不同滲透方式對芒果脫水效率和品質的影響

王俊濤，滕建文，韋保耀，黃 麗，夏 寧

（廣西大學輕工與食品工程學院，廣西 南寧 530004）

糖漬是一種果脯加工中常用的滲透方法，包括固體糖干法糖漬和糖液浸漬。固體糖干法糖漬也稱固態滲透（solid-state sugar osmotic dehydration）[1]，是一種將固體滲透劑添加在果蔬表面的滲透方法；糖液浸漬也稱液態滲透（liquid-state sugar osmotic dehydration）[2-3]，是一種將果蔬浸入到滲透溶液中的滲透方法。食品滲透技術自古就有應用，如腌魚、腌肉、腌菜和果脯蜜餞加工，其目的是利用高滲透壓來保存食品。隨著人類對節能和產品品質保真需求的提升，高效脫水的滲透技術越來越受到重視。已有學者研究以脫水為目的的滲透技術的傳質機理，并將預脫水技術與干燥、冷凍等加工技術結合，在果蔬、肉類、魚類等食品加工中應用，獲得了良好的節能和提高品質的效果[4-10]。由于液態滲透溶液濃度一般較為穩定，易于開展研究，故液態滲透為主要的研究方向，其集中在原料組織特性[5,11-12]、滲透劑種類[13-16]、滲透溶液濃度與溫度[17-18]、滲透時間[19]等對脫水速率、果蔬品質的影響和不同滲透過程的傳質動力學[20-22]方面。

目前關于芒果滲透脫水的研究已有較多報道，主要集中在聯合干燥[23]、滲透強化[24]、滲透-凍結[25]、滲透工藝優化[26]、滲透工藝對半干制品貯藏穩定性[27]、滲透預處理對產品品質的影響[28]等，且主要是采用滲透劑濃度較為穩定的液態滲透。固態滲透雖然在腌漬肉制品[29]、蔬菜[30]和滾揉肉制品[31]以及果脯糖漬[32]中已有所應用，其主要目的是通過滲透大量的糖或食鹽以調整產品的質構和風味，但固態滲透在預脫水領域的研究報道較少。在滲透聯合干燥領域，固態滲透脫水的傳質規律、固態滲透和液態滲透在脫水效率及對芒果品質的影響對比研究方面還鮮見報道；具有較高脫水效率、較低可溶性固形物含量的高保真芒果干制品的加工研究也較少被報道。

芒果干制品是芒果主要的加工品。我國芒果干加工區主要集中在南方各省，‘臺農一號’、‘紫花’、‘玉芒’是主要的加工品種，其中‘玉芒’的加工量已占到其產量的一半左右。本實驗以‘玉芒’為原料，擬開展不同滲透方式對芒果預脫水效率及其品質的影響研究，為果蔬加工領域在滲透方式的選擇上提供一定的理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

‘玉芒’芒果（Mangifera indicaLinn.）產地為越南，購于南寧金果園食品有限責任公司。挑選果皮微黃、可溶性固形物含量在11～13 °Brix、無機械損傷的果實進行清洗、去皮、切塊（2 cm×2 cm×1 cm）。

蔗糖 南寧市東凱冠超市；L-半胱氨酸（優級純）北京索萊寶公司；十六烷基三甲基溴化銨（色譜純）成都化夏化學試劑有限公司；甲醇（色譜純） 天津市大茂化學試劑廠；L(+)-抗壞血酸標準品（純度≥99%）國藥集團化學試劑有限公司；其他試劑均為國產分析純；超純水由Milli-Q超純水機制得。

1.2 儀器與設備

DHG-9146A熱鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司；WYA-2S數字阿貝折射儀 上海儀電物理光學儀器有限公司；e2695高效液相色譜儀（含紫外檢測器）美國Waters公司；ZORBX SB-C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm） 美國Agilent公司；Infinite M200 PRO酶標儀帝肯（上海）貿易有限公司；RE-52AA旋轉蒸發儀上海亞榮生化儀器廠；TG16-WS高速離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司。

