不同渗透方式对芒果脱水效率和品质的影响

赵红伟，曹彬彬，张谐天，张钟元 ，李大婧，聂梅梅，顾千辉，王云海，牛丽影，谢 宏

（1.江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏南京 210014；2.沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳 110866；3.三只松鼠股份有限公司，安徽芜湖 241001）

芒果（Mangifera indicaL.）是世界上仅次于香蕉的第二大热带水果[1]，原分布于孟加拉、印度、中南半岛及马来西亚，现在我国亚热带省区如广西、广东、福建、云南和台湾地区等也广泛种植[2]。芒果果实富含维生素C 和各种植物化学物质，包括类胡萝卜素和酚类化合物[3]、矿物质以及膳食纤维等功效成分[4−5]。但是，由于季节性和不宜贮藏的原因，大部分果实成熟后腐败变质，严重造成了资源浪费，对芒果进行加工制作成果脯可提高芒果的食用价值，减少资源浪费[6]。

芒果果脯加工主要包括利用糖渍渗透脱水、干燥等加工流程，其中糖渍渗透脱水不仅可去除芒果部分水分，增加含糖量，还可使芒果在后续干燥中因美拉德等反应而形成独特的色泽和口感[7]。目前，液态渗透预处理技术和固态渗透预处理技术在企业生产中都有所应用，但现有研究多集中在液态渗透及联合液态渗透工艺方面。宋璐瑶等[8]研究表明真空联合超声渗透可提高芒果的失水率和固增率。康佳琪等[9]研究表明液态渗透随着渗透液质量分数的增大，芒果的失水率逐渐增大。李珊珊[10]研究表明随着溶液质量分数的增加，芒果失水率和固形物增加率呈上升趋势。在固态渗透方面，目前仅王俊涛等[11]研究发现固态渗透比液态渗透处理脱水效率有所提高，但不同渗透条件（环境温度、糖浓度）对芒果脱水效率和营养物质保留的研究还未见报道。为了进一步比较不同生产环境下液态渗透和固态渗透在芒果脱水效率上的差异，本实验模拟企业夏季（30 ℃）和冬季（20 ℃）生产环境条件下采用不同渗透方式处理芒果块，探究渗透方式在不同生产环境下对芒果块失水率和固增率、芒果块内部水分迁移以及营养物质保留率影响的差异，为芒果固态渗透预处理技术的应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

芒果 果产地越南杨凌润美农业发展有限公司；蔗糖 南京市苏果超市；偏磷酸、无水乙醇、碳酸钠 分析纯，国药集团化学试剂有限公司；福林酚生物试剂，上海麦克林生化科技有限公司；正磷酸色谱纯，Tedia 公司。DHG-9070 电热恒温鼓风干燥箱 上海新苗医疗器械制造有限公司；生化培养箱 南京立思高仪器设备有限公司；KH-500DE 型数控超声波清洗器昆山禾创超声仪器有限公司；PAL-1 迷你数显折射仪 上海仪电物理光学仪器有限公司；MesoMR23-060H-I 低场核磁仪 苏州纽迈分析仪器有限公司；PR124ZH 电子天平 奥豪斯仪器（常州）有限公司；16KR 台式高速冷冻离心机 湖南可成仪器设备有限公司；1200 高效液相色谱仪 美国安捷伦科技有限公司；UV-6300 型紫外-可见分光光度计 上海美谱达仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理 挑选果皮微黄、可溶性固形物含量在 11～15°Brix、成熟度相近的玉芒，清洗、去皮、切块，果块大小 2 cm×2 cm×1 cm。

1.2.2 实验设计 目前研究多集中在液态渗透，而对固态渗透脱水传质规律，固态渗透和液态渗透在脱水效率的影响研究较少。经前期预实验选用液态渗透LOD30 作为对照组和固态渗透作对比展开研究。

固态渗透处理：将挑选的芒果切分成大小一致的芒果块，分装在形状一致的玻璃瓶中，每瓶 100 g。每瓶分别加入芒果块质量 20%的蔗糖（20 g，SSD20）、30%的蔗糖（30 g，SSD30）、40%的蔗糖（40 g，SSD40），用玻璃棒搅拌均匀，分别置于温度 20、30 ℃条件下。在渗透1、2、3、4、6、8、12、24、36、48 h时取样，用蒸馏水快速冲洗样品表面，并用吸水纸吸干表面水分，进行各项指标的测定。每组样品平行测量三次，计算平均值和标准差。

