去皮方式对黄桃渗透脱水组合干燥特性及理化品质的影响

王凤昭，吕 健，毕金峰*，辛 广，章 印，于笑颜

（1 沈阳农业大学食品学院 沈阳110866 2 中国农业科学院农产品加工研究所 农业农村部农产品加工重点实验室 北京100193）

黄桃，蔷薇科桃属，果皮、果肉均呈现金黄色或橙黄色[1]，富含维生素C、膳食纤维、类胡萝卜素、铁钙及多种微量元素[2]。黄桃多用于加工成罐头、果干等产品，去皮是黄桃加工的首要环节。因此探究去皮方式对黄桃加工及终产品品质的影响对黄桃产品品质保持与改善具有重要意义。传统的去皮方法包括人工法、机械法、热碱去皮法等，其中热碱去皮法是现在工业化生产的主要方法，高温下热碱液（8%～12%，95～100 ℃）表现出强烈的腐蚀和降解作用，使细胞壁中果胶分子的α-1，4 糖苷键断裂，进而达到溶解果皮的效果；同时也易导致果皮过度溶解，果肉组织破坏，影响果肉品质，此外废水中的残碱以及重金属残留等问题[3]是导致黄桃加工企业环保压力大的重要原因。基于此，国内外学者从不同角度开展了果蔬去皮技术的研究，如Wang 等[4]、Gao 等[5]对不同超声结合碱液去皮条件进行了探索，与手工、热水、超声结合热水及碱液去皮进行比较，认为超声处理在去皮过程中产生的机械和化学作用使细胞壁物质（主要是果胶、纤维素等）发生降解并促进了碱液在果皮中的快速扩散，进而达到快速高效去皮的效果，当碱液浓度为0.5 mol/L，超声功率为270 W/L，去皮温度90 ℃，时间90 s 时，黄桃去皮效率最高，并保持了较好的色泽品质，然而，作用时间较长、温度较高，黄桃果肉的质构品质没有得到更好的保持。Toker 等[6]认为果皮对生物酶的吸收能力是影响去皮效率的重要因素，高温和长时间（41～46℃，44～54 min）的去皮条件下，添加的生物酶溶液更容易进入油桃组织，进而影响果肉组织和外观品质。生物复合酶法作为一种潜在的可以替代传统去皮技术的新型技术，能够降低碱液去皮带来的环保压力，也可以较好地保持产品的良好品质，然而其作用时间长，加工成本高。Zhang 等[7]研究发现水蜜桃近表皮细胞壁组织在红外辐射作用下发生热膨胀和多个细胞层的坍塌，胞间空隙增大，使表皮层下的果皮发生松动，达到去皮的目的。红外辐射加热技术可更好地保持桃组织结构，并能避免废碱液引起的环境问题，然而要满足工业生产的红外加热速率和均匀性，则发热结构和发射体强度还需改进。

目前，大部分研究仅限于去皮技术的优化研究，未考虑去皮方式对果蔬加工过程及终产品品质的影响。渗透脱水组合干燥，如渗透脱水-热风/热泵干燥、渗透脱水-微波干燥、渗透脱水-压差闪蒸干燥[8]是桃果干制备的重要技术手段。其中，热泵干燥成本低效率高，能够使物料从低温热源吸收热量，并使其在较高温度下作为有用热能，加以利用[9]，是目前果干加工的常用技术。本文以金童8 号黄桃为原料，利用渗透脱水组合热泵干燥技术制备黄桃果干，综合果肉得率、黄桃渗透脱水组合干燥特性、色泽、类胡萝素卜含量、果胶溶出率等指标，分析去皮方式（手工、碱液、超声-碱液、过热蒸汽）对黄桃果干加工过程及理化品质的影响，为黄桃在去皮、加工过程中的品质调控提供理论基础和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料为金童8 号黄桃，要求果实颜色、大小相近，成熟度等基本一致，无明显病虫害和机械损伤。采自北京平谷地区（2019年9月13日），当天运回实验室贮藏于4 ℃冷库备用。试验开始前，将黄桃置于室温下3 h，保证原料初始温度相同。

氢氧化钠、蔗糖、无水乙醇、浓盐酸、正己烷、氯化钠、丙酮，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，分析纯，上海阿拉丁科技有限公司。

