真空渗透对猕猴桃预脱水的影响

徐 鑫，王广峰，陆保国，王方芳

猕猴桃（Actinidia chinensisPlanch）为猕猴桃科（Actinidiaceae）猕猴桃属（Actinidia）多年生落叶植物，又名仙桃、金梨、鬼桃、基维果和中国鹅霉等，起源于我国，栽培种是通过野生种驯化而成.目前中国猕猴桃种植的品种、规模和产量已居世界第一［1］，该水果富含17 种氨基酸、多糖、维生素C、矿物质和饮食纤维，具有清肠健胃、提高免疫、抗衰老、抗癌等药用价值，被称为“水果（Vc）之冠”“世界珍果”，但猕猴桃属于呼吸跃变型果实，水分含量大，高温多雨潮湿季节采收，易遭微生物感染，使其衰老、软化，腐烂速度极快，因此，猕猴桃采摘后必须及时进行保鲜处理和加工［2］.现阶段，猕猴桃初加工常采用传统的日晒或热风的干制方式，存在脱水时间长，易受外界光、灰尘、虫和菌等影响，半成品品质难以控制；同时，猕猴桃含有大量多酚氧化酶，干制过程中极易发生褐变［3］，影响产品色泽.其中，干制前的真空渗透预脱水是缩短干燥时间、规避干制物料组织质构损伤、减少营养成分损失和阻止酶褐变的有效措施［4］.目前，国内外学者已将真空渗透预脱水技术应用到双孢蘑菇［5］、西兰花［6］、蒜片［7］和黑莓［8］等园艺产品，但对猕猴桃干制前预脱水工艺优化的研究鲜有报道.

果蔬干燥前的真空渗透预脱水是在真空环境下，将新鲜脱水果蔬浸入相对浓度高的渗透液，由于渗透压差和细胞膜的渗透选择特性，使果蔬组织自由水短时间内自发扩散到渗透液中.真空渗透预脱水受真空度大小、渗透物料性质、预处理方式、渗透剂的种类与浓度、渗透的温度与时间等因素影响，如果处理不当，将会造成园艺产品外观劣变、组织结构破坏、营养成分流失和有毒有害物质残留等不良物理和生化特征［9］.为了优化猕猴桃真空渗透预脱水工艺，提高产品品质，本试验采用不同的真空度、渗透复合液配比、渗透复合液浓度、固液比和脱水温度对猕猴桃进行渗透脱水，通过单一实验和正交实验，分析诸多因素对猕猴桃干制前脱水效果的影响，筛选最佳干制前渗透预脱水的配方，以期为猕猴桃干燥前预脱水开辟绿色、低耗和优质新途径.

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

（1）试验材料.猕猴桃（品种为“冬红”，2019年9月采摘于霍山县显政生态家庭农场）；麦芽糊精（食品级、有效成分≥98%、DE 值<20，苏州庭璞淀粉糖公司）；CaCl2（无水、白色、无味颗粒，山东天露化工股份公司）；绵白糖、葡萄糖（食品级，湘桂糖业责任公司）.

（2）主要仪器设备.HSU-10 型数显糖量计（日本KEM 电子仪器公司）；HH-601 型保温水浴锅（金坛亿通分析仪器公司）；ME104E/ME204E 型分析天平（广州计量仪器厂）；KQ-200TDB 型真空设备（杭州成功精密仪器设备）；YHG-9645A 型定温烘干箱（苏州通韵节能环保科技）.

1.2 试验方法

（1）猕猴桃渗透预脱水工艺流程.选取新鲜单果90～100 g，无机械伤、无霉烂和病虫害、8.5～9 分成熟度的初始含水分量81%～83%猕猴桃→清洗、去皮→切片（厚4～5 mm）→烫漂（沸水浴热烫30 s）→不同因素预脱水→取出冲洗→晾晒10 min→吸水纸吸干果片外表水→干燥箱干燥（定温80 ℃，干燥至连续2 次质量差异＜0.04%）→测定并计算各处理阶段的失水率和可溶性固形物增加率（每组3次重复试验取均值）.

（2）猕猴桃干制前预脱水处理的试验设计.猕猴桃干制前预脱水的效率和产品品质受真空度、渗透复合液配比、渗透复合液浓度、固液比和渗透温度等要素制约，为探索其对猕猴桃预脱水的产品品质的影响，本研究以失水率和可溶性固形物增加率为评价指标，考察单一因素对猕猴桃渗透预脱水的效果.

