0 引言
【研究意义】苦瓜（Momordica charantia L.）为葫芦科苦瓜属植物,别名凉瓜、赖葡萄、锦荔枝,主要分布于热带、亚热带和温带地区[1]。苦瓜作为药食两用植物,被广泛用于“降火”和“清热解毒”。干燥是苦瓜最主要的初加工方式,苦瓜干燥有利于原料的保存和进一步的精深加工。以苦瓜干为原料开发的苦瓜粉、苦瓜袋泡茶、苦瓜凉茶、活性提取物胶囊等,既满足了消费者的功效需求,又延长了苦瓜的货架期。苦瓜干作为苦瓜最重要的初加工产品形式,其品质决定了二次加工产品的性质,因此,研究不同干燥方式下苦瓜的品质差异对于提高苦瓜产品质量有重要意义。【前人研究进展】传统的干燥方式是日晒（sun drying,SD）或日晒与其他方式结合。该种方式能耗低,设备投入少,但加工时间长,产品质量差。目前较多采用的是热风干燥（heat air drying,HAD）或热泵干燥（heat pump drying,HPD）,以及热风或热泵辅助结合其他方式干燥。RATIYA等[2]比较了热风、热泵,以及远红外辐射辅助热泵干燥大蒜泥品质,发现热泵干燥可以保持物料水分在稳定的温度下蒸发,制得的蒜泥中活性成分蒜素含量较高,且具有更加明亮的色泽。CHONG等[3]比较了热风、热泵、热风-真空微波、热泵-真空微波干燥对苹果、梨、木瓜和芒果色泽、多酚和抗氧化能力的影响。发现热泵干燥对产品色泽和外观影响最小,并指出根据原料中酚类物质组成的不同选择合适的干燥方式更加利于酚类物质的保存。此外,新兴的一些干燥方式如真空冷冻干燥（vacuum freeze drying,VFD）可以较好的保持原料色泽和营养,但需要较高的能耗和设备投资,且干燥时间较长;真空热干燥（vacuum heat drying,VHD）可以提高热效率,适合于热敏性物质的干燥加工,但同样存在运行成本高、设备投入大的问题;微波干燥（microwave drying,MD）能效利用率高,热传递速率快,但会造成物料局部温度过高,产品质量不稳定[4]。邹宇晓等[5]采用热风、热泵和真空微波干燥苦瓜,指出真空微波干燥效率最高,但部分苦瓜干会出现局部焦糊及起泡的现象。YANG等[6]采用热风、微波和真空冷冻干燥番薯,发现微波干燥造成了番薯中β-胡萝卜素和抗坏血酸的降解,但可以提高番薯干中酚类含量,增加其抗氧化活性,效果优于其余两种干燥方式。与此相反,AN等[7]比较了冷冻、热风、微波、红外和间歇式微波对流干燥对生姜中活性成分、抗氧化活性及结构的影响,发现间歇式微波对流干燥和冷冻干燥可以较好的保持生姜中总酚、总黄酮和抗氧化能力,红外和热风干燥次之,微波干燥效果最差。【本研究切入点】干燥方式对果蔬品质影响巨大。目前关于苦瓜干燥的研究较少,更缺少综合比较不同干燥方式对苦瓜营养成分、抗氧化活性、感观品质和结构影响的研究报道。【拟解决的关键问题】通过采用热风干燥（HAD）、热泵干燥（HPD）、真空热干燥（VHD）、微波热风干燥（MD）、真空冷冻干燥（FVD）以及日晒干燥（SD）,比较不同干燥方式对苦瓜中营养成分、抗氧化活性、色泽和质构品质的影响,旨在筛选获得苦瓜最佳干燥方式,为工业生产方式的优选提供理论依据。1 材料与方法
试验于2014年11月至2015年1月在广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所/农业部功能食品重点实验室/广东省农产品加工重点实验室进行。1.1 试验材料
供试苦瓜品种为‘绿宝石’,由广东省农业科学院蔬菜研究所提供。种植于广东省农业科学院蔬菜研究所广州市白云基地试验田。2014年3月播种,同年8月,苦瓜初熟时收获。AAPH（2,2’-azobis (2- methylpropion-amidine)-dihydrochloride）、Trolox（6- hydroxy-2,5,7,8-tetramethy lchroman-2-carboxylic acid）、荧光素钠盐、没食子酸、儿茶素、Trolox和福林酚试剂均购自Sigma-Aldrich公司。重蒸酚、草酸、硼酸、乙酸钠、邻苯二胺、抗坏血酸等,均为国产分析纯试剂,购自天津市大茂化学试剂厂。1.2 仪器与设备
