金敬紅，孫曉明，姚正穎，陳文華

(1.中華全國供銷合作總社南京野生植物綜合利用研究所，江蘇 南京 210042；2.浙江師范大學行知學院，浙江 金華 321004)

南瓜(Cucurbitamoschata)為葫蘆科南瓜屬植物，果實和種子均可食用。南瓜富含胡蘿卜素、果膠膳食纖維和多糖、糖蛋白和γ-氨基丁酸，不僅可以補充日常營養(yǎng)，還對緩解胃潰瘍、中輕度糖尿病、便秘等具有良好功效[1-2]。高品質的南瓜干制品已經成為很多中高檔功能性食品、休閑食品的常規(guī)原料，受到越來越多的關注。

目前，南瓜常用的干制技術包括熱風干燥技術、真空冷凍干燥技術等。其中，熱風干燥技術干燥溫度高，產品品質差，干燥過程中會嚴重損失熱敏性營養(yǎng)成分。真空冷凍干燥技術是將物料預凍至冰點以下，使物料中的水分變?yōu)楣虘B(tài)冰，然后在較高的真空度下采用電能或者蒸汽加熱物料，使得物料中的冰會直接升華為蒸汽而被除去，物料即被干燥[3-4]。真空冷凍干燥技術具有干燥溫度低，物料揮發(fā)性成分和受熱變性的營養(yǎng)成分和芳香成分損失很小，能夠更好地保持物料原有的性狀，復水性好、含水量低等優(yōu)點，是果蔬、生物制品、藥品首選的干燥方法。但該技術也有設備投資大、干燥周期長、干燥成本高、微生物易超標等缺點。

如何實現在保證干制南瓜的高品質基礎上加快干燥速度、降低生產成本成為南瓜高品質干燥的關鍵。聯合干燥工藝是依據物料的特性，將兩種或兩種以上的干燥工藝聯合，優(yōu)勢互補，分階段或同時進行的一種復合干燥技術，它能夠減少干燥的經濟性與成品質量之間的矛盾，代表了干燥技術的發(fā)展方向[5-9]。由于干燥過程中不同物料的組織結構不同，很多情況下組織結構的強度跟水分含量密切相關，水分含量高的時候組織結構相對強度低，變換干燥方式可能導致物料表面出現塌陷等問題，造成干制南瓜品質的下降。因此，在聯合干燥工藝的不同干燥方法轉換過程中，轉換點的確定尤為重要。

真空微波干燥技術是在高真空條件下，以微波直接作用于物料的內部水分，在交變電磁場的作用下使物料中的水分子高速運動，水分子摩擦生熱，溫度升高而快速蒸發(fā)，具有物料內外同時加熱、傳熱速度快、干燥溫度低、干燥速度快、干燥后物料品質好等優(yōu)點[10-12]，也存在設備投資相對較高、存在干燥邊緣效應等缺點。

本研究采用微波凍干和傳統(tǒng)的電加熱真空冷凍干燥(以下簡稱凍干)兩種干燥工藝組合，通過對南瓜凍干過程中微波功率、水分轉換點等因素的研究，確定微波-電能聯合凍干的最佳工藝，研究微波-電能聯合凍干工藝對凍干南瓜品質(營養(yǎng)保持、感官、復水性、微生物等)和干燥能耗方面的影響，為干制南瓜產業(yè)優(yōu)化提供技術支撐和理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料

購自超市的色澤金黃、肉質厚、無病蟲害的長南瓜。

1.1.2 儀器

微波-電能聯合凍干機：自制。

JTD-6000電熱恒溫鼓風干燥箱(常州諾基儀器有限公司)，立式壓力蒸汽滅菌鍋(上海申安醫(yī)療器械廠)，SW-CJ-1F型單人雙面凈化工作臺(蘇州凈化設備有限公司)，SPX-50B全自動智能型恒溫培養(yǎng)箱(北京恒諾利興科技有限公司)，TU-1800紫外-可見光分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)，DW-FW110超低溫冷凍儲藏箱(中科美菱)，Setra El-410s型天平等。