①真空度对猕猴桃干制前预脱水的影响.在55 ℃恒温、（40 g 麦芽糊精+5 g CaCl2）/100 mL 渗透复合液、固液比1∶18 和渗透时间6 h 条 件 下，分 别 考 察0.02 MPa、0.04 MPa、0.06 MPa、0.08 MPa 真空度对猕猴桃干制前渗透预脱水的失水率（Water Loss，WL）和可溶性固形物增加率（Solids Gain，SG）的影响.

②渗透复合液配比对猕猴桃干制前预脱水的影响.在真空度0.06 MPa、55 ℃恒温、固液比1∶18、渗透时间6 h 条件下，分别考察（40 g 的麦芽糊精或蔗糖或葡萄糖+5 g CaCl2）/100 mL 的渗透复合液对猕猴桃干制前预脱水的WL 和SG 的影响.

③渗透复合液浓度对猕猴桃干制前预脱水的影响.在真空度0.06 MPa、55 ℃恒温、固液比1∶18、渗透时间6 h 条件下，分别考察（25 g、30 g、35 g、40 g 和45 g 麦芽 糊精+5 g CaCl2）/100 mL 的渗透复合液对猕猴桃干制前渗透预脱水的WL 和SG 的影响.

④固液比对猕猴桃干制前预脱水的影响.采用真空度0.06 Mpa、55 ℃恒温、（40 g 麦芽糊精+5 g CaCl2）/100 mL 复合液，选取1∶5、1∶10、1∶15 和1∶20 的固液比，考察其对猕猴桃干制前渗透预脱水的WL 和SG 的影响.

⑤渗透温度对猕猴桃干制前预脱水的影响. 在 真 空 度0.06 MPa、（40 g 麦 芽 糊 精+5 g CaCl2）/100 mL 复合液、固液比1∶18，温度分别于25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃、65 ℃恒温条件下渗透脱水6 h，考察对猕猴桃干制前预脱水的WL 和SG 的影响.

（3）猕猴桃渗透预脱水的正交试验.通过单因素试验确定了猕猴桃渗透预脱水的渗透液配比为麦芽糊精钙盐复合液，渗透预脱水时间为5 h，筛选真空度（0.05 MPa、0.06 MPa、0.07 MPa）、渗透复合液浓度（35 g 或40 g 或45 g麦芽糊精+5 g CaCl2）/100 mL、固液比（1∶12、1∶15、1∶18）和渗透温度（45 ℃、50 ℃、55 ℃）四因素三水平，设计L9（34）正交试验，以失水率/固形物增加率比值为评价指标，优化猕猴桃干燥前渗透预脱水条件，提高干制效率和产品品质.详见表1.

1.3 指标及其测定方法

猕猴桃的含水量（Water content，WC）测定及预脱水过程WL 计算：按照刘伟东等［10］渗透预脱水的AOAC 恒重法测定，按公式（1）计算WL.

式中：M0、Mt分别代表猕猴桃试样脱水前和t时刻的质量；X0、Xt分别代表猕猴桃试样脱水前和t 时刻的湿基含水量.

固形物含量（Solids content，SC）测定及SG计算：SC 测定参照李梁［11］阿贝手持糖度计测定SC，按公式（2）计算SG.

式中：M0、Mt同式（1）；S0、St分别代表猕猴桃试样预脱水前和t 时刻的固形物含量.

1.4 统计分析方法

检测结果来源于三次重复取均值，分别应用Excel 2019、SPSS 20.0 对试验数据进行绘图和差异分析（P＜0.05 为差异显著）.

2 结果与分析

2.1 真空度对猕猴桃干制前预脱水的影响

表1 猕猴桃的正交试验设计

真空度对猕猴桃干制前预脱水效果的影响如图1 所示.猕猴桃在干制前整个预脱水过程中，WL 和SG 随真空度提高而呈逐渐增大趋势.可能是真空度增大，预脱水的猕猴桃组织毛细管通透性增强，渗透液的溶质通透阻力下降，渗透液的溶质填充细胞间隙机会增多，导致渗透物质迁移的速度加快和数量增加.由图1 还可发现，猕猴桃在干制前脱水过程中，在0～5 h 期间的WL和SG上升较快，5～6 h期间趋于缓慢，可能原因是脱水前期的固液两相浓度差距较大，压力差就大，脱水到一定程度后，渗透压差逐渐降低而达到平衡，传质推动力下降，导致WL和SG变缓；真空度0.06 MPa、0.08 MPa 渗 透 处 理 猕 猴 桃 的WL和SG比真空度0.02 MPa、0.04 MPa 都大（P<0.05），真空度0.06 MPa 预脱水组和0.08 MPa 预脱水组的WL和SG差异不明显（P>0.05）.因此，选择猕猴桃真空预脱水的合理真空度为0.06 MPa.

