自然对流与强制对流干燥对黏果酸浆(Physalis ixocarpa)营养及理化品质的影响:一种多元分析方法

时间:2026年5月21日
来源:Journal of Food Composition and Analysis

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本研究评估了四种干燥处理,即自然(阴凉)干燥以及50、65和80°C下的对流热风干燥,对黏果酸浆(Physalis ixocarpa L.)理化性质、矿物质组成及维生素含量的影响。研究人员观察到色泽参数发生显著变化,且营养成分出现降解,其中自然干燥导致的损失最

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本研究评估了四种干燥处理,即自然(阴凉)干燥以及50、65和80°C下的对流热风干燥,对黏果酸浆(Physalis ixocarpa L.)理化性质、矿物质组成及维生素含量的影响。研究人员观察到色泽参数发生显著变化,且营养成分出现降解,其中自然干燥导致的损失最为严重。所有干燥处理均导致蛋白质及常量矿物质(macro-minerals)含量下降,自然干燥样品中的降幅最为显著。在微量矿物质(micro-minerals)中,铁(Fe)和锌(Zn)呈现明显降低,而钠(Na)在较高温度下保留效果更佳。水溶性维生素,包括抗坏血酸(ascorbic acid)、硫胺素(thiamine)、核黄素(riboflavin)、烟酸(niacin)、泛酸(pantothenic acid)及吡哆醇(pyridoxine),均遭受 substantial 损失,尤以自然干燥为甚;而中温干燥(65°C)则保留了更多的该类维生素。脂溶性维生素,包括β-胡萝卜素(beta-carotene)、玉米黄质(zeaxanthin)、叶黄素(lutein)、叶绿醌(phylloquinone)及α-生育酚(alpha-tocopherol),同样受到影响,但在65°C下保留效果较好。多元分析揭示了总抗坏血酸与锌(r=0.99)、β-胡萝卜素与α-生育酚(r=0.92),以及玉米黄质与叶黄素(r=0.92)之间存在显著的强正相关性,表明可能存在协同抗氧化效应。
黏果酸浆(Physalis ixocarpa L.)作为墨西哥饮食文化的重要组成部分,因其营养价值、多功能性及健康益处而获得全球关注。该物种属茄科(Solanaceae)酸浆属(Physalis),墨西哥作为其主要生产中心,栽培环境涵盖橡树松林、热带落叶林及旱生灌丛等多样化生态系统。由于黏果酸浆含水量高,加工处理——特别是干燥处理——对于保持其品质与延长货架期具有关键意义。尽管黏果酸浆主要用于制备传统墨西哥菜肴中的酱汁、沙拉蘸料、汤品、腌料及肉类配菜,但其鲜食或干制品的全球消费仍十分有限,表明其潜在应用尚待充分开发。近年来,健康零食产品需求的增长为黏果酸浆的创新利用提供了新机遇,尤其以脆片或干制形式呈现,此类产品兼具营养与功能价值,有助于实现农业产出多样化及经济可持续性。因此,确定适宜的干燥技术对于生产货架期稳定、品质优良的黏果酸浆基零食产品至关重要。

干燥是最常用的保鲜方法之一,通过降低水分含量抑制微生物生长、增强贮藏稳定性。在众多技术中,对流干燥(convective drying)是工业应用最广泛的类型,通过控制温度与空气循环实现更均匀的脱水,从而有助于保持产品品质。相比之下,自然干燥(natural drying)高度依赖环境条件,常导致不一致的结果,可能对产品特性产生负面影响。干燥参数直接影响必需营养素保留及色泽稳定性,过高温度可能对矿物质组成、蛋白质含量、维生素谱及色泽特性产生不利影响,使温度控制成为工艺设计的关键因素。目前针对黏果酸浆干燥的研究较为匮乏,因此来自形态特征相似的小型浆果(特别是同属酸浆属的金灯果,Physalis peruviana L.)的比较证据可为理解干燥行为及品质变化提供有益参考。

