滲透處理結合熱風干燥對桃脯干燥特性的影響

肖廣健， 劉 園， 陳 飛， 周 輝， 丁勝華， 王蓉蓉，*

(1.湖南農業大學 食品科學技術學院， 湖南 長沙 410128；2.湖南省農業科學院 農產品加工研究所， 湖南 長沙 410125)

桃(AmygdaluspersicaL.)屬薔薇科李屬，含蛋白質、鈣和維生素C(Vc)等營養成分，能解熱生津，活血養顏，有極高的食用與醫用價值[1-2]。但桃含水量高，代謝活性強，不耐貯運，很難滿足無桃季節的市場需求。因此，常將桃加工成果脯、罐頭、果汁等產品，以延長貨架期[3]。桃脯因具有果香濃郁、營養豐富、攜帶方便等優點，深受消費者喜愛。

干燥是桃脯加工的重要環節，但傳統的單一干燥方式會降低感官品質，導致營養物質流失。針對單一干燥對果脯品質造成的負面影響，已有研究集中在干燥前的滲透處理。滲透脫水是指在一定溫度下，將果蔬浸入高滲透壓溶液中，利用細胞膜的半滲透性使物料水分轉移到溶液中以除去部分水分的一種技術[4]。干燥前輔以一定的滲透處理，可在不破壞果蔬完整性的前提下，縮短干燥時間，改善組織結構，保持其色澤及風味等[5]。目前，滲透處理已在圣女果[6]、芒果[7]、菠蘿[8]、萵筍[9]、辣椒[10]等果蔬干燥中取得了較好的效果。An等[6]發現經蔗糖溶液(50 ℃，50°Brix)脈沖真空(13 kPa)滲透后干燥的圣女果，其體積、Vc保留率、色澤和硬度均優于直接干燥組，整體品質有所提高。Zou等[7]使用蔗糖溶液(30 ℃，65°Brix)對芒果片進行常壓滲透后干燥，得到的干芒果片色澤鮮艷，質地脆嫩，感官品質較好。張鵬飛[11]發現經不同糖液(40 ℃，50°Brix)常壓或超聲滲透后干燥的桃片，其綜合品質優于未滲透組。但目前關于桃脯加工中結合滲透處理方面的研究仍較少。因此，研究滲透處理對桃脯干燥特性的影響，對于提升其產品品質有重要意義。

本研究以市面常見的桃品種紅不軟為材料，在不同滲透處理條件下研究桃脯干燥特性變化，并通過相關性分析和聚類分析進一步探究不同處理與桃脯品質間的關系，優化桃脯加工方法，以期為調控桃脯產品品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮桃(品種：紅不軟)，湖南農業大學農貿市場。挑選成熟度一致、大小均一、果形相似、顏色相近，無明顯病害和機械損傷的果實作為實驗原料。

檸檬酸、2，6-二氯酚靛酚、蔗糖、抗壞血酸、草酸、碳酸氫鈉、沒食子酸、福林酚、碳酸鈉、冰醋酸、氫氧化鈉、氯化鐵、鹽酸、硫酸亞鐵、DPPH、TPTZ，分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

CS- 580型色差儀，浙江彩譜科技有限公司；UV- 1800型紫外- 可見分光光度計，島津儀器(蘇州)有限公司；CT3型質構儀，美國Brookfield公司；EVOLS10型掃描電子顯微鏡(SEM)，德國蔡司公司；101- 2AB型電熱鼓風干燥箱，天津泰斯特儀器有限公司；2WAJ型阿貝折射儀，上海上光新光學科技有限公司；DZF型真空干燥箱，北京永光明醫療儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1原料預處理

參照王麗娟等[12]的方法，將桃放入預熱至90 ℃的NaOH溶液(0.4 mol/L)中浸泡1 min后，用檸檬酸(0.03 g/mL)冷卻中和堿液，再用流水沖洗去皮。將去皮后的桃對半切分后去核，放進長寬均為12 mm的模具中，切分為形狀一致的長條狀。然后，將桃條倒入檸檬酸(0.01 g/mL)和抗壞血酸(0.005 g/mL)混合液中護色20 min，取出后吸干表面水分。再將桃條置于蒸汽中熱燙處理(100 ℃，80 s)后立即用冰水冷卻30 s，瀝干備用。

1.3.2滲透處理

1)常壓滲透。將經預處理的桃條分別浸入預熱至30、40、50 ℃的質量分數50%的蔗糖溶液中，并將其置于恒溫水浴鍋中保溫，用鐵絲網壓住以保證所有桃條都浸入溶液中。再用保鮮膜封住燒杯口進行滲透，分別于10、30、60、120、180、240 min后將桃條迅速撈出，用蒸餾水沖洗表面以去除黏質，并立刻用吸水紙吸干水分，用于計算干基含水量和固形物得率。

