細(xì)胞壁多糖對(duì)真空冷凍干燥再造型蘋果脆片質(zhì)構(gòu)的影響

杜茜茜，易建勇，畢金峰*，馬有川，趙圓圓

（1 大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院 遼寧大連 116034 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100193）

水果和蔬菜富含多種營(yíng)養(yǎng)成分和活性物質(zhì)，它們是維持人體膳食平衡、增強(qiáng)機(jī)體免疫力的重要食品成分。蘋果中富含大量的膳食纖維、多酚、維生素等，蘋果脆片作為一種新型健康零食，具有營(yíng)養(yǎng)豐富、口感酥脆、方便即食、易于儲(chǔ)運(yùn)等優(yōu)勢(shì)，近年來市場(chǎng)發(fā)展迅速[1-2]。真空冷凍干燥利用真空狀態(tài)下水分的升華達(dá)到物料干燥，可最大限度保持果蔬脆片的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和天然風(fēng)味，是目前制備果蔬脆片的重要干燥方式[3-5]。

質(zhì)構(gòu)特征是果蔬脆片的核心感官品質(zhì)，決定其酥脆口感，顯著影響消費(fèi)者的感官接受度。真空冷凍干燥過程中冰晶在原位直接升華，水分脫除后細(xì)胞壁物質(zhì)保留組織的剛性框架，形成均勻的多孔結(jié)構(gòu)，孔的大小和孔壁的物質(zhì)組成是物料質(zhì)構(gòu)和口感的形成基礎(chǔ)[6-7]。然而，果蔬原料在打漿、破碎和再造型等加工過程中細(xì)胞破裂并發(fā)生汁液重組，失去基質(zhì)間的膠黏狀態(tài)，導(dǎo)致凍干果肉表現(xiàn)出硬度低和易碎的產(chǎn)品特征[8-9]。此外，凍干食品在低水分含量下屬于高度無定形結(jié)構(gòu)，易吸濕增塑，從穩(wěn)定的玻璃態(tài)過渡到不穩(wěn)定的橡膠態(tài)，這種相變直接與變質(zhì)反應(yīng)速率的增加和結(jié)構(gòu)崩潰有關(guān)[10]。為避免食品的剛性損失和質(zhì)地的劣化變軟，蛋白質(zhì)、抗性淀粉、糖類等生物聚合物與果漿重組被用來改變凍干果蔬干物質(zhì)組成，提高共混物體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，發(fā)揮結(jié)構(gòu)支撐作用，降低產(chǎn)品的吸濕性，提高貯藏穩(wěn)定性[11-12]。細(xì)胞壁多糖物質(zhì)是構(gòu)成凍干果蔬剛性結(jié)構(gòu)的基本組成成分，形成不同的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，影響凍干后脆片產(chǎn)品的力學(xué)特性和吸濕特性[13]。調(diào)控凍干果蔬脆片干物質(zhì)組成及其相互聚集作用，是改善脆片質(zhì)地的有效方法。目前，基于小分子糖滲透和聚合物添加對(duì)質(zhì)構(gòu)的影響較為明晰[11，14]，而以細(xì)胞壁多糖作為研究的物質(zhì)基礎(chǔ)，在果蔬脆片質(zhì)構(gòu)形成中的影響，特別是細(xì)胞壁物質(zhì)不同組分對(duì)質(zhì)構(gòu)的貢獻(xiàn)有待進(jìn)一步探討。

本研究采用分步提取法，分別獲得蘋果細(xì)胞壁的醇不溶性物質(zhì)、不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維多糖組分，通過調(diào)節(jié)這3 種細(xì)胞壁多糖組分在再造型蘋果脆片中的相對(duì)含量，探究這些組分及其與金屬離子相互作用在質(zhì)構(gòu)形成中的作用，以及細(xì)胞壁物質(zhì)基礎(chǔ)對(duì)凍干再造型蘋果脆片微觀結(jié)構(gòu)和吸濕特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

