柚子[Citrus maxima（Burm）Merr.]是柑橘类水果中果实最大的一种，又名雷柚、气柑等。果肉呈白或红色，隔分成瓣，瓣间易分离，味酸可口。每年农历八月十五左右成熟，皮厚耐藏，一般可存放3个月不失香味，故有“天然水果罐头”之称[1-2]。但柚子果实在贮藏过程中仍然会出现粒化枯水[3]、褐斑病[4]等现象，影响果实的品质及商业价值。
为了解决柚子粒化枯水、褐斑病等问题，国内外学者对蜜柚的各种加工技术进行了研究，比如气调贮藏保鲜技术、防腐剂保鲜技术、真空冷冻干燥技术等。真空冷冻干燥是先将湿物料冻结到共晶点温度以下，使水分变成固态的冰，然后在适当的温度和真空度下，使冰升华为水蒸气，再用捕水器将水蒸气冷凝，从而获得干制品的技术[5]。食品原材料经过真空冷冻干燥加工可以有效保留原有的色、香、味和营养成分[6]。
至今，国内外学者利用真空冷冻干燥技术对各种物料进行了研究。如陈健凯[7]以香菇为对象，研究真空度等因素对收缩率的影响，确定了最优工艺参数组合;陈树俊等[8]以荞麦为对象，研究升华干燥温度等因素对干燥速率和醋培总酸含量的影响，确定了最优工艺条件。但是目前对蜜柚的研究鲜见，因此，文章拟探讨真空冷冻干燥工艺中不同因素对蜜柚品质和干燥效率的影响，利用正交试验确定最佳工艺参数，以期获得高品质蜜柚产品并提高干燥效率；为企业生产优质蜜柚冻干产品提供指导，提高经济效益，开发蜜柚商业价值。
1 材料与方法
1.1 试验材料
蜜柚：市售。选择个体完整、大小均匀、无机械损伤、表皮色泽由绿转黄的蜜柚作为试验原料。
1.2 主要仪器与设备
DZ-DSC100A差示扫描量热仪：北京恒久试验设备有限公司；3nh精密色差仪：深圳市三恩时科技有限公司；101-00B电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏试验设备有限公司；LG-0.2型真空冷冻干燥机：沈阳航天新阳速冻设备制造有限公司；FA1004B电子分析天平：上海精密仪器仪表有限公司；玻璃干燥器：泰州市予安医疗器械有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 共晶点和共熔点的测定
采用差示扫描量热（differential scanning calorimetry，DSC）法测定物料共晶点、共熔点[9-13]。
共晶点测定：取8 mg样品于差示扫描量热仪的铝制坩埚中，采用氮气保护，以5℃/min的降温速率从25℃冷却到-40℃，得到样品的放热曲线。
共熔点测定：将冷却到-40℃的样品以5℃/min的升温速率升温到25℃，期间采用氮气保护，得到样品的吸热曲线。
1.3.2 工艺流程
蜜柚→清洗→去皮去籽→装盘预冻（样品分散均匀）→升华干燥→解吸干燥→成品→包装→产品品质检验。
1.3.3 含水率的测定
依据GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中的直接干燥法测定蜜柚含水量。用电子分析天平准确称取1.0 g干燥后的蜜柚，放入电热恒温鼓风干燥箱中。待样品在105℃的条件下经过2 h后取出，放入玻璃干燥器冷却至室温称量，然后再放入电热恒温鼓风干燥箱内烘1 h，取出，放入玻璃干燥器冷却至室温后，再称量，直至恒重（9组样品中的每组试验均重复3次）。含水率的计算公式如下。
式中：w为含水率，%；m为样品烘干前的质量，g；md为样品烘干至恒重后的质量，g。
1.3.4 色差的测定
采用色差仪测定蜜柚的色泽，用ΔE值代表被测样品的色泽与鲜样的色差值[14-17]。总色差值（ΔE）计算方法如下。
式中：L和L*分别为干样和鲜样的明度值；a和a*分别是干样和鲜样的红绿值；b和b*分别是干样和鲜样的黄蓝值。
1.3.5 复水比的测定
将干燥后的蜜柚至于500 mL的烧杯中，倒入300 mL蒸馏水，在室温下进行试验，物料在复水2 h后取出。称量前沥干3 min，以去除表面水分。然后再次放入烧杯中复水1 h，直至物料沥干后的质量至恒重为止[18-20]。（9组样品中的每组试验均重复3次）。复水比的计算公式如下。
式中：R为复水比；M复为复水后物料的质量，g；M干为冷冻干燥后物料的质量，g。
