张莉会,廖 李,安可婧,刘 璐,乔 宇,*,汪 超

(1.湖北工业大学,湖北武汉 430064;2.湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所,湖北武汉 430064;3.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所,广东广州 510642)

干燥作为果蔬加工的一种重要方式,会对果蔬品质,特别是对风味品质产生较大影响。果蔬风味物质种类繁多,主要包括醇类、醛类、酯类、酸类、烷烃类、酸类及含硫化合物等挥发性风味物质和可溶性糖、有机酸、游离氨基酸等非挥发性风味物质,前者决定了食品的特征滋味,并为后者合成提供前体物质,后者则宏观表现为食品的气味,这些物质含量极微,气味各异,共同作用形成了食品的风味体系。果蔬独特的香气对风味的贡献与其含量及其阈值大小有关,独特的风味物质不仅能引起人们的食欲,而且能促进消化液的分泌,从而使人体迅速消化吸收营养成分,但果蔬的特征风味只由较少的成分甚至某一种化合物决定,这类化合物被称为“特征效应化合物”。

果蔬经不同干燥方式处理后呈现不同风味,干燥可显著地提高醛、醇、杂环和含硫化合物的含量[1],并促进了一些新的化合物生成,也会导致环状合物、醇、醛、酮等的损失,不同的干燥方法对风味的影响会产生较大的差异。采后果蔬干燥品质受一定芳香物质水平的影响,食品风味分析不仅能鉴别食品品质,还可以将食品进行分类和鉴定,这对人类健康及食品工业的发展有重要意义。

本文主要阐述了国内外关于热风干燥、真空冷冻干燥、微波干燥和联合干燥以及其它干燥技术对果蔬挥发性风味物质和非挥发性风味物质2个方面的影响以及不同干燥技术引起风味物质变化的原因方面的研究进展,并讨论了干燥技术在果蔬风味物质中的应用研究可能的发展方向。

1 不同干燥方式对果蔬中挥发性风味物质影响

1.1 热风干燥的影响

热风干燥是一种传统的干燥方法,经热风干燥的果蔬,由于温度较高,果蔬发生Maillard反应,形成2-甲基丁醛、3-甲基丁醛以及苯乙醛等[2];糖(例如果糖和葡萄糖)的热降解会产生含呋喃的化合物(例如糠醛)[3];在热风干燥过程中脂质发生降解能形成C4-C8脂肪族酮[4],比如杏鲍菇经热风干燥后,酮类物质主要为3-辛烯-2-酮、异薄荷酮和甲基壬基甲酮,酮类化合物具有花香和果香,且香味持久[5];番石榴果实中萜烯含量较高(占总挥发成分46%)，经热风干燥后，萜烯含量占总挥发成分79%，且生成了鲜样没有的糠醛[6]。热风温度较高,会使合成香气物质的有关酶钝化或失活,从而使其相应的挥发性物质损失[7],张艳荣等[8]报道了在热风干燥姬松茸中检出了1-辛醇、薄荷醇和薄荷醇等醇类化合物,有文献报道[9],挥发性醇主要是由乙醇脱氢酶的作用而产生的,而在新鲜姬松茸检出这些醇类物质均高于热风干燥;亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸在热风干燥过程中发生氧化能产生醛类化合物[10],姬松茸经热风干燥后检测出了以苯甲醛为主的4种新的醛类物质[11],与黑毛豆仁鲜样比较,热风干燥处理后戊醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛等风味物质含量均有所增加[12]。

酯类化合物是水果的主要特征香气成分,受干燥的影响也很大。香蕉经热风干燥后挥发性成分以3-甲基丁酸和3-甲基丁基酯为主,其次是丁酸异戊酯、3-甲基丁基乙酸酯,但与新鲜香蕉相比,乙酸3-甲基丁酯、丁酸3-甲基丁酯均有很大程度的损失[13]。鲜枣果肉含有11种酯类化合物,而经过热风干燥后酯类化合物增加至13 种,主要成分以癸酸乙酯和9-十六碳烯酸乙酯为主,其中癸酸乙酯具有类似于葡萄的香气,烯酸乙酯具有花果香气,这些综合作用赋予红枣的香气,酮类化合物由2种增加至8种,但鲜枣在热风干燥过程中大部分烷烃和醇类含量严重下降[14]。枸杞经热风干燥后,邻苯二甲酸二甲酯和己酸甲酯含量均得到提高,且生成了鲜样中未检测出的环己烷甲酸乙酯[15]。由此可见,热风干燥在一定程度上有利于酯类和醛类物质的增加。