BS124S分析天平（赛多利斯科学仪器公司）;FDU-2110真空冷冻干燥仪（日本东京理化器械株式会社）;DHG-9425A电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司）;GHRH-20热泵干燥机（广东省农业机械研究所）;P70D20AP-TD微波炉（格兰仕集团）;DZF-6030A真空干燥箱（上海一恒科技有限公司）;FRD-1000墨轮封口机（温州市余特包装机械有限公司）;ULT-2586-4-V超低温冰箱（Thermo Scientific公司）;ESEM XL-30扫描电子显微镜（荷兰FEI电子光学有限公司）;UltraScan VIS型色差仪（美国HunterLab公司）。1.3 试验方法
1.3.1 苦瓜干的制备 挑选不干缩、无病虫害、果肉厚直顺的新鲜苦瓜2 kg,在流水中清洗苦瓜表面的尘埃、泥沙及农药残留等,去籽并切除苦瓜两端,切成3—4 mm均匀厚度,于200 mg·kg-1的葡萄糖酸锌溶液中浸泡护绿,再将苦瓜片于沸水中烫漂5 min进行护色,然后单层平铺装盘采用不同的方法干燥至水分达到5%以下。取部分干燥后的苦瓜片粉碎过60目筛,与剩余未粉碎的苦瓜干片分别用封口袋分装,再装入不透光袋,封口机密封后放入干燥器皿中保存备用。每种干燥方式重复3次。真空冷冻干燥（vacuum freeze drying,VFD）：真空冷冻干燥机干燥。新鲜苦瓜片放入-80℃超低温冰箱冷冻12 h,之后将冷冻的苦瓜片移入真空冷冻干燥室,腔内压强3—4 Pa,低温-80℃,连续干燥40 h,得率为4.47%,水分含量4.62%。
日晒干燥（sun drying,SD）：将新鲜苦瓜片放置于电热干燥箱中,60℃条件下风干1 h,然后将半干的苦瓜片,平铺于空旷的地方,无任何遮掩物,日晒8 h（9：30—16：30）,得率为4.20%,水分含量4.32%。
热泵干燥（heat pump drying,HPD）：热泵干燥机进行干燥,热风温度为60℃,风速1 m·s-1,连续干燥6 h,得率为4.13%,水分含量4.11%。
热风干燥（heat air drying,HAD）：电热干燥箱干燥,热风温度95℃,连续干燥3 h,得率为3.39%,水分含量2.34%。
微波干燥（microwave drying,MD）：微波炉干燥,微波800 w,干燥5 min后将已经半干的苦瓜片移入电热干燥箱,60℃条件下继续风干30 min,得率为3.44%,水分含量2.76%。
真空热干燥（vacuum heat drying,VHD）：真空干燥机干燥,真空度180—200 Pa,温度为60℃,连续干燥6 h,得率为3.85%,水分含量3.18%。
1.3.2 多糖提取及含量测定 多糖的提取和含量测定参照KONG等[8]方法,分别称取5 g不同干燥方式的苦瓜粉,或5 g新鲜苦瓜用打浆机打浆3 min,1﹕20（W/V）加入蒸馏水,95℃水浴浸提4 h,200目纱布趁热过滤,滤渣重复浸提一次。合并两次提取上清液浓缩至原体积的1/4,加入浓缩液体积1/4的Sevag试剂（氯仿﹕正丁醇=4﹕1）脱除蛋白质,重复8次,至基本无蛋白层为止。向多糖溶液中加入95%的乙醇至乙醇终浓度为85%,4℃静置过夜,离心得到多糖沉淀。上清液浓缩后,重复醇沉一次。多糖沉淀用无水乙醇洗涤3次后收集并冷冻干燥,称重。多糖提取率以冷冻干燥后多糖质量和苦瓜粉质量比值表示,单位为%。
多糖含量用苯酚-硫酸法测定[9]。称取冷冻干燥的苦瓜多糖5 mg,置于100 mL容量瓶中,蒸馏水定容。吸取配制的溶液1 mL于具塞试管中,再补蒸馏水至2 mL,向试管中加入0.5 mL 8%重蒸苯酚溶液,摇匀后迅速滴入5 mL浓硫酸,混匀后室温放置30 min,490 nm处测吸光值。同时以葡萄糖作标准曲线。多糖含量以每g苦瓜粉中所含多糖的含量表示,单位mg·g-1 DW,重复测定3次。