2)真空滲透。將經預處理的桃條分別浸入預熱至30、40、50 ℃的質量分數50%的蔗糖溶液，并將其置于真空干燥箱中，溫度分別設置為30、40、50 ℃。滲透時箱內的真空度為0.09 MPa，并用鐵絲網壓住以保證所有桃條都浸入溶液中，再用保鮮膜封住燒杯口進行滲透，分別于10、30、60、120、180、240 min后將桃條迅速撈出，用蒸餾水沖洗表面以去除黏質，并立刻用吸水紙吸干水分，用于計算干基含水量和固形物得率。

1.3.3熱風干燥處理

將預處理及滲透處理過的樣品置于鼓風干燥箱內進行干燥，干燥溫度為60 ℃，每間隔1 h測量其質量，直至其干基含水量達到0.25 g/g時停止。

1.3.4滲透及干燥特性測定

1)干基含水量計算。分別計算經滲透處理和熱風干燥處理后樣品的干基含水量(Xt)，見式(1)。

(1)

式(1)中，Xt，g/g；m0為樣品的原始質量，g；mt為滲透和干燥過程中樣品在t時刻的質量，g。

2)固形物得率(solid content，SC)計算。經滲透處理的樣品采用阿貝折射儀測定固形物含量，按式(2)計算SC。

(2)

式(2)中，SC，%；S0、St分別為樣品原始時刻和t時刻的固形物含量，%。

3)水分比(moisture ratio，MR)計算。經熱風干燥處理的樣品按式(3)計算MR。

(3)

式(3)中，Xt是樣品在t時刻的干基含水量，g/g；X0是樣品熱風干燥前的干基含水量，g/g。

1.3.5質構特性測定

參考李永紅等[13]的方法，用質構儀進行測定。具體參數為：TA39型號探頭，TPA模式，預壓速率2 mm/s，下壓速率1 mm/s，反向速率1 mm/s，觸發點負荷4.5 g，測試深度4 mm，重復2次，每個樣品平行測定10次。

1.3.6色澤測定

參考Firky等[14]的方法，用色差儀對桃脯L*值(亮度)、a*值(紅綠色度)和b*值(黃藍色度)進行測定。待儀器校準后，將樣品置于測量托盤上測定。采用總色差值ΔE來表示顏色變化，計算見式(4)。

(4)

圖1 滲透過程桃干基含水量及固形物得率的變化Fig.1 Changes of dry base water content and solid content of peaches during osmotic process

1.3.7Vc含量測定

參考Hernández等[15]的方法，采用2，6-二氯酚靛酚滴定法對Vc含量進行測定，結果以mg/g表示(以干質量計)。

1.3.8總酚含量測定

參考Bozinou等[16]的方法，采用福林酚比色法于波長765 nm處進行測定。總酚含量以1 g干質量中沒食子酸當量表示，mg/g。

1.3.9抗氧化能力測定

DPPH·清除能力和鐵離子還原能力(ferric reducing antioxidant power，FRAP)的測定參考Ma等[17]的方法，采用分光光度計分別于517、593 nm處進行測定。測定結果以1 g干質量中 Vc當量表示，mg/g。

1.3.10SEM觀察

取干燥好的樣品，切成小塊，用導電膠將其固定于樣品柱上，進行噴金處理120 s，然后將處理好的樣品置于SEM樣品室。在加速電壓10 kV，信號電子類型為SE1，放大100倍的條件下對樣品果肉形態進行觀察。