1.3.6 干燥速率的测定
分别于干燥开始前和结束后用电子天平称量蜜柚的质量，并记录干燥时间[21]。冷冻干燥速率的计算公式如下。
式中：F为干燥速率，%/h；M1为干燥前原料的质量，g；M2为干燥后原料的质量，g；T为冻干消耗的时间，h。
1.3.7 综合评分
试验测定的4个指标趋势要求不同。产品含水率越低、总色差值越小越好；复水比越大、干燥速率越高越好。另外，试验指标还存在数量级和量纲不同的问题。为了统一各指标的趋势要求，消除各指标间的不可公度性，本试验以综合评分值越小越好为准则，参照文献[22]对试验数据进行归一化处理并计算，计算公式如下。
式中：Yij、Yjmin、Yjmax 均为参照文献[22]对试验数据进行处理后的数值。
将4个指标结果利用欧几里得度量计算方法整理成一维数据，并作为冻干蜜柚的综合评分值[23]，计算公式如下。
式中：X为冻干蜜柚的综合评分值；Yi为冻干产品第i个归一化后的指标。
1.3.8 正交试验设计
根据前期单因素试验结果，以预冻温度、升华干燥温度、解吸干燥温度为因素，蜜柚干制品的含水率、复水比、总色差及干燥速率为指标，设计正交试验，因素水平如表1所示。
表1 正交试验因素水平
Table 1 Factors and levels of orthogonal test
水平 因素A预冻温度/℃ B升华干燥温度/℃ C解吸干燥温度/℃1 -2 5 4 0 5 0 2-3 0 4 5 5 5 3-3 5 5 0 6 0
1.4 数据处理
为确定蜜柚真空冷冻干燥的较优工艺参数组合以及各因素对蜜柚真空冷冻干燥综合效果影响的强弱，用Excel软件对试验结果进行直观极差分析，用SPSS 19.0软件对试验结果进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 蜜柚共晶点测定结果分析
共晶点是指物料中的自由水完全冻结成冰晶时的温度；共熔点是指完全冻结的物料，在升温过程中，冰晶开始发生熔化时的温度。所以准确测定物料的共晶点和共熔点对冻干过程温度的控制有重大意义。通过差示扫描量热系统以温度为横坐标，以样品吸热或放热速率为纵坐标得出的DSC曲线见图1。
图1 蜜柚差示扫描量热曲线
Fig.1 Differential scanning calorimetry curve of honey pomelo
从图1中可以看出，在降温过程中，当系统温度达到-14.35℃时，蜜柚开始放热，当温度达到-15.69℃时，放热过程基本结束；在升温过程中，当系统温度达到-2.24℃时，冻结的蜜柚开始吸热，当温度达到2.38℃时，吸热过程基本结束。因此，可以确定蜜柚的共晶点约为-15.69℃，共熔点约为-2.24℃。参考蜜柚的共晶点与共熔点，应将蜜柚的预冻温度维持在共晶点以下，确保蜜柚在预冻过程中被完全冻结，同时还要保证在升华干燥阶段物料的温度不高于共熔点。
2.2 蜜柚真空冷冻干燥正交试验结果
试验结果及极差分析见表2，方差分析见表3。
表2 正交试验结果与极差分析
Table 2 Results and range analysis of orthogonal test
试验号 A预冻温度/℃ B升华干燥温度/℃ C解吸干燥温度/℃ Y1含水率/% Y3总色差 Y2复水比 Y4干燥速率/%/h Y综合评分1 -30 45 50 2.46 14.90 2.91 4.55 1.344 2 -30 50 60 1.36 8.98 3.37 4.42 0.872 3 -25 50 55 2.66 10.46 3.83 6.00 0.820 4 -25 45 60 2.23 10.30 4.03 4.72 0.739 5 -35 40 60 1.97 9.58 3.73 3.63 1.065 6 -30 40 55 2.24 15.58 4.24 3.47 1.230 7 -35 50 50 3.07 16.01 2.98 5.06 1.482 8 -25 40 50 2.38 18.26 3.78 4.52 1.137 9 -35 45 55 2.10 22.22 2.81 5.26 1.508 K1 2.70 3.43 3.96 K2 3.45 3.59 3.56 K3 4.05 3.17 2.68 K1 0.90 1.14 1.32 K2 1.15 1.20 1.19 K3 1.35 1.06 0.89极差R 0.45 0.14 0.43因素主次 A＞C＞B较优搭配 A1B3C3
