甜瓜是葫芦科黄瓜属植物[1],是新疆特色名优果品,深受消费者青睐。甜瓜的收获期集中在7～8月份且产量大,在采摘、储运等环节易受机械损伤导致微生物感染,并且新鲜甜瓜水分含量高,很容易腐烂变质。这些都会造成农民的经济损失[2]。所以需对甜瓜进行加工处理延长上市的时间,减少成本。干燥是甜瓜的主要加工方式之一[3-4]。

目前,果蔬加工中主要采用热风干燥(hot air drying,HAD)技术,因其操作简单,成本低廉而被广泛采用。高静静等[5]研究HAD甜瓜片发现,甜瓜干中的细胞和细胞壁的折叠较大,整体微观结构更加塌陷,香气化合物相对含量较高。真空冷冻干燥(vacuum freeze drying,VFD)通过冷冻和升华在过程中有效地去除物料中的水分,最大限度地保留物料的营养成分和原有性质[6]。李远志等[7]对甜瓜片的HAD和真空冷冻特性进行了比较研究,分析不同HAD条件下对甜瓜片的影响和VFD对哈密瓜片干燥特性的影响,研究发现VFD较适于甜瓜片的干燥。但VFD技术存在设备成本高、时间长、能耗大等缺点[8]。微波联合热风干燥(microwave-assisted hot air drying,MD-HD)是一种结合了微波加热和HAD的干燥技术,它利用微波的快速加热特性和热风的均匀干燥特性,达到高效的干燥效果。MOHANTA等[9]研究了微波辅助对流脱水生姜的工艺参数标准化,将生姜片在微波对流辅助干燥器中脱水。研究表明微波对流辅助干燥与HAD相比时间可节约90%左右,也可以提高姜片的理化品质。

本研究采用HAD、VFD和MD-HD 3种干燥技术对甜瓜片进行干燥加工,探究不同干燥方式对甜瓜片品质和香气成分的影响。通过筛选甜瓜片生产加工的最优干燥方式,提高果蔬干制品的品质,推动果蔬干制品产业的发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新疆乌鲁木齐市一零三团采购成熟度基本一致,无病斑,无机械损伤的西州蜜17号。

2,6-二氯靛酚,分析纯,上海生工生物工程股份有限公司;福林酚,分析纯,北京索莱宝科技有限公司;苯酚、硫酸,均为分析纯,天津盛通泰化工有限公司;草酸、无水乙醇、Na2CO3、NaNO2、Al(NO3)3、NaOH,均为分析纯,天津市光复科技发展有限公司。

1.2 试验仪器

A-11-A10研磨机,德国IKA有限公司;TP-A500电子分析天平,福州华志科学仪器有限公司;3nh CR-10plus阵列分光测试仪(色差仪),深圳市三恩时科技有限公司;DZKW-S-4电热恒温水浴锅,北京市永光明医疗仪器厂;KQ-400DE超声波清洗机,昆山舒美超声仪器有限公司;Biofuge PrimoR高速冷冻离心机,美国赛默飞世尔公司;UV2600紫外分光光度计,上海蔚海光学仪器有限公司;PWN3电子鼻,德国AIRSENSE公司;Flavour Spec®气相色谱-离子迁移质谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS),德国G.A.S.公司;101-1EBS电热鼓风干燥箱,江苏新春蓝科技有限公司;SCIENTZ-10N/C钟罩式冷冻干燥机,宁波新芝设备股份有限公司;MD-HD设备(实验室自制设备),设备原理及结构图见图1[10]。

MD-HD设备工作方式:该设备的控制部分主要分为时间控制系统、微波干燥系统、干热空气干燥系统三个部分。设备所需的空气通过空气净化器过滤由引风机引入柜体内部,再由风扇吹向物料,潮湿空气由排气口排出;磁控管型号为2M210-M1,单个功率为1 000 W,工作频率为2 450 MHz,开启功率为3 000 W。设备大小为长3 m、宽1 m、高2 m,内置长1 m、宽1 m干燥盘,干燥盘为大孔隙金属网盘,孔隙大小为1 cm×1 cm,时间控制系统设定开启顺序为:先风扇,然后由3个微波发生器为1组(自上而下为1组)按照从左至右的顺序轮流开启或关闭,本研究微波循环时间为3组微波总时间,以保证微波干燥均匀性,避免物料局部过热和发生边缘焦糊现象。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理

将甜瓜果肉切成大小均一的片(50 mm×25 mm×8 mm,长×宽×厚),测定初始含水率为(90.39±1.1)%。称取(500±5)g样品,经超声波预处理后(超声波功率280 W,时间25 min,超声波时间不计入干燥用时)用吸水纸擦干表面水分备用。

