不同小分子糖滲透草莓的傳質(zhì)動力學及對真空冷凍干燥草莓品質(zhì)的影響

李卓豪，畢金峰，易建勇,*，郭玉霞，李 軍，朱鳳妹

（1.河北科技師范學院食品科技學院，河北 秦皇島 066004；2.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點實驗室，北京 100193）

草莓（Duch.）是薔薇科多年生草本植物，具有營養(yǎng)價值豐富、風味濃郁等特性。然而草莓質(zhì)地柔軟、含水量高，極不耐貯存和運輸，在我國目前主要以鮮食為主，加工率和加工程度均處于較低水平。

真空冷凍干燥能夠較好地保留果蔬中的營養(yǎng)成分和風味。滲透是一個使物料組織內(nèi)部溶質(zhì)濃縮的過程，常作為果蔬干燥的前處理步驟，其主要作用包括：改善干制果蔬質(zhì)構(gòu)特性；為食品提供更濃郁的風味和口感；通過部分脫水降低后續(xù)干燥耗能，提高干燥效率。滲透過程中傳質(zhì)速率決定了滲透的效率，傳質(zhì)速率受到滲透液溶質(zhì)濃度、溶質(zhì)聚合度、滲透溫度、料液比、滲透過程中的攪拌程度、原料的形狀和大小、原料組織結(jié)構(gòu)等因素的影響。同等質(zhì)量濃度的小分子溶質(zhì)滲透液往往由于分子質(zhì)量小而具有更高的滲透壓，更容易進入植物組織內(nèi)部，同時能夠使原料失去更多的水分。因此，生產(chǎn)成本相對低廉、滲透速率較快的蔗糖成為目前最常用的商業(yè)化滲透溶質(zhì)。然而過多攝入高糖食品可能導致因能量攝入過量而引發(fā)的相關(guān)健康問題，因此研究人員開始探索以低聚糖和糖醇等益生元作為滲透溶質(zhì)的可行性。有研究表明低聚異麥芽糖滲透后的真空冷凍干燥黃桃口感與蔗糖滲透產(chǎn)品相似，且能很好地保留樣品中的總類胡蘿卜素；Kroehnke等利用赤蘚糖醇、山梨糖醇以及蔗糖滲透獲得了品質(zhì)優(yōu)良的干制獼猴桃片，表明糖醇具有替代蔗糖作為滲透溶質(zhì)的潛力。

國內(nèi)外關(guān)于果蔬干燥滲透脫水工藝、效率和品質(zhì)的相關(guān)研究較多，但大多集中在蔗糖、葡萄糖、麥芽糖等少數(shù)幾種溶質(zhì)，且因滲透溶質(zhì)濃度、溫度等參數(shù)的不同導致不同研究間無法橫向比較。本實驗選取了10 種具有代表性的商品化單糖、雙糖、低聚糖和糖醇，研究其在相同濃度和時間條件下滲透對草莓傳質(zhì)動力學以及真空冷干燥草莓理化特性的影響，綜合分析不同小分子糖滲透特性、產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)成本，探尋具有商業(yè)化應(yīng)用前景的小分子糖，為果蔬真空冷凍干燥前的滲透預處理提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

‘夏日紅顏’草莓購買于云南省曲靖市。選擇新鮮八成熟（可溶性固形物質(zhì)量分數(shù)為6.75%），無機械損傷、病蟲害，形狀、大小規(guī)則均一的草莓，4 ℃保藏。