1.3 方法

1.3.1 芒果滲透處理

固態滲透組（SSD處理組）：取切分好的芒果塊，分裝在形狀一致的透明廣口塑料瓶中，每瓶100 g芒果塊。每瓶加入芒果塊質量30%的蔗糖（30 g）（記為SSD30），用玻璃棒攪拌均勻，溫度20 ℃。液態滲透組（LOD處理組）：取切分好的芒果分別塊浸沒在裝有100 g質量分數依次為30%、40%蔗糖溶液的塑料瓶中（分別記為LOD30、LOD40），每瓶100 g芒果塊，溫度20 ℃。在滲透0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、5、8、12、16、20、24、28、32、36、42、48 h時取樣，用蒸餾水快速沖洗樣品表面，并用吸水紙吸干表面水分，進行各項指標的測定，同時取糖液測定其可溶性固形物質量分數和質量。每組設3 個平行。

1.3.2 芒果水分質量分數的測定

采用GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》[33]中的直接干燥法測水分質量分數。

1.3.3 芒果和糖液可溶性固形物質量分數的測定

在室溫環境下，采用數字阿貝折射儀測定芒果和糖液的可溶性固形物質量分數[34]。

1.3.4 固增率、失水率和脫水效率的計算

參考Zou Kejian[6]和Sharma[35]等的方法，固增率、干基固增率、失水率和脫水效率分別按公式（1）～（4）進行計算。

式中：XW0、XWt分別表示樣品初始、t時刻的水分質量分數/%；m0、mt分別表示樣品初始、t時刻的質量/g；XS0、XSt分別表示樣品初始、t時刻的可溶性固形物質量分數/%。

1.3.5 芒果水分擴散系數和可溶性固形物擴散系數的計算

果蔬滲透脫水時的水分擴散系數和可溶性固形物擴散系數常用菲克擴散方程[36-37]進行估算，具體分別按公式（5）、（6）計算。

式中：KW、KS分別表示樣品的水分、可溶性固形物擴散系數/h－1/2；t表示樣品的滲透時間/h；A、B分別表示常數。

1.3.6 VC含量的測定

采用GB 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》中的高效液相色譜法測VC的含 量[38]。 色譜條件： ZORBXSB-C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；檢測波長245 nm；流動相A：6.8 g/L磷酸二氫鉀-0.91 g/L十六烷基三甲基溴化銨溶液；流動相B：純甲醇；柱溫25 ℃；流速為0.7 mL/min；進樣量20 μL。VC保留率按公式（7）計算。

1.3.7 芒果總酚含量的測定

總酚含量測定參考文獻[39-40]。取50 g滲透芒果塊，加入200 mL無水乙醇，打漿，在60 ℃下水浴提取2 h，抽濾，取濾液，減壓濃縮，用體積分數50%乙醇溶液定容至100 mL。采用福林-酚法測定總酚含量，以沒食子酸為標準物質。總酚保留率按公式（8）計算。

1.4 數據統計與分析

采用Excel軟件記錄整理實驗數據，采用Origin 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同滲透方式對芒果脫水效率和固增率的影響

2.1.1 芒果脫水相關性質

2.1.1.1 不同滲透方式下芒果失水率的變化

由圖1可知，不同滲透方式下芒果的失水率在0～8 h快速增加，8～48 h緩慢增加。說明芒果滲透失水主要發生在前8 h。在滲透平衡之前，由于糖液與芒果細胞之間滲透壓的存在，芒果不斷失水，失水率持續增加；隨著芒果不斷失水，滲透溶液被不斷稀釋，糖液濃度逐漸降低，芒果細胞內外的滲透壓逐漸降低，導致脫水效率下降[41]。SSD30處理組芒果的失水率高于LOD40處理組和LOD30處理組，說明固態滲透與液態滲透相比，具有脫水快速的優勢。尤其在初期，固態滲透可視為糖液濃度為100%的液態滲透，其濃度比兩個液態滲透處理組都高，滲透壓也高，故芒果有最高的失水率。LOD30處理組的失水率小于LOD40處理組，是因為滲透液濃度越大失水率越高[42]，這與文獻[43]報道的結果相似。

