真空浸渍对果蔬品质的影响研究进展

毛佳琦，张丽芬，陈复生，赖少娟（河南工业大学，河南郑州450052）



真空浸渍对果蔬品质的影响研究进展

毛佳琦，张丽芬，陈复生*，赖少娟
（河南工业大学，河南郑州450052）

近年来，对于真空浸渍技术在果蔬加工中的研究越来越多，真空浸渍在果蔬加工中可以有广泛应用，对果蔬的理化性质和微观结构均有不同程度的影响。本文简要介绍了真空浸渍原理和相关的动力学方程，并就真空浸渍对果蔬品质的影响进行了综述，对真空浸渍技术在果蔬加工方面的应用前景进行了展望。

真空浸渍；原理；果蔬；品质

果蔬在人类膳食金字塔中占有不可替代的位置，果蔬的主要成分为人体所必需的一些维生素、无机盐及植物纤维，而蛋白质和脂肪的含量较少。随着人们生活水平的提高，对健康的关注度日益增加，对果蔬品质和加工的要求也更为严格，各种果蔬加工贮藏技术也应运而生，目前果蔬采后贮藏与加工技术主要包括：超高压技术、膜技术、真空浸渍技术、酶技术、基因工程技术、超临界萃取技术等［1］。真空浸渍技术（Vacuum Impregnation，VI）由于其有助于提高产品质量、有利于节约能源及能够使浸渍反应加速，提高生产效率的优点而被广泛应用于采后果蔬加工和贮藏中［2］。

VI是一种将真空技术与传统浸渍过程结合的一种新技术，可被用于改变食品性质（营养、感官性质、货架期和物理特性）和组成成分［3-4］。VI可以在较短时间内除去果蔬中的水分而不损伤果蔬的组织结构。经过VI处理后的果蔬产品仍具有良好的风味、色泽、质构、营养，与新鲜果蔬几乎有着一样的感官品质，例如水果和蔬菜也可以通过VI实现益生素，维生素，和矿物质在其组织内的富集而实现提高产品营养价值的目的［5］。本文就真空浸渍技术的原理和特点及对采后果蔬品质特性的影响进行了详细综述。

1　真空浸渍技术的原理和影响因素

1.1真空浸渍技术的原理

VI过程主要是利用压力的改变引起的水动力学机制使得食品孔隙内部气体和液体与外部溶液进行交换［6］。该过程取决于毛细管压力、系统压力和食品材料的有效孔隙率。VI可以分为两个阶段，真空阶段和恢复大气压力阶段。

第一阶段，对装有溶液和物料的容器抽真空，并维持一段时间。在真空条件下，物料孔隙中的气体膨胀，部分气体逸出直至达到力学平衡，气体逸出过程可能会带出物料中的部分液体组分。多孔组织内气体的膨胀和逸出与固体基质的变形弛豫现象（Deformation Relaxation Phenomena，DPR）结合；第二阶段，将上述容器恢复至大气压力，并维持一定时间，物料内部压力由于毛细阻力的作用，仍维持在未恢复压力前的水平，而容器内压力已经升高，由于流体动力学机制（Hydrodynamic Mechanisms，HDM）的作用外部液体流入物料的毛细多孔体中［6］。

VI过程中，由于物料内部气体的膨胀和压缩外部液体流入样品组织细胞间隙，当达到平衡时，外部液体注入到物料的容积的部分（X）可以由压缩比（r），物料有效孔隙率（εe），真空注入结束时物料的容积形变（γ）建模求解。模型描述式为［7］：

εe（r－1）=（X－γ）r+γ1

式中：X为真空注入结束时，外部液体由于HDM注入到物料的容积部分，（m3/m3）；εe为有效孔隙率，（m3/m3）；γ1为真空结束时物料的容积变形，（m3/m3）；γ为真空注入结束时物料的容积变形，（m3/m3）；r为压缩比。