富士蘋果（Malus domestica），幸福榮耀（北京）超市有限公司，選擇成熟度一致，大小均一，無機(jī)械損傷和病蟲害的蘋果為試驗(yàn)原料。

GalA·H2O、3-苯基苯酚、三氟乙酸，Sigma-Aldrich 公司；其它試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

ZX-015YTHG 高溫?zé)岜煤娓蓹C(jī)，東莞市正旭新能源設(shè)備科技有限公司；SB25-12DTn 超聲波清洗機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司；ICS-3000離子色譜儀，美國(guó)戴安公司；UV-1800 紫外分光光度計(jì)，日本島津公司；CL50 蔬菜水果處理機(jī)，法國(guó)Robot Couple 公司；MCKZ-JD6 電器兩用蒸飯柜，濱州市美廚廚業(yè)有限公司；ULT1386-3-V41 超低溫冰箱（-80 ℃），賽默飛科技有限公司；LG-1.0 真空冷凍干燥機(jī)，沈陽(yáng)航天新陽(yáng)速凍設(shè)備制造有限公司；VolScan Profiler 300 食品體積測(cè)定儀、TA.HD plus 物性測(cè)試儀，英國(guó)Stable Micro System公司；P14F0114 動(dòng)態(tài)水分吸附儀，英國(guó)SMS 公司；DSC 8000 差示量熱掃描儀，美國(guó)PE 公司；SU8010 電子掃描顯微鏡，日本日立公司；YC-80旋轉(zhuǎn)混勻儀，杭州米歐儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 細(xì)胞壁多糖組分的分級(jí)提取 醇不溶性物質(zhì)（Alcohol-insoluble residue，AIR）的制備參照Peng 等[15]的方法并稍作修改：蘋果去皮、去核后切成厚2 mm 的薄片，用高溫?zé)岜煤娓蓹C(jī)在60 ℃下干燥至恒重，干燥蘋果片制成粉末后與6 倍體積95%乙醇溶液混合后均質(zhì)，懸浮液抽濾，殘余物用95%乙醇洗滌2 次并抽濾，得到白色粉末狀固體，烘干至恒重得到AIR 干物質(zhì)。

可溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纖維 （Insoluble dietary fiber，IDF）的制備參照Wang 等[16]的方法并稍作修改：將得到的細(xì)胞壁物質(zhì)AIR 與稀鹽酸溶液（固液比=1∶40）混合，調(diào)節(jié)溶液pH 值至2.0，70 ℃水浴超聲條件下浸提2 h，趁熱抽濾，得到的濾餅用熱水洗滌至中性條件，凍干至恒重得到IDF。合并濾液和洗滌熱水，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮液體，凍干至恒重得到SDF。

1.3.2 樣品制備 富士蘋果用蔬菜水果處理機(jī)切成厚度為2 mm 的薄片，蒸汽熱燙120 s 并打成勻漿，加入不同細(xì)胞壁多糖組分后用分散機(jī)混合均勻，將蘋果漿倒入長(zhǎng)寬高為2 cm×2 cm×1.4 cm 的硅膠模具中。細(xì)胞壁多糖組分的添加方法見表1。

表1 真空冷凍干燥再造型蘋果脆片的配方和添加物質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 The formula and additive mass fraction of vacuum freeze-dried restructured apple chips

1.3.3 真空冷凍干燥 完成入模的蘋果漿在-80℃冰箱預(yù)凍24 h 后真空冷凍干燥。冷肼溫度為-40 ℃，真空度為60 Pa，一次干燥隔板溫度為25 ℃，二次干燥隔板溫度為60 ℃。物料干燥至水分含量低于4%，并置于干燥器中均濕48 h 后測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3.4 半乳糖糖醛酸含量和中性糖組成測(cè)定 細(xì)胞壁多糖組分的糖醛酸含量參照Peng 等[15]的方法，采用分光光度法，以GalA·H2O 作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定。

