不同干燥方式对酸菜干燥特性及品质的影响

易军鹏1,2*,贺健1,董晶寅1,李欣3,段续1

1(河南科技大学 食品与生物工程学院,河南 洛阳,471000)2(漯河职业技术学院 食品工程系,河南 漯河,462002) 3(河南科技大学 化学化工学院,河南 洛阳,471000)

摘 要 以新鲜酸菜为原料,研究热风干燥(hot air drying, HAD)、真空冷冻干燥(vacuum freeze drying, FD)和微波真空冷冻干燥(microwave vacuum freeze drying, MFD)对其干燥特性及品质的影响。结果表明,MFD处理下酸菜干燥时间(2.5 h)最短、平均干燥速率[5.18 g/(g·h)]最大、所用能耗(25 kJ/g)最低,分别为HAD的50%、1.99倍和55.56%,FD的13.89%、7.25倍和6.17%;品质方面MFD酸菜色泽最接近新鲜酸菜(ΔE=3.71),复水比(9.11)及感官评分(88分)均优于FD与HAD酸菜。扫描电子显微镜结果显示,MFD酸菜的组织细胞排列整齐且皱缩最小,与FD酸菜相近;经干燥后,酸菜的总酸含量均有所下降,pH值略有升高,这是低分子有机酸挥发所致,而FD与MFD对酸菜的特征香气组分留存最优。综上3种干燥方法中,MFD干燥酸菜周期最短、能耗最低、品质最优,为酸菜较为理想的干燥方式。

关键词 酸菜;热风干燥;真空冷冻干燥;微波真空冷冻干燥;挥发性成分

酸菜特指大白菜(Brassica pekinensis Rupr.)经盐渍并低温自然发酵制成的蔬菜加工品[1]。酸菜的发酵过程中起主导作用的为乳酸菌群,其代谢产物构成了酸菜的主要风味物质,并增强了酸菜助消化、降低胆固醇和调节肠道菌群的功能[2]。目前商业酸菜制品多为软罐头形式包装,含水量高,体积大且需要冷藏,运输及贮藏成本较高[3]。而且贮藏期间易过度酸化及胀袋,因此防腐剂的添加也较为普遍[3],对酸菜的营养功能有一定制约。

干燥是一种常用的延长食品货架期的加工方式。通过消除食品的自由水分,可缩小体积并抑制有害菌繁殖,有利于食品的保存和运输[4]。热风干燥(hot air drying, HAD)和真空冷冻干燥(vacuum freeze drying, FD)是常见的食品干燥方式。HAD具有设备操作简单、成本低、产量大等优点,是目前我国脱水蔬菜的主要生产工艺。但其易造成干燥产品表面硬化、营养成分损失和色泽褐变,产品品质较差[5]。FD能较好地保持物料的营养、外观与风味,且干制品复水性能较好,产品品质高,常用于高端水果蔬菜的脱水产品制备。但其干燥周期长、成本与能耗高[6]。微波真空冷冻干燥(microwave vacuum freeze drying, MFD)技术将微波能量引入真空冷冻干燥,将其作为冷冻物料升华脱水所需的热量来源,从而有效缩短干燥时间,提高干燥效率[7-8]。但微波具有辉光放电的现象,可能会导致产品品质不稳定,因此MFD技术更适用于片状与小体积物料[9]。张海伟等[10]比较了HAD、FD与三段式MFD处理后的香菇,结论为三段式MFD的干燥加工时间最短,产品复水性最高,样品风味与口感最佳。DUAN等[11]研究表明,微波冷冻干燥处理的双孢菇干制品品质与冷冻干燥的产品相当,但其能耗远远低于冷冻干燥。赵庆亮[12]通过对比研究真空干燥、微波真空干燥、FD和MFD对苹果片干制品品质的影响,发现MFD得到的苹果片综合品质最优,且能耗较FD可节约59.02%。黄略略等[13]利用不同干燥方式处理铁棍山药,发现HAD山药品质最差,FD与冻干真空微波联合干燥都保持了山药原有的细胞结构,冻干真空微波联合干燥的干燥时间比FD缩短31%。

目前,不同干燥方式对水果、蔬菜、中药材等产品品质的影响均有研究,但关于酸菜干燥的研究鲜有报道。酸菜作为一种低脂、低糖的益生菌发酵食品,符合当代人们对健康食品的需求,而加工贮藏方式对其品质的影响是决定其商业化发展的主要因素之一。本研究分别采用HAD、FD和MFD这3种干制技术,对新鲜酸菜进行处理,对干燥特性及干制品的品质、风味与微观结构进行检测,旨在筛选最优的酸菜干燥加工工艺,满足其作为调味品、汤料辅料、高端蔬菜包等深加工产品的需求。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酸菜:发酵菌种为植物乳杆菌,市售,沈阳榆园食品有限公司;其余试剂为国产分析纯;试验用水均为蒸馏水。