液态渗透处理：将挑选的芒果切分成大小一致的芒果块浸没在装有质量浓度为30%蔗糖溶液的玻璃瓶中，每瓶 100 g，固液比1:3（LOD30），置于温度20、30 ℃条件下。在渗透1、2、3、4、6、8、12、24、36、48 h 时取样，用蒸馏水快速冲洗样品表面，并用吸水纸吸干表面水分，进行各项指标的测定。每组样品平行测量三次，计算平均值和标准差。

1.2.3 水分含量的测定 采用 GB 5009.3-2016[12]的方法，恒重法测水分。

1.2.4 可溶性固形物的测定 在室温环境下，采用PAL-1 迷你数显折射仪测定[13]，结果以%计。

1.2.5 可溶性固形物增加率（简称固增率，SG）、失水率（WL）的计算 参考徐鑫等[14]和刘伟东等[15]的方法，按下式进行计算：

式中：t：样品的渗透时间（h）；SG、WL：分别为样品的固增率（%）、失水率（%）；M0、Mt：分别为样品渗透时间初始、t 时的质量（g）；Xs0、Xst：分别为样品渗透时间初始、t 时的可溶性固形物含量（%）；Xw0、Xwt：分别为样品渗透时间初始、t 时的水分含量（%）。

1.2.6 芒果水分扩散系数和可溶性固形物扩散系数的计算 菲克扩散方程[16−17]广泛地应用于估算果蔬渗透脱水时水分扩散系数和可溶性固形物扩散系数，计算公式如下：

式中：KW：样品的水分扩散系数（h-1/2）；KS：样品的可溶性固形物扩散系数（h-1/2）；t：样品的渗透时间（h）；A、B：常数。

1.2.7 VC保留率的测定

1.2.7.1 VC的提取 参照刘胜辉等[18]的方法，稍作修改，分别在渗透1、2、3、4、6、8、12、24、36、48 h时取芒果块2.5 g 于研钵中，加入少量4 ℃ 预冷的0.25%偏磷酸，冰浴研磨，匀浆用0.25%偏磷酸溶液定容至25 mL，在4 ℃条件下10000 r/min 离心10 min，取上清液，上清液经微孔滤膜（水系，0.45 μm）过滤后待测。

1.2.7.2 抗坏血酸的HPLC 条件 色谱柱为ZORBAX 300SB-C18（4.6 mm×250 mm，φ5 μm），流动相为0.03 mol/L 正磷酸，流速为0.8 mL/min，柱温25 ℃，检测波长240 nm，进样量为20 μL，标准曲线以抗坏血酸浓度为横坐标，峰面积为纵坐标绘制标准曲线，标准曲线方程y=88519x+9.2027，R2=0.9999，计算样品中VC的含量。

1.2.7.3 VC的保留率计算 参照汪小聘等[19]的方法，抗坏血酸保留率计算见下式：

1.2.8 总酚保留率的测定

1.2.8.1 总酚的提取 参照李静等[20]的方法，取不同渗透时间的芒果块4 g 于研钵中，研磨匀浆，用50 mL 70%乙醇洗入50 mL 离心管中，将离心管置于数控超声波清洗器中，超声温度 30 ℃、功率100 W，超声30 min 后，9000 r/min 离心5 min，取上清液于紫外分光光度计765 nm 波长处测定其吸光值，通过标准曲线计算样品中的总酚含量。标准曲线以没食子酸浓度为横坐标，吸光值为纵坐标绘制标准曲线，标准曲线方程为y=12.149x+0.067，R2=0.9996。

1.2.8.2 总酚的保留率计算 同1.2.7.3。

1.2.9 水分迁移分析 试验条件：使用MesoMR23-060H-I 型核磁共振食品分析系统进行测试芒果块糖渍过程中水分状态的变化情况。测试时样品室恒温为（30.00±0.01）℃，先通过Q-FID 序列确定样品等待时间，然后采用Q-CPMG 采集样品信号。实验参数为：SW（KHz）=200；SF（MHz）=21；RFD（ms）=0.020；O1（Hz）=289966.78；RG1（db）=10.0；P1（μs）=10.52；DRG1=3；TD= 600010；PRG=0；TW（ms）=3500.000；NS=16；P2（μs）=20.00；TE（ms）=0.200；NECH=15000。选用变温型核磁共振食品农业成像分析仪配套的反演软件进行10000 连续谱迭代分析拟合得到各样品的波谱图和 T2弛豫信息。