1.3.3 Vc含量测定 精密称取1 g不同干燥方式的苦瓜粉,或新鲜苦瓜用打浆机打浆3 min,加入6 mL 1%草酸研磨后加入0.2 g活性炭振荡、离心。上述氧化处理后的上清液分别吸取1 mL,加入1 mL 250 g·L-1乙酸钠溶液或1 mL 30 g·L-1硼酸和250 g·L-1乙酸钠混合液（混合液管为对白对照）。混匀后避光放置20 min。避光条件下迅速向各试管加入1 mL 0.2 g·L-1邻苯二胺溶液并混匀,避光反应40 min。激发波长355 nm,发射波长425 nm条件下测定各管荧光强度。同时以Vc标准品制作标准曲线。以干基每100 g苦瓜粉中所含Vc的含量表示,单位mg·100 g-1 DW,重复测定3次。
1.3.4 总酚含量 参照SINGLETON等[10]方法进行改进。精确称取不同干燥方式苦瓜干50 g,或50 g新鲜苦瓜加入100 mL 预冷的80%丙酮,打浆3 min后在冰浴条件下继续匀浆5 min,5 000 r·min-1离心10 min。沉淀物重复提取1次。合并两次上清液,45℃蒸干,甲醇定容至25 mL,得到苦瓜多酚提取液。分装后-20℃保存。取0.125 mL溶液加入0.5 mL蒸馏水和0.125 mL福林酚试剂,混匀静置6 min,加入1.25 mL 7%（m/v）Na2CO3溶液和蒸馏水1 mL,混匀避光静置90 min。760 nm测吸光值。以0.125 mL甲醇代替提取液作空白对照,以没食子酸溶液标准品作标准曲线。总酚含量以每g样品中所含没食子酸当量（mg gallic acid equivalents/1 g dry weight）表示,简写为mg GAE·g-1 DW。测定重复3次。
1.3.5 总黄酮含量 参考JIA等[11]的方法并略加改动。按照1.3.4中得到的苦瓜多酚提取液,配制成25 mg·mL-1溶液,取0.3 mL溶液,加入5%（m/v）NaNO2溶液0.09 mL和蒸馏水1.5 mL,混匀放置 6 min。加入0.18 mL 10% （m/v）AlCl3·6H2O溶液,静置5 min,再加入0.6 mL 1 mol·L-1 NaOH溶液,蒸馏水补足至3 mL,510 nm 波长测吸光值。同时以0.3 mL甲醇代替提取液作空白对照,以儿茶素标准品制作标准曲线。总黄酮含量结果以每g样品中所含的儿茶素当量（mg catechin equivalents/g dry weight）表示,简写为mg CE·g-1 DW。测定重复3次。
1.3.6 ORAC指数测定 ORAC指数测定参照WOLFE等[12]的方法稍作改动。将1.3.4中苦瓜多酚提取液用75 mmol·L-1磷酸缓冲液（pH 7.4）稀释至一定浓度。96孔板中加入20 μL缓冲液（空白）或20 μL不同浓度的Trolox标准品溶液或20 μL苦瓜甲醇溶液,及0.96 μmol·L-1荧光素工作液200 μL,37℃孵育20 min。之后各孔加入新鲜配置的119 mmol·L-1 AAPH溶液20 μL。37℃下以激发波长485 nm,发射波长538 nm,立即连续测定各孔荧光强度,每4.5 min重复测定一次,共35个循环。ORAC指数以每g苦瓜干中所含Trolox当量（μmol TE·g-1 DW）表示。测定重复3次。
1.3.7 色差值测定 将苦瓜干或新鲜苦瓜片平铺于镜头前,读取色差值,记录L*、a*、b*值,每个样品测定8次,剔除最大值和最小值,取平均值。色差值ΔE按以下公式计算,表示干燥后样品与对照间的颜色差值。公式中“0”为新鲜苦瓜片测定值,“*”为干燥后样品测定值。
1.3.8 硬度测定 参考NADULSKI[14]方法略作修改。选取干燥均匀的苦瓜干装入薄的封口袋中,选择P/50探头,设定测定参数为触发力5 g,测前速1 mm·s-1,测中速1 mm·s-1,测后速5 mm·s-1,压缩率75%。每种干燥方式重复取10个样品进行测定,去除最大和最小值,取平均值。
1.3.9 叶绿素和类胡萝卜素含量测定 参照李合生[13]方法,略加修改。分别称取0.2 g不同干燥方式的苦瓜干于研钵中,加入少量碳酸钙、石英砂及少量80%丙酮研磨后抽滤,残渣重复研磨抽滤至无色,滤液用80%丙酮定容至25 mL。470、646、663 nm波长条件下测定吸光度,分别测定3次。按照下面公式计算,其中Ca、Cb分别为叶绿色a和叶绿素b的浓度,Cx,c为类胡萝卜素的总浓度,A470、A646、A663分别为提取液在波长470、646和663 nm条件下的吸光度。叶绿素的含量以每g苦瓜粉中所含相应的叶绿素量表示,单位mg·100 g-1 DW,重复测定3次。