为填补这一研究空白,研究人员开展了本项研究,系统比较自然干燥与对流干燥对黏果酸浆品质的影响,旨在评估干燥引起的色泽变化、分析粗蛋白、维生素(抗坏血酸、硫胺素、核黄素、烟酸、泛酸、吡哆醇、β-胡萝卜素、叶绿醌、叶黄素、玉米黄质)及矿物质(磷、钾、钙、镁、铁、钠、锰、铜、锌)的保留情况,并基于生化参数确定最适对流干燥温度。该研究成果发表于《Journal of Food Composition and Analysis》,为优化干燥技术以保留黏果酸浆营养完整性并提升其商业价值提供了重要见解。

研究采用的关键技术方法包括:样本于2022年9月采自土耳其布尔萨Hikmet Şahin市场,经便携式冷藏箱4°C运输后置于同温度冰箱保存,选取大小、颜色及整体品质均一的样品,清洗后切为四等份;干燥处理包括自然干燥(23±1°C,65±1%相对湿度,避光)及对流热风干燥(50°C、65°C、80°C,风速2 m/s,基于薄层干燥理论);色泽参数采用CIELab法测定,包括亮度(L*)、红绿值(a*)、黄蓝值(b*)、彩度(C)、色调角(α°)及总色差(ΔE)、褐变指数(BI)、白度指数(WI);蛋白质含量通过凯氏定氮法(Kjeldahl method)测定;矿物质分析采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定铁、铜、锌、镁、锰,火焰光度法测定钠、钾、钙,分光光度法测定磷;维生素及类胡萝卜素采用高效液相色谱法(HPLC)分析,其中水溶性维生素(抗坏血酸、硫胺素、核黄素、烟酸、泛酸、吡哆醇)经水提后使用反相C18柱分离,紫外检测;脂溶性维生素(叶绿醌、α-生育酚)及类胡萝卜素(β-胡萝卜素、叶黄素、玉米黄质)经相应提取程序后同样以反相HPLC分析;数据统计采用完全随机析因设计,使用JMP 13.0软件进行方差分析及多元统计分析。

研究结果部分按照原文结构分节阐述如下。

干燥周期

黏果酸浆初始湿基含水率为91.21±0.14%,干燥终了时降至9.09±0.08%。自然干燥耗时10080.00±43.59分钟,为所有处理中最长;对流干燥随温度升高而显著缩短,50°C、65°C、80°C分别需735.33±13.48分钟、405.67±12.13分钟和315.67±3.48分钟。80°C干燥时间较自然干燥缩短近32倍,这与高温促进水分蒸发速率、加速内部水分向表面扩散及改善热传递有关。

色泽参数

干燥处理对色泽参数产生显著影响。自然干燥的亮度值(L*)最低,较鲜品降低约44.2%;50°C、65°C、80°C对流干燥的降幅分别为29.7%、34.3%和29.9%。红绿值(a*)在鲜品中最低,高温处理与自然干燥间无显著差异。黄蓝值(b*)随干燥温度升高而增加,80°C处理较鲜品提升15-18%。彩度(C)以80°C最高,较鲜品增加约55%;色调角(α°)在自然干燥中显著降低,降幅约25%。总色差(ΔE)以自然干燥最高,较高温处理高约20%。褐变指数(BI)以80°C最高,较鲜品增加约2.8倍;白度指数(WI)以自然干燥最低,降幅约47%。这些变化与色素降解、非酶褐变反应及氧化作用密切相关。

矿物质组成与蛋白质含量

总蛋白(TP)含量在所有干燥处理后显著降低,但不同处理间无显著差异。磷含量以自然干燥降幅最大(约37%),65°C和80°C保留较多。钾含量在自然干燥中降低约60%,50°C处理类似,而65°C和80°C损失降至37%-45%。镁含量在自然干燥中降低约36%,65°C仅损失25%,但80°C损失达44%。钙含量以自然干燥损失最大,65°C保留最佳,80°C又有所下降。铁含量在各干燥处理间无显著差异,但均显著低于鲜品。钠在自然干燥中损失约50%,而高温处理(尤其80°C)损失降至30%-35%,表明较高温度更有利于钠保留。铜在自然干燥和80°C处理中损失超过50%,50°C损失约30%。锰在自然干燥中损失45%-50%,而各温度对流干燥损失约25%。锌在自然干燥中降低45%,50°C损失33%,65°C和80°C损失约30%。总体而言,65°C对流干燥对蛋白质和矿物质的保留效果最佳,自然干燥损失最大。

