額逐年穩步提高。

　　目前，用于蘋果脆片生產的干制技術主要包括真空冷凍干燥(FD)[3]、微波真空干燥(MVD)[4]、壓差閃蒸干燥(DIC)[5]和真空低溫油浴等[6]。其中，真空冷凍干燥技術在真空低溫的條件下使濕物料中凍結的水分直接升華，干燥后形成疏松的多孔結構，較好地保持了物料原有的物理性狀，營養成分保留率高，貯藏時間較長[7-9]。因此，真空冷凍干燥制品更符合現代消費者對營養健康的消費需求，在休閑食品市場上占據相當高的比例，顯示出良好的市場前景和發展潛力[10]。

　　近年來出現了真空冷凍干燥重組果蔬食品，其工藝是將單一或多種果蔬打漿混合后凍干，形成果蔬干制品新的微觀結構[11,12]。相比于天然果蔬脆片，真空冷凍干燥重組果蔬食品有如下優勢：一是可將不同果蔬和食品原料按所需比例自由組合，可作為實現基于不同人群營養需求和個性化食品精準制造的有效手段[13,14];二是將不同果蔬原料破壁和勻漿后形成均勻的果漿體系，可避免天然果蔬在凍干過程中因表皮蠟質、天然組織細胞屏障等造成的升華通道阻礙，干燥速率和干燥品質顯著提升[15];三是，通過對果蔬原料的配比和果漿中物質成分的設計，可實現對產品微觀結構和質構的精準調控[16,17]。

　　然而，果漿狀態下冷凍干燥獲得的重組脆塊，完整的細胞結構被破壞，重構建立的組織連接薄弱，結構疏松，導致硬度偏低，酥脆口感不佳，產品更容易吸潮，同時產品在運輸過程中容易破損[10,16,17]。果膠是自然界中結構最為復雜的多糖，主要存在于初生細胞壁中，對于植物細胞組織的相互連接具有重要作用。研究表明，果膠是支撐干燥果蔬切片孔隙結構的重要物質，賦予干燥食品一定的剛度和水分吸附特性[18]，但果膠物質在重組果蔬食品質構形成和水分吸附行為中的作用機制尚不明確。因此，本研究以蘋果為對象，通過調高或調低蘋果物料中果膠含量，探討果膠對真空冷凍干燥重組蘋果塊質構和吸濕特性的影響，旨在為實現重組果蔬食品質構的精準調控提供理論依據。

　　1材料與方法

　　1.1材料與試劑

　　富士蘋果(Malusdomestica)，購于幸福榮耀(北京)超市有限公司，選擇成熟度一致、大小均一、無機械損傷和病蟲害的蘋果為試驗原料。果膠(蘋果來源)SIGMA公司;果膠酶(食品級，100000U/g)Solarbio公司;纖維素酶(食品級，50000U/g)Solarbio公司。其他試劑均為國產分析純。

　　1.2儀器與設備

　　CL50蔬菜水果處理機法國RobotCouple公司;MCKZ-JD6電器兩用蒸飯柜濱州市美廚廚業有限公司;HR1848飛利浦四合一榨汁機珠海經濟特區飛利浦家庭電器有限公司;IKARW20攪拌器上海玖析科學儀器有限公司;ULT1386-3-V41超低溫冰箱(-80℃)賽默飛科技有限公司;LG-1.0真空冷凍干燥機沈陽航天新陽速凍設備制造有限公司;LensEye-NETversion1.5.5.0色彩分析系統美國;TA.HDplus物性測試儀英國StableMicroSystem公司;P14F0114動態水分吸附儀英國SMS公司;DSC8000差示量熱掃描儀美國PE公司;SU8010電子掃描顯微鏡日本日立公司;YC-80旋轉混勻儀杭州米歐儀器有限公司。

　　1.3方法

　　1.3.1樣品制備

　　蘋果去皮后可食用部分用蔬菜水果處理機切成2mm厚的薄片，蒸汽熱燙120s防止褐變，用榨汁機打漿，打漿時間為30s，間隔10s，打漿3次。果漿在進一步制備時分為7個不同的處理組，5組處理中分別加入0.1%、0.5%、1%、2%、4%(w/w)的果膠，其余2組果漿中分別加入纖維素酶和果膠酶，作為陰性對照處理組，在40℃恒溫水浴中酶解2h。以純蘋果漿作為對照，上述果漿用攪拌器混勻后，倒入長寬高為2.5cm×2.5cm×1.4cm的硅膠模具當中，-80℃冰箱預凍24h。

