菠萝真空渗糖工艺的优化及其对品质的影响

余洋洋，毛雅萱，余元善

（1.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，农业部功能食品重点实验室广东省农产品加工重点实验室，广东广州 510610；2.广州中学，广东广州 510000）

0 引言

菠萝（Ananascomosus） 又名凤梨、黄梨，属凤梨科凤梨属草本作物，是热带亚热带名果之一，与香蕉、柑橘合称世界上三大类重要的热带水果[1]，富含果糖、葡萄糖、氨基酸、有机酸、蛋白质、粗纤维、钙、磷、铁、维生素、酶等多种营养物质[2]。菠萝大量在夏季上市，气候炎热，不耐贮藏，在运输中腐烂率较高，从而严重影响热带水果产业的效益和农民增收。因此，菠萝的加工利用已成为我国果业发展的当务之急[3]。菠萝糖酸比适中、质构松软，是制作果脯蜜饯的上好原料。而渗糖是菠萝蜜饯制作过程中的关键步骤，对菠萝蜜饯的口感和营养品质具有重要影响。水果渗糖是在一定温度下，将水果或蔬菜浸入高渗透压的糖液中，利用细胞膜的半渗透性，使物料中水分转移到溶液中，达到除去部分水分的一种技术[4]。传统的渗糖方式存在时间久、渗糖率低、营养损失严重等问题[5]。

真空渗糖是通过抽真空将果实内的气体排除，减小了果实组织对糖分渗透时的阻力，利用细胞膜的半渗透性，使其水分快速转移到渗透液，能够很好地保持干燥样品的组织结构和风味物质，并提高固形物含量，减少营养物质损失[6]。该方法可在较短的时间内脱去样品中部分水分，提高糖液的渗透效率[7]；同时，减少了与空气中氧离子的接触，降低了多酚氧化酶的活性，能较大程度地保持原果风味等[8]。

以菠萝蜜饯真空时间、料液比、真空度3个因素为变量，以可溶性固形物为响应值，对菠萝的真空渗糖条件进行了优化；其次比较在常压和真空条件下渗糖的失水率、增固率，以探究真空渗糖对质量传递的影响；最后，比较常压和真空条件渗糖制得的菠萝蜜饯的色泽、质构、营养品质，探究真空渗糖对菠萝蜜饯品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜菠萝，市售；蔗糖、硫酸、苯酚等，均为分析纯；Folin-Ciocalteu试剂（分析纯），上海源叶生物科技有限公司提供。

1.2 仪器与设备

PAL-1型手持糖度计，爱拓公司产品；JJ1000型电子天平，常熟市双杰测试仪器产品；101-3ABS型电热鼓风干燥箱，上海恒科实业有限公司产品；Ultra Scan VIS型色差仪，Hunter公司（德国） 产品；TA-XT.PLUS型质构仪，SMS公司（英国） 产品；UV-1800型紫外分光光度计，日本岛津公司产品；Sorvall Stratos型高速冷冻离心机，美国Thermo Scientific公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

菠萝去皮、切块→护色、硬化→渗糖→沥干水分→烘干→成品。

1.3.2 原料预处理

将无虫蛀、成熟度较高，但尚未软化的菠萝去皮，切片厚度约1 cm，再十字交叉纵切成4块扇形，用生理盐水冲洗；将清洗后的菠萝用质量分数0.4%的异抗坏血酸钠和质量分数0.5%CaCl2浸泡护色、硬化处理1 h，沥干水分。

1.3.3 响应面试验

配制质量分数50%的糖液。在不同真空度0.04，0.06，0.08 MPa；不同抽真空时间10，20，30 min；不同料液比1∶1，1∶2，1∶3，以总糖含量为响应值，进行三因素三水平的响应面设计。将渗透脱水后的菠萝在55℃的热泵干燥箱中脱水至水分含量0.30±0.1 d·w，干燥结束后得到菠萝蜜饯。

真空渗糖响应面优化因素水平见表1。

表1 真空渗糖响应面优化因素水平

1.3.4 可溶性固形物的测定

可溶性固形物含量采用手持折光仪测定法测定，各含量以湿基含量计。

1.3.5 色差

采用全自动色差仪测定干燥后产品的色度。其中，L*表示样品黑白程度，a*代表样品红绿程度，b*表示样品红蓝程度，ΔE为两点之间的变化值。为准确测定颜色的变化，每组样品做3个平行试验，每个试验测2次。总色差值ΔE按下式计算[9]。

