《LWT》：Dynamic changes of volatile compounds and water distribution in microwave freeze-dried dumplings: Governed by endpoint moisture control
编辑推荐：
本文针对完全脱水微波冷冻干燥（MFD）可能导致饺子开裂率高、复水性差等问题，提出通过控制半干燥终点水分含量来提升品质。研究人员以0.25 W/g的微波功率密度将饺子干燥至不同半干水分点（350, 300, 250, 200, 150 g/kg (w.b.)），系统分析了其品质与挥发性风味。结果表明，将终点水分控制在250 g/kg (w.b.)时，能在最佳程度上保留风味、减少不良气味，同时兼顾色泽、质构和复水性能，为MFD饺子风味品质的精准调控提供了策略。
饺子，作为一道承载着悠久历史的中华传统美食，不仅在春节、冬至等重要节日里扮演着团圆与美味的角色，也日益成为全球餐桌上备受欢迎的速食选择。随着经济全球化与生活节奏加快，脱水即食（RTE）食品凭借其简化烹饪、节省时间的优势，市场需求持续增长。然而，将先进的微波冷冻干燥（MFD）技术应用于饺子这类复杂食品时，却遇到了挑战：完全脱水虽能延长保质期，却常伴随饺子皮高开裂率、复水能力下降等品质缺陷，影响了最终产品的口感和消费者接受度。
那么，能否找到一种折中的方案，既能利用MFD高效节能的优点，又能最大程度地保留饺子的原有风味和质地呢？研究人员将目光投向了“半干燥食品”（SDF，亦称中等水分食品）。这类产品的含水量通常在200–500 g/kg（湿基，w.b.）之间，被认为能更好地保持新鲜产品的色泽、质地和风味。但具体到饺子，将其干燥到哪个“度”才是最合适的？这个“度”又如何精准地影响其内部的水分状态、微观结构，特别是决定风味的挥发性化合物（VOCs）？这些问题尚未有明确答案。
为了解答这些疑问，由Yu Wang、Wenchao Liu等研究人员组成的研究团队在《LWT - Food Science and Technology》期刊上发表了一项深入研究。他们以先前优化的微波功率密度0.25 W/g为基础，系统探究了不同终点水分含量（350, 300, 250, 200, 150 g/kg (w.b.)）对MFD饺子综合品质的影响，旨在确定最优水分终点，为提升MFD饺子品质提供理论依据和实用策略。
为了开展这项研究，团队运用了几个关键的技术方法：首先，使用自主研发的微波冷冻干燥设备，通过实时称重进行重量控制，精确将预煮冷冻的饺子样品干燥至预设的五个半干水分点。其次，采用低场核磁共振（LF-NMR）技术无损分析饺子皮和馅中水分的状态与分布。再次，利用顶空固相微萃取结合气体色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）技术全面鉴定和半定量分析饺子皮和馅中的挥发性化合物。然后，基于气味活度值（OAV）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）从大量VOCs中筛选出关键风味物质。此外，还通过扫描电子显微镜（SEM）观察微观结构，并测量了色泽、复水率、硬度等理化指标，最后组织了感官评价来验证仪器分析结果。本研究所用饺子样本为实验室自制，原料（面粉、猪肉等）购自中国市场。
3.1. 半干燥饺子的微观结构
通过扫描电子显微镜（SEM）观察发现，与新鲜样品相比，半干燥饺子皮的麸质网络逐渐转变为水分迁移留下的孔道，而饺子馅的肌原纤维则变得破碎。随着水分含量从350 g/kg (w.b.)降至150 g/kg (w.b.)，饺子皮的孔结构发生变化：内表面收缩，而外表面孔隙更多、结构更松散。这归因于内表面接触的馅料吸收了融化的油水混合物促进了淀粉重结晶致密化，以及微波内部加热产生的温度梯度导致外表面冰直接升华形成多孔结构。饺子馅则随着脱水程度增加而逐渐变得松散，这可能是由于水分快速扩散蒸发形成空隙以及微波局部过热产生的“膨化效应”所致。
3.2. 半干燥饺子水分状态分析
低场核磁共振（LF-NMR）分析显示，饺子皮和馅的谱图中均出现了三个峰，分别对应于结合水、不易流动水和自由水。随着水分含量降低，三种水的峰位置左移，表明水分子的平均流动性下降。同时，总峰面积（AT）显著减小。在同一半干水分点，饺子馅的AT高于饺子皮，这可能是由于干燥过程中皮和馅的干燥速率不同以及皮内表面致密化结构抑制了水分迁移所致。LF-NMR总峰面积与水分含量之间呈现极好的线性相关（皮R2=0.92，馅R2=0.99），表明可利用LF-NMR结合线性方程预测干燥饺子的含水量。
