果蔬滲透脫水技術(shù)研究進(jìn)展

張曉敏，蘭彥平，周連第，潘思軼，田金強(qiáng)，*

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展研究所，北京 100097；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北 武漢 430070）

滲透脫水是指在一定溫度下，將果蔬浸入高滲透壓溶液中除去部分水分的一種方法。在滲透脫水過程中主要存在兩個(gè)相反的過程，原料中的水分滲出和溶液中的溶質(zhì)滲入，同時(shí)還有原料中少量可溶性物質(zhì)的溶出[1]。滲透脫水是一種特殊的脫水方式，以分子自由擴(kuò)散為基礎(chǔ)，其傳質(zhì)速率取決于植物細(xì)胞膜兩邊溶質(zhì)與水的濃度差。滲透脫水與其他脫水方式相比，不但節(jié)能，而且有助于改善產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)，抑制褐變的發(fā)生及提高干制品的復(fù)水性[2]。目前滲透脫水技術(shù)主要應(yīng)用于果蔬干燥的前處理、果脯和濃縮果汁的加工等。國(guó)內(nèi)已將滲透脫水技術(shù)應(yīng)用于胡蘿卜、藍(lán)莓、蘋果、木瓜、茄子、獼猴桃、圣女果、萵筍、龍眼、甘薯、紅薯、芒果、馬鈴薯等的相關(guān)產(chǎn)品加工，國(guó)外已報(bào)道應(yīng)用滲透脫水技術(shù)的果蔬有杏、木瓜、蘋果、芒果、西瓜、柚子、石榴、南瓜、胡蘿卜、黃瓜、洋蔥、板栗、紅辣椒、櫻桃、蘆薈、番茄、芒果、馬鈴薯、蘑菇、菠蘿、哈密瓜、香蕉等，滲透脫水作為綠色、節(jié)能的脫水技術(shù)已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文對(duì)影響果蔬滲透脫水效果的因素、提高物質(zhì)遷移的方法及其在果蔬干制中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以其為果蔬滲透脫水技術(shù)的研究和開發(fā)提供指導(dǎo)。

1 影響果蔬滲透脫水的因素

影響果蔬滲透脫水的因素很多，國(guó)內(nèi)外主要圍繞以下因素展開研究。

1.1 原料組織特性

對(duì)于果蔬原料，其體積大小、密度、堅(jiān)實(shí)程度、多孔結(jié)構(gòu)、細(xì)胞間距、不溶性固形物與可溶性固形物的含量、水溶性果膠和原果膠的含量及表皮蠟質(zhì)含量的高低等都影響著果蔬滲透脫水的效果[3]。因此，原料脫水前要進(jìn)行針刺、劃線、去皮、漂燙等前處理以便提高脫水效果。

1.2 滲透溶質(zhì)

滲透脫水時(shí)都希望提高產(chǎn)品失水率、同時(shí)盡量減少溶質(zhì)的滲入，即WL/SG值大（水分散失率/固形物增加率），因此滲透溶質(zhì)的選擇是滲透脫水的關(guān)鍵。常用溶質(zhì)有蔗糖、葡萄糖、果糖和氯化鈉等，糖通常用于水果的滲透脫水，氯化鈉用于蔬菜的滲透脫水。滲透溶質(zhì)分子量及其離子行為都影響著水分的去除和固形物的滲入。溶質(zhì)的分子量越小，產(chǎn)生的滲透壓越大，所用的溶質(zhì)就越少。若溶質(zhì)能離解為離子，則能提高滲透壓，溶質(zhì)用量可以減少，如10%～15%的氯化鈉溶液與60%的蔗糖溶液滲透壓相當(dāng)。

Remi Saurel等證實(shí)，滲透過程中固形物的增加量與溶質(zhì)分子量有關(guān)，溶質(zhì)分子量大固形物增加不明顯，若溶質(zhì)分子量小，則固形物的增加量與時(shí)間成正比[4]。Ertekin等研究指出兩種溶質(zhì)結(jié)合使用脫水效果更好[5]。Ozdemir等研究表明，鹽溶液和山梨醇混合，相比單一鹽溶液脫水青椒的感官品質(zhì)提高，同時(shí)也減少了鹽的滲入[6]。

1.3 滲透溶液濃度

滲透溶液的濃度越高，果蔬的失水率越大，同時(shí)固形物的增加率也隨之增大。Figen等研究表明滲透脫水率隨滲透液濃度和溫度的增加而增加[7]。但濃度過高會(huì)導(dǎo)致滲透液黏稠增加而影響攪拌，因此濃度不能無限制地增加。滲透液適宜的濃度取決于原料及滲透溶質(zhì)的特性和加工要求，通常采用約65 Brix的糖溶液或5%～15%的鹽溶液建立滲透體系。

