枇杷(Eriobotrya japonica Lindl.)是一种药食同源的亚热带特色仁果,富含糖类、有机酸、维生素及多酚类活性物质,具备较高的营养价值和开发利用潜力[1]。然而,枇杷果肉在采后极易因机械损伤和病原菌侵染而发生快速腐烂劣变[2]。此外,枇杷鲜果采收期集中、贮运成本高、货架期短,限制了其鲜果市场拓展。发展枇杷加工是提升枇杷产业经济效益的必然选择[3]。
真空冷冻干燥技术因其在低温和真空条件下进行,能最大程度地保持原料的色泽、营养成分及挥发性风味物质,常被视为高附加值果蔬干燥加工的优选方法[4]。尽管该技术优势显著,枇杷冻干产品的产业化进程仍明显滞后于蓝莓、草莓、猕猴桃等水果。一个主要限制因素是枇杷果肉中存在高活性的多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO),能催化内源性酚类底物氧化为醌类物质,继而聚合形成褐色或黑色色素,导致去皮或机械损伤后的枇杷果肉在运输、加工过程中发生严重的酶促褐变[5]。此外,醌类中间体还可能与其他果肉成分(如氨基酸、蛋白质、糖类)发生缩合反应,进一步降低产品的营养价值和感官品质[6]。因此,有效抑制PPO活性及阻断褐变反应是提升枇杷冻干产品品质的核心需求。当前针对水果加工褐变的防控手段主要包括物理灭酶(如热烫)和化学护色剂(如柠檬酸、抗坏血酸)[7-10]。然而,枇杷果肉组织脆弱,高温热烫可能显著软化细胞结构,不适用于后续冻干过程的果干形态保持。尽管在枇杷果浆、果汁中添加抗坏血酸或者植酸已被证实可有效抑制褐变[11],但在枇杷片护色中需要考虑传质效率问题,因渗透深度不足难以抑制果肉内部褐变,而高浓度则易诱发酸蚀副反应,适用于冻干枇杷的高效护色工艺仍亟待研究。
渗透脱水作为冷冻干燥的一种预处理方式展现了应用潜力。渗透脱水能去除果肉组织中30%～50%的水分,显著降低后续干燥能耗。同时,在渗透过程中小分子会部分渗入果肉内部,可能改善产品的最终质地(如减少收缩、改善复水性)、外观及风味(糖酸比)[12]。蔗糖、麦芽糖、葡萄糖和果糖是渗透脱水的传统渗透剂[13],而低热量、低升糖指数的功能性糖类(低聚异麦芽糖、低聚果糖和山梨糖醇等)近年来也逐渐成为渗透剂替代品[14]。研究表明,复合渗透剂(如单糖组合、糖与糖醇复合)可能比单一糖类更有效地改善水果干制品的产品品质,例如蔗糖和麦芽糊精组合可显著降低冻干草莓的黏连[15];蔗糖与麦芽糖醇复合可提高热泵干燥黄桃片硬度[16]。
前期研究发现,枇杷冻干过程同时存在极易褐变和塌陷皱缩问题。现有研究多聚焦单一护色处理或渗透脱水处理的独立作用,难以协同解决结构-色泽问题。生产中整合酸护色与糖渗透联合预处理能缩短干燥时间,酸性环境减少果肉暴露,降低褐变风险,为冻干提供更高品质的预处理原料。基于此,本研究提出酸护色-糖渗透联合预处理工艺:以枇杷为原料,通过筛选高效护色剂与优化糖渗透参数,系统评价该联合预处理对冻干枇杷片色泽稳定性、质地特性、水分分布、营养保留及吸湿性等品质指标的影响,旨在为枇杷冻干产品的工业化开发提供理论依据与技术支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
“长虹”枇杷购买自云南蒙自;焦亚硫酸钠、柠檬酸、抗坏血酸、果糖、蔗糖、葡萄糖、低聚异麦芽糖(均为食品级),河北万邦轻化工科技有限公司;麦芽糖、苹果酸、异抗坏血酸钠(均为食品级),晟发生物科技有限公司;其余试剂均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
SCIENTZ-10N/C真空冷冻干燥机,宁波新芝生物科技股份有限公司;HD-6A水分活度计,无锡市华科仪器仪表有限公司;H1850R高速台式冷冻离心机,湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;SYNERGYH1酶标仪,美国Biotek公司;CM-5测色仪,日本柯尼卡美能达公司;TA.XT plus质构仪,英国Stable Micro Systems公司。
1.3 实验方法
1.3.1 样品制备
工艺流程:选果→清洗→去皮去核→切片→护色/渗透预处理→预冷→真空冷冻干燥→枇杷冻干片