1.3 数据处理

以上所有试验重复三次，各试验结果均以“平均值（means）±标准差（SD）”表示。采用SPSS26.0 软件进行Duncan 比较分析，在0.05 水平上进行显著性检验，采用 Office Excel 2019 进行数据处理，使用Origin2019b 软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同环境温度下不同渗透方式对芒果失水率的影响

渗透脱水是一个物质传递的过程，提高温度可以加快传质速率[21]。环境温度20 和30 ℃条件下不同渗透方式对芒果块失水率的影响如图1 所示。芒果块的脱水可以分为两个阶段，0～8 h 为第一阶段，此阶段芒果块的失水率快速增加，8～48 h 为第二阶段，此阶段芒果块持续失水但失水速率变缓。48 h后20 ℃失水率LOD30 为19.69%，SSD20 为37.27%，SSD30 为45.68%，SSD40 为49%；30 ℃失水率LOD30为22.1%，SSD20 为47.15%，SSD30 为53.43%，SSD40为57.41%。在渗透初期固态渗透的蔗糖被样品中排出的水分溶解，此时的渗透溶液浓度相当于100%的液态渗透，故液态失水率低于固态渗透。相同渗透浓度在两个环境温度下其失水率存在差异，环境温度20 ℃条件下液态渗透LOD30、固态渗透SSD20、固态渗透SSD30、固态渗透SSD40 的失水率小于环境温度30 ℃条件下的失水率。在相同环境温度下，随着渗透浓度的增加，芒果块内外渗透压增加，其失水率也相应升高，故失水率SSD40>SSD30>SSD20>LOD30。Figen 等[22]研究表明渗透脱水率随渗透液浓度和温度的增加而增加。王俊涛[23]研究表明固态渗透失水率高于液态渗透，且固态渗透随着蔗糖和芒果的质量比越大，芒果失水率越高。赵金红等[24]研究表明随着渗透液温度的提高,芒果的失水率增大。这与本文研究结果一致。随着渗透时间的增加，渗透溶液的浓度不断稀释，芒果块内外的渗透压逐渐降低，限制了渗透溶液和芒果块之间的水分交换，芒果块的脱水效率变缓。

图1 20、30 ℃不同渗透方式下芒果失水率的变化Fig.1 Changes of water loss rate of mango in different osmotic dehydration methods at 20 or 30 ℃

图2 反映了20 和30 ℃条件下不同渗透方式处理芒果块的失水率和时间的变化规律，直线的斜率代表了不同渗透方式处理下芒果块的水分扩散系数。20 ℃条件下LOD30、SSD20、SSD30、SSD40 芒果块的水分扩散系数依次为2.5175、4.4982、5.5820、5.8063 h-1/2，30 ℃条件下LOD30、SSD20、SSD30、SSD40 芒果块的水分扩散系数依次为2.9174、6.2156、6.9583、7.4633 h-1/2，其中30 ℃条件下SSD40 的芒果块具有最大的水分扩散系数增量为196.46%。20 和30 ℃条件下不同渗透方式处理芒果块的水分扩散系数呈相同规律：SSD40>SSD30>SSD20>LOD30，30 ℃的水分扩散系数大于20 ℃水分扩散系数（表1）。

图2 20、30 ℃不同渗透方式下芒果失水率与时间的平方根的关系Fig.2 Relationship between water loss rate of mango and square root of time in different osmotic dehydration methods at 20 or 30 ℃

表1 20、30 ℃不同渗透方式下芒果的水分扩散系数Table 1 Water diffusion coefficient of mango in different osmotic dehydration methods at 20 or 30 ℃

