果蔬渗透脱水技术研究进展

张晓敏，兰彦平，周连第，潘思轶，田金强，*

（1.北京市农林科学院农业综合发展研究所，北京 100097；2.华中农业大学食品科技学院，湖北 武汉 430070）

渗透脱水是指在一定温度下，将果蔬浸入高渗透压溶液中除去部分水分的一种方法。在渗透脱水过程中主要存在两个相反的过程，原料中的水分渗出和溶液中的溶质渗入，同时还有原料中少量可溶性物质的溶出[1]。渗透脱水是一种特殊的脱水方式，以分子自由扩散为基础，其传质速率取决于植物细胞膜两边溶质与水的浓度差。渗透脱水与其他脱水方式相比，不但节能，而且有助于改善产品的组织结构，抑制褐变的发生及提高干制品的复水性[2]。目前渗透脱水技术主要应用于果蔬干燥的前处理、果脯和浓缩果汁的加工等。国内已将渗透脱水技术应用于胡萝卜、蓝莓、苹果、木瓜、茄子、猕猴桃、圣女果、莴笋、龙眼、甘薯、红薯、芒果、马铃薯等的相关产品加工，国外已报道应用渗透脱水技术的果蔬有杏、木瓜、苹果、芒果、西瓜、柚子、石榴、南瓜、胡萝卜、黄瓜、洋葱、板栗、红辣椒、樱桃、芦荟、番茄、芒果、马铃薯、蘑菇、菠萝、哈密瓜、香蕉等，渗透脱水作为绿色、节能的脱水技术已经引起国内外学者的广泛关注。本文对影响果蔬渗透脱水效果的因素、提高物质迁移的方法及其在果蔬干制中的应用进行综述，以其为果蔬渗透脱水技术的研究和开发提供指导。

1 影响果蔬渗透脱水的因素

影响果蔬渗透脱水的因素很多，国内外主要围绕以下因素展开研究。

1.1 原料组织特性

对于果蔬原料，其体积大小、密度、坚实程度、多孔结构、细胞间距、不溶性固形物与可溶性固形物的含量、水溶性果胶和原果胶的含量及表皮蜡质含量的高低等都影响着果蔬渗透脱水的效果[3]。因此，原料脱水前要进行针刺、划线、去皮、漂烫等前处理以便提高脱水效果。

1.2 渗透溶质

渗透脱水时都希望提高产品失水率、同时尽量减少溶质的渗入，即WL/SG值大（水分散失率/固形物增加率），因此渗透溶质的选择是渗透脱水的关键。常用溶质有蔗糖、葡萄糖、果糖和氯化钠等，糖通常用于水果的渗透脱水，氯化钠用于蔬菜的渗透脱水。渗透溶质分子量及其离子行为都影响着水分的去除和固形物的渗入。溶质的分子量越小，产生的渗透压越大，所用的溶质就越少。若溶质能离解为离子，则能提高渗透压，溶质用量可以减少，如10%～15%的氯化钠溶液与60%的蔗糖溶液渗透压相当。

Remi Saurel等证实，渗透过程中固形物的增加量与溶质分子量有关，溶质分子量大固形物增加不明显，若溶质分子量小，则固形物的增加量与时间成正比[4]。Ertekin等研究指出两种溶质结合使用脱水效果更好[5]。Ozdemir等研究表明，盐溶液和山梨醇混合，相比单一盐溶液脱水青椒的感官品质提高，同时也减少了盐的渗入[6]。

1.3 渗透溶液浓度

渗透溶液的浓度越高，果蔬的失水率越大，同时固形物的增加率也随之增大。Figen等研究表明渗透脱水率随渗透液浓度和温度的增加而增加[7]。但浓度过高会导致渗透液黏稠增加而影响搅拌，因此浓度不能无限制地增加。渗透液适宜的浓度取决于原料及渗透溶质的特性和加工要求，通常采用约65 Brix的糖溶液或5%～15%的盐溶液建立渗透体系。