　　1.3.2真空冷凍干燥冷肼溫度為-40℃，真空度為60Pa，一次干燥隔板溫度為25℃，二次干燥隔板溫度為50℃。一次干燥樣品量為560g，物料干燥至水分含量低于4%，并置于干燥器中均濕48h后進行各項指標測定。

　　1.3.3半乳糖醛酸含量測定重組樣品中半乳糖醛酸含量參考Peng等[18]的方法，采用分光光度法，以半乳糖醛酸(GalacturonicAcid,GalA)作為標準物質，每個樣品測定進行3次重復。

　　1.3.4色澤用LensEye-NET色彩分析系統測定了重組蘋果塊的外觀顏色，獲得了以下色澤參數:亮度值(CIEL*)、紅度/綠度值(CIEa*)、黃度/藍度值(CIEb*)、色相角(hab*)和色度(Cab*)。每個樣品測定進行3次重復。

　　1.3.5硬度和脆度參考Peng[18]等的方法，采用TA.HDplus物性測試儀測定樣品硬脆度。選擇切割探頭(HDP/BSK)，設置測試條件為：前期測試速度2.0mm/s，測試中速度1.0mm/s，后期測試速度2.0mm/s，觸發力和穿透距離分別為10g和45.0mm。其中，果塊硬度采用測試過程中的最大力表示，單位為“g”，脆性采用測試過程中的拉斷距離表示，單位為“mm”。每個處理進行了12次重復，去除最大值和最小值后取平均值。

　　1.3.6相變溫度測定采用差示掃描量熱儀(DifferentialScanningCalorimeter,DSC)測定高水分含量樣品的結晶和熔融溫度，以及真空冷凍干燥后蘋果塊的玻璃化轉變溫度[19]。稱取8.0mg～9.0mg凍干后的蘋果塊制粉放入鋁坩鍋中，密封，一個空坩鍋被用作參照。儀器掃描程序為：以10℃/min的速度從30 ℃冷卻到−70℃，平衡5min，同樣的速度加熱到100℃。采用儀器自帶軟件分析熱流密度曲線，得到初始點、中點及終點的轉變溫度，取中點處的溫度定義為玻璃化轉變溫度(GlassTransitionTemperature，Tg)。在高水分含量狀態下，以同樣的掃描程序測定果漿的共晶點和共熔點。每個樣品測定進行3次重復。

　　1.3.7微觀結構參考Yi[20]等的方法切取蘋果塊斷面進行微觀結構分析，取斷面粘在樣品臺的導電膠上，噴金處理，樣品的微觀結構圖像在低真空(100Pa)和10kV加速電壓下采集，采取3次掃描，并在60倍下拍照，分析。

　　2.結果與分析

　　2.1重組蘋果塊的果膠含量

　　半乳糖醛酸作為果膠的主要組成單元，用其含量來衡量重組樣品中果膠占據的比例。對照組中半乳糖醛酸含量為52.40mg/g凍干粉，顯著高于曹風等[23]測定的結果，這可能是由于冷凍干燥過程沒有造成果膠較多的熱降解。此外，隨著商用果膠添加量的增加，樣品中半乳糖醛酸含量隨之線性增加(線性擬合方程為y=3.40683x+3.56355，R2=0.80089)。纖維素酶和果膠酶處理均增加了樣品中半乳糖醛酸的含量，這可能是由于酶促水解導致細胞壁多糖組分的降解，并釋放出了部分被“固定”的果膠組分[24]。

　　3.結論

　　重組果蔬塊的微觀多孔結構及孔隙壁的化學組成是決定多孔介質質構特征的物質基礎，并影響其在環境濕度下的水分吸附行為。果膠含量顯著影響重組蘋果塊質構特征，當添加果膠的量為4%時，重組蘋果塊的硬度提高441.08%，脆度降低26.73%，振蕩破損率降低了55.78%。結合微觀結構分析，對于重組蘋果塊內部無序的組織結構來說，果膠添加量達到5mg/g及以上時出現了典型的蜂窩狀多孔結構，表明果膠含量顯著影響影響重組果蔬孔隙形態。

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　　此外，果膠添加量超過5mg/g時，重組脆片易碎性改善，同時還表現出相對較低的吸濕性，有利于產品的貯存和運輸。綜合來看，通過改變果蔬漿中果膠含量是實現對重組果蔬質構和吸濕性精準調控的有效手段。然而，重組果蔬是個復雜的食品體系，果蔬組織中果膠與其他內源組分是否存在協同作用，以及該協同作用對質構和吸濕性的影響機理還有待進一步的探討。

　　參考文獻

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　　[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，畢金峰*1，馬有川，趙圓圓