1.4 滲透溶液溫度

滲透脫水是一個(gè)物質(zhì)傳遞的過程，提高溫度可以加快傳質(zhì)速率[8]。但產(chǎn)品固形物的增加隨溫度升高而增大，降低WL/SG值，還可能發(fā)生組織酶促褐變和風(fēng)味物質(zhì)的溢出，使果蔬的感官品質(zhì)下降。最佳的滲透脫水溫度取決于果蔬本身的性質(zhì)，通常溫度不高于45℃。

1.5 滲透溶液與原料的質(zhì)量比

滲透溶液與原料的質(zhì)量比越大，在滲透過程中滲透液濃度越穩(wěn)定，脫水效果越好，但滲透液的大量使用會(huì)造成生產(chǎn)成本的增加，一般要求滲透液是物料的10倍左右。眾多研究表明，滲透脫水除去果蔬中50%左右的水分最符合經(jīng)濟(jì)效益[9]。

1.6 滲透時(shí)間

水分從果蔬組織進(jìn)入滲透液需要一定的時(shí)間。Burhan等[10]證明影響胡蘿卜滲透脫水過程中水分散失的主要因素是處理時(shí)間和蔗糖濃度。若滲透時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)影響果蔬感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的下降，還可能引起微生物的污染。一般適宜的滲透時(shí)間控制在5 h～6 h。

2 提高物質(zhì)遷移速率的方法

促進(jìn)物質(zhì)遷移是提高滲透脫水速率的關(guān)鍵，報(bào)道的方法有攪拌、高靜壓力、脈沖電場(chǎng)、超聲波、真空、離心和超臨界二氧化碳處理等。

2.1 攪拌

Figen等在研究豌豆?jié)B透脫水時(shí)發(fā)現(xiàn)，攪拌和不攪拌失水率分別為50%、35%[11]，可見攪拌可提高果蔬的失水率。Mavroudis等研究蘋果滲透脫水中攪拌的作用，發(fā)現(xiàn)攪拌可明顯提高水分遷移速率和原料失水率，但對(duì)產(chǎn)品固形物的增加率影響不明顯[12]。Raoult等研究表明，攪拌還可降低產(chǎn)品固形物的增加率[13]?？梢姖B透脫水過程中的攪拌非常必要，尤其是對(duì)采用高濃度溶質(zhì)的滲透脫水過程。但攪拌要溫和，避免損傷果蔬組織。

2.2 高靜液壓

高靜液壓可破壞組織細(xì)胞膜，使細(xì)胞滲透性增大，從而使?jié)B透脫水過程中的傳質(zhì)速率增大。Rastogi等[14]在菠蘿滲透脫水過程中采用高靜液壓處理，其失水率比不處理的樣品高，但同時(shí)也導(dǎo)致了產(chǎn)品固形物的增加。隨著處理壓力的提高，失水率反而降低，這可能是由于細(xì)胞膜半透性的破壞降低了水分散失的緣故。

2.3 脈沖電場(chǎng)

脈沖電場(chǎng)由于處理時(shí)間短、熱負(fù)作用小、能耗低等優(yōu)點(diǎn)成為食品加工的又一新技術(shù)。脈沖電場(chǎng)處理應(yīng)用于滲透脫水中，可增加細(xì)胞的滲透性。Taiwo等研究了脈沖電場(chǎng)對(duì)蘋果滲透脫水的影響，結(jié)果表明脈沖電場(chǎng)處理在增加組織失水率的同時(shí)，還可降低固形物增加率[15]。而Lai等研究表明，脈沖電場(chǎng)前處理芒果滲透脫水，雖然組織失水率增加，但固形物增加率也隨之增大[16]?？梢娒}沖電場(chǎng)對(duì)滲透脫水中固形物的影響還有待于進(jìn)一步研究。此外，脈沖電場(chǎng)處理還可提高滲透果蔬的品質(zhì)。Ade-Omowaye等對(duì)比脈沖滲透脫水和滲透脫水處理紅辣椒，表明脈沖處理后的紅辣椒抗壞血酸和礦物質(zhì)保留較多[17]。

2.4 超聲波

超聲波滲透脫水產(chǎn)生一系列快速的收縮和擴(kuò)張，提供的機(jī)械力高于水果內(nèi)部毛細(xì)管產(chǎn)生的表面張力，產(chǎn)生微小的渠道有利于水分除去，但任何頻率的超聲波對(duì)果蔬組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)都不產(chǎn)生破壞作用，在方式上類似海綿效應(yīng)[18]。除此之外還有超聲波產(chǎn)生的空穴，能除去結(jié)合力強(qiáng)的水分。應(yīng)用超聲波滲透脫水可在較低的滲透液溫度下獲得較高的WL/SG值，同時(shí)果蔬中的天然風(fēng)味、色澤和營(yíng)養(yǎng)成分在加工中損傷減少。

超聲波滲透脫水的傳質(zhì)速率依靠壓力和頻率[19]。Lenart等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超過臨界值后隨著超聲波強(qiáng)度的增加，物質(zhì)擴(kuò)散速率相應(yīng)提高[20]，而Sajas等的實(shí)驗(yàn)表明，物質(zhì)擴(kuò)散速率隨超聲波頻率的增加很微弱[21]?？梢姵暡ㄌ幚韺?duì)物質(zhì)擴(kuò)散的作用效果及其影響因素還有待于進(jìn)一步研究。