細(xì)胞壁多糖組分的中性糖測(cè)定參照曹風(fēng)等[17]的方法并稍作修改：稱取約10 mg 樣品于水解管中，加入4 mol/L 的三氟乙酸4 mL，每個(gè)樣品充氮1 min，于120 ℃烘箱內(nèi)水解1.5 h，冷卻后氮吹至干，用超純水復(fù)溶，并定容至10 mL，稀釋至合適濃度，過0.2 μm 濾膜后進(jìn)樣。分析柱為CarboPac PA20，流動(dòng)相A 為超純水，流動(dòng)相B、C 分別為0.25 mol/L 氫氧化鈉和1 mol/L 醋酸鈉，流速0.5 mL/min，進(jìn)樣體積10 μL，柱溫35 ℃，檢測(cè)器為脈沖安培檢測(cè)器。

1.3.5 表觀密度的測(cè)定 凍干樣品用天平精確稱量其質(zhì)量M，之后放入食品體積測(cè)定儀中測(cè)得其體積V，測(cè)量重復(fù)6 次后取平均值。表觀密度按公式（1）計(jì)算。

式中，ρa(bǔ)——樣品的表觀密度（g/cm3）；M——樣品質(zhì)量（g）；V——樣品體積（cm3）。

1.3.6 硬脆度 參考Peng 等[15]的方法，硬脆度測(cè)定采用TA.HD plus 物性測(cè)試儀。采用P / 0.25S球形探頭，設(shè)置測(cè)試條件為：前期測(cè)試速度2.0 mm/s，檢測(cè)中速度1.0 mm/s，后期檢測(cè)速度2.0 mm/s，觸發(fā)力和穿透距離分別為10 g 和30.0 mm。其中，果蔬脆片硬度采用測(cè)試過程中力的最大峰值表示（單位：g）；脆性采用測(cè)試過程中峰的個(gè)數(shù)表示（單位：個(gè)）。每個(gè)處理做10 次平行，去除最大值和最小值后取平均值。

1.3.7 狀態(tài)圖 水分吸附測(cè)定采用宋慧慧等[18]的方法并稍作修改：稱量樣品（20～30 mg）置于動(dòng)態(tài)水分吸附儀中，放置在溫度25 ℃，氮?dú)饬魉?00 sccm、相對(duì)濕度（Relative humidity，RH）0%的環(huán)境下，干燥至質(zhì)量恒重。環(huán)境RH 以10%增量自0%升至90%，設(shè)置每一階段的dm/dt 值（m——樣品質(zhì)量，mg；t——時(shí)間，min）為0.005%/m，此時(shí)質(zhì)量幾乎不隨時(shí)間而變化，樣品達(dá)到吸濕平衡【此時(shí)環(huán)境相對(duì)濕度可以視為樣品的水分活度（aw），質(zhì)量變化即為樣品的水分含量（We）】，設(shè)定自動(dòng)記錄樣品質(zhì)量時(shí)間間隔為1 min。以水分活度為橫坐標(biāo)，以不同水分活度下平衡水分含量為縱坐標(biāo)，繪制吸附等溫線。

稱取6.0 mg 蘋果粉末于鋁盤中，敞口放置在用凡士林密封的盛有飽和鹽溶液（LiCl，CH3COOK，MgCl2，K2CO3，NaBr）的擴(kuò)散皿中，室溫下對(duì)應(yīng)RH 的范圍在11.3%～57.6%之間，48 h 后取出鋁盤，加蓋密封，隨即用于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)定。

樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 （Glass transition temperature，Tg） 采用差示量熱掃描儀進(jìn)行測(cè)定[19]：試驗(yàn)中一個(gè)空鋁盤被用作參照，取吸附平衡48 h 后的蘋果粉末進(jìn)行Tg測(cè)定，儀器掃描程序?yàn)椋阂?0 ℃/min 的速度從30 ℃冷卻到-70 ℃，平衡5 min，同樣的速度加熱到100 ℃。采用儀器自帶軟件分析熱流密度曲線，得到初始點(diǎn)、中點(diǎn)及終點(diǎn)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，取其中點(diǎn)處的溫度作為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。

