FSHW：三种干燥方法对酚类化合物稳定性和苹果皮干燥特性的影响

Introduction

苹果是世界上种植面积最广的水果之一，中国有最大的种植面积和最高的年产量。苹果被加工成多种产品，包括果汁、果泥、脆片、醋等。中国每年加工的苹果超过300万吨，产生了大量废弃的果渣和果皮，因而引起了资源利用的担忧。之前的研究已经证明了苹果皮具有很强的抗氧化能力，苹果皮中抗氧化能力的主要贡献者是酚类物质，其含量比果肉部分高出约2～7倍。同时，果肉中不存在的特征性黄酮类化合物（如槲皮素糖苷）使得苹果皮具有很高的抗自由基活性。苹果渣已被用于发酵饲料和果胶的工业生产，但苹果皮作为食品或保健食品中的抗氧化添加剂还没有实现工业化。因此，如果加工不会造成较大的营养损失，且便于苹果加工厂直接处理，苹果皮可用作功能食品的原料进一步利用。

苹果皮含水量为80%，易发生微生物分解导致的变质，难以贮存。干燥是广泛使用的方法之一，通过去除水分，抑制变质，降低酶的活性，延长原料的贮藏寿命。热风干燥是最常用的干燥方法之一，具有操作简单、成本低的优点，但对干燥产品的色泽和质量有一定的影响。热泵干燥机可以控制空气湿度，并将经过的废气中的潜热和显热都回收利用，表现出其节能的特点。与热干燥方法相比，真空冷冻干燥通过在低温缺氧环境下升华水分，获得最高的产品质量，但由于成本昂贵、干燥过程耗时，可能不适合苹果皮等低附加值物料。

要提高苹果皮的附加价值，关键是找到一种快速、便捷、节能的干燥方法。根据干燥速率和综合品质推测，热泵干燥可能是苹果皮干燥的有效程序。 中国农业科学院农产品加工研究所的Qiancheng Ma、Jinfeng Bi、Jianyong Yi等 在本研究通过研究不同干燥方法对苹果皮的干燥效率、色泽、营养成分和抗氧化能力的影响，在热风干燥（AD）、热泵干燥（HP）和冷冻干燥（FD）中选择最适合苹果皮工业化生产的干燥技术。

Results and Discussion

外观和颜色参数

不同干燥方式下的苹果皮干品外观如图1所示。FD样品光亮，无收缩，可作为标准形态；与FD样品相比，AD和HP样品在不同温度下干燥时产生了较大的收缩。AD样品外观呈暗红色，有明显的褐变现象，随着干燥温度的升高，颜色加深，而HP样品外观相对明亮，与FD样品相似。在所有HP样品中，HP45样品的颜色最深，这可能是由于曝光时间过长，导致颜料降解或非酶促褐变加重。

图1 FD、AD和HP干燥后的苹果皮外观

干燥条件对干燥样品的色泽参数影响显著，表1中L*和a*值明显降低，ΔE值增加，被认为是褐变程度的加重。与新鲜样品相比，FD样品的L*值（82.88）略有增加，a*和b*值降低，使ΔE值最低（21.00）。在FD期间的低温和真空条件使苹果皮的褐变现象较少，同时，由于海绵状组织空隙的存在，导致苹果皮的外观较浅，而AD样品的L*值（82.88）略有上升，b*值下降，导致ΔE值最低（21.00）。对于AD样品，随着干燥温度的升高，L*和a*值降低，ΔE值增加。65℃和55℃干燥的HP样品和FD样品之间的L*和a*值没有表现出显著差异。可以解释为苹果皮在干燥过程中暴露在热和氧的环境中容易发生酶解和非酶解褐变，而在整个HP过程中循环低湿度空气和较短的有效干燥时间可以有效降低非酶解褐变的程度，有助于保持样品的原色。AD75和HP45样品的颜色劣化可能分别归因于干燥过程中的高温和过长的加热时间。

表1 FD、AD和HP干燥的苹果皮的颜色参数

微观结构

不同干燥方法对苹果皮横截面微观结构的影响如图2所示。FD样品表现出多孔结构，孔壁较薄，说明FD对维持植物组织的多孔细胞结构起到了积极作用。FD样品的多孔微结构是在真空环境下冰升华形成的，没有受到外力的作用而发生细胞收缩和塌陷。观察到AD和HP样品的孔壁较厚，结构比FD样品密实，这是由于水分蒸发过程中细胞的收缩和塌陷造成的。此外，在扫描电子显微镜下观察到苹果皮表面有一层薄蜡层。

图2 经FD、AD和HP干燥的苹果皮的横截面微观结构图像

酚类化合物含量

酚类化合物在苹果皮的抗氧化性中起着重要作用，而不是VC。如图3所示，HP65样品的总酚含量（TPc）最高（2939.45 mg GAE/100 g），其次是FD样品（2740.24 mg GAE/100 g），与新鲜样品（4094.25 mg GAE/100 g）相比，TPc的损失分别为28.21%和33.08%。这可能是由于解冻后酶的活性增加引起部分酚类化合物的降解，或者FD样品相对完整的多孔微结构影响了酚类化合物的释放和溶解。此外，AD75样品表现出最低的TPc（2498.11 mg GAE/100 g），这可能归因于部分酚类化合物在高温和氧气环境下更容易被降解，也可能是由于酚类与多糖或蛋白质在高温下的结合，使用同样的方法未能检测到。

