菠蘿真空滲糖工藝的優(yōu)化及其對(duì)品質(zhì)的影響

余洋洋，毛雅萱，余元善

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510610；2.廣州中學(xué)，廣東廣州 510000）

0 引言

菠蘿（Ananascomosus） 又名鳳梨、黃梨，屬鳳梨科鳳梨屬草本作物，是熱帶亞熱帶名果之一，與香蕉、柑橘合稱世界上三大類重要的熱帶水果[1]，富含果糖、葡萄糖、氨基酸、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、粗纖維、鈣、磷、鐵、維生素、酶等多種營養(yǎng)物質(zhì)[2]。菠蘿大量在夏季上市，氣候炎熱，不耐貯藏，在運(yùn)輸中腐爛率較高，從而嚴(yán)重影響熱帶水果產(chǎn)業(yè)的效益和農(nóng)民增收。因此，菠蘿的加工利用已成為我國果業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急[3]。菠蘿糖酸比適中、質(zhì)構(gòu)松軟，是制作果脯蜜餞的上好原料。而滲糖是菠蘿蜜餞制作過程中的關(guān)鍵步驟，對(duì)菠蘿蜜餞的口感和營養(yǎng)品質(zhì)具有重要影響。水果滲糖是在一定溫度下，將水果或蔬菜浸入高滲透壓的糖液中，利用細(xì)胞膜的半滲透性，使物料中水分轉(zhuǎn)移到溶液中，達(dá)到除去部分水分的一種技術(shù)[4]。傳統(tǒng)的滲糖方式存在時(shí)間久、滲糖率低、營養(yǎng)損失嚴(yán)重等問題[5]。

真空滲糖是通過抽真空將果實(shí)內(nèi)的氣體排除，減小了果實(shí)組織對(duì)糖分滲透時(shí)的阻力，利用細(xì)胞膜的半滲透性，使其水分快速轉(zhuǎn)移到滲透液，能夠很好地保持干燥樣品的組織結(jié)構(gòu)和風(fēng)味物質(zhì)，并提高固形物含量，減少營養(yǎng)物質(zhì)損失[6]。該方法可在較短的時(shí)間內(nèi)脫去樣品中部分水分，提高糖液的滲透效率[7]；同時(shí)，減少了與空氣中氧離子的接觸，降低了多酚氧化酶的活性，能較大程度地保持原果風(fēng)味等[8]。

以菠蘿蜜餞真空時(shí)間、料液比、真空度3個(gè)因素為變量，以可溶性固形物為響應(yīng)值，對(duì)菠蘿的真空滲糖條件進(jìn)行了優(yōu)化；其次比較在常壓和真空條件下滲糖的失水率、增固率，以探究真空滲糖對(duì)質(zhì)量傳遞的影響；最后，比較常壓和真空條件滲糖制得的菠蘿蜜餞的色澤、質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)品質(zhì)，探究真空滲糖對(duì)菠蘿蜜餞品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮菠蘿，市售；蔗糖、硫酸、苯酚等，均為分析純；Folin-Ciocalteu試劑（分析純），上海源葉生物科技有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

PAL-1型手持糖度計(jì)，愛拓公司產(chǎn)品；JJ1000型電子天平，常熟市雙杰測(cè)試儀器產(chǎn)品；101-3ABS型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海恒科實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品；Ultra Scan VIS型色差儀，Hunter公司（德國） 產(chǎn)品；TA-XT.PLUS型質(zhì)構(gòu)儀，SMS公司（英國） 產(chǎn)品；UV-1800型紫外分光光度計(jì)，日本島津公司產(chǎn)品；Sorvall Stratos型高速冷凍離心機(jī)，美國Thermo Scientific公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

菠蘿去皮、切塊→護(hù)色、硬化→滲糖→瀝干水分→烘干→成品。

1.3.2 原料預(yù)處理

將無蟲蛀、成熟度較高，但尚未軟化的菠蘿去皮，切片厚度約1 cm，再十字交叉縱切成4塊扇形，用生理鹽水沖洗；將清洗后的菠蘿用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%的異抗壞血酸鈉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%CaCl2浸泡護(hù)色、硬化處理1 h，瀝干水分。

