櫻桃番茄真空滲透預脫水工藝優化

徐 鑫

吳 越2

陶 陽2

蘇麗娟2

韓永斌2

(1. 六安職業技術學院經濟管理學院，安徽 六安 237158；2. 南京農業大學食品科技學院，江蘇 南京 210095)

櫻桃番茄真空滲透預脫水工藝優化

徐 鑫1

吳 越2

陶 陽2

蘇麗娟2

韓永斌2

(1. 六安職業技術學院經濟管理學院，安徽 六安 237158；2. 南京農業大學食品科技學院，江蘇 南京 210095)

以蘇龍一號櫻桃番茄作為試材，通過比較燙漂劃線、針刺、劃線、超聲波預處理方法，確定了燙漂劃線作為真空滲透預脫水的預處理方法。在該基礎上，運用單因素試驗研究了真空度、糖液濃度、滲透溫度、滲透時間對櫻桃番茄滲透預脫水效果的影響，進而確定真空度為0.080 MPa，并應用響應曲面法優化其它參數，得出櫻桃番茄真空滲透預脫水的最佳工藝條件為：糖度50 °Brix、溫度53.37 ℃、時間4.88 h，該條件下櫻桃番茄失水率與固形物增加率比值最大，為7.24。

櫻桃番茄；預處理；真空；滲透預脫水

櫻桃番茄(LycopersicumesculentumMill)又名迷你番茄、小番茄等，為茄科番茄屬番茄栽培亞種中的一個變種。櫻桃番茄起源于熱帶，中國栽培的主要品種有：丘比特、紅色太陽、圣女瑪麗亞、櫻桃紅、黃楊梨等。櫻桃番茄的營養成分較普通大果番茄豐富，其維生素含量是普通大果番茄的1.7倍，還含有番茄紅素、煙酸Vpp、谷胱甘肽等有益于人體健康的功能物質，果皮中含有蘆丁，可降血壓，預防動脈硬化、腦溢血等[1]。聯合國糧農組織將其列為優先推廣的“四大水果”之一[2]。桃番茄是重要的水果型蔬菜，可以加工成果脯蜜餞[3]、整果罐頭[4]、果干[5]等。其味清甜，無核，口感好，營養價值高且風味獨特，深受廣大消費者青睞，但傳統的番茄果脯糖含量普遍較高，不符合現代消費者需求，產品低糖化將成為未來主流的發展趨勢。

真空滲透預脫水是干燥物料在真空條件下利用細胞膜的半滲透性使其水分快速轉移到滲透液，能夠很好地保持干燥樣品的組織結構和風味物質、提高固形物含量，減少營養物質損失，該法易于同其他干燥方法聯合使用，是理想的聯合干燥前脫水的一種預處理方法。該方法可在較短的時間內脫去樣品中部分水分，由于水分的遷移具有自發性，能夠降低能耗[6-7]；此外滲透預脫水是在溫和的條件下進行的，有利于保持產品原有的色澤、質地、營養成分和風味物質，提高產品的復水特征，從而進一步提高產品品質，同時制品中糖含量顯著低于傳統果脯[8]。滲透預脫水已在櫻桃番茄[9]、草莓[10]、芒果[11]、香蕉[12]、藍莓[13]、蘋果[14]等中應用。滲透預脫水傳質速率受原料種種及其組織特性、滲透液種類和濃度、溫度、時間等因素影響[15-16]。因此需要對果蔬進行預處理以及滲透預脫水的工藝進行優化，確定滲透預脫水各因素最佳條件，從而縮短脫水時間，提高脫水效率，降低產品糖含量。另外，真空條件可加速滲透預脫水的傳質速率[6]。目前，關于櫻桃番茄的真空滲透預脫水工藝研究較少，不同因素對其真空滲透預脫水過程中傳質速率的影響未知，如果處理不當，將會造成櫻桃番茄色澤劣變、營養成分流失和破壞、有毒有害物質殘留、不良物理化學變化發生等，故需要進一步展開研究，進一步完善真空滲透預脫水工藝，提高產品品質。

為優化櫻桃番茄真空滲透預脫水的條件，擬研究不同預處理方法對櫻桃番茄真空滲透脫水效果的影響，通過Design-Expert 8.0.6對主要影響因子滲透溫度、糖度、時間之間的單一和交互作用進行深入研究，得出櫻桃番茄真空滲透預脫水的最佳工藝參數。以期為櫻桃番茄深加工探索出一條新途徑，為其產業化生產提供理論和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗材料

