王鳳昭，呂 健，畢金峰,*，謝 晉

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110866）

滲透脫水是廣泛應(yīng)用于果蔬加工的有效預(yù)處理方式之一，在生產(chǎn)中多與果蔬干燥、冷凍、殺菌、貯藏等組合使用[1]，既能夠保持果蔬加工后的產(chǎn)品品質(zhì)，也能夠降低加工能耗。具體來(lái)說(shuō)，滲透脫水是指在一定溫度下，將果蔬原料浸入高滲透壓的溶液中（糖液或鹽溶液），由于生物組織細(xì)胞膜的半透性，水分從細(xì)胞組織中滲出轉(zhuǎn)移到溶液中；伴隨原料水分的滲出，高滲透壓溶液中的溶質(zhì)也會(huì)或多或少滲入到原料組織中，同時(shí)，原料組織中的部分可溶性物質(zhì)，如還原糖、有機(jī)酸、礦物質(zhì)、色素等，也會(huì)少量滲出至滲透液中[2-3]。與水分和滲透液溶質(zhì)的交換量相比，原料組織中滲出物質(zhì)的數(shù)量并不顯著，但對(duì)產(chǎn)品的感官特性和滲透介質(zhì)的組成卻有重要影響[4]。影響滲透脫水的因素有預(yù)處理/滲透方式、滲透溶質(zhì)的種類(lèi)、滲透溶液的濃度、滲透脫水時(shí)間以及原料特性等[5-6]。真空預(yù)處理主要是利用真空與常壓循環(huán)操作，使物料的微觀孔道不斷被擠壓與擴(kuò)張[7]，從而加速滲透脫水的傳質(zhì)速率。徐鑫等[8]利用響應(yīng)面法探討了滲透溫度、蔗糖濃度、滲透時(shí)間之間的相互作用對(duì)櫻桃番茄滲透脫水效率的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)真空處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致原料組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，內(nèi)容物大量流出；原料和滲透液之間較大的濃度差有利于物質(zhì)交換（傳質(zhì)）的進(jìn)行，隨著滲透脫水時(shí)間的延長(zhǎng)，傳質(zhì)進(jìn)程放緩。超聲波技術(shù)通過(guò)空穴效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)械剪切作用力有利于果蔬微通道的改變，能夠促進(jìn)水分快速移除。宋悅等[9]對(duì)比分析了超聲波輔助不同糖液（低聚異麥芽糖、麥芽糖醇）處理對(duì)干燥黃桃脆片品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)超聲波能夠顯著增大桃脆片的孔隙度，且黃桃果肉細(xì)胞呈現(xiàn)一定的破裂現(xiàn)象，有利于水分?jǐn)U散和溶質(zhì)滲入。Lü Jian等[10]認(rèn)為，隨著滲透液中蔗糖質(zhì)量濃度的增加（0～500 g/L），桃果肉細(xì)胞原有的均一結(jié)構(gòu)被破壞，同時(shí)由于蔗糖分子的滲入，水分的滲出，造成細(xì)胞間隙縮小，桃片發(fā)生皺縮。固形物獲得量和水分散失量多用于從原料角度出發(fā)解析其滲透脫水特性。Singh等[11]分析了滲透溫度、滲透時(shí)間、滲透液濃度對(duì)胡蘿卜滲透特性的影響，結(jié)果表明滲透脫水過(guò)程中水分散失量呈非線性增加，滲透初期傳質(zhì)現(xiàn)象更為明顯；隨著滲透溫度的升高和滲透時(shí)間的延長(zhǎng)，固形物獲得量和水分散失量均呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)，并隨著滲透時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)相對(duì)平衡狀態(tài)。綜合上述研究分析發(fā)現(xiàn)，滲透脫水是果蔬加工廣泛應(yīng)用的一種預(yù)處理方式，且更多的研究是從原料特性改變的角度出發(fā)來(lái)解析滲透脫水對(duì)原料及其產(chǎn)品品質(zhì)的影響。而滲透液作為滲透脫水的重要組成元素，其特性（如滲透壓）在滲透脫水過(guò)程中的變化及其變化行為是如何影響原料品質(zhì)的相關(guān)研究卻很少。基于此，本實(shí)驗(yàn)以‘金童8號(hào)’黃桃為原料，經(jīng)超聲預(yù)處理或真空預(yù)處理后，分別浸漬于蔗糖、低聚異麥芽糖、果糖和葡萄糖滲透液（30 °Brix）中，追蹤分析滲透脫水過(guò)程中，滲透液特性變化及黃桃質(zhì)構(gòu)改變，進(jìn)一步明確二者之間的相關(guān)性，從而探究滲透液特性對(duì)滲透脫水黃桃質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