1.3.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%的糖液。在不同真空度0.04，0.06，0.08 MPa；不同抽真空時(shí)間10，20，30 min；不同料液比1∶1，1∶2，1∶3，以總糖含量為響應(yīng)值，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面設(shè)計(jì)。將滲透脫水后的菠蘿在55℃的熱泵干燥箱中脫水至水分含量0.30±0.1 d·w，干燥結(jié)束后得到菠蘿蜜餞。

真空滲糖響應(yīng)面優(yōu)化因素水平見表1。

表1 真空滲糖響應(yīng)面優(yōu)化因素水平

1.3.4 可溶性固形物的測(cè)定

可溶性固形物含量采用手持折光儀測(cè)定法測(cè)定，各含量以濕基含量計(jì)。

1.3.5 色差

采用全自動(dòng)色差儀測(cè)定干燥后產(chǎn)品的色度。其中，L*表示樣品黑白程度，a*代表樣品紅綠程度，b*表示樣品紅藍(lán)程度，ΔE為兩點(diǎn)之間的變化值。為準(zhǔn)確測(cè)定顏色的變化，每組樣品做3個(gè)平行試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)測(cè)2次?？偵钪郸按下式計(jì)算[9]。

以儀器白板色澤為標(biāo)準(zhǔn)，依CIELAB表色系統(tǒng)測(cè)量樣品的L*，a*和 b*值。

1.3.6 質(zhì)構(gòu)

參考羅樹燦等人[10]的方法，采用型號(hào)為TMS 10 mm Steel的圓柱加載壓頭，壓頭面積為78.5 mm2。測(cè)試時(shí)，將菠蘿蜜餞平放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，對(duì)中間平坦部位進(jìn)行測(cè)試。TPA設(shè)定參數(shù)為預(yù)測(cè)試速1 mm/s，測(cè)試速率0.5 mm/s，觸發(fā)值5 g，返回速率1 mm/s，壓縮形變率30%，恢復(fù)等待時(shí)間10 s，隨機(jī)選取5個(gè)樣品，結(jié)果取平均值。測(cè)定指標(biāo)包括硬度、黏附性、內(nèi)聚性、彈性、膠黏性和咀嚼性。

1.3.7 感官評(píng)定

選擇10名學(xué)習(xí)過食品感官評(píng)定的相關(guān)人員，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)定，每項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分取10次的平均值。

感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.8 營養(yǎng)成分的測(cè)定

總糖的測(cè)定采用硫酸-苯酚法，以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)；還原糖的測(cè)定采用3,5-二硝基水楊酸法[11]；可滴定酸含量采用直接滴定法測(cè)定，以蘋果酸計(jì)；總酚的測(cè)定采用Folin-Ciocalteu法[12]，以沒食子酸為標(biāo)品；維C含量以2,6-二氯靛酚法測(cè)定[13]，以每克干基表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面結(jié)果分析

響應(yīng)面結(jié)果與分析見表3。

通過響應(yīng)曲面法以菠蘿中可溶性固形物為響應(yīng)值，以真空時(shí)間（A）、料液比（B）、真空度（C）為自變量，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性擬合分析，得到各變量方差分析。得到擬合方程：

表3 響應(yīng)面結(jié)果與分析

回歸方差分析見表4。

表4 回歸方差分析

上述結(jié)果表明，此模型的F值為451.67，p＜0.000 1，極顯著；失擬項(xiàng)F值為1.71，p值為0.301 3，不顯著，說明回歸方程對(duì)試驗(yàn)擬合的情況較好。校正模型的相關(guān)系數(shù) R2為0.998 3，決定系數(shù)R2Adj為0.996 1，說明選用的模型和實(shí)際情況擬合較好、誤差小，能較好反映出各因素感官評(píng)分之間關(guān)系。一次項(xiàng)中，真空時(shí)間對(duì)可溶性固形物的線性效應(yīng)不顯著（p＞0.05），料液比、真空度對(duì)可溶性固形物的線性效應(yīng)極顯著 （p＜0.001），二次項(xiàng)中 B2，B2，C2，AB，AC，BC影響均極顯著（p＜0.01）。由F值可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)各因素對(duì)感官評(píng)分的影響大小依次為C＞B＞A。

