前處理方法在果蔬真空冷凍干燥中的應(yīng)用研究進(jìn)展

商桑 高倫江 曾小峰 尹旭敏 刁源 曾順德

摘 要 真空冷凍干燥是一種能較好保持果蔬色澤及營養(yǎng)的干燥方式，但因能耗較大，不易推廣。前處理可以有效改善果蔬真空冷凍干燥的凍干效率，降低能耗。主要介紹了超聲波、漂燙、溶液處理（滲透處理、酶處理、其他試劑處理）、高壓脈沖電場、真空冷卻、其他處理（凍融預(yù)處理、超高壓處理、二氧化碳浸漬）等前處理方法在真空冷凍干燥中的應(yīng)用研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞 前處理;果蔬;真空冷凍干燥;凍干效率

中圖分類號：TS255.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.28.011

在疫情防控常態(tài)化背景下，果蔬精深加工成為不少農(nóng)民解決果蔬貯藏問題的重要途徑，精深加工的果蔬制品是消費(fèi)者對新鮮水果蔬菜需求的另一種選擇。果干、罐頭等因耐貯藏成為了廣受歡迎的果蔬加工制品，其中口感酥脆、營養(yǎng)豐富、色澤良好且輕便易運(yùn)輸?shù)恼婵绽鋬龈稍锕咧破肥窃S多消費(fèi)者的首選。

真空冷凍干燥技術(shù)是先將含水的物料凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度以下，然后在高真空條件下緩慢升溫，物料中的水直接從冰晶狀態(tài)升華成氣態(tài)，從而除去物料中水分的一種干燥方法[1]。

真空冷凍干燥法廣泛應(yīng)用于食品生產(chǎn)中，凍干食品具有營養(yǎng)價(jià)值高、風(fēng)味佳和色澤良好等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是設(shè)備較貴、能耗較大，提高了真空冷凍干燥法的推廣門檻，而通過不同的前處理方法處理物料，可以提前減少物料中的水分或使物料形成更多的微孔通道，從而提高真空冷凍干燥效率，達(dá)到減小能耗的目的。

1? 果蔬前處理方法

果蔬的前處理方法多種多樣，其中超聲波、漂燙、溶液處理、高壓脈沖電場、真空冷卻等是目前常用的真空冷凍干燥前處理方法。

1.1? 超聲波處理

超聲波（Ultrasound）是超出人耳聲音范圍，頻率大于20 kHz的一種聲波。其中低頻超聲波（20～100 kHz）可用于果蔬干燥前處理，其作用機(jī)理為果蔬物料在超聲波壓縮、拉伸作用下不斷收縮和膨脹，果蔬物料內(nèi)部會(huì)形成海綿狀結(jié)構(gòu)及微小通道，使得果蔬物料內(nèi)部的水分更容易向外界移動(dòng)，從而提高凍干效率[2]。劉艷全等發(fā)現(xiàn)超聲預(yù)處理技術(shù)因空化作用可改善伽師瓜的微觀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)水分遷移，提高了真空冷凍干燥效率[3]。XU X等發(fā)現(xiàn)超聲波處理秋葵能有效減少真空冷凍干燥時(shí)間，且經(jīng)超聲波處理后的樣品色澤和質(zhì)構(gòu)表現(xiàn)均優(yōu)于其他處理樣品[4]。

超聲波處理也有助于鈍化氧化酶，提高凍干果蔬產(chǎn)品的營養(yǎng)及感官品質(zhì)。周新麗發(fā)現(xiàn)超聲波輔熱聯(lián)合抗壞血酸處理胡蘿卜片后，其凍干樣品在產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)、胡蘿卜素含量、VC含量、復(fù)水率等指標(biāo)方面均優(yōu)于其他處理樣品[5]。

超聲波處理果蔬樣品不僅能提高果蔬的凍干效率，還可以改善果蔬凍干產(chǎn)品的品質(zhì)，是一種簡單且高效的前處理方法，在真空冷凍干燥中被廣泛應(yīng)用。

1.2? 漂燙處理

漂燙處理是指果蔬物料在溫度較高的熱水、沸水或蒸汽中進(jìn)行熱處理，高溫可以提高細(xì)胞通透性，減少氧化酶活性，從而提高干燥效率。Mulet等發(fā)現(xiàn)熱燙處理可以增加生姜細(xì)胞膜通透性，經(jīng)處理后干燥速率顯著提高[6];Ciurzyńska Agnieszka等發(fā)現(xiàn)經(jīng)漂燙處理的紅甜菜在凍干后具有更多的微小孔隙，從而提高凍干效率[7]。但不是所有果蔬都適宜漂燙處理，Rybak Katarzyna等發(fā)現(xiàn)經(jīng)漂燙處理的甜紅椒雖然縮短了凍干時(shí)間，但維生素C、總酚、類胡蘿卜素等均顯著少于高壓脈沖電場及超聲波樣品[8];朱蘊(yùn)蘭等發(fā)現(xiàn)氯化鈉溶液預(yù)處理的凍干蘆筍在色澤和營養(yǎng)等方面都優(yōu)于漂燙預(yù)處理凍干樣品[9]，這可能是由于蘆筍等果蔬中的葉綠素等物質(zhì)不耐高溫，經(jīng)過高溫漂燙極易變色，此外，質(zhì)構(gòu)偏軟、組織松散的果蔬（如綠葉菜、草莓等）也不適宜進(jìn)行漂燙，所以漂燙處理的原料選擇及漂燙參數(shù)設(shè)置有進(jìn)一步探索空間。

