朱經(jīng)楠，彭 健，謝子權(quán)，余元善，唐道邦，辜青青，徐玉娟*

（1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 南昌330045 2 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 510610）

龍眼（Dimocarpus longan Lour.）俗稱桂圓，是無(wú)患子科龍眼屬常綠果樹(shù)，盛產(chǎn)于我國(guó)廣東、福建、廣西、海南等熱帶亞熱帶地區(qū)。龍眼果實(shí)營(yíng)養(yǎng)豐富，且富含多糖、多酚、類黃酮等天然生物活性物質(zhì)，自古受人們喜愛(ài)，被視為珍貴補(bǔ)品[1]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)證實(shí)龍眼具有抗衰老和增強(qiáng)免疫力等功效，是益氣補(bǔ)血的佳品[2-3]。然而，龍眼成熟于高溫、高濕的季節(jié)，采后鮮果呼吸代謝旺盛，易腐爛變質(zhì)。干制加工作為龍眼加工最主要的方式，在降低其水分含量，延長(zhǎng)貨架期的同時(shí)，亦能改變龍眼的外觀品質(zhì)、化學(xué)組成和揮發(fā)性香氣成分，從而影響整體產(chǎn)品品質(zhì)[4]。

目前，龍眼的干燥方式多種多樣，不同干燥方式干燥過(guò)程的能耗、效率各有優(yōu)劣，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響各異。熱泵干燥為一種從低溫?zé)嵩次諢崃?，并將所吸收的熱量在較高溫度下作為有效熱能加以利用的干燥方式，有節(jié)能環(huán)保、安全穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。而熱泵干燥與熱風(fēng)干燥類似，均以熱風(fēng)作為導(dǎo)熱介質(zhì)，對(duì)物料進(jìn)行由表及里的干燥，干燥過(guò)程存在耗時(shí)較長(zhǎng)且部分物料干燥不均勻的問(wèn)題[5-6]。紅外輻射可以縮短干燥時(shí)間，保持產(chǎn)品內(nèi)溫度均勻，提高能源效率，殺滅微生物，抑制酶促反應(yīng)，從而提高產(chǎn)品品質(zhì)[7-8]。前期研究表明，紅外輔助熱泵干燥是一種能有效縮短果蔬物料干燥時(shí)間且改善產(chǎn)品品質(zhì)的有效方法。Aktas 等[9]比較單一熱泵和紅外輔助熱泵干燥對(duì)胡蘿卜干燥時(shí)間的影響，發(fā)現(xiàn)在45 ℃和55 ℃兩個(gè)干燥溫度下，紅外輔助熱泵干燥比單一熱泵干燥時(shí)間減少49%以上。Song 等[10]對(duì)山藥片的研究表明，紅外輔助熱泵干燥比單一熱泵干燥耗時(shí)短，色澤優(yōu)。在龍眼干燥方面，Nathakaranakule 等[11]采用不同遠(yuǎn)紅外功率（250，350，450 W）輔助熱泵（55 ℃）干燥龍眼，發(fā)現(xiàn)其干燥速率、色澤、感官品質(zhì)均優(yōu)于單一熱泵干燥，且在遠(yuǎn)紅外輔助作用下，龍眼果肉更易形成多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率隨遠(yuǎn)紅外功率的增大而增加。相關(guān)研究多為紅外熱泵分段干燥或紅外全程輔助熱泵干燥對(duì)龍眼理化品質(zhì)的影響，對(duì)紅外間歇式輔助熱泵干燥龍眼品質(zhì)及香氣影響的研究報(bào)道較少。本文以新鮮龍眼為研究對(duì)象，以單一熱泵干燥為對(duì)照，采用自行改造的紅外輔助熱泵干燥設(shè)備，研究不同干燥溫度下，間歇紅外輔助干燥對(duì)龍眼的干燥特性、色澤、復(fù)水性、抗氧化活性以及揮發(fā)性成分的影響，以期為龍眼的高品質(zhì)干制加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

“儲(chǔ)良”龍眼購(gòu)于廣州市水果市場(chǎng)，剪枝、除雜后清洗，去殼、去核后備用，果肉初始水分含量（81.1±13）%。

Trolox 試劑，福晨（天津）化學(xué)試劑有限公司；FRAP 法總抗氧化能力測(cè)定（T-AOC）檢測(cè)試盒，南京建成生物工程研究所；環(huán)己酮（色譜純），天津市大茂化學(xué)試劑廠。其它試劑均為國(guó)產(chǎn)色譜純或分析純級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