以仪器白板色泽为标准，依CIELAB表色系统测量样品的L*，a*和 b*值。

1.3.6 质构

参考罗树灿等人[10]的方法，采用型号为TMS 10 mm Steel的圆柱加载压头，压头面积为78.5 mm2。测试时，将菠萝蜜饯平放在实验台上，对中间平坦部位进行测试。TPA设定参数为预测试速1 mm/s，测试速率0.5 mm/s，触发值5 g，返回速率1 mm/s，压缩形变率30%，恢复等待时间10 s，随机选取5个样品，结果取平均值。测定指标包括硬度、黏附性、内聚性、弹性、胶黏性和咀嚼性。

1.3.7 感官评定

选择10名学习过食品感官评定的相关人员，对产品进行感官评定，每项指标评分取10次的平均值。

感官评分标准见表2。

表2 感官评分标准

1.3.8 营养成分的测定

总糖的测定采用硫酸-苯酚法，以葡萄糖为标准；还原糖的测定采用3,5-二硝基水杨酸法[11]；可滴定酸含量采用直接滴定法测定，以苹果酸计；总酚的测定采用Folin-Ciocalteu法[12]，以没食子酸为标品；维C含量以2,6-二氯靛酚法测定[13]，以每克干基表示。

2 结果与分析

2.1 响应面结果分析

响应面结果与分析见表3。

通过响应曲面法以菠萝中可溶性固形物为响应值，以真空时间（A）、料液比（B）、真空度（C）为自变量，对试验结果进行线性拟合分析，得到各变量方差分析。得到拟合方程：

表3 响应面结果与分析

回归方差分析见表4。

表4 回归方差分析

上述结果表明，此模型的F值为451.67，p＜0.000 1，极显著；失拟项F值为1.71，p值为0.301 3，不显著，说明回归方程对试验拟合的情况较好。校正模型的相关系数 R2为0.998 3，决定系数R2Adj为0.996 1，说明选用的模型和实际情况拟合较好、误差小，能较好反映出各因素感官评分之间关系。一次项中，真空时间对可溶性固形物的线性效应不显著（p＞0.05），料液比、真空度对可溶性固形物的线性效应极显著 （p＜0.001），二次项中 B2，B2，C2，AB，AC，BC影响均极显著（p＜0.01）。由F值可知，在试验范围内各因素对感官评分的影响大小依次为C＞B＞A。

2.2 交互作用影响结果

真空渗糖对菠萝可溶性固形物影响的响应面图见图1。

图1 真空渗糖对菠萝可溶性固形物影响的响应面图

根据软件得出的回归模型各因素相互之间作用的曲面图。料液比、真空度的曲面显示变化均比较陡峭，说明浸泡时间、超声时间对脱盐率影响显著，相比之下，真空时间的曲面变化较为缓和，说明真空时间比对菠萝蜜饯渗糖的影响不如料液比、真空度显著，与方差分析结果一致。通过回归模型的分析，以可溶性固形物为评价指标，真空时间、料液比、真空度分别为61 min，1∶2，0.6 MPa。在此条件下，模型预测的可溶性固形物为45 Brix。为了检验响应曲面的可行性，对分析得到的最优添加进行试验验证，进行3组平行试验，得到渗糖后菠萝可溶性固形物的平均值为44.76 Brix，实际值与理论值基本相符，说明模型对菠萝真空渗糖条件的优化接近，具有一定的实用价值。

2.3 真空渗糖对菠萝质量传递的影响

菠萝在渗糖过程中增固率与失水率见图2。

图2 菠萝在渗糖过程中增固率与失水率

在响应面优化后的菠萝真空渗糖条件下，以常压渗糖为对照，探究真空渗糖对菠萝质量传递的影响。渗糖过程中，菠萝和渗透液中的可溶性固形物含量差距较大，产生的渗透压较大，菠萝的失水和固形物获得的速率较大，随着物质的转移，菠萝和渗透液可溶性固形物的含量逐渐接近，达到平衡状态[14]。真空渗糖与常压渗糖相比，能显著提高菠萝固形物的获得率与失水率，渗糖6 h时，真空渗糖比常压渗糖的固形物获得率和失水率均提高了。此外，真空渗糖和常压渗糖固形物获得率与失水率基本达到平衡所需时间，分别为30 min和60 min，表明了真空渗糖能提高渗糖效率。徐英英等人[15]对胡萝卜研究同样发现了真空能够渗糖提高速率。这可能是因为真空压力的作用使细胞间隙被渗透液填满，进而增加渗透液与细胞的接触面积，毛细管作用增强，物质迁移速率也随之提高[15]。