圖1 不同滲透方式下芒果失水率的變化Fig.1 Changes in water loss rate of mangoes subjected to different osmotic dehydration treatments

2.1.1.2 固態滲透過程中糖液可溶性固形物質量分數和質量的變化

圖2 固態滲透過程中糖液可溶性固形物質量分數和糖液質量的變化Fig.2 Changes in soluble solids content and the mass of sugar solution during solid-state osmotic dehydration

在本實驗的固態滲透過程中，滲透0.5 h芒果塊開始出汁，之后隨著滲透時間的延長，芒果塊不斷失水，蔗糖逐漸溶解，但至滲透8 h仍未溶解完全。從圖2可以看出，100 g芒果固態滲透過程中，糖液質量從滲透1 h的38.44 g逐漸增加至滲透8 h的46.99 g，而糖液可溶性固形物質量分數逐漸降低，從滲透1 h的56.77%逐漸降低至滲透8 h的41.60%。由于非穩態滲透達到滲透平衡的時間較長，故與穩態滲透相比，研究的滲透時長跨度較大。

2.1.1.3 不同滲透方式下糖液質量的變化

由圖3可知，100 g芒果在不同方式滲透過程中，糖液質量隨著滲透時間延長逐漸增加，這是因為芒果在滲透過程中不斷失水。糖液質量由低到高依次為SSD30處理組＜LOD30處理組＜LOD40處理組。這可能是因為固態滲透不是溶液滲透，滲透開始時沒有糖液，而液態滲透為溶液滲透，滲透開始時有糖液，故SSD30處理組糖液質量最低；LOD40處理組糖液質量最高，可能是因為LOD40處理組糖液與芒果之間的滲透壓大于LOD30，導致LOD40處理組失水量大于LOD30，從而使LOD40處理組糖液質量最高。芒果固態滲透糖液質量遠低于液態滲透，這主要是因為固態滲透初始不用另外加水起到的優勢。

圖3 不同滲透方式下糖液質量的變化Fig.3 Changes in mass of sugar solution in mango fruit subjected to different osmotic dehydration treatments

2.1.1.4 不同滲透方式下芒果的水分擴散系數

圖4 不同滲透方式下芒果失水率與時間的平方根關系Fig.4 Relationship between water loss rate of mangoes and square root of time under different osmotic dehydration treatments

表1 不同滲透方式下芒果的水分擴散系數Table 1 Water diffusion coefficients of mangoes under different osmotic dehydration treatments

從圖4可以看出，公式（5）能較好地模擬芒果失水率隨滲透時間變化的規律，不同滲透方式下擬合方程的決定系數在0.880 1～0.993 1之間，直線的斜率代表了不同滲透方式樣品的水分擴散系數。經擬合得知，SSD30、LOD30、LOD40處理組芒果的水分擴散系數依次為5.320 1、3.743 7、3.828 6 h－1/2，其中，SSD30處理組的芒果水分擴散系數增量最大，為42.11%，而LOD40處理組芒果的水分擴散系數增量為2.27%（表1）。因此，固態滲透的水分擴散系數大于液態滲透的水分擴散系數，LOD40處理組的水分擴散系數大于LOD30處理組。固態滲透SSD30處理組的水分擴散系數比液態滲透LOD30處理組和LOD40處理組分別提高了42.11%和38.96%。

2.1.2 芒果可溶性固形物變化

2.1.2.1 不同滲透方式下芒果固增率的變化

圖5 不同滲透方式下芒果固增率的變化Fig.5 Changes in solids gain rate of mango fruit under different osmotic dehydration treatments

