圣女果滲透脫水工藝研究

陳慶金+蒙麒全

摘 要：該研究以圣女果為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，葡萄糖為滲透液溶質(zhì)，在不同的滲透脫水條件下，對(duì)物料的失水率和固形物的增加率進(jìn)行考察，探索圣女果的滲透脫水規(guī)律。通過實(shí)驗(yàn)研究表明，提高葡萄糖濃度可以加快傳質(zhì)速度，但不一定能提高圣女果的失水率；提高溫度可以提高圣女果的失水率，但溫度過高會(huì)使圣女果的失水速度降低；正交實(shí)驗(yàn)得到的圣女果滲透脫水的最佳工藝條件為：溫度40℃，濃度60%，滲透時(shí)間4h。

關(guān)鍵詞：圣女果；滲透脫水；葡萄糖；正交實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào) TS255.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）23-0125-04

Study on Osmotic Dehydration Process of Cherry Tomatoes

Chen Qingjin et al.

（College of Agriculture and Food Engineering， Baise University， Baise 533000， China）

Abstract：Cherry tomatoes as the experimental object，glucose as the penetrating fluid solute，under the condition of different osmotic dehydration，for material filtration rate and solids increase rate，explore the osmotic dehydration of cherry tomatoes.Through experiment study，improving the glucose concentration can speed up the mass transfer，but can not necessarily improve the filtration rate of cherry tomatoes；Raising the temperature can improve the filtration rate of cherry tomatoes，but high temperature will make cherry tomatoes water loss rate reduce；Orthogonal experiment to get better technological conditions of cherry tomatoes osmotic dehydration is： infiltration temperature for 40℃， the concentration of osmotic dehydration 60%，infiltration time for 4 hours.

Key words：Cherry tomato；Osmotic dehydration；Glucose；Orthogonal test

圣女果產(chǎn)量高、成熟期集中，常溫下貯存期短[1]，若短時(shí)間內(nèi)不能將成熟的果實(shí)售出或進(jìn)行深加工保藏，將會(huì)給圣女果農(nóng)產(chǎn)品造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，圣女果脫水干燥及其后續(xù)的深加工是其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

滲透脫水在生產(chǎn)中多用于果蔬加工的前處理，與果蔬罐藏或干燥等方法混合使用[2]。與熱風(fēng)干燥相比，滲透脫水干燥方式中水分的轉(zhuǎn)移沒有產(chǎn)生相變化，脫水過程無需加熱，可短時(shí)間內(nèi)除去果蔬中的部分水分并減少破壞圣女果組織結(jié)構(gòu)，從而可以更大程度地保持圣女果外形和營養(yǎng)品質(zhì)。這種具有能耗低、營養(yǎng)損失少并能保持果蔬組織結(jié)構(gòu)的干燥方式是一種極具發(fā)展前景的加工技術(shù)[3-5]。

滲透脫水作為果蔬脫水的前處理步驟，可以與2種或2種以上的干燥方式結(jié)合使用，充分利用聯(lián)合脫水方式優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，起到降低干燥過程的生產(chǎn)能耗，縮短干燥時(shí)間，提高成品品質(zhì)等作用。滲透脫水技術(shù)能耗低、操作簡便、生產(chǎn)設(shè)備建設(shè)投入少，容易與后續(xù)生產(chǎn)中其他的干燥方式相結(jié)合，產(chǎn)品的干燥時(shí)間可縮短10%以上，同時(shí)由于體積和重量的減少，使干燥的有效荷載增加2～3倍，從而大大降低了能源消耗[6]，是理想的聯(lián)合干燥前期脫水方式。正是由于滲透脫水具有如此多的優(yōu)勢(shì)，將使這一技術(shù)作為果蔬前處理方法而得到廣泛的推廣應(yīng)用。為此，本試驗(yàn)以田陽圣女果為原料，從滲透脫水時(shí)間、滲透脫水濃度、滲透脫水溫度等方面研究圣女果的滲透脫水工藝。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器 SY-101-OA電熱恒溫干燥箱，廣州市善友機(jī)械設(shè)備有限公司；EL-320S電子天平，常州天之平儀器設(shè)備有限公司；HH-4恒溫水浴鍋，國華電器有限公司；蘇泊爾電磁爐電磁爐；WAY-2W阿貝折射儀；SMY-2000型自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)，北京盛名揚(yáng)科技開發(fā)有限責(zé)任公司；WYT0-80%手持糖度計(jì)，成都泰華光學(xué)有限公司；燒杯和錐形瓶若干，玻璃棒等。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)材料和試劑 圣女果，購自當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)，葡萄糖，市售（食品級(jí)）。