1.1.3 試劑

氯化鈉，分析純；抗壞血酸，分析純。平板計數瓊脂平板技術瓊脂培養(yǎng)基(PCA)、結晶紫中性紅膽鹽瓊脂(VRBA)和煌綠乳糖膽鹽肉湯(BGLG)。

1.2 試驗方法

1.2.1 南瓜前處理

原料挑選、切片、去雜：選擇成熟度一致、表面光滑、金黃色的南瓜，沖洗、去皮、籽、瓤、蒂后切成7～8 mm的薄片。

燙漂護色：將南瓜片放入95℃熱水中燙漂3 min，瀝干20 min，用吸水紙吸取表面水分備用。

冷凍：將切分后(燙熟)的南瓜片取出，整齊鋪在物料盤上，放入-40℃冷凍柜冷凍24 h定型。

每批次投料量：500 g。

1.2.2 微波-電能聯合凍干工藝優(yōu)選

將預凍好的南瓜樣品置于微波-電能聯合凍干機內，首先進行凍干，加熱溫度設定55℃，分別以凍干4 h、4.5 h、5 h、5.5 h后的樣品轉入微波真空冷凍干燥，微波功率分別采用300、400、500 W。干燥結束后測產品含水量，觀察比較其外觀塌陷和皺縮程度和色澤，確定最佳水分轉換點和微波功率。水分轉化點以凍干開始的時間計算，可以從凍干曲線(圖3)得出其對應的水分含量。

1.2.3 不同干燥工藝比較

南瓜樣品分為兩組，分別采用凍干工藝和1.2.2中優(yōu)選出的優(yōu)化的微波-電能聯合凍干工藝進行干燥處理，每組投料500 g，每組重復試驗三次。具體干燥工藝如下：

(1)冷干工藝：冷凍南瓜片→入真空干燥設備→真空脫水干燥→成品

(2)微波-電能聯合凍干工藝：冷凍南瓜片→入凍干倉→真空凍干→真空微波凍干→成品

將經過預處理的南瓜分別進行凍干和微波-電能聯合凍干，測定干燥后的南瓜的含水量、菌落總數、營養(yǎng)成分、干燥耗能、感官評價，對比不同預處理方式和不同干燥方法對干制南瓜品質的影響。其中，營養(yǎng)成分以穩(wěn)定性較差的Vc作為代表。

1.2.4 指標測定方法

含水量測定采用GB 5009.3-2016中的直接干燥法。

VC含量采用紫外可見分光快速測定法：根據VC具有對紫外產生吸收對堿不穩(wěn)定的特性，于243 nm處測定樣品液吸光度，通過比對標準曲線，即可計算樣品中VC的含量[13]。

菌落總數測定參照GB4789.2—2016平板計數法。能耗采用在微波-凍干機組單獨懸掛電能表直接測定。

1.2.5 產品感官評價方法

干燥后的南瓜的感官評價要求如表1所示。

表1 產品感官評價

其中復水性可以通過復水比體現，是產品在一定時間內復水后質量與復水前質量之比。復水比大，說明復水性好。將稱量后的樣品放入35 ℃恒溫的蒸餾水中，30 min后，取出瀝干20 min，并用吸水紙除去表面水分，稱量[14]。

復水比計算公式：RR=M1/M2

式中：RR—復水比；M1—復水后質量(g)；M2—復水前干制品質量(g)。

1.3 數據處理

采用Excel 2007進行數據處理和作圖。

2 結果與分析

2.1 南瓜真空冷凍干燥曲線

由圖1可知，采用單純的凍干技術干燥南瓜需要較長的干燥周期，干燥時間長達15 h含水率才能降到3%以下。凍干過程被劃分為升華和解析階段，升華階段物料溫度上升速度比解析階段快，物料中大部分的自由水是在此階段被去除的。主要由于在干燥前期，升華的表面積較大，干燥速度較快；隨著升華的進行，不能升華的多孔固體狀基體被保留下來，隨著表面水分的升華，自由水從表面逐漸向內部退縮，導致升華表面越來越小，傳質阻力越來越大，使得干燥速率越來越小。冷凍干燥到了最后階段，隨著自由水接近全部去除，干燥速率明顯下降，欲去除這部分的結合水需要更長時間及更多能耗[15]。

圖1 南瓜真空冷凍干燥曲線Fig. 1 Freeze-drying curve of Pumpkin

2.2 南瓜微波-電能聯合凍干水分轉換點的確定

從圖2可以看出，在不同的凍干水分轉化點轉化為微波凍干，最終產品南瓜產品的外觀具有明顯的差別，凍干水分轉化點為4.5 h之后的南瓜產品外形變化較小，低于4.5 h的南瓜產品表面具有明顯的塌陷，影響南瓜產品的感官品質。因此，南瓜的微波-電能聯合凍干水分轉化點可以確定為4.5 h，對應的水分含量為68%。

圖2 不同凍干水分轉化點的南瓜產品Fig. 2 Pumpkin slices with different freeze-drying conversion points

2.3 聯合凍干下不同微波功率和水分轉換點對南瓜品質的影響

表2可知，微波功率的大小對南瓜的品質有明顯影響，微波功率大，干燥所用時間縮短，但由于微波的邊緣效應易出現焦黑。不同轉換點之后使用同樣微波功率進行干燥，4.5 h后的樣品無塌陷，外觀色澤也更好，推測可能因為4 h后樣品中還存留冰晶，此時進行真空微波干燥，冰晶融化速率較慢，樣品內部結構遭到破壞，導致最終產品色澤較差，塌縮現象較為嚴重。凍干4.5 h之后，微波功率低時，色澤更接近于單純凍干的色澤，而當微波功率大時，干燥時間較短,但顏色變化較大，局部邊緣區(qū)域有焦黑現象。結合兩者的結果，得出凍干4.5 h后，微波凍干功率為400 w較為適宜。