1.2 仪器与设备

CS-001X型快速水分测定仪,深圳市冠亚技术科技有限公司;101型电热鼓风干燥箱,北京市永光明医疗器械厂;LGJ-10D型真空冷冻干燥机,北京四环科学仪器厂有限公司;微波真空冷冻干燥机,实验室自制[7];D-110型色差仪,美国爱色丽公司;TM3030型台式电镜,日本电子株式会社;TSQ9000型三重四级杆GC-M联用仪,赛默飞世尔科技(中国)有限公司;HSS-10A型顶空进样器,北京博赛德科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 酸菜预处理

酸菜挤干水分,切长条(6 mm×1 mm),初始湿基含水率约为92.94%。

1.3.2 干燥实验设计

称取3份等重的预处理后的酸菜原料,分别平铺至干燥盘。HAD条件为热风温度55 ℃,热风风速1 m/s;FD条件为-25 ℃预冻12 h,冷阱温度-50 ℃,真空度1 Pa;MFD条件为-25 ℃预冻12 h,冷阱温度-40 ℃,微波功率300 W,真空度200 Pa。3种方法的干燥终点为酸菜干基含水率≤0.35 g/g。

1.3.3 干燥特性指标测定

样品水分含量依据国标GB5009.3—2016《食品中水分的测定》的直接干燥法测定,并计算其干基含水率(g/g)。干燥速率取单位时间的平均速率;复水比的测定是按照干品与蒸馏水的料液比1∶100,在40 ℃下恒温浸泡80 min,而后沥干10 min,并用滤纸吸干表面水分后称重。复水比[7]计算如公式(1)所示:

复水比

(1)

式中:m1,样品复水前质量,g;m2,样品复水后质量,g。

1.3.4 色泽的测定

采用色差仪测定酸菜干品的L*a*b*,每个样品选取3个不同位置检测,结果取平均值。其色差值(ΔE)[14]的计算如公式(2)所示:

(2)

式中:L*,明暗度;a*,红绿色度;b*,黄蓝色度;L0a0b0分别表示新鲜酸菜相应数值。

1.3.5 微观结构观察

将酸菜干品避开主叶脉,分别切取菜帮和菜叶样品(约4 mm×6 mm),固定后经离子溅射喷金,再使用扫描电镜观察,工作电压为4.0 kV,采集图像。酸菜叶样品放大倍数为500倍与800倍,酸菜帮放大200倍。

1.3.6 pH值及总酸测定

将酸菜干品加水研磨成浆,过滤后用pH计测定滤液的pH值。总酸按照国标GB/T 12456—2021《食品中总酸的测定》的酸碱指示剂滴定法检测,以乳酸计。

1.3.7 感官评定

酸菜干品在100 ℃下浸泡5 min复水,而后由10名感官评价人员参照表1即时进行感官评定。评定标准参考国标GB 2714—2015《酱腌菜》及地方标准DBS22/025—2014《酸菜》中的感官要求制定,以100分制计。

表1 酸菜复水品感官评价表
Table 1 Sensory evaluation table of sauerkraut rehydration product

指标评定标准得分/分淡黄色、有光泽、接近新鲜酸菜17~25色泽浅黄褐色、略有光泽 9~16深黄褐色、无光泽0~8具有特定的酸香气、无焦味、易被接受17~25气味酸香气较淡、微焦味、可以接受 9~16酸香味丧失、有明显焦味、难以接受0~8颜色透亮、组织致密完整、接近新鲜酸菜17~25外观颜色较暗、组织较疏松 9~16颜色深暗、组织疏松破碎0~8口感脆嫩鲜香、容易咀嚼17~25口感口感微硬淡香、较易咀嚼 9~16口感较硬有焦味、咀嚼困难0~8

1.3.8 干燥能耗的测定

干燥能耗以干燥每单位质量水分的耗能计,单位为kJ/(g·H2O)[15],其计算如公式(3)所示:

(3)

式中:N,干燥能耗,kJ/g;P,电机输入功率,kW;t,干燥时间,h;m,脱水量,g。

1.3.9 挥发性成分分析

分别称取酸菜干品1.0 g(新鲜酸菜6.0 g),加水和NaCl研磨成浆,置入顶空瓶中至2/3处,盖好备用。

顶空进样器条件:平衡时间为30 min,平衡温度为80 ℃,六通阀温度为85 ℃,传输线温度为110 ℃,加压时间为0.2 min,排空时间为0.2 min,反吹时间为0.2 min,进样时间为1 min。

色谱条件:参考方炎鹏等[16]方法,并稍作修改。TG-WAXMS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);炉温为250 ℃,不分流进样;载气(He),流速1.0 mL/min;升温程序:初始温度为40 ℃,以5 ℃/min升温至60 ℃,再以6 ℃/min升温至140 ℃,最后以8 ℃/min升温至230 ℃,保持10 min;FID检测器,检测温度250 ℃。