櫻桃番茄：蘇龍1號，宜興市茗悅生態農業有限公司；

白砂糖：食品級，市售。

1.1.2 主要儀器設備

手持糖量計：WYT型，成都豪創光電儀器有限公司；

數顯恒溫水浴鍋：HH-6型，常州國華電器有限公司；

電子天平：JA2003型，上海精密科學儀器有限公司；

數控超聲設備：KQ-300DB型，昆山市超聲儀器有限公司；

真空干燥箱：DZF-6020型，上海一恒科技有限公司；

電熱恒溫鼓風干燥箱：DHG-9030A型，上海一恒科技有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 預處理方法篩選 新鮮的櫻桃番茄經去雜挑選清洗后，選取大小(12±2) g、成熟度一致(八成熟)的櫻桃番茄分別進行燙漂劃線、針刺、劃線、超聲波處理，處理方法：

(1) 燙漂劃線處理：將櫻桃番茄先進行沸水浴熱燙30 s，取出后進行劃線處理(每果3道，深達果肉)。

(2) 針刺處理：在櫻桃番茄表面用針刺出小孔(1個/cm2)。

(3) 劃線處理：在櫻桃番茄表面用針劃出幾道縫隙(每果3道，深達果肉)。

(4) 超聲處理：超聲功率設為500 W，超聲時間設為10 min，溫度設為50 ℃。

將各預處理后櫻桃番茄進行真空滲透預脫水，以未經過預脫水的樣品作為對照。真空滲透預脫水過程中，滲透液的濃度為60 °Brix，真空度為0.080 MPa，溫度為50 ℃。滲透脫水總時間為6 h，每隔1 h從滲透液中取樣，取出的樣品用蒸餾水沖洗表面滲透液，再用吸水紙吸干表面水分，每隔1 h取出稱重后放入真空干燥箱中于80 ℃干燥直至恒重(前后2次質量相差<0.04%)，計算各段失水率和固形物增加率，每個試驗重復3次，取平均值。

1.2.2 真空滲透預脫水工藝參數單因素試驗 影響櫻桃番茄預脫水過程中因素較多，為探究各個因素對櫻桃番茄預脫水的影響，找出影響櫻桃番茄滲透預脫水效果的工藝參數，分別對真空度、糖液濃度、滲透溫度、滲透時間進行單因素試驗，分析其對櫻桃番茄脫水過程中失水率和固形物增加率的影響規律，并為多因素參數匹配試驗選定因素水平范圍做準備。

(1) 真空度的影響：在糖度60 °Brix、溫度50℃和滲透時間5 h條件下，以失水率和固形物增加率為考察指標，研究真空度(0.050，0.060，0.070，-0.080，0.090 MPa)對櫻桃番茄滲透預脫水的影響。

(2) 滲透溫度的影響：在真空度0.080 MPa、糖度60 °Brix和滲透時間5 h條件下，以失水率和固形物增加率為考察指標，研究滲透溫度(30，40，50，60，70 ℃)對櫻桃番茄滲透預脫水的影響。

(3) 滲透液糖度的影響：在真空度0.080 MPa、溫度50 ℃和滲透時間5 h條件下，以失水率和固形物增加率為考察指標，研究滲透液糖度(30，40，50， 60，70 °Brix)對櫻桃番茄滲透預脫水的影響。

(4) 滲透時間的影響:在真空度0.080 MPa、溫度50 ℃和糖度60 °Brix條件下，以失水率和固形物增加率為考察指標，研究滲透時間(1，2，3，4，5，6 h)對櫻桃番茄滲透預脫水的影響。

1.2.3 響應面優化試驗 根據單因素試驗的結果，試驗選取糖度、滲透溫度、滲透時間為自變量，以失水率與固形物增加率的比值Y為響應值，采用Design-Expert 8.0.6軟件，運用三因素三水平Box-Behnken試驗設計，優化最佳工藝條件。

1.2.4 測定指標與方法

(1) 含水量測定：采用AOAC恒重法[11]。

(2) 失水率測定：參照文獻[12]。按式(1)計算失水率。

(1)

式中：

WL——失水率，%；

M0——初始物料質量，g；

Mt——滲透預脫水t時刻物料質量，g；

X0——初始物料濕基含水量，%；

Xt——滲透預脫水t時刻物料濕基含水量，%。

(3) 固形物增加率測定：參照文獻[12]。按式(2)計算固形物增加率。

(2)