表3 正交试验方差分析表
Table 3 Analysis of variance of orthogonal test results
注：显著性P值＜0.05表示因素对试验结果有显著影响，P值＜0.01表示有极显著影响。
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值A预冻温度 0.309 2 0.154 20.356 0.047 B升华干燥温度 0.030 2 0.015 1.946 0.339 C解吸干燥温度 0.289 2 0.144 19.024 0.050误差 0.015 2 0.008总和 0.642 8
由表2可知，极差值的大小顺序为RA＞RC＞RB，极差越大，表示因素对综合评分值的影响越大，故3个因素对蜜柚干燥综合效果的影响大小依次为A＞C＞B，即预冻温度＞解吸干燥温度＞升华干燥温度，较优的方案为A1B3C3，即蜜柚的较优冻干工艺条件为预冻温度-25℃，升华干燥温度50℃，解吸干燥温度60℃。
由表3可知，A因素和C因素对蜜柚干燥综合效果有显著性影响（P＜0.05）（C因素的实际显著性P值＜0.050），B因素对蜜柚干燥综合效果影响不显著。因素影响的主次顺序仍为A＞C＞B，与直观分析的结果一致。
2.3 验证试验
按蜜柚真空冷冻干燥的较优方案A1B3C3进行验证试验，即预冻温度-25℃，升华干燥温度50℃，解吸干燥温度60℃。试验重复3次，结果取3次的平均值，试验结果见表4。
表4 试验结果
Table 4 Results of validation test
试验号Y1含水率/%Y3总色差Y2复水比Y4干燥速率/（%/h）1 1.58 15.12 4.06 5.74 2 1.58 10.57 4.40 6.10 3 1.71 9.51 4.42 5.86平均值 1.62 11.73 4.29 5.90
柚子真空冷冻干燥的目的是获得具有较小含水率、总色差值及较大复水比、干燥速率的产品。由表4可知，在最优组合条件下，3次试验所得到产品的平均含水率为1.62%、总色差值为11.73、复水比为4.29、干燥速率为5.90%/h。将以上3次验证试验结果的平均值与9组正交试验结果带入综合评分计算公式进行计算，并进行比较，结果表明，验证试验结果的综合评分值最低，为0.260。因此，验证试验证明了正交试验选出的较优水平组合可信度较高。
3 结论
本文采用DSC法测得蜜柚的共晶点为-15.69℃；正交试验结果的直观分析表明，蜜柚真空冷冻干燥的较优工艺参数组合为预冻温度-25℃、升华干燥温度50℃、解析干燥温度60℃。由方差分析的结果进一步得知预冻温度和解析干燥温度对蜜柚干燥综合效果影响显著，升华干燥温度对蜜柚干燥综合效果无显著影响，且影响的主次顺序为预冻温度>解析干燥温度>升华干燥温度；在较优工艺参数组合条件下进行验证试验，得到试验样品的平均含水率为1.62%、总色差为11.73、复水比为4.29、干燥速率为5.90%/h，结果与正交试验组中的最小含水率（1.36%）、最小总色差（8.98）、最大复水比（4.24）、最大干燥速率（6.00%/h）均比较接近，说明最优水平组合具有较好的可信度。
[1]张小红.琯溪蜜柚(Citrus grandis(L.)osbeck.cv.guanxi miyou)果实采后酸代谢研究[D].福州:福建农林大学,2005.ZHANG Xiaohong.Studies on the metabolism of organic acids in Citrus Guanxi-miyou(Citrus grandis(L.)Osbeck.cv.guanxi miyou)fruit after harvest[D].Fuzhou:Fujian Agriculture and Forestry University,2005.