质谱条件:电子轰击离子源,电子能量70 eV,离子源温度200 ℃;250 ℃进样;激活电压1.5 V;质量扫描范围33~450 u,扫描时间40 min。

1.4 数据处理

每组试验重复3次,结果取平均值。运用Origin 2017软件对试验数据进行相关处理、数据分析和作图。

2 结果与分析

2.1 干燥方式对酸菜干燥特性的影响

由图1可以看出,当酸菜干燥至终点时,MFD、HAD、FD所需的时间分别是2.5、5、18 h,平均干燥速率分别为5.18、2.60、0.71 g/(g·h)。由图1-b可知,在酸菜干燥过程中,FD干燥速率曲线整体呈先缓慢上升后又缓缓下降趋势,干燥速率变化缓慢,HAD与MFD的干燥速率曲线变化十分明显,干燥过程主要以降速阶段为主,速率都相对较大。FD是利用冰晶升华的原理使物料脱水的一种干燥技术,可分为升华和解析2个干燥阶段,FD过程中酸菜叶片的受热单纯靠室温和干燥设备之间的温度差来传热的,并且酸菜在解析阶段时需要一个漫长的过程将其体内的结合水脱除,传热传质效率低[6],因此FD干燥速率明显低于另外2种,干燥时间也最长。HAD以热空气作为热源,热量由酸菜表面逐渐向酸菜内部扩散完成传热,水分从酸菜内向叶表面扩散直至蒸发[5],故HAD干燥速率较快,其平均干燥速率约为FD干燥速率的3.66倍,干燥时间较短,约为FD干燥时间的27.8%。MFD在FD的基础上加入微波来提供冰晶升华的潜热,干燥效率大大提升,仅需2.5 h就达到了干燥终点,干燥时间最短分别约为FD的13.89%、HAD的50%,干燥速率最大,其平均干燥速率分别约为FD干燥的7.25倍、HAD的1.99倍。

a-干燥曲线;b-干燥速率曲线
图1 不同干燥方式下,酸菜(干基)含水率和干燥速率的变化
Fig.1 The variation of the moisture content (d.b.) and drying rate of sauerkraut by using different drying methods.

2.2 干燥方式对酸菜复水比和色泽的影响

不同干燥方式对酸菜复水比和色泽的影响如表2所示。复水比和色泽是评价果蔬干制品品质的重要指标,复水比表示干样品再次吸水后恢复至原来状态的程度,是常用的复水性能参数[7]。由表2可知,这3种干燥方式得到的酸菜复水比差异显著(P<0.05),大小为MFD>FD>HAD,其中MFD的酸菜干样品复水性能最佳,复水比为9.11±0.61,是HAD的1.89倍,是FD的1.07倍。FD酸菜在干燥过程中温度较低,水分直接以升华方式散失,避免了高温对酸菜的损害,保持了酸菜内部良好的气孔和组织细胞结构[17],使得酸菜具有较优的复水能力。MFD在FD的基础上引入微波作为酸菜中水分升华的热源,可直接穿透物料对酸菜内外进行整体加热,大大缩短干燥周期,使酸菜的组织细胞结构更均匀、气孔更完整、且降低了物料结构坍塌,因此复水性高于FD酸菜[18]。HAD干燥时间长、温度高、使得酸菜内部组织细胞皱缩,叶片气孔出现糊化现象,降低了酸菜叶气孔的复水能力,导致复水比较低[17]

表2 不同干燥方式对酸菜复水比和色泽的影响
Table 2 Effects of different drying methods on rehydration ratio and color of sauerkraut

干燥方式复水比/(g·g-1)L∗a∗b∗ΔEHAD4.81±0.42b44.63±2.40c-0.29±0.36a13.28±0.57b4.36±0.78bFD 8.55±0.65b64.63±0.79a-0.72±0.41b15.66±1.50a15.44±1.82aMFD9.11±0.61a51.23±1.45b-0.68±0.36b13.41±1.87b3.71±0.65c

注:同列不同字母表示差异显著(P<0.05)

以新鲜酸菜的色泽数据(L0=48.22±1.22,a0=-1.66±0.32,b0=15.34±1.76)为标样可以看出,不同干燥处理后酸菜的色泽差异显著(P<0.05)。L*值表示样品的亮度,FD酸菜干品的L*值远大于其他2种干品及新鲜酸菜。这可能是由于冻干过程中细胞内大量冰晶的形成,使细胞体积涨大,细胞透光性增强,因此酸菜亮度增加。同理,MFD酸菜的L*值也大于新鲜酸菜。并且与MFD相比,FD的干燥时间更长,细胞受冰晶膨胀影响更大,这在图2中酸菜干品的微观结构中也可以看出。HAD酸菜的亮度最低,这是由于酸菜与热空气接触时间较长,导致酸菜发生了酶促褐变和美拉德反应造成的[19]。FD酸菜的b*值与新鲜酸菜相近,且a*值增加最小,显示FD酸菜能够更好地保持酸菜原有的黄绿色,而HAD酸菜与MFD酸菜由于热空气和微波对酸菜胞内叶绿素的降解,使其颜色与新鲜酸菜有一定差距。ΔE是表示干样品与新鲜样品的色泽差异指标,ΔE越小表示色泽越接近新鲜样品,分析结果表明酸菜经FD后颜色较新鲜酸菜更亮更白,ΔE最大,而MFD处理后的酸菜ΔE最小,色泽最接近新鲜酸菜。