1.1.3 實(shí)驗(yàn)試劑的配制 稱取一定量的葡萄糖于蒸餾水中攪拌溶解，使用手持糖度計(jì)測(cè)定濃度。使用前將溶液調(diào)至40%、50%、60%、70%的葡萄糖溶液，分別倒入容器中待用。

1.1.4 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)定 圣女果樣品初始水分以及滲透t時(shí)刻時(shí)的水分含量根據(jù)國標(biāo)GB 50093-2010中規(guī)定的方法測(cè)定[7]。計(jì)算公式如下：

X（%）=（m1-m2）/（m1-m3）×100 （1）

式中：

X——樣品水分含量，單位為%；

m1——干燥前稱量瓶和試樣的質(zhì)量，單位為g；

m2——干燥后稱量瓶和試樣的質(zhì)量，單位為g；

m3——稱量瓶的質(zhì)量，單位為g。

圣女果初始和滲透t時(shí)刻時(shí)的可溶性固形物含量根據(jù)國標(biāo)GT/T 12143-2008[8]中規(guī)定的方法測(cè)定。用研缽將樣品搗碎后用紗布過濾，使用阿貝折射儀測(cè)量濾液中可溶性固形物含量，結(jié)果按百分?jǐn)?shù)表示。

失水率（ML）和固形物增加率（ML）按以下公式計(jì)算

ML（%）=100×（Moxo -Mtxt）/Mo （2）

SG（%）=100×（Mtst-Moso）/Mo （3）

式中：Mo、Mt分別為初始和滲透t時(shí)物料質(zhì)量（kg）；Xo、Xt分別為初始和滲透t時(shí)物料的含水量（g/g，濕基質(zhì)量）；St、So分別為初始和滲透t時(shí)物料的固形物含量（g/g，濕基質(zhì)量）。

復(fù)水率測(cè)定方法如下：將烘干后的圣女果置于30℃蒸餾水中，圣女果與水的比例為1∶50，10min后將圣女果取出瀝干，用濾紙吸干表面水分并稱重，重復(fù)上述步驟直至連續(xù)兩次測(cè)定質(zhì)量變化小于0.001g，每組樣品平行測(cè)定3次，計(jì)算公式為：

RR（%）=Wt/Wo （4）

式中：Wt為復(fù)水后樣品的質(zhì)量，g；Wo為復(fù)水前圣女果的質(zhì)量，g；RR為復(fù)水率。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 預(yù)處理 挑選無病蟲害和大小均勻的新鮮圣女果，去蒂，流動(dòng)清水清洗表面，洗凈后用針在表皮上戳深度為8mm左右的孔，密度為8～10個(gè)孔/cm2。

1.2.2 滲透脫水 將一定量預(yù)處理的圣女果置于配好的葡萄糖滲透液中，料液比為1∶10。每隔30min攪拌一次，滲透結(jié)束用蒸餾水洗去物料表面的糖液，并用濾紙吸干圣女果表面的水分。

1.2.3 不同滲透時(shí)間脫水實(shí)驗(yàn) 將配制的50%葡萄糖溶液，以1∶10固液比的比例將圣女果浸入，50℃進(jìn)行滲透脫水。每隔60min將浸泡中的圣女果撈出，用純水洗去物料表面的糖液，并用濾紙吸干圣女果表面的水分，測(cè)定圣女果滲透失水率，分析并選取最佳脫水時(shí)間。

1.2.4 不同滲透濃度脫水試驗(yàn) 按1.2.2將圣女果置于40%、50%、60%、70%的葡萄糖溶液50℃下滲糖，滲透結(jié)束，測(cè)定并計(jì)算失水率、固形物獲取率，測(cè)量經(jīng)熱風(fēng)干燥后圣女果干制品的復(fù)水率，分析并選出最優(yōu)的滲透濃度。