2.4 真空渗糖对色泽的影响

真空渗糖对菠萝蜜饯色泽的影响见表5。

表5 真空渗糖对菠萝蜜饯色泽的影响

菠萝切片后以50 Brix的糖液为渗透液，以1∶2的料液比，分别在常压和60 kPa真空条件下渗糖6 h，在热泵干燥箱中脱水至40%获得菠萝蜜饯，与常压渗透脱水相比，L值，a*值，b*值和ΔE均出现显著性差异，说明菠萝蜜饯的色泽有显著变化。其中，L值大小顺序为常压渗糖＞真空渗糖；而a*值，b*值的变化趋势与L值相同，说明渗糖处理制得的菠萝蜜饯绿色偏向红色、由黄色偏向蓝色，而真空渗糖制得的蜜饯对色泽的影响大于常压渗糖制得的菠萝蜜饯，可能原因是渗糖处理具有一定的护色作用，盛金凤等人[17]同样发现，真空能够改善芒果果脯的色泽。这可能是因为真空条件下，减少了与氧气的接触，抑制了果肉褐变的发生。

2.5 真空渗糖对质构的影响

真空渗透脱水对菠萝蜜饯质构的影响见表6。

表6 真空渗透脱水对菠萝蜜饯质构的影响

质构是影响产品可接受程度的重要感官品质属性之一，适宜的硬度和脆度可以提高产品口感。干燥产品的质构特性依赖于细胞基质及组织内可溶性固形物与水分子的交互作用[18]。内聚性又称凝聚性，指物体维持原有形态所需要的内应力；咀嚼性与食品的硬度、弹性、凝聚性有关，它是指将固体食物咀嚼到能够被吞咽状态所需要的能量。与常压渗糖方式相比，真空渗糖对菠萝的硬度、咀嚼性均有显著的影响（p＜0.05），其中硬度和咀嚼性均显著降低。真空条件下会导致细胞间隙变大，蔗糖充分渗入，干燥后其结构组织坚实、孔隙度降低及弹性的损失等。由于分子量或分子结构的不同，导致不同的糖液与桃片内部水分子交互作用程度不同，从而对硬度及脆度影响不同。此外，在干燥过程中，桃片表面会形成致密的结晶，从而增加硬度、降低脆度[6]。综合质构各项指标，真空渗糖相对常压渗糖得到的果脯对改变菠萝蜜饯的质构具有显著影响。

2.6 感官评定

真空渗糖对菠萝蜜饯感官评分的影响见表7。

经过真空渗糖后制得的菠萝蜜饯比常压渗糖制得的菠萝蜜饯感官评分有显著提高（p＜0.05），感官评分总分达到82.73分，比传统的常压渗糖提高了21.32%，说明真空渗糖制得的菠萝蜜饯能有效改善菠萝蜜饯的感官品质。

表7 真空渗糖对菠萝蜜饯感官评分的影响/分

2.7 营养成分

真空渗糖对菠萝蜜饯营养成分的影响见表8。

表8 真空渗糖对菠萝蜜饯营养成分的影响

真空渗糖制得的菠萝蜜饯总糖、还原糖、总酚和维C的含量显著高于传统的常压渗糖。其中，真空渗糖制得的菠萝蜜饯总糖为56.26 g/100 g，比常压渗糖高23.35%，而还原糖的含量也显著提高，可能原因是渗透脱水过程中大量的蔗糖进入菠萝，并在渗糖的过程中部分蔗糖转化为果糖和还原糖[19]。真空渗糖制得的菠萝蜜饯总酚、维C的含量也显著高于传统常压渗糖，分别为4.25%，12.18%，这可能是真空渗糖过程中氧气接触的时间短、干燥速率快，减少了与氧气的接触，从而减少了总酚和维C的损失[20]。由此可见，真空冷冻干燥能够减少菠萝营养成分的损耗，菠萝蜜饯中总糖、还原糖、总酚、维C的含量均显著高于传统常压渗糖[21]。

3 结论

用质量分数为50%的蔗糖溶液，当真空时间61 min，料液比1∶2，真空度0.6 MPa时，菠萝的固形物含量最高，达到44.76 Brix；其次，真空渗糖能够提高失水率、增固率，促进质量传递，与传统常压渗糖相比，时间缩短了50%；同时，改善菠萝蜜饯，色泽、质构和营养品质，其中感官评分提高了21.72%，为后期真空渗糖工艺在菠萝蜜饯的工业化生产中的应用提供了理论依据。