1.2 仪器与设备

MASTER-2α 手持阿贝折光仪，日本日立公司；AUW220 型电子天平，日本岛津公司；Ta.XT 2i/50 物性分析仪，英国Stable MicroSystem 公司；S-570 扫描电镜，日本日立；UV-1800 紫外分光光度计，日本岛津公司；DK-826 恒温水浴锅，上海精宏实验设备有限公司；FA-200 切片机，广东省南海市德丰电热设备厂；雷磁PHS-3C pH 计，上海仪电科学仪器股份有限公司；SB 25-12 DTN 超声波清洗机，宁波新芝生物科技股份有限公司；DHG-9203 电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司；RT 高多点数显型加热磁力搅拌器，德国IKA 公司；T25 高速分散机，德国IKA 公司；过热蒸汽调理机，中国农科院农产品加工研究所。

1.3 方法

1.3.1 去皮方法 基于前期预试验结果，采用以下去皮方式。

1.3.1.1 手工去皮 用刮皮刀去除黄桃表皮。

1.3.1.2 碱液去皮 配制质量分数为10%的氢氧化钠溶液，加热至90 ℃后，将黄桃浸入到溶液中，处理时间35 s。

1.3.1.3 超声-碱液去皮 将黄桃置于65 ℃质量分数为3%的氢氧化钠溶液中，放置于超声波处理器中，设置超声功率为40 Hz，处理时间40 s。

1.3.1.4 过热蒸汽去皮 将黄桃置于过热蒸汽调理机中，蒸汽温度设为250 ℃，处理时间3.5 min；将经过去皮处理的黄桃迅速用自来水冲洗，擦干表面水分，备用。

1.3.2 渗透脱水方式 将不同去皮方式处理的黄桃切成10 mm 厚、形状大小一致的扇形，常压条件下浸入浓度为30°Brix 的蔗糖溶液（用阿贝折光仪校准）中，每20 min 取样1 次。用流动的水清洗样品表面附着的糖液，并用吸水纸吸除表面的水分。根据预试验结果，设定渗透时间180 min、渗透温度25 ℃，料液比1∶5，以防止渗透过程中出现稀释现象。渗透过程中水分损失（Water loss，WL）、固形物增加（Solid gain，SG）计算公式如下[10]：

式中：M0——原料初始鲜重，g；M——原料某时刻鲜重，g；m0——原料初始干重，g；m——原料某时刻干重，g。试验进行3 次，取平均值。

1.3.3 热泵干燥 将经过渗透脱水处理的黄桃片置于热泵干燥机中，设定操作参数为：干燥温度60 ℃，干燥湿度13%，干燥时间6 h。其中，0～120 min 每隔20 min 取样称重，120～360 min 每隔40 min 取样称重。

1.3.4 渗透脱水特性评价 运用Peleg[11]模型描述黄桃渗透脱水特性，模型方程如（2）：

式中：P——t时刻水分损失量，g；P0——黄桃初始水分损失量，g；t——渗透脱水时间，min；K1、K2——Peleg 常数；K1——初始脱水速率；K2——渗透到平衡时的水分含量。选取决定系数（R2）、离差平方和（χ2）和均方根误差（RMSE）评价模型的拟合度，其计算公式如（3）、（4）、（5）：

式中：WLi，p——水分损失的预测值；WLi，e——水分损失的实际值；N——试验数据个数；n——模型中参数个数。

1.3.5 干燥特性评价 水分比（moisture ratio，MR）表示物料在一定干燥条件下样品的剩余含水率。干基含水率采用105 ℃恒温干燥法测定。计算公式[12]如（6）。

式中：M——任意时刻的干基含水率；Me——样品平衡时干基含水率；M0——样品初始干基含水率；Me相对于初始含水率较小，可忽略不计，即Me≈0。

干燥速率（drying rate，DR）按（7）式计算[12]：

式中：DR——干燥速率，g/（g·h）；C1和C2分别为干燥到t2和t1时刻黄桃的干基水分含量，g/g。

1.4 黄桃理化品质的测定

1.4.1 果肉得率的测定 采用电子天平分别称量黄桃去皮前后的质量。果肉得率η 计算公式如（8）：

式中：m0——样品初始质量，g；m——去皮后质量，g。

1.4.2 色泽的测定 采用Digieye 测定，依据CIELAB 表色系统测量黄桃的色泽指数L*，a*，b*，C*，h。其中：L*——明度指数；a*——红绿值；b*——黄蓝值；C*——颜色的饱和度；h——色调角。ΔE——色差值，计算公式[14]如（9）：