Ca=12.21A663-2.81A646 Cb=20.13A646-5.03A663
1.3.10 结构特征观察 不同干燥方式的苦瓜粉碎后采用Canon G11拍照观察粉体形貌。不同干燥方式的苦瓜片,用刀片将其切成合适大小,取其正面和横截面分别装盘处理,置于扫描电子显微镜下,扫描电镜观察显微结构。设置加速电压10 kV,对苦瓜片表面和横截面于放大倍数300倍下观察。
2 结果
2.1 不同干燥方式对苦瓜营养成分与抗氧化活性的影响
2.1.1 多糖提取率及含量 不同干燥方式的苦瓜多糖提取率和含量见表1。真空冷冻干燥苦瓜多糖的提取率显著低于其他干燥方式（P<0.05）,其余各干燥方式间多糖提取率无差异（P>0.05）。不同干燥方式下苦瓜的多糖含量有显著差异,多糖含量最高的是热泵干燥,为29.22 mg·g-1 DW;含量最低的是微波干燥,为16.91 mg·g-1 DW。微波干燥多糖含量仅为热泵干燥的57.87%,说明干燥方式的不同对苦瓜多糖的提取率影响较小,但对其含量影响较大。Table 1
表1
表1不同干燥方式对苦瓜多糖提取率和含量的影响
Table 1Effects of different drying methods on the extraction rate and content of the polysaccharides of M. charantia
| 干燥方式 Drying methods | 多糖提取率 Polysaccharide yield (%) | 多糖含量 Polysaccharide content (mg·g-1 DW) |
|---|---|---|
| 新鲜苦瓜 Fresh | 23.89±0.24a | 31.15±1.06a |
| 真空冷冻干燥 Vacuum freeze drying (VFD) | 21.52±0.46b | 26.31±1.16bc |
| 日晒干燥 Sun drying (SD) | 23.50±0.35a | 22.03±2.46d |
| 热泵干燥 Heat pump drying (HPD) | 23.41±0.17a | 29.22±2.25ab |
| 热风干燥 Heat air drying (HAD) | 23.22±0.07a | 24.70±1.52cd |
| 微波干燥 Microwave drying (MD) | 23.39±0.34a | 16.91±0.48e |
| 真空热干燥 Vacuum heat drying (VHD) | 23.48±0.30a | 22.09±1.43d |
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2.1.2 Vc含量 不同干燥方式苦瓜Vc含量见表2。干燥造成了苦瓜中Vc含量的显著降低,各干燥方式下Vc含量差异显著,其中热泵干燥苦瓜的Vc含量最高为84.81 mg·100 g-1,微波干燥苦瓜Vc含量最低为6.64 mg·100 g-1。微波干燥苦瓜Vc含量仅为热泵干燥的7.81%,表明微波干燥对苦瓜中Vc的
破坏能力最强。
2.1.3 总酚和总黄酮含量 不同干燥方式处理下苦瓜的总酚和总黄酮含量见表2。干燥造成了苦瓜中总酚和总黄酮含量的显著降低,各干燥方式下总酚和总黄酮含量均有显著差异。其中热风干燥苦瓜的总酚含量最高为32.04 mg GAE·g-1,真空冷冻干燥苦瓜总酚含量最低为14.14 mg GAE·g-1。真空冷冻干燥苦瓜总酚含量为热风干燥的44.13%。热风干燥苦瓜的总黄酮含量最高为7.44 mg CE·g-1,真空冷冻干燥苦瓜总黄酮含量最低为0.36 mg CE·g-1,真空冷冻干燥苦瓜总黄酮含量仅为热风干燥的4.84%。
2.1.4 类胡萝卜素含量 不同干燥方式苦瓜类胡萝卜素含量见表2。干燥造成了苦瓜中类胡萝卜素含量的显著降低,各种干燥方式下类胡萝卜素含量差异显著,其中热泵干燥苦瓜的类胡萝卜素含量最高为0.86 mg·g-1 DW,日晒干燥最低为0.11 mg·g-1 DW。日晒干燥苦瓜类胡萝卜素含量仅为热泵干燥的12.79%,表明日晒干燥对苦瓜中类胡萝卜素的破坏能力最强。