2.2 交互作用影響結(jié)果

真空滲糖對(duì)菠蘿可溶性固形物影響的響應(yīng)面圖見圖1。

圖1 真空滲糖對(duì)菠蘿可溶性固形物影響的響應(yīng)面圖

根據(jù)軟件得出的回歸模型各因素相互之間作用的曲面圖。料液比、真空度的曲面顯示變化均比較陡峭，說明浸泡時(shí)間、超聲時(shí)間對(duì)脫鹽率影響顯著，相比之下，真空時(shí)間的曲面變化較為緩和，說明真空時(shí)間比對(duì)菠蘿蜜餞滲糖的影響不如料液比、真空度顯著，與方差分析結(jié)果一致。通過回歸模型的分析，以可溶性固形物為評(píng)價(jià)指標(biāo)，真空時(shí)間、料液比、真空度分別為61 min，1∶2，0.6 MPa。在此條件下，模型預(yù)測(cè)的可溶性固形物為45 Brix。為了檢驗(yàn)響應(yīng)曲面的可行性，對(duì)分析得到的最優(yōu)添加進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，得到滲糖后菠蘿可溶性固形物的平均值為44.76 Brix，實(shí)際值與理論值基本相符，說明模型對(duì)菠蘿真空滲糖條件的優(yōu)化接近，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

2.3 真空滲糖對(duì)菠蘿質(zhì)量傳遞的影響

菠蘿在滲糖過程中增固率與失水率見圖2。

圖2 菠蘿在滲糖過程中增固率與失水率

在響應(yīng)面優(yōu)化后的菠蘿真空滲糖條件下，以常壓滲糖為對(duì)照，探究真空滲糖對(duì)菠蘿質(zhì)量傳遞的影響。滲糖過程中，菠蘿和滲透液中的可溶性固形物含量差距較大，產(chǎn)生的滲透壓較大，菠蘿的失水和固形物獲得的速率較大，隨著物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，菠蘿和滲透液可溶性固形物的含量逐漸接近，達(dá)到平衡狀態(tài)[14]。真空滲糖與常壓滲糖相比，能顯著提高菠蘿固形物的獲得率與失水率，滲糖6 h時(shí)，真空滲糖比常壓滲糖的固形物獲得率和失水率均提高了。此外，真空滲糖和常壓滲糖固形物獲得率與失水率基本達(dá)到平衡所需時(shí)間，分別為30 min和60 min，表明了真空滲糖能提高滲糖效率。徐英英等人[15]對(duì)胡蘿卜研究同樣發(fā)現(xiàn)了真空能夠滲糖提高速率。這可能是因?yàn)檎婵諌毫Φ淖饔檬辜?xì)胞間隙被滲透液填滿，進(jìn)而增加滲透液與細(xì)胞的接觸面積，毛細(xì)管作用增強(qiáng)，物質(zhì)遷移速率也隨之提高[15]。

2.4 真空滲糖對(duì)色澤的影響

真空滲糖對(duì)菠蘿蜜餞色澤的影響見表5。

表5 真空滲糖對(duì)菠蘿蜜餞色澤的影響

菠蘿切片后以50 Brix的糖液為滲透液，以1∶2的料液比，分別在常壓和60 kPa真空條件下滲糖6 h，在熱泵干燥箱中脫水至40%獲得菠蘿蜜餞，與常壓滲透脫水相比，L值，a*值，b*值和ΔE均出現(xiàn)顯著性差異，說明菠蘿蜜餞的色澤有顯著變化。其中，L值大小順序?yàn)槌簼B糖＞真空滲糖；而a*值，b*值的變化趨勢(shì)與L值相同，說明滲糖處理制得的菠蘿蜜餞綠色偏向紅色、由黃色偏向藍(lán)色，而真空滲糖制得的蜜餞對(duì)色澤的影響大于常壓滲糖制得的菠蘿蜜餞，可能原因是滲糖處理具有一定的護(hù)色作用，盛金鳳等人[17]同樣發(fā)現(xiàn)，真空能夠改善芒果果脯的色澤。這可能是因?yàn)檎婵諚l件下，減少了與氧氣的接觸，抑制了果肉褐變的發(fā)生。