由圖5可知，芒果固增率隨著滲透時間的延長而增加。同一滲透時間，各組固增率從大到小排序為SSD30處理組＞LOD40處理組＞LOD30處理組。固體滲透劑向芒果內擴散的動力來源于芒果細胞內外的滲透劑濃度差產生的滲透壓。SSD30處理組比LOD30處理組和LOD40處理組糖液濃度高，故產生較高的滲透壓，使滲透劑較多地滲透到芒果內，導致芒果固態滲透的固增率高于液態滲透，但這種效果并不明顯。

2.1.2.2 不同滲透方式下芒果的可溶性固形物擴散系數

圖6 不同滲透方式下芒果固增率與時間的平方根關系Fig.6 Relationship between solids gain rate of mangoes and square root of time under different osmotic dehydration treatments

表2 不同滲透方式下芒果的可溶性固形物擴散系數Table 2 Diffusion coefficients of soluble solids in mango fruit under different osmotic dehydration treatments

從圖6可以看出，方程（6）能較好地模擬芒果固增率隨滲透時間變化的規律，不同滲透方式下擬合方程的決定系數在0.944 2～0.981 7之間，直線的斜率代表了不同滲透方式樣品的可溶性固形物擴散系數。經擬合得知，SSD30、LOD30、LOD40處理組芒果的可溶性固形物擴散系數依次為1.204 0、1.188 9、1.203 4 h－1/2（表2）。其中，SSD30處理組芒果具有最大的可溶性固形物擴散系數增量，為1.27%，而LOD40處理組芒果的可溶性固形物擴散系數增量為1.22%。各組可溶性固形物擴散系數從大到小排序依次為SSD30處理組＞LOD40處理組＞LOD30處理組，但差別不大。固態滲透SSD30處理組的可溶性固形物擴散系數比液態滲透LOD30處理組和LOD40處理組分別提高了1.27%和0.05%。

2.1.3 芒果脫水效率

圖7 不同滲透方式下芒果脫水效率的變化Fig.7 Changes in dehydration efficiency of mango fruit under different osmotic dehydration treatments

圖8 不同滲透方式下芒果干基固增率的變化Fig.8 Changes in dry-base solids gain rate of mango fruit under different osmotic dehydration treatments

脫水效率反映的是芒果塊增加單位質量可溶性固形物所損失的水分質量，其越高表明芒果塊所吸收蔗糖越少，失去的水分越多。由圖7可知，隨著滲透時間的延長，脫水效率逐漸降低。前5 h脫水效率急劇下降，5 h后脫水效率緩慢降低。在同一滲透時間，SSD30處理組的脫水效率最高，LOD40處理組次之，LOD30處理組最低，說明固態滲透脫水效率高。在滲透48 h時，固態滲透SSD30處理組的脫水效率比液態滲透LOD30處理組和LOD40處理組分別提高了59.8%和34.79%。由圖8可以看出，在滲透前8 h，干基固增率變化較快，其中前5 h的干基固增率均小于30%，說明此階段芒果滲入蔗糖量較少，基本沒有改變芒果的口感和形狀。

2.2 滲透對芒果品質的影響

2.2.1 芒果和糖液感官變化

圖9 不同滲透方式下芒果塊和糖液圖像Fig.9 Images of mango cubes and sugar solution under different osmotic dehydration treatments

由圖9A1～A3可以看出，經不同方式滲透20 h后，SSD30處理組芒果塊緊縮度最高，而液態滲透芒果塊表面出現不同程度的組織疏松現象，LOD30處理組芒果塊的體積最大。由圖9B1～B3可以看出，滲透20 h后，各組糖液渾濁度由高到低排序依次為LOD30處理組＞LOD40處理組＞SSD30處理組。從圖9C1～C3可以看出，滲透48 h后，各組滲透糖液中均有芒果塊組織出現。