101-2A 數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海滬南科學(xué)儀器廠；CR22GⅢ高速冷凍離心機(jī)，日本日立公司；Infinite M200PRO 酶標(biāo)儀，瑞士TECAN 公司；Ultra Scan VIS 型全自動(dòng)色差儀，美國(guó)Hunter Lab公司；UV1800 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，日本島津公司；熱泵干燥機(jī)，廣東威爾信實(shí)業(yè)有限公司；GC-MS 7980A 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)Agilent 公司；Tc-08 熱電偶數(shù)據(jù)記錄儀、SMPW-T-M T 型熱電偶，美國(guó)Omega-Engineering 公司。

1.3 方法

1.3.1 龍眼干燥工藝 采用自行改造的熱泵干燥機(jī)（圖1）進(jìn)行干燥。該設(shè)備在干燥室頂部加裝了2根紅外燈管，總功率2 kW，可通過(guò)操作界面控制紅外燈管開(kāi)關(guān)，所產(chǎn)生的紅外線可使物料快速升溫，推動(dòng)內(nèi)部水分向外擴(kuò)散，加速干燥過(guò)程。干燥過(guò)程設(shè)定熱泵干燥的參數(shù)：溫度60 ℃或70 ℃，濕度20%，風(fēng)速1.8 m/s；紅外燈管的開(kāi)啟設(shè)置為每5 min 開(kāi)1 min 或2 min，記為IR1/5、IR2/5。以單一熱泵干燥（HP）作為對(duì)比，則按不同紅外輔助時(shí)間可將各處理組分為6 組：HP60 ℃，HP60 ℃+IR1/5，HP60 ℃+IR2/5，HP70 ℃，HP70 ℃+IR1/5，HP70 ℃+IR2/5。樣品干至水分含量低于20%后停止干燥。

圖1 改造的熱泵干燥機(jī)示意圖Fig.1 Schematic plot of the renovated heat pump dryer

1.3.2 龍眼水分含量的測(cè)定 參考《食品水分的測(cè)定》（GB 5009.3-2016）[12]，采用直接干燥法測(cè)定。

1.3.3 干燥環(huán)境與龍眼內(nèi)部溫度的測(cè)定 溫度的測(cè)定參考本課題組前期方法[13]，略作修改，龍眼干燥過(guò)程溫度變化采用T 型熱電偶和熱電偶數(shù)據(jù)記錄儀測(cè)定。具體操作方法：干燥前，將熱電偶絲的測(cè)量端插入龍眼的中心，用于測(cè)量龍眼溫度；同時(shí)將另一熱電偶絲的測(cè)量端放置在干燥箱內(nèi)，用于測(cè)量干燥箱內(nèi)環(huán)境溫度，連接端連接熱電偶數(shù)據(jù)記錄儀，每隔1 min 采集一次數(shù)據(jù)并記錄，直至干燥結(jié)束。

1.3.4 色澤的測(cè)定 色澤采用自動(dòng)色差計(jì)測(cè)定，結(jié)果以L 值、a 值、b 值、ΔE 值表示。L 值越大，顏色越亮；a 值越大，顏色越紅；b 值越大，顏色越黃；ΔE 值越小，表明干燥樣品色澤越接近鮮樣。每組樣品平行測(cè)定5 次?？偵钣忙 表示，ΔE 按下式計(jì)算：

式中，L、a 和b——樣品干燥后的色澤值；L0、a0和b0——鮮樣的色澤；ΔE——干燥樣品與鮮樣之間的色澤差異。

1.3.5 復(fù)水率的測(cè)定 隨機(jī)取各組樣品中5 顆龍眼干（m1）置于40 ℃的蒸餾水中充分吸水，每隔5 min 取出，用濾紙反復(fù)吸附龍眼表面水分，然后準(zhǔn)確稱量（m2），待前、后2 次數(shù)據(jù)相差不大后結(jié)束。復(fù)水率＝m2/m1，每組試驗(yàn)重復(fù)3 次。

1.3.6 抗氧化活性的測(cè)定 將干燥龍眼用液氮冷凍后打粉，準(zhǔn)確稱取5 g 粉末置于25 mL 離心管中，加入10 mL 80%甲醇溶液，用超聲波提取30 min（25 ℃）后離心（8 000 r/min，10 min），取上清液，再重復(fù)上述操作1 次，合并上清液，最后用80%甲醇溶液定容至25 mL。此溶液為龍眼多酚提取液，隨后采用DPPH 法和FRAP 法測(cè)定[14-15]其抗氧化活性。各組平行測(cè)定3 次，樣品結(jié)果以Trolox當(dāng)量表示（μmol/g 干基）。