1.3.2 甜瓜片干燥工艺

HAD:设定干燥温度为50 ℃,每隔60 min测定甜瓜片的含水率,湿基含水率达到11%停止干燥。

VFD:将预先准备好的甜瓜片放于-40 ℃冰箱中预冻8 h后拿出,放入VFD设备中,冷阱温度设置为(-50±5) ℃,真空度(6.0±0.5) Pa。每隔60 min测定甜瓜片的含水率,湿基含水率达到11%停止干燥。

MD-HD:设定微波循环时间为90 s,热风循环时间为5 min,干热空气温度为(30±1) ℃。每隔6.5 min测定甜瓜片的含水率,湿基含水率达到11%停止干燥。

CK(对照组):取相同规格未经干燥的甜瓜片,直接用于各项指标的测定。

1.4 指标的测定

1.4.1 含水率与干燥速率的测定

甜瓜片的干基含水率计算如公式(1)所示:

(1)

式中:X,甜瓜片干基含水率,g/g;mt,甜瓜片干燥到t时刻的质量,g;m0,甜瓜片干燥到恒重时刻的质量,g。甜瓜片的干燥速率计算如公式(2)所示:

(2)

式中:DR,甜瓜片的干燥速率,g/(g·h);Xt1,时间为t1时刻的甜瓜片干基含水率,g/g;Xt2,时间为t2时刻的甜瓜片干基含水率,g/g。

1.4.2 色泽的测定

采用阵列分光测试仪进行测定,根据CIELab表色系统测定样品L*、a*和b*值,ΔE计算如公式(3)所示:

(3)

式中:ΔE,甜瓜片干燥前后的色泽变化值;L*,甜瓜片干燥到终点时刻亮度值;未经干燥的鲜甜瓜片的亮度值;a*,甜瓜片干燥到终点时刻的绿/红值;未经干燥的鲜甜瓜片的绿/红值;b*,甜瓜片干燥到终点时刻的蓝/黄值;未经干燥的鲜甜瓜片的蓝/黄值。

1.4.3 褐变度(degree of browning, DOB)的测定

将研磨好的样品与蒸馏水按料液比1∶10(mg∶mL)的比例混合均匀,在4 ℃下,以10 000 r/min离心20 min,取上清液测420 nm处吸光值。

1.4.4 维生素C的测定

参照GB 5009.86—2025《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》,采用2,6-二氯靛酚滴定法。

1.4.5 可溶性糖的测定

参照曹建康等[11]的方法,采用苯酚-硫酸法稍作调整,将样品经加热处理后与苯酚及硫酸反应,在50 ℃水浴中保温30 min后冷却,在485 nm处测定吸光度。以蔗糖含量为横坐标、吸光度为纵坐标绘制标准曲线,建立回归方程:y=0.202 8x+0.044 9(R2=0.999 8)。

1.4.6 总酚的测定

参照曹建康等[11]的方法采用福林酚比色法稍作调整,将样品与75% (体积分数)乙醇混合均匀,加入福林酚与Na2CO3溶液后于30 ℃下避光保存2 h,以5 000 r/min离心3 min,在765 nm处测定吸光度。以没食子酸含量为横坐标、吸光度为纵坐标绘制标准曲线,建立回归方程:y=0.007 7x+0.634(R2=0.999 7)。

1.4.7 总黄酮的测定

参考曹建康等[11]的方法采用Al(NO3)3-NaOH比色法稍作调整,将样品与5%(体积分数)NaNO2混合均匀,加入Al(NO3)3与NaOH溶液静置20 min后,在510 nm处测定吸光度。以芦丁含量为横坐标、吸光度为纵坐标绘制标准曲线,建立回归方程:y=0.010 6x+0.002 6(R2=0.999 5)。

1.4.8 感官评价

参考GB/T 10220—2012《感官分析 方法学 总论》,邀请10名食品专业研究生进行感官评价专业培训,对甜瓜片的色泽、气味、形状和口感进行标准评分,感官评价表如表1所示。

1.4.9 电子鼻的测定

称取1 g样品置于15 mL顶空瓶中,封膜后静置30 min后进行测定。电子鼻运行参数:采样时间120 s/组,传感器自洗时间为120 s,传感器归零时间为5 s;样品准备时间为5 s;进样流量为300 mL/min;分析时间为120 s。取120 s数据为结果。电子鼻各传感器的响应特性如表2所示。

1.4.10 GC-IMS的测定

称取1 g样品置于20 mL顶空瓶中,50 ℃孵育10 min后顶空进样。顶空进样体积为0.5 mL;进样针温度为55 ℃;孵化转速为500 r/min,每组样品设置3次平行试验。