蔗糖、果糖、葡萄糖、木糖醇、山梨糖醇、低聚果糖、低聚異麥芽糖（均為食品級） 北京萃鋒科技有限公司；麥芽糖（食品級） 江蘇省奧谷生物科技有限公司；麥芽糖醇、水蘇糖（食品級） 東莞鴻達食品配料公司；福林-酚、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical，DPPH）、2,2’-聯(lián)氨-雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（2,2’-azinobis(3-ehtylbenzthiazolin-6-sulphonate)，ABTS）（均為分析純）、Trolox（Trolox純度≥98%） 美國Sigma公司；甲醇、乙酸（均為色譜純） 美國Thermo Fisher公司；沒食子酸標準品（分析純） 上海源葉生物科技有限公司；無水碳酸鈉、乙酸鈉、過硫酸鉀、氯化鉀（均為分析純） 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DT400超聲機 弘祥隆生物技術(shù)股份有限公司；ULT1386-3-V41超低溫冰箱 美國賽默飛科技有限公司；ZX-015YTHG高溫熱泵烘干機 東莞市正旭新能源設(shè)備科技有限公司；BLK190613PD真空冷凍干燥機 江蘇博萊客冷凍科技發(fā)展有限公司；PEN3電子鼻 德國Airsense公司；1.5.5.0電子眼色彩分析系統(tǒng) 美國Lens Eye-NET公司；AW1000T水分活度測定儀 昌琨實業(yè)（上海）有限公司；TA.HD plus物性測試儀 英國Stable Micro Systems公司；DSC8000差示掃描量熱儀 美國PE公司；SU8010電子掃描顯微鏡 日本日立公司；3K15冷凍離心機 美國Sigma公司；UV-1800紫外分光光度計日本島津公司；DV-2T黏度計 美國博勒飛公司；低場核磁共振分析儀 蘇州紐邁分析儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 滲透液黏度的測定

分別稱取一定量的果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、低聚果糖、低聚異麥芽糖、水蘇糖、木糖醇、山梨糖醇、麥芽糖醇，用蒸餾水溶解，制成白利度為（40.0±0.2）°Brix的滲透液。取0.5 mL滲透液于黏度計中，溫度設(shè)定為30 ℃，轉(zhuǎn)子選擇CPA-40Z，轉(zhuǎn)速為20 r/min，進行糖液黏度測定。

1.3.2 超聲輔助滲透處理

將草莓縱向六等分，為減少草莓個體差異，分別從3 枚草莓上各取1/6作為一個平行，每個滲透點做3 個平行。將等量的新鮮草莓塊浸泡入1.3.1節(jié)制備好的糖液中封入自封袋，料液比為1∶5，超聲輔助滲透時間為120 min，超聲溫度為（30±2）℃，超聲頻率為80 kHz，超聲功率為100 W。超聲滲透120 min內(nèi)每隔2 min進行一次晃袋；于5、10、15、30、45、65、90、120 min各取樣一次，取樣時將樣品迅速從自封袋撈出，用等量的蒸餾水沖洗掉樣品表面附著的糖液，紗布擦干樣品表面水分，稱質(zhì)量后的樣品放于105 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量。樣品的可溶性固形物增加量（solid gain，SG）以及水分去除量（water loss，WL）分別按式（1）、（2）計算。

式中：SG、WL分別表示樣品的可溶性固形物增加量和水分去除量/（g/100 g）；為某時刻下樣品干質(zhì)量/g；為樣品初始干質(zhì)量/g；’為樣品初始鮮質(zhì)量/g；’為滲透過程中某時刻下樣品鮮質(zhì)量/g。

本實驗數(shù)據(jù)通過Peleg和Weibull模型擬合，Peleg模型公式如式（3）所示。

式中：表示取樣時間/min；表示時刻下樣品的WL或SG/（g/100 g）；、為Peleg模型擬合的常量，其中受SG或WL初始時增長速率的影響，則受到平衡時WL或SG的影響。

Weibull模型公式如式（4）所示。

式中：表示滲透樣品的WL或SG/（g/100 g）；Y表示平衡時樣品的SG或WL/（g/100 g）；表示與SG或WL初始時增長速率相關(guān)的比例參數(shù)；表示形狀參數(shù)。

1.3.3 共晶點和共熔點的測定

將滲透后未干燥的樣品切取20～30 mg，精確至0.1 mg，密封于液體鋁盒中，用差示掃描量熱儀進行測定，測定條件：在氮氣條件下，將樣品溫度從18 ℃以10 ℃/min的速率降至-60 ℃，平衡2 min，之后以10 ℃/min的速率升溫至18 ℃，經(jīng)軟件分析得到共晶點和共熔點。每種樣品進行兩次平行測定。

1.3.4 真空冷凍干燥

將滲透后的草莓取出，于-80 ℃冰箱中預凍12 h，之后真空冷凍干燥。凍干時物料在-20 ℃維持1 min，之后第一階段于0 ℃以下干燥24 h，第二階段于20 ℃干燥12 h。凍干后隨機取樣粉碎，密封避光放于-40 ℃冰箱備用，剩余樣品充氮密封避光保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.5 硬度和脆度的測定