1.3? 溶液處理

溶液處理是指將果蔬浸泡入溶液，通過溶質(zhì)的增加果蔬細(xì)胞通透性、減少氧化酶活性等作用，達(dá)到提高凍干效率，提升成品品質(zhì)的一種前處理方式。根據(jù)浸泡溶液所含溶質(zhì)的不同，可以分為滲透處理（糖類、鹽類等）、酶處理（纖維素酶等）、其他試劑處理（抗壞血酸、檸檬酸等）。

1.3.1 滲透處理

滲透處理是指在一定溫度下，將果蔬浸入高滲透壓溶液中，利用細(xì)胞膜的半透性除去部分水分，同時(shí)引入少量溶質(zhì)的過程。鹽和糖是常用的滲透溶液，且果蔬物料與滲透溶液的接觸面積、滲透溶液濃度、滲透溫度對滲透脫水速率有較大影響。Sosa N發(fā)現(xiàn)蘋果片在經(jīng)過蔗糖浸漬后再凍干，能減少蘋果片的凍干時(shí)間及褐變反應(yīng)[10]。Alipoorfard F等發(fā)現(xiàn)梨片經(jīng)過氯化鈉溶液處理后進(jìn)行凍干，梨片中的抗氧化活性顯著高于對照樣品，并且梨片品質(zhì)優(yōu)于未經(jīng)處理的對照組[11]。

滲透處理在果蔬加工中的應(yīng)用范圍很廣，但高濃度的滲透溶液對凍干果蔬的口感影響較大，且滲透過程中傳質(zhì)效率較慢，在使用時(shí)可選擇采用復(fù)合溶液或與其他處理方法聯(lián)合應(yīng)用進(jìn)行輔助滲透。陳立夫等發(fā)現(xiàn)，在雙孢菇50%蔗糖溶液中，超聲輔助滲透45 min后與普通滲透120 min后的濕基水分含量沒有顯著差異，其滲透效率顯著提升[12]。

1.3.2? 酶處理

酶處理是指通過酶（纖維素酶、半纖維素酶等）處理果蔬物料，通過破壞果蔬細(xì)胞的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)等使果蔬物料中形成更多的微小通道，增強(qiáng)果蔬物料的通透性，從而提高凍干速率。Shi D等發(fā)現(xiàn)超聲結(jié)合纖維素酶處理可以形成更多的孔隙結(jié)構(gòu)，有助于提高凍干效率[13];金瑋玲等發(fā)現(xiàn)真空冷凍干燥前用纖維素酶處理香菇，能使內(nèi)部形成更好的多孔結(jié)構(gòu)，而疏松多孔的結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生更酥脆的口感[14]。酶處理還常用于果蔬凍干粉的加工預(yù)處理中，通過酶處理除去各種雜質(zhì)。梁燕通過果膠酶處理葡萄籽，使葡萄籽表面干凈光滑，含糖量降低了65.97%，原花青素含量提高了0.07%，經(jīng)處理后得到的凍干葡萄籽粉品質(zhì)良好[15]。因?yàn)椴煌N類的酶對原材料的作用不同，酶處理在真空冷凍干燥中的應(yīng)用還有較大的探索空間。

1.3.3? 其他試劑處理

其他試劑處理一般是通過抗壞血酸、檸檬酸等試劑減緩果蔬物料的氧化、酶促褐變以達(dá)到護(hù)色的效果，但通常試劑處理的目的是提高凍干果蔬的品質(zhì)，對凍干速率影響較小。馮欣等發(fā)現(xiàn)，使用無水乙醇+10%檸檬酸復(fù)合試劑浸泡處理木棉花，真空冷凍干燥后的花朵品質(zhì)最佳，成品花瓣顏色與新鮮花瓣最為接近，其花瓣質(zhì)感較柔軟，花瓣平整性好，綜合效果好，明顯優(yōu)于對照組[16]。袁利鵬等通過正交試驗(yàn)優(yōu)化了佛手瓜真空冷凍干燥方法，得到的預(yù)處理溶液為0.15%偏重亞硫酸鈉，0.2%維生素C和0.3%檸檬酸鈉[17]。人們對添加劑的要求越來越嚴(yán)格，因此在使用試劑處理果蔬樣品時(shí)，天然、安全、高效的試劑配方會(huì)更受消費(fèi)者青睞。

