“热风预干燥-渗透脱水-真空冷冻干燥”对柠檬干片品质的影响

丁 心，任嘉平，章 斌，侯小桢，史 婷

（1.河源市国柠现代农业研究院，广东 河源 517000；2.广东中兴绿丰农业科技发展有限公司，广东 河源 517000；3.韩山师范学院 食品工程与生物科技学院，广东 潮州 521041）

渗透脱水是果蔬干片加工过程常用的一种预处理方法，通过借助溶液的高渗透压作用去除原料中部分水分，从而达到缩短后续干燥时间的目的.根据原料的加工特性，多数果蔬的渗透脱水时间大都在1.5 h以上，但过长时间的渗透会引起果蔬感官品质和营养品质降低，还会增加原料受微生物污染的风险；因此，在保证原料加工品质和渗透脱水效果的前提下，尽量缩短渗透脱水时间也已成为业内关注的焦点之一.

目前，国内外对渗透脱水技术的研究和其在生产实际中与干燥方法的联合应用多以“渗透脱水-干燥”方式为主，如渗透脱水-热风干燥［1］、渗透脱水-真空油炸干燥［2-3］、渗透脱水-冷冻干燥［4-5］、渗透脱水-远红外干燥［6-7］和渗透脱水-变温压差膨化干燥［8］等；而有关“干燥-渗透脱水-干燥”组合加工方式的研究报道很少，采用这种方式加工柠檬干片的研究更是未见报道.因此，本试验在渗透脱水-干燥的联合方式基础上，探讨“热风预干燥-渗透脱水-冷冻干燥”的联合方式对柠檬片干燥过程及加工品质的影响，以期为脱水果蔬加工的实际生产提供一定参考.

1 材料与方法

1.1 材料与设备

柠檬：尤力克品种，广东中兴绿丰发展有限公司顺天镇柠檬种植基地提供；白糖、麦芽糖、果糖、葡萄糖、乳糖均为食品级.

AUW120型电子分析天平：日本岛津公司；CS101-A型热风干燥机：重庆试验设备厂；NDJ系列数显粘度计：上海方瑞仪器有限公司；FD-1D-50 型真空冷冻干燥机：北京博医康实验仪器有限公司；JZ-350型色彩色差计：深圳金准仪器设备有限公司；DW-86-L30超低温冰箱：杭州艾普仪器设备有限公司；TMS-PRO型质构仪：北京盈盛恒泰科技有限责任公司.

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

柠檬→预处理→切片（5 mm）→热风预干燥→渗透脱水→冻结→真空冷冻干燥→成品

1.2.2 处理方式

1.2.2.1 处理组：热风预干燥+渗透脱水+真空冷冻干燥

1.2.2.2 对照处理组1（以下简称“对照组1”）：渗透脱水+真空冷冻干燥

1.2.2.3 对照处理组2（以下简称“对照组2”）：热风预干燥+真空冷冻干燥

1.2.2.4 对照处理组3（以下简称“对照组3”）：真空冷冻干燥

1.2.3 试验过程处理

取预处理好的柠檬片于55 ℃、风速1.2 m/s的热风干燥1 h，再取适量热风预干燥的柠檬片，按料液比1∶10、1∶11、1∶12、1∶13、1∶14、1∶15、1∶16、1∶17（m/v）浸入浓度分别为30、35、40、45、50、55、60° Brix 的40 ℃渗透液中脱水一定时间（40、50、60、70、80、90、100 min）；取出沥干后于-60 ℃冻结24 h，然后冷冻干燥（参考前期试验参数进行［9］：升华干燥期的搁板温度45 ℃、真空度65 Pa，解析干燥期的搁板温度55 ℃、真空度40 Pa）至干片含水量为5%左右的干燥终点.

1.2.4 试验指标与测定方法

1.2.4.1 失水率测定：将预干燥好的柠檬片浸入不同的渗透液中至规定时间后，将柠檬片迅速取出，用流动的水清洗表面附着的渗透液，并用吸水纸吸除表面水分；按下式计算失水率（WL）：

式中：Wm0：物料的初始含水量，g；Wmt：t时刻物料中的含水量，g；W0：物料初始重量，g.

1.2.4.2 固形物增加率（以下用“SG”替代）测定：

式中：W0：物料初始重量，g；Ws0：物料的初始固形物含量，g；Wst：t时刻物料中的固形物含量，g.

1.2.4.3 脱水效率指数（DEI）计算：

1.2.4.4 柠檬干片的品质比较：以柠檬片WL和SG为指标，分别给予0.5权重值并采用线性法评分.

1.2.4.5 水分含量的测定：常压干燥法.

1.2.4.6 色差L值测定：采用色彩色差仪测定.