1.3.8 模型擬合 為了預(yù)測(cè)樣品的水分吸附行為，采用BET 模型（式2）對(duì)吸附曲線進(jìn)行擬合，樣品的Tg在水分活度0.113～0.576 之間進(jìn)行測(cè)定[20]。

式中，aw——水分活度；We——平衡時(shí)的干基含水率 （g 水/g 干基）；W0——單層水分吸附值（g水/g 干基）；C——吸附熱相關(guān)的能量常數(shù)。

為了預(yù)測(cè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與水分活度之間的關(guān)系，利用公式（3）進(jìn)行線性擬合[21]。

式中，Y 和Z——擬合模型的常數(shù)；Tg——發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變的中間溫度（℃）。

1.3.9 微觀結(jié)構(gòu) 參考Yi 等[22]的方法切取蘋果片斷面進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，取蘋果脆片斷面粘在樣品臺(tái)的導(dǎo)電膠上，噴金處理，再利用掃描電子顯微鏡在40 倍下拍照、分析。

1.3.10 振蕩破碎率 破碎試驗(yàn)在旋轉(zhuǎn)混勻儀上進(jìn)行，角設(shè)定范圍為0°，轉(zhuǎn)速設(shè)定為15 r/min。凍干的蘋果脆片放置在一個(gè)高143 mm、口徑67 mm的鋁蓋直筒瓶中，并將兩個(gè)直筒瓶固定在旋轉(zhuǎn)面板的左右兩側(cè)，儀器旋轉(zhuǎn)時(shí)隨之做圓周運(yùn)動(dòng)，每隔10 min 稱量一次產(chǎn)生碎屑的質(zhì)量，總振蕩破碎時(shí)間為60 min。振蕩結(jié)束后按公式（4）計(jì)算振蕩破碎率[23]。

式中，P——碎屑百分比；M——初始蘋果脆塊的質(zhì)量（g）；Mt——t 時(shí)刻碎屑的質(zhì)量（g）。

1.3.11 統(tǒng)計(jì)分析 結(jié)果的顯著性檢驗(yàn)使用方差分析（ANOVA）和Duncan 多范圍檢驗(yàn)，顯著性為95%，使用Origin 9.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)的繪圖及擬合分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 細(xì)胞壁多糖組分的結(jié)構(gòu)表征

細(xì)胞壁多糖組分AIR、IDF 和SDF 的中性糖和糖醛酸的物質(zhì)的量比例如表2所示。其中，SDF組分糖醛酸的物質(zhì)的量百分比最高，達(dá)到53.32%，同時(shí)其半乳糖和鼠李糖含量豐富，說明水溶性果膠是構(gòu)成SDF 的主要組分。此外，SDF 中含有較多的葡萄糖，表明蘋果原料中可能存在一定含量的淀粉[24]。

表2 細(xì)胞壁多糖組分的成分分析Table 2 Composition analysis of cell wall polysaccharide fraction

IDF 組分木糖、葡萄糖、阿拉伯糖等中性糖物質(zhì)的量比明顯高于SDF 組分，說明IDF 中包含較多木葡聚糖（Xyloglucan）、葡萄糖醛酸阿拉伯糖基木聚糖（Glucuronoarabinoxylan）等半纖維素，以及纖維素組分。IDF 的糖醛酸含量高達(dá)47.49%，加上較高含量的阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖，表明IDF中仍存在較多富含RG-I 支鏈結(jié)構(gòu)的果膠組分，這些果膠與纖維素和半纖維素緊密結(jié)合而難溶于水[15，25]。