1.3.1.1 选果
根据果面色泽均匀度以及表皮完整性,选取色泽均匀、无机械损伤的枇杷作为原料。
1.3.1.2 清洗、去皮去核、切片
将清洗、去皮、去核后的枇杷果肉切成直径2 cm、厚度5 mm圆片。
1.3.1.3 护色/渗透预处理
护色预处理:研究采用烫漂和护色剂浸泡2种方式分别进行护色预处理。烫漂处理时,将切片后的枇杷在沸水中分别烫漂30、45、60 s。护色剂浸泡处理时,参考GB 2760—2024《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》以及ZHOU等[17]的方法,配制焦亚硫酸钠0.01～0.1 g/L、2.5～10 g/L苹果酸、2.5～10 g/L柠檬酸、1～10 g/L抗坏血酸、1～10 g/L异抗坏血酸钠及其组合等多种护色剂浸泡溶液,按料液比1∶4(g∶mL)浸泡处理2 h后捞出。护色预处理后用滤纸吸干表面溶液。
渗透预处理:配制0.2～0.4 g/mL蔗糖、果糖、葡萄糖、麦芽糖以及低聚异麦芽糖等多种糖渗透溶液,按料液比1∶4(g∶mL)在40～60 ℃下渗透1～4 h后捞出。渗透预处理后用滤纸吸干表面溶液。预处理条件总结在表1中。
表1 预处理实验条件
Table 1 Pretreatment test conditions
处理方式护色剂/渗透剂护色剂/渗透剂质量浓度温度/℃处理时间/h护色预处理护色剂处理焦亚硫酸钠苹果酸柠檬酸抗坏血酸异抗坏血酸钠0.01、0.05、0.1 g/L2.5、5、10 g/L1、5、10 g/L252渗透预处理糖渗透处理蔗糖果糖葡萄糖麦芽糖低聚异麦芽糖0.2、0.3、0.4 g/mL40、50、601、2、3、4
1.3.1.4 预冻
将预处理后的枇杷果肉装入密封袋中,于-20 ℃冰箱预冻6 h。
1.3.1.5 真空冷冻干燥
预冻后的枇杷果肉在真空度低于50 Pa、冷阱温度-50 ℃、隔板温度20 ℃条件下冷冻干燥48 h。将干燥完成后的枇杷冻干装入密封袋中,置于干燥器中保存备用。
1.3.2 残留PPO活性测定
将未处理或处理完成后的枇杷果肉放置1 h,然后提取果肉中残留的PPO。PPO的提取参考PALOU等[18]的方法并略作修改。使用打浆机将枇杷果肉打成果泥匀浆,利用涡旋仪将10 g枇杷果泥与10 mL McIlvaine柠檬酸-磷酸盐缓冲液(pH 6.5)混合1 min。在4 ℃下,10 000×g离心20 min,收集上清液,得到PPO提取物并保存在4 ℃冰箱备用。
PPO活性的测定参考NDIAYE等[19]的方法。将邻苯二酚溶液(1 mL 0.175 mol/L)与2 mL McIlvaine柠檬酸-磷酸盐缓冲液(pH 6.5)加入到0.5 mL PPO提取物中。将混合物在30 ℃下反应30 s后,于420 nm处测定吸光度,并基于从ΔA420对时间的曲线线性部分至3 min的斜率计算PPO活性。一个PPO酶活力单位定义为每1 mL提取物在1 min内使ΔA420增加0.001所需的量,表示为U/mL。枇杷果肉的残留PPO活性表示为酶活力与未经过处理的枇杷果肉酶活性之间的比率,未处理的枇杷果肉残留PPO活性设为100%。
1.3.3 色泽测定与色差分析
未处理或刚处理完及其放置1 h后的枇杷果肉、冻干枇杷片色泽利用测色仪进行测定,记录L*、a*、b*值。以未处理或刚处理完的枇杷果肉色泽(L0、a0、b0)为初始值,按公式(1)计算处理后与鲜果果肉的色差ΔE1、处理结束后与放置1 h后果肉的色差ΔE2以及冻干前后色差ΔE3[20]。实验重复6次,取平均值。
(1)
1.3.4 水分含量测定
枇杷果肉与枇杷冻干片的水分含量根据GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的直接干燥法进行测定。将称重后的样品放于(105±1) ℃烘箱烘至恒重,按公式(2)计算样品水分含量,实验重复3次,取平均值。
(2)
式中:Cm, 水分含量,g/100 g;m0, 枇杷果肉或枇杷冻干片的初始质量,g;m1,恒重后枇杷果肉或枇杷冻干片的最终质量,g。
1.3.5 水分活度测定