‘金童8號(hào)’黃桃（Amygdalus persica）采自北京平谷地區(qū)（2019年9月13日），選取顏色、大小相近，成熟度等基本一致，無(wú)明顯病蟲(chóng)害和機(jī)械損傷的果實(shí)，當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室貯藏于4 ℃冷庫(kù)備用。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，將黃桃置于室溫下3 h，保證原料初始溫度相同。

蔗糖、葡萄糖（均為分析純） 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；果糖、低聚異麥芽糖（均為分析純） 上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FA-200切片機(jī) 廣東省南海市德豐電熱設(shè)備廠；WZB45數(shù)顯折光儀 上海精密科學(xué)儀器有限公司；AUW220型電子天平 日本島津公司；TA.XT 2i/50物性分析儀 英國(guó)Stable Micro Systems公司；SB 25-12DTN超聲波清洗機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司；ZWH-KFY-BT4I/HG閉環(huán)除濕熱泵干燥機(jī) 東莞正旭新能源設(shè)備科技有限公司；VO200型真空干燥機(jī) 德國(guó)Memmert公司；OSMOMAT 3000型滲透壓儀 德國(guó)Gonotec GmbH公司；雷磁PHS-3C pH計(jì) 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；2100N濁度儀 美國(guó)HACH公司。

1.3 方法

1.3.1 黃桃預(yù)處理

將黃桃切成10 mm厚、形狀一致的扇形，分別進(jìn)行以下兩種預(yù)處理：1）將黃桃片置于超聲波發(fā)生器中處理15 min，其他參數(shù)設(shè)定為溫度25 ℃、功率200 W、頻率40 kHz；2）將黃桃片置于真空干燥箱中（25 ℃），以壓力由大氣壓降到5×10-3MPa再立即恢復(fù)至大氣壓為一個(gè)循環(huán)，重復(fù)3 個(gè)循環(huán)。以不做任何前處理的黃桃片為對(duì)照組。

1.3.2 黃桃滲透脫水處理

將經(jīng)過(guò)不同預(yù)處理的桃片常壓條件下分別浸入糖度為30 °Brix（用數(shù)顯折光儀校準(zhǔn)）的蔗糖、低聚異麥芽糖、果糖和葡萄糖溶液中，設(shè)定溫度為25 ℃，料液比1∶5。分別在滲透脫水0.5、1、2、3、4 h和5 h時(shí)對(duì)黃桃片和滲透液取樣。

1.3.3 滲透液理化品質(zhì)測(cè)定

滲透液的可溶性固形物（total solid soluble，TSS）含量用數(shù)顯折光儀測(cè)定，單位為°Brix；利用滲透壓儀經(jīng)校準(zhǔn)后測(cè)定滲透液的滲透壓；pH值和濁度分別采用校正好的pH計(jì)和濁度儀測(cè)定；每個(gè)樣品測(cè)定3 個(gè)平行。

1.3.4 黃桃質(zhì)構(gòu)品質(zhì)測(cè)定

采用TA.XT2i/50物性分析儀測(cè)定黃桃質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。探頭型號(hào)為P6，測(cè)定條件為前期測(cè)試速率為1 mm/s，檢測(cè)速率為1 mm/s，檢測(cè)后速率為1 mm/s，觸發(fā)力為5 g，壓縮距離為樣品高度的50%，每個(gè)樣品測(cè)定10 個(gè)平行。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。用SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差分析（以P＜0.05表示差異顯著）以及相關(guān)性分析（Pearson法），用OriginPro 9.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)處理方式對(duì)滲透液可溶性固形物含量的影響

黃桃經(jīng)不同方式處理后，滲透液的TSS含量變化如圖1所示。隨著滲透時(shí)間的延長(zhǎng)，滲透液中TSS含量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。當(dāng)滲透脫水至2～3 h時(shí)，TSS含量下降幅度減緩，擴(kuò)散速率趨于平衡；滲透后期（4～5 h），TSS含量繼續(xù)緩慢降低。滲透初期，黃桃組織細(xì)胞內(nèi)部液相和外部滲透液之間呈現(xiàn)出水化學(xué)勢(shì)的差異會(huì)促進(jìn)水和溶質(zhì)快速地相互擴(kuò)散[12]；滲透后期，細(xì)胞內(nèi)外滲透壓力差降低，驅(qū)動(dòng)力減小，因此TSS降低緩慢。

