谷風(fēng)林+董智哲+潘思軼+徐飛+王慶煌+趙建平

摘要對(duì)熱風(fēng)干燥和冷凍干燥處理香草蘭樣品的干燥效果進(jìn)行比較，結(jié)果表明熱風(fēng)干燥的干燥速率隨溫度的增加而增加，冷凍干燥的干燥速率介于40和50℃熱風(fēng)干燥的速率之間。電子鼻分析結(jié)果表明，與40、50和60℃熱風(fēng)干燥相比，相同干燥時(shí)間條件下，冷凍干燥能更好的保留香草蘭原有風(fēng)味，同時(shí)冷凍干燥處理的香草蘭樣品具有更強(qiáng)的香氣強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞香草蘭 ；冷凍干燥 ；熱風(fēng)干燥 ；水分含量 ；香氣

分類號(hào)S573+.9 ；TQ651

Comparison of Drying Techniques for Vanilla Bean

GU Fenglin1,3)DONG Zhizhe2)PAN Siyi2)

XU Fei1,3)WANG Qinghuang1,3)ZHAO Jianping3)

(1 Spice and Beverage Research Institute, CATAS, Wanning, Hainan 571533, China

2 College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University,

Wuhan, Hubei 430070, China

3 Ministry of Agriculture Key Laboratory of Genetic Resources Utilization of Spice

and Beverage Crops, Wanning, Hainan 571533, China)

AbstractDesiccative effects of hot-air drying and vacuum freeze-drying for vanilla were compared in this research. The results showed that drying rate of hot-air drying increased with the increasing drying temperature, and the rate of vacuum freeze-drying is between the rates of hot-air drying at 40℃and 50℃. E-nose analysis revealed that, compared with hot-air drying at 40℃, 50℃and 60℃, the drying vanilla treated by vacuum freeze-drying at the same drying time can retain its original flavor and give higher odor intensity.

Keywordsvanilla ; vacuum freeze-drying ; hot-air drying ; moisture content ; odor

香草蘭(Vanilla planifolia Andrews)屬蘭科(Orchidaceae)香草蘭屬(Vanilla)，因其獨(dú)特的香氣而被認(rèn)為是最具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的蘭科植物[1]，素有“食品香料之王”的美譽(yù)。香草蘭原產(chǎn)于墨西哥，目前種植地區(qū)主要分布在南北緯27°以內(nèi)、海拔700 m以下的熱帶和亞熱帶地區(qū)[2]。對(duì)香草蘭的開發(fā)應(yīng)用已有四百多年歷史，它已作為一種高級(jí)香料廣泛用于飲料、冰激凌、糖果、巧克力、奶制品、香煙等食品工業(yè)，也用于化妝行業(yè)，如香水制造[1,3-4]。

目前，對(duì)香草蘭的研究主要集中在香草蘭發(fā)酵生香機(jī)理及工藝、香氣成分、生物活性功能等方面[5-12]，而對(duì)香草蘭成品豆莢的干燥工藝研究較少。雖然在香草蘭生香過(guò)程中會(huì)通過(guò)日曬或其它方式對(duì)香草蘭進(jìn)行干燥，但成品豆莢中仍有20%以上的水分，有些產(chǎn)地的豆莢如湯加地區(qū)豆莢中水分含量甚至接近40%。對(duì)某些要求水分含量較低的食品而言，香草蘭成品豆莢作為一種香味添加劑，其水分含量仍然較高，因此為滿足生產(chǎn)的需要，有必要對(duì)香草蘭成品豆莢做進(jìn)一步的干燥研究。

1材料與方法

1.1材料

1.1試驗(yàn)材料

香草蘭豆莢由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所提供。

1.1.2主要儀器設(shè)備

MB45快速水分測(cè)定儀(奧豪斯，美國(guó))；電子鼻分析系統(tǒng)(Alpha MOS 法國(guó))。

1.2方法

1.2.1冷凍干燥

樣品分別經(jīng)冷凍干燥處理2、4、6、8、10 h，干燥后的樣品快速裝入密封袋，再經(jīng)水分測(cè)定儀測(cè)定水分含量。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次。

1.2.2熱風(fēng)干燥

樣品在40℃條件下分別熱風(fēng)干燥3、6、9、12、15 h；在50℃條件下干燥2、4、6、8、10 h；在60℃條件下干燥1、2、3、4、5 h。干燥處理的樣品快速裝入密封袋，再經(jīng)水分測(cè)定儀測(cè)定水分含量。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次。