參考趙圓圓等的方法稍作修改。選用HDP/BSW剪切探頭。將樣品放置于檢測臺面中央，平行之間選擇樣品同樣的位置進行剪切。測試條件：前期測試速率1.0 mm/s、測試中速率1.0 mm/s、后期測試速率2.0 mm/s，觸發(fā)力和穿透距離分別為5 g和15.0 mm。以測定過程中最大力來表示草莓塊硬度，以正峰個數(shù)作為脆度的評判指標。每種樣品平行測定6 次。

1.3.6 微觀結(jié)構(gòu)的觀察

切取草莓凍干斷面進行微觀結(jié)構(gòu)觀察，將樣品斷面粘在樣品臺的導電膠上，噴金處理，再利用掃描電子顯微鏡在100 倍下拍照。

1.3.7 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測定

參考王雪媛等的方法稍作修改，取凍干草莓粉7～9 mg密封于液體鋁盒中。在氮氣條件下，將樣品從25 ℃以10 ℃/min速率降到-70 ℃，平衡5 min后，再以10 ℃/min速率升至100 ℃，選擇玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)間中點作為樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（glass transition temperature，），進行兩次平行測定。

1.3.8 水分含量的測定

水分含量的測定參考GB/T 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》。水分含量按式（5）計算。

式中：為樣品中水分含量/（g/100 g）；為樣品初始質(zhì)量/g；為樣品恒質(zhì)量時的質(zhì)量/g。

1.3.9 水分活度的測定

取少量草莓粉平鋪至塑料盒底，在25 ℃環(huán)境中用標準過飽和鹽溶液和水分活度在0.1以下的硅膠對水分活度儀進行校準，之后對草莓粉進行水分活度測定。

1.3.10 結(jié)合水的測定

參考Li Xiao等的方法稍作修改。將真空冷凍干燥后的草莓塊樣品放入核磁管中，之后將核磁管放入低場核磁設(shè)備體腔中采集信息。測試參數(shù)：回波時間0.300 ms、回波次數(shù)12 000、等待時間2 000 ms。

1.3.11 吸濕率的測定

室溫條件下（25 ℃）將草莓塊樣品放置于康維皿中心，事先在其外環(huán)中倒入飽和氯化鈉溶液，密封并平衡濕度20 h以上，使其內(nèi)部相對濕度達到75%左右。間隔15、30、60、90 min，2、4、8、12、24、72、120、168 h取樣稱量。樣品吸濕率按式（6）計算。

式中：為樣品的吸濕率/（g/100 g）；為草莓塊的初始質(zhì)量/g；m為時刻凍草莓塊的質(zhì)量/g。

1.3.12 色澤的測定

采用1.5.5.0電子眼色彩分析系統(tǒng)分析滲透后真空冷凍干燥草莓的色澤，進行6 次平行測定，色差Δ計算如式（7）所示。

1.3.13 風味的測定

精確稱取1 g草莓粉于進樣瓶中，密封后將進樣瓶置于60 ℃烘箱中加熱1 h。采用電子鼻對樣品進行風味測定，用潔凈的空氣沖洗系統(tǒng)2 次后，室溫下采集樣品1 min，每種樣品進行3 次平行測定。

1.3.14 總酚含量的測定

取0.3 g凍干草莓粉，加入20 mL體積分數(shù)80%甲醇溶液，渦旋混合均勻，避光密封放置在-4 ℃條件下過夜，制得樣品溶液，于-40 ℃冷庫備用，使用前離心，取上清液，參考薛玉潔等的方法測定總酚含量。

1.3.15 抗氧化能力的測定

DPPH自由基清除能力測定：取1.3.14中節(jié)樣品溶液，稀釋適當倍數(shù)，加入4 mL濃度為0.2 mmol/L的DPPH溶液混勻，暗處靜置30 min后，于517 nm波長處測定吸光度。DPPH自由基清除率按式（8）計算。

式中：為DPPH自由基清除率/%；為DPPH溶液吸光度；為樣品溶液吸光度。

ABTS陽離子自由基清除能力測定：參考Zhan Ge等的方法，結(jié)果用ABTS陽離子自由基清除率表示，計算公式如式（9）所示。

式中：為ABTS陽離子自由基清除率/%；為樣品溶液吸光度；為ABTS-過硫酸鉀溶液吸光度。

鐵離子還原能力（ferric reducing ability of plasma，F(xiàn)RAP）參考Tabart等的方法進行測定。結(jié)果用每克樣品還原Trolox的物質(zhì)的量表示，計算公式如式（10）所示。