圖1 預(yù)處理方式對(duì)滲透液TSS含量的影響Fig.1 Effects of different pretreatments on the TSS content of osmotic solutions

相比較對(duì)照組，超聲波和真空預(yù)處理能夠有效改變黃桃果肉細(xì)胞膜的通透性，一方面更有利于滲透液中的溶質(zhì)滲入黃桃肉組織；另一方面促使黃桃果肉中的水分?jǐn)U散進(jìn)滲透液中，進(jìn)而導(dǎo)致滲透液中TSS含量下降。值得關(guān)注的是，滲透液TSS含量降低幅度最大組均為真空預(yù)處理組。其中，葡萄糖組黃桃經(jīng)5 h真空處理后，滲透液TSS含量最低（（28.2±0.1）°Brix），其次為果糖組黃桃經(jīng)5 h真空處理，滲透液TSS含量為（28.4±0.1）°Brix?？赡苁且?yàn)槌暤目栈饔闷茐牧它S桃組織，同時(shí)使其微觀結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生更多的微通道，減少了擴(kuò)散邊界層，利于果肉與滲透液間的傳質(zhì)[13]。真空環(huán)境下，黃桃組織細(xì)胞間隙氣體因壓力差而被大量排出，當(dāng)真空環(huán)境解除后，有利于滲透液溶質(zhì)填充原有的細(xì)胞間隙[14]，表現(xiàn)為滲透液TSS含量下降。相比較蔗糖、果糖、葡萄糖，低聚異麥芽糖的黏度較高，滲透性較弱，溶質(zhì)分子不易進(jìn)入黃桃組織內(nèi)，因此低聚異麥芽糖組黃桃經(jīng)不同處理均表現(xiàn)出最低的TSS降低量。

2.2 預(yù)處理方式對(duì)滲透液滲透壓的影響

細(xì)胞內(nèi)外滲透壓的差異是滲透脫水傳質(zhì)過(guò)程的主要驅(qū)動(dòng)力[15-16]。如圖2所示，隨著滲透脫水過(guò)程的進(jìn)行，滲透溶液的滲透壓呈現(xiàn)出明顯降低趨勢(shì)，且滲透初期下降速率較快，1 h后滲透壓下降緩慢。滲透初期，滲透液的高滲透壓誘導(dǎo)黃桃果肉細(xì)胞中的水分子快速滲出，滲透液被稀釋?zhuān)瑵B透壓降低；隨著滲透中傳質(zhì)過(guò)程的進(jìn)行，滲透液中溶質(zhì)成分發(fā)生改變，物質(zhì)交換趨于平衡[17]，滲透壓緩慢下降。

圖2 預(yù)處理方式對(duì)滲透液滲透壓的影響Fig.2 Effects of different pretreatments on the osmotic pressure of osmotic solutions

與對(duì)照組相比，真空和超聲預(yù)處理均能加快滲透壓的降低，可能是因?yàn)榧?xì)胞結(jié)構(gòu)在超聲或真空預(yù)處理的過(guò)程中被破壞，細(xì)胞膜通透性增加，傳質(zhì)速率提升[18-19]；其中滲透壓降低幅度最大組均出現(xiàn)于真空預(yù)處理組，可能是由于3 次真空處理對(duì)組織細(xì)胞的破壞力大于超聲處理。葡萄糖組黃桃經(jīng)真空處理5 h后，滲透液滲透壓降低幅度最大（降低237 mOsm/L）；其次為果糖組，滲透液滲透壓降低了271 mOsm/L；低聚異麥芽糖組表現(xiàn)出最小的滲透壓降低量，為169 mOsm/L。相同糖度的滲透液中，溶質(zhì)的分子質(zhì)量越小，粒子數(shù)越多，滲透壓越大[20]，低聚異麥芽糖作為一種聚合糖，分子質(zhì)量大，配制為滲透液后其中粒子數(shù)較少，滲透壓較低且滲透性較差，這與滲透脫水過(guò)程中低聚異麥芽糖溶液TSS減少量低的結(jié)果相印證。

