不同滲透方式對芒果脫水效率和品質的影響

趙紅偉，曹彬彬，張諧天，張鐘元 ，李大婧，聶梅梅，顧千輝，王云海，牛麗影，謝 宏

（1.江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇南京 210014；2.沈陽農業大學食品學院，遼寧沈陽 110866；3.三只松鼠股份有限公司，安徽蕪湖 241001）

芒果（Mangifera indicaL.）是世界上僅次于香蕉的第二大熱帶水果[1]，原分布于孟加拉、印度、中南半島及馬來西亞，現在我國亞熱帶省區如廣西、廣東、福建、云南和臺灣地區等也廣泛種植[2]。芒果果實富含維生素C 和各種植物化學物質，包括類胡蘿卜素和酚類化合物[3]、礦物質以及膳食纖維等功效成分[4?5]。但是，由于季節性和不宜貯藏的原因，大部分果實成熟后腐敗變質，嚴重造成了資源浪費，對芒果進行加工制作成果脯可提高芒果的食用價值，減少資源浪費[6]。

芒果果脯加工主要包括利用糖漬滲透脫水、干燥等加工流程，其中糖漬滲透脫水不僅可去除芒果部分水分，增加含糖量，還可使芒果在后續干燥中因美拉德等反應而形成獨特的色澤和口感[7]。目前，液態滲透預處理技術和固態滲透預處理技術在企業生產中都有所應用，但現有研究多集中在液態滲透及聯合液態滲透工藝方面。宋璐瑤等[8]研究表明真空聯合超聲滲透可提高芒果的失水率和固增率。康佳琪等[9]研究表明液態滲透隨著滲透液質量分數的增大，芒果的失水率逐漸增大。李珊珊[10]研究表明隨著溶液質量分數的增加，芒果失水率和固形物增加率呈上升趨勢。在固態滲透方面，目前僅王俊濤等[11]研究發現固態滲透比液態滲透處理脫水效率有所提高，但不同滲透條件（環境溫度、糖濃度）對芒果脫水效率和營養物質保留的研究還未見報道。為了進一步比較不同生產環境下液態滲透和固態滲透在芒果脫水效率上的差異，本實驗模擬企業夏季（30 ℃）和冬季（20 ℃）生產環境條件下采用不同滲透方式處理芒果塊，探究滲透方式在不同生產環境下對芒果塊失水率和固增率、芒果塊內部水分遷移以及營養物質保留率影響的差異，為芒果固態滲透預處理技術的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

芒果 果產地越南楊凌潤美農業發展有限公司；蔗糖 南京市蘇果超市；偏磷酸、無水乙醇、碳酸鈉 分析純，國藥集團化學試劑有限公司；福林酚生物試劑，上海麥克林生化科技有限公司；正磷酸色譜純，Tedia 公司。DHG-9070 電熱恒溫鼓風干燥箱 上海新苗醫療器械制造有限公司；生化培養箱 南京立思高儀器設備有限公司；KH-500DE 型數控超聲波清洗器昆山禾創超聲儀器有限公司；PAL-1 迷你數顯折射儀 上海儀電物理光學儀器有限公司；MesoMR23-060H-I 低場核磁儀 蘇州紐邁分析儀器有限公司；PR124ZH 電子天平 奧豪斯儀器（常州）有限公司；16KR 臺式高速冷凍離心機 湖南可成儀器設備有限公司；1200 高效液相色譜儀 美國安捷倫科技有限公司；UV-6300 型紫外-可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理 挑選果皮微黃、可溶性固形物含量在 11～15°Brix、成熟度相近的玉芒，清洗、去皮、切塊，果塊大小 2 cm×2 cm×1 cm。

1.2.2 實驗設計 目前研究多集中在液態滲透，而對固態滲透脫水傳質規律，固態滲透和液態滲透在脫水效率的影響研究較少。經前期預實驗選用液態滲透LOD30 作為對照組和固態滲透作對比展開研究。

固態滲透處理：將挑選的芒果切分成大小一致的芒果塊，分裝在形狀一致的玻璃瓶中，每瓶 100 g。每瓶分別加入芒果塊質量 20%的蔗糖（20 g，SSD20）、30%的蔗糖（30 g，SSD30）、40%的蔗糖（40 g，SSD40），用玻璃棒攪拌均勻，分別置于溫度 20、30 ℃條件下。在滲透1、2、3、4、6、8、12、24、36、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。每組樣品平行測量三次，計算平均值和標準差。