压缩比由下式得到［7］：

式中：P1为细胞孔隙内气体压力，Pa；P2为细胞孔隙外气体压力，Pa；PC为毛细压力，Pa。

1.2影响真空浸渍过程的因素

在浸渍过程中外部溶液填充物料的多孔体受到下列因素影响：毛细压力、时间、温度、低于大气压的压力级、样本形态、力学响应、孔隙率、气孔尺寸和溶液组成等［8］。其中毛细压力取决于孔隙尺寸、液体表面张力、液体和孔隙壁之间的润湿角。另外，多孔植物组织浸入溶液中由于毛细作用力导致液体的流入仅受表面气孔关闭的限制。外部溶液渗透进入之前由气体所充满的孔隙中，几乎可以完全占据这些细胞间隙［9-11］。

2　真空浸渍技术加工对果蔬品质的影响研究

VI可以用于果蔬的贮藏保鲜、果蔬预脱水、果蔬营养强化、改善果蔬品质、果蔬腌渍处理等。在这些加工过程中，采用不同的浸渍液，不同的真空压力和时间，对果蔬品质的影响不同。经过VI处理后，果蔬的质量、水分含量、可溶性固形物含量、pH值、色泽、呼吸速率、导电性、风味、机械性能、微观结构、导热系数等方面都会发生不同程度的变化。

2.1真空浸渍技术对果蔬物理性质的影响

2.1.1真空浸渍技术对果蔬重量的影响研究

果蔬经过VI处理后，由于外部溶液的渗入，其重量会受到不同程度的影响，而溶液组成成分不同，则物料重量变化不同，当渗透液浓度比细胞液浓度高时，细胞内外渗透压相差较大，导致细胞脱水较多使得重量降低；而当渗透液浓度比细胞膜中的低时，水分大量进入细胞导致重量增大。

俞琴等［12］研究了真空注入对黄桃品质的影响，结果显示，在不同真空度（6 650 Pa和13 300 Pa）条件下，浸渍液为高甲氧基果胶（HMP）和钙时，黄桃重量的变化分别为：（2.28±0.3）%和（2.55±0.38）%；浸渍液为蜂蜜和钙时重量变化分别为：（-3.25±0.21）%和（-3.04± 0.28）%。Panarese等［13］通过微观分析真空浸渍菠菜和苹果质量传递机制，结果发现样本重量增加的最大值为（2.0±0.5）%；Dymek等［14］研究指出菠菜叶经过VI其重量相对增加了（39±5）%；Panarese等［15］研究了VI对菠菜叶代谢活动的影响，发现VI后的菠菜叶孔隙率、等渗性和重量都增加了。Tylewicz等［16］研究VI对苹果组织的影响发现，VI过程中随着压力的下降，苹果样本重量增加。

2.1.2真空浸渍技术对改善果蔬色泽的研究

真空浸渍后果蔬的物理性质与产品质量有很大关系，光学性质，颜色，光泽等影响着产品的感官品质。由于外部溶液在果蔬表面形成一层薄膜，使得原来不规则的表面变光滑了，因而能够改变产品的光泽。在渗透过程中，果蔬的半透明和颜色发生变化。

Perez-Cabrera等［17］研究了VI对微加工梨防褐变剂效果的影响，发现在冷藏条件下，样品颜色的变化较小，说明VI处理能够保护样本的原始色泽。Morenoa等［18］通过研究VI对草莓渗透动力学和微观结构的影响发现VI对草莓样本处理后样品的铬色几乎无损失，但会导致代表其光学性质的L*，a*和b*值的降低。Schulze等［19］研究了VI后的苹果片储存和干燥过程中槲皮素的稳定性，结果发现代表苹果片颜色b*（blueness/yellowness）的值发生显著改变，a*（greenness/redness）值从绿色转变为红色，苹果薄壁组织的亮度和色调下降，色度上升。Kim等［20］研究指出采用VI预处理苹果片（不加SO2等护色剂）后，在后续的干燥和储藏过程中可以增加产品的色素稳定性。