1.2.3電子鼻分析

用電子鼻系統(tǒng)分析經(jīng)不同干燥方式、干燥時(shí)間處理的香草蘭樣品。分析條件為：加熱溫度50℃，加熱時(shí)間5 min，頂空進(jìn)樣量1.5 mL。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量5次。

1.2.4數(shù)據(jù)分析

用主成分分析法(Principal Component Analysis, PCA)對(duì)電子鼻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析軟件為SAS統(tǒng)計(jì)軟件。

2結(jié)果與分析

2.1水分含量

熱風(fēng)干燥是借助烘干室內(nèi)產(chǎn)生的熱風(fēng)促進(jìn)樣品快速干燥的一種方法。冷凍干燥則是基于低溫條件下樣品中的水份變?yōu)楸鶋K，冰塊在真空下快速升華的原理設(shè)計(jì)的干燥方法。圖1顯示了分別用這2種方法處理香草蘭樣品后水分含量的變化。從圖中可以看出，熱風(fēng)干燥的干燥速率隨溫度的增加而增加。60℃條件下干燥速率相對(duì)較快，經(jīng)5 h干燥后水分含量?jī)H3.2%；40℃條件下干燥速率較慢，經(jīng)15 h干燥后仍有7.8%的水分。冷凍干燥的速率介于40和50℃熱風(fēng)干燥的速率之間，經(jīng)10 h干燥處理后水分含量為4.99%。

2.2香氣分析

香草蘭往往作為香味添加劑加入食品，因此在干燥過(guò)程中除要求具有較低的水分含量外，還需要保持香草蘭豆莢原有的香氣，盡量減少香氣溢散或香氣物質(zhì)的分解。利用電子鼻對(duì)不同干燥條件處理后的香草蘭樣品進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)主成份分析法對(duì)電子鼻中各傳感器的響應(yīng)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果顯示，第一主成份貢獻(xiàn)率為77%，第一和第二主成份的累計(jì)貢獻(xiàn)率為95%，能夠較好的反映香草蘭樣品香氣的實(shí)際情況。從干燥處理后香草蘭樣品的電子鼻分析結(jié)果(圖2)可看出，經(jīng)干燥處理的樣品其香氣分布區(qū)域能明顯區(qū)分于未經(jīng)干燥處理樣品(對(duì)照)的香氣分布分區(qū)，這說(shuō)明干燥處理在一定程度上會(huì)影響香草蘭的香氣組成。此外，經(jīng)相同干燥方式處理的香草蘭樣品隨著干燥時(shí)間的增加，其香氣分布區(qū)域與對(duì)照樣品分布區(qū)域的距離也逐漸增加，這表明干燥時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)加快香草蘭整體香氣的改變。40和50℃熱風(fēng)干燥以及冷凍干燥處理的樣品隨著干燥時(shí)間的增加，其香氣分布區(qū)域逐漸向左方區(qū)域移動(dòng)，而60℃熱風(fēng)干燥的樣品則逐漸向上方移動(dòng)，這可能是由于在較低溫度條件下，香草蘭樣品中只是發(fā)生簡(jiǎn)單的香氣溢散，而在高溫條件下，香草蘭樣品在香氣溢散的同時(shí)，部分香氣物質(zhì)會(huì)發(fā)生分解或是樣品中生成了某些新的香味成分，這導(dǎo)致了高溫?zé)犸L(fēng)干燥樣品的香氣區(qū)域變化趨勢(shì)與低溫?zé)犸L(fēng)干燥和冷凍干燥的變化趨勢(shì)有所差異。

endprint

此外，冷凍干燥10 h樣品的香氣區(qū)域和對(duì)照樣品香氣區(qū)域的距離與40℃熱風(fēng)干燥15 h樣品的香氣區(qū)域距對(duì)照樣品的距離接近，這說(shuō)明二者香氣變化幅度相似，但前者具有較低的水分含量且所用時(shí)間較短。50℃熱風(fēng)干燥10 h和60℃熱風(fēng)干燥5 h的樣品水分含量略低于冷凍干燥，但距離對(duì)照樣品香氣區(qū)域較遠(yuǎn)，香氣變化較大。

圖3列出電子鼻中6個(gè)傳感器對(duì)不同香草蘭樣品的響應(yīng)值，響應(yīng)值越大說(shuō)明香氣強(qiáng)度越強(qiáng)[13]。