式中：ΔL——不同去皮方式处理前后黄桃L*的差值；Δa——不同去皮方式处理前后黄桃a*的差值；Δb——不同去皮方式处理前后黄桃b*的差值。

1.4.3 类胡萝卜素含量的测定 参考Knockaert等[15]的方法稍作改动，整个操作在避光条件下进行。称取2.0 g 样品加入50 mL 提取液（含体积分数为50%的正己烷，25%的丙酮，25%的乙醇，质量分数为0.1%的BHT（2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚））和0.5 g NaCl，搅拌20 min。向上述溶液中再加入15 mL 蒸馏水，搅拌10 min，收集有机相并定容。于450 nm 下测定吸光度，用正己烷加0.1%BHT 作空白。

计算公式如（10）：

式中：A——450 nm 处的吸光值；V——提取液总体积，mL；M——黄桃样品质量，g；——β-胡萝卜素在正己烷中的消光系数。

1.4.4 质构的测定 测定采用Ta.XT 2i/50 物性分析仪。探头型号为P36，测定条件为：探头模式为阻力测试，选择方式为运行方式，前期测试速度1.0 mm/s，检测速度1.0 mm/s，后期检测速度1.0 mm/s，触发力和穿透距离分别为10 mm 和30 mm。

1.4.5 微观结构 将样品置于粘有导电胶的载物台，喷金覆盖后置于扫描电镜台上调节焦距进行观察并拍照[16]。

1.4.6 果胶溶出率的测定 参照魏菊[17]的方法并进行修改，称取10.0 g 原料，固液比1∶30 加水混合搅拌，用2 mol/L 盐酸调节pH 值至1.5，90 ℃恒温水浴2 h，得到上清液；并按体积比1∶4 加入无水乙醇，搅拌5 min，4 ℃静置过夜收集沉淀，用95%乙醇洗涤至无色，40 ℃热风烘干并称重。将每克原料得到的干物质记为果胶溶出率（g/g）。

1.5 数据分析

数据采用平均值±标准差表示。用SPSS 21.0软件进行数据统计和方差分析，用Origin 9.0 软件进行图形绘制和模型拟合。

2 结果与分析

2.1 去皮方式对果肉得率的影响

去皮方式对黄桃果肉得率的影响如图1所示，超声-碱液（0.96 g/g）和过热蒸汽（0.96 g/g）处理的黄桃果肉得率最高，且二者未呈现显著性差异；碱液（0.93 g/g）去皮果肉得率次之，手工去皮的果肉的得率最低为0.91 g/g。手工去皮是利用工具与样品之间的摩擦产生机械力而除去表皮，人为产生的机械力难以精准控制造成果肉损失过大；碱液去皮主要利用氢氧化钠在果皮内的扩散[18]，通过化学反应去除果皮表面蜡质和角质层，进一步溶解外表皮及皮下细胞壁和中胶层，导致果皮分离[19]；超声处理连续的压缩和膨胀能产生高强度的空化气泡，轰击果皮表面，降解表皮的结构性碳水化合物（如果胶、纤维素等），削弱其网络结构[20]，超声结合低浓度碱液可以使果皮在低温条件下迅速降解，降低果肉损失程度；过热蒸汽是利用高压高温蒸汽（250 ℃）在短时间内作用于黄桃表皮，使表层水分快速升温产生一定压力，水解表皮的果胶层，同时气体瞬间扩散使得黄桃外部压力瞬间降低，表皮层内的水分由于压力降低而快速蒸发产生爆破力将皮层撑破，使得黄桃表皮能被完全轻易地剥除而果肉保持完好，达到去除黄桃表皮的目的[21]。