2.3 預(yù)處理方式對(duì)滲透液pH值的影響

滲透脫水過(guò)程中滲透液的pH值變化情況如表1所示。隨著滲透脫水時(shí)間的延長(zhǎng)，各滲透液組pH值總體呈現(xiàn)先降低后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。滲透前0.5 h，pH值迅速下降；而后期pH值趨于穩(wěn)定，且pH值與新鮮黃桃果肉pH值（4.30±0.32）接近。滲透初始階段，黃桃果肉組織內(nèi)的部分有機(jī)酸成分溶出，滲透液pH值下降顯著；黃桃果肉中的主要有機(jī)酸成分為奎寧酸、蘋(píng)果酸、檸檬酸等弱酸[21]，并不能顯著影響滲透脫水后期滲透液pH值的改變，這與Fernández等[22]的研究結(jié)果一致。綜上可知，滲透脫水過(guò)程并不能顯著改變滲透液最終pH值。

表1 滲透脫水過(guò)程中滲透液pH值的變化Table 1 Changes in pH of osmotic solutions during osmotic dehydration

2.4 預(yù)處理方式對(duì)滲透液濁度的影響

滲透脫水過(guò)程中滲透液濁度的變化如圖3所示。隨著滲透脫水時(shí)間的延長(zhǎng)，滲透液的濁度呈現(xiàn)非線性升高的趨勢(shì)，且滲透初始階段（0～0.5 h），滲透液濁度變化較為明顯，0.5 h后滲透液濁度緩慢增加，滲透液與樣品之間的物質(zhì)交換處于相對(duì)平衡狀態(tài)。滲透初始階段，黃桃果肉與滲透液之間的高滲透壓力差促使二者之間存在較高的傳質(zhì)效率，果肉中的酸、VC和礦物質(zhì)等內(nèi)容物流入滲透液中[23]，使?jié)B透液濁度迅速增加。

圖3 預(yù)處理方式對(duì)滲透液濁度的影響Fig.3 Effects of different pretreatments on the turbidity of osmotic solutions

黃桃經(jīng)不同方式預(yù)處理后，濁度變化存在明顯差異。相比較對(duì)照組，超聲和真空預(yù)處理組滲透液濁度增加更為明顯，其中真空處理組的最為明顯。蔗糖組黃桃經(jīng)真空處理5 h后濁度變化最大（1.24～9.90 NTU），其次為低聚麥芽糖組（1.48～9.78 NTU），果糖組滲透液濁度變化幅度最小，僅增加了2.18 NTU。超聲和真空預(yù)處理能夠破壞黃桃果肉細(xì)胞間的黏結(jié)性，并誘使部分細(xì)胞壁物質(zhì)降解，細(xì)胞間隙增加、細(xì)胞膜通透性增強(qiáng)[24-26]，更利于果肉內(nèi)溶物進(jìn)入滲透液，使其濁度增加。

2.5 不同預(yù)處理對(duì)黃桃質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響

由表2可知，隨著滲透脫水時(shí)間的延長(zhǎng)，黃桃硬度和咀嚼性呈現(xiàn)顯著降低趨勢(shì)，并在后期趨于穩(wěn)定狀態(tài)。滲透脫水過(guò)程中黃桃果肉回復(fù)性、凝聚性和彈性總體未出現(xiàn)顯著性變化。滲透初期，滲透液與黃桃組織內(nèi)滲透壓力差較大，溶質(zhì)擴(kuò)散快，但是水分子較糖分子小，流動(dòng)速率更快，所以初始階段黃桃組織內(nèi)水分損失量大于固形物獲得量，進(jìn)而使硬度和咀嚼性快速下降。隨著固形物獲得量逐漸增加，為細(xì)胞組織提供了支撐力[27]，所以滲透脫水后期硬度和咀嚼性下降逐漸緩慢，并趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 滲透脫水過(guò)程中黃桃質(zhì)構(gòu)的變化Table 2 Changes in the texture of yellow peach slices during osmotic dehydration