GC条件:色谱柱类型:FS-SE-54-CB-0.5,15 m×0.53 mm;色谱柱温度:60 ℃;载气:高纯度N2;采用程序升压:初始流速为2 mL/min保持2 min,18 min内线性增加到150 mL/min,色谱共运行20 min。

IMS条件:迁移管温度45 ℃;漂移气:高纯度N2;流速150 mL/min。

1.4.11 风味物质气味活度值(odor activity values, OAV)计算

风味物质OAV是挥发性物质的含量与其香气阈值的比值,OAV>1被认为是主要风味物质,OAV越大,对风味的贡献越大,OAV计算如公式(4)所示:

(4)

式中:Ci,化合物相对浓度,%;OTi,化合物在水中的阈值[12],mg/kg。

1.5 数据处理

所有实验指标重复3次,数据用“平均值±标准差”表示,用Excel 2021软件统计处理,误差以及显著差异性分析采用SPSS 26软件,其中差异性P<0.05时,表示差异显著;数据绘图采用Origin 2021软件;样品的挥发性物质分析则采用GC-IMS仪器的Libraries search分析软件及其插件Reporter,使用Libraries search软件内置的NIST数据库和IMS数据库可对物质进行定性分析;面积归一化法计算样品中物质相对含量,SPSS 26、SIMCA 14.1软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 干燥方式对含水率与干燥速率的影响

由图2-a可知,甜瓜片干基含水率随着干燥时间的延长而逐渐下降,不同干燥方式对甜瓜片的干燥时间影响具有显著性(P<0.05)。HAD、MD-HD和VFD的干燥时间分别为12、5.4、17 h。其中MD-HD结合了微波与HAD双重优势,所以干燥用时最短,相较于HAD与VFD干燥用时分别缩短了54.86%、68.1%。原因是微波具有极强的穿透性,使得果蔬内部温度高于表面温度,内部的水分化学势也显著高于表面,在化学势差的作用下,水分由内到外的传递速度加快,且其热传导方向与水分扩散方向相同,这为水分的蒸发制造了有利条件,促进了果蔬中水分的蒸发,提高了干燥速率。而VFD干燥用时较长是因为低温条件下水分蒸发速度较慢;HAD干燥用时略长是因为甜瓜片表层水分变少后,甜瓜片表面相较于内部更加干燥,增加了水分扩散的阻力。

如图2-b所示,MD-HD在前期保持着较高的干燥速率且明显大于HAD与VFD,是因为微波辐照到甜瓜片时,在电场作用下水分子快速振动,产生的摩擦热进一步转化为热能从而使甜瓜片受热,干热空气进一步带走了甜瓜片表面的水分,这种干燥方式可以有效促进甜瓜片内部的水分扩散从而缩短干燥时间[13]。而VFD的干燥速率前期小于HAD与MD-HD且干燥全程较为稳定,是因为VFD是一种先冻结物料然后在真空环境下固态直接升华为气态的干燥方式,其中水分子需要克服冰晶间的结合力,导致干燥速率较慢[14];HAD前期干燥速率快后期干燥速率慢是因为前期物料表面自由水快速蒸发,后期则是内部结合水缓慢扩散且空气吸湿能力逐渐饱和造成干燥速率前快后慢。

2.2 干燥方式对褐变度与色泽的影响

如表3所示,VFD的褐变程度更小且更接近于对照组,甜瓜片在低温真空条件下,抗氧化物损失少,不易产生褐变。而HAD与MD-HD褐变程度略高,是由于干燥时温度较高且时间较长导致美拉德反应更剧烈。

经干燥后的甜瓜干L*、a*与b*值相比较于对照组均显著提高(P<0.05)。VFD的甜瓜片亮度L*值高于HAD与MD-HD是因为在预冷之后甜瓜片形成了稳定的细胞结构,并且样品内部疏松多孔且表面更加紧凑,导致L*值明显提高,a*值略有上升。HAD与MD-HD的a*与b*值较高是因为在高温有氧条件下发生美拉德反应,使甜瓜片内部氨基化合物和羰基化合物发生聚合、缩合反应,使得色泽变成褐色。同时,甜瓜片中的类胡萝卜素的热稳定性较高,干燥后甜瓜干中的含量升高,使甜瓜干呈现橙黄或橙红色。在ΔE方面,以未经干燥的鲜甜瓜片作为标准品。其中MD-HD的ΔE值最小且最接近CK。VFD的ΔE值最大,是因为甜瓜片在真空冷冻的环境下内部结构发生改变导致L*值大幅上升且a*上升幅度小,从而导致ΔE值最大。