1.3.7 風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定 風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定參考Yi等[16]的方法，采用GC-MS 法測(cè)定。手動(dòng)進(jìn)樣法：取2 g 剪碎的龍眼干樣品于15 mL 頂空瓶中，再加入5 μL 0.2 mg/mL 的環(huán)己酮（內(nèi)標(biāo)物），在溫度為40℃的集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中水浴20 min，然后將老化后的萃取針插入萃取30 min，隨后取出萃取針并插入GC-MS 進(jìn)樣器中解吸5 min，測(cè)定不同干燥條件下龍眼干揮發(fā)性物質(zhì)含量。

GC-MS 條件：色譜柱：DB-5MS 色譜柱（30 m× 0.25 mm，0.25 μm）；載氣：He，流速1.0 mL/min，不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣口溫度250 ℃。升溫程序：起始溫度為40 ℃，保持2 min，以4 ℃/min 升溫到160℃，保持0 min，再以50 ℃/min 的速度升溫到280℃，最后保持2 min；電子電離源：離子源溫度230℃；電子能量70 eV；溶劑延遲3 min；質(zhì)量掃描范圍30～550 u。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 處理，用Origin 2017 軟件繪制圖形，用SPSS 19.0 軟件統(tǒng)計(jì)分析顯著水平（P＜0.05）。用Adobe Photoshop（21.0.1 版）進(jìn)行圖片標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥條件對(duì)龍眼溫度及干燥特性的影響

不同處理?xiàng)l件下，龍眼的溫度變化與干燥特性如圖2 所示。由龍眼干燥過(guò)程溫度變化曲線表明，紅外間歇輔助干燥的龍眼升溫速度明顯快于單一熱泵干燥的樣品，達(dá)到設(shè)定溫度的時(shí)間顯著減少；在間歇式紅外作用下，龍眼本身的溫度與環(huán)境溫度均存在波動(dòng)性，且紅外輔助時(shí)間越長(zhǎng)波動(dòng)越明顯；在干燥后期由于紅外輻射的作用環(huán)境溫度略高于設(shè)定值，這在很大程度上加快了龍眼的干燥速率（圖2a 和2b）。紅外間歇輔助干燥時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)龍眼干燥速率影響顯著，紅外間歇輔助時(shí)間越長(zhǎng)，水分?jǐn)U散速度越快，干燥時(shí)間越短，70℃單一熱泵干燥龍眼耗時(shí)3 h，當(dāng)賦予IR1/5 和IR2/5 時(shí)，相應(yīng)的干燥時(shí)間分別縮短至2.5 h 和2.25 h（圖2d），這是因?yàn)榧t外輻射能夠穿透物料表層，且能量直接與物料內(nèi)部的水分耦合，形成物料內(nèi)、外濕度差，進(jìn)而加快水分向外擴(kuò)散遷移[17-18]。

圖2 實(shí)時(shí)溫度變化曲線與龍眼干燥曲線Fig.2 Real time temperature change curve and longan drying curve

2.2 不同紅外輔助熱泵干燥條件對(duì)龍眼色澤的影響

不同紅外輔助熱泵干燥條件下龍眼的亮度（L值）、紅度（a 值）、黃度（b 值）和總色差（ΔE）如表1所示。從L 值和a 值來(lái)看，紅外輔助與單一熱泵干燥對(duì)龍眼亮度和紅度值無(wú)顯著性影響，然而從b值的角度看，紅外輔助可以有效降低黃度值，使其更接近新鮮龍眼的顏色，紅外輔助熱泵干燥所得龍眼的ΔE 值均小于單一熱泵干燥，表明紅外輔助熱泵干燥能有效地阻止龍眼色澤劣變，且隨著干燥溫度的升高，ΔE 值逐漸增大，這與林羨等[19]、Artnaseaw 等[20]的結(jié)果一致。這可能是由于高溫促進(jìn)了龍眼中過(guò)氧化物酶的酶促反應(yīng)進(jìn)程，導(dǎo)致褐變更加嚴(yán)重。圖3 為不同處理所得樣品實(shí)物圖和經(jīng)過(guò)Adobe Photoshop 標(biāo)準(zhǔn)化處理后的龍眼，由圖3 可知，干燥龍眼與新鮮龍眼樣品存在明顯的視覺(jué)色彩差異，且隨著干燥溫度的升高，差異明顯。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后可直觀觀察樣品色澤均勻程度變化（圖3b），無(wú)論何種干燥溫度，經(jīng)間歇式紅外輔助干燥后樣品的褐變程度均明顯降低，樣品表面色澤更為均勻，進(jìn)一步表明間歇式紅外輔助干燥可以提高熱泵干燥龍眼的均勻性。這可能是因?yàn)榧t外輔助熱泵干燥的時(shí)間較短，而干燥時(shí)間長(zhǎng)容易增加發(fā)生各類化學(xué)反應(yīng)的幾率，且加劇反應(yīng)強(qiáng)度[21]，所以紅外輔助干燥龍眼色澤均勻性更好，這與郭玲玲等[22]的結(jié)果類似。