AIR 組分占到蘋果干物質(zhì)的11.70%（數(shù)據(jù)未列出），其中包含IDF 和SDF 組分，因此，其糖醛酸和中性糖物質(zhì)的量比是兩者的綜合體現(xiàn)。綜合分析AIR、SDF 和IDF 三者的單糖組分，IDF 和SDF 中均富含果膠組分，可通過計(jì)算果膠結(jié)構(gòu)單糖比例（R1、R2、R3）分析其分子線性度信息[26]。由表2可知，SDF 的糖比例1 為IDF 的5.54 倍，表明SDF 中果膠的半乳糖醛酸聚糖（HG）結(jié)構(gòu)單元遠(yuǎn)高于IDF。此外，IDF 的糖比例2 和糖比例3 分別為SDF 的2 倍和1.76 倍，表明不溶性纖維中所含的果膠具有更多的支鏈結(jié)構(gòu)，且支鏈包含較多阿拉伯聚糖和半乳聚糖側(cè)鏈，這與SDF 中含有更多的HG 單元一致。IDF 和SDF 在內(nèi)部多糖組分及其結(jié)構(gòu)上的差異，是造成兩者對(duì)質(zhì)構(gòu)影響差異的基礎(chǔ)。

2.2 細(xì)胞壁多糖組分對(duì)蘋果脆片表觀密度的影響

不同細(xì)胞壁多糖添加量的蘋果脆片的表觀密度如圖1所示。表觀密度通過計(jì)算物料的質(zhì)量體積比得到，其中體積包含了物料體積和開口、閉口孔隙體積，在一定程度上反應(yīng)了多孔物體的緊實(shí)度和多孔性。從圖1可知，隨著AIR、IDF 和SDF組分的添加，所有處理組脆片的表觀密度較對(duì)照組均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，可能是由于細(xì)胞壁多糖組分的加入一方面增大了單位體積內(nèi)樣品的干物質(zhì)含量，另一方面未顯著增加果漿的體積，由此凍干后物料的密度顯著提高。添加AIR、IDF 和SDF 組分蘋果脆片的密度均隨添加量的增加而增加，而添加可溶性膳食纖維和鈣離子（S-Ca）組的脆片密度雖然都高于對(duì)照組，但密度卻隨著鈣離子濃度的增加呈下降趨勢(shì)，這可能是由于體系中果膠與鈣離子相互作用的空間結(jié)構(gòu)受到鈣離子濃度的影響，鈣離子濃度過高時(shí)，不利于蓬松的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[27]。

圖1 細(xì)胞壁多糖組分對(duì)真空冷凍干燥再造型蘋果脆片表觀密度的影響Fig.1 Effects of different cell wall polysaccharide fraction on the apparent density of vacuumfreeze-dried restructured apple chips

2.3 細(xì)胞壁多糖對(duì)蘋果脆片質(zhì)構(gòu)的影響

細(xì)胞壁多糖組分對(duì)蘋果脆片硬脆度的影響如圖2所示。AIR、IDF 和SDF 添加后脆片硬度提高了0.56%～214.13%，在相同濃度下它們對(duì)硬度的提升作用為I-S＞IDF＞AIR 順序。其中，同時(shí)添加2%IDF 和2%SDF（2I-2S）對(duì)脆片質(zhì)構(gòu)的影響最為顯著，硬度增加214.13%。不同程度硬度的增加與3 種細(xì)胞壁多糖的結(jié)構(gòu)差異有很大關(guān)系，纖維素分子質(zhì)量大，易于結(jié)晶而形成微纖維，是細(xì)胞壁剛性的主要貢獻(xiàn)者，由此也可能對(duì)脆片硬度有顯著影響，果膠在天然細(xì)胞壁中通過將纖維素、半纖維素膠粘，起到維系細(xì)胞整體性以及提供黏彈性的作用，其支鏈的阿拉伯糖和半乳糖等也可與半纖維素、纖維素共價(jià)結(jié)合，形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在受到剪切力時(shí)，纏結(jié)不易被破壞[8]。此外，細(xì)胞壁多糖與其它組分（蛋白質(zhì)、淀粉、酚類）的相互作用也貢獻(xiàn)了基質(zhì)抵抗外界機(jī)械壓力的能力[28]。研究表明，果膠多糖水平的增加與連接區(qū)數(shù)量的增加直接相關(guān)，HG 主鏈中離解的羧基（-COOH）可通過鈣離子等二價(jià)陽(yáng)離子相互交聯(lián)，“蛋盒” 模型是描述這種結(jié)合的經(jīng)典模型[12]。同時(shí)可以看出，S-Ca 處理組中鈣離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高降低了脆片硬度的增加，鈣離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%和1%時(shí)，蘋果脆片的硬度值急劇下降。鈣離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，可顯著提升復(fù)合物的膠凝性、內(nèi)聚性和黏彈性，然而高鈣離子濃度則不利于上述作用，導(dǎo)致脆片硬度值顯著降低[27]。

