果蔬滲透脫水技術研究進展

張曉敏，蘭彥平，周連第，潘思軼，田金強，*

（1.北京市農林科學院農業綜合發展研究所，北京 100097；2.華中農業大學食品科技學院，湖北 武漢 430070）

滲透脫水是指在一定溫度下，將果蔬浸入高滲透壓溶液中除去部分水分的一種方法。在滲透脫水過程中主要存在兩個相反的過程，原料中的水分滲出和溶液中的溶質滲入，同時還有原料中少量可溶性物質的溶出[1]。滲透脫水是一種特殊的脫水方式，以分子自由擴散為基礎，其傳質速率取決于植物細胞膜兩邊溶質與水的濃度差。滲透脫水與其他脫水方式相比，不但節能，而且有助于改善產品的組織結構，抑制褐變的發生及提高干制品的復水性[2]。目前滲透脫水技術主要應用于果蔬干燥的前處理、果脯和濃縮果汁的加工等。國內已將滲透脫水技術應用于胡蘿卜、藍莓、蘋果、木瓜、茄子、獼猴桃、圣女果、萵筍、龍眼、甘薯、紅薯、芒果、馬鈴薯等的相關產品加工，國外已報道應用滲透脫水技術的果蔬有杏、木瓜、蘋果、芒果、西瓜、柚子、石榴、南瓜、胡蘿卜、黃瓜、洋蔥、板栗、紅辣椒、櫻桃、蘆薈、番茄、芒果、馬鈴薯、蘑菇、菠蘿、哈密瓜、香蕉等，滲透脫水作為綠色、節能的脫水技術已經引起國內外學者的廣泛關注。本文對影響果蔬滲透脫水效果的因素、提高物質遷移的方法及其在果蔬干制中的應用進行綜述，以其為果蔬滲透脫水技術的研究和開發提供指導。

1 影響果蔬滲透脫水的因素

影響果蔬滲透脫水的因素很多，國內外主要圍繞以下因素展開研究。

1.1 原料組織特性

對于果蔬原料，其體積大小、密度、堅實程度、多孔結構、細胞間距、不溶性固形物與可溶性固形物的含量、水溶性果膠和原果膠的含量及表皮蠟質含量的高低等都影響著果蔬滲透脫水的效果[3]。因此，原料脫水前要進行針刺、劃線、去皮、漂燙等前處理以便提高脫水效果。

1.2 滲透溶質

滲透脫水時都希望提高產品失水率、同時盡量減少溶質的滲入，即WL/SG值大（水分散失率/固形物增加率），因此滲透溶質的選擇是滲透脫水的關鍵。常用溶質有蔗糖、葡萄糖、果糖和氯化鈉等，糖通常用于水果的滲透脫水，氯化鈉用于蔬菜的滲透脫水。滲透溶質分子量及其離子行為都影響著水分的去除和固形物的滲入。溶質的分子量越小，產生的滲透壓越大，所用的溶質就越少。若溶質能離解為離子，則能提高滲透壓，溶質用量可以減少，如10%～15%的氯化鈉溶液與60%的蔗糖溶液滲透壓相當。

Remi Saurel等證實，滲透過程中固形物的增加量與溶質分子量有關，溶質分子量大固形物增加不明顯，若溶質分子量小，則固形物的增加量與時間成正比[4]。Ertekin等研究指出兩種溶質結合使用脫水效果更好[5]。Ozdemir等研究表明，鹽溶液和山梨醇混合，相比單一鹽溶液脫水青椒的感官品質提高，同時也減少了鹽的滲入[6]。

1.3 滲透溶液濃度

滲透溶液的濃度越高，果蔬的失水率越大，同時固形物的增加率也隨之增大。Figen等研究表明滲透脫水率隨滲透液濃度和溫度的增加而增加[7]。但濃度過高會導致滲透液黏稠增加而影響攪拌，因此濃度不能無限制地增加。滲透液適宜的濃度取決于原料及滲透溶質的特性和加工要求，通常采用約65 Brix的糖溶液或5%～15%的鹽溶液建立滲透體系。