图1 真空度对猕猴桃干制前预脱水WL 和SG 的影响

2.2 渗透复合液配比对猕猴桃干制前预脱水的影响

由前期相关试验得到，CaCl2加入到糖渗透液中对果蔬渗透预脱水后既能提高脱水效率，又可有效维持脱水物料质构和色泽，提高干制产品脆度.因此，本实验均选用糖液钙盐复合液进行猕猴桃渗透脱水试验.由图2 可知，在（40 g 的麦芽糊精或蔗糖或葡萄糖+5 g CaCl2）/100 mL 渗 透 液 中，猕 猴 桃WL和SG均随真空渗透脱水时间的延伸而提高，真空渗透 脱 水1～5 h 内 三 组 间 的WL和SG的 差 异 显著（P<0.05），失水率排序为麦芽糊精钙盐复合液组>葡萄糖钙盐复合液组>蔗糖钙盐复合液组，可能原因是真空渗透预脱水的失水率大小与渗透液的溶质分子质量大小成正比；固形物增加率排序为葡萄糖钙盐复合液组>蔗糖钙盐复合液组>麦芽糊精钙盐复合液组，可能是渗透脱水猕猴桃细胞间隙只能容纳一定分子质量的溶质，导致大分子质量麦芽糊精在渗透后期难向渗透物料迁移，小分子质量葡萄糖容易扩散到物料内部.宋春芳等［8］通过糖溶液对黑莓渗透处理也得到同样结论.基于猕猴桃干制前预脱水的WL大和SG小的评价指标，最佳复合渗透液组合为麦芽糊精+CaCl2复合液.

图2 渗透复合液配比对猕猴桃干制前预脱水WL 和SG 的影响

2.3 渗透液浓度对猕猴桃干制前预脱水的影响

由图3 可知，在5%（M/V）CaCl2复合渗透液中，猕猴桃干制前预脱水在1～5 h 内随着麦芽 糊 精 量 的 增 加，WL和SG增 加 迅 速；5 h 后WL和SG增加平缓，原因是随着复合渗透液麦芽糊精含量的加大，猕猴桃试样和复合渗透液之间浓度差增大，导致渗透压差也增大，从而加速了猕猴桃干制前预脱水的固液两相物质交换进程，随着渗透进程持续进行，两相的浓度差和渗透压差不断缩小，使WL和SG增加幅度也随之减少.

图3 渗透液浓度对猕猴桃干制前预脱水WL 和SG 的影响

CaCl2质量固定时，麦芽糊精质量在35～45 g 范围内的WL和SG增加量明显高于25～30 g 范围（P<0.05），35 g、40 g 和45 g 麦芽糊精量组的WL和SG增加差异较小（P>0.05）.可能原因是麦芽糊精浓度增大时，一方面渗透液的黏度增大，另一方面大量麦芽糊精积聚在猕猴桃片表面，两方面耦合减少固液两相物质交换的阻力，WL和SG增加量也随之下降.张静林等［7］对蒜片脱水得到同样的结论.基于健康和品质维度考虑，适宜猕猴桃干制前预脱水渗透液浓度为（40 g 麦芽糊精+5 g CaCl2）/100 mL.

2.4 固液比对猕猴桃干制前预脱水的影响

渗透液与预脱水渗透试样直接接触，故固液比大小是影响猕猴桃真空渗透脱水效果和产品品质的最关键因子.

图4 固液比对猕猴桃干制前预脱水WL 和SG 的影响

由图4 可知，猕猴桃在干制前预脱水整个过程中，WL和SG均随固液比的增大而呈逐渐上升趋势，固液比为1∶10、1∶15 和1∶20 的猕猴桃真空渗透预脱水的WL和SG明显大于1∶5（P<0.05）；1∶15 和1∶20 之间的WL和SG无明显差异（P>0.05），1∶10 和1∶15 之间的WL和SG差异显著（P<0.05），表明固液比越高，两相的浓度差异越大，就越有利于液相溶质与固相细胞液水之间的交换；当固液比达到1∶20时，渗透液浓度偏大，溶质集聚试样外围，阻止试样细胞内自由水向外迁移，相反，液相的溶质（糖）向试样过多迁移，严重减弱产品固有的风味，并可能增添不良滋味.这与刘伟东等［10］对枸杞渗透预脱水试验与徐鑫等［11］对运用不同糖液比对圣女果真空脱水试验结论相一致.因而选择合适的猕猴桃真空渗透预脱水固液比为1∶15.