表1 不同紅外輔助熱泵干燥條件下龍眼色澤Table 1 Color of longan pulp dried with different infrared radiation assisted heat pump drying

圖3 不同紅外輔助熱泵干燥樣品圖Fig.3 Drying samples of different infrared assisted heat pumps

2.3 不同紅外輔助熱泵干燥條件對(duì)龍眼復(fù)水特性的影響

復(fù)水比是衡量果蔬干制品品質(zhì)的重要指標(biāo)，也可從側(cè)面反映樣品干燥過(guò)程中細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷程度[23]。由圖4 可知，經(jīng)間歇式紅外輔助干燥，樣品的復(fù)水速率和平衡復(fù)水比均高于同一溫度條件下單一熱泵干燥的樣品，干燥溫度為60 ℃和70 ℃時(shí)，紅外輔助干燥龍眼平衡復(fù)水比與單一熱泵干燥相比分別提升了2.65%和8.21%。這可能是因?yàn)榧t外輻射熱量能進(jìn)入物料內(nèi)部，內(nèi)部水分快速擴(kuò)散，隨之形成更為疏松的多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率增大，有利于復(fù)水過(guò)程水分的傳遞，導(dǎo)致其復(fù)水速率和復(fù)水比相較單一熱泵干燥有所提高[11]。隨干燥溫度的升高，樣品的平衡復(fù)水比減小，這與楊韋杰等[24]的結(jié)果類似，這是因?yàn)楦邷貙?duì)龍眼果肉組織結(jié)構(gòu)破壞更加嚴(yán)重，不利于樣品水分的保持。

圖4 不同紅外輔助熱泵干燥條件下龍眼的復(fù)水特性Fig.4 Rehydration characteristics of longan under different infrared assisted heat pump drying conditions

2.4 不同紅外輔助熱泵干燥條件對(duì)龍眼抗氧化活性的影響

通過(guò)測(cè)定龍眼80%甲醇提取物的DPPH 自由基清除力和FRAP 鐵離子還原力，對(duì)不同紅外輔助熱泵干燥條件下的龍眼抗氧化活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖5 所示。總體而言，隨著干燥溫度的升高，龍眼DPPH 自由基清除力和FRAP 鐵離子還原力都呈一定程度的上升趨勢(shì)，且經(jīng)間歇式紅外輔助干燥的龍眼FRAP 鐵離子還原力較單一熱泵干燥的樣品均有所提高（4.42%～17.95%）。龍眼抗氧化活性與其含有的多酚類物質(zhì)密切相關(guān)，在干燥過(guò)程中，干燥溫度與時(shí)間均是影響多酚類物質(zhì)的重要因素。HP70 ℃+IR2/5 處理組樣品測(cè)定的DPPH 和FRAP 抗氧化活性最高，Trolox 當(dāng)量分別為14.48 μmol/g（干基）和22.65 μmol/g（干基），這是因?yàn)橐环矫婕t外間歇輔助干燥的龍眼樣品其干燥時(shí)間較單一熱泵干燥顯著減少，利于多酚物質(zhì)的保留，另一方面，HP70 ℃+IR2/5 組干燥過(guò)程中快速的升溫可導(dǎo)致龍眼多酚氧化酶活力下降，從而抑制酶促褐變反應(yīng)。Edidiong 等[25]在紅外干燥紅心火龍果的研究中也獲得了類似的結(jié)果。

圖5 不同紅外輔助熱泵干燥條件下龍眼的抗氧化活性Fig.5 Antioxidant activity of longan under different infrared assisted heat pump drying conditions

2.5 不同紅外輔助熱泵干燥條件對(duì)龍眼揮發(fā)性成分的影響

由表2 可知，對(duì)龍眼鮮果及不同紅外輔助熱泵干燥龍眼干揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行半定量分析，7 組不同樣品中分離鑒定出揮發(fā)性物質(zhì)44 種，其中龍眼鮮樣及不同溫度下紅外輔助干燥的龍眼干揮發(fā)性物質(zhì)種類存在顯著差異。鮮樣、HP60℃、HP60℃+IR1/5、HP60℃+IR2/5、HP70℃、HP70℃+IR1/5、HP70℃+IR2/5 等處理組中分別檢測(cè)出27，35，36，36，30，35，35 種揮發(fā)性成分，共有成分16 種，其中含量較高的β-羅勒烯、別羅勒烯、反式-β-羅勒烯、對(duì)薄荷-1，3，8-三烯等，β-羅勒烯及其同分異構(gòu)體被認(rèn)為是新鮮龍眼和龍眼干中主要的香氣成分[26]，不同樣品中β-羅勒烯的含量為586.52～1 431.91 μg/kg（干基），表明干燥后龍眼典型特征香氣仍占主導(dǎo)。