2.1.5 总抗氧化能力 不同干燥方式对苦瓜总抗氧化能力的影响见表2。干燥后苦瓜总抗氧化能力显著下降。6种干燥方式中,热泵干燥、微波干燥和真空热干燥苦瓜的总抗氧化能力较强,3组之间无显著差异（P>0.05）。真空冷冻干燥苦瓜的ORAC指数最低。
2.2 不同干燥方式对苦瓜感官品质的影响
2.2.1 色泽 不同干燥方式对苦瓜色泽的影响见表3。L*表示物料的明度,不同干燥方式苦瓜的L*有显著性差异（P<0.05）,其中L*最高的是真空冷冻干燥,最小的是微波干燥。a*和b*分别表示红（+a*）/绿（-a*）和黄（+b*）/蓝（-b*）,不同干燥方式的苦瓜a*和b*均有显著性差异（P<0.05）,其中真空冷冻干燥和热泵干燥的a*为负值,表示苦瓜干偏绿色,日晒、真空热干燥、微波和热风干燥的a*值依次增大。各组干燥方式的苦瓜b*均为正值,表示苦瓜干偏黄色,其中热泵干燥黄值最高,真空热干燥黄值最低。ΔE显示真空冷冻干燥苦瓜干色泽变化最小,其次是日晒和热泵干燥。热风、微波和真空热干燥对苦瓜的色泽影响较大。Table 2
表2
表2不同干燥方式对苦瓜Vc、总酚、总黄酮含量和ORAC值的影响
Table 2Effects of different drying methods on Vc, total phenolics, flavonoid, carotenoid content and ORAC of M. charantia
| 干燥方式 Drying methods | Vc含量 Vc content (mg·100 g-1 DW) | 总酚含量 Phenols content （mg GAE·g-1） | 类胡萝卜素 Carotenoids cotent （mg·g-1 DW） | 总黄酮含量 Flavonoids content （mg CE·g-1） | 总抗氧化能力 ORAC （μmol TE·g-1） |
|---|---|---|---|---|---|
| 新鲜苦瓜 Fresh | 144.35±5.42a | 164.08±0.56a | 0.65±0.0037b | 10.12±0.26a | 455.64±5.56a |
| 真空冷冻干燥 VFD | 75.08±3.12c | 14.14±0.28g | 0.30±0.0016e | 0.36±0.08g | 113.23±8.88d |
| 日晒干燥 SD | 53.11±0.25d | 15.93±0.19f | 0.11±0.0047g | 1.44±0.14f | 178.41±0.98c |
| 热泵干燥 HPD | 84.81±7.02b | 24.38±0.70d | 0.86±0.0017a | 4.69±0.14d | 226.44±16.96b |
| 热风干燥 HAD | 45.82±6.94e | 32.04±0.37b | 0.41±0.0005c | 7.44±0.29b | 206.51±19.24c |
| 微波干燥 MD | 6.64±0.48g | 28.89±0.32c | 0.38±0.0044d | 6.61±0.14c | 224.66±1.72b |
| 真空热干燥 VHD | 22.75±6.26f | 23.41±0.60e | 0.16±0.0072f | 2.94±0.38e | 244.10±7.26b |
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Table 3
表3
表3不同干燥方式对苦瓜色差值的影响
Table 3Effects of different drying methods on values of color difference of M. charantia
| 干燥方式 Drying methods | 亮度 Lightness (L*) | 红绿值 Redness/greenness (a*) | 黄蓝值 Yellowness/blueness (b*) | 色差 Color change (ΔE) |