2.1.3真空浸渍技术对改善果蔬机械性能的研究

果蔬硬度的下降主要是由于其内部细胞间的分离和微观结构的变化导致的。果蔬的硬度影响人们对其感官质量的评价。真空浸渍技术通过使不同的外部溶液进入果蔬内部，改变其微观结构而对果蔬硬度产生一定的影响。

俞琴等［12］研究发现VI对于黄桃力学性质的优势，且6 650 Pa的真空度比13 300 Pa的真空度要好，相较于6 650 Pa的真空度，13 300 Pa下虽然真空度有所增加，但是力学性质的变化趋势和变化规律却不如6 650 Pa的稳定。在注入液中加入钙可以增强黄桃组织的机械强度，所以钙处理有利于降低贮藏过程果蔬硬度的损失。Occhino等［21］研究了VI对改善西葫芦品质和质构的影响，结果发现浸渍液为100 mmol/L CaCl2，样品的剪切力和势能升高，细胞壁变厚，细胞发生肿胀，甚至能够决定硬化效应；CaCl2与其他溶质复合时，能够抑制硬度的降低；浸渍液包含NaCl和麦芽糖糊精（MD）时，样品的剪切力和势能下降。Martinez［22］等用浓缩葡萄汁和果胶溶液对苹果进行冷冻前VI预处理，结果发现由于可冻结水含量大幅度降低，苹果的机械性能得以提高。

2.1.4真空浸渍技术对果蔬密度、孔隙度、风味的影响研究

一般来说，真空浸渍后，由于食品内部孔隙内的气体被外部溶液替代，因而密度会相对增加；孔隙度发生不同程度变化，可能增大也可能减小；微生物生长得到抑制。在通常情况下，我们采用真空浸渍并不希望改变产品的基本性质，力求维持产品原有风味。

Perez-Cabrera等［17］通过VI向梨中添加防褐变剂，结果发现乳酸钙能够限制发酵路径，抑制微生物的生长，但在冷藏条件下，不能修饰样本的香味和风味。Martínez-Monzó等［23］的研究发现采用等渗蔗糖溶液对样本进行50 mbar VI处理10 min，结果发现样本密度和孔隙率发生显著改变，分别为813 kg/m3～986 kg/m3，0.229～0.060。Tylewicz等［16］采用气体散射吸收光谱检测VI后的苹果，发现VI处理后，大约50%的苹果样本总孔隙度减小（在最低压力条件下15 kPa）；在恢复至大气压力后，孔隙中残余的气体的压力保持在50 kPa，在几个小时内缓慢上升至与周围环境压力一致。

2.1.5真空浸渍技术对果蔬导电性和导热系数的影响研究

由于真空浸渍后产品物料内部水分含量和组成成分的变化，其导电性和导热系数均会受到影响。一般来说，由于密度增大和水分含量的增加，其导热系数和导电性会增大，但并非绝对。

Allali［24］等研究了VI和欧姆加热对苹果结构改变和渗透脱水的影响，结果表明VI处理不影响苹果样本的导电性。Martínez-Monzó等［23］的研究表明采用等渗溶液对苹果样本VI处理后，导致样本的导热系数显著增大（15%～24%），得出VI可以用于修饰多孔食品的热力性质以提高热处理效率和产品质量。Dymek等［14］研究发现磷酸盐缓冲液对菠菜叶进行VI处理后，菠菜叶子导电性随频率增加，当菠菜叶子浸渍于蔗糖溶液中采用微X射线断层扫描，发现随机分布在叶片结构中的气泡大约占其总体积的2%～3%，这些气泡将会使叶子的一般导电性减小。VI过程中，浸渍溶液有助于导电通路通过叶子横截面。

2.2真空浸渍技术对果蔬化学性质的影响

2.2.1真空浸渍技术对果蔬组成成分的影响研究

真空浸渍过程中，外部溶液进入物料的多孔体系，会对物料的组成成分产生一定的影响，溶质组成成分不同，则对物料组成成分的影响不同。因此可以利用这种特性，将我们所需要的溶质引入食品的泡孔结构中，修改和补充其原始组成，增强其功能性。