表2 不同紅外輔助熱泵干燥條件下龍眼揮發(fā)性成分Table 2 The volatile components of longan pulp dried with different infrared radiation assisted heat pump drying

將不同處理組所得揮發(fā)性物質(zhì)按照化學(xué)結(jié)構(gòu)分為6 類，分別為烯烴類14 種、醇類7 種、酯類7 種、醛類4 種、酮類2 種以及其它類10間種。烯烴類物質(zhì)在各處理組中質(zhì)量濃度占比最大，β-羅勒烯及其同分異構(gòu)體占主要部分，就含量而言，單一熱泵干燥比紅外輔助干燥保留率高，這可能是因?yàn)榧t外干燥溫度具有上下波動(dòng)性，而β-羅勒烯等物質(zhì)本身不穩(wěn)定，使得其氧化分解更快。不同處理組共檢測(cè)出7 種醇類化合物，其中HP70℃+IR1/5、HP70℃+IR2/5 均能檢測(cè)出這7 種醇類化合物，且正辛醇僅在這兩組中被檢測(cè)出，其中2-甲基-1-丁醇、正己醇、庚醇是干燥之后特有的醇類物質(zhì)且含量較高，醇類物質(zhì)主要來(lái)源于脂肪氧化分解和羰基化合物還原[27]，而高溫條件易促使部分醇類物質(zhì)酯化[28]，后續(xù)關(guān)于醇類物質(zhì)增多這一現(xiàn)象還需進(jìn)一步探究。而干燥過(guò)程亦會(huì)發(fā)生美拉德和焦糖化等非酶促褐變反應(yīng)，導(dǎo)致干燥之后龍眼干的醛酮類物質(zhì)含量上升[29]，干燥后龍眼醛酮類比鮮樣多4 種。龍眼中酯類物質(zhì)主要為E-2-己酸甲酯、辛酸乙酯、反式-香葉酸甲酯，酯類物質(zhì)大多具有甜香和花香味，干燥之后其含量和種類增多，可為龍眼呈現(xiàn)更豐富的香氣特性。

就6 種不同干燥處理組龍眼而言，共檢測(cè)出揮發(fā)性成分43 種，且隨著干燥溫度的升高，香氣成分的種類與含量出現(xiàn)不同程度的減少，這可能是由于高溫導(dǎo)致了部分香氣成分可能發(fā)生了熱降解、轉(zhuǎn)化反應(yīng)，從而造成其種類與含量減少，這與Wang 等[30]的研究結(jié)果類似。經(jīng)間歇式紅外輔助處理的龍眼干的揮發(fā)性成分種類多于單獨(dú)熱泵干燥處理，能產(chǎn)生單一熱泵干燥所檢測(cè)不到的成分，如正辛醇、癸酸乙酯、香葉基丙酮等，增加了干制龍眼揮發(fā)性成分組成，豐富了龍眼的香氣。

3 結(jié)論

間歇式紅外輔助熱泵干燥能有效提升龍眼的干燥速率，減少干燥時(shí)間，與單一熱泵干燥相比，間歇式紅外輔助干燥龍眼具有更大的復(fù)水比、更小的總色差和更均勻的色澤分布，在功能特性方面其DPPH 自由基清除能力顯著提升。GC-MS 分析不同干燥條件下龍眼揮發(fā)性物質(zhì)顯示，龍眼經(jīng)干燥之后能產(chǎn)生多種鮮樣中檢測(cè)不到的揮發(fā)性成分，且隨著溫度的升高，龍眼中揮發(fā)性成分種類及含量會(huì)逐漸減少；經(jīng)間歇式紅外輔助熱泵干燥能產(chǎn)生香葉基丙酮等特有揮發(fā)性物質(zhì)，豐富龍眼的香氣品質(zhì)。綜合品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)分析，熱泵溫度60 ℃條件下，每5 min 紅外間歇輔助2 min 進(jìn)行龍眼干燥，可獲得理化品質(zhì)佳、香氣豐富的龍眼干制品。本研究為高品質(zhì)龍眼干的制備及干燥裝備設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐和理論參考。