|---|---|---|---|---|
| 新鲜苦瓜 Fresh | 88.41±0.11a | -7.62±0.16g | 17.78±0.23c | - |
| 真空冷冻干燥 VFD | 82.80±0.14b | -6.97±0.14f | 18.66±0.27b | 5.91±0.17d |
| 日晒干燥 SD | 78.10±0.09c | 0.84±0.07d | 16.20±0.18c | 14.08±0.12c |
| 热泵干燥 HPD | 71.86±0.18d | -4.55±0.14e | 20.72±0.20a | 17.29±0.18b |
| 热风干燥 HAD | 70.42±0.39d | 1.91±0.16a | 18.97±0.54b | 20.88±0.33a |
| 微波干燥 MD | 68.89±0.24e | 1.41±0.01b | 17.49±0.09c | 21.95±0.17a |
| 真空热干燥 VHD | 71.17±0.31d | 1.21±0.06c | 15.63±0.10d | 19.96±0.21a |
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2.2.2 叶绿素含量 不同干燥方式对苦瓜叶绿素的影响见表4。叶绿素a含量最高的是热泵干燥,为1.54 mg·g-1 DW;最低的是微波干燥,为1.50 mg·g-1 DW;叶绿素b含量最高的是热泵干燥,为0.12 mg·g-1 DW;最低的是日晒干燥,为0.02 mg·g-1 DW。叶绿素a和叶绿素b的含量之和最高的是热泵干燥,为1.65 mg·g-1 DW;两者之和最少的是日晒干燥,为1.54 mg·g-1。因此,不同类型的叶绿素在不同干燥方式中的损失不一致,热泵干燥苦瓜的叶绿素损失最小。
Tab. 4
表4
表4不同干燥方式对苦瓜叶绿素和类胡萝卜素含量的影响
Tab. 4Effects of different drying methods on chlorophyll content of M. charantia (mg·g-1 DW)
| 干燥方式 Drying methods | 叶绿色a Chl a | 叶绿色b Chl b | 叶绿素a+叶绿素b Chl a+Chl b |
|---|---|---|---|
| 真空冷冻干燥 VFD | 1.52±0.00051b | 0.05±0.0016c | 1.57±0.0015b |
| 日晒干燥 SD | 1.52±0.00032b | 0.02±0.0018f | 1.54±0.0018d |
| 热泵干燥 HPD | 1.54±0.00032a | 0.12±0.00094a | 1.65±0.00083a |
| 热风干燥 HAD | 1.51±0.00024c | 0.04±0.0011d | 1.55±0.0011c |
| 微波干燥 MD | 1.50±0.00060d | 0.07±0.0024b | 1.57±0.0022b |
| 真空热干燥 VHD | 1.51±0.00073c | 0.03±0.0024e | 1.55±0.0021c |
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2.2.3 硬度 不同干燥方式对苦瓜干硬度的影响见图1。日晒干燥苦瓜干的硬度最大;热风和真空热干燥的硬度其次,两者间无显著性差异（P>0.05）;热泵和微波干燥苦瓜干硬度依次降低,两者间无显著性差异（P>0.05）;真空冷冻干燥苦瓜干硬度最小,显著低于其他干燥方式。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1不同干燥方式对苦瓜干硬度的影响
-->Fig. 1Effects of different drying methods on the hardness of M. charantia slices