1.2.4.7 复水率测定：参照［10］所述方法进行.

1.2.4.8 VC含量测定：2，6-二氯靛酚法.

1.2.4.9 质构测定：采用TMS-PRO型质构仪参照［2］所述方法进行测定.质构测试参数设定为：测试速度1.0 mm/s，形变量30%，压力5 g，数据采集率200 pps.

1.3 数据处理

试验指标重复3次测定，测定结果以平均值±标准偏差SD表示，并用EXCEL和SAS 8.1统计软件进行处理分析.

2 结果与分析

2.1 渗透溶质选择

渗透脱水主要包含物料中的水分与部分可溶性物质（有机酸、矿物质、色素等）的渗出和溶液中的溶质渗入这两个相反过程，因此，物料在渗透脱水过程获得适宜的WL值和SG值是综合评价渗透脱水效果的重要依据.不同溶质形成的渗透液粘度和渗透压大小不同，对脱水速率和溶质内渗速率等影响不一：溶液渗透压与单位体积中所含溶质的形态与数量有关，研究表明同浓度溶液所含溶质的分子量越小、溶质粒子数越多，则渗透压越高［1，4］.因此，作为单糖的果糖和葡萄糖，较同浓度的蔗糖、麦芽糖和乳糖可形成更大的溶液渗透压，水分扩散系数更高，一定程度上更利于物料中的水分迁移.

图1表明，以双糖为溶质的渗透液的脱水效果较单糖更佳；其中，经乳糖液脱水处理后的柠檬片WL 最高（14.00 g/g）；同为单糖的果糖的脱水效果明显高于葡萄糖，柠檬片经果糖液脱水处理后的WL为10.21 g/g，含水量降低为62.75%，低于经另4种糖液处理后的物料水分含量，可使后期升华干燥时间最短；同时，经果糖液处理后的柠檬片SG为3.35 g/g，均高于另外4种糖液，可使柠檬冻干片的外观更为饱满并进一步改善柠檬固有的酸涩口感.

另一方面，溶质种类、溶液温度、物料特性（如物料品种、规格大小、组织结构、成熟度）等因素均对脱水效果产生直接或间接作用；其中，与渗透液浓度呈正相关的粘度对物料水分迁移和溶质内渗的传质过程影响尤为明显，即表现为对WL和SG的直接影响［8］.从图2可看出，同浓度和温度条件的葡萄糖液的粘度值最大，其次为麦芽糖液；在低于55° Brix时蔗糖、乳糖和果糖液的粘度值差别不大，且总体以果糖液的粘度值最低.同时，葡萄糖液粘度值在45°Brix和另4 种糖液粘度值在55°Brix浓度后均呈快速增大的趋势.Beata［11］、Touileb［12］、Geoffrey［13］等人的研究结果均表明较低的渗透液粘度可提高水分和溶质的扩散速率；但过低的糖液浓度所产生的溶液渗透压较小而易在实际使用过程引起微生物繁殖，不利于糖液的保存.因此，后续试验的糖液浓度考虑介于45～55° Brix为宜.综合上述5种糖类对柠檬片WL和SG的影响，本试验选择果糖为最适溶质.

图1 不同溶质的渗透效果比较

图2 不同浓度的渗透液粘度

图3 果糖液浓度对渗透品质的影响

2.2 果糖液浓度对渗透品质的影响

浓度对渗透过程的传质影响主要表现为两方面：一是渗透压差随渗透液浓度增大后相应升高，可加快物料的脱水速率，但超过一定浓度后的渗透液对进一步提高脱水效果的能力将减弱；另一方面，温度等条件一定的情况下，溶液浓度过高会增大体系粘度，引起物料传质阻力增大的同时，也会造成更多溶质（糖类、盐类等）内渗，可能引起物料外观、组织结构和口感等综合品质的降低［5］.

图3 表明，随果糖液浓度的升高，柠檬片的水分损失增加，含水量先降低后增大，于50°Brix 时最低至48.92%，此时相应的WL 为19.47 g/g；SG 则随溶液浓度升高呈先增大后降低的变化趋势，且在50° Brix浓度时最大至14.22 g/g，造成这一现象的可能原因是果糖液浓度升高使柠檬片表面附近溶液的传质阻力增大，果糖进入柠檬内部组织的速率减缓，导致SG降低，这与Rahman［14］等人的研究结果一致；同时，溶液浓度升高引起的粘度增大同样也会阻碍果糖内渗，成为SG增大的限制性因素［15］.因此，从获得较佳的渗透脱水效果及原料干燥品质角度考虑，本试验选择50°Brix为最优果糖液浓度.