式中：為樣品FRAP鐵離子還原能力/（μmol/g）；為提取的樣品溶液定容體積/mL；為樣品濃度/（μmol/L）；為樣品質(zhì)量/g。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

水分含量、水分活度、結(jié)合水測定、吸濕性、風味、總酚含量以及抗氧化能力均進行3 次平行測定。本實驗采用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，用Duncan’s法進行多重比較，以＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種類糖滲透液理化特性

滲透液黏度直接影響滲透過程中滲透劑與物料的接觸面積，進而影響物料的SG和WL。不同滲透液理化特性如表1所示。相同白利度下，山梨糖醇、水蘇糖溶液的黏度較低，低聚果糖、低聚異麥芽糖的黏度較大，木糖醇具有和蔗糖、麥芽糖相近的黏度。在濃度較低的情況下，即單雙糖、低聚糖濃度為0～0.5 mol/L，糖醇濃度低于1 mol/L時，糖液的黏度隨相對分子質(zhì)量的增加而增大。由表1可知，本研究所制備的滲透液除低聚果糖和低聚異麥芽糖外，其他糖液濃度均較高，因此本研究涉及的小分子糖滲透液黏度并未呈現(xiàn)出隨相對分子質(zhì)量增加而提高的趨勢。另外，由于本實驗所用的滲透溶質(zhì)為食品級試劑，小分子糖的純度可能也是導致滲透液黏度不符合該規(guī)律的原因之一。

表1 單雙糖、低聚糖和糖醇滲透液理化特性Table 1 Physicochemical properties of monosaccharide, disaccharide,sugar alcohol and oligosaccharide aqueous solutions

2.2 傳質(zhì)動力學分析結(jié)果

不同糖滲透處理草莓所得SG和WL存在差異，這是由相同濃度下不同的滲透溶質(zhì)滲入速率和滲透壓等多種因素共同決定的，同時，不同原料本身含糖量以及含糖的種類不同會影響細胞內(nèi)外的滲透壓差，從而影響樣品的傳質(zhì)過程。圖1為小分子糖滲透過程中草莓的SG和WL的變化情況。如圖1A所示，滲透120 min后，樣品的SG大小依次為山梨糖醇＞水蘇糖、葡萄糖＞麥芽糖、果糖、麥芽糖醇、蔗糖、木糖醇＞低聚果糖＞低聚異麥芽糖。滲透120 min時山梨糖醇滲透處理組具有最高的SG（6.84 g/100 g），主要原因可能是其滲透液具有最低的黏度。而果糖作為單糖，在滲透過程中的傳質(zhì)效率和最終的滲透率并沒有像葡萄糖一樣具有突出優(yōu)勢，可能是因為草莓本身含有較多的果糖，從而降低了細胞內(nèi)外的滲透壓差，進而降低了滲透效果。水蘇糖分子質(zhì)量相對較大但其黏度和山梨糖醇相當，這可能是該樣品的SG僅次于山梨糖醇和葡萄糖的原因。滲透120 min時，與蔗糖滲透樣品相比，低聚果糖（2.00 g/100 g）和低聚異麥芽糖（1.11 g/100 g）這兩種黏度較大的滲透液滲透的樣品SG最低。但是由于低聚果糖分子相對質(zhì)量最大（表1），該樣品SG高于低聚異麥芽糖樣品，因此在生產(chǎn)上低聚果糖對于產(chǎn)品的質(zhì)量增加以及生產(chǎn)成本的降低更具有優(yōu)勢。另外，隨著滲透時間的延長，在15 min之后各組SG增速呈現(xiàn)減緩趨勢，這主要是由于滲透前期高滲溶液迅速擴散至草莓組織的毛細管以及細胞間隙，且在植物組織表面形成高滲溶液分子層，從而減緩了樣品SG增大的速率。