液態滲透處理：將挑選的芒果切分成大小一致的芒果塊浸沒在裝有質量濃度為30%蔗糖溶液的玻璃瓶中，每瓶 100 g，固液比1:3（LOD30），置于溫度20、30 ℃條件下。在滲透1、2、3、4、6、8、12、24、36、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。每組樣品平行測量三次，計算平均值和標準差。

1.2.3 水分含量的測定 采用 GB 5009.3-2016[12]的方法，恒重法測水分。

1.2.4 可溶性固形物的測定 在室溫環境下，采用PAL-1 迷你數顯折射儀測定[13]，結果以%計。

1.2.5 可溶性固形物增加率（簡稱固增率，SG）、失水率（WL）的計算 參考徐鑫等[14]和劉偉東等[15]的方法，按下式進行計算：

式中：t：樣品的滲透時間（h）；SG、WL：分別為樣品的固增率（%）、失水率（%）；M0、Mt：分別為樣品滲透時間初始、t 時的質量（g）；Xs0、Xst：分別為樣品滲透時間初始、t 時的可溶性固形物含量（%）；Xw0、Xwt：分別為樣品滲透時間初始、t 時的水分含量（%）。

1.2.6 芒果水分擴散系數和可溶性固形物擴散系數的計算 菲克擴散方程[16?17]廣泛地應用于估算果蔬滲透脫水時水分擴散系數和可溶性固形物擴散系數，計算公式如下：

式中：KW：樣品的水分擴散系數（h-1/2）；KS：樣品的可溶性固形物擴散系數（h-1/2）；t：樣品的滲透時間（h）；A、B：常數。

1.2.7 VC保留率的測定

1.2.7.1 VC的提取 參照劉勝輝等[18]的方法，稍作修改，分別在滲透1、2、3、4、6、8、12、24、36、48 h時取芒果塊2.5 g 于研缽中，加入少量4 ℃ 預冷的0.25%偏磷酸，冰浴研磨，勻漿用0.25%偏磷酸溶液定容至25 mL，在4 ℃條件下10000 r/min 離心10 min，取上清液，上清液經微孔濾膜（水系，0.45 μm）過濾后待測。

1.2.7.2 抗壞血酸的HPLC 條件 色譜柱為ZORBAX 300SB-C18（4.6 mm×250 mm，φ5 μm），流動相為0.03 mol/L 正磷酸，流速為0.8 mL/min，柱溫25 ℃，檢測波長240 nm，進樣量為20 μL，標準曲線以抗壞血酸濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標繪制標準曲線，標準曲線方程y=88519x+9.2027，R2=0.9999，計算樣品中VC的含量。

1.2.7.3 VC的保留率計算 參照汪小聘等[19]的方法，抗壞血酸保留率計算見下式：

1.2.8 總酚保留率的測定

1.2.8.1 總酚的提取 參照李靜等[20]的方法，取不同滲透時間的芒果塊4 g 于研缽中，研磨勻漿，用50 mL 70%乙醇洗入50 mL 離心管中，將離心管置于數控超聲波清洗器中，超聲溫度 30 ℃、功率100 W，超聲30 min 后，9000 r/min 離心5 min，取上清液于紫外分光光度計765 nm 波長處測定其吸光值，通過標準曲線計算樣品中的總酚含量。標準曲線以沒食子酸濃度為橫坐標，吸光值為縱坐標繪制標準曲線，標準曲線方程為y=12.149x+0.067，R2=0.9996。

1.2.8.2 總酚的保留率計算 同1.2.7.3。

1.2.9 水分遷移分析 試驗條件：使用MesoMR23-060H-I 型核磁共振食品分析系統進行測試芒果塊糖漬過程中水分狀態的變化情況。測試時樣品室恒溫為（30.00±0.01）℃，先通過Q-FID 序列確定樣品等待時間，然后采用Q-CPMG 采集樣品信號。實驗參數為：SW（KHz）=200；SF（MHz）=21；RFD（ms）=0.020；O1（Hz）=289966.78；RG1（db）=10.0；P1（μs）=10.52；DRG1=3；TD= 600010；PRG=0；TW（ms）=3500.000；NS=16；P2（μs）=20.00；TE（ms）=0.200；NECH=15000。選用變溫型核磁共振食品農業成像分析儀配套的反演軟件進行10000 連續譜迭代分析擬合得到各樣品的波譜圖和 T2弛豫信息。