1.4 數據處理

每組實驗重復3次，結果采用平均值±標準差表示。采用Origin 2021軟件繪圖，SPSS 23軟件對數據進行顯著性分析。

2 結果與討論

2.1 滲透處理對桃干基含水量和固形物得率的影響

圖1反映了不同滲透處理的樣品在滲透過程中干基含水量和固形物得率隨時間的變化。從圖1可看出，各處理組干基含水量和固形物得率在滲透過程中的變化基本一致，即干基含水量都隨滲透時間的增加而逐漸減少，而固形物得率則隨滲透時間的增加而逐漸增加。相比于相同壓力下其他處理組，經50 ℃滲透處理的樣品其干基含水量的降低和固形物得率的增加更為明顯，尤其是50 ℃真空滲透處理組。徐英英等[18]用不同溫度(40、50、60 ℃)的蔗糖溶液對胡蘿卜真空(30 kPa)滲透脫水時，也發現干基含水量隨溫度升高而降低；鄒克堅[19]分別使用30 ℃的蔗糖溶液與果葡糖漿溶液對芒果滲透脫水時，發現真空(-0.1 MPa)滲透下的固形物得率要比常壓滲透高。滲透過程中干基含水量與固形物得率的變化可能是溫度和滲透壓力造成的。一方面，隨著溫度的升高，細胞膜膨脹，導致滲透液中的溶質更容易向內部擴散，即蔗糖溶液的滲透作用得到增強，使得樣品水分損失增多[9,20]；另一方面，真空環境下桃脯結構中的空氣大量逸出，使這些間隙中充滿液體，增加了細胞與滲透液的接觸面積，同時毛細作用增強，大大提高了傳質效率[21]。因此，基于干基含水量和固形物得率的變化，50 ℃真空滲透可作為桃脯的優化滲透處理條件。

2.2 滲透處理結合熱風干燥對桃脯干基含水量和水分比的影響

滲透處理結合熱風干燥對桃脯干基含水量和水分比的影響如圖2。從圖2(a)可看出，各處理組干基含水量的變化趨勢一致，都隨干燥時間的增加而降低。與直接干燥組相比，經常壓和真空滲透預處理的樣品初始干基含水量更低，分別為3.12、3.06 g/g。常壓滲透組和真空滲透組干燥時間分別為18、10 h，較直接干燥組(19 h)分別縮短了1、9 h。這是由于樣品與高濃度滲透液間存在的滲透壓差，使得樣品中部分水分通過半滲透性的細胞膜轉移到溶液中[22]。由圖2(b)可知，不同處理組樣品在干燥過程中水分比的變化趨勢一致，都隨干燥時間的增加而降低。水分比表示一定干燥條件下物料中未被除去水分的多少，可反映物料干燥速率的快慢。與直接干燥組相比，經滲透處理的樣品水分比下降更為迅速，尤其在干燥前期。這是因為經滲透處理的樣品在干燥時沒有經歷恒速階段，而是由升速階段直接進入降速階段。因此，結合干基含水量和水分比的變化，經滲透處理尤其是真空滲透處理的樣品，其干燥速率加快，干燥時間明顯縮短。

圖2 滲透處理結合熱風干燥后桃脯干基含水量和水分比的變化Fig.2 Changes of dry base water content and moisture ratio of preserved peaches during osmosis treatment combined with hot air drying process

2.3 滲透處理結合熱風干燥對桃脯硬度的影響

硬度與咀嚼性相關，合適的硬度能夠提升產品的口感[23]，桃脯樣品硬度見圖3。各處理組樣品的硬度分別為(24.82±1.30)、(10.66±0.35)、(7.16±1.31)N，均顯著(P<0.05)高于新鮮樣品(3.10±0.23)N。這是因為在熱風干燥過程中，桃果肉細胞會因大量失水而發生皺縮，質地被破壞，結構緊密，從而引起硬度的增加[23-24]。然而，相比于直接干燥組，經滲透處理的樣品仍能維持適宜的硬度，這可能是蔗糖溶液滲透處理導致某些細胞組分流失或降解，減緩組織間的膨壓，使其水分更容易往外運輸遷移，使樣品收縮較規則且收縮程度小。此外，滲透處理縮短了干燥時間，其收縮硬化的時間也相應縮短，因而其硬度較低[25]。圖4也直觀地反映了各處理組樣品的收縮程度。李慧等[26]發現經50 ℃的蔗糖溶液常壓或真空(0.01 MPa)滲透后熱風干燥的櫻桃番茄，其硬度顯著低于直接熱風干燥的樣品，且這種效果在真空滲透組更為明顯。因此，相比于其他處理組，經真空滲透處理的桃脯硬度更低，口感更好。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)。圖3 滲透處理結合熱風干燥的桃脯硬度Fig.3 Hardness of preserved peaches treated by osmosis combined with hot air drying

2.4 滲透處理結合熱風干燥對桃脯色澤的影響

滲透處理結合熱風干燥對桃脯色澤的影響如表1。除真空滲透組L*值與新鮮樣品相比無顯著(P>0.05)差異外，加工后的其他樣品L*值均顯著減小(P<0.05)；而各處理組a*值和b*值與新鮮樣品相比均顯著增大(P<0.05)。其中，直接干燥組樣品的L*值最小，a*值、b*值、ΔE值最大，表明其褐變嚴重。這主要是長時間干燥過程中酶促褐變與非酶促褐變造成的[27]。而經滲透處理的樣品較直接干燥組L*值更大，a*值、b*值、ΔE值更小，其色澤更接近于新鮮樣品。這可能是因為糖分的滲入一定程度上減少了樣品色澤的劣變[28]。此外，由于滲透處理縮短了樣品熱風干燥的時間，也能有效減少褐變的發生[29]。相比于常壓滲透組，真空滲透組的樣品L*值最高，ΔE值最小。這說明真空滲透處理可有效遏制干燥過程中的褐變反應，維持較好的產品品質。圖4也直觀地反映了經真空滲透處理的桃脯褐變程度最低，色澤品質最佳。