2.3 干燥方式对酸菜微观结构的影响

不同干燥方式处理下酸菜的微观结构如图2所示,HAD处理的酸菜叶与酸菜帮皱缩严重,细胞壁结构塌陷,排列松散。放大800倍观察气孔开口较少,出现糊化现象,这说明HAD下热空气传热效率低,使得酸菜表面容易出现皱缩和硬化现象,这也是导致表2中HAD酸菜复水性最差的主要原因。FD下的酸菜叶与帮表面皱缩较小,细胞壁结构较为完好。800倍下酸菜叶气孔部分张开,表面褶皱糊化较轻,程度明显低于HAD,FD中物料水分由冰晶状态直接升华,酸菜的组织结构和形态影响较小,因此具有较好的组织结构和产品形态;MFD过程中由于微波的加入,酸菜干燥具有均匀性与高效性[8],同时酸菜中的冰晶在短时间里快速升华,使得酸菜组织细胞保存更为完整,微观状态下酸菜叶与帮结构相对比较平坦,与HAD、FD相比皱缩最小,细胞壁结构清晰完好,排列整齐有序且800倍下酸菜叶气孔开口较多。

a-HAD;b-FD;c-MFD
图2 不同干燥方式下酸菜的微观结构
Fig.2 The microstructure of sauerkraut under different drying methods 注:每组图中由左至右分别为放大500、800倍的 酸菜叶和放大200倍的酸菜帮

2.4 干燥方式对酸菜pH及总酸的影响

pH及总酸含量是影响酸菜酸味及风味的重要指标[20],不同酸菜干品的pH及总酸的检测结果如图3所示。与新鲜酸菜相比(pH=3.47±0.02),3种酸菜干品的pH均显著增高(P<0.05),其中FD酸菜的pH值最小(pH=3.68±0.03),最接近新鲜酸菜。HAD酸菜的pH值最大。4个样品的总酸含量为0.657~1.256 g/100 g,均在行业标准范围之内。与新鲜酸菜相比,酸菜干品的总酸含量均显著降低(P<0.05),这应该是酸菜中的低分子有机酸在干燥过程的挥发损失导致的。其中FD酸菜的总酸含量最大[(0.759±0.028) g/100 g];HAD酸菜的总酸含量最小[(0.657±0.017) g/100 g],这是因为其酸菜中的有机酸受热影响较大,HAD干燥过程中的热分解作用致使有机酸损失较多。MFD由于采用微波作为热源,因此总酸含量与HAD相近。

2.5 干燥方式对复水酸菜感官品质的影响

由图4可以看出,不同干燥方式对复水酸菜感官品质影响很大,MFD复水酸菜感官评分(88分)最高,与FD复水酸菜(81分)在口感和气味上差异不大,只有在外观和色泽上有差异。HAD复水酸菜感官评分(56分)最低,且明显低于FD与MFD复水酸菜。

图3 不同干燥方式对酸菜pH及总酸的影响
Fig.3 Effects of different drying methods on the pH and total acid of sauerkraut

图4 不同方式干燥后的复水酸菜的感官评分
Fig.4 Sensory scores of rehydrated sauerkraut treated by different drying methods

2.6 干燥方式对酸菜干燥能耗的影响

由表3可知,MFD所需要的时间仅为HAD的一半,FD的13.89%,而其能耗约为HAD的55.56%,FD的6.17%。这说明3种干燥方式中,MFD酸菜周期最短,所用能耗最低,FD酸菜周期最长,能耗最高。这与朱彩萍等[21]对平菇微波-真空冷冻联合干燥能耗研究结果相近。

表3 不同干燥方式对酸菜干燥能耗的影响
Table 3 Effects of different drying methods on the energy consumption of sauerkraut drying

干燥方式干燥时间/h干燥能耗/(kJ·g-1)HAD 5±0.0345±0.26FD 18±0.05405±0.15MFD2.5±0.02 25±0.12

2.7 干燥方式对酸菜干制品主要挥发性成分的影响

新鲜酸菜及不同酸菜干制品通过顶空进样GC-MS法检测分析后,得到了不同酸菜干制品中主要挥发性物质的种类和相对含量,列于表4。

表4 不同干燥方式对酸菜主要挥发性物质成分的影响
Table 4 Effects of different drying methods on the main volatile substances in sauerkraut