3.3. 半干燥饺子的色泽分析
与新鲜样品相比，半干燥饺子表现出更高且改善的色泽值，白度指数（WI）和亮度（L）值在适度脱水时（如350 g/kg样品WI为81.12）比新鲜样品（WI为71.67）更高，这归因于干燥过程中水分去除导致表面孔隙度增加，增强了光散射。然而，随着脱水程度增加（干燥时间延长），饺子的WI值下降，黄度（b）值显著增加，这可能是MFD过程中发生的非酶褐变反应所致，提示在实际生产中需精确控制水分点以平衡“增亮”和“褐变”效应。
3.4. 半干燥饺子的复水率与质构特性分析
随着水分含量从350 g/kg (w.b.)降至150 g/kg (w.b.)，半干燥饺子的复水率（RR）下降了22.88%。这可能是由于脱水过程中饺子皮吸收了油脂堵塞了复水孔隙，以及脱水后形成的致密蛋白质网络限制了淀粉颗粒的膨胀。另一方面，较低水分含量饺子的硬度显著增加，但复水后的硬度无显著变化，表明干燥过程中形成的致密结构并未因复水而根本改变。因此，在工艺优化中，必须精确控制终点水分，以平衡复水效率与质构品质。
3.5. 半干燥饺子挥发性化合物分析
通过HS-SPME-GC-MS分析，在饺子皮和馅中分别检测到50种和62种挥发性化合物（VOCs），其中醛类和醇类是主要类别。随着脱水进行，VOCs的组成和相对含量发生动态变化。在饺子皮中，已醛和壬醛的相对含量增加；而在饺子馅中，已醛急剧减少，壬醛增加。这种相反的模式表明存在水分梯度驱动的VOCs迁移，适度脱水促进了关键醛类在皮基质中的释放和保留。其他VOCs类别如酮类、酯类、烯烃和酸类也发生显著变化。过度脱水会导致产生苯丙腈、二甲苯等可能带来刺激性不良气味的化合物。
3.6. OAV分析
基于气味活度值（OAV）筛选，在饺子皮和馅中分别鉴定出19种和25种关键挥发性化合物（OAV ≥ 1），确认醛类和醇类是主要的风味贡献者。终点水分含量对风味强度影响显著，关键VOCs的丰富度和总风味贡献在半干水分含量为250 g/kg (w.b.)时达到明显峰值。此时，饺子皮中含有15种关键化合物，芳樟醇、辛醛、月桂醛等物质的风味影响最大化；同时，饺子馅中关键化合物如芳樟醇、月桂醛、香叶基丙酮的风味贡献也达到峰值。值得注意的是，与不良苦杏仁味相关的苯丙腈在此水分水平下完全降解，显著增强了产品的整体适口性。
3.7. PLS-DA分析
偏最小二乘判别分析（PLS-DA）用于进一步筛选对香气特征有贡献的关键VOCs。根据变量重要性投影（VIP）值，从饺子皮中筛选出8种VIP > 1的化合物，从饺子馅中筛选出9种。两者共有的6种重要化合物包括：芳樟醇、已醛、辛醛、壬醛、(2E,4E)-2,4-壬二烯醛和月桂醛，它们为饺子贡献了花香、木香、果香和脂肪香气。
3.8. 感官分析
感官评价结果显示，复水后的半干燥饺子在外观完整性和质构特性上得分略低于新鲜样品，这可能与脱水过程中的面团结构变化以及复水过程中开裂率增加有关。复水饺子在色泽和风味方面表现良好。尽管单因素方差分析显示各组风味总分差异无统计学显著性，但250 g/kg (w.b.)水分点的平均得分始终最高，这与GC-MS数据中关键挥发性化合物的峰值趋势一致。
本研究验证了一个关键假设：精确的终点水分含量对于优化微波冷冻干燥半干燥饺子的品质至关重要。主要结论归纳如下：首先，研究确定了250 g/kg (w.b.)为最佳终点水分含量，该条件在风味保留（以关键醛类和醇类为主导）与可接受的质构特性之间取得了最佳平衡。其次，水分状态和微观结构的演变主导了品质变化。随着水分减少，水分流动性降低，微观结构变得更致密，这直接决定了最终产品的复水行为和质构硬度。再者，通过控制终点水分在250 g/kg (w.b.)，能够最大化所需风味化合物，同时有效消除关键不良气味（如苯丙腈），为MFD半干燥饺子的风味导向和品质化生产提供了科学依据。
这项研究的重要意义在于，它将半干燥食品的概念与先进的微波冷冻干燥技术相结合，为解决MFD饺子完全脱水带来的品质缺陷提供了具体、可操作的解决方案。所确定的250 g/kg (w.b.)最优水分点不仅是一个工艺参数，更是一个连接水分迁移、微观结构变化与复杂风味化学的调控枢纽。该发现为工业化生产高品质、即食型MFD饺子产品提供了关键的技术指导，有助于推动传统食品的现代化加工，并满足市场对兼具便利性与优良感官品质的速食产品的需求。未来研究可在此优化点基础上，进一步验证产品的货架期，并深入阐明水分状态与挥发性风味物质形成的机理通路。