黃桃經(jīng)過(guò)不同處理后，質(zhì)構(gòu)品質(zhì)變化存在顯著差異。與對(duì)照組相比，蔗糖組黃桃經(jīng)超聲處理后，果肉硬度、回復(fù)性和凝聚性總體升高，彈性和咀嚼性總體下降，可能是因?yàn)槌曁幚硇纬傻奈⑼ǖ烙欣谔且旱臐B入，更好地支撐了細(xì)胞結(jié)構(gòu)[28-29]；經(jīng)真空處理后，黃桃片硬度、咀嚼性和彈性顯著下降，可能是真空預(yù)處理過(guò)程中壓力的短時(shí)變化誘使黃桃果肉細(xì)胞發(fā)生破裂甚至組織結(jié)構(gòu)坍塌，導(dǎo)致其彈性和硬度下降[30]，且失去耐咀嚼性。與對(duì)照組相比，低聚異麥芽糖組黃桃片經(jīng)超聲處理后，硬度和回復(fù)性總體顯著升高，凝聚性總體顯著下降；經(jīng)真空處理，黃桃片硬度、回復(fù)性和咀嚼性總體顯著升高，凝聚性總體顯著下降，彈性與對(duì)照組無(wú)顯著差別。與對(duì)照組相比，果糖處理組經(jīng)超聲處理后黃桃片硬度和咀嚼性總體顯著降低，彈性和回復(fù)性總體顯著升高；經(jīng)真空處理，黃桃片回復(fù)性、凝聚性和咀嚼性總體顯著升高，彈性與對(duì)照組無(wú)顯著差別。葡萄糖組黃桃片經(jīng)超聲和真空處理后均表現(xiàn)出硬度顯著下降，回復(fù)性、凝聚性、彈性和咀嚼性并無(wú)顯著性變化。原因可能是滲透液自身的性質(zhì)差異使其滲入黃桃組織后存在的狀態(tài)以及對(duì)細(xì)胞的支撐作用不同，表明滲透液特性對(duì)果肉組織存在顯著性影響。

2.6 黃桃質(zhì)構(gòu)品質(zhì)與滲透液特性間的相關(guān)性分析結(jié)果

對(duì)照組黃桃質(zhì)構(gòu)品質(zhì)與滲透液特性間相關(guān)性分析結(jié)果如圖4所示。滲透脫水過(guò)程黃桃果肉的硬度、彈性、咀嚼性與滲透液的滲透壓、pH值和TSS含量呈極顯著正相關(guān)，與濁度呈極顯著負(fù)相關(guān)；回復(fù)性與滲透液的pH值和TSS含量呈顯著正相關(guān)，與濁度呈顯著負(fù)相關(guān)。不同預(yù)處理方式（超聲預(yù)處理和真空預(yù)處理）是誘導(dǎo)黃桃果肉細(xì)胞通透性及結(jié)構(gòu)改變的重要因素；滲透脫水過(guò)程中，不同滲透液與黃桃細(xì)胞組織間形成的高滲透壓力差是促進(jìn)滲透液溶質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)容物間傳質(zhì)的主要驅(qū)動(dòng)力[31]，一方面使?jié)B透液特性發(fā)生顯著變化；另一方面使黃桃質(zhì)構(gòu)品質(zhì)發(fā)生明顯改變。

圖4 滲透液特性與黃桃片質(zhì)構(gòu)品質(zhì)間的相關(guān)性Fig.4 Correlation analysis between the texture of yellow peach slices and characteristics of osmotic solutions

3 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，滲透初期滲透液pH值、TSS含量、滲透壓均呈現(xiàn)快速降低趨勢(shì)，隨著滲透脫水時(shí)間的延長(zhǎng)，上述指標(biāo)下降趨勢(shì)趨于平緩；而滲透液濁度在滲透初期呈現(xiàn)快速升高趨勢(shì)，滲透后期升高緩慢。黃桃果肉質(zhì)構(gòu)品質(zhì)分析結(jié)果表明，隨著滲透脫水時(shí)間的延長(zhǎng)，黃桃片質(zhì)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，其中硬度和咀嚼性下降最為顯著。相關(guān)性分析結(jié)果表明，滲透液特性與黃桃片質(zhì)構(gòu)品質(zhì)呈現(xiàn)出顯著相關(guān)性，可以推斷滲透液特性是影響黃桃片質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的重要因素。此外，黃桃片經(jīng)超聲波預(yù)處理和真空預(yù)處理，其質(zhì)構(gòu)特性和滲透液特性相比較對(duì)照組變化均更顯著。因此可以通過(guò)調(diào)控預(yù)處理方式和作用強(qiáng)度以及滲透液的濃度、溶質(zhì)種類(lèi)等實(shí)現(xiàn)滲透脫水黃桃片質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的改善。