1.2.5 不同溫度滲透脫水試驗(yàn) 按1.2.2將圣女果分別在30℃、40℃、50℃和60℃下進(jìn)行滲透脫水。滲透結(jié)束后測(cè)定、計(jì)算失水率、固形物獲取率，測(cè)量經(jīng)熱風(fēng)干燥后圣女果干制品的復(fù)水率，分析并選出最優(yōu)的滲透溫度。

2 結(jié)果與分析

2.1 滲透脫水時(shí)間對(duì)圣女果滲透脫水的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，在最初的1h內(nèi)，失水速度最快，在滲透時(shí)間在180～240min時(shí)，失水率有所增加。而在60～180min時(shí)，失水率并沒有發(fā)生明顯變化。這是因?yàn)闈B透初期細(xì)胞內(nèi)外的濃度差大，產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力加速了細(xì)胞內(nèi)水分的傳出，隨著時(shí)間增長高濃度的葡萄糖液逐漸被稀釋，物料組織開始收縮，細(xì)胞內(nèi)外的壓力差逐漸減小，所以后期失水率速率逐漸降低，因此圣女果最佳脫水時(shí)間為240min。

2.2 不同滲透脫水濃度對(duì)圣女果滲透脫水的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2和表1所示。由圖2可以看出，滲透液濃度小于60%時(shí)，失水率隨著滲透液濃度的增高而增加，但當(dāng)濃度達(dá)到70%時(shí)，失水率下降，原因可能是濃度過高導(dǎo)致滲透液粘度增加，在物料表面形成阻力，減少了水分滲出和固形物滲入；而濃度過低又會(huì)造成脫水不足。對(duì)比失水率可以知道滲透液濃度在60%時(shí)滲透效果最好。圣女果中的可溶性固形物與滲透液濃度呈正相關(guān)，滲透液濃度越高，可溶性固形物的獲取率越高，這是由于滲透液濃度增高使得滲透壓增大，溶質(zhì)傳遞的速度也隨之加快，使相同時(shí)間內(nèi)固形物獲取量增加，提高的固形物的獲取率。由表1可以看出，葡萄糖滲透液濃度在50%和60%下失水率與固形物獲取率的比值相同，但60%濃度下失水率更高。要想達(dá)到更好的脫水效果，需要從固形物獲取率和失水率兩個(gè)方面綜合考慮，即在保證失水率的同時(shí)，盡量減少固形物的滲入，滲透液濃度在50%時(shí)，雖然失水率和固形物獲取率的比值與濃度在60%時(shí)相同，但失水率較60%要低許多，故濃度采用60%為宜。圣女果脫水干燥后的復(fù)水率是隨著濃度的增加先減小后增大，而后再減小，當(dāng)滲透液濃度達(dá)到60%時(shí)，復(fù)水率較滲透液濃度在50%時(shí)有所增加，在保證較高的失水率和較低的固形物獲取率的前提下，綜合考慮，滲透脫水目標(biāo)達(dá)到20%以上，失水率與固形物獲取率的比值較高，復(fù)水率較50%和70%要高，這說明滲透液濃度在60%時(shí)是較適宜的。

2.3 滲透溫度對(duì)圣女果滲透脫水的影響 滲透脫水的實(shí)質(zhì)是一種質(zhì)量傳遞的過程，溫度逐漸升高使分子熱運(yùn)動(dòng)加快，質(zhì)量傳遞的速度也會(huì)加快。通過在脫水時(shí)間為240min，滲透液濃度為60%，按固液比1∶10對(duì)圣女果進(jìn)行滲透脫水，研究滲透溫度在30℃、40℃、50℃、60℃時(shí)圣女果的脫水效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3以及表2所示。由圖3可以看出，圣女果的失水率隨著滲透溫度的增高而逐漸增大，這是由于溫度升高使分子熱運(yùn)動(dòng)速度加快，從而提高了水分向葡萄糖滲透液中擴(kuò)散的速度。從圖2還可以看出，圣女果固形物獲取率逐漸升高，這是因?yàn)闇囟壬仙岣吡巳苜|(zhì)進(jìn)入圣女果組織細(xì)胞內(nèi)的速度，相同時(shí)間內(nèi)更多的溶質(zhì)進(jìn)入物料中，同時(shí)因?yàn)闇囟壬呓档土藵B透溶液的粘度，使物料表面的阻力減小，在加速了水分?jǐn)U散速度的同時(shí)也加快了溶質(zhì)的傳遞速度。從表2可以看出，隨著溫度的升高，圣女果的失水率與固形物獲取率的比值逐漸降低，這是因?yàn)闇囟壬呤沟脻B透液粘度迅速降低，溶質(zhì)傳遞進(jìn)組織細(xì)胞的速度加快，相同時(shí)間內(nèi)進(jìn)入組織細(xì)胞中的溶質(zhì)的量增加，使失水率與固形物獲取率的比值下降。