[2]郑宴义.琯溪蜜柚果实汁胞粒化的研究现状与展望[J].福建农业学报,2006,21(1):63-65.ZHENG Yanyi.Recent situation and prospect of juice sac granulation for Guanxi honey pomelo fruits[J].Fujian Journal of Agricultural Sciences,2006,21(1):63-65.
[3]曾顺德,文泽富,谢永红,等.垫江白柚贮藏生理及防止粒化方法研究[J].云南农业大学学报,2000,15(2):136-138,145.ZENG Shunde,WEN Zefu,XIE Yonghong,et al.Pummelo fruit physiology and granulation control during storage[J].Journal of Yunnan Agricultural University,2000,15(2):136-138,145.
[4]吴家森,仲山民,周仙根,等.常山胡柚果实采后贮藏期间的生理生化变化[J].中南林学院学报,2004,24(1):43-45.WU Jiasen,ZHONG Shanmin,ZHOU Xiangen,et al.The physiological changes of Citrus chang shan-huyou fruit during storage[J].Journal of Central South Forestry University,2004,24(1):43-45.
[5]肖宏伟,黄传伟,冯雁峰,等.真空冷冻干燥技术的研究现状和发展[J].医疗卫生装备,2010,31(7):30-32.XIAO Hongwei,HUANG Chuanwei,FENG Yanfeng,et al.Research situation and development of vacuum freeze-drying technology[J].Chinese Medical Equipment Journal,2010,31(7):30-32.
[6]乔晓玲,闫祝炜,张原飞,等.食品真空冷冻干燥技术研究进展[J].食品科学,2008,29(5):469-474.QIAO Xiaoling,YAN Zhuwei,ZHANG Yuanfei,et al.Research progress on food freeze-drying[J].Food Science,2008,29(5):469-474.
[7]陈健凯.正交试验优化香菇真空冷冻干燥工艺[J].长春大学学报,2017,27(2):28-31.CHEN Jiankai.Optimization of vacuum freeze-drying process for Lentinus edodes by orthogonal test[J].Journal of Changchun University,2017,27(2):28-31.
[8]陈树俊,胡坤.固态发酵食醋醅真空冷冻干燥工艺优化[J].中国酿造,2021,40(4):84-89.CHEN Shujun,HU Kun.Optimization of vacuum freeze-drying process for solid-state fermentation of Cupei[J].China Brewing,2021,40(4):84-89.
[9]杨辉.人参和西司他丁钠真空冷冻干燥工艺的研究[D].杭州:浙江大学,2017.YANG Hui.Study on freeze-drying process of ginseng and cilastatin[D].Hangzhou:Zhejiang University,2017.
[10]张春华,惠菊,王翔宇,等.差示扫描量热法和热重法评估植物油氧化稳定性的研究进展[J].粮食与油脂,2021,34(10):8-11.ZHANG Chunhua,HUI Ju,WANG Xiangyu,et al.Research development of oxidative stability evaluation of vegetable oil by DSC&TG methods[J].Cereals&Oils,2021,34(10):8-11.
[11]张昊阳,乔春艳,党高平,等.真空冷冻干燥的羊乳及其分离产物的差示扫描量热法分析[J].食品科学技术学报,2021,39(5):108-116.ZHANG Haoyang,QIAO Chunyan,DANG Gaoping,et al.Differential scanning calorimetry analysis of vacuum freeze-dried goat milk and fractionation products[J].Journal of Food Science and Technology,2021,39(5):108-116.
[12]赵金红,白洁,张清,等.基于差示扫描量热法研究喷雾干燥鸡蛋全粉热转变温度[J].食品科学,2019,40(15):142-147.ZHAO Jinhong,BAI Jie,ZHANG Qing,et al.Thermal transition temperatures of spray-dried whole egg determined by differential scanning calorimetry[J].Food Science,2019,40(15):142-147.