如圖1B所示，各處理組的WL也呈現(xiàn)明顯差異，其中山梨糖醇處理組WL最高，葡萄糖和水蘇糖以及低聚異麥芽糖處理組的WL較高。該結(jié)果是由糖液的黏度、滲透壓以及其溶質(zhì)分子質(zhì)量共同作用造成的。由于滲透是一個緩慢的過程，即使在超聲等技術(shù)的輔助下滲透過程也很難在短時間內(nèi)達到平衡，因此滲透液黏度等特性對滲透過程的綜合影響仍需要進一步研究。

圖1 不同滲透液對草莓SG和WL的影響Fig. 1 Effects of different osmotic solutions on SG and WL of strawberries

Peleg和Weibull模型對實驗數(shù)據(jù)描述的結(jié)果如表2、3所示，不同滲透液滲透對草莓的傳質(zhì)動力學影響差異較大。、越大，說明滲透終點樣品傳質(zhì)速率越低。表2顯示蔗糖和低聚果糖處理組SG以及WL的均較大，說明在滲透初期蔗糖和低聚果糖處理組傳質(zhì)速率較低；果糖、葡萄糖、山梨糖醇處理組SG的較小，說明滲透初期這些處理組SG增速較快；葡萄糖、麥芽糖、低聚異麥芽糖以及山梨糖醇處理組WL的較小，表明滲透初期這些處理組樣品水分去除較快。Assis等研究表明由于山梨糖醇溶液滲透壓比蔗糖溶液大，因此在滲透蘋果塊過程中，山梨糖醇-蔗糖滲透液中山梨糖醇比例的增加能夠降低Peleg模型中WL的。由此推測，本研究中低聚異麥芽糖組WL的較小，可能是由于所用試劑為食品級，且低聚異麥芽糖為混合物，其中存在一些單糖、雙糖以及三糖等，能夠提高糖液的滲透壓，從而導致樣品失水速率較快。與蔗糖處理組SG的相比，低聚果糖和低聚異麥芽糖處理組的較大，山梨糖醇處理組的較小，其他處理組與蔗糖接近。因此實際應(yīng)用上，低聚糖的滲透速率存在一定的劣勢。

表2、3中所有均大于0.99，說明Peleg以及Weibull模型均可以較好地擬合和描述草莓的小分子糖滲透的傳質(zhì)動力學。另外經(jīng)比較，Peleg模型擬合結(jié)果中WL的均高于0.997，其殘差平方和除果糖、葡萄糖和麥芽糖醇處理組外均小于Weibull模型擬合結(jié)果；Weibull模型擬合結(jié)果中SG的均高于0.997，且除麥芽糖和低聚異麥芽糖處理組外，其他滲透組殘差平方和均小于Peleg模型擬合結(jié)果，因此在本研究中Weibull模型能夠更好地描述小分子糖滲透草莓的SG，而Peleg模型能夠更好地描述小分子糖滲透草莓的WL。Cheng Xinfeng等同樣使用Peleg模型很好地擬合了蔗糖滲透草莓的SG和WL。在果蔬滲透中，這兩個模型是十分常用的傳質(zhì)模型。由于這兩個數(shù)學模型均屬于經(jīng)驗或半經(jīng)驗模型，因此均能夠預測滲透平衡值，而本研究中Peleg和Weibull模型不能同時很好地描述樣品的WL和SG，是因為本研究滲透處理時間有限，模型對于實驗數(shù)據(jù)的描述具有一定的限制性。另外，比較兩模型的殘差平方和可以發(fā)現(xiàn)，在滲透過程中物料的可溶性固形物含量似乎能夠比水分含量先達到平衡。

表2 滲透動力學Peleg模型擬合Table 2 Peleg models applied to fit experimental data obtained during osmotic dehydration

表3 滲透動力學Weibull模型擬合Table 3 Weibull models applied to fit experimental data obtained during osmotic dehydration

2.3 不同種類糖滲透對真空冷凍干燥草莓共晶點和共熔點的影響

不同滲透液滲透草莓的共晶點和共熔點如表4所示。與未滲透處理組共晶點相比，滲透小分子糖后樣品的共晶點呈現(xiàn)下降趨勢，其中果糖、蔗糖、山梨糖醇、水蘇糖滲透的共晶點下降到-27 ℃以下，推測其主要原因是這幾種小分子糖的SG較高。Voelker等研究表明體系黏度越高，分子遷移率越低。不同糖的滲透導致草莓的SG和WL差異較大，因此草莓內(nèi)部組織液黏度發(fā)生明顯變化，導致不同糖滲透后草莓的共晶點發(fā)生顯著變化。