1.2 真空冷冻干燥的影响

大部分果蔬经真空冷冻干燥处理后,风味成分有部分损失,其中,酯类化合物损失较大。但有些果蔬经冻干后,醇类、萜烯类、酮类物质和醛类物质有所增加,并生成了新的酮类化合物。据报道,真空冷冻干燥相比其他干燥方式能较好地降低原料抗氧化活性成分的损失,而抗氧化剂类黄酮的含量与脂质氧化的挥发性化合物多少有关[16]。枣经真空冷冻干燥后生成了乙酸、癸酸和2-乙酸环己基邻苯二甲酸,且生成了其他干燥方式未有的苯甲酸,且酮类化合物种类和含量均高于鲜样[14]。枣含有酯类可以与糖结合,以促进果蔬风味的形成,脂肪酸氧化合成的香精有助于枣果味和花香的形成[17]。

据报道,果蔬芳香物质形成途径基本是在酶的直接或间接催化下进行的生物合成[18],而真空冷冻干燥能较好地保持原料酶活性,促进风味物质的形成。真空冷冻干燥后的芒果新生成了正辛醇和(2Z)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-醇,这是由于干燥过程中在乙醇脱氢酶的作用下形成了醇类化合物[19-21];胡萝卜经过真空冷冻干燥后,醇类物质和醛类物质有所增加,主要以2,6-二甲基环己醇、苯乙醛和β-环柠檬醛为主[22],由此可见,真空冷冻干燥在一定程度上有利于醛类和醇类物质的增加。

1.3 微波干燥的影响

微波干燥会导致果蔬中醇类减少,这是由于微波干燥使乙醇脱氢酶失去活性所致。如荠菜经微波干燥后,叶醇、反式-2-己烯-1-醇、2,6-二甲基环己醇等特征醇类化合物含量损失严重[23]。微波干燥由于干燥温度较高,易发生美拉德反应、Strecker降解和脂质氧化[24-25]。由于醛类化合物的形成源自不饱和脂肪酸的自动氧化[26],因此醛类化合物较高,经微波干燥的慈姑挥发性风味化合物也发生了变化。慈姑鲜样中检测出5种醛类挥发性风味化合物,而经微波干燥后检测出7种醛类化合物,且挥发性风味物质数量和含量均有所增加[27];蔬菜中的醛、酸等挥发性物质大多来源于不饱和脂肪酸[28]。经微波干燥的慈姑中,3-甲基丁酸、2-甲基丁酸、辛酸等为主的酸类物质有所增加[27],微波能够促使物料中的香气前体物质进一步转化,利于酯类化合物的生成[29]。微波干燥后芒果中以γ-丁内酯和2-甲基-3-羟甲基-(2,4,4-三甲戊苯基)-丙酸酯为主的酯类化合物均得到提高。微波真空干燥还能够有效促进部分香气组分物质的增多与转化,同时也可能由于微波的破坏作用使物料原有的香气成分损失[19]。

1.4 变温压差膨化干燥的影响

新鲜菠萝经变温压差膨化干燥后,其香气成分中酯类含量仍然最高,其中的含氮化合物、醛类、醇类物质含量也显著上升,含氮化合物的大量产生,可能是由于在加热条件下,菠萝中的氨基酸与糖类发生美拉德反应而产生的,也可能是苏氨酸、丝氨酸、赖氨酸等氨基酸的热分解产物[30]。陈瑞娟等[31]研究表明,经变温压差膨化的胡萝卜粉中检测出较多的醛类物质,一方面,在干燥过程中容易发生美拉德反应,还可能是由于Strecker降解反应生成各种特殊醛类;另一方面,随着加热温度的上升,加热时间的延长,醇类会逐渐氧化生成醛类、酮类等物质。而萜烯类化合物的含量和种类明显减少,主要是因为单萜或倍半萜化合物在干燥过程中,易受到温度、真空度的等因素的影响发生化学反应[32];经变温压差膨化干燥后,芒果中萜烯类化合物种类最多,含量也最高,其中的反式石竹烯和α-石竹烯增加较大,4-蒈烯完全损失,但生成了环己烯和萜品油烯[33]。由此可见,变温压差膨化干燥在一定程度上有利于酯类和酮类化合物的生成,但萜烯类化合物和醇类化合物容易损失。