[13]马庆保,刘志东.南极磷虾抗冻蛋白热滞活性的差示扫描量热法评价[J].食品科学,2018,39(11):1-7.MA Qingbao,LIU Zhidong.Determination of thermal hysteresis activity of antifreeze protein from Antarctic krill(Euphausia superba)by differential scanning calorimetry[J].Food Science,2018,39(11):1-7.
[14]崔莉,杜利平,闫慧娇,等.皱皮木瓜真空冻干工艺优化及基于LF-NMR技术的复水特性研究[J].中国食品学报,2019,19(6):124-133.CUI Li,DU Liping,YAN Huijiao,et al.Optimization of vacuum freeze-drying process and rehydration of Chaenomeles speciosa(sweet.)nakai based on low-field NMR technology[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology,2019,19(6):124-133.
[15]赵愉涵,袁丽雪,王敏,等.不同干燥方式对芹菜叶品质的影响[J].食品与发酵工业,2022,48(8):205-211.ZHAO Yuhan,YUAN Lixue,WANG Min,et al.Effects of different drying methods on quality attributes of celery leaves[J].Food and Fermentation Industries,2022,48(8):205-211.
[16]刘丽莉,张孟军,代晓凝,等.蛋清粉微波真空冷冻干燥条件优化及凝胶特性分析[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2021,49(7):126-133,144.LIU Lili,ZHANG Mengjun,DAI Xiaoning,et al.Optimization of microwave vacuum freeze drying conditions of egg white powder and analysis of gel characteristics[J].Journal of Northwest A&F University(Natural Science Edition),2021,49(7):126-133,144.
[17]朱俊成,冯鑫,李璐思,等.不同干燥方式对明胶特性的影响[J].食品与发酵工业,2021,47(8):34-39.ZHU Juncheng,FENG Xin,LI Lusi,et al.The effect of different drying methods on properties of gelatin[J].Food and Fermentation Industries,2021,47(8):34-39.
[18]邹晓霜,李佳妮,姜楠,等.响应面法优化豆腐真空冷冻干燥工艺[J].食品科学,2017,38(18):200-207.ZOU Xiaoshuang,LI Jiani,JIANG Nan,et al.Optimization of vacuum freeze-drying of tofu by response surface methodology[J].Food Science,2017,38(18):200-207.
[19]马宁,仲磊,赵立艳,等.干燥方法对印度块菌 (Tuber indicum)品质的影响[J].食品工业科技,2020,41(23):15-19,24.MA Ning,ZHONG Lei,ZHAO Liyan,et al.Effects of different drying methods on quality of Tuber indicum[J].Science and Technology of Food Industry,2020,41(23):15-19,24.
[20]朱彩平,孙静儒,孙红霞,等.平菇微波-真空冷冻联合干燥工艺优化及其品质分析[J].现代食品科技,2019,35(6):129-138.ZHU Caiping,SUN Jingru,SUN Hongxia,et al.Optimization of the combined microwave-vacuum freezing drying process and quality analysis of Pleurotus ostreatus[J].Modern Food Science and Technology,2019,35(6):129-138.
[21]肖磊,张黎明,高向东,等.超细HMX的真空冷冻干燥工艺优化及性能表征[J].爆破器材,2021,50(6):21-29,36.XIAO Lei,ZHANG Liming,GAO Xiangdong,et al.Process optimization and properties of superfine HMX prepared by vacuum freeze-drying technology[J].Explosive Materials,2021,50(6):21-29,36.
[22]陶菊春,吴建民.综合加权评分法的综合权重确定新探[J].系统工程理论与实践,2001,21(8):43-48.TAO Juchun,WU Jianmin.New study on determining the weight of index in synthetic weighted mark method[J].Systems Engineering-Theory&Practice,2001,21(8):43-48.
[23]张凡伟,杨炳南,曹有福,等.响应面法优化刺参的真空冷冻干燥工艺[J].食品科技,2017,42(8):165-169.ZHANG Fanwei,YANG Bingnan,CAO Youfu,et al.Optimizing of Stichopus japonicas vaccum freeze drying craft through response surface method[J].Food Science and Technology,2017,42(8):165-169.