1.3 數據處理

以上所有試驗重復三次，各試驗結果均以“平均值（means）±標準差（SD）”表示。采用SPSS26.0 軟件進行Duncan 比較分析，在0.05 水平上進行顯著性檢驗，采用 Office Excel 2019 進行數據處理，使用Origin2019b 軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 不同環境溫度下不同滲透方式對芒果失水率的影響

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[21]。環境溫度20 和30 ℃條件下不同滲透方式對芒果塊失水率的影響如圖1 所示。芒果塊的脫水可以分為兩個階段，0～8 h 為第一階段，此階段芒果塊的失水率快速增加，8～48 h 為第二階段，此階段芒果塊持續失水但失水速率變緩。48 h后20 ℃失水率LOD30 為19.69%，SSD20 為37.27%，SSD30 為45.68%，SSD40 為49%；30 ℃失水率LOD30為22.1%，SSD20 為47.15%，SSD30 為53.43%，SSD40為57.41%。在滲透初期固態滲透的蔗糖被樣品中排出的水分溶解，此時的滲透溶液濃度相當于100%的液態滲透，故液態失水率低于固態滲透。相同滲透濃度在兩個環境溫度下其失水率存在差異，環境溫度20 ℃條件下液態滲透LOD30、固態滲透SSD20、固態滲透SSD30、固態滲透SSD40 的失水率小于環境溫度30 ℃條件下的失水率。在相同環境溫度下，隨著滲透濃度的增加，芒果塊內外滲透壓增加，其失水率也相應升高，故失水率SSD40>SSD30>SSD20>LOD30。Figen 等[22]研究表明滲透脫水率隨滲透液濃度和溫度的增加而增加。王俊濤[23]研究表明固態滲透失水率高于液態滲透，且固態滲透隨著蔗糖和芒果的質量比越大，芒果失水率越高。趙金紅等[24]研究表明隨著滲透液溫度的提高,芒果的失水率增大。這與本文研究結果一致。隨著滲透時間的增加，滲透溶液的濃度不斷稀釋，芒果塊內外的滲透壓逐漸降低，限制了滲透溶液和芒果塊之間的水分交換，芒果塊的脫水效率變緩。

圖1 20、30 ℃不同滲透方式下芒果失水率的變化Fig.1 Changes of water loss rate of mango in different osmotic dehydration methods at 20 or 30 ℃

圖2 反映了20 和30 ℃條件下不同滲透方式處理芒果塊的失水率和時間的變化規律，直線的斜率代表了不同滲透方式處理下芒果塊的水分擴散系數。20 ℃條件下LOD30、SSD20、SSD30、SSD40 芒果塊的水分擴散系數依次為2.5175、4.4982、5.5820、5.8063 h-1/2，30 ℃條件下LOD30、SSD20、SSD30、SSD40 芒果塊的水分擴散系數依次為2.9174、6.2156、6.9583、7.4633 h-1/2，其中30 ℃條件下SSD40 的芒果塊具有最大的水分擴散系數增量為196.46%。20 和30 ℃條件下不同滲透方式處理芒果塊的水分擴散系數呈相同規律：SSD40>SSD30>SSD20>LOD30，30 ℃的水分擴散系數大于20 ℃水分擴散系數（表1）。

圖2 20、30 ℃不同滲透方式下芒果失水率與時間的平方根的關系Fig.2 Relationship between water loss rate of mango and square root of time in different osmotic dehydration methods at 20 or 30 ℃

表1 20、30 ℃不同滲透方式下芒果的水分擴散系數Table 1 Water diffusion coefficient of mango in different osmotic dehydration methods at 20 or 30 ℃