從圖3可看出，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，香草蘭樣品的響應(yīng)值會(huì)發(fā)生不同程度的減小(60℃熱風(fēng)干燥處理的樣品除外)。在相同的干燥時(shí)間下，除干燥后期Sensor3和Sensor4略低于40℃熱風(fēng)干燥處理的樣品外，冷凍干燥處理的香草蘭樣品的香氣強(qiáng)度均強(qiáng)于40℃熱風(fēng)干燥處理的樣品，而40℃熱風(fēng)干燥處理樣品的香氣強(qiáng)度又明顯強(qiáng)于50℃處理的樣品。對(duì)于60℃熱風(fēng)干燥處理的樣品，Sensor1、Sensor2、Sensor3和Sensor4四個(gè)傳感器響應(yīng)值的變化趨勢(shì)與另外幾種干燥方式一樣，均是隨著時(shí)間的增加而逐漸降低，在干燥過(guò)程的中后期樣品響應(yīng)值逐漸超過(guò)50℃熱風(fēng)干燥處理的樣品，而剩下兩個(gè)傳感器的響應(yīng)值則出現(xiàn)，隨著干燥時(shí)間的增加而先降低再增加再下降的趨勢(shì)。這種差異可能是由于高溫條件下，在干燥前期香氣成分快速溢散，導(dǎo)致傳感器響應(yīng)值快速下降，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)香草蘭中某些物質(zhì)發(fā)生熱反應(yīng)產(chǎn)生新的香氣物質(zhì)，因此在干燥中期香氣強(qiáng)度增強(qiáng)，在干燥后期熱反應(yīng)底物逐漸減少、香氣物質(zhì)生成的速率下降，導(dǎo)致傳感器的響應(yīng)值逐漸減小，香氣強(qiáng)度變?nèi)?。綜上，60℃熱風(fēng)干燥雖然在干燥的中后期有較強(qiáng)的香氣強(qiáng)度，但香草蘭的整體風(fēng)味可能發(fā)生了變化，而冷凍干燥與40和50℃相比有較大的響應(yīng)值，因此香氣強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)。

3結(jié)論

由于冷凍干燥和熱風(fēng)干燥在干燥機(jī)理上存在本質(zhì)上的區(qū)別，因此干燥效果也存在差異。從干燥速率方面來(lái)看，冷凍干燥的干燥速率介于40和50℃熱風(fēng)干燥的速率之間，且更接近與50℃的干燥速率，經(jīng)過(guò)10 h冷凍干燥處理后，香草蘭水分含量能達(dá)到一個(gè)較低的水平，約為5%，接近于經(jīng)50℃熱風(fēng)干燥處理10 h香草蘭樣品的4 %。從香氣方面來(lái)看，兩種干燥方式處理的香草蘭樣品香味均會(huì)發(fā)生變化，但變化的程度隨著干燥方式、溫度以及時(shí)間的不同而有所差異，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)、干燥溫度的增加，香草蘭香味變化越大。當(dāng)用60℃熱風(fēng)干燥處理樣品時(shí)，香草蘭樣品中除了發(fā)生香氣快速溢散外，還可能產(chǎn)生新的揮發(fā)性物質(zhì)，影響香草蘭整體風(fēng)味。PCA分析結(jié)果表明，冷凍干燥10 h樣品的香氣變化程度接近40℃ 15 h和50℃ 4 h熱風(fēng)干燥處理的樣品，但冷凍干燥處理的樣品有較強(qiáng)的香氣強(qiáng)度以及較低的水分含量。因此，與40、50、60℃熱風(fēng)干燥相比，利用冷凍干燥處理香草蘭具有較快的干燥速率和更好的保留原有香味的特點(diǎn)。由于不同食品對(duì)香草蘭水分含量的要求不盡一致，所以在接下來(lái)的研究中有必要對(duì)冷凍干燥處理香草蘭樣品的干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化，建立冷凍干燥動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)不同干燥條件下干燥效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，為工業(yè)化生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[13] Zhizhe Dong, Fenglin Gu, Fei Xu, et al. Comparison of Four Kinds of Extraction Techniques and Kinetics of Microwave-Assisted Extraction of Vanillin from Vanilla planifolia Andrews. Food Chemistry, 2014, 149(15): 54-61.

endprint

此外，冷凍干燥10 h樣品的香氣區(qū)域和對(duì)照樣品香氣區(qū)域的距離與40℃熱風(fēng)干燥15 h樣品的香氣區(qū)域距對(duì)照樣品的距離接近，這說(shuō)明二者香氣變化幅度相似，但前者具有較低的水分含量且所用時(shí)間較短。50℃熱風(fēng)干燥10 h和60℃熱風(fēng)干燥5 h的樣品水分含量略低于冷凍干燥，但距離對(duì)照樣品香氣區(qū)域較遠(yuǎn)，香氣變化較大。

