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保圣质构仪助力江南大学张慜教授团队发表壳聚糖包衣对蓝莓冷冻干燥影响文章

点击次数:158 更新时间:2024-03-22


一、研究背景

蓝莓被联合国粮农组织列为人类五大健康食品之一。然而,新鲜蓝莓由于水分含量高,极易变质,脱水在新鲜蓝莓进一步加工前尤为重要。为了最大限度地保留蓝莓的功能成分,冷冻干燥成为蓝莓脱水的最佳办法。然而,研究发现,蓝莓有一层几乎不透水的脂质疏水性皮层,在干燥过程中阻碍了水分由内部向周围扩散,增加了表皮下的蒸汽压,因此在干燥过程中可能会出现果汁溢出的情况。超声预处理已广泛应用于包括干燥等各种食品加工中,然而,由于蓝莓外皮的坚固性,单次超声处理干燥效率满足不了大家的需求。由于蓝莓表皮的主要成分是一层脂质疏水皮层,而碳酸氢钠可以将脂质水解成硬脂酸钠,因此用碳酸氢钠溶液代替传统的超声水介质,可以在保持超声效果的同时,起到协同作用,促进蓝莓表皮疏水层的破坏,强化干燥过程。然而,随着外部果皮渗透性的增加,浆果在冷冻干燥过程中,特别是物料冰晶融化时,可能会发生果汁损失,包括水分和营养物质的损失。壳聚糖作为一种安全的天然碱性阳离子聚合物,具有良好的成膜性能,在果蔬保鲜方面得到了广泛应用。

江南大学张慜教授团队在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊(IF=8.2)上发表了题目为“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),文章研究了壳聚糖包衣对蓝莓冷冻干燥前用碳酸氢钠溶液超声浴预处理后干燥及品质特性的影响。在冷冻干燥前,采用壳聚糖包衣对蓝莓进行预处理:单独壳聚糖溶液浸泡(CH-A)、壳聚糖介质超声处理(US-CH)、先碳酸氢钠介质超声处理后壳聚糖溶液浸泡(US-NaHCO3 + CH)和先碳酸氢钠浸泡后壳聚糖介质超声处理(NaHCO3 + US-CH)。对照组为碳酸氢钠溶液预浸(NaHCO3-A),水介质超声处理(US-W)和碳酸氢钠介质超声处理(US-NaHCO3)。从干燥时间、褐变程度、花青素含量、抗氧化能力、水吸附能力和感官评价等方面评价冷冻干燥蓝莓的干燥效率和产品质量。


二、实验方法

1.样品制备

为研究不同预处理对蓝莓冷冻干燥效率和产品质量的影响,每批300 g新鲜蓝莓,采用7种不同的预处理方法:10%碳酸氢钠溶液浸泡30 min(NaHCO3-A), 1.5%壳聚糖溶液浸泡30 min(CH-A),水介质超声处理30 min(US-W),10%碳酸氢钠介质超声处理30 min(US-NaHCO3),1.5%壳聚糖介质超声处理30 min(US-CH),先10%碳酸氢钠介质超声处理30 min,再1.5%壳聚糖溶液浸泡30 min(US-NaHCO3 + CH),先10%碳酸氢钠浸泡30 min,再1.5%壳聚糖介质超声处理30 min(NaHCO3+ US-CH)。处理后的样品经预处理后用吸水纸除去表面水分,将新鲜蓝莓和处理后的蓝莓放入- 80℃的冰箱冷冻10 h,将冷冻后的蓝莓样品单层均匀地铺在多孔不锈钢干燥盘中,冷冻干燥温度设定为60℃,直到物料的重量恒定冷冻干燥过程结束。

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图1 冷冻干燥机原理图

2.硬度测试方法

使用质构仪(TA.XTC,上海保圣)进行单次测试实验。蓝莓样品用固定装置固定在测试平台上,防止在测试过程中移动。试验参数的探头类型、间隔时间、测试前速度、测试速度、测试后速度和触发力分别为TA/2、10 s、2 mm/s、1 mm/s、2 mm/s和5 g。每组实验重复10次,平均值作为蓝莓样品的质构分析结果。


三、实验结果

1.质构特性分析

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图2 不同预处理蓝莓的冻干时间(a)、果皮微观结构(b)和照片(c)

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图3 不同预处理后蓝莓干的硬度


硬度是间接表征物料在干燥过程中多孔结构保存状态的重要指标。材料的多孔结构保持得越好,产品的硬度就越低。以未经处理的冻干蓝莓硬度(658.61 gf)为基准,从图3可以看出,CH-A和US-NaHCO3样品的硬度高于未经处理的蓝莓冻干样品,而NaHCO3-A、US-W、US-CH、US-NaHCO3 + CH和NaHCO3+ US-CH样品的硬度均低于未经预处理的冻干蓝莓样品。结合图2(a)和图3的结果发现,干燥速率过高(US-NaHCO3样品)或干燥时间过长(CH-A样品)都会导致相应的最终干燥蓝莓产品硬度增加。这是因为干燥过程中水分迁移所产生的剪切应力会导致多孔结构坍塌,干燥速度越快,产生的应力越大,而干燥时间越长,则会导致应力对多孔结构的作用时间增加。由于其相对合适的干燥速率,US-W样品的硬度低。然而,作为一种即食性干燥产品,过于柔软的质地可能会对产品质量产生负面影响。因此,在咀嚼口感方面,由NaHCO3-A和/或US-CH和/或US-NaHCO3+ CH处理的蓝莓冻干产品可能更受消费者的喜爱。


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