序号名称挥发性成分相对含量/%新鲜酸菜HADFDMFD酯类4.52 3.02 6.13 4.00 1乳酸乙酯0.69 nd2.00 1.03 2乙酸乙酯0.63 nd1.63 1.42 3己酸乙酯ndnd2.11 1.15 4乳酸丙酯0.13 ndndnd5油酸乙酯ndndnd0.10 6辛酸乙酯0.86 2.11 ndnd7丁酸乙酯1.75 ndndnd8异硫氰酸甲酯0.45 0.91 0.39 0.30 醛类16.93 24.96 24.45 21.88 9苯甲醛16.50 nd21.62 14.31 10己醛ndnd1.48 0.75 11壬醛0.18 0.73 0.74 1.15 12癸醛0.15 0.58 0.24 0.27 13异戊醛nd1.34 nd1.58 143-羟基丁醛0.09 22.32 nd3.02 152,4-庚二烯醛ndnd0.37 0.61 16糠醛ndndnd0.20 醇类52.53 28.56 28.74 38.55 17乙醇34.13 nd3.97 nd182,3-丁二醇ndnd0.44 nd19正戊醇0.28 nd0.34 0.22 201-戊烯-3-醇0.16 nd0.36 0.34 21异戊醇0.45 2.43 ndnd22苯甲醇0.13 1.28 2.01 18.85 23顺式-3-己烯-1-醇2.40 8.44 2.22 4.68 24苯乙醇14.42 13.49 17.36 12.93 25仲丁醇ndnd0.20 nd262-肼基乙醇nd0.86 nd0.22 27(S)-1,2-丙二醇ndnd0.86 nd28(S)-氧化芳樟醇0.08 0.87 0.17 0.45 29芳樟醇0.48 0.56 0.28 0.66 302-十六烷醇nd0.61 ndnd31异丙醇ndnd0.52 0.19 酸类19.44 9.46 10.06 6.95 32乙酸15.02 8.93 8.68 5.89 33乳酸1.63 ndndnd34丁酸1.52 ndndnd35蝶呤-6-羧酸nd0.53 ndnd36油酸1.26 nd0.96 0.76 37丙二酸ndnd0.43 0.30 酮类0.76 0.00 0.83 0.91 38甲基庚烯酮0.31 nd0.33 0.52 392,3-丁二酮0.19 ndndnd402,3-戊二酮 0.25 nd0.49 0.39 胺类2.41 31.36 24.11 22.39 415-己烯腈0.72 30.72 22.07 20.92 42甲酰胺ndnd0.20 0.55 432-苯基乙基异硫代氰酸酯1.24 nd1.45 0.73 44甲醛胺nd0.31 ndnd45苯丙腈0.45 nd0.39 0.19 46N-苄基乙醇胺nd0.34 ndnd硫醚类1.36 2.07 2.88 2.54 47二甲基三硫醚0.39 0.58 0.67 0.72 48二甲基二硫醚0.98 1.50 2.20 1.82 其他2.05 0.56 2.79 2.77 49顺式-罗勒烯0.88 ndnd1.43 50十四烷0.81 nd0.49 0.68 514-乙基愈疮木酚0.37 0.56 2.30 0.34 522-戊基呋喃ndndnd0.33

注:nd代表未检出

通过GC-MS分析,从新鲜酸菜样品中检测出33种主要物质,分别为酯类、醛类、醇类、酸类、酮类、胺类、硫醚类和其他化合物。其中,醇类、醛类和酯类是发酵蔬菜的芳香体系的主要风味物质[22]。酯类物质大多经由微生物发酵导致的酯化反应产生,赋予酸菜宜人的甜香、果香及酒香,其中乳酸乙酯与乙酸乙酯具有清香型酒香,在酸菜风味形成中起重要作用[22]。新鲜酸菜中物质种类和相对含量最高的是醇类,占总含量的52.53%,醛类仅占16.93%。其中,芳樟醇、苯甲醇、苯甲醛、苯乙醇,顺式-3-己烯-1-醇(叶醇)在其他酸菜中也多有检出[20,22-23],并被认为是酸菜特征风味的主要来源。醛类虽然含量不高,但其气味阈值均较低,苯甲醛具有坚果香,壬醛具有较强的果香,癸醛具有甜橘香,因此对酸菜的复杂风味均具有重要的影响。低挥发性有机酸是酸菜的酸味特征风味的主要物质基础,是由蔬菜脂质和糖类代谢产生,也是酸菜酯类物质形成的前体。有机酸中乙酸含量最高,占总物质的15.02%,这与其他酸菜的报道相同[22,24]。此外,酸菜中还含有硫醚组分,二甲基三硫醚和二甲基二硫醚,也具有较低的阈值,它们赋予了酸菜肉香及洋葱样香气,由酸菜原料中含硫氨基酸经酶降解产生,也是酸菜的特征挥发物[25]。异硫氰酸酯类是十字花科植物发酵产物特有的辛辣风味物质[20],本研究的新鲜酸菜中检出异硫氰酸甲酯和2-苯基乙基异硫代氰酸酯2种异硫氰酸酯类物质。酮类中含量最高的甲基庚烯酮具有柑橘香,而2,3-丁二酮则具有乳汁香。此外,4-乙基愈疮木酚则具有香辛味。这些风味组分联合赋予了酸菜复杂的香气和丰富的风味。