從表2可以看出，隨著溫度的增加，圣女果復(fù)水率逐漸降低。30～40℃和50～60℃時(shí)復(fù)水率下降平緩，40～50℃下復(fù)水率下降程度變大，考慮到脫水目標(biāo)達(dá)到20%以上，滲透溫度在40℃時(shí)復(fù)水率較高，失水率和固形物獲取率與滲透溫度在50℃時(shí)的結(jié)果接近，從節(jié)約能耗的角度看，40℃的滲透溫度是比較合適的。

2.4 圣女果滲透脫水較佳工藝條件的確定 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、圖4，實(shí)驗(yàn)9的失水率和固形物獲取率與同條件下的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果要小，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)9中失水率和固形物獲取率的比值為3.49，單因素實(shí)驗(yàn)的比值為3.28，差別不大，兩者脫水效果相同，說明實(shí)驗(yàn)中并未出現(xiàn)操作失誤，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是單果個(gè)體差異不同造成的，具體原因尚待進(jìn)一步的研究。以失水率為主要指標(biāo)，最終確定主次因素為C>B>A，直觀上看最佳的脫水工藝組合為A3B3C3，因素A（溫度）取40℃和50℃時(shí)失水率和固形物獲取率指標(biāo)相差不大，是次要因素，綜合考慮失水率和固形物獲取率，最終選擇40℃作為試驗(yàn)參數(shù)。因素C（時(shí)間）取4h時(shí)的指標(biāo)與5h時(shí)效果接近，最終效果上差別不大，考慮到實(shí)際生產(chǎn)效率，選4h作為最佳參數(shù)。最佳工藝組合為：A2B3C2，即滲透液溫度為40℃，葡萄糖濃度為60%，脫水時(shí)間為4h。驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果為：失水率21.37%，固形物獲取率為5.83，兩者的比值為3.66。可以看出，所選擇的工藝參數(shù)達(dá)到了較好的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，因此可以認(rèn)為實(shí)驗(yàn)有較好的重復(fù)性。

3 結(jié)論與討論

圣女果隨著滲透時(shí)間增加而逐漸失水，在4h后失水速度下降；隨著滲透濃度的增加，圣女果的失水率先升高后降低，固形物獲取率則隨著濃度的升高而升高；圣女果的失水率和固形物獲取率隨著滲透溫度的增加而增加。通過單因素實(shí)驗(yàn)，得到圣女果滲透脫水工藝的最優(yōu)滲透時(shí)間為4h，最優(yōu)滲透濃度為60%，最優(yōu)滲透溫度為40℃。通過正交實(shí)驗(yàn)，以失水率為主要指標(biāo)得出滲透液溫度為40℃，葡萄糖濃度為60%，脫水時(shí)間4h為最佳的脫水條件。驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果為：失水率21.37%，固形物獲取率為5.83，兩者的比值為3.66。

參考文獻(xiàn)

[1]魏巖梅，陳曉燕.圣女果氣調(diào)保鮮包裝技術(shù)研究[J].中國包裝工業(yè)，2005（12）：58-60.

[2]張芹芹.黑加侖滲透脫水和微波真空膨化工藝及品質(zhì)研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[3]張慜等.食品滲透脫水研究進(jìn)展[J].干燥技術(shù)與設(shè)備，2002，2（4）：3-9.

[4]張曉敏等.果蔬滲透脫水技術(shù)研究進(jìn)展[J].食品研究與開發(fā)，2012，33（9）：204-207.

[5]邱偉芬.果蔬滲透脫水的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景[J]，食品科技，2000，04：31-32.

[6]鄭海鷹.萵筍在蔗糖體系下的滲透脫水研究[D].杭州：浙江工商大學(xué)，2011.

[7]GB 50093-2010 食品中水分的測(cè)定[S].

[8]GB-T12143-2008 飲料通用分析方法[S]. （責(zé)編：張宏民）