1.4 滲透溶液溫度

滲透脫水是一個物質傳遞的過程，提高溫度可以加快傳質速率[8]。但產品固形物的增加隨溫度升高而增大，降低WL/SG值，還可能發生組織酶促褐變和風味物質的溢出，使果蔬的感官品質下降。最佳的滲透脫水溫度取決于果蔬本身的性質，通常溫度不高于45℃。

1.5 滲透溶液與原料的質量比

滲透溶液與原料的質量比越大，在滲透過程中滲透液濃度越穩定，脫水效果越好，但滲透液的大量使用會造成生產成本的增加，一般要求滲透液是物料的10倍左右。眾多研究表明，滲透脫水除去果蔬中50%左右的水分最符合經濟效益[9]。

1.6 滲透時間

水分從果蔬組織進入滲透液需要一定的時間。Burhan等[10]證明影響胡蘿卜滲透脫水過程中水分散失的主要因素是處理時間和蔗糖濃度。若滲透時間過長會影響果蔬感官品質和營養品質的下降，還可能引起微生物的污染。一般適宜的滲透時間控制在5 h～6 h。

2 提高物質遷移速率的方法

促進物質遷移是提高滲透脫水速率的關鍵，報道的方法有攪拌、高靜壓力、脈沖電場、超聲波、真空、離心和超臨界二氧化碳處理等。

2.1 攪拌

Figen等在研究豌豆滲透脫水時發現，攪拌和不攪拌失水率分別為50%、35%[11]，可見攪拌可提高果蔬的失水率。Mavroudis等研究蘋果滲透脫水中攪拌的作用，發現攪拌可明顯提高水分遷移速率和原料失水率，但對產品固形物的增加率影響不明顯[12]。Raoult等研究表明，攪拌還可降低產品固形物的增加率[13]。可見滲透脫水過程中的攪拌非常必要，尤其是對采用高濃度溶質的滲透脫水過程。但攪拌要溫和，避免損傷果蔬組織。

2.2 高靜液壓

高靜液壓可破壞組織細胞膜，使細胞滲透性增大，從而使滲透脫水過程中的傳質速率增大。Rastogi等[14]在菠蘿滲透脫水過程中采用高靜液壓處理，其失水率比不處理的樣品高，但同時也導致了產品固形物的增加。隨著處理壓力的提高，失水率反而降低，這可能是由于細胞膜半透性的破壞降低了水分散失的緣故。

2.3 脈沖電場

脈沖電場由于處理時間短、熱負作用小、能耗低等優點成為食品加工的又一新技術。脈沖電場處理應用于滲透脫水中，可增加細胞的滲透性。Taiwo等研究了脈沖電場對蘋果滲透脫水的影響，結果表明脈沖電場處理在增加組織失水率的同時，還可降低固形物增加率[15]。而Lai等研究表明，脈沖電場前處理芒果滲透脫水，雖然組織失水率增加，但固形物增加率也隨之增大[16]。可見脈沖電場對滲透脫水中固形物的影響還有待于進一步研究。此外，脈沖電場處理還可提高滲透果蔬的品質。Ade-Omowaye等對比脈沖滲透脫水和滲透脫水處理紅辣椒，表明脈沖處理后的紅辣椒抗壞血酸和礦物質保留較多[17]。

2.4 超聲波

超聲波滲透脫水產生一系列快速的收縮和擴張，提供的機械力高于水果內部毛細管產生的表面張力，產生微小的渠道有利于水分除去，但任何頻率的超聲波對果蔬組織結構和細胞結構都不產生破壞作用，在方式上類似海綿效應[18]。除此之外還有超聲波產生的空穴，能除去結合力強的水分。應用超聲波滲透脫水可在較低的滲透液溫度下獲得較高的WL/SG值，同時果蔬中的天然風味、色澤和營養成分在加工中損傷減少。