圖3列出電子鼻中6個(gè)傳感器對(duì)不同香草蘭樣品的響應(yīng)值，響應(yīng)值越大說(shuō)明香氣強(qiáng)度越強(qiáng)[13]。

從圖3可看出，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，香草蘭樣品的響應(yīng)值會(huì)發(fā)生不同程度的減小(60℃熱風(fēng)干燥處理的樣品除外)。在相同的干燥時(shí)間下，除干燥后期Sensor3和Sensor4略低于40℃熱風(fēng)干燥處理的樣品外，冷凍干燥處理的香草蘭樣品的香氣強(qiáng)度均強(qiáng)于40℃熱風(fēng)干燥處理的樣品，而40℃熱風(fēng)干燥處理樣品的香氣強(qiáng)度又明顯強(qiáng)于50℃處理的樣品。對(duì)于60℃熱風(fēng)干燥處理的樣品，Sensor1、Sensor2、Sensor3和Sensor4四個(gè)傳感器響應(yīng)值的變化趨勢(shì)與另外幾種干燥方式一樣，均是隨著時(shí)間的增加而逐漸降低，在干燥過(guò)程的中后期樣品響應(yīng)值逐漸超過(guò)50℃熱風(fēng)干燥處理的樣品，而剩下兩個(gè)傳感器的響應(yīng)值則出現(xiàn)，隨著干燥時(shí)間的增加而先降低再增加再下降的趨勢(shì)。這種差異可能是由于高溫條件下，在干燥前期香氣成分快速溢散，導(dǎo)致傳感器響應(yīng)值快速下降，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)香草蘭中某些物質(zhì)發(fā)生熱反應(yīng)產(chǎn)生新的香氣物質(zhì)，因此在干燥中期香氣強(qiáng)度增強(qiáng)，在干燥后期熱反應(yīng)底物逐漸減少、香氣物質(zhì)生成的速率下降，導(dǎo)致傳感器的響應(yīng)值逐漸減小，香氣強(qiáng)度變?nèi)?。綜上，60℃熱風(fēng)干燥雖然在干燥的中后期有較強(qiáng)的香氣強(qiáng)度，但香草蘭的整體風(fēng)味可能發(fā)生了變化，而冷凍干燥與40和50℃相比有較大的響應(yīng)值，因此香氣強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)。

3結(jié)論

由于冷凍干燥和熱風(fēng)干燥在干燥機(jī)理上存在本質(zhì)上的區(qū)別，因此干燥效果也存在差異。從干燥速率方面來(lái)看，冷凍干燥的干燥速率介于40和50℃熱風(fēng)干燥的速率之間，且更接近與50℃的干燥速率，經(jīng)過(guò)10 h冷凍干燥處理后，香草蘭水分含量能達(dá)到一個(gè)較低的水平，約為5%，接近于經(jīng)50℃熱風(fēng)干燥處理10 h香草蘭樣品的4 %。從香氣方面來(lái)看，兩種干燥方式處理的香草蘭樣品香味均會(huì)發(fā)生變化，但變化的程度隨著干燥方式、溫度以及時(shí)間的不同而有所差異，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)、干燥溫度的增加，香草蘭香味變化越大。當(dāng)用60℃熱風(fēng)干燥處理樣品時(shí)，香草蘭樣品中除了發(fā)生香氣快速溢散外，還可能產(chǎn)生新的揮發(fā)性物質(zhì)，影響香草蘭整體風(fēng)味。PCA分析結(jié)果表明，冷凍干燥10 h樣品的香氣變化程度接近40℃ 15 h和50℃ 4 h熱風(fēng)干燥處理的樣品，但冷凍干燥處理的樣品有較強(qiáng)的香氣強(qiáng)度以及較低的水分含量。因此，與40、50、60℃熱風(fēng)干燥相比，利用冷凍干燥處理香草蘭具有較快的干燥速率和更好的保留原有香味的特點(diǎn)。由于不同食品對(duì)香草蘭水分含量的要求不盡一致，所以在接下來(lái)的研究中有必要對(duì)冷凍干燥處理香草蘭樣品的干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化，建立冷凍干燥動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)不同干燥條件下干燥效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，為工業(yè)化生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。