经不同干燥方式处理后,酸菜干制品中主要挥发性成分差别较大。经HAD后,可测得的挥发性组分损失较多,减少至21种。尤其是酮类、有机酸、醇类和酯类,含量损失高达100%、51%、46%、33%。这是由于高温及空气高速流动导致的低沸点有机物的挥发和氧化所致[26]。酯类及醇类的损失对酸菜的风味影响较高,以及HAD导致的酸菜特征风味物质苯甲醛的消失,这些应该是引起HAD复水酸菜感官评分较低的原因。真空冻干的酸菜的挥发性组分数量不变,但其醇类和酸类的占比有所下降。乙酸含量的减少,以及丁酸和乳酸的消失,使得酸菜的尖酸味有所缓和。特征风味物质苯甲醛、苯甲醇、苯乙醇含量有所增加,叶醇含量变化不大,而芳樟醇在干燥过程中转化为氧化芳樟醇,仍然具有甜香、木香和花香香气,并具备一定的抑菌活性[27]。此外,醛类和硫醚类含量均有所增高,这些变化均使得FD酸菜的风味更加宜人,并能保持较好的酸菜独特风味。MFD酸菜干制品中的挥发性组分与新鲜酸菜相比有所增多,尤其是醛类物质。己醛增加了酸菜的青草样香气,异戊醛和2,4-庚二烯醛增强了其果香,糠醛与苯甲醛的香味类似。醇类含量与新鲜酸菜相比,虽然有所降低,但是特征风味组分芳樟醇、苯甲醇、苯乙醇和叶醇这4种成分的含量之和从17.43%增加至37.13%。检测结果表明,MFD不仅保留了酸菜本身的特征香气成分,而且丰富了其香气组成并调和风味。

3 结论

研究发现,HAD、FD和MFD这3种干燥方式对酸菜干燥特性、品质等方面均有显著影响。MFD干燥周期最短、平均干燥速率最大,分别为HAD的50%与1.99倍,FD的13.89%与7.25倍;MFD酸菜的ΔE最小、复水性能最佳、感官评分最高,微观结构的组织细胞排列整齐皱缩最小,保存最为完整。FD酸菜的ΔE最大,复水比、感官评分与微观结构方面仅次于MFD。HAD酸菜复水性能与感官评分最低,微观结构的组织细胞排列松散结构塌陷、皱缩严重;理化指标中FD酸菜pH值最小为3.68,总酸含最大为0.759 g/100 g,最接近新鲜酸菜;MFD酸菜所用能耗最低,约为FD的6.17%,HAD的55.56%。从挥发性组分检测结果可知,FD和MFD对酸菜的特征香气组分留存最优,并对酸菜风味有丰富和调合的作用。综上所述,3种干燥方法中MFD干燥酸菜周期最短、能耗最低、品质最优,是一种有推广价值的干燥方式,为酸菜干制品加工工艺开发提供了思路。

参考文献

[1] DU R P, XING H W, YANG Y P, et al.Optimization, purification and structural characterization of a dextran produced by L.mesenteroides isolated from Chinese sauerkraut[J].Carbohydrate Polymers, 2017, 174:409-416.

[2] WU R N, YU M L, LIU X Y, et al.Changes in flavour and microbial diversity during natural fermentation of Suan-Cai, a traditional food made in Northeast China[J].International Journal of Food Microbiology, 2015, 211:23-31.

[3] 孟繁博, 张万萍, 林茂, 等.不同保藏方式对人工接种酸菜品质的影响[J].中国调味品, 2016, 41(9):57-61.

MENG F B, ZHANG W P, LIN M, et al.Effect of different preservation methods on quality of artificial inoculated pickled Chinese cabbage[J].China Condiment, 2016, 41(9):57-61.

[4] 邵春霖, 孟宪军, 毕金峰, 等.不同干燥方式对蓝莓品质的影响[J].食品与发酵工业, 2013, 39(11):109-113.

SHAO C L, MENG X J, BI J F, et al.Effect of different drying methods on the quality of blueberry[J].Food and Fermentation Industries, 2013, 39(11):109-113.

[5] PU Y Y, SUN D W.Combined hot-air and microwave-vacuum drying for improving drying uniformity of mango slices based on hyperspectral imaging visualisation of moisture content distribution[J].Biosystems Engineering, 2017, 156:108-119.