2.3 干燥方式对维生素C与可溶性糖的影响

不同干燥方式对甜瓜干维生素C含量具有显著性影响(P<0.05)。如图3-a所示,其中VFD的维生素C含量最高为3.86 mg/100 g,而MD-HD与HAD的维生素C含量依次为2.82、1.66 mg/100 g。VFD在低温且真空条件下进行干燥,维生素C不易分解能够较好地保留从而提高了维生素C含量[15]。同时MD-HD与HAD的维生素C含量较低是因为干燥温度和氧气会导致维生素C发生分解[16]。而HAD的长时间高温干燥加剧了维生素C的分解导致含量进一步降低。

不同干燥方式对甜瓜干可溶性糖含量具有显著性影响(P<0.05)。如图3-b所示,HAD、VFD和MD-HD的可溶性糖含量分别为9.72%、11.5%、10.1%。HAD和MD-HD在干燥过程中甜瓜片一直处于受热状态使得可溶性糖含量下降,VFD在低温和真空条件下可以减缓美拉德反应和糖类物质降解。而HAD可溶性糖含量最低是因为干燥时间过长且温度高,使美拉德反应和焦糖化反应更加严重,导致可溶性糖含量降低。

2.4 干燥方式对总酚与总黄酮的影响

由图4可知,各干燥组甜瓜片的黄酮与总酚含量均显著下降(P<0.05)。HAD、VFD和MD-HD的总酚含量分别为1.19、2.15、1.76 mg GAE/100 g DW;黄酮含量分别为0.27、0.39、0.31 mg 芦丁/100 g DW。其中,VFD与MD-HD的总酚与黄酮保存率均高于HAD,这是因为VFD在低温真空环境下多酚降解酶和氧化酶失活,最大程度上减少了黄酮与总酚的分解。MD-HD采用微波间断性工作模式,受热时间短且干燥耗时少。而HAD干制的甜瓜干在长时间有氧及高温环境下,导致多酚氧化酶活性提高,致使黄酮与总酚含量偏低。

2.5 感官评价

如表4所示,HAD、VFD和MD-HD的感官评分分别为91.43、84.09、90.15。其中VFD的色泽分值最高且与色泽测定结果保持一致,说明VFD在保持甜瓜片色泽上具有一定优势,而VFD口感得分最低是因为在干燥过后,甜瓜片内部形成了疏松多孔的结构,使得口感软绵无嚼劲。同时HAD与MD-HD相比在形状和表面结构上肉眼观察中并无明显区别且口感较为相似。这两种干燥方式可较好地维持甜瓜片的形状和较好的咀嚼感。

2.6 电子鼻分析

为确认不同甜瓜干样品的风味特征,采用电子鼻传感器数据绘制雷达图。如图5所示,电子鼻共有10个各类氧化物传感器对不同风味进行响应,不同干燥方式干制的甜瓜片对传感器的响应强度存在差异。各样品组对W1C(芳香成分)、W3S(烷烃)、W3C(氨水、芳香成分)、W6S(氢气)和W5C(烷烃、芳香成分)这5个传感器的响应值差别较小难以区分。而对W5S(氮氧化合物)、W2W(芳香成分、有机硫化物)和W1W(硫化物)有着较强的响应值,在这3个传感器中HAD的响应值均大于VFD与MD-HD,并且VFD的响应值最低,说明HAD和MD-HD相比较于VFD能保留更多的氮氧化合物、硫化物和芳香成分等。

2.7 GC-IMS差异图谱与指纹图谱分析

本研究采用GC-IMS分析不同干燥方式甜瓜片的香气成分变化。图6-a展示了GC-IMS的差异图谱,差异比较模型用于比较挥发性物质的变化趋势,其中水平和垂直坐标分别代表气相色谱仪的迁移时间和离子淌度光谱的保留时间[17]。谱图中的每一个点都代表一种化合物,利用对照组的光谱图作为参考,并与其他干燥后的甜瓜干样品进行对比。其中颜色表示化合物浓度的信号强度,红色表示化合物含量上升, 蓝色表示化合物含量下降[18]。干燥后有大量挥发性代谢物增加,集中在保留时间150～350 s,漂移时间1.3～1.7 ms。在这一区域中VFD的香气成分的相对浓度要弱于HAD与MD-HD。而HAD、MD-HD与对照组相比也有部分挥发性物质减少,主要集中在保留时间200～350 s,漂移时间1.4～1.7 ms的区域。由GC-IMS的差异图谱可知,甜瓜片经不同干燥方式干燥后,挥发性代谢组成分增加,且不同干燥方式也会导致挥发性代谢组的成分与相对浓度产生变化。