2.4 優(yōu)化的聯合干燥工藝對南瓜產品質量的影響

2.4.1 對南瓜干燥曲線的影響

在微波-電能聯合凍干后期微波直接作用于南瓜內部水分，加快內部水分遷移，明顯加快了南瓜干燥速度，大幅度縮短干燥時間(圖3)，引起干燥曲線的明顯變化。

由圖3可知，聯合干燥工藝干燥至終點所需時間從單純的凍干工藝的16 h縮短到7 h，明顯少于凍干工藝，說明聯合干燥能夠在干燥后期沒有冰晶存在的條件下，微波直接作用于南瓜內部水分子，加速了水分子的遷移速度，大大加快了南瓜干燥速度。

表2 水分轉換點及微波功率對南瓜品質的影響

圖3 不同干燥工藝對南瓜干燥曲線的影響Fig. 3 Effects of different drying methods on drying curve of Pumpkin

2.4.2 對凍干南瓜產品中Vc的影響

果蔬凍干最主要的優(yōu)點是營養(yǎng)成分保留率極高，采用微波干燥則對果蔬營養(yǎng)成分有一定破壞，營養(yǎng)成分具有一定損失。常規(guī)營養(yǎng)成分如蛋白質、脂肪、碳水化合物等穩(wěn)定性較好，變化不大，諸如Vc等熱敏性營養(yǎng)成分受干燥工藝影響很大，微波-電能聯合凍干對于果蔬Vc的影響如表3所示。

表3 兩種干燥工藝對干制南瓜產品Vc的影響

由表3中可以看出，Vc是果蔬營養(yǎng)成分中穩(wěn)定性較差的成分，在干燥過程中比較容易被破壞，熱風干燥的VC損失率有時候達到50%～60%。凍干和微波-電能聯合凍干樣品中 Vc保留率相差不明顯，保留率都超過了95%，這表明聯合干燥工藝也可以很好的保證南瓜干燥產品品質。

2.4.3 對凍干南瓜感官性能的影響

由表4可以看出聯合干燥產品與單純凍干的產品無論是色澤還是形態(tài)都非常接近，兩種工藝的干制品復水性能都不錯，聯合干燥產品的復水性能稍優(yōu)于凍干產品，可能是微波直接作用于南瓜內部的水分，內部的加熱造成干制品的內部更加酥松，提升了干制品的復水性能[16]。

表4 兩種干燥方式對南瓜產品外觀的影響

2.4.4 對凍干南瓜產品菌落總數的影響

微波在果蔬干燥過程中由于微波熱效應與非熱效應的共同作用，使微生物的蛋白質和生理活動物質發(fā)生變異，從而導致微生物體生長發(fā)育延緩和死亡，達到殺菌目的。微波-電能聯合凍干對干制南瓜中微生物數量具有明顯影響(表5)。

表5 兩種干燥方式對干制南瓜中菌落總數的影響

由表5可知聯合干燥的南瓜中菌落總數明顯低于冷干南瓜中的菌落總數，說明即使在較低的干燥溫度下，微波對于微生物還是具有較強的殺滅作用。

2.4.5 對干燥能耗的影響

表6 兩種干燥方式能耗

由表6可知，聯合干燥工藝在干燥最終產品質量相近的情況下，縮短干燥時間53%，降低干燥能耗48.8%，具有明顯的節(jié)能增效作用。

3 結論

采用微波-電能聯合凍干進行南瓜干燥，得到的干制南瓜感官品質與單純凍干南瓜接近，復水性更佳，復水比均超過10；對一些熱敏性的營養(yǎng)成分的保留率很高，如Vc的保留率超過95%，與單純凍干方法很接近。通過對比兩種干燥后產品的菌落總數，可以看出微波-電能聯合凍干相較于純粹的凍干能夠顯著降低南瓜產品的微生物數量，下降63.3%，有助于解決果蔬凍干過程中微生物易超標的難題，對于提升、穩(wěn)定凍干果蔬的品質具有積極的意義。

采用微波-電能聯合凍干與純粹的凍干相比較，凍干速度大大加快，凍干周期縮短，單位能耗降低明顯，能耗降低達到48.8%，可以有效降低果蔬凍干的生產成本，提升企業(yè)的市場競爭力，提升企業(yè)的經濟效益。本研究為未來微波-電能聯合凍干的產業(yè)化應用提供了理論基礎。