2.5 真空

真空對(duì)多孔性原料的影響較大。當(dāng)真空處理后，毛細(xì)管被滲透液填滿，增加了滲透界面的面積，使得物質(zhì)遷移速率高于常壓下的處理，由于壓力差和毛細(xì)管的作用，真空可提高物質(zhì)遷移速率。但真空處理不會(huì)影響固形物的增加率，這一點(diǎn)已經(jīng)由Shi等[22]證明。此外，真空滲透使原料氣孔中充滿滲透液，使一些大分子物質(zhì)容易滲入果蔬組織，因此果脯尤其低糖果脯加工的前期脫水可采用真空處理。

2.6 離心

離心不但提高失水率，還可降低固形物增加率。如蘋果和馬鈴薯滲透脫水過程中采用離心處理，可使失水率提高15%、固形物增加率降低80%[23]。因此滲透脫水過程中采用離心處理，在除去水分的同時(shí)還可防止產(chǎn)品固形物的增加。

2.7 超臨界二氧化碳

國(guó)外研究了超臨界二氧化碳對(duì)果蔬滲透脫水的影響[24]，結(jié)果表明，該處理不但不能提高失水率，還增加了產(chǎn)品固形物的增加量。因此超臨界二氧化碳處理不適宜應(yīng)用滲透脫水中。

3 聯(lián)合干燥

在生產(chǎn)脫水干制品時(shí)通常把滲透脫水作為干燥的前處理工藝，將原料脫去部分水分之后，再利用其它干燥方式進(jìn)一步脫水。這就涉及到聯(lián)合干燥技術(shù)，常見的有滲透脫水—熱風(fēng)干燥、滲透脫水—真空干燥和滲透脫水—冷凍干燥等。

3.1 滲透脫水—熱風(fēng)干燥

滲透脫水作為熱風(fēng)干燥的前處理，有助于生產(chǎn)工藝的節(jié)能減排和產(chǎn)品品質(zhì)的提高。Lenart等[20]研究表明，滲透脫水后的果蔬水分活度能達(dá)到0.6～0.7，進(jìn)一步干燥時(shí)間可縮短10%～65%。Lombard等[25]對(duì)木瓜的滲透脫水—熱風(fēng)干燥研究表明，同未滲透脫水干燥相比，空氣干燥所用時(shí)間從1130 min降到397 min。在對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響方面，Prothon等[26]對(duì)蘋果的研究表明，滲透脫水形成的空隙可影響水分和固形物的遷移速率、改變果蔬微觀結(jié)構(gòu)和導(dǎo)致產(chǎn)品在熱風(fēng)干燥后的硬度增加。但產(chǎn)品的復(fù)水性和斷裂應(yīng)變力卻提高了，這可能是由于固形物滲入組織多空隙結(jié)構(gòu)的緣故。

3.2 滲透脫水—真空干燥

Rodríguez等研究表明，相比未滲透脫水干燥工藝，滲透脫水—真空干燥產(chǎn)品細(xì)胞結(jié)構(gòu)保持完好、脆度增加、質(zhì)地多孔復(fù)水性好、干燥時(shí)間也縮短了很多[27]。

3.3 滲透脫水—冷凍干燥

冷凍干燥往往需要消耗大量的能源。經(jīng)滲透脫水后，果蔬體積變小，可使冷凍干燥的負(fù)載和加工能力提高3倍，且冷凍期間的能源消耗降低。同時(shí)滲透脫水—冷凍干燥產(chǎn)品的顏色、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分也保留較好[28]。

4 小結(jié)與展望

干燥或脫水技術(shù)是以提高產(chǎn)品品質(zhì)和減少能耗為主要目標(biāo)。熱風(fēng)干燥、冷凍干燥和真空干燥都被認(rèn)為是一種高成本高耗能的脫水方法。但將滲透脫水與以上干燥方法有機(jī)聯(lián)合，產(chǎn)品的干燥時(shí)間可縮短10%～15%，能耗可降低25%以上，而且產(chǎn)品在色澤、形態(tài)、復(fù)水以及風(fēng)味等方面也顯著改善，有利于提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。特別在簽署京都議定書后，對(duì)于占全球34%能源消耗的脫水工業(yè)，研究其節(jié)能加工方式具有重大的意義。盡管人們?cè)跐B透脫水技術(shù)的應(yīng)用方面做了大量的研究，但在滲透脫水各要素之間的相互影響以及滲透脫水與其它干燥技術(shù)的銜接方面仍需進(jìn)一步研究。隨著滲透脫水理論研究和應(yīng)用研究的不斷深入，以及高新技術(shù)與滲透脫水技術(shù)的不斷融合，滲透脫水作為食品加工的預(yù)處理方法和加工方法必將得到廣泛應(yīng)用。

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