-->
2.3 不同干燥方式对苦瓜微观结构的影响
图2-a为不同干燥方式处理后的苦瓜粉体外观形貌。真空冷冻干燥后的苦瓜呈淡绿色疏松粉末。热泵干燥后苦瓜呈黄绿色,但色泽均一度略差。日晒干燥苦瓜颜色偏黄,但亮度高。其余3种干燥方式所得苦瓜颜色较深且不均匀。图2-b和图2-c分别表示不同干燥方式苦瓜干纵截面和横截面的扫描电镜300倍放大后的结构。从纵截面结构可以看出,真空冷冻干燥苦瓜干为蜂窝状结构,空隙较大,结构松散,表面组织破碎;真空热干燥苦瓜干结构较蓬松,表面明显变性、皱缩和塌陷;热风、热泵和日晒干燥苦瓜干表面组织结构紧缩,网状结构复杂,结构较完整,且3种干燥方式的苦瓜表面微观结构差异不明显;微波干燥苦瓜干表面结构完好,组织收缩不明显,无突出。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2不同干燥方式苦瓜的组织结构
a：不同干燥方式苦瓜粉体形貌;b：不同干燥方式苦瓜干表面微观结构（×300）;c：不同干燥方式苦瓜干横截面微观结构（×300）。VFD：真空冷冻干燥;SD：日晒干燥;HPD：热泵干燥;HAD：热风干燥;MD：微波干燥;VHD：真空热干燥
-->Fig. 2Tissue structure of M. charantia with different drying methods
a: Effects of different drying methods on powder morphology of M. charantia; b: Scanning electron micrographs of different drying methods on M. charantia slices surface structure (×300); c: Scanning electron micrographs of different drying methods on M. charantia slices cross-section structure (×300). VFD: vacuum freeze drying; SD: sun drying; HPD: heat pump drying; HAD: heat air drying; MD: microwave drying; VHD: vacuum heat air drying
-->
对比不同干燥方式苦瓜干的横截面微观结构可以发现,真空冷冻干燥空隙较大,组织蓬松,蜂窝状结构均匀;真空热干燥苦瓜干横截面组织结构疏松,空隙很大,网状结构无规律;热风、热泵和日晒干燥苦瓜干横截面结构致密,组织干缩严重,结构不规则,呈现不同大小的空腔;微波干燥横截面结构组织松散,空隙很大,有明显的小碎渣。
3 讨论
3.1 不同干燥方式对苦瓜营养成分和抗氧化活性的影响
本研究比较了真空冷冻、日晒、热泵、热风、微波和真空热干燥方式对苦瓜干营养活性物质、色泽和结构的影响。结果表明热泵干燥和真空冷冻干燥所得苦瓜干多糖含量较高,微波干燥多糖含量最低。其原因可能是微波干燥引起C-O-C等具有极性的糖苷键发生极化,同时配合分子内部的剧烈运动,造成糖链断裂;且由于物料温度急剧升高,部分多糖发生美拉德和焦糖化反应,生成低聚糖或焦糖[16],最终造成多糖含量下降。本研究中热干燥方式（热风、微波、热泵、真空热干燥）的总酚和总黄酮含量均相对较高,且抗氧化活性明显高于非强热干燥方式（日晒和真空冷冻）,可能是因为大部分的酚酸都是与碳水化合物和蛋白质等大分子结合在一起,加热促进果蔬的组织细胞破碎和共价键的断裂,有利于酚类物质的溶出和提取[17]。尽管热加工过程中细胞破裂,会引起氧化和水解酶的释放,氧化细胞内的酚类物质。但高温过程同时也会造成内源酶的失活,从而阻止了酚类物质被氧化[18]。KIM等[19]研究发现整粒葡萄经150℃高温处理40 min后比100℃处理10 min具有更高的多酚含量。同样,本研究中热风干燥（95℃,3 h）苦瓜干中多酚和黄酮含量均高于热泵干燥（60℃,7 h）。CHANG等[20]比较新鲜、热风干燥以及冷冻干燥的番茄的抗氧化活性成分,发现新鲜的番茄含有较高的Vc,但总黄酮含量最低,热风干燥的番茄总酚含量最高。