2.2 不同環境溫度下不同滲透方式對芒果固增率的影響

果蔬中的總可溶性固形物含量，可大致表示果蔬的含糖量[25]。由圖3 可知，相同環境溫度不同滲透方式處理的芒果塊固增率在0～8 h 差異不明顯，8～48 h SSD40>SSD30>SSD20>LOD30，這可能是因為前8 h 固態滲透添加的蔗糖沒有被芒果塊滲出的水分完全溶解，滲入芒果塊內部糖含量較少，隨著滲透時間的延長固態滲透的蔗糖被芒果塊滲出的水分溶解完全，蔗糖濃度高的固增率高。相同滲透方式不同環境溫度下，30 ℃的固增率大于20 ℃的固增率，這是由于升高溫度加快了物質傳遞速率，更利于芒果塊脫水，所以30 ℃條件下的蔗糖率先完全溶解，產生的滲透壓驅使蔗糖向芒果塊內部擴散。王俊濤等[11]研究表明芒果固增率隨著滲透時間的增加而增加，同一滲透時間下，固態滲透SSD30 大于液態滲透LOD40。趙金紅等[24]研究表明隨著滲透液溫度的提高，芒果的固增率增大，這與本文研究結果一致。在糖漬48 h 后，20 ℃條件下固增率：LOD30 為2.73%，SSD20 為3.56%，SSD30 為4.7%，SSD40 為5.11%；30 ℃條件下固增率：LOD30 為4.59%，SSD20 為5.39%，SSD30 為6.08%，SSD40 的固增率為6.36%。

圖3 20、30 ℃不同滲透方式下芒果固增率的變化Fig.3 Changes of solid gain rate of mango in different osmotic dehydration methods at 20 or 30 ℃

圖4 反映了環境溫度20 和30 ℃條件下不同滲透方式處理芒果塊的固增率和時間的變化規律，直線的斜率代表了不同滲透方式處理下芒果塊的可溶性固形物擴散系數。20 ℃條件下LOD30、SSD20、SSD30、SSD40 芒果塊的可溶性固形物擴散系數依次為0.3406 h-1/2、0.4315 h-1/2、0.5769 h-1/2、0.6542 h-1/2，30 ℃條件下LOD30、SSD20、SSD30、SSD40 芒果塊的可溶性固形物擴散系數依次為0.6144 h-1/2、0.7103 h-1/2、0.7723 h-1/2、0.8087 h-1/2，其中30 ℃條件下SSD40 的芒果塊具有最大的可溶性性固形物擴散系數增量為137.43%。20 和30 ℃條件下不同滲透方式處理芒果塊的可溶性固形物擴散系數呈相同規律：SSD40>SSD30>SSD20>LOD30，30 ℃的可溶性固形物擴散系數大于20 ℃可溶性固形物擴散系數（表2）。

圖4 20、30 ℃不同滲透方式下芒果固增率與時間的平方根的關系Fig.4 Relationship between solid gain rate of mango and the square root of time in different osmotic dehydration methods at 20 or 30 ℃

表2 20、30 ℃不同滲透方式下芒果的可溶性固形物擴散系數Table 2 The diffusion coefficient of soluble solids of mango in different osmotic dehydration methods at 20 or 30 ℃

2.3 不同溫度條件下不同滲透方式對芒果VC 的影響

由圖5 可知，隨著滲透時間的增加，芒果塊VC保留率逐漸下降，環境溫度20 ℃下VC保留率高于30 ℃，這可能是提高溫度加快了物質傳遞，產生高滲透壓，芒果塊失水更多，VC不斷溶出，使得VC保留率下降。不同環境溫度下VC保留率趨勢相同，即SSD20>SSD30>SSD40>LOD30，固態滲透保留率高于液態滲透，這可能是由于固態滲透糖液的濃度過高，滲透溶液黏性增加，將會在芒果表面形成阻力，阻礙了VC的溶出。隨固態滲透蔗糖質量分數的增加，VC保留率逐漸下降，這可能是因為隨著滲透時間和滲透劑的增加，芒果塊不斷失水，VC不斷溶出，導致芒果VC保留率逐漸下降。王俊濤等[11]研究發現固態滲透VC保留率高于液態滲透，且隨蔗糖添加量的增加保留率下降，這與本文研究結果一致。在滲透48 h 后，由圖可知，環境溫度20、30 ℃ SSD20 的VC保留率最高。

圖5 不同溫度條件下不同滲透方式對芒果VC 的影響Fig.5 Effects of different osmotic dehydration methods on VC of mango at different temperatures