2.2 不同环境温度下不同渗透方式对芒果固增率的影响

果蔬中的总可溶性固形物含量，可大致表示果蔬的含糖量[25]。由图3 可知，相同环境温度不同渗透方式处理的芒果块固增率在0～8 h 差异不明显，8～48 h SSD40>SSD30>SSD20>LOD30，这可能是因为前8 h 固态渗透添加的蔗糖没有被芒果块渗出的水分完全溶解，渗入芒果块内部糖含量较少，随着渗透时间的延长固态渗透的蔗糖被芒果块渗出的水分溶解完全，蔗糖浓度高的固增率高。相同渗透方式不同环境温度下，30 ℃的固增率大于20 ℃的固增率，这是由于升高温度加快了物质传递速率，更利于芒果块脱水，所以30 ℃条件下的蔗糖率先完全溶解，产生的渗透压驱使蔗糖向芒果块内部扩散。王俊涛等[11]研究表明芒果固增率随着渗透时间的增加而增加，同一渗透时间下，固态渗透SSD30 大于液态渗透LOD40。赵金红等[24]研究表明随着渗透液温度的提高，芒果的固增率增大，这与本文研究结果一致。在糖渍48 h 后，20 ℃条件下固增率：LOD30 为2.73%，SSD20 为3.56%，SSD30 为4.7%，SSD40 为5.11%；30 ℃条件下固增率：LOD30 为4.59%，SSD20 为5.39%，SSD30 为6.08%，SSD40 的固增率为6.36%。

图3 20、30 ℃不同渗透方式下芒果固增率的变化Fig.3 Changes of solid gain rate of mango in different osmotic dehydration methods at 20 or 30 ℃

图4 反映了环境温度20 和30 ℃条件下不同渗透方式处理芒果块的固增率和时间的变化规律，直线的斜率代表了不同渗透方式处理下芒果块的可溶性固形物扩散系数。20 ℃条件下LOD30、SSD20、SSD30、SSD40 芒果块的可溶性固形物扩散系数依次为0.3406 h-1/2、0.4315 h-1/2、0.5769 h-1/2、0.6542 h-1/2，30 ℃条件下LOD30、SSD20、SSD30、SSD40 芒果块的可溶性固形物扩散系数依次为0.6144 h-1/2、0.7103 h-1/2、0.7723 h-1/2、0.8087 h-1/2，其中30 ℃条件下SSD40 的芒果块具有最大的可溶性性固形物扩散系数增量为137.43%。20 和30 ℃条件下不同渗透方式处理芒果块的可溶性固形物扩散系数呈相同规律：SSD40>SSD30>SSD20>LOD30，30 ℃的可溶性固形物扩散系数大于20 ℃可溶性固形物扩散系数（表2）。

图4 20、30 ℃不同渗透方式下芒果固增率与时间的平方根的关系Fig.4 Relationship between solid gain rate of mango and the square root of time in different osmotic dehydration methods at 20 or 30 ℃

表2 20、30 ℃不同渗透方式下芒果的可溶性固形物扩散系数Table 2 The diffusion coefficient of soluble solids of mango in different osmotic dehydration methods at 20 or 30 ℃

2.3 不同温度条件下不同渗透方式对芒果VC 的影响

由图5 可知，随着渗透时间的增加，芒果块VC保留率逐渐下降，环境温度20 ℃下VC保留率高于30 ℃，这可能是提高温度加快了物质传递，产生高渗透压，芒果块失水更多，VC不断溶出，使得VC保留率下降。不同环境温度下VC保留率趋势相同，即SSD20>SSD30>SSD40>LOD30，固态渗透保留率高于液态渗透，这可能是由于固态渗透糖液的浓度过高，渗透溶液黏性增加，将会在芒果表面形成阻力，阻碍了VC的溶出。随固态渗透蔗糖质量分数的增加，VC保留率逐渐下降，这可能是因为随着渗透时间和渗透剂的增加，芒果块不断失水，VC不断溶出，导致芒果VC保留率逐渐下降。王俊涛等[11]研究发现固态渗透VC保留率高于液态渗透，且随蔗糖添加量的增加保留率下降，这与本文研究结果一致。在渗透48 h 后，由图可知，环境温度20、30 ℃ SSD20 的VC保留率最高。

图5 不同温度条件下不同渗透方式对芒果VC 的影响Fig.5 Effects of different osmotic dehydration methods on VC of mango at different temperatures