與未滲透處理組相比，不同糖滲透草莓塊的共熔點均顯著降低（＜0.05），這是由于新鮮草莓中的含水量較大，而溶質(zhì)的滲入會使體系中含水量降低，固形物含量增加，從而導致體系共熔點下降。葡萄糖和山梨糖醇滲透后共熔點下降趨勢最顯著，這與兩者具有較高的SG和WL相互印證。如表4所示，所有處理組的共熔點均高于共晶點，這是由于冰晶形成的速度要大于冰晶融化的速度。

表4 不同滲透液滲透處理真空冷凍干燥草莓的共晶點和共熔點Table 4 Eutectic point and melting point of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions

2.4 不同種類糖滲透對真空冷凍干燥草莓質(zhì)構(gòu)的影響

質(zhì)構(gòu)是果蔬干制品感官品質(zhì)的重要評判指標。不同糖對真空冷凍干燥草莓硬度和脆度的影響如圖2所示。由于滲透過程中溶質(zhì)的進入，隨著水分含量降低其結(jié)晶能夠?qū)ξ锪辖M織起到填充和支撐的作用，在一定程度上避免了物料在凍干過程中的塌陷、皺縮，從而改變了物料的硬度和脆度。與未滲透的真空冷凍干燥草莓相比，處理組的硬度均顯著提高（＜0.05），提高了94.58%～223.23%，表明不同小分子糖滲透對硬度影響較大；與未滲透處理組相比，果糖、葡萄糖、山梨糖醇處理組的脆度分別降低了16.70%、20.74%和41.45%，其他處理組脆度則提高了8.65%～39.04%。

圖2 不同滲透液滲透處理真空冷凍干燥草莓的質(zhì)構(gòu)特性Fig. 2 Texture characteristics of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions

圖3所示的不同滲透處理真空冷凍干燥草莓微觀結(jié)構(gòu)能夠進一步解釋樣品硬脆度的變化。與未滲透處理組（圖3A）較為規(guī)則的孔隙結(jié)構(gòu)相比，不同處理組的組織均出現(xiàn)不同程度的破壞，由于滲透作用均形成了更多脆弱且不規(guī)則的孔隙結(jié)構(gòu)，因此大部分處理組的脆度均有所提高。如圖3C所示，葡萄糖滲透草莓的孔隙結(jié)構(gòu)破壞程度較大，基本喪失規(guī)則的孔隙結(jié)構(gòu)，微觀組織結(jié)構(gòu)較為緊密，因此該組樣品硬度顯著提高。果糖滲透處理組微觀結(jié)構(gòu)（圖3B）十分不均勻，且孔隙較小，這可能是其脆度較低的原因之一。低聚異麥芽糖（圖3G）和低聚果糖（圖3F）滲透處理組孔隙較大，可誘發(fā)崩解行為峰的個數(shù)更多，因此顯著提高了草莓的脆度。由于水蘇糖滲透處理組（圖3H）孔隙極不均勻，同時存在致密的小孔和較大的孔隙，因此該樣品硬度和脆度也均顯著提高。山梨糖醇滲透處理組（圖3J）微觀結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)較多處山梨糖醇粘黏的現(xiàn)象，這可能是導致其脆度降低的主要原因。Allahdad等同樣發(fā)現(xiàn)滲透使得干燥的石榴皮微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變形、扭曲和破壞。造成此結(jié)果的原因可能有兩方面，一方面隨著溶質(zhì)濃度的升高，凍結(jié)過程中形成的冰晶隨之變小，由圖1A可知，低聚異麥芽糖和低聚果糖的SG較低，因此預凍過程中能形成更大的冰晶，使得低聚異麥芽糖和低聚果糖處理組形成了更大的孔隙結(jié)構(gòu)；另一方面，在低溫條件下，溶質(zhì)與水結(jié)合形成冰核的過程受到溶質(zhì)與水分子間氫鍵數(shù)量、溫度、濃度以及濃縮效應(yīng)等多個因素的影響，由此可能導致樣品凍結(jié)時冰晶形態(tài)產(chǎn)生差異，進而影響凍干后草莓的微觀結(jié)構(gòu)。