为深入探讨甜瓜干的香气成分变化,本研究构建了香气成分的指纹图谱(图6-b)。通过GC-IMS技术共鉴定出57种挥发性物质,包括21种酯类、12种醛类、8种醇类、7种酮类、3种酸类、2种烯烃类以及其他4种化合物。

2.8 香气成分物质分析

这4种样品中所鉴定出的香气成分物质如表5所示,其中酯类化合物在各处理组中种类最为丰富,本研究鉴定出多达21种酯类物质且大多具有水果、花香等愉悦香气,构成果干制品中重要的风味组成[19]。其中,乙酸乙酯是甜瓜干中最为主要的酯类物质,为甜瓜干赋予了独特的苹果、香蕉香,HAD的相对含量最高为14.89%。VFD中的乙酸丁酯(M)、甲酸甲酯、异丙酸乙酯、丁酸丁酯(D)、2-甲基丙酸甲酯和异丁基丙酸酯经干燥后与对照组相比其相对含量显著上升(P<0.05),这些化合物可释放水果、花香,以及朗姆酒和药草香,使VFD的风味更具层次感和吸引力。而HAD和MD-HD与对照组相比,酯类物质经过干燥后基本呈下降趋势。

醛类化合物是许多水果蔬菜的主要挥发性物质,适量浓度的醛类物质可以提供丰富的水果香,而过高浓度的醛类物质则会带来令人不适的土腥味和金属味[20]。本研究共鉴定出12种醛类物质。其中2-甲基丁醛(D)、庚醛(M)和己醛是甜瓜片中主要的醛类物质,且经干燥过后与对照组相比其相对含量均有上升,为甜瓜片带来了更多的水果和柑橘香。HAD和MD-HD组辛醛、壬醛和2-己烯醛相对含量均显著高于VFD和对照组(P<0.05),使得这两组甜瓜片的水果、油脂和青叶香更加明显。这些醛类物质的变化使干燥过后的甜瓜片风味更加和谐。

醇类化合物是以支链氨基酸和脂肪酸代谢产物为前体合成得到[21],能够为甜瓜片带来丰富的葡萄酒、水果和花香。本研究共鉴定出8种醇类物质,包括2-戊醇、(E)-3-己烯-1-醇、1-丁醇(D)、2-甲基丁醇、1-丁醇(M)、2,3-丁二醇、1-丙醇和异丁醇。其中,2-甲基丁醇和1-丙醇是甜瓜片中主要的醇类物质,赋予了甜瓜片独特的苹果、梨和花香。HAD和MD-HD中2-戊醇、(E)-3-己烯-1-醇、2,3-丁二醇和异丁醇的相对含量均显著高于VFD与对照组(P<0.05)。这几种醇类物质为这两组甜瓜片带来了更多的葡萄酒、青叶和水果香,使得风味更加丰富。

酮酸类化合物对于酯类和醇类香气能够起到缓冲平衡的辅助作用,可以助香,减少刺激感。本研究中共鉴定出10种酮类和酸类物质。其中HAD和MD-HD中的多数酮酸类物质的相对含量均高于VFD与对照组。这些酮酸类物质的增加使这两组甜瓜片的风味更加平衡。

甜瓜片经干燥过后,各干燥组的3-丁烯腈、2,4-二甲基-1-庚烯、二甘醇二甲醚、2-甲基吡嗪、N-亚硝基二乙胺和β-罗勒烯的相对含量与对照组相比均明显上升。

综上所述,相较于HAD和MD-HD,VFD的12种酯类和5种醛类的相对含量更高,使得VFD的甜瓜片的水果、朗姆酒和药草香更加浓郁。而HAD和MD-HD大多数醇类、酮类、酸类和其他类物质的相对含量更高,使得HAD和MD-HD的风味更加平衡。

2.9 香气成分主成分分析(principal component analysis,PCA)与正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis, OPLS-DA)

为了确定甜瓜片不同干燥方式香气成分的差异,对4个样品组进行多变量统计分析。采用PCA来显示不同干燥方式的香气成分的差异。除HAD与MD-HD外,其余干燥方式的样品之间分离趋势较为明显,表明不同样品之间的香气成分有着较为明显的差异。主成分1(PC1)和 主成分2(PC2)解释了总方差的 82%。VFD与HAD在PCA图上有较为明显的分离说明在这2种干燥方式之间的香气成分有着较为明显的变化。其中VFD与对照组的相交部分较多说明VFD在香气成分上面最接近对照组,同时HAD、MD-HD与对照组的相交部分较小说明二者在香气成分方面有着一定差异。图7-d结果进一步印证这一结论,VFD与对照组的香气成分聚类在一起,MD-HD与HAD的香气成分聚类在一起,说明VFD的香气成分更加接近于对照组,而HAD与MD-HD在香气成分上具有相似性。