1.4? 高壓脈沖電場處理

高壓脈沖電場處理是利用高壓脈沖電場對果蔬進(jìn)行處理的一種技術(shù)。其機(jī)理是施加外電場誘導(dǎo)果蔬細(xì)胞膜兩側(cè)電荷聚集，使得膜內(nèi)外電位差增大，當(dāng)該電位差大于生物細(xì)胞膜自然電位差時(shí)，細(xì)胞膜就會(huì)破裂，使得細(xì)胞膜通透性增強(qiáng)，從而提高干燥速率[18]。Alica Lammerskitten等發(fā)現(xiàn)蘋果經(jīng)高壓脈沖電場處理后，可將凍干時(shí)間縮短57%，且凍干樣品具有更好的復(fù)水性[19]。LIU等發(fā)現(xiàn)經(jīng)高壓脈沖電場處理的胡蘿卜干燥時(shí)間顯著少于對照樣品，且經(jīng)處理后的樣品中β-胡蘿卜素含量、色澤也優(yōu)于對照樣品[20]。

1.5? 真空冷卻處理

真空冷卻是將果蔬物料置于一個(gè)密閉環(huán)境中，真空泵進(jìn)行抽氣制造低壓環(huán)境，果蔬物料內(nèi)的自由水在低壓條件下蒸發(fā);由于蒸發(fā)過程會(huì)大量吸熱，果蔬物料的溫度自然隨之降低[21]。由于是靠果蔬本身所含水分蒸發(fā)進(jìn)行降溫，所以真空冷卻又叫自我冷卻，被廣泛應(yīng)用于果蔬采后保鮮貯藏方面。真空冷卻的優(yōu)點(diǎn)是快速、均勻、節(jié)能，在應(yīng)用于果蔬凍干前處理時(shí)，通常直接將果蔬物料真空冷卻至凍結(jié)，不僅完成了預(yù)凍，還能快速蒸發(fā)果蔬物料的水分，達(dá)到預(yù)干燥的效果。周頔等發(fā)現(xiàn)經(jīng)真空凍結(jié)的蘋果片凍干時(shí)間由16.00 h縮短至14.17 h;干制品復(fù)水比常規(guī)組增加了17.99%;色澤指標(biāo)b*值由28.24降至22.98，顏色較為潔白;酥脆性良好且有較好的咀嚼感，感官評價(jià)良好[22]。曾凡杰等發(fā)現(xiàn)真空凍結(jié)處理后的凍干獼猴桃脆片雖然色差值變化小，但其硬度大、酥脆性差，且VC含量低，綜合排名差[23]。因此真空冷卻處理在真空冷凍干燥中的應(yīng)用條件還需深入探索。

1.6? 其他

其他果蔬前處理方法還有凍融預(yù)處理、超高壓處理、二氧化碳浸漬等。

凍融是先將物料在低溫下凍結(jié)，然后在高溫下進(jìn)行溶解解凍的處理方法。凍融應(yīng)用于干燥前有助于水分的脫除，但凍融處理對果蔬產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)、顏色有較大影響，XU X發(fā)現(xiàn)經(jīng)幾種不同凍融方式處理的秋葵樣品，其凍干時(shí)間雖減少了，但風(fēng)味、色澤、質(zhì)構(gòu)等方面均劣于其他處理樣品[4]。凍融在真空冷凍干燥中的應(yīng)用，還需對原料種類、處理?xiàng)l件等進(jìn)行深入探索。

超高壓是一種物理預(yù)處理方式，它會(huì)使細(xì)胞變形、細(xì)胞間隙增大，從而增加細(xì)胞的通透性，降低果蔬物料的含水率。Yucel等發(fā)現(xiàn)，將大于100 MPa的壓力作用到胡蘿卜、蘋果和綠豆上，能提高樣品干燥過程中的傳熱和傳質(zhì)速率[24]。Zhang等發(fā)現(xiàn)經(jīng)超高壓處理的草莓片可顯著減少凍干時(shí)間，且色澤、抗氧化性能均有提升[25]。超高壓處理在真空冷凍干燥中具有較好的應(yīng)用前景。

二氧化碳浸漬是通過將果蔬浸漬到充滿二氧化碳的密閉容器中，引發(fā)植物細(xì)胞一系列的結(jié)構(gòu)變化和化學(xué)反應(yīng)，從而提高果蔬干燥速率，提升果蔬色澤及營養(yǎng)品質(zhì)[26]。二氧化碳浸漬在果蔬真空冷凍干燥方面的研究較少，還有較大的探索空間。

2? 展望

隨著國內(nèi)外對營養(yǎng)色澤優(yōu)良、耐貯存、易運(yùn)輸?shù)恼婵绽鋬龈稍锕咧破返男枨笕找嬖龆?，分析果蔬前處理工藝中的問題，針對不同原材料探明合適的前處理方式和參數(shù)，提高真空冷凍干燥的效率和改善產(chǎn)品品質(zhì)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，必將促進(jìn)水果深加工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而反哺農(nóng)業(yè)，提高果蔬的經(jīng)濟(jì)效益。

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（責(zé)任編輯：易? 婧）