2.2.2 VC保留率變化

圖10 不同滲透方式下芒果VC保留率的變化Fig.10 Changes in VC retention rate in mango fruit under different osmotic dehydration treatments

由圖10可知，隨著滲透時間的延長，芒果VC保留率逐漸降低，且SSD30處理組的芒果VC保留率最高。這可能是因為隨著滲透時間的延長，芒果不斷失水，VC不斷溶出，致使VC保留率不斷下降。在滲透的前8 h，芒果VC的保留率下降較快；滲透8 h后，芒果VC的保留率下降較慢。這可能是因為，在滲透的前8 h，芒果組織與糖液之間具有較高的滲透壓，在芒果失水較多的過程中，有較多的VC溶出；滲透8 h后，隨著芒果不斷失水，糖液濃度不斷降低，滲透壓降低，物質傳遞變得緩慢。在滲透48 h時，固態滲透SSD30處理組的VC保留率比液態滲透LOD30處理組和LOD40處理組分別提高了4.54%和3.99%。

2.2.3 總酚保留率變化

圖11 不同滲透方式下芒果總酚保留率的變化Fig.11 Changes in total phenol retention rate of mango fruit under different osmotic dehydration treatments

由圖11可知，隨著滲透時間的延長，芒果總酚保留率逐漸降低。這可能是因為隨著滲透時間的延長，芒果不斷失水，芒果塊在長時間的浸泡下，組織變得疏松，有部分芒果組織脫落，導致總酚不斷溶出。在滲透的前8 h，芒果總酚的保留率下降較快；滲透8～36 h，芒果總酚的保留率下降較慢；滲透36～48 h，芒果總酚的保留率又加速下降。這可能是因為在滲透的前8 h，在芒果失水較快的過程中，有較多總酚隨著一起溶出；滲透8～36 h，隨著滲透壓降低，物質傳遞變得緩慢；滲透36～48 h，由于芒果塊在滲透液中長時間浸泡而發生細胞結構降解[44]，導致部分芒果組織脫落至溶液中，使芒果總酚的保留率下降較快。其中，SSD30處理組的芒果總酚保留率最高，其次是LOD30處理組，LOD40處理組最低。在滲透48 h時，固態滲透SSD30處理組的總酚保留率比液態滲透LOD30處理組和LOD40處理組分別提高了2.75%和24.75%。

3 討 論

文獻[45-46]與本實驗LOD30和LOD40處理組失水率相比變化規律相同，但其滲透時間（2～6 h）更短，這可能是因為該文獻研究的滲透液濃度在滲透過程中是穩定的，屬于穩態滲透，而本實驗的芒果滲透過程糖液濃度是變化的，屬于非穩態滲透，達到滲透平衡的時間較長。滲透過程以滲透壓為動力，而滲透壓受到糖液濃度的影響。糖液濃度越高滲透壓越高，則脫水和可溶性固形物的滲透動力就越大；因此，穩態滲透比非穩態滲透的效率高。固態滲透可能受蔗糖水果質量比、滲透劑、水果的性質等影響。在固態滲透過程中，由于芒果水分的流出，蔗糖溶解，導致未溶解的蔗糖與芒果的質量比逐漸減小，從而改變失水速率。固態滲透的初期，可以近似看作飽和糖液的滲透，因此其芒果失水率遠高于液態滲透處理組。隨著芒果進一步脫水和固體糖的溶解，糖液濃度開始下降，其滲透壓也下降，并導致失水速率的降低，直至平衡。固態滲透0～8 h的快速脫水期可以用于以快速脫水作為滲透目的的果蔬加工領域。方程（5）對液態滲透的擬合效果較好，但對固態滲透的擬合效果不如液態滲透，可能是因為方程（5）的前提條件是滲透溶液的濃度恒定[47]，而本研究的芒果滲透溶液是變化的，且固態滲透糖液濃度變化較大，導致擬合效果不如糖液濃度變化相對較小的液態滲透。SSD30處理組的水分和可溶性固形物擴散動力學模型決定系數均較小，因此可能需要分兩段擬合，這有待進一步深入研究。