2.4 不同溫度條件下不同滲透方式對芒果總酚的影響

由圖6 可知，隨著滲透時間的增加，芒果塊總酚保留率逐漸下降。相同環境溫度下不同滲透方式趨勢相同，即SSD20>SSD30>SSD40>LOD30，可能是滲透過程中芒果細胞內外的濃度差產生滲透壓，驅使蔗糖滲入芒果內部使其不斷失水，芒果中的總酚隨著芒果中的水分子轉移到細胞外。液態滲透較固態滲透總酚保留率低可能是液態滲透的芒果長時間浸泡在糖水液中，芒果組織疏松，導致更多的總酚溶出[23]，且固態滲透糖液的濃度較高，黏度較高，從而導致芒果細胞內的營養物質流失受阻。Kucner 等[26]研究表明，藍莓果實中的酚類物質含量隨滲透脫水作用的加劇而降低，這與本文研究結果一致。同一滲透方式下30 ℃條件下的總酚保留率低于20 ℃的保留率，可能是提高溫度加快物質傳遞，芒果失水更多，總酚溶出更多。

圖6 不同溫度條件下不同滲透方式對芒果總酚的影響Fig.6 Effects of different osmotic dehydration methods on total phenols of mango at different temperatures

2.5 不同溫度條件下不同滲透方式對芒果水分分布的影響

由圖7 不同滲透方式處理芒果塊的T2圖譜可以看出，整個滲透脫水過程中有三種形態的水分，代表著3 種不同狀態的氫質子。T2反映芒果塊內部氫質子所接觸的化學環境，氫質子受束縛越大或自由度越小，T2弛豫時間越短，在T2峰位置較靠左，水分越難被排除，反之靠右，水分越容易排除[27]。橫向弛豫時間T2的范圍分別為T21（0.1～10 ms）結合水、T22（10～100 ms）不易流動水、T23（100～1000 ms）自由水，其對應的峰面積（M21、M22、M23）可表示各種狀態水分信號的幅值[28]。因為核磁共振信號幅值與樣品的氫質子數量成正比[29]，所以在滲透過程中信號幅值可以間接表示樣品中水分的相對含量。

圖7 20 ℃不同滲透方式條件下處理對芒果塊水分分布的影響Fig.7 Effect of different osmotic dehydration methods at 20 ℃on water distribution of mango

由于環境溫度20 和30 ℃不同滲透方式條件下芒果塊三種狀態的水分有相似的變化規律，一是不同狀態的水分皆向左偏移，說明滲透脫水過程促使水分向低熵、低自由度的方向遷移；二是峰面積動態的變化表示滲透脫水改變芒果內部水分的含量及狀態分布。故本文以環境溫度20 ℃為例進行說明，從圖8 可以看出，在整個滲透脫水的過程中，隨著滲透時間的延長自由水信號幅值不斷降低，說明芒果中主要的水分群是自由水，滲透對自由水的去除最為有效，這與陳童等[30]研究的超聲滲透使得西蘭花中流動性最強的水分比例降低結果一致。在滲透脫水過程中，不易流動水的峰面積呈現先上升后下降的趨勢，這可能是因為隨著滲透的進行，自由水的狀態從無序變為有序，部分自由水轉變成不易流動水[31]，隨著滲透時間的延長，芒果內部水分擴散逐漸進行，不易流動水逐漸減少。在滲透脫水過程中結合水峰面積波動較為平緩，這是因為結合水是與大分子結合緊密的水分群，性質穩定，不易去除[32]。隨著滲透時間的延長，總峰面積持續降低，在滲透48 h 后固態滲透總峰面積下降比例高于液態滲透。

圖8 20 ℃不同滲透方式條件下芒果塊不同水分峰面積的變化曲線Fig.8 Variation curve of different water peak areas of mango under different osmotic methods at 20 ℃

3 結論

本文研究模擬企業生產環境溫度夏季30 ℃和冬季20 ℃條件下，滲透方式對芒果脫水效率和品質的影響，結果表明，相同滲透時間，環境溫度30 ℃條件下芒果塊的失水率和固增率高于環境溫度20 ℃，固態滲透處理的芒果塊失水率和固增率都高于液態滲透且隨著固態滲透蔗糖添加量的增加而增加。在滲透48 h 后，環境溫度30 ℃條件下SSD40 的失水率和固增率最大，環境溫度20 ℃條件下LOD30 的失水率和固增率最小。相同滲透時間，環境溫度30 ℃條件下芒果塊的VC和總酚保留率低于環境溫度20 ℃，固態滲透VC、總酚保留率高于液態滲透，但隨著固態滲透蔗糖質量分數的增加，VC、總酚保留率卻下降。低場核磁結果顯示，不同滲透方式處理的芒果塊在滲透過程中失水主要來自自由水和不易流動水。