图3 FD、AD和HP干燥后苹果皮的总酚含量

为进一步探讨不同干燥方法对各酚类物质保留量的影响，采用HPLC对各酚类化合物进行鉴定和定量，如表2所示。从干燥的苹果皮中检测出7种主要酚类物质，分别是绿原酸、咖啡酸、(-)-表儿茶素、金丝桃苷、芦丁、根皮苷和槲皮苷。除芦丁外，其他各酚类物质的含量在干燥操作后均显著下降。芦丁是新鲜富士苹果皮中含量最丰富的黄酮类物质，含量为2793.12 μg/g，在AD65、AD55样品和所有HP样品中含量均有增加。芦丁含量最高和最低的分别是HP55样品（3422.32 μg/g）和AD75样品（1976.63 μg/g）。酚类物质的增加可能是由于干燥或研磨引起的植物组织中结合酚类物质的释放。此外，芦丁还受到其他酚类物质的保护，如绿原酸在高温条件下更容易被分解，从而使芦丁避免被降解。绿原酸在FD样品中含量最高（1023.91 μg/g），且在AD和HP过程中受干燥温度影响明显，这是因为绿原酸分子中的O-二酚羟基在高温下易被氧化分解。而对于咖啡酸和金丝桃苷，不同干燥方式的保留量没有显著差异。此外，HP65样品中的根皮苷和槲皮苷的最高保留量分别是FD样品最低保留量的1.25倍和1.69倍。所有AD样品的酚类物质都出现了严重的降解，说明HP相对独立、高效的操作模式与除湿的特点对干燥过程中酚类物质的保存起到了显著的作用。

表2 FD、AD和HP干燥的苹果皮中各酚类物质的含量

抗氧化能力

不同干燥方法生产的干苹果皮的抗氧化活性如表3所示。FD样品（37.24 μmol TE/g）和HP45样品（46.14 μmol TE/g）的DPPH自由基清除能力最低，其他干燥样品的DPPH自由基清除能力无差异。在ABTS和FRAP检测中，HP65样品的自由基清除能力和还原能力最高，分别为127.15 μmol TE/g和219.57 μmol TE/g。与新鲜样品相比，HP65样品保留了约77.91%的ABTS自由基清除能力和72.54%的FRAP。此外，AD75样品的ABTS自由基清除能力最弱（84.70 μmol TE/g），FRAP能力最弱（174.98 μmol TE/g），可能是由于干燥温度过高导致抗氧化剂降解所致。

表3 FD、AD和HP干燥的苹果皮的抗氧化活性（DPPH、ABTS和FRAP）

Conclusion

苹果加工业副产品的苹果皮可以通过脱水工艺进行贮存和利用。本研究评价了3种商品化干燥方法对苹果皮整体品质变化的影响，包括物理性能、营养生物活性成分和抗氧化活性。研究数据表明，65℃ HP干燥的苹果皮具有相对较高的干燥率，VC和酚类物质保留率高，抗氧化能力强。此外，在65℃下，苹果皮的褐变程度受到限制，显示出更明亮的外观。此外，与AD甚至FD相比，HP有利于保留苹果皮中丰富的酚类物质，从而保持较高的抗氧化活性。考虑到干燥效率和产品的整体质量，65℃下HP是获得色泽优异、抗氧化剂丰富的高质量苹果皮干的有效方法。

Stability of phenolic compounds and drying characteristics of apple peel as affected by three drying treatments

Qiancheng Maa,b, Jinfeng Bia,*, Jianyong Yia,*, Xinye Wua,Xuan Lia, Yuanyuan Zhaoa

a Key Laboratory of Agro-products Processing, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China

b School of Food Science and Technology, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China

*Corresponding author at: Key Laboratory of Agro-products Processing, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China.

E-mail address: bjfcaas@126.com

yijianyong@caas.cn

Abstract

To realize high-value utilization of discarded apple peel, this study investigated the effects of three selected commercial drying methods on drying kinetics, microstructure, color, phenolic stability and antioxidant capacity of apple peel. Apple peel was dehydrated by hot air drying (AD) at 75, 65 and 55 °C, heat pump drying (HP) at 65, 55 and 45 °C, and vacuum freeze-drying (FD), respectively. The results showed that HP was superior to AD and FD in terms of drying rate. In addition, HP at 65 °C provided high-quality dried apple peel due to less browning and brighter appearance, the highest retention of total phenolics (29.35 mg/g) and the strongest antioxidant activities, with the highest ABTS and FRAP value of 127.15 and 219.57 μmol TE/g, respectively. The content of the six major individual phenolics, i.e. caffeic acid, (-)-epicatechin, hyperoside, rutin, phlorizin and quercitrin, were found to be the highest in HP dried samples. Interestingly, the content of rutin was even increased after HP compared to the fresh sample. Considering drying efficiency, organoleptic quality and phenolic stability of the products, HP at 65 °C is suggested for drying of apple peel.

该文章《Stability of phenolic compounds and drying characteristics of apple peel as affected by three drying treatments》发表于Food Science and Human Wellness 2021年第2期174-182页。点击下方阅读原文即可查看摘要原文。

翻译：梁安琪；编辑：袁艺；责编：张睿梅

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