1.4 渗透溶液温度

渗透脱水是一个物质传递的过程，提高温度可以加快传质速率[8]。但产品固形物的增加随温度升高而增大，降低WL/SG值，还可能发生组织酶促褐变和风味物质的溢出，使果蔬的感官品质下降。最佳的渗透脱水温度取决于果蔬本身的性质，通常温度不高于45℃。

1.5 渗透溶液与原料的质量比

渗透溶液与原料的质量比越大，在渗透过程中渗透液浓度越稳定，脱水效果越好，但渗透液的大量使用会造成生产成本的增加，一般要求渗透液是物料的10倍左右。众多研究表明，渗透脱水除去果蔬中50%左右的水分最符合经济效益[9]。

1.6 渗透时间

水分从果蔬组织进入渗透液需要一定的时间。Burhan等[10]证明影响胡萝卜渗透脱水过程中水分散失的主要因素是处理时间和蔗糖浓度。若渗透时间过长会影响果蔬感官品质和营养品质的下降，还可能引起微生物的污染。一般适宜的渗透时间控制在5 h～6 h。

2 提高物质迁移速率的方法

促进物质迁移是提高渗透脱水速率的关键，报道的方法有搅拌、高静压力、脉冲电场、超声波、真空、离心和超临界二氧化碳处理等。

2.1 搅拌

Figen等在研究豌豆渗透脱水时发现，搅拌和不搅拌失水率分别为50%、35%[11]，可见搅拌可提高果蔬的失水率。Mavroudis等研究苹果渗透脱水中搅拌的作用，发现搅拌可明显提高水分迁移速率和原料失水率，但对产品固形物的增加率影响不明显[12]。Raoult等研究表明，搅拌还可降低产品固形物的增加率[13]。可见渗透脱水过程中的搅拌非常必要，尤其是对采用高浓度溶质的渗透脱水过程。但搅拌要温和，避免损伤果蔬组织。

2.2 高静液压

高静液压可破坏组织细胞膜，使细胞渗透性增大，从而使渗透脱水过程中的传质速率增大。Rastogi等[14]在菠萝渗透脱水过程中采用高静液压处理，其失水率比不处理的样品高，但同时也导致了产品固形物的增加。随着处理压力的提高，失水率反而降低，这可能是由于细胞膜半透性的破坏降低了水分散失的缘故。

2.3 脉冲电场

脉冲电场由于处理时间短、热负作用小、能耗低等优点成为食品加工的又一新技术。脉冲电场处理应用于渗透脱水中，可增加细胞的渗透性。Taiwo等研究了脉冲电场对苹果渗透脱水的影响，结果表明脉冲电场处理在增加组织失水率的同时，还可降低固形物增加率[15]。而Lai等研究表明，脉冲电场前处理芒果渗透脱水，虽然组织失水率增加，但固形物增加率也随之增大[16]。可见脉冲电场对渗透脱水中固形物的影响还有待于进一步研究。此外，脉冲电场处理还可提高渗透果蔬的品质。Ade-Omowaye等对比脉冲渗透脱水和渗透脱水处理红辣椒，表明脉冲处理后的红辣椒抗坏血酸和矿物质保留较多[17]。

2.4 超声波

超声波渗透脱水产生一系列快速的收缩和扩张，提供的机械力高于水果内部毛细管产生的表面张力，产生微小的渠道有利于水分除去，但任何频率的超声波对果蔬组织结构和细胞结构都不产生破坏作用，在方式上类似海绵效应[18]。除此之外还有超声波产生的空穴，能除去结合力强的水分。应用超声波渗透脱水可在较低的渗透液温度下获得较高的WL/SG值，同时果蔬中的天然风味、色泽和营养成分在加工中损伤减少。