图1 去皮方式对果肉得率的影响Fig.1 Effects of peeling methods on pulp yield

2.2 去皮方式对黄桃渗透脱水特性的影响

去皮方式对黄桃渗透脱水特性的影响如图2所示。水分损失（WL）和固形物增加（SG）随时间延长呈现非线性增加的关系。渗透脱水初始阶段WL和SG 增加迅速，随着时间延长，WL 和SG 增加缓慢。初始阶段渗透液与黄桃果肉之间的渗透驱动力较大，黄桃果肉水分流失加速；随着渗透脱水时间的延长，渗透液溶质与黄桃果肉水分不断移动，二者之间压力差降低；同时黄桃表面吸附的蔗糖分子形成的屏障作用也可能导致水分子和蔗糖分子的交换速率减小。去皮处理导致表皮细胞结构受到不同程度破坏，也会影响水和固形物的传质过程。

图2 去皮方式对黄桃渗透脱水特性的影响Fig.2 Effects of peeling methods on osmotic dehydration characteristics of yellow peach

运用Peleg’s 模型表征黄桃渗透脱水过程中WL，其中，决定系数（R2）越高、卡方（χ2）和均方根误差（RMSE）越小，表明拟合效果越好。如表1所示，渗透脱水过程中WL 与Peleg 模型能够较好地表征WL（拟合度R2＞0.95）。K1的倒数描述了初始脱水速率，即K1值越小，初始传质速率越高[22]；K2代表渗透脱水到平衡时的水分含量[11]，K2值越低，脱水率越高。碱液处理组初始传质速率最高，手工处理组脱水速率最高；过热蒸汽处理组黄桃初始传质速率和脱水速率均最低。可能是因为过热蒸汽处理过程中，部分水分散失，初始含水量下降，产生的高压高热蒸汽使黄桃果肉内部的组织结构更加开放，水分散失增加黄桃果肉发生皱缩，后期过低的脱水率则不利于渗透液与桃组织间的传质。超声-碱液组的初始传质速率和脱水速率适中，更符合渗透脱水过程中对水分损失的要求。

表1 渗透脱水过程中水分损失量的模型拟合结果Table 1 The model fitting results of water loss in the process of osmotic dehydration

2.3 去皮方式对黄桃果干干燥特性的影响

图3 反映了不同去皮方式处理的黄桃经渗透脱水后，热泵干燥处理过程中水分比（图3a）和干燥速率（图3b）的变化规律。随着干燥时间的延长，不同去皮方式处理的黄桃水分比均呈现先快速下降后趋于平缓的趋势；干燥速率随干基含水率的降低而减慢。这是因为干燥初期，黄桃表面水分迅速向周围空气蒸发，干燥速率增加，随着水分含量的降低，内部水分的扩散成为干燥速率主要影响因素，内部水分扩散到表面的距离越来越长，干燥速率逐渐减慢。超声-碱液组与手工组相比无显著差别。过热蒸汽组黄桃的初始干燥速度明显低于其它处理方式，可能是由于过热蒸汽处理过程中，桃果肉已经失去了部分水分。

图3 去皮方式对黄桃干燥特性的影响Fig.3 Effects of peeling methods on drying characteristics of dried yellow peach

2.4 去皮方式对黄桃类胡萝卜素含量和色泽的影响

由图4 可知，不同去皮方式处理的黄桃类胡萝卜素含量差异显著。经超声-碱液处理的黄桃类胡萝卜素含量最高为71.14 μg/g，碱液组58.58 μg/g 和过热蒸汽组56.94 μg/g，类胡萝卜素含量最低。过热蒸汽处理中，过高的温度诱导类胡萝卜素异戊二烯结构的共轭双键受热分解和构象改变，使类胡萝卜素含量降低；碱液去皮过程中，高温和碱液的共同作用使部分类胡萝卜素被炭化[23]，含量降低。超声波产生的超声压强和辐射压强引起细胞组织变形[24]，有助于类胡萝卜素溶出，这与敖艳等[25]研究结果一致。

黄桃经不同方式处理后色泽变化情况如表2所示。相比较手工去皮，碱液去皮组黄桃果肉L*值、b*值、h值、C*值均降低；a*值增大，说明桃果肉更偏向于红色；超声-碱液组黄桃果肉L*值、b*值、h值、C*值均增大，a*值降低；ΔE（2.42）最小，说明超声-碱液能较好地保持黄桃原有色泽；过热蒸汽组黄桃果肉L*值、a*值、b*值、h值、C*值均降低，ΔE最大，为23.55，说明过热蒸汽对色泽影响严重。类胡萝卜素含量是色泽差异的主要因素之一，过热蒸汽处理过程中温度过高使类胡萝卜素降解，含量降低（图4），进而导致颜色发生明显变化。与传统热碱液去皮相比，超声-碱液的压强作用有助于类胡萝卜素的溶出，同时碱液浓度降低可以减少对色素层的侵蚀，该研究结果与Gao 等[5]一致。