式中：

SG——固形物增加率，%；

M0——初始物料質量，g；

Mt——滲透預脫水t時刻物料質量，g；

S0——初始物料固形物含量，%；

St——樣品的初始固形物含量，%。

1.3 統計分析方法

2 結果與分析

2.1 預處理方式對櫻桃番茄真空滲透預脫水的影響

為了更好地提高櫻桃番茄真空滲透預脫水的效率，分別對樣品表皮進行針刺、劃線、漂燙劃線和超聲等預處理[15-16]，研究其對櫻桃番茄真空滲透預脫水的影響(見圖1)。

由圖1可知，各試驗組櫻桃番茄的失水率和固形物增加率均高于對照組的。不同預處理下的櫻桃番茄失水率差別較大，其中燙漂劃線預處理的失水率最高，其次為劃線、針刺、超聲，可能是燙漂可以使櫻桃番茄果皮軟化，劃線可以更好地促進滲透預脫水傳質過程的進行，燙漂結合劃線更有利于櫻桃番茄滲透預脫水過程中物質的轉移。而由圖1(b)可以看出，燙漂劃線預處理的固形物增加率相對比較高，其次為劃線、針刺、超聲。而且燙漂可顯著改善干燥物料的組織結構狀態、有助護色和提高失水率[17]，因此燙漂劃線處理為櫻桃番茄真空滲透預脫水前的理想預處理方法。

圖1 預處理方式對櫻桃番茄真空滲透預脫水的 失水率和固形物增加率的影響

Figure 1 Effect of different pretreatments on water loss and solid gain of cherry tomato during vacuum osmotic dehydration

2.2 真空度對櫻桃番茄真空滲透預脫水的影響

由圖2可知，隨著真空度的增加，失水率和固形物增加率呈增大趨勢。可能是真空使細胞間隙被滲透液填滿，進而增加滲透液與細胞的接觸面積，毛細管作用增強，物質遷移速率也隨之提高[17]。櫻桃番茄在真空滲透預脫水過程中，前期失水率和固形物增加率快速上升，中后期趨于平緩，可能是在真空滲透預脫水前期，系統兩相的可溶性固形物含量差距較大，產生的壓力差大，但到中后期，隨著滲透時間的延長，滲透壓差隨干燥物料含水量減小而逐漸降低，傳質推動力變小，導致失水率和固形物增加率提高變緩。由圖2(b)發現，在滲透預脫水5 h、真空度0.080 MPa時櫻桃番茄固形物增加率升幅最大達5.57%，與真空度0.090 MPa時固形物增加率5.69%無顯著差異(P>0.05)。另外，試驗還發現處理時間過長和真空度高都可導致果蔬組織結構的明顯破壞和干燥物料內容物大量流出等現象，這與任亭等[18]研究不同條件對熟化竹蓀干燥品質的影響和趙金紅等[19]對芒果滲透脫水研究得到的結論一致。因此，較理想的櫻桃番茄真空預脫水條件為滲透脫水時間5 h、真空度0.080 MPa。

圖2 真空度對櫻桃番茄真空滲透預脫水失水率 和固形物增加率的影響

Figure 2 Effect of different vacuum degree on water loss and solid gain of cherry tomato during vacuum osmotic dehydration

2.3 溫度對櫻桃番茄真空滲透預脫水的影響

由圖3可知，隨著溫度的增加，失水率和固形物增加率均呈增大趨勢，表明隨著滲透溫度升高，滲透液的黏度下降，減小了櫻桃番茄表面傳質的外部阻力，細胞膜的通透性提高，使水更容易穿過細胞膜而流出；同時隨著滲透溫度升高，滲透液的溶質分子和水分子的運動加劇，從而進一步加快滲透預脫水過程中物質交換[18]。真空滲透預脫水4 h前，失水率和固形物增加率上升較快，5 h后，失水率和固形物增加率逐漸趨于動態平衡，這與趙金紅等[19]的研究結論相符。可能是脫水前期樣品和滲透液間的滲透壓差較大，隨著時間的延長，樣品和滲透液之間的滲透壓差逐漸變小，質量傳遞的驅動力隨滲透壓差變小而降低,導致滲透脫水后期失水率和固形物增加率的提高趨緩；此外，隨著固形物增加率的增加，較多的溶質聚集在滲透界面處，從而阻礙了固形物和水分的遷移。試驗還發現，在70 ℃條件下滲透預脫水一段時間后，易出現櫻桃番茄表皮脫落、內部組織結構發生破壞和內容物大量流出等現象，這與尹曉峰等[20]通過朝天椒滲透脫水處理和張黎驊等[21]探索高山野山藥片鮮切條件下微波間歇脫水得到的結論一致。因此，為保證真空滲透預脫水櫻桃番茄半成品質量，選定合理的溫度范圍為40～60 ℃。