根据PCA的结果,构建了 OPLS-DA模型用以增强不同干燥方式的样品之间的分离[20]。通过 OPLS-DA置换检验图验证模型的有效性,本次分析中的自变量拟合指数为0.978,因变量拟合指数为0.997,模型预测指数(Q2)为0.98,R2和Q2超过0.5表示模型拟合结果可接受[22]。经过200次置换检验,Q2回归线与纵轴的相交点小于0,说明该模型不存在过拟合且验证有效。表明OPLS-DA模型对不同干燥方式干制甜瓜片的香气成分的分析具有良好的拟合性和可预测性。OPLS-DA得分图验证了PCA的结果,并使VFD与HAD、MD-HD进一步分离,表示VFD与HAD、MD-HD的香气成分有着差异变化。而HAD与MD-HD的香气成分差异变化并不明显。

2.10 差异特征化合物分析

将不同干燥方式甜瓜片的香气成分进行差异分析,筛选变量影响投影(variable influence projection,VIP)值>1的化合物作为差异挥发性化合物。如表6所示,共筛选出17种化合物,包括10种酯类、3种醇类、2种醛类、1种酮类和1种吡嗪类。为了进一步确定不同干燥方式甜瓜片的关键风味物质,采用OAV分析(OAV>1)。其中2-甲基丁醛(M)是风味贡献最高的化合物,MD-HD中的OAV为452,其次对风味贡献较大的是2-甲基丙醛、异丙酸乙酯,VFD中2-甲基丙醛的OAV为420,MD-HD中异丁酸乙酯(D)的OAV为104.4。(E)-3-己烯-1-醇在干燥前可感知,经过不同干燥方式干燥后均不可感知。3-戊烯-2-酮在干燥前不可感知,经过不同干燥方式干燥后均可感知。

3 结论

本研究探究了3种不同的干燥方法对甜瓜片干燥时间、色泽、褐变度、理化品质及香气成分的影响,并进行综合评价,主要结论如下:

不同干燥方式甜瓜片的干燥时间和理化品质存在显著差异。VFD的干燥时间最长为17 h,MD-HD的干燥时间最短仅为5.4 h。在色泽和褐变度方面,不同干燥方式下甜瓜片的L*、a*及b*值与对照组相比均发生显著增长(P<0.05)。其中MD-HD的色差值最小且最接近对照组,VFD的L*值最高且a*及b*值最接近对照组。VFD的褐变度也显著低于HAD与MD-HD(P<0.05)。在理化品质方面,VFD与MD-HD的维生素C、可溶性糖、总酚与黄酮含量均高于HAD。在香气成分方面,采用GC-IMS结合电子鼻技术,对不同干燥方式甜瓜片的香气成分进行比较分析,结果表明不同干燥方式甜瓜片的香气成分在种类上相似,而在含量上有明显差异。本研究共鉴定出57种挥发性物质,基于VIP值与OAV对比分析,HAD与MD-HD中OAV较高的2-甲基丁醛(M)、乙酸乙酯、异丁酸乙酯(D)和丙基丙酸酯为这2组甜瓜片带来了更多的麦芽、苹果、菠萝和香蕉香。VFD中的OAV较高的丙酸乙酯、丁酸乙酯和2-甲基丙醛使得甜瓜片的苹果香更加浓厚。

综上所述,VFD虽然营养成分含量高于HAD与MD-HD,但其干燥周期较长且生产成本更高,在工业生产中不适合高效经济节约的标准。HAD的香气成分更加独特但营养成分含量低于VFD与MD-HD,且干燥时间也略长。MD-HD的香气成分接近于HAD组,并且营养物质含量较高,干燥用时最短,更适用于甜瓜片的工业化生产。本研究为不同干燥方式对甜瓜片的品质及香气成分影响提供了参考依据,在实际生产中,也要综合考虑甜瓜片中的其他品质及工业生产要求,选择适合的干燥方式。

参考文献

[1] 王婷婷, 张兆雪, 于梅, 等.哈密瓜加工产品研究进展[J].中国果菜, 2021, 41(8):21-26.
WANG T T, ZHANG Z X, YU M, et al.Research progress of cantaloupe processed products[J].China Fruit AVegetable, 2021, 41(8):21-26.