[6] ZHANG L H, QIAO Y, WANG C, et al.Effects of freeze vacuum drying combined with hot air drying on the sensory quality, active components, moisture mobility, odors, and microstructure of kiwifruits[J].Journal of Food Quality, 2019, 2019:1-11.

[7] 贺健, 易军鹏, 李欣, 等.酸菜微波真空冷冻干燥工艺及复水特性研究[J].食品与机械, 2020, 36(8):109-116.

HE J, YI J P, LI X, et al.Study on microwave vacuum freeze drying technology and rehydration characteristics of sauerkraut[J].Food and Machinery, 2020, 36(8):109-116.

[8] JIANG N, LIU C Q, LI D J, et al.Evaluation of freeze drying combined with microwave vacuum drying for functional okra snacks:Antioxidant properties, sensory quality, and energy consumption[J].LWT-Food Science and Technology, 2017, 82:216-226.

[9] 姜唯唯, 刘刚, 张晓喻, 等.微波真空冷冻干燥对芒果干制品品质特性的影响[J].食品科学, 2012, 33(18):49-52.

JIANG W W, LIU G, ZHANG X Y, et al.Effect of microwave vacuum freeze drying on the quality of dried mango[J].Food Science, 2012, 33(18):49-52.

[10] 张海伟, 鲁加惠, 张雨露, 等.干燥方式对香菇品质特性及微观结构的影响[J].食品科学, 2020, 41(11):150-156.

ZHANG H W, LU J H, ZHANG Y L, et al.Effects of drying methods on the quality characteristics and microstructure of shiitake mushrooms (Lentinus edodes)[J].Food Science, 2020, 41(11):150-156.

[11] DUAN X, LIU W, REN G Y, et al.Comparative study on the effects and efficiencies of three sublimation drying methods for mushrooms[J].International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2015, 8(1):91-97.

[12] 赵庆亮. 微波真空冷冻干燥苹果片及对比试验研究[D].北京:中国农业机械化科学研究院, 2009.

ZHAO Q L.Apple chips dried by microwave vacuum freeze-drying and comparison tests[D].Beijing:Chinese Academy of Agricultural Mechanization Science, 2009.

[13] 黄略略, 乔方, 叶晓梦, 等.不同干燥方式对铁棍山药品质的影响[J].食品与生物技术学报, 2014, 33(11):1 210-1 215.

HUANG L L, QIAO F, YE X M, et al.Effect of different drying method on quality of iron yam[J].Journal of Food Science and Biotechnology, 2014, 33(11):1 210-1 215.

[14] 易军鹏, 贺健, 李欣, 等.微波真空冷冻干燥对酸菜品质及微生物活性的影响[J].食品与发酵工业, 2022, 48(3):191-197.

YI J P, HE J, LI X, et al.Impact of microwave vacuum freeze-drying on the product characteristics and microbial viability of sauerkraut[J].Food and Fermentation Industries, 2022, 48(3):191-197.

[15] 樊小静, 任广跃, 段续, 等.不同干燥方式下紫薯全粉的物性品质及花青素含量[J].食品与发酵工业, 2022, 48(21):160-166.

FAN X J, REN G Y, DUAN X, et al.Effects of different drying methods on physical properties, quality and anthocyanin content of purple potato powder[J].Food and Fermentation Industries, 2022, 48(21):160-166.

[16] 方炎鹏, 张双双, 蔺冀.直投式与自然发酵酸菜挥发性成分的研究[J].中国食品学报, 2020, 20(7):222-228.

FANG Y P, ZHANG S S, LIN J.Studies on volatile components of DVS and naturally fermented pickle[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2020, 20(7):222-228.

[17] 季蕾蕾, 木泰华, 孙红男.不同干燥方式对甘薯叶片水分迁移、微观结构、色泽及复水性能影响的比较[J].食品科学, 2020, 41(11):90-96.

JI L L, MU T H, SUN H N.Comparative effect of different drying processes on mass migration, microstructure, color and rehydration property of sweet potato leaves[J].Food Science, 2020, 41(11):90-96.

[18] DUAN X, ZHANG M, LI X L, et al.Microwave freeze drying of sea cucumber coated with nanoscale silver[J].Drying Technology, 2008, 26(4):413-419.

[19] KORBEL E, ATTAL E H, GRABULOS J, et al.Impact of temperature and water activity on enzymatic and non-enzymatic reactions in reconstituted dried mango model system[J].European Food Research and Technology, 2013, 237(1):39-46.

[20] 张栩. 不同乳酸菌发酵对酸菜的风味物质形成及品质指标的影响[J].中国酿造, 2021,40(4):133-137.

ZHANG X.Effects of different lactic acid bacteria fermentation on the formation of flavor substances and quality indexes of Suan-Cai[J].China Brewing, 2021,40(4):133-137.