2.5 渗透温度对猕猴桃干制前预脱水的影响

由图5 曲线可知，在干燥前预脱水过程中，猕猴桃随着渗透温度的升高和脱水时间的延长，WL和SG总体呈上升态势，可能原因是渗透液黏度与温度成反比，温度升高、黏度下降，提高了溶质分子传质动力和水分子扩散速率，导致细胞膜对周围物质通透阻力下降，打通固液两相预脱水过程中物质互相交换的通道.这与曹雪慧等［12］对蓝莓渗透脱水试验结论相吻合.此外，随着WL和SG的持续升高，固液两相间的浓度差趋于平衡，液相溶质很难通过细胞半透膜，限制了渗透液的溶质和渗透脱水物料的水分之间互换，导致猕猴桃干燥前预脱水后期的WL和SG变得趋缓.通过SPSS 20.0 差异性分析得到，猕猴桃干制前预脱水过程中，55 ℃与65 ℃条件下的WL和SG显著高于25 ℃～45 ℃条件下WL和SG（P<0.05），但55 ℃预脱水组和65 ℃预脱水组间WL和SG差异不显著（P>0.05）.因此，为提高猕猴桃干制品品质，选定真空渗透预脱水的合理温度为55 ℃.

图5 渗透温度对猕猴桃干制前预脱水WL 和SG 的影响

2.6 真空渗透预脱水参数对猕猴桃脱水性能的影响

按表2 正交试验L9（34）方案对猕猴桃真空渗透预脱水，结果详见表2.

表2 猕猴桃真空渗透预脱水正交试验L9（34）结果

为维持干制品本身的固有品质，干制前设法移除渗透物料中的自由水，尽量减少固形物增加，减少外界因素对猕猴桃半成品品质的影响.由表2 的WL/SG比值的极差分析可以发现：影响猕猴桃干制前的真空渗透预脱水效果的因子排序为真空度（A）>固液比（C）>渗透温度（D）>渗透复合液浓度（B），在一定范围内，随着真空度、渗透温度和渗透复合液浓度的提高，固液比增大，WL、SG和WL/SG均提高.基于WL/SG最大化的原则，猕猴桃干制前的真空渗透脱水最优因子参数为A2B2C3D3，即真空度为0.06 MPa、渗透复合液浓度为（40 g 麦芽糊精+5 g CaCl2）/100 mL、固液比1∶18和渗透温度55 ℃.

按A2B2C3D3的因子参数平行三次渗透预脱水5 h，WL为29.73%，SG为3.28%，WL/SG比值为9.06，该数据明显优于正交试验其他序号试验结果，说明该试验设计很好地满足了猕猴桃干制前预脱水的要求.

3 结论

通过单因素试验得到猕猴桃真空渗透预脱水渗透复合液配比为麦芽糊精+CaCl2复合液、渗透预脱水5 h，探索出真空度、渗透液的浓度、固液比、渗透的时间和温度与猕猴桃真空渗透预脱水的WL和SG呈正相关关系，其影响程度排序为真空度>固液比>渗透温度>渗透复合液浓度.以真空度、渗透复合液浓度、固液比和渗透温度为变量影响因子，通过正交试验获得猕猴桃真空渗透预脱水最佳工艺条件为真空度0.06 MPa、渗透复合液配比（40 g 麦 芽 糊 精+5 g CaCl2）/100 mL 、固 液 比1∶18 和渗透温度55 ℃，在该预脱水条件下，WL/SG最大，为9.06，说明此工艺条件对猕猴桃干制前预脱水是有效可行的.

本试验探索了猕猴桃干制前预脱水过程中真空度、渗透复合液配比、固液比、渗透时间和渗透温度等因子对干制品品质影响的规律.为满足现代人低热量健康饮食需求，选择麦芽糊精钙盐作为渗透液，解决了果蔬干制品糖度过高问题.在渗透液添加CaCl2，最大限度维持了猕猴桃干制品的质构、增加产品硬度、减少渗透物料流失、提高脆度，但对于猕猴桃在真空预脱水中各因子对其外观色泽、微观结构和复水性等的影响尚未涉及，后续有待进一步深入探索.