圖2 細(xì)胞壁多糖組分對(duì)真空冷凍干燥再造型蘋果脆片質(zhì)構(gòu)特性的影響Fig.2 Effects of different cell wall polysaccharide fraction on the texture characteristics of vacuum freeze-dried restructured apple chips

脆片崩解過程中峰的個(gè)數(shù)反映脆度。與對(duì)照組相比，添加細(xì)胞壁多糖后脆片的脆度下降了21.67%～65.14%。AIR 處理組的脆度值隨添加量的升高呈增加趨勢(shì)，可能是高添加量條件下，體系密度增加，使得物性測(cè)試儀探測(cè)到更多的斷裂峰。當(dāng)添加4%的不溶性膳食纖維 （4IDF） 或同時(shí)添加IDF 和SDF（I-S）時(shí)，脆片脆度值最低。研究表明，果膠的存在有利于果蔬脆片多孔結(jié)構(gòu)的形成，這得益于果膠在基質(zhì)中與其它多糖組分的結(jié)合作用和其自身的黏彈特性[29]，此外，鈣離子在低濃度下可與果膠形成良好的連續(xù)型凝膠體系結(jié)構(gòu)，高濃度時(shí)則轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒型結(jié)構(gòu)[27]，導(dǎo)致更多崩解峰的孔隙可被物性測(cè)試儀探頭檢測(cè)到，體現(xiàn)為脆度的升高。

2.4 狀態(tài)圖分析

狀態(tài)圖描述了固體食品不同相和水分含量在水分活度基礎(chǔ)上的函數(shù)關(guān)系圖，當(dāng)食品在不同溫度和水分狀態(tài)下加工或存放時(shí)，它可以用來表示食品的質(zhì)量穩(wěn)定性[30]。通過狀態(tài)圖，可以獲得不同水分下材料的相變和關(guān)鍵控制點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于干制果蔬食品加工品質(zhì)及其貯藏穩(wěn)定性評(píng)估[10，31]。

圖3為添加不同細(xì)胞壁多糖組分后蘋果脆片的狀態(tài)圖，圖中擬合的BET 吸附曲線用來預(yù)測(cè)水分含量和水分活度之間的關(guān)系。根據(jù)Brunauer[32]對(duì)固體基質(zhì)吸附種類的分類，可以將所有樣品的吸附曲線定義為Ⅲ型典型曲線，這可由表3中BET 參數(shù)C 值（0.155-0.654）<2 確定，與在其它水果中觀察到的結(jié)果一致。在恒定溫度下，添加細(xì)胞壁多糖組分在整個(gè)aw為0.113～0.576 范圍內(nèi)均降低了蘋果脆片的吸濕性，且與添加的細(xì)胞壁多糖組分的含量相關(guān)。AIR 不同添加量對(duì)脆片吸濕性的影響差異不顯著，IDF 和I-S 組分可顯著降低脆片的水分吸附能力，且4IDF 處理組吸濕性的降幅超過2I-2S 組。其中原因一方面可能與樣品中強(qiáng)疏水性IDF 組分的相對(duì)含量有關(guān)，另一方面，可能是4IDF 處理組中較低的表觀密度對(duì)應(yīng)脆片較低的比表面積，限制了水分結(jié)合位點(diǎn)的數(shù)量，導(dǎo)致水分吸附能力降低[33]。