圖3 滲透液溫度對櫻桃番茄真空滲透預脫水 失水率和固形物增加率的影響

Figure 3 Effect of different temperature on water loss and solid gain of cherry tomato during vacuum osmotic dehydration

2.4 糖度對櫻桃番茄真空滲透預脫水的影響

由圖4可知，糖度為30～60 °Brix時，隨著糖度的增加，失水率和固形物增加率均呈增大趨勢，表明糖度越高，越有利于水分子的運動，從而進一步加速滲透預脫水過程中物質交換的進程[22]。但在糖度為70 °Brix時失水率低于60 °Brix，可能是糖度過高使滲透液黏稠度增加，進而使水分的傳質阻力加大，影響脫水效果，抑制滲透脫水的進程[22-23]。由圖4還可看出，在滲透初期4 h內，失水率和固形物增加率變化趨勢比較大，后期變化趨緩。可能是滲透預脫水初期，櫻桃番茄和滲透液之間濃度差比較大，有利于物質交換的進行，隨后濃度差逐漸減小，物質交換進程放緩。因而由試驗結果初步選定合理的糖度范圍為50～70 °Brix。

2.5 響應面優化試驗

在單因素試驗的基礎上，確定真空度為0.080 MPa，進一步優化滲透液糖度、時間和溫度的工藝參數。選用三因素三水平Box-Behnken試驗設計，以滲透液糖度、時間和溫度為自變量，以失水率與固形物增加率的比值為響應值，響應面試驗設計見表1，結果見表2。

2.5.1 失水率/固形物增加率影響因素分析 利用Design-expert 8.0.6分析軟件對表2數據進行二次多元回歸擬合，得到方差分析結果見表3。由表3可知，該模型達到了顯著水平(P=0.019 8)，且失擬項不顯著(P=0.050 6)。回歸模型的相關系數R2=0.901 1，說明超過90.11%的試驗數據能被模型預測，相關性較好；校正決定系數RAdj2=0.871 3，說明該模型能夠解釋87.13%的變化，擬合程度較好；信噪比為8.079，表明試驗精密度達8.079。因此，可用該模型對櫻桃番茄滲透預脫水工藝進行分析和預測。比較各因素的F值，可得出，各因素對失水率/固形物增加率的影響順序是：溫度>時間>糖度。得到的二次回歸方程為：

圖4 滲透液糖度對櫻桃番茄真空滲透預脫水 失水率和固形物增加率的影響

Figure 4 Effect of sugar degree on water loss and solid gain of cherry tomato during vacuum osmotic dehydration

表1 響應面分析因素水平編碼表

Table 1 The levels of different variables in coded and uncoded forms used for response surface methodology

水平X1糖度/°BrixX2時間/hX3溫度/℃-150440060550+170660

Y=7.09-0.24X1+0.091X2+0.75X3-0.53X1X2-0.31X1X3+0.082X2X3-0.56X12-0.91X22-0.64X32。

(3)

由圖5～7可知，櫻桃番茄預脫水過程中的失水率/固形物增加率隨著滲透時間的延長和滲透溫度提高而增大，隨著滲透液的糖度增大先增大后減小。在溫度保持一定時，櫻桃番茄脫水過程失水率/固形物增加率對時間變化比糖度變化敏感，時間和糖度之間交互作用顯著。溫度和糖度與溫度和時間之間交互作用對滲透脫水有促進作用。

表2 櫻桃番茄真空滲透預脫水工藝的響應面設計方案和結果

Table 2 Experimental and predicted values of water loss and solid gain of cherry tomato during vacuum osmotic dehydration according to the three-factor three-level Box-Behnken design

序號X1X2X3WL/%SG/%WL/SG10+1-118.043.914.6120-1+124.133.996.053-1+1025.013.896.43400028.724.186.875-10+128.824.047.136+10-118.023.605.01700-127.184.026.7680+1+133.424.986.719+1-1020.383.326.141000028.324.146.8411-10-114.893.034.911200025.693.577.201300027.843.977.0114-1-1015.882.895.4915+10+125.594.285.981600027.964.066.89170-1-113.353.124.28