[2] 游万里, 汤静, 李甜荣, 等.切分方式对鲜切哈密瓜品质和活性成分含量的影响[J].食品科学, 2022, 43(9):175-180.
YOU W L, TANG J, LI T R, et al.Effect of cutting methods on quality and bioactive compound contents in fresh-cut Hami melon[J].Food Science, 2022, 43(9):175-180.

[3] 闫淼, 胡国智, 熊韬, 等.新疆不同品种哈密瓜品质特性分析[J].新疆农业科学, 2021, 58(10):1802-1808.
YAN M, HU G Z, XIONG T, et al.Quality properities of different varieties of Cucumis melo L.in Xinjiang[J].Xinjiang Agricultural Sciences, 2021, 58(10):1802-1808.

[4] 于佳佳, 曹娅, 许建.哈密瓜干贮藏期褐变风险分析与评价[J].中国农学通报, 2020, 36(4):142-146.
YU J J, CAO Y, XU J.Browning during storage of dried Hami melon:Analysis and evaluation[J].Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(4):142-146.

[5] 高静静, 冯作山, 白羽嘉.真空冷冻和热风干燥对哈密瓜片品质的影响[J].保鲜与加工, 2020, 20(3):78-84.
GAO J J, FENG Z S, BAI Y J.Effects of vacuum freeze drying and hot air drying on the quality of cantaloupe slices[J].Storage and Process, 2020, 20(3):78-84.

[6] RATTI C.Hot air and freeze-drying of high-value foods:A review[J].Journal of Food Engineering, 2001, 49(4):311-319.

[7] 李远志, 蔡颖荷, 鲍金勇, 等.哈密瓜片干燥特性的研究[J].食品与机械, 2005, 22(4):32-34.
LI Y Z, CAI Y H, BAO J Y, et al.Investigation of the drying properties of cantaloupe flake[J].Food and Machinery, 2005, 22(4):32-34.

[8] 李少萍, 张小燕, 刘瑞祥, 等.农产品微波组合干燥技术研究进展[J].食品研究与开发, 2022, 43(7):207-212.
LI S P, ZHANG X Y, LIU R X, et al.Research progress of microwave combined drying technology on agricultural products[J].Food Research and Development, 2022, 43(7):207-212.

[9] MOHANTA B, DASH S K, PANDA M K, et al.Standardization of process parameters for microwave assisted convective dehydration of ginger[J].Journal of Food Science and Technology, 2014, 51(4):673-681.

[10] 张建超, 白羽嘉, 冯作山, 等.甜瓜弱微波辅助干热空气干燥特性及数学模型[J].食品与机械, 2022, 38(4):141-149.
ZHANG J C, BAI Y J, FENG Z S, et al.Melon weak microwave-assisted hot air drying characteristics and mathematical model[J].Food &Machinery, 2022, 38(4):141-149.

[11] 曹建康, 姜微波, 赵玉梅.果蔬采后生理生化实验指导[M].北京:中国轻工业出版社, 2007.
CAO J K, JIANG W B, ZHAO Y M.Postharvest Physiological and Biochemical Experiments for Fruits and Vegetables[M].Beijing:China Light Industry Press, 2007.

[12] 里奥·范海默特.化合物嗅觉阈值汇编[M].第二版.北京:科学出版社, 2018.
VAN GERMERT L.Compilation of Compound Aroma Thresholds[M].2nd Ed.Beijing:Science Press, 2018.

[13] 耿铁, 孟斐, 杨卫东, 等.不同干燥技术在农产品干燥领域的研究进展[J].农产品加工, 2022(14):81-84.
GENG T, MENG F, YANG W D, et al.Research progress of different drying technologies in agricultural products drying field[J].Farm Products Processing, 2022(14):81-84.

[14] LI X, YI J P, HE J, et al.Comparative evaluation of quality characteristics of fermented Napa cabbage subjected to hot air drying, vacuum freeze drying, and microwave freeze drying[J].Lwt, 2024, 192:115740.

[15] 刘芳, 任启飞, 张果, 等.不同干燥方法对‘丰花’玫瑰品质的影响[J].食品研究与开发, 2024, 45(11):47-53.
LIU F, REN Q F, ZHANG G, et al.Effect of different drying methods on the quality of Rosa rugosa ‘Feng Hua’[J].Food Research and Development, 2024, 45(11):47-53.

[16] GAMBOA-SANTOS J, CRISTINA SORIA A, PÉREZ-MATEOS M, et al.Vitamin C content and sensorial properties of dehydrated carrots blanched conventionally or by ultrasound[J].Food Chemistry, 2013, 136(2):782-788.

[17] GUO W K, CHENG M R, DONG X M, et al.Analysis of flavor substances changes during fermentation of Chinese spicy cabbage based on GC-IMS and PCA[J].Food Research International, 2024, 192:114751.