超聲波滲透脫水的傳質速率依靠壓力和頻率[19]。Lenart等實驗發現，超過臨界值后隨著超聲波強度的增加，物質擴散速率相應提高[20]，而Sajas等的實驗表明，物質擴散速率隨超聲波頻率的增加很微弱[21]。可見超聲波處理對物質擴散的作用效果及其影響因素還有待于進一步研究。

2.5 真空

真空對多孔性原料的影響較大。當真空處理后，毛細管被滲透液填滿，增加了滲透界面的面積，使得物質遷移速率高于常壓下的處理，由于壓力差和毛細管的作用，真空可提高物質遷移速率。但真空處理不會影響固形物的增加率，這一點已經由Shi等[22]證明。此外，真空滲透使原料氣孔中充滿滲透液，使一些大分子物質容易滲入果蔬組織，因此果脯尤其低糖果脯加工的前期脫水可采用真空處理。

2.6 離心

離心不但提高失水率，還可降低固形物增加率。如蘋果和馬鈴薯滲透脫水過程中采用離心處理，可使失水率提高15%、固形物增加率降低80%[23]。因此滲透脫水過程中采用離心處理，在除去水分的同時還可防止產品固形物的增加。

2.7 超臨界二氧化碳

國外研究了超臨界二氧化碳對果蔬滲透脫水的影響[24]，結果表明，該處理不但不能提高失水率，還增加了產品固形物的增加量。因此超臨界二氧化碳處理不適宜應用滲透脫水中。

3 聯合干燥

在生產脫水干制品時通常把滲透脫水作為干燥的前處理工藝，將原料脫去部分水分之后，再利用其它干燥方式進一步脫水。這就涉及到聯合干燥技術，常見的有滲透脫水—熱風干燥、滲透脫水—真空干燥和滲透脫水—冷凍干燥等。

3.1 滲透脫水—熱風干燥

滲透脫水作為熱風干燥的前處理，有助于生產工藝的節能減排和產品品質的提高。Lenart等[20]研究表明，滲透脫水后的果蔬水分活度能達到0.6～0.7，進一步干燥時間可縮短10%～65%。Lombard等[25]對木瓜的滲透脫水—熱風干燥研究表明，同未滲透脫水干燥相比，空氣干燥所用時間從1130 min降到397 min。在對產品品質的影響方面，Prothon等[26]對蘋果的研究表明，滲透脫水形成的空隙可影響水分和固形物的遷移速率、改變果蔬微觀結構和導致產品在熱風干燥后的硬度增加。但產品的復水性和斷裂應變力卻提高了，這可能是由于固形物滲入組織多空隙結構的緣故。

3.2 滲透脫水—真空干燥

Rodríguez等研究表明，相比未滲透脫水干燥工藝，滲透脫水—真空干燥產品細胞結構保持完好、脆度增加、質地多孔復水性好、干燥時間也縮短了很多[27]。

3.3 滲透脫水—冷凍干燥

冷凍干燥往往需要消耗大量的能源。經滲透脫水后，果蔬體積變小，可使冷凍干燥的負載和加工能力提高3倍，且冷凍期間的能源消耗降低。同時滲透脫水—冷凍干燥產品的顏色、風味和營養成分也保留較好[28]。

4 小結與展望

干燥或脫水技術是以提高產品品質和減少能耗為主要目標。熱風干燥、冷凍干燥和真空干燥都被認為是一種高成本高耗能的脫水方法。但將滲透脫水與以上干燥方法有機聯合，產品的干燥時間可縮短10%～15%，能耗可降低25%以上，而且產品在色澤、形態、復水以及風味等方面也顯著改善，有利于提高產品的經濟效益。特別在簽署京都議定書后，對于占全球34%能源消耗的脫水工業，研究其節能加工方式具有重大的意義。盡管人們在滲透脫水技術的應用方面做了大量的研究，但在滲透脫水各要素之間的相互影響以及滲透脫水與其它干燥技術的銜接方面仍需進一步研究。隨著滲透脫水理論研究和應用研究的不斷深入，以及高新技術與滲透脫水技術的不斷融合，滲透脫水作為食品加工的預處理方法和加工方法必將得到廣泛應用。

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