保圣質構儀助力江南大學張慜教授團隊發表殼聚糖包衣對藍莓冷凍干燥影響文章

一、研究背景

藍莓被聯合國糧農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，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，研究發現，藍莓有一層幾乎不透水的脂質疏水性皮層，在干燥過程中阻礙了水分由內部向周圍擴散，增加了表皮下的蒸汽壓，因此在干燥過程中可能會出現果汁溢出的情況。超聲預處理已廣泛應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疏水皮層，而碳酸氫鈉可以將脂質水解成硬脂酸鈉，因此用碳酸氫鈉溶液代替傳統的超聲水介質，可以在保持超聲效果的同時，起到協同作用，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，可能會發生果汁損失，包括水分和營養物質的損失。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用。

江南大學張慜教授團隊在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊（IF=8.2）上發表了題目為“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處理后干燥及品質特性的影響。在冷凍干燥前，采用殼聚糖包衣對藍莓進行預處理：單獨殼聚糖溶液浸泡（CH-A）、殼聚糖介質超聲處理（US-CH）、先碳酸氫鈉介質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超聲處理（NaHCO3 + US-CH）。對照組為碳酸氫鈉溶液預浸（NaHCO3-A），水介質超聲處理（US-W）和碳酸氫鈉介質超聲處理（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品質量。

二、實驗方法

1.樣品制備

為研究不同預處理對藍莓冷凍干燥效率和產品質量的影響，每批300 g新鮮藍莓，采用7種不同的預處理方法：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），水介質超聲處理30 min（US-W），10%碳酸氫鈉介質超聲處理30 min（US-NaHCO3），1.5%殼聚糖介質超聲處理30 min（US-CH），先10%碳酸氫鈉介質超聲處理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%殼聚糖介質超聲處理30 min（NaHCO3+ US-CH）。處理后的樣品經預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，冷凍干燥溫度設定為60℃，直到物料的重量恒定冷凍干燥過程結束。

圖1 冷凍干燥機原理圖

2.硬度測試方法

使用質構儀（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10次，平均值作為藍莓樣品的質構分析結果。

三、實驗結果

1.質構特性分析

圖2 不同預處理藍莓的凍干時間（a）、果皮微觀結構（b）和照片（c）

圖3 不同預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構保存狀態的重要指標。材料的多孔結構保持得越好，產品的硬度就越低。以未經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預處理的凍干藍莓樣品。結合圖2（a）和圖3的結果發現，干燥速率過高（US-NaHCO3樣品）或干燥時間過長（CH-A樣品）都會導致相應的最終干燥藍莓產品硬度增加。這是因為干燥過程中水分遷移所產生的剪切應力會導致多孔結構坍塌，干燥速度越快，產生的應力越大，而干燥時間越長，則會導致應力對多孔結構的作用時間增加。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品，過于柔軟的質地可能會對產品質量產生負面影響。因此，在咀嚼口感方面，由NaHCO3-A和/或US-CH和/或US-NaHCO3+ CH處理的藍莓凍干產品可能更受消費者的喜愛。