保圣質(zhì)構(gòu)儀助力江南大學(xué)張慜教授團隊發(fā)表殼聚糖包衣對藍莓冷凍干燥影響文章

一、研究背景

藍莓被聯(lián)合國糧農(nóng)組織列為人類五大健康食品之一。然而，新鮮藍莓由于水分含量高，極易變質(zhì)，脫水在新鮮藍莓進一步加工前尤為重要。為了最大限度地保留藍莓的功能成分，冷凍干燥成為藍莓脫水的最佳辦法。然而，研究發(fā)現(xiàn)，藍莓有一層幾乎不透水的脂質(zhì)疏水性皮層，在干燥過程中阻礙了水分由內(nèi)部向周圍擴散，增加了表皮下的蒸汽壓，因此在干燥過程中可能會出現(xiàn)果汁溢出的情況。超聲預(yù)處理已廣泛應(yīng)用于包括干燥等各種食品加工中，然而，由于藍莓外皮的堅固性，單次超聲處理干燥效率滿足不了大家的需求。由于藍莓表皮的主要成分是一層脂質(zhì)疏水皮層，而碳酸氫鈉可以將脂質(zhì)水解成硬脂酸鈉，因此用碳酸氫鈉溶液代替?zhèn)鹘y(tǒng)的超聲水介質(zhì)，可以在保持超聲效果的同時，起到協(xié)同作用，促進藍莓表皮疏水層的破壞，強化干燥過程。然而，隨著外部果皮滲透性的增加，漿果在冷凍干燥過程中，特別是物料冰晶融化時，可能會發(fā)生果汁損失，包括水分和營養(yǎng)物質(zhì)的損失。殼聚糖作為一種安全的天然堿性陽離子聚合物，具有良好的成膜性能，在果蔬保鮮方面得到了廣泛應(yīng)用。

江南大學(xué)張慜教授團隊在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊（IF=8.2）上發(fā)表了題目為“Effects of chitosan coating on freeze-drying of blueberry enhanced by ultrasound pre-treatment in sodium bicarbonate medium"的文章（DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2021.03.172），文章研究了殼聚糖包衣對藍莓冷凍干燥前用碳酸氫鈉溶液超聲浴預(yù)處理后干燥及品質(zhì)特性的影響。在冷凍干燥前，采用殼聚糖包衣對藍莓進行預(yù)處理：單獨殼聚糖溶液浸泡（CH-A）、殼聚糖介質(zhì)超聲處理（US-CH）、先碳酸氫鈉介質(zhì)超聲處理后殼聚糖溶液浸泡（US-NaHCO3 + CH）和先碳酸氫鈉浸泡后殼聚糖介質(zhì)超聲處理（NaHCO3 + US-CH）。對照組為碳酸氫鈉溶液預(yù)浸（NaHCO3-A），水介質(zhì)超聲處理（US-W）和碳酸氫鈉介質(zhì)超聲處理（US-NaHCO3）。從干燥時間、褐變程度、花青素含量、抗氧化能力、水吸附能力和感官評價等方面評價冷凍干燥藍莓的干燥效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

二、實驗方法

1.樣品制備

為研究不同預(yù)處理對藍莓冷凍干燥效率和產(chǎn)品質(zhì)量的影響，每批300 g新鮮藍莓，采用7種不同的預(yù)處理方法：10%碳酸氫鈉溶液浸泡30 min（NaHCO3-A）， 1.5%殼聚糖溶液浸泡30 min（CH-A），水介質(zhì)超聲處理30 min（US-W），10%碳酸氫鈉介質(zhì)超聲處理30 min（US-NaHCO3），1.5%殼聚糖介質(zhì)超聲處理30 min（US-CH），先10%碳酸氫鈉介質(zhì)超聲處理30 min，再1.5%殼聚糖溶液浸泡30 min（US-NaHCO3 + CH），先10%碳酸氫鈉浸泡30 min，再1.5%殼聚糖介質(zhì)超聲處理30 min（NaHCO3+ US-CH）。處理后的樣品經(jīng)預(yù)處理后用吸水紙除去表面水分，將新鮮藍莓和處理后的藍莓放入- 80℃的冰箱冷凍10 h，將冷凍后的藍莓樣品單層均勻地鋪在多孔不銹鋼干燥盤中，冷凍干燥溫度設(shè)定為60℃，直到物料的重量恒定冷凍干燥過程結(jié)束。

圖1 冷凍干燥機原理圖

2.硬度測試方法

使用質(zhì)構(gòu)儀（TA.XTC，上海保圣）進行單次測試實驗。藍莓樣品用固定裝置固定在測試平臺上，防止在測試過程中移動。試驗參數(shù)的探頭類型、間隔時間、測試前速度、測試速度、測試后速度和觸發(fā)力分別為TA/2、10 s、2 mm/s、1 mm/s、2 mm/s和5 g。每組實驗重復(fù)10次，平均值作為藍莓樣品的質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果。

三、實驗結(jié)果

1.質(zhì)構(gòu)特性分析

圖2 不同預(yù)處理藍莓的凍干時間（a）、果皮微觀結(jié)構(gòu)（b）和照片（c）

圖3 不同預(yù)處理后藍莓干的硬度

硬度是間接表征物料在干燥過程中多孔結(jié)構(gòu)保存狀態(tài)的重要指標。材料的多孔結(jié)構(gòu)保持得越好，產(chǎn)品的硬度就越低。以未經(jīng)處理的凍干藍莓硬度（658.61 gf）為基準，從圖3可以看出，CH-A和US-NaHCO3樣品的硬度高于未經(jīng)處理的藍莓凍干樣品，而NaHCO3-A、US-W、US-CH、US-NaHCO3 + CH和NaHCO3+ US-CH樣品的硬度均低于未經(jīng)預(yù)處理的凍干藍莓樣品。結(jié)合圖2（a）和圖3的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干燥速率過高（US-NaHCO3樣品）或干燥時間過長（CH-A樣品）都會導(dǎo)致相應(yīng)的最終干燥藍莓產(chǎn)品硬度增加。這是因為干燥過程中水分遷移所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力會導(dǎo)致多孔結(jié)構(gòu)坍塌，干燥速度越快，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，而干燥時間越長，則會導(dǎo)致應(yīng)力對多孔結(jié)構(gòu)的作用時間增加。由于其相對合適的干燥速率，US-W樣品的硬度低。然而，作為一種即食性干燥產(chǎn)品，過于柔軟的質(zhì)地可能會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生負面影響。因此，在咀嚼口感方面，由NaHCO3-A和/或US-CH和/或US-NaHCO3+ CH處理的藍莓凍干產(chǎn)品可能更受消費者的喜愛。