维生素谱

水溶性维生素方面,自然干燥导致最严重损失:抗坏血酸降低77.5%,硫胺素降低73.5%,核黄素降低67.6%,泛酸降低64.6%,吡哆醇降低60%,烟酸也有显著下降。这些损失归因于约7天的漫长干燥期间样品暴露于大气氧气,加速了氧化降解,且漫射光亦可能促进核黄素等光敏感维生素的光氧化降解。相比之下,65°C对流干燥保留了最多的水溶性维生素:抗坏血酸352.02 ppm、硫胺素1.26 ppm、核黄素1.43 ppm、烟酸76.04 ppm、泛酸6.03 ppm、吡哆醇2.01 ppm。80°C处理因热降解加剧,维生素保留反较65°C下降。

脂溶性维生素及类胡萝卜素方面,自然干燥同样损失显著:玉米黄质降低66.5%,叶绿醌降低55.3%,β-胡萝卜素、叶黄素、α-生育酚亦有 substantial 损失。65°C和80°C对流干燥显著减少这些损失,其中65°C保留效果最佳:β-胡萝卜素3.83 ppm、玉米黄质2.77 ppm、叶黄素22.44 ppm、叶绿醌0.46 ppm、α-生育酚18.81 ppm。值得注意的是,80°C时叶黄素保留略增至24.75 ppm,但α-生育酚降至18.00 ppm,表明该温度下维生素E对热更为敏感。

多元分析:相关性及生物学意义

多元分析揭示了各参数间的相关关系。色泽方面,亮度(L*)与多种维生素保留呈正相关,而彩度(C)与核黄素、泛酸等呈负相关,提示色泽控制对营养品质的重要性。矿物质间存在高度协调变化,钾与磷(r=0.93)、钙(r=0.94)、铁(r=0.89)、钠(r=0.97)、锰(r=0.96)、锌(r=0.92)均呈强正相关,钙与铁(r=0.89)、钠(r=0.94)、锰(r=0.93)、锌(r=0.93)亦然,表明干燥条件影响矿物质整体谱而非单一元素。

维生素与矿物质间,抗坏血酸与锌呈现极强正相关(r=0.99),提示二者可能在抗氧化系统中协同作用;抗坏血酸与硫胺素(r=0.97)的强相关表明其可能通过共同生物途径相互关联。类胡萝卜素与维生素间,β-胡萝卜素与α-生育酚(r=0.92)的强相关暗示二者协同抗氧化效应;玉米黄质与叶黄素(r=0.92)的高度相关表明二者在视网膜健康促进中可能具有相似生物学功能。此外,烟酸与吡哆醇(r=0.95)、泛酸与镁(r=0.87)、铁与钙(r=0.87)、叶绿醌与α-生育酚(r=0.96)等均呈现显著正相关,揭示营养素间的复杂相互作用。

讨论与结论部分总结

研究结论指出,干燥方法与温度对黏果酸浆营养品质具有显著影响。自然干燥因长时间暴露导致最严重的营养降解,而控制条件下的65°C对流干燥在营养保留与脱水效率间实现了有效平衡。各干燥处理中蛋白质、矿物质和维生素的显著降低凸显了优化加工方法以最小化营养损失的重要性。关键维生素、矿物质与抗氧化剂间的强相关性暗示潜在协同相互作用,可能对膳食配方及功能食品开发具有意义,表明干制黏果酸浆中特定营养素的共存可增强其生物利用度及功效,尤其在抗氧化与代谢功能方面。从实践角度,这些发现为食品科学家、营养师及食品加工业提供了保留干制产品中必需营养素的策略指导;65°C中温干燥作为维持黏果酸浆营养完整性同时确保高效脱水的可行途径,值得进一步关注。未来研究应聚焦于这些营养素相互作用的机制基础,优化干燥技术以提升加工食品中必需营养素的稳定性与生物利用度;探索真空干燥或冷冻干燥等替代技术,亦可能为最小化营养降解提供更有效的保鲜方法。

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