2.5 真空滲糖對(duì)質(zhì)構(gòu)的影響

真空滲透脫水對(duì)菠蘿蜜餞質(zhì)構(gòu)的影響見表6。

表6 真空滲透脫水對(duì)菠蘿蜜餞質(zhì)構(gòu)的影響

質(zhì)構(gòu)是影響產(chǎn)品可接受程度的重要感官品質(zhì)屬性之一，適宜的硬度和脆度可以提高產(chǎn)品口感。干燥產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性依賴于細(xì)胞基質(zhì)及組織內(nèi)可溶性固形物與水分子的交互作用[18]。內(nèi)聚性又稱凝聚性，指物體維持原有形態(tài)所需要的內(nèi)應(yīng)力；咀嚼性與食品的硬度、彈性、凝聚性有關(guān)，它是指將固體食物咀嚼到能夠被吞咽狀態(tài)所需要的能量。與常壓滲糖方式相比，真空滲糖對(duì)菠蘿的硬度、咀嚼性均有顯著的影響（p＜0.05），其中硬度和咀嚼性均顯著降低。真空條件下會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞間隙變大，蔗糖充分滲入，干燥后其結(jié)構(gòu)組織堅(jiān)實(shí)、孔隙度降低及彈性的損失等。由于分子量或分子結(jié)構(gòu)的不同，導(dǎo)致不同的糖液與桃片內(nèi)部水分子交互作用程度不同，從而對(duì)硬度及脆度影響不同。此外，在干燥過程中，桃片表面會(huì)形成致密的結(jié)晶，從而增加硬度、降低脆度[6]。綜合質(zhì)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)，真空滲糖相對(duì)常壓滲糖得到的果脯對(duì)改變菠蘿蜜餞的質(zhì)構(gòu)具有顯著影響。

2.6 感官評(píng)定

真空滲糖對(duì)菠蘿蜜餞感官評(píng)分的影響見表7。

經(jīng)過真空滲糖后制得的菠蘿蜜餞比常壓滲糖制得的菠蘿蜜餞感官評(píng)分有顯著提高（p＜0.05），感官評(píng)分總分達(dá)到82.73分，比傳統(tǒng)的常壓滲糖提高了21.32%，說明真空滲糖制得的菠蘿蜜餞能有效改善菠蘿蜜餞的感官品質(zhì)。

表7 真空滲糖對(duì)菠蘿蜜餞感官評(píng)分的影響/分

2.7 營養(yǎng)成分

真空滲糖對(duì)菠蘿蜜餞營養(yǎng)成分的影響見表8。

表8 真空滲糖對(duì)菠蘿蜜餞營養(yǎng)成分的影響

真空滲糖制得的菠蘿蜜餞總糖、還原糖、總酚和維C的含量顯著高于傳統(tǒng)的常壓滲糖。其中，真空滲糖制得的菠蘿蜜餞總糖為56.26 g/100 g，比常壓滲糖高23.35%，而還原糖的含量也顯著提高，可能原因是滲透脫水過程中大量的蔗糖進(jìn)入菠蘿，并在滲糖的過程中部分蔗糖轉(zhuǎn)化為果糖和還原糖[19]。真空滲糖制得的菠蘿蜜餞總酚、維C的含量也顯著高于傳統(tǒng)常壓滲糖，分別為4.25%，12.18%，這可能是真空滲糖過程中氧氣接觸的時(shí)間短、干燥速率快，減少了與氧氣的接觸，從而減少了總酚和維C的損失[20]。由此可見，真空冷凍干燥能夠減少菠蘿營養(yǎng)成分的損耗，菠蘿蜜餞中總糖、還原糖、總酚、維C的含量均顯著高于傳統(tǒng)常壓滲糖[21]。

3 結(jié)論

用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的蔗糖溶液，當(dāng)真空時(shí)間61 min，料液比1∶2，真空度0.6 MPa時(shí)，菠蘿的固形物含量最高，達(dá)到44.76 Brix；其次，真空滲糖能夠提高失水率、增固率，促進(jìn)質(zhì)量傳遞，與傳統(tǒng)常壓滲糖相比，時(shí)間縮短了50%；同時(shí)，改善菠蘿蜜餞，色澤、質(zhì)構(gòu)和營養(yǎng)品質(zhì)，其中感官評(píng)分提高了21.72%，為后期真空滲糖工藝在菠蘿蜜餞的工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。