超声波渗透脱水的传质速率依靠压力和频率[19]。Lenart等实验发现，超过临界值后随着超声波强度的增加，物质扩散速率相应提高[20]，而Sajas等的实验表明，物质扩散速率随超声波频率的增加很微弱[21]。可见超声波处理对物质扩散的作用效果及其影响因素还有待于进一步研究。

2.5 真空

真空对多孔性原料的影响较大。当真空处理后，毛细管被渗透液填满，增加了渗透界面的面积，使得物质迁移速率高于常压下的处理，由于压力差和毛细管的作用，真空可提高物质迁移速率。但真空处理不会影响固形物的增加率，这一点已经由Shi等[22]证明。此外，真空渗透使原料气孔中充满渗透液，使一些大分子物质容易渗入果蔬组织，因此果脯尤其低糖果脯加工的前期脱水可采用真空处理。

2.6 离心

离心不但提高失水率，还可降低固形物增加率。如苹果和马铃薯渗透脱水过程中采用离心处理，可使失水率提高15%、固形物增加率降低80%[23]。因此渗透脱水过程中采用离心处理，在除去水分的同时还可防止产品固形物的增加。

2.7 超临界二氧化碳

国外研究了超临界二氧化碳对果蔬渗透脱水的影响[24]，结果表明，该处理不但不能提高失水率，还增加了产品固形物的增加量。因此超临界二氧化碳处理不适宜应用渗透脱水中。

3 联合干燥

在生产脱水干制品时通常把渗透脱水作为干燥的前处理工艺，将原料脱去部分水分之后，再利用其它干燥方式进一步脱水。这就涉及到联合干燥技术，常见的有渗透脱水—热风干燥、渗透脱水—真空干燥和渗透脱水—冷冻干燥等。

3.1 渗透脱水—热风干燥

渗透脱水作为热风干燥的前处理，有助于生产工艺的节能减排和产品品质的提高。Lenart等[20]研究表明，渗透脱水后的果蔬水分活度能达到0.6～0.7，进一步干燥时间可缩短10%～65%。Lombard等[25]对木瓜的渗透脱水—热风干燥研究表明，同未渗透脱水干燥相比，空气干燥所用时间从1130 min降到397 min。在对产品品质的影响方面，Prothon等[26]对苹果的研究表明，渗透脱水形成的空隙可影响水分和固形物的迁移速率、改变果蔬微观结构和导致产品在热风干燥后的硬度增加。但产品的复水性和断裂应变力却提高了，这可能是由于固形物渗入组织多空隙结构的缘故。

3.2 渗透脱水—真空干燥

Rodríguez等研究表明，相比未渗透脱水干燥工艺，渗透脱水—真空干燥产品细胞结构保持完好、脆度增加、质地多孔复水性好、干燥时间也缩短了很多[27]。

3.3 渗透脱水—冷冻干燥

冷冻干燥往往需要消耗大量的能源。经渗透脱水后，果蔬体积变小，可使冷冻干燥的负载和加工能力提高3倍，且冷冻期间的能源消耗降低。同时渗透脱水—冷冻干燥产品的颜色、风味和营养成分也保留较好[28]。

4 小结与展望

干燥或脱水技术是以提高产品品质和减少能耗为主要目标。热风干燥、冷冻干燥和真空干燥都被认为是一种高成本高耗能的脱水方法。但将渗透脱水与以上干燥方法有机联合，产品的干燥时间可缩短10%～15%，能耗可降低25%以上，而且产品在色泽、形态、复水以及风味等方面也显著改善，有利于提高产品的经济效益。特别在签署京都议定书后，对于占全球34%能源消耗的脱水工业，研究其节能加工方式具有重大的意义。尽管人们在渗透脱水技术的应用方面做了大量的研究，但在渗透脱水各要素之间的相互影响以及渗透脱水与其它干燥技术的衔接方面仍需进一步研究。随着渗透脱水理论研究和应用研究的不断深入，以及高新技术与渗透脱水技术的不断融合，渗透脱水作为食品加工的预处理方法和加工方法必将得到广泛应用。

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