Occhino等［21］研究了VI对改善绿皮西葫芦品质和质构的影响，指出VI溶液的组成大大的影响了产品中的质量传递。当浸渍液只有NaCl，水分大量流失，产生脱水现象，而由MD、NaCl、CaCl2组成的混合VI液处理西葫芦能够使西葫芦内部溶质和水分含量增加。Erihemu等［25］研究通过VI使整个马铃薯富集铁，发现真空阶段和压力恢复阶段VI土豆铁含量增加；1 h真空处理土豆后的铁含量是未处理土豆的6.4倍；3 h恢复压力后的铁含量是未处理土豆铁含量的6.4倍；另外，VI煮熟的未剥皮和剥皮的土豆后其铁含量是未处理的土豆铁含量的6倍。Schulzea等［26］研究了采用VI使苹果富集来自于苹果皮的槲皮素糖苷，结果发现采用低可溶性固形物浓度（SSC）的溶液会致使槲皮素富集增加，这与高粘度果胶处理结果相反。Hironaka等［27］为了评价VI对整个马铃薯块富集抗坏血酸的效果，以10%抗环血酸溶液为浸渍液，在70 cm Hg压力下处理马铃薯块0～60 min，结果发现VI后，马铃薯的抗坏血酸浓度增加了；蒸煮25 min真空浸渍后的100 g马铃薯能够提供成年人抗坏血酸推荐日摄入量的90%～100%；储藏研究发现，VI处理后的马铃薯在4℃，14 d储藏具有相对较高的抗坏血酸浓度（50 mg/100 g fr. wt.）。Ece Tamer等［28］研究了通过VI缩短绿橄榄的脱苦时间，结果显示样本在真空条件下脱苦比在常压下有更高的总酚类物质数量，真空浸渍溶液中含有碱时，会造成干物质和油的损失，VI过程中总干物质，盐，蛋白质，油含量变化分别为：24.23～27.90（%，质量比）；2.27～2.58（%，质量比）；0.50～1.26（%，质量比）；6.79～9.42（%，质量比）。

2.2.2真空浸渍技术对果蔬pH值和可滴定酸度的影响研究

果蔬的pH值和可滴定酸度对于产品的感官品质有一定程度的影响，真空浸渍后产品的酸度主要取决于原材料和浸渍液的类型和浓度，因此，可以依据原材料的不同选择适当浓度的浸渍液，改善产品酸度，提高经济效益。

Derossi等［29］研究了运用真空方法降低辣椒片的pH值，结果表明采用乳酸溶液对辣椒片进行真空浸渍处理后，样品的酸化度相比气体压力条件下的加工处理在很大程度上增加了。pH值比率从0.929减小到0.894。由于酸溶液和细胞接触面积增大，真空浸渍导致氢离子进入蔬菜组织中的扩散速率增大。另外，pH值的下降与真空时间和弛豫时间为正相关关系。Derossi等［30］研究了通过VI改善降低蔬菜pH值，结果发现VI处理与传统酸浸渍处理方法相比能够改善对胡萝卜片和茄子片的pH值的降低；由于茄子的高孔隙度和低硬度性，真空压力100 mbar浸渍3 min，恢复大气压力5 min，其RPH分数下降20%。Xie等［31-32］发现，在草莓和黑莓中，3%HMP和50%高果糖浆溶液能够增加样品pH值，降低可滴定酸度。

2.3真空浸渍技术对果蔬生物特性和微观结构的影响

2.3.1真空浸渍技术对果蔬呼吸速率和代谢活动的影响研究

果蔬采摘后的呼吸速率和代谢活动与采后成熟衰老进程、贮藏寿命、货架期、采后品质变化都有密切关系。钙能够使吲哚乙酸输送受阻，影响乙烯的产生，推迟果实呼吸跃变和衰老，因而可以通过VI技术调节果蔬采后的呼吸速率和代谢活动，从而延长贮藏寿命。