[21] 朱彩平, 孙静儒, 孙红霞, 等.平菇微波-真空冷冻联合干燥工艺优化及其品质分析[J].现代食品科技, 2019, 35(6):129-138.

ZHU C P, SUN J R, SUN H X, et al.Optimization of the combined microwave-vacuum freezing drying process and quality analysis of Pleurotus ostreatus[J].Modern Food Science and Technology, 2019, 35(6):129-138.

[22] 张锡茹, 关慧, 邢少华, 等.泡菜微生物演替与风味物质变化的研究进展[J].食品科学, 2021, 42(23):294-305.

ZHANG X R, GUAN H, XING S H, et al.Advances in research on microbial succession and flavor changes in pickles[J].Food Science, 2021, 42(23):294-305.

[23] LIANG H P, HE Z, WANG X Y, et al.Bacterial profiles and volatile flavor compounds in commercial Suancai with varying salt concentration from Northeastern China[J].Food Research International, 2020, 137:109384.

[24] 李潇, 张晓黎, 高雅, 等.添加白酒对人工接种东北酸菜挥发性风味成分及感官特性的影响[J].中国酿造, 2022, 41(10):113-118.

LI X, ZHANG X L, GAO Y, et al.Effect of Baijiu addition on the characteristic volatile flavor compounds and sensory properties of artificial inoculation of Northeast Suancai[J].China Brewing, 2022, 41(10):113-118.

[25] 栾天奇. 酸菜发酵剂的制备及酸菜风味成分分析[D].天津:天津科技大学, 2011.

LUAN T Q.Suan Cai starter culture preparation and its flavour components analysis[D].Tianjin:Tianjin University of Science and Technology, 2011.

[26] 张丽, 薛妍君, 汝骅, 等.热风干燥对荠菜风味和品质的影响[J].食品工业科技, 2015, 36(15):194-201;207.

ZHANG L, XUE Y J, RU H, et al.Effect of hot air drying on flavor compounds and quality of Capsella bursa-pastoris L.[J].Science and Technology of Food Industry, 2015, 36(15):194-201;207.

[27] 霍镇永, 黎金凤, 杨迪雅, 等.氧化芳樟醇合成及应用的研究进展[J].广州化工, 2021, 49(19):8-10;25.

HUO Z Y, LI J F, YANG D Y, et al.Research progress on preparations and applications of linalool oxide[J].Guangzhou Chemical Industry, 2021, 49(19):8-10;25.

Effects of different drying methods on drying characteristics and quality of sauerkraut

YI Junpeng1,2*,HE Jian1,DONG Jingyin1,LI Xin3,DUAN Xu1

1(College of Food and Bioengineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471000, China) 2(Luohe Vocational Technology College, Department of Food Engineering, Luohe 462002, China) 3(School of Chemistry &Chemical Engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471000, China)

ABSTRACT Using fresh sauerkraut as raw materials, the effects of hot air drying (HAD), vacuum freeze drying (FD), and microwave vacuum freeze drying (MFD) on its drying characteristics and quality were studied.It would provide the theoretical basis for the optimization of the sauerkraut drying process.Experimental results showed that for MFD treatment of sauerkraut, the drying time (2.5 h) was the shortest, the average drying rate [5.18 g/(g·h)] was the largest, and the energy consumption (25 kJ/g) was the lowest.These results were 50%, 1.99 times, and 55.56% compared with the experimental data of HAD treatment while 13.89%, 7.25 times, and 6.17% compared with FD.The MFD product had a similar color to the fresh sauerkraut (ΔE=3.71).The rehydration ratio (9.11) and the sensory score (88 points) of MFD sauerkraut were better than FD and HAD products.Scanning electron microscope analysis showed that the MFD sauerkraut cells were arranged neatly and had the minimum shrinkage, being alike to the FD sauerkraut.After drying, the total acidity of sauerkraut products was decreased and their pH was slightly increased, due to the volatilization of organic acids in the fresh sauerkraut.Both FD and MFD treatments could keep the characteristic volatile flavor of the sauerkraut.In summary, MFD has the shortest drying time, the lowest energy consumption, and the best quality among these three drying methods, making it an ideal drying method for sauerkraut.

Key words sauerkraut; hot air drying; vacuum freeze drying; microwave vacuum freeze drying; volatile components

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.034826

引用格式:易军鹏,贺健,董晶寅,等.不同干燥方式对酸菜干燥特性及品质的影响[J].食品与发酵工业,2023,49(12):128-135.YI Junpeng,HE Jian,DONG Jingyin, et al.Effects of different drying methods on drying characteristics and quality of sauerkraut[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(12):128-135.

第一作者:博士,副教授(通信作者,E-mail:yijunpeng@126.com)

基金项目:河南省引进国外智力专项计划(HNGD2021040);河南省科技攻关计划(182102110085)

收稿日期:2023-01-07,改回日期:2023-01-31