图4 去皮方式对黄桃果干类胡萝卜素含量的影响Fig.4 Effect of peeling methods on carotenoid content of dried yellow peach

表2 去皮方式对黄桃果干色泽的影响Table 2 Effect of peeling methods on the color of dried yellow peach

2.5 去皮方式对黄桃果干微观结构的影响

由图5 可以看到，手工去皮的黄桃组织内部存在不均匀的孔状结构，同时部分出现坍塌、破裂；碱液、超声-碱液组内部存在少量空腔结构，大部分呈现均匀致密状态；而过热蒸汽组黄桃果肉细胞完全塌陷，结构更为致密。不同去皮方式条件下，糖分子渗入桃组织内部后与其部分基团的结合方式不同，可能导致干燥后桃果肉形成不同的结构特性。过热蒸汽处理产生的高压高温蒸汽使细胞中胶层果胶等物质过度降解[23]，促进蔗糖分子大量的渗入黄桃果肉，产生更为致密的组织结构。

图5 去皮方式对黄桃果干微观结构的影响Fig.5 Effects of peeling methods on the microstructure of dried yellow peach

2.6 去皮方式对黄桃果干质构的影响

由表3 可以看出，各处理组黄桃果干的弹性和回复性无显著性差异，咀嚼性和硬度差异显著。过热蒸汽去皮组黄桃果干硬度最大（2 708.86 g）；碱液处理组硬度最小（1 699.68 g）。适中的硬度和咀嚼性是果干较好的质构品质，超声-碱液组的硬度和咀嚼性适中，与手工组无显著差异。干燥产品的质构特性依赖于细胞基质及其组织内可溶性固形物与水分子的交互作用[26]。过热蒸汽处理组固形物增加量最高（图2），结构组织最为致密（图5d），硬度最大；碱液处理时浓度和温度过高，组织细胞破坏严重，黄桃果干咀嚼性最差；超声的空化作用可能改变果胶分子的交联，诱导基质重组[27]，赋予黄桃果干较好的质构品质。

表3 去皮方式对黄桃果干质构品质的影响Table 3 Effect of different peeling methods on texture quality of dried yellow peach

2.7 去皮方式对黄桃果干果胶溶出率的影响

去皮方式对黄桃果干果胶溶出率的影响如图6所示。果胶是存在于细胞中胶层的最重要的细胞壁多糖物质，其含量、特性、结构的变化都会影响细胞间的黏附性和植物的机械特性[28]，过热蒸汽去皮组的果胶溶出率（0.17 g/g）显著低于其它处理组，可能是因为果肉长时间处于高压高热蒸汽环境中，果胶降解严重，溶出率降低。短时间的碱液、超声-碱液处理，仅使表皮细胞受到影响，未过度破坏组织细胞之间的黏附力和支撑力。

图6 去皮方式对黄桃果干果胶溶出率的影响Fig.6 Effect of peeling methods on pectin yield of dried yellow peach

3 结论

研究结果表明，去皮方式能够显著影响黄桃果肉的渗透脱水组合干燥特性及其理化品质。Peleg's 模型能够较好地表征去皮后黄桃的渗透脱水特性。超声-碱液处理的黄桃表现出适中的初始传质速率和脱水速率，在后期干燥中表现出与手工处理组无显著差异的干燥特性，表明超声-碱液处理能够较好地保护黄桃果肉内部的结构组织。对比分析黄桃的理化品质发现，经超声-碱液去皮处理的黄桃表现出最高的果肉得率（0.96 g/g）、类胡萝卜素含量（71.14 μg/g）和果胶溶出率（0.23 g/g），呈现出最小的ΔE值（2.42），同时其硬度（2 019.54 g）和咀嚼性（1 087.72）均优于其它组。综上所述，超声-碱液处理在降低碱液浓度和温度的同时，能够较好地保持黄桃的渗透脱水组合干燥特性和色泽等理化品质，是一种潜在有效低环保压力的去皮方式。