1.5 联合干燥的影响

随着真空冷冻-微波联合干燥的进行,尤其由升华干燥结束到解析干燥开始阶段,对于其他八碳化合物,如3-辛醇、3-辛醇等醇类物质含量和辛酸甲酯、壬酸甲酯等酯类物质显著降低,并且在后期微波干燥阶段,没有检出;这说明加热过程对八碳化合物、醇类等挥发性成分的损失有直接的影响,并且由于长期的加热作用使得八碳化合物等成分造成挥发损失或发生其他化学反应[34]。苹果片经真空微波联合冷冻干燥与冻干样品相比，分子量较小的酯类香气值变化不大，但分子量较大的酯类香气值降低，且丁醇、己醛、2-己烯醛等醛类和醇类降低[35]。真空-微波联合干燥由于腔体的温度和湿度导致酯类减少及醇类化合物的增加，这一现象在与张岩等[36]对香蕉的研究一致。蓝莓经微波-热风联合干燥后,萜烯化合物有一定损失,但新增了糠醇,且酯类化合物含量高于单一干燥。微波-热风干燥能够促进部分香气组分物质的增多与转化,同时也可能由于微波加热条件下高温化学反应不充分,会弱化香气成分的形成[37]。Wang等[38]研究表明,红外干燥与冷冻干燥的组合对香气保留有显着影响,并引起含硫化合物如二甲基,三硫化物和1,2,4-三硫醇的增加。香菇经热风-微波联合干燥后含硫和酯类化合物含量高于单一热风干燥,醛类化合物含量相近,但醇类化合物含量低于热风干燥,由于醇类化合物挥发性较强,稳定性不高,干制过程损失严重,可能原因与热风微波联合干燥微波干制段干制温度高有关[39]。由此可见,真空冷冻-微波联合干燥会导致醇类以及某些酯类化合物的降低,真空-微波联合干燥则会导致酯类化合物减少及醇类化合物的增加,微波-热风联合干燥后萜烯化合物会有所降低,但含硫和酯类化合物含量较高,红外干燥联合冷冻干燥会使含硫化合物增加,但这些现象也因果蔬种类而有所差异,还需要进一步验证。

2 不同干燥方式对果蔬中非挥发性风味物质影响

2.1 热风干燥的影响

果蔬经热风干燥后,核苷酸、有机酸和氨基酸等非挥发性风味物质均有一定程度的降解,且因果蔬种类不同,降解成分和速率也有所差异。随着干燥时间的延长和温度的升高,果蔬中蛋白质会被各类蛋白酶、肽酶及氨肽酶降解,造成氨基酸含量升高[40]。但当温度升高至一定程度,氨基酸受热会发生裂解并与糖类发生美拉德反应、焦糖化反应等而消耗[41]。香菇经热风干燥处理后,阿拉伯糖、海藻糖、甘露醇糖含量较高,但游离氨基酸和核苷酸含量有所降低[42]。Soria等[43]在热风干燥胡萝卜中检测出了2-糠酰甲基赖氨酸和2-糠酰甲基精氨酸,但氨基酸含量及种类均低于鲜样;热风干燥时果蔬表面暴露在空气中,蛋白质逐渐降解,加速了核苷酸化合物的降解[44],吴方宁等[45]研究表明,白玉蕈经热风干燥后检测出了丙氨酸、精氨酸、谷氨酸等多种氨基酸以及以苹果酸和丁二酸为主的有机酸和5′-CMP、5′-UMP、5′-IMP、5′-GMP、5′-AMP 5种核苷酸,但核苷酸含量显著低于鲜样;且热风干燥过程中有机酸易发生氧化反应生成了脂肪酸和氧化有机酸,或者在受热过程发生脱羧反应造成有机酸含量较低[46]。葡萄经热风干燥后,酒石酸、柠檬酸、丁二酸、反丁烯二酸等有机酸含量均显著低于真空干燥[47]。