2.4 不同温度条件下不同渗透方式对芒果总酚的影响

由图6 可知，随着渗透时间的增加，芒果块总酚保留率逐渐下降。相同环境温度下不同渗透方式趋势相同，即SSD20>SSD30>SSD40>LOD30，可能是渗透过程中芒果细胞内外的浓度差产生渗透压，驱使蔗糖渗入芒果内部使其不断失水，芒果中的总酚随着芒果中的水分子转移到细胞外。液态渗透较固态渗透总酚保留率低可能是液态渗透的芒果长时间浸泡在糖水液中，芒果组织疏松，导致更多的总酚溶出[23]，且固态渗透糖液的浓度较高，黏度较高，从而导致芒果细胞内的营养物质流失受阻。Kucner 等[26]研究表明，蓝莓果实中的酚类物质含量随渗透脱水作用的加剧而降低，这与本文研究结果一致。同一渗透方式下30 ℃条件下的总酚保留率低于20 ℃的保留率，可能是提高温度加快物质传递，芒果失水更多，总酚溶出更多。

图6 不同温度条件下不同渗透方式对芒果总酚的影响Fig.6 Effects of different osmotic dehydration methods on total phenols of mango at different temperatures

2.5 不同温度条件下不同渗透方式对芒果水分分布的影响

由图7 不同渗透方式处理芒果块的T2图谱可以看出，整个渗透脱水过程中有三种形态的水分，代表着3 种不同状态的氢质子。T2反映芒果块内部氢质子所接触的化学环境，氢质子受束缚越大或自由度越小，T2弛豫时间越短，在T2峰位置较靠左，水分越难被排除，反之靠右，水分越容易排除[27]。横向弛豫时间T2的范围分别为T21（0.1～10 ms）结合水、T22（10～100 ms）不易流动水、T23（100～1000 ms）自由水，其对应的峰面积（M21、M22、M23）可表示各种状态水分信号的幅值[28]。因为核磁共振信号幅值与样品的氢质子数量成正比[29]，所以在渗透过程中信号幅值可以间接表示样品中水分的相对含量。

图7 20 ℃不同渗透方式条件下处理对芒果块水分分布的影响Fig.7 Effect of different osmotic dehydration methods at 20 ℃on water distribution of mango

由于环境温度20 和30 ℃不同渗透方式条件下芒果块三种状态的水分有相似的变化规律，一是不同状态的水分皆向左偏移，说明渗透脱水过程促使水分向低熵、低自由度的方向迁移；二是峰面积动态的变化表示渗透脱水改变芒果内部水分的含量及状态分布。故本文以环境温度20 ℃为例进行说明，从图8 可以看出，在整个渗透脱水的过程中，随着渗透时间的延长自由水信号幅值不断降低，说明芒果中主要的水分群是自由水，渗透对自由水的去除最为有效，这与陈童等[30]研究的超声渗透使得西兰花中流动性最强的水分比例降低结果一致。在渗透脱水过程中，不易流动水的峰面积呈现先上升后下降的趋势，这可能是因为随着渗透的进行，自由水的状态从无序变为有序，部分自由水转变成不易流动水[31]，随着渗透时间的延长，芒果内部水分扩散逐渐进行，不易流动水逐渐减少。在渗透脱水过程中结合水峰面积波动较为平缓，这是因为结合水是与大分子结合紧密的水分群，性质稳定，不易去除[32]。随着渗透时间的延长，总峰面积持续降低，在渗透48 h 后固态渗透总峰面积下降比例高于液态渗透。

图8 20 ℃不同渗透方式条件下芒果块不同水分峰面积的变化曲线Fig.8 Variation curve of different water peak areas of mango under different osmotic methods at 20 ℃

3 结论

本文研究模拟企业生产环境温度夏季30 ℃和冬季20 ℃条件下，渗透方式对芒果脱水效率和品质的影响，结果表明，相同渗透时间，环境温度30 ℃条件下芒果块的失水率和固增率高于环境温度20 ℃，固态渗透处理的芒果块失水率和固增率都高于液态渗透且随着固态渗透蔗糖添加量的增加而增加。在渗透48 h 后，环境温度30 ℃条件下SSD40 的失水率和固增率最大，环境温度20 ℃条件下LOD30 的失水率和固增率最小。相同渗透时间，环境温度30 ℃条件下芒果块的VC和总酚保留率低于环境温度20 ℃，固态渗透VC、总酚保留率高于液态渗透，但随着固态渗透蔗糖质量分数的增加，VC、总酚保留率却下降。低场核磁结果显示，不同渗透方式处理的芒果块在渗透过程中失水主要来自自由水和不易流动水。