表3 失水率/固形物增加率回歸方程方差分析?Table 3 Analysis of variance ofwater loss and solids increase rate for the regression equation

? **表示差異極顯著(P<0.01)，*表示差異顯著(P<0.05)；R2=0.901 1；RAdj2= 0.871 3；Adeq Precisior = 8.079。

2.5.2 櫻桃番茄真空滲透預脫水最佳工藝驗證 櫻桃番茄滲透預脫水后，還需進一步干燥脫水，故期望滲透脫水過程能得到高的失水率和低的固形物增加率，即失水率/固形物增加率的比值最大。采用Design-Expert 8.0.6軟件進行目標優化分析，得出在真空度為0.080 MPa條件下，櫻桃番茄真空滲透預脫水的最佳條件為：糖度50 °Brix，溫度53.37 ℃，時間4.88 h。在此條件下，失水率與固形物增加率的比值為7.24。考慮生產實際操作性，將優化的真空滲透預脫水工藝條件修正為：糖度50 °Brix、溫度53 ℃、時間4.9 h條件下進行驗證實驗，經3次重復，實際測得的失水率的平均值為27.11%、固形物增加率的平均值為3.75%，得到失水率與固形物提增加率的比值為7.23。與模型預測最大值相比僅有0.01的誤差，表明預測模型與實際情況擬合較好，故優化得到的櫻桃番茄真空滲透脫水工藝條件是可行的。

圖5 滲透糖度和時間對固形物增加率影響的響應面圖和等高線Figure 5 Response surface and Contour plotsse surface of the effects of sugar degree and time on solid gain of cherry tomato

圖6 滲透糖度和溫度對固形物增加率影響的響應面圖和等高線Figure 6 Response surface and Contour plotsse surface of the effects of sugar degree and temperature on solid gain of cherry tomato

圖7 滲透溫度和時間對固形物增加率影響的響應面圖和等高線Figure 7 Response surface and Contour plotsse surface of the effects of temperature and time on solid gain of cherry tomato

3 結論

本試驗結果表明，燙漂劃線是櫻桃番茄真空滲透脫水前理想的預處理方法；櫻桃番茄真空滲透預脫水最佳工藝為：糖度50 °Brix、溫度53.37 ℃、時間4.88 h，此時失水率與固形物增加率比值達到最大為7.24。本試驗探明了不同因素對滲透預脫水過程中脫水效果的影響，解決了果蔬干燥速率慢、干燥物質流失嚴重和商品品質差等問題。但本試驗尚未涉及櫻桃番茄在真空預脫水中各因子對其外觀形態、質構、復水性、感官品質及營養價值的影響，還有待后續更深層次探討。

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Optimization of Vacuum Osmotic Dehydration of Cheery Tomatoes

XUXin1

WUYue2

TAOYang2

SULi-juan2

HANYong-bin2

(1.Lu’anVocationalandTechnicalCollege,Lu’a,Anhui237158,China;2.CollegeofFoodScienceandTechnology,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing,Jiangsu210095,China)

The vacuum osmotic dehydration of cherry tomato cultivated “SU LONG NO.1” was studied. Prior to vacuum osmotic dehydration, cherry tomatoes were pre-treated by blanching combined with lineation, acupuncture, lineation and sonication, separately. Through comparison, blanching combined with lineation was selected as a suitable pre-treatment before osmotic dehydration. Next, the effects of vacuum degree, sugar content, temperature and time on the water loss and solid gain of cherry tomato during osmotic dehydration were studied by single factor study. The osmotic dehydration process at 0.080 MPa was further optimized by response surface methodology. The optimal conditions for osmotic dehydration of cherry tomato were sugar content 50 °Brix, treated at 53.37 ℃ for 4.88 h. Under this optimal condition, the ratio of maximum water loss and predicted solid gain was 7.24.

Cherry tomatoes; pretreatment before dehydration; vacuum; osmotic dehydration

江蘇省農業科技自主創新資金項目(編號：CX〔15〕1026)；2016年安徽省級高校人文社會科學重點研究項目(編號：SK2016A0901)；安徽省教育廳2014年高等學校省級質量工程項目(編號：2014gxk108)

徐鑫，男，六安職業技術學院副教授，碩士。

韓永斌(1963—)，男，南京農業大學教授，博士。 E-mail：hanyongbin@njau.edu.cn

2017—01—15

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.05.040