圖4 不同處理的桃脯收縮程度Fig.4 Shrinkage level of preserved peaches under different treatments

表1 滲透處理結合熱風干燥的桃脯色澤Tab.1 Color of preserved peaches treated by osmosis combined with hot air drying

2.5 滲透處理結合熱風干燥對桃脯Vc含量的影響

滲透處理結合熱風干燥后桃脯Vc變化見圖5。由圖5可知，與新鮮樣品相比，各處理組樣品的Vc含量均顯著降低(P<0.05)，尤其是直接干燥組，其Vc質量分數為(0.010 2±0.002 0)mg/g，Vc保留率僅為新鮮樣品的1.82%。這主要是由于Vc受熱易損失，且直接干燥組干燥時間最長，損失最多。王紅利等[30]也發現甘藍僅用單一熱風干燥方式干制，不但耗時較長，且Vc損失嚴重。然而，經常壓和真空滲透的樣品在干燥后其Vc質量分數顯著高于直接干燥組(P<0.05)，分別為(0.060 7±0.003 0)、(0.116 8±0.002 0)mg/g，Vc保留率分別為直接干燥組的5.94倍和11.43倍。這是由于滲透處理縮短了桃脯熱風干燥的時間，降低了溫度對Vc的影響，使其含量仍維持在較高水平。丁真真等[31]發現經葡萄糖溶液常溫常壓滲透后熱風干燥的蘋果片，不但干燥時間比未滲透組短，其Vc保留率也高于未滲透組。相比于常壓滲透，經真空滲透處理的樣品Vc含量更高，這可能是因為真空處理在縮短干燥時間的同時，也使得物料組織間的氣體被排出，降低了Vc與氧氣接觸的概率，一定程度上抑制了Vc的損失[32-33]。

不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖5 滲透處理結合熱風干燥的桃脯Vc含量Fig.5 Vc content of preserved peaches treated by osmosis combined with hot air drying

2.6 滲透處理結合熱風干燥對桃脯總酚含量和抗氧化能力的影響

滲透處理結合熱風干燥對桃脯總酚含量、FRAP和DPPH·清除能力的影響如圖6。由圖6可知，與新鮮樣品相比，直接干燥組總酚含量無顯著差異(P>0.05)，常壓滲透組含量顯著降低(P<0.05)，真空滲透組含量顯著升高(P<0.05)。常壓滲透組總酚含量降低可能是由于糖分的滲入引起了酚類物質流失，加之熱風干燥時間較長(18 h)，導致酚類受熱分解，使總酚含量下降[34]。然而，真空滲透組由于干燥時間大大縮短，極大程度上降低了酚類物質的損耗，使得總酚含量高于新鮮樣品。此外，由于在真空滲透過程中溶液溫度較高且無氧氣參與，也可能一定程度上促進了某些物質向酚類物質的轉變或未解離的結合酚轉化為游離酚[35]。桃脯的抗氧化能力通過FRAP和DPPH·清除能力來體現。與新鮮樣品相比，各處理組的FRAP均顯著升高(P<0.05)，而DPPH·清除能力均顯著下降(P<0.05)，其總體抗氧化能力是降低的。其中，真空滲透組的抗氧化能力依然能維持在較高水平，且顯著高于其他處理組(P<0.05)，這與總酚含量變化一致，說明酚類物質能提高桃脯的抗氧化能力，也與張利娟等[36]研究報道相符。尚紅梅等[37]也發現干燥后菊苣根的抗氧化能力與其總酚含量呈顯著正相關。

不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖6 滲透處理結合熱風干燥的桃脯總酚含量、 FRAP和DPPH·清除能力變化Fig.6 Changes of total phenol content, FRAP and DPPH· scavenging capacity of preserved peaches treated by osmosis combined with hot air drying