进一步测定各干燥方式下番茄酚类提取物的抗氧化能力,发现热风干燥的亚铁离子螯合能力和DPPH清除能力相对较好,和本研究的结果基本一致。另有****比较了新鲜和冷冻干燥的五种热带水果的抗氧化活性,发现冷冻干燥的各种水果总酚、抗坏血酸以及β胡萝卜素的含量均有所下降,且DPPH清除能力也相应下降,三价铁还原抗氧化能力（FRAP）除西瓜外都有所下降[21]。但冷冻干燥过的杨桃和芒果的抗脂质过氧化作用显著高于新鲜的水果,而新鲜的木瓜、甜瓜和西瓜的抗脂质过氧化能力显著高于冷冻干燥的水果。可见干燥对果蔬抗氧化活性的影响与果蔬种类有关。
3.2 不同干燥方式对苦瓜感观品质的影响
干燥加工可以延长苦瓜的货架期,但干燥过程中由于美拉德反应、色素降解、酶促褐变、抗坏血酸氧化等会造成产品色泽变化[22]。美拉德反应引起干燥苦瓜片的亮度下降,黄色增加,同时多酚氧化酶催化多酚氧化为醌,醌聚合并与细胞内氨基酸反应生成黑色素[3]。此外,Vc氧化生成的羰基化合物,例如α-和β-不饱和羰基是强促褐变剂,可以生成内酯、3-羟基-2-吡喃酮,5-羟甲基糠醛等呋喃类化合物[23]。本研究中真空冷冻干燥苦瓜酚类化合物含量最低,但色泽保留却优于加热干燥,可能是由于苦瓜中酚类物质含量较少[24],因此,酚类氧化引起的褐变在苦瓜干色泽中贡献度较小。而苦瓜中含有较多的Vc,因此,微波干燥过程中Vc氧化褐变与美拉德反应共同作用,使得苦瓜干色泽变化最为显著。此外,不同干燥方式对物料硬度的影响也不一致。影响硬度的主要原因是干燥过程中的水分迁移速率。水分在干燥过程中迅速去除,形成网络结构,造成组织纤维收缩。微波和真空冷冻干燥形成的孔状结构较多,其硬度相对较小[25]。热风干燥长时间处于高温状态,导致毛细管收缩严重,组织塌陷,形成相对致密的结构,且随着水分的迁移,表面形成硬壳[26],而日晒水分散发较慢,但前期的热风干燥使组织结构已经破坏,水分迁移更慢,更易形成硬壳,因此硬度最高。
3.3 不同干燥方式对苦瓜干组织结构的影响
物料在干燥过程中随着水分的迁移,内部孔隙率增加,细胞破碎、错位,毛细管收缩,组织结构塌陷,硬度增加。由于干燥方法的不同,物料内部结构变化不同[27]。干燥使果蔬体积产生不同程度的收缩与干燥方式的工作原理有关[28]。热风和热泵干燥时物料表面水分迅速蒸发,超过内部水分扩散速率,形成表面硬膜。随着干燥时间的延长,物料中心干燥收缩时又会出现内裂空隙,造成产品表皮起皱、表面硬度高复水性差等。真空热干燥是因为压力差,使原料处于负压状态下,水的沸点下降,物料容易形成微孔状疏松的结构。而微波干燥是电磁波作用使物料内部的水分子剧烈的碰撞和摩擦,从而使体系的温度迅速升高,水分汽化达到干燥的目的[29]。日晒干燥过程较慢,水分挥发较慢,本研究中先将苦瓜片热风干燥使大部分水分散失,再自然晒干。真空冷冻干燥是将物料中的水分从冰晶状直接升华,所占空间仍然保留,因此产品疏松多孔,收缩较小[30-31]。KROKIDA等[32]比较了不同干燥方式对香蕉、苹果、胡萝卜和马铃薯容积密度及孔隙率的影响,发现微波干燥或真空干燥的容积密度因物料品种不同而不同,冷冻干燥物料容积密度最低、孔隙率最高,微波、真空干燥较低。陈鑫等[25]用扫描电镜观察不同干燥方式对姬松茸组织结构的影响,发现热风干燥与真空热干燥后的姬松茸组织结构均发生了明显的变形、皱缩和塌陷;微波干燥能较好保持原始组织结构;真空冷冻干燥能保持良好的网状结构,与本研究结果基本一致。4 结论
真空冷冻干燥、日晒干燥、热泵干燥、热风干燥、微波干燥和真空热干燥6种不同干燥方式对苦瓜中营养物质、抗氧化活性、色泽和质构品质均有显著影响。热泵干燥能够更好的保留苦瓜中的多糖、Vc、黄酮、类胡萝卜素和叶绿素含量,具有更好的抗氧化活性。真空冷冻干燥能够更好的保持苦瓜的色泽,且具有更加疏松的组织结构,但所得苦瓜干中总酚和总黄酮含量最低且抗氧化活性最弱。微波和日晒干燥耗能最少,但苦瓜中营养成分损失较大,且褐变严重。综合考虑,热泵为苦瓜干燥加工的最佳方式。The authors have declared that no competing interests exist.