圖3 不同滲透液滲透處理真空冷凍干燥草莓的微觀結(jié)構(gòu)Fig. 3 Microstructure of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions

2.5 不同種類糖滲透對真空冷凍干燥草莓水分含量、水分活度、水分狀態(tài)和Tg的影響

水分含量、水分活度、水分狀態(tài)和能夠反映產(chǎn)品的貯藏穩(wěn)定性。由表5可知，不同糖滲透處理后真空冷凍干燥草莓的水分含量以及水分活度均低于未滲透處理組。結(jié)合樣品硬度分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水分活度和水分含量越低，產(chǎn)品的硬度越大，這與Serra等的研究結(jié)果一致。除了果糖、葡萄糖、山梨糖醇以及水蘇糖處理組，其他處理組的均高于未滲透處理組。在凍干過程中，物料受到形狀、表面積、密度、受熱等不同因素的影響，因此凍干并不是一個均勻的干燥過程，樣品表面以及樣品內(nèi)部各部分的干燥條件不能保證完全一致，果糖的滲透顯著降低了草莓的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，因此果糖滲透處理組樣品組織內(nèi)部水分的升華在凍干過程中更容易由于不均勻的干燥受到阻礙，產(chǎn)生潛熱，造成組織內(nèi)局部融化，產(chǎn)生圖3C所示微觀結(jié)構(gòu)中孔隙結(jié)構(gòu)明顯不均勻的情況，從而影響樣品的硬、脆度。

表5 不同滲透液滲透處理真空冷凍干燥草莓的水分含量、水分活度和TgTable 5 Moisture contents, water activity and Tg of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions

由圖4可見，結(jié)合水是樣品中水分的主要存在方式，其對應(yīng)弛豫時間為0.1～10 ms范圍的峰。與未滲透處理組相比發(fā)現(xiàn)，滲透作用能夠提高真空凍干草莓的結(jié)合水含量，這是由于小分子糖與水分子之間存在水合作用，滲透脫水增加了水合位點，在凍結(jié)與干燥過程中更多的水分子可能與小分子糖共同結(jié)晶。其中，果糖滲透樣品結(jié)合水含量增量最高。另外，由圖5可知，除果糖和山梨糖醇外，不同糖的滲透對真空凍干草莓的吸濕率影響較小，說明除果糖以及山梨糖醇外，本研究所選用其他種類的糖在真空凍干草莓的貯藏過程中不會加劇草莓的吸濕。山梨糖醇和果糖組吸濕較快且吸濕率較高，在測定滲透后真空冷凍干燥草莓硬脆度的過程中，山梨糖醇和果糖組可能由于吸濕而導致樣品脆度顯著降低。

圖4 不同滲透液滲透處理真空冷凍干燥草莓的水分狀態(tài)分布Fig. 4 Distribution of water state in freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions

圖5 不同滲透液滲透處理真空冷凍干燥草莓的吸濕性Fig. 5 Hygroscopicity of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions

2.6 不同種類糖滲透對真空冷凍干燥草莓塊色澤和風味的影響

由表6可知，與未滲透處理組相比，不同糖超聲輔助滲透處理草莓對真空冷凍干燥草莓的色澤有顯著影響；不同處理組顯著提高了真空冷凍干燥草莓的*值，顯著降低了樣品的*值，另外除果糖處理組，其他處理組均顯著降低了樣品的*值，這可能與超聲滲透過程中草莓中的水溶性花色苷滲出有關(guān)，也可能與干燥后樣品中糖對光的吸收和折射有關(guān)。Δ分析結(jié)果表明果糖滲透對樣品色澤的影響最小，低聚果糖對樣品色澤的影響最大。另外經(jīng)測定，新鮮草莓的*值為30.20±0.70，*值為10.14±0.55，*值為9.15±1.16，未滲透的草莓與新鮮草莓的色澤差異較大，Δ為8.86，說明雖然真空冷凍干燥能夠盡可能地保留產(chǎn)品的外觀，但是對于產(chǎn)品的色澤依舊有不利影響。

表6 不同滲透液滲透處理真空冷凍干燥草莓的色澤Table 6 Color parameters of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions

不同糖滲透對真空冷凍干燥草莓風味的影響如圖6所示。感受器W1C、W5S、W3C、W6S、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W和W3S分別對芳香成分、氮氧化合物、氨水/芳香成分、氫氣、烷烴芳香成分、甲烷、硫化物、乙醇、有機硫化物以及烷烴敏感。從圖6中可以看出，不同處理的樣品的風味主成分差異在不同風味維度的變化程度不同。糖滲透后的凍干草莓風味主成分為氮氧化合物、硫化物以及有機硫化物。未滲透的真空冷凍干燥草莓風味成分中含有更多的氮氧化合物，而葡萄糖處理組含有更多的硫化物。低聚異麥芽糖處理組風味與新鮮草莓風味較為接近，但是由于新鮮草莓試樣為鮮基，因此1 g試樣的風味并不濃郁。綜上，滲透和凍干過程能夠使草莓風味更加濃郁，但低聚異麥芽糖滲透的效果甚微。

圖6 不同種類糖滲透處理真空冷凍干燥草莓的風味Fig. 6 Flavor profile of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions

2.7 不同種類糖滲透對真空冷凍干燥草莓的總酚含量以及抗氧化能力的影響

新鮮草莓的總酚含量為（37.48±0.87）mg/g（干基），與未滲透的凍干草莓相比，總酚含量差異不大，說明真空冷凍干燥較好地保留了草莓中的總酚。新鮮草莓總酚含量略低于真空冷凍干燥草莓總酚含量可能是因為真空冷凍干燥導致樣品中結(jié)合酚的共價鍵以及非共價鍵斷裂，使樣品酚類物質(zhì)能夠提取得更加徹底。表7為不同滲透處理凍干草莓的總酚含量以及抗氧化能力。與未滲透處理組相比，各滲透處理組總酚含量以及抗氧化能力均不同程度的降低。葡萄糖、水蘇糖以及山梨糖醇處理組SG較高（圖1A），其總酚保留率以及抗氧化能力相對較低，而SG較低的低聚異麥芽糖和低聚果糖的總酚含量和抗氧化能力處于較高的水平?？赡苁怯捎谠诟邼B溶液中的傳質(zhì)過程導致草莓組織的花青素、類黃酮等酚類物質(zhì)流失，造成了未滲透處理組總酚含量和抗氧化能力均顯著高于各滲透處理組，并且高的傳質(zhì)效率導致酚類物質(zhì)更快地流失。盡管果糖、葡萄糖、木糖醇等溶質(zhì)具有還原性，可能會對草莓中的酚類物質(zhì)能夠起到一定的保護作用，但是由于不同糖滲透率不同以及草莓細胞的破壞程度不同，因此滲透后真空冷凍干燥草莓的總酚含量和抗氧化能力需進一步綜合考察分析。

表7 不同滲透處理真空冷凍干燥草莓的總酚和抗氧化能力Table 7 Total phenol contents and antioxidant capacity of freezingdried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions

3 結(jié) 論

本實驗研究了不同種類小分子糖的滲透特性及其對真空冷凍草莓脆片品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)相同濃度不同種類小分子糖滲透處理對凍干草莓硬度和脆度、水分狀態(tài)、吸濕性、風味等理化和營養(yǎng)品質(zhì)的影響呈現(xiàn)較大差異。單、雙糖以及糖醇在滲透速率和質(zhì)量增加方面存在明顯優(yōu)勢，但也存在產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)品質(zhì)不佳以及含糖量高的弊端，另外糖醇滲透處理的草莓吸濕性較強，不利于保藏。低聚糖具有明顯的益生功效，在生產(chǎn)健康的休閑食品方面具有較好的前景。與生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的蔗糖相比，低聚果糖表現(xiàn)出幾個明顯的優(yōu)勢，一是可顯著改善凍干草莓的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)，使產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)品質(zhì)與蔗糖滲透產(chǎn)品接近；二是低聚糖具有能量低和明顯的益生功效；三是生產(chǎn)成本較低。其他糖均不能同時滿足以上3 個條件。唯一不足是低聚糖的滲透速率相對較慢，但這可以通過延長滲透時間或提高滲透溫度等手段解決。從生產(chǎn)效率、感官品質(zhì)、營養(yǎng)健康和生產(chǎn)成本等方面綜合考慮，低聚果糖是一種可用于果蔬滲透預處理的商品小分子糖。