圖3 細(xì)胞壁多糖組分對(duì)真空冷凍干燥蘋果脆片水分含量-水分活度-Tg 相關(guān)關(guān)系的影響Fig.3 Effects of different cell wall polysaccharide fraction on the relationships between water content-water activity-Tg of vacuum freeze-dried apple chips

表3 真空冷凍干燥再造型蘋果脆片水分含量-水分活度-Tg 數(shù)據(jù)擬合的BET（W0，C）和線性Tg（Y，Z）模型的參數(shù)Table 3 Parameters of BET （W0，C） and linear （Y，Z） models fitted to water content-water activity-Tg data of vacuum freeze-dried restructured apple chips

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度涉及食品在“玻璃態(tài)”與“橡膠態(tài)”之間的轉(zhuǎn)變，當(dāng)Tg低于環(huán)境溫度則不利于食品的貯藏，容易導(dǎo)致食品質(zhì)量下降，例如：氧化變質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解、結(jié)構(gòu)塌陷等[21]。由圖3可知，隨著水分活度的增加，蘋果脆片的Tg線性下降，這歸因于水分的遷移和增塑作用，增大了聚合物的自由體積[33-34]，同等水分活度下，細(xì)胞壁多糖組分的添加，提高了脆片的Tg。AIR 添加后脆片Tg顯著升高，且添加量越大溫度越高。IDF 和I-S 處理的樣品與對(duì)照組相比，Tg在低水分活度時(shí)較低，在高水分活度時(shí)升高優(yōu)勢(shì)明顯。細(xì)胞壁多糖添加后脆片Tg升高，一方面與多糖作為生物大分子具有較高的Tg有關(guān)，另一方面，添加這些大分子后形成的分子間作用力降低了體系的流動(dòng)性，宏觀上體現(xiàn)為Tg的升高。鈣離子添加在高水分活度狀態(tài)時(shí)降低了樣品的Tg，而已有文獻(xiàn)表明，鈣離子與基質(zhì)內(nèi)成分發(fā)生相互作用強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了體系中物質(zhì)的流動(dòng)性，通過抗塑化作用提高了體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度[35]。

2.5 微觀結(jié)構(gòu)分析

添加不同細(xì)胞壁多糖組分的再造型蘋果脆片的微觀結(jié)構(gòu)如圖4所示。再造型蘋果脆片（Control）呈現(xiàn)不規(guī)則的疏松組織結(jié)構(gòu)，在添加了AIR和IDF 的處理組中也觀察到了類似的微觀結(jié)構(gòu)，包括不規(guī)則的孔隙結(jié)構(gòu)和堆積方式等，這可能是由于纖維素類多糖僅具有較弱的纏結(jié)作用[36]。隨著多糖含量增加，可觀察到有效視野范圍內(nèi)干物質(zhì)密度隨之增加，這與圖1中蘋果脆片的表觀密度一致。圖像表明，同時(shí)添加IDF 和SDF 以及SDF 單獨(dú)存在時(shí)，能觀察到典型的蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu) （圖4中2I-1S、2I-2S、2S-0Ca 中方框部位所示），這種結(jié)構(gòu)接近于果蔬直接凍干形成的均勻的蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)（Control-FD），說明SDF 是形成蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著SDF含量的增加，孔的排列更加有序、均勻，各細(xì)胞室之間的邊界變得清晰，這也是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更脆的原因（圖2），這可能是由于細(xì)胞壁多糖組分中的果膠與纖維度之間形成穩(wěn)定的分子間締合結(jié)構(gòu)，充當(dāng)分子間交聯(lián)位點(diǎn)以形成凝膠網(wǎng)絡(luò)，凍干脫除水后，形成多孔結(jié)構(gòu)框架所致[37]。

圖4 細(xì)胞壁多糖組分對(duì)真空冷凍干燥再造型蘋果脆片微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Effects of cell wall polysaccharide fraction on the microstructure of vacuum freeze-dried restructured apple chips