2.7 滲透處理結合熱風干燥對桃脯表面微觀結構的影響

圖7反映的是滲透處理結合熱風干燥對桃脯表面微觀結構的影響。由圖7可知，與新鮮樣品相比，經滲透處理的桃脯表面細胞結構均被不同程度的破壞。其中，直接干燥的樣品表面微觀結構已基本塌陷，僅有少量不規則的小孔隙，這可能是細胞因水分和營養成分的大量流失，導致其過度收縮引起的。然而，經滲透處理的樣品均勻孔隙較多，仍保留一定的細胞結構與空間形態，且孔隙壁相比于新鮮樣品更厚，這可能是滲入的蔗糖與纖維素、果膠等細胞壁多糖成分結合導致的[38]。肖敏等[39]也發現經45 ℃的水蘇糖常壓滲透后的蘋果脆片孔隙壁會變厚。相比于常壓滲透，真空滲透處理的桃脯孔隙壁最厚，這可能與固形物得率有關。因此，經真空滲透處理的樣品能較好得保持桃脯的表面微觀結構，一定程度上減少其營養成分的損失。

放大倍數為100倍。圖7 滲透處理結合熱風干燥的桃脯表面微觀結構Fig.7 Microstructure of preserved peaches treated by osmosis combined with hot air drying

2.8 相關性分析

對各處理組樣品的品質指標進行相關性分析，結果如圖8。其中，氣泡的大小和顏色都與數據的相關系數一一對應，氣泡越大，表示兩個品質指標間的關系越強烈。若為正相關性，氣泡被填充為紅色，若為負相關性，氣泡被填充為藍色，并且相關性越接近1，氣泡越紅，越接近-1，氣泡越藍。圖8中可看出，硬度與Vc含量和L*呈極顯著負相關(P<0.01)；Vc含量與L*呈極顯著正相關(P<0.01)，與FRAP和DPPH·清除能力呈顯著正相關(P<0.05)；總酚含量與FRAP和DPPH·清除能力呈極顯著正相關(P<0.01)；FRAP與DPPH·清除能力呈極顯著正相關(P<0.01)。相關性結果與各指標變化結果一致，即樣品的硬度越小，其L*值越大；Vc和總酚含量越高，抗氧化能力越強。

*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)。圖8 各品質指標相關系數矩陣Fig.8 Correlation coefficient matrix diagram of quality indexes

2.9 聚類分析

采用Ward最小方差和歐式距離法對熱風干燥后的樣品及各品質指標進行聚類分析，如圖9。縱向樹狀為經過不同處理的樣品的聚類，橫向樹狀為熱風干燥后各品質指標的聚類，中部填充深淺顏色，體現各品質指標值的大小，且顏色越深，該指標值越小。聚為同類的表明相關程度高，且歐式距離越短其相關程度越高。從圖9可看出，3組樣品分為兩類：第一類為真空滲透，其淺色方塊最多，除硬度值最小外，其余各指標數值最大，因此品質最佳；第二類為直接干燥和常壓滲透，深色方塊較多，這兩組樣品除硬度值較大外，其余各指標值較小，因此品質較差。從品質指標的聚類結果來看，可將其分為3類：硬度為單獨一類；L*值與Vc含量聚為一類，兩者歐式距離短，相關程度高；總酚含量、FRAP和DPPH·清除能力聚為一類，三者歐式距離短，相關程度高。這與相關性分析的結果基本一致。

圖9 不同處理桃脯聚類分析Fig.9 Cluster analysis of different treated preserved peaches

3 結 論

對經不同滲透處理的桃脯進行熱風干燥，發現所有樣品干燥動力學變化基本一致，即隨著干燥時間的增加，干基含水量和水分比下降，而干燥速率則呈先上升后下降的趨勢。與直接干燥組相比，由于滲透處理可在干燥前除去原料中的大部分自由水，因此縮短了桃脯的干燥時間，提高了干燥效率。此外，經滲透處理的桃脯理化品質優于直接干燥組，其色澤接近新鮮樣品，硬度較低，Vc含量、總酚含量及抗氧化能力均維持在較高的水平，且能較好地保持桃脯的表面微觀結構，這種效果在真空滲透處理組更為明顯。相關性分析表明，硬度與Vc含量和L*值呈極顯著負相關；Vc含量與L*值呈極顯著正相關，與FRAP和DPPH·清除能力呈顯著正相關；總酚含量與FRAP和DPPH·清除能力呈極顯著正相關；FRAP與DPPH·清除能力呈極顯著正相關。聚類分析表明，真空滲透組單獨聚為一類，其處理的桃脯品質要優于直接干燥組和常壓滲透組。因此，相比于其他處理，真空滲透結合熱風干燥在有效縮短干燥時間的同時能保持桃脯的品質，是適合桃脯加工的處理方式。