[18] ZHANG B, ZHENG S M, HUANG M Q, et al.Analysis of volatile compounds in Xiangjiao Baijiu from different storage containers and years based on HS-GC-IMS and DI-GC-MS[J].Food Chemistry:X, 2024, 24:101976.

[19] YANG Y, WANG B, FU Y, et al.HS-GC-IMS with PCA to analyze volatile flavor compounds across different production stages of fermented soybean whey tofu[J].Food Chemistry, 2021, 346:128880.

[20] 马雪莲, 王鹏, 耿敬章, 等.感官评价联合GC-MS与OPLS-DA解析加热温度对椒麻鸡赋味汤料呈香品质影响规律[J].食品科学, 2024, 45(17):127-134.
MA X L, WANG P, GENG J Z, et al.Effect of heating temperature on the flavor quality of Xinjiang spicy chicken seasoning sauce investigated by sensory evaluation combined with GC-MS and OPLS-DA[J].Food Science, 2024, 45(17):127-134.

[21] MARUI RADOVI N, VIDAEK S, JANI T, et al.Characterization of volatile compounds, physico-chemical and sensory characteristics of smoked dry-cured ham[J].Journal of Food Science and Technology, 2016, 53(11):4093-4105.

[22] YUN J, CUI C J, ZHANG S H, et al.Use of headspace GC/MS combined with chemometric analysis to identify the geographic origins of black tea[J].Food Chemistry, 2021, 360:130033.

Effects of different drying methods on the physicochemical quality and aroma compounds of melon slices

ZHAO Yijie1,2, BAI Yujia3*,FENG Zuoshan1,2*,DUAN Jihua4,WANG Xiwei1,Zulimire·MIJITI1

1(School of Food Science and Pharmacy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052, China)

2(Xinjiang Key Laboratory of Postharvest Science and Technology for Fruit Products, Urumqi 830052, China)

3(Institute of Food Science and Technology, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences,Urumqi 830091, China)

4(Xinjiang Sikai Food R&D Center Co.Ltd.,Changji 831100,China)

ABSTRACT To investigate the drying effects of three methods—hot air drying (HAD), vacuum freeze drying (VFD), and microwave-assisted hot air drying (MD-HD)—on melon slices, this study evaluated their impacts on the drying characteristics, physicochemical properties, and aroma components of the slices.Results indicated:drying times for HAD, VFD, and MD-HD were 12, 17, 5.4 h, respectively;VFD exhibited significantly higher L* values than HAD and MD-HD (P<0.05), while HAD showed significantly higher a* and b* values than VFD and MD-HD (P<0.05);VFD exhibited higher vitamin C, total sugar, flavonoid, and total phenolic content compared to HAD and MD-HD.For aroma components, gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS) combined with electronic nose analysis was employed to identify volatile compound differences.GC-IMS identified a total of 57 volatile compounds, including esters, aldehydes, alcohols, ketones, acids, and others.Orthogonal partial least squares discriminant analysis (OPLS-DA) and odor activity values (OAV) analysis were employed to identify 2-methylbutanal (M), 3-penten-2-one, ethyl butyrate, 2-methylpropanal, and ethyl isobutyrate (D) as distinctive flavor compounds after different drying methods.HAD and MD-HD exhibited higher relative contents of esters (e.g., ethyl acetate, butyl formate) and alcohols (e.g., 2-pentanol, 2,3-butanediol) compared to VFD, synergistically constructing a floral-fruity compound aroma profile.Concurrently, the higher relative content of VFD aldehydes (e.g., 3-methylbutanal, 2-methylpropanal) and ketones (e.g., methyl isobutyl ketone) contributes to a more harmonious overall flavor profile.Comprehensive analysis indicates that MD-HD is more suitable for dried melon production, providing a reference for enhancing the industrial efficiency and quality of dried fruit processing.

Key words drying methods;melon slices;aromatic components;gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS)

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.044836

引用格式：赵艺杰,白羽嘉,冯作山,等.不同干燥方式对甜瓜片的理化品质和香气成分的影响[J].食品与发酵工业,2026,52(15):344-355.ZHAO Yijie, BAI Yujia,FENG Zuoshan, et al.Effects of different drying methods on the physicochemical quality and aroma compounds of melon slices[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(15):344-355.

第一作者：硕士研究生(白羽嘉副教授和冯作山教授为共同通信作者,E-mail:saintbyj@126.com;fengzuoshan@126.com)

基金项目：自治区天山英才-新疆特色果蔬绿色、低碳加工技术体系创新团队(2023TSYCTD0005)

收稿日期：2025-10-16,改回日期：2025-12-20