2.6 振蕩破碎率

添加不同細(xì)胞壁多糖組分對(duì)真空冷凍干燥再造型蘋果脆片振蕩破碎率的影響如圖5所示。較高的脆度使得果蔬脆片在運(yùn)輸過程中容易破碎，感官品質(zhì)和商品價(jià)值降低[38]。通過制造持續(xù)、均勻的振蕩，模擬產(chǎn)品運(yùn)輸過程造成的物理崩解，可比較不同樣品組的振蕩破損率。由圖5可知，添加AIR、IDF、SDF 和2S-0Ca 組分均顯著降低了樣品的破碎率，這與細(xì)胞壁多糖脆度下降一致。同時(shí)添加2%SDF 和1%鈣離子（2S-1Ca）時(shí)，樣品易碎程度超過對(duì)照組（44.37%），達(dá)到49.50%，表明添加SDF 和鈣離子在降低脆度（圖2）的同時(shí)增加了由振蕩引發(fā)的破損率。整體來看，破碎率的變化趨勢(shì)與蘋果脆片的硬度變化呈負(fù)相關(guān)，而與脆度變化呈正相關(guān)（圖2）。

圖5 細(xì)胞壁多糖組分對(duì)真空冷凍干燥再造型蘋果振蕩破碎率的影響Fig.5 Effects of cell wall polysaccharide fraction on oscillation breaking rate of vacuum freeze-dried restructured apple chips

2.7 外觀

添加不同細(xì)胞壁多糖組分的真空冷凍干燥再造型蘋果脆片外觀如圖6所示。由圖6可知，添加細(xì)胞壁多糖組分對(duì)凍干蘋果脆片的色澤沒有帶來肉眼可見的變化，所有處理組樣品與對(duì)照組表面顏色相近。有意思的是，添加多糖組分的2I-1S、2I-2S 及2I-0Ca 處理組的蘋果脆片表面出現(xiàn)明顯的裂縫。推測(cè)其原因可能是這幾個(gè)產(chǎn)品的硬度值最高，產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)剛性較強(qiáng)，缺乏柔韌性，水分脫出過程中，物料收縮應(yīng)力差將物料表面撕裂。

圖6 真空冷凍干燥再造型蘋果脆片的表觀圖像Fig.6 Appearance image of vacuum freeze-dried restructured apple chips

3 結(jié)論

蘋果的細(xì)胞壁物質(zhì)主要由結(jié)構(gòu)多糖分子組成，這些物質(zhì)均為醇不溶性物質(zhì)，按水溶性區(qū)分，可將其分為可溶性纖維和不溶性纖維。在凍干脫除水分之后，它們作為孔隙壁的物質(zhì)基礎(chǔ)支撐著多孔結(jié)構(gòu)的剛性框架，其組成與比例在質(zhì)構(gòu)形成中起決定性作用?？傮w上，添加細(xì)胞壁多糖組分可顯著提高再造型蘋果脆片的硬度，降低產(chǎn)品脆度，減弱產(chǎn)品的持水性和吸濕性，同時(shí)增加體系的Tg。IDF 組分以纖維素、半纖維素和結(jié)合態(tài)果膠為主，該組分的主要作用是為多孔結(jié)構(gòu)提供剛性骨架；SDF 組分包含大量水溶性果膠，它們通過自身及與纖維素、半纖維素形成交聯(lián)，從而提高剛性結(jié)構(gòu)的柔韌性，是再造型蘋果脆片形成典型的蜂窩狀均勻多孔結(jié)構(gòu)的必要條件，對(duì)調(diào)控果蔬脆片的質(zhì)構(gòu)起到?jīng)Q定性作用。研究證實(shí)，細(xì)胞壁多糖組分的種類和比例是果蔬脆片質(zhì)構(gòu)形成的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其中可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維因物質(zhì)組成差異而對(duì)質(zhì)構(gòu)的影響不同，通過改變脆片的細(xì)胞壁多糖組成，可作為調(diào)控果蔬脆片質(zhì)構(gòu)的有效手段。