2.3 时间对渗透品质的影响

时间是影响渗透脱水后原料加工品质高低的关键因素之一.一般而言，因物料细胞内液与渗透液间的浓度差在渗透初期较大，WL 及SG 往往均较快；但随渗透时间的延长，体系两相间的浓度差变小，WL和SG逐渐趋于稳定；且从保留物料感官、营养品质和卫生品质角度考虑，生产实际一般控制渗透处理时间在3～6 h.图4表明：柠檬片WL和SG均随渗透时间延长而先增大后降低，于90 min时分别达至最大10.03 g/g、6.86 g/g；柠檬片含水量则在整个渗透脱水过程不断降低并于90 min后趋于平缓.因此，本试验确定90 min为最适脱水时间.

2.4 料液质量比对渗透品质的影响

在实际生产中，为避免脱水后期因渗透液浓度下降而影响脱水效率，一般要求渗透液重量为原料的10倍以上［16］.料液质量比通过影响渗透液体系的两相浓度差而直接影响脱水效率和传质效果：在一定渗透液浓度范围内，溶质浓度越高，产生的渗透压差越大，物料脱水速率和溶质渗透速率也相应更快.从图5可看出：柠檬片WL随料液比增大而相应增大，并在1∶13 时达到最大9.33 g/g，随后逐渐降低.SG 则随料液比增大呈一定的波动变化，一方面，可能是由于柠檬组织结构相对松软，经一定时间的渗透脱水后，果肉组织孔隙率增大，引起果糖内渗后的固形物含量增加幅度减小；另一方面，渗透液在低pH情况下可通过引起物料组织特性和结构的变化而加快脱水速度［5］，使与脱水呈相反过程的果糖内渗速率一定程度上放缓.

图4 时间对渗透品质的影响

图5 料液比对渗透品质的影响

2.5 柠檬干片品质比较

物料组织结构对渗透脱水过程及果蔬成品干片的总孔隙度大小、形状分布以及物料内液与渗透液间的相互作用等有直接影响；从国内外众多已报道的“渗透脱水+干燥”组合方式在不同原料（如芒果［17］、胡萝卜［18］、梨［19］、菠萝［20］、马铃薯［21］等）生产中的研究来看，渗透脱水处理对不同属性和加工特性的原料均有一定甚至较好的原料干燥加工品质改善作用.按正交试验的最优组合条件（果糖液浓度50°Brix、渗透时间80 min、料液质量比1∶14，此条件下的评分分值为88）进行柠檬片渗透脱水处理后，再分别按处理组、对照组1、对照组2和对照组3所述制备柠檬干片；经不同处理方式制得的干片品质测定结果见表1.

表1 不同处理方式的成品品质比较

由表1知：柠檬干片复水率介于68%～70%左右，说明一定时间的热风干燥处理、渗透脱水处理对复水率影响较小.处理组和对照组2的低VC含量和色差L值现象可能是以热风干燥为主导所引起的VC热分解和氧化褐变所致，由此也说明渗透脱水对柠檬干片的VC含量和表面色泽影响可能不大.从冻干时间来看，经渗透脱水操作的处理组较对照组2 缩短了0.3 h，对照组1 较对照组3 则缩短了0.6 h，说明果糖液产生的高渗透压使柠檬片失水后，能在一定程度上缩短升华干燥时间.

2.6 质构测定

从表2可看出，经真空冷冻干燥而成的处理组、对照组1、对照组2、对照组3的干片硬度明显高于常规热加工干制而成的市售柠檬干片，可能的原因是真空冷冻干燥能更好地保留物料可溶性固形物.另一方面，柠檬片经果糖液渗透脱水处理后，总固形物含量增加，表现为处理组和对照组1的干片在硬度、内聚性、胶黏性和咀嚼性指标方面均高于未渗透脱水处理的对照组2和对照组3.

表2 不同处理方式的柠檬干片质构测定结果

3 结论

综合比较柠檬干片的代表性感官指标、营养指标、质构特性和冻干总时间，采用“热风干燥+渗透脱水+真空冷冻干燥”方式加工柠檬干片，较“渗透脱水+真空冷冻干燥”“热风干燥+真空冷冻干燥”和“真空冷冻干燥”方式能缩短干燥时间，并能获得更好的产品品质.

本试验在“渗透脱水+干燥”基础上，引入前置预处理工序—热风干燥，试验结果初步说明进行适当时间的热风预干燥，对柠檬干片复水率和表面色泽L值影响不大，但可引起干片VC含量降低；而对干片货架期等贮藏特性影响如何需进一步深入研究.同时，为更好地为“预干燥+渗透脱水+干燥”组合方式在脱水果蔬加工中的应用提供理论支撑，对该组合方式在其它柑橘类水果和其它品种属性果蔬中的研究同样需进一步探讨.