從圖5可以看出，在滲透前8 h內，SSD30處理組芒果固增率快速增加。在工業生產中，可以用于以快速增加可溶性固形物滲透劑為目的的果蔬加工，比如通過果蔬固態滲透強化營養，其中已有關于滲透強化營養的報道[48]。從圖7可以看出，固態滲透前5 h芒果的脫水效率較高，可利用這一特點將固態滲透運用于果蔬加工。比如需要在短時間快速脫水且需少量增加可溶性固形物時，可以選用固態滲透，并將滲透時間控制在5 h內。LOD30處理組的脫水效率小于LOD40處理組，這可能是因為LOD30處理組芒果糖液的蔗糖濃度較低，糖液滲透壓較低，脫水較慢，這與文獻[12,46]報道結果類似。綜上，與液態滲透相比，固態滲透具有脫水快、脫水效率高的優勢。

由于固態滲透沒有外加水分，糖液中的水分全部來自于芒果，導致芒果固態滲透后的糖液量很少。而在實際的食品工廠中，小中型企業還沒有條件綜合利用糖液，而這些糖液便作為工業廢棄物，需要凈化才能排放。固態滲透與液態滲透相比，具有糖液量少的特點，有利于減少企業處理糖液的成本，具有減排、環保、降低成本的優點。綜合糖液渾濁度和糖液量可以推斷出，固態滲透處理組芒果溶出的非水物質最少。SSD30處理組的芒果VC保留率最高，這可能是因為固態滲透糖液的濃度較高，黏度較高，導致細胞內的營養物質流失受阻；也可能是因為固態滲透糖液量少，而且少量VC的溶出即可較大幅度提高糖液中VC濃度，使芒果內外的VC濃度差較小并易趨向滲透平衡，導致芒果中的VC向糖液中擴散量減少。SSD30處理組的芒果總酚保留率最高，這與VC的變化規律相似，可能具有同樣的作用機制。而液態滲透中，LOD30處理組芒果總酚的保留率大于LOD40處理組。這可能是因為在滲透過程中，芒果LOD30處理組的糖液量少于LOD40處理組，部分芒果組織脫落較少，芒果總酚損失較少，保留率較高。對于芒果滲透過程中VC和總酚的變化規律，VC在滲透前期損失較快，而總酚則在滲透后期損失較快，這可能與VC及各酚類物質的溶解性、分子質量及與其他物質的相互作用等有關。芒果多酚類物質組成復雜[49-50]，采用液相色譜-質譜分析技術可以研究芒果酚類物質組成及其在滲透過程的具體變化規律，并進一步解釋其變化機制，這有待進一步深入研究。

4 結 論

通過對比研究SSD30、LOD30和LOD40 3 種芒果滲透方法，發現固態滲透處理組芒果的失水率、固增率、脫水效率、VC保留率和總酚保留率均高于液態滲透處理組，且溶出的非水物質最少，表明固態滲透對芒果具有脫水效率高和營養保留高的特點。芒果固態滲透剩余糖液量低于液態滲透，表明固態滲透具有環保的特點。同時，利用菲克方程進行傳質動力學分析，得出SSD30、LOD30、LOD40處理組芒果的水分擴散系數依次為5.320 1、3.743 7、3.828 6 h－1/2，可溶性固形物擴散系數依次為1.204 0、1.188 9、1.203 4 h－1/2，表明固態滲透SSD30處理組具有最高的水分擴散系數，而可溶性固形物擴散系數與液態滲透相比差異不太明顯。因此，在研究高脫水低可溶性固形物增加的高保真芒果以及節能環保等方面，固態滲透優于液態滲透。這為果蔬加工領域在滲透方式的選擇上提供一定的理論指導，預計固態滲透技術可帶來良好的應用前景。