2.2 真空冷冻及其联合干燥的影响

真空冷冻干燥香菇片中丝氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、赖氨酸、脯氨酸含量和甘露醇以及可溶性糖含量高于其他干燥方式,这可能由于真空冷冻干燥由于其低温低压环境,对香菇中的可溶性糖破坏性较弱的原因导致的[48],但与新鲜香菇相比,还是有所降低。双孢菇在真空冷冻干燥过程中果糖、海藻糖和肌醇的含量显著降低,这可能归因于热处理过程中发生的美拉德反应,导致总可溶性糖(特别是还原糖如果糖)和多元醇含量的降低;且经真空冷冻干燥后,双孢菇中游离氨基酸含量下降[49],这可能是由于Strecker降解游离氨基酸和氨基酸和还原糖之间的美拉德反应[50-51];有机酸含量随着干燥时间的延长呈先升高后下降的趋势,这是由于随着FD升华期样品温度逐渐升高,相关酶(如苹果酸脱氢酶和柠檬酸合成酶)可能已被激活,促进样品中有机酸的形成[52],在干燥后期,有机酸的损失可归因于FD的解吸期间热处理温度较高引起的脱羧作用[53]。因此,与新鲜果蔬相比,真空冷冻干燥后氨基酸、多元醇以及氨基酸含量虽然有所降低,但这种干燥方式能较好的保留这些非挥发性风味物质。

有研究表明,真空冷冻-微波联合干燥双孢蘑菇中L-谷氨酸、L-组氨酸等氨基酸以及5′-GMP、5′-AMP和有机酸等大部分非挥发性成分含量在微波干燥阶段显著降低;真空冷冻-微波联合干燥双孢蘑菇片中可溶性糖含量低于冷冻干燥,但对等效鲜味浓度(EUC)有重要贡献的呈鲜味游离氨基酸含量与新鲜样品含量相近,显著高于冻干产品;双孢蘑菇片通过两种干燥方式后呈味核苷酸和有机酸含量差异不显著。在真空冷冻干燥条件下氧气不足,导致可溶性糖与游离氨基酸的Maillard反应减慢,因此可溶性糖含量较高,且真空条件会影响各类ATP降解酶的活性[54],导致真空干燥中ATP降解较少,核苷酸总量较低;真空冷冻干燥条件下,水分蒸发的沸点较低,对应的果蔬干燥温度较低,减少了蛋白质的降解程度[55],降低了氨基酸与糖类的反应速率,减少氨基酸的损耗;随着真空冷冻干燥的进行,果蔬的温度升高可能导致酶的活化,促使大分子糖的代谢,甘露醇含量会逐渐增加;然而,在真空冷冻-微波联合干燥(FMVD)过程中真空冷冻干燥(FD)和微波干燥(MVD)的解吸期间,由于样品温度较高,热分解可能导致甘露醇含量降低[56]。由此可见,经真空冷冻-微波联合干燥后,果蔬中氨基酸、核苷酸和有机酸以及可溶性糖降低,但鲜味游离氨基酸含量与鲜样接近。

2.3 微波干燥的影响

微波干燥过程中氨基酸虽然会与糖类发生美拉德反应而消耗,但是由于蛋白质水解过程占主导,所以游离氨基酸总量总体呈增加趋势,但达到一定高功率时温度比较高,酶活性降低从而影响蛋白质水解,导致高功率下氨基酸消耗占主导,蛋白质水解占次要地位[57]。黄姬俊[58]研究表明,随微波功率的升高,游离氨基酸总量呈现先增加后降低的趋势;微波功率逐渐增大,对应果蔬的干燥温度升高,一定范围的高温使更多的蛋白质经酶的作用生成氨基酸,从而使氨基酸总量增加。经微波干燥的酸枣叶尿苷、胞苷、2′-脱氧腺苷-5′-单磷酸、鸟苷-5′-单磷酸等核苷酸显著高于鲜样,亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸等氨基酸也高于鲜样[59]。

3 结论与展望

综上所述,干制果蔬的风味物质会因为品种和干燥方式不同而相差很多;果蔬在干燥过程中风味物质的损失相当严重。关于干燥果蔬风味物质的研究还不多见,果蔬在干燥过程中风味物质如何变化,如何减少干燥过程中风味物质的损失以及增强果蔬中特征风味物质种类和含量,从而保持果蔬原有的风味等还有待于深入研究。因此,在未来的研究中,可以采用联合干燥技术,利用各干燥技术的优势达到互补,寻找有利于风味物质形成的最佳组合顺序和转换点。