Sanzana等［33］研究了VI和温度对一些蔬菜呼吸速率和呼吸商的影响，发现采用含有芦荟汁的VI溶液对不同蔬菜的呼吸速率和呼吸商的影响是不同的。蔬菜采用等渗蔗糖溶液进行真空浸渍处理后，与新鲜样本进行对比后发现：在5℃下，西兰花、莴苣菜、胡萝卜呼吸速率提高，而花椰菜的呼吸速率下降；在20℃下，西兰花、莴苣和花椰菜呼吸速率升高，胡萝卜呼吸速率下降。采用30 g/L芦荟粉溶液浸渍，在5℃下，呼吸速率均降低；在20℃下，花椰菜呼吸速率下降，而西兰花、莴苣和胡萝卜呼吸速率升高。Panarese等［15］通过热量测定证明菠菜叶子经过150 mbar的最低压力，海藻糖和蔗糖的等渗溶液VI处理后总的代谢活动急剧增加。通过观察VI后的菠菜叶子的光合作用，发现VI过程中细胞间隙内的气体并没有被完全耗尽。

2.3.2真空浸渍技术对果蔬微观结构和形变的影响研究

真空浸渍过程中，外部溶液的渗入物料细胞组织，影响物料的泡孔结构的形成，从而影响果蔬的微观结构和形变。

Morenoa等［18］研究了欧姆加热和VI对草莓渗透脱水动力学和微观结构的影响，通过对草莓的微观结构研究发现联合处理（渗透脱水-欧姆加热和VI-渗透脱水）能够诱导细胞结构中间片晶的形状和厚度，增加细胞的破碎。Betoreta.等［34］基于非线性不可逆热力学分析真空浸渍苹果风干过程中组成和结构的变化，指出在VI过程中，钙和由海藻糖替代蔗糖的浸渍液对样本最终的体积形变没有显著影响。Tylewicz等［35］的研究发现成熟苹果组织在不同糖溶液中经过VI处理后细胞内会形成囊泡。囊泡的形成是浸渍过程中新陈代谢的结果。浸渍30 min后在细胞质膜中形成囊泡，其在细胞内可停留至少24 h，用海藻糖溶液对苹果组织样本进行24 h VI处理后，在细胞边缘和内部都能观察到囊泡；浸渍过程中，会出现通透性的细胞膜。

3　结论与展望

综上所述，VI技术可以有效改善果蔬的感观品质、理化性质及微观结构；且VI普通浸渍相比，能够大大提高生产效率，创造抑制微生物生长的低氧环境，使加工条件符合食品生产卫生标准。因此，随着食品工业的发展和市场的需求，VI在果蔬加工方面的应用将会更加广泛。生产者可以依据VI液功能性组分的不同，相应的改变产品的品质特性（营养，风味，质构，安全卫生），提高果蔬的利用价值，从而提高经济效益。然而，对浸渍溶液的循环利用，浸渍果蔬的微生物安全性，VI后果蔬的感官接受情况还有待进一步研究。

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Progress in Research on Qualities of Fruits and Vegetables Treated by Vacuum Impregnation Processing

MAO Jia-qi，ZHANG Li-fen，CHEN Fu-sheng*，LAI Shao-juan
（Henan University of Technology，Zhengzhou 450052，Henan，China）

In recent years，Vacuum Impregnation has been abundant researched in fruits and vegetables processing industry，which proves that VI is worth wide applications in fruits and vegetables processing.The physico-chemical and microstructural of fruits and vegetables are affected with various degrees.This paper summarizes the fundamental and kinetic equation of vacuum impregnation，and reviews affects of Vacuum Impregnation on qualities of fruits and vegetables and future research needs in this field were also summarized.

Vacuum Impregnation；principle；fruits and vegetables；qualities

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.13.047

国家自然科学基金项目（31371851；31471605）；高层次人才基金（31401523）；河南省成果转化资金项目（132201610014）；校科技创新人才基金（2014CXRC01）

毛佳琦（1990—），女（汉），在读硕士研究生，研究方向：食品资源开发与利用。

陈复生（1963—），男（汉），教授，博导，博士，研究方向：食品资源开发与利用。

2015-05-29