真空冷冻干燥重组苹果脆片质构及吸湿特性的影响因素研究

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真空冷冻干燥技术(Freeze drying,FD)是一种利用低温条件下水分的升华达到脱水目的的干燥技术,可最大限度的保留干制果蔬的色泽、外观形态以及营养功能成分,目前已广泛应用于食品干制加工制造领域。然而,一些真空冷冻干燥果蔬食品存在结构疏松,易破碎,吸湿回软等问题,研究表明果蔬脆片的质构和吸湿特性主要由果蔬的化学物质基础决定。本研究以真空冷冻干燥苹果脆片为研究对象,通过探讨原料中不同化学组分与脆片质构和吸湿性的关系,明确影响果蔬脆片品质的关键化学组分。在此基础上研究细胞壁多糖物质和小分子糖对脆片质构和吸湿性的影响,为真空冷冻干燥果蔬脆片的品质调控提供理论依据和支撑。主要研究结果如下:(1)以苹果、草莓和芒果作为代表性水果原料,研究了水果中主要的干物质成分及其对脆片质构和吸湿特性的影响。结果表明,苹果、草莓和芒果中不溶性膳食纤维(Insoluble dietary fiber,IDF)、可溶性膳食纤维(Soluble dietary fiber,SDF)和水溶性物质(Water-soluble fraction,WSF)在组成和含量上存在显著差异。芒果中这三种组分的总含量最高(20.18%),且SDF组分的支链化程度高。苹果和草莓原料中,WSF的重量分别占干重的88.31%和73.29%,因此对脆片硬度的贡献作用显著高于IDF和SDF,是天然苹果脆片比草莓脆片的硬度值高26.67%的主要原因。WSF中果糖对吸湿性的影响最为显著,使得果糖含量高的天然苹果脆片比重组苹果、天然草莓和重组草莓脆片的吸湿性高8.90%、14.27%和30.52%。扫描电镜和光学显微镜图像表明,完整的细胞结构在重组后消失,重组脆片形成与天然脆片不同的气孔分布和脆性结构。(2)研究了添加不同细胞壁多糖组分对真空冷冻干燥重组苹果脆片质构和吸湿特性的影响。从苹果中提取醇不溶性固形物(Alcohol-insoluble residue,AIR)、不溶性膳食纤维(IDF)和可溶性膳食纤维(SDF)3类细胞壁多糖组分。在苹果浆中添加不同比例的细胞壁多糖组分,研究各多糖组分对脆片质构和吸湿特性的影响。结果表明,添加细胞壁多糖组分使脆片硬度提高0.56%~214.13%,脆度下降21.67%~65.14%。其中,同时添加2%IDF和2%SDF(2I-2S)使得脆片的硬度提高214.13%,脆度降低52.89%。此外,添加细胞壁多糖可显著提高脆片的玻璃化转变温度,降低吸湿性和振荡破损率。再者,相比其他两种多糖,添加SDF组分的脆片形成了更为均匀的典型蜂窝状多孔结构。(3)研究了果胶对真空冷冻干燥重组苹果脆片硬脆度、孔隙特征和吸湿动力学等核心品质的影响。与未处理组相比,当果胶添加量为5.0 mg/g~40.0 mg/g时,脆片呈现出典型的蜂窝状多孔结构,硬度提高100.57%~439.08%,脆度降低9.98%~26.73%,振荡破损率下降16.60%~55.78%。作为实验的阴性对照,经果胶酶处理的脆片形成了大小不均一的孔隙结构,其硬度下降34.03%,脆度降低13.23%,振荡破损率上升14.74%。此外,添加果胶的脆片吸湿性显著下降,相对湿度在70%~90%之间发生解吸迟滞现象,而经果胶酶处理的果块在吸附达到平衡时具有更大的质量,吸湿性增强。(4)利用纤维素、果胶和果糖构建了真空冷冻干燥水果脆片的三元模拟体系,在此基础上研究了不同果糖浓度对模拟脆片质构的影响。结果表明,果糖浓度从2%增加至40%时,干燥前复合溶液的黏度从28.12 m Pa.s增加至245.68 m Pa.s,溶液的共晶点降低13.80%~150.52%。此外,果糖浓度增加的同时,模拟脆片的共融点从1.24℃降低至-20.37℃,样品更容易发生孔隙的膨胀或坍塌,干燥样品内部表现出增加的总体孔隙率、孔径和壁厚,使得模拟脆片呈现出增加的硬度和咀嚼度,内聚力和弹性显著降低。随着冷冻干燥的一次干燥温度从-40℃、-20℃升高到20℃时,硬度呈现增加的趋势,同时在较低的果糖浓度下(16%)就达到了样品的融化温度,损失了模拟脆片样品的刚性质地。
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