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此外，冷凍干燥10 h樣品的香氣區(qū)域和對(duì)照樣品香氣區(qū)域的距離與40℃熱風(fēng)干燥15 h樣品的香氣區(qū)域距對(duì)照樣品的距離接近，這說(shuō)明二者香氣變化幅度相似，但前者具有較低的水分含量且所用時(shí)間較短。50℃熱風(fēng)干燥10 h和60℃熱風(fēng)干燥5 h的樣品水分含量略低于冷凍干燥，但距離對(duì)照樣品香氣區(qū)域較遠(yuǎn)，香氣變化較大。

圖3列出電子鼻中6個(gè)傳感器對(duì)不同香草蘭樣品的響應(yīng)值，響應(yīng)值越大說(shuō)明香氣強(qiáng)度越強(qiáng)[13]。

從圖3可看出，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，香草蘭樣品的響應(yīng)值會(huì)發(fā)生不同程度的減小(60℃熱風(fēng)干燥處理的樣品除外)。在相同的干燥時(shí)間下，除干燥后期Sensor3和Sensor4略低于40℃熱風(fēng)干燥處理的樣品外，冷凍干燥處理的香草蘭樣品的香氣強(qiáng)度均強(qiáng)于40℃熱風(fēng)干燥處理的樣品，而40℃熱風(fēng)干燥處理樣品的香氣強(qiáng)度又明顯強(qiáng)于50℃處理的樣品。對(duì)于60℃熱風(fēng)干燥處理的樣品，Sensor1、Sensor2、Sensor3和Sensor4四個(gè)傳感器響應(yīng)值的變化趨勢(shì)與另外幾種干燥方式一樣，均是隨著時(shí)間的增加而逐漸降低，在干燥過(guò)程的中后期樣品響應(yīng)值逐漸超過(guò)50℃熱風(fēng)干燥處理的樣品，而剩下兩個(gè)傳感器的響應(yīng)值則出現(xiàn)，隨著干燥時(shí)間的增加而先降低再增加再下降的趨勢(shì)。這種差異可能是由于高溫條件下，在干燥前期香氣成分快速溢散，導(dǎo)致傳感器響應(yīng)值快速下降，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)香草蘭中某些物質(zhì)發(fā)生熱反應(yīng)產(chǎn)生新的香氣物質(zhì)，因此在干燥中期香氣強(qiáng)度增強(qiáng)，在干燥后期熱反應(yīng)底物逐漸減少、香氣物質(zhì)生成的速率下降，導(dǎo)致傳感器的響應(yīng)值逐漸減小，香氣強(qiáng)度變?nèi)?。綜上，60℃熱風(fēng)干燥雖然在干燥的中后期有較強(qiáng)的香氣強(qiáng)度，但香草蘭的整體風(fēng)味可能發(fā)生了變化，而冷凍干燥與40和50℃相比有較大的響應(yīng)值，因此香氣強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)。

3結(jié)論

由于冷凍干燥和熱風(fēng)干燥在干燥機(jī)理上存在本質(zhì)上的區(qū)別，因此干燥效果也存在差異。從干燥速率方面來(lái)看，冷凍干燥的干燥速率介于40和50℃熱風(fēng)干燥的速率之間，且更接近與50℃的干燥速率，經(jīng)過(guò)10 h冷凍干燥處理后，香草蘭水分含量能達(dá)到一個(gè)較低的水平，約為5%，接近于經(jīng)50℃熱風(fēng)干燥處理10 h香草蘭樣品的4 %。從香氣方面來(lái)看，兩種干燥方式處理的香草蘭樣品香味均會(huì)發(fā)生變化，但變化的程度隨著干燥方式、溫度以及時(shí)間的不同而有所差異，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)、干燥溫度的增加，香草蘭香味變化越大。當(dāng)用60℃熱風(fēng)干燥處理樣品時(shí)，香草蘭樣品中除了發(fā)生香氣快速溢散外，還可能產(chǎn)生新的揮發(fā)性物質(zhì)，影響香草蘭整體風(fēng)味。PCA分析結(jié)果表明，冷凍干燥10 h樣品的香氣變化程度接近40℃ 15 h和50℃ 4 h熱風(fēng)干燥處理的樣品，但冷凍干燥處理的樣品有較強(qiáng)的香氣強(qiáng)度以及較低的水分含量。因此，與40、50、60℃熱風(fēng)干燥相比，利用冷凍干燥處理香草蘭具有較快的干燥速率和更好的保留原有香味的特點(diǎn)。由于不同食品對(duì)香草蘭水分含量的要求不盡一致，所以在接下來(lái)的研究中有必要對(duì)冷凍干燥處理香草蘭樣品的干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化，建立冷凍干燥動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)不同干燥條件下干燥效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，為工業(yè)化生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。

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