枇杷冻干片的水分活度利用水分活度计进行测定。按照仪器使用方法,将枇杷冻干片打成粉后,取部分平铺于测试皿中,每次测量样品至少装满测试皿的60%,以减小实验误差。实验重复3次,取平均值。
1.3.6 可溶性糖含量测定
枇杷冻干片的可溶性糖含量测定参考LOEWUS[21]的方法并略作修改。取0.1 g枇杷冻干粉于带盖离心管中,加入1 mL纯水,混匀,沸水浴10 min。冷却后,在25 ℃下8 000×g离心10 min,取上清液定容至10 mL,获得提取液备用。取0.2 mL提取液,分别加入0.2 mL纯水、0.1 mL 0.02 g/mL蒽酮-乙酸乙酯溶液与1 mL浓硫酸,混匀后,置于95 ℃水浴10 min,冷却至室温后,于620 nm处测定吸光值,建立标准曲线(y=1.688 5x-0.014 3,R2=0.999),按公式(3)计算枇杷冻干可溶性糖含量。实验重复3次,取平均值。
(3)
式中:S,枇杷冻干片可溶性糖含量,mg/g;x,根据标准曲线算出的提取液中可溶性糖质量浓度,mg/mL;F,稀释倍数;m,枇杷冻干片质量,g。
1.3.7 可滴定酸含量测定
枇杷冻干片的可滴定酸含量参考GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》中pH计电位滴定法进行测定。取5 g枇杷冻干粉与等质量的纯水混合成匀浆后,加入40 mL 80 ℃纯水,混合均匀,于沸水中水浴30 min(期间摇动2～3次,使冻干粉中的有机酸充分溶解于溶液中),用纯水定容至100 mL。在25 ℃下10 000×g离心15 min,收集上清液。取25 mL上清液,用0.1 mol/L的NaOH标准溶液滴定至pH 8.2,记录所消耗NaOH标准溶液的体积,同时进行空白实验,按公式(4)计算样品可滴定酸含量。实验重复3次,取平均值。
(4)
式中:TA,枇杷冻干片可滴定酸含量,mg/g;c,NaOH标准溶液浓度,mol/L;V1、V2,样液和空白实验消耗NaOH溶液的体积,mL;m, 枇杷冻干片质量,g;γ,换算系数,0.067(以苹果酸计)。
1.3.8 质地测定
枇杷冻干片的质地测定参考XU等[22]的方法并略作修改。选用P/0.25 s探头向下移动至位于圆形支架中央的冻干枇杷片上,直至断裂点。参数设置为测试前、测试后速度5.0 mm/s,测试中速度1.0 mm/s,触发力10 g,穿透距离10 mm,以确保样品能够完全断裂。以最大峰值力表示硬度,断裂峰个数表示脆度。实验重复6次,取平均值。
1.3.9 吸湿性测定
枇杷冻干片吸湿性的测定参考CHEN等[23]的方法。将称重后的枇杷冻干片放入装有饱和NaCl溶液(相对湿度75%)的扩散皿内,恒温放置10、20、30、40、50 min,1、1.5、24、48、72、96、120、144 h后取出,进行称重。按公式(5)进行吸湿率计算。实验重复3次,取平均值。
(5)
式中:HR,枇杷冻干片吸湿率,%;mt, t时刻枇杷冻干片质量,g;m0, 枇杷冻干片初始质量,g。
1.3.10 脱水动力学分析
按公式(6)计算样品脱水量[24]:
D(t)=Ct-C0
(6)
式中:D(t),t时刻(min)枇杷果肉的脱水量,g/100 g;Ct、C0分别为枇杷果肉在t时刻、t=0 min的水分含量,g/100 g。
采用Peleg模型拟合渗透过程的脱水动力学过程[25],如公式(7)～公式(9)所示。
(7)
(8)
(9)
式中:k1与k2为Peleg模型常数,其中1/k1是t→0时的初始脱水速率,g/(100 g·min),1/k2,t→∞时的最大脱水量,g/100 g。
1.4 数据分析
使用SPSS 25.0在0.05的显著性水平下进行单因素方差分析(ANOVA)和Duncan检验,以评估样品之间是否存在统计学显著差异,使用Origin 2024绘图。
2 结果与分析
2.1 不同护色预处理抑制枇杷果肉褐变的工艺效果评价
如图1所示,不同护色预处理方式对枇杷果肉色泽具有显著影响。烫漂处理随时间延长,果肉内色素逐渐降解[26]。当烫漂时间为45 s时,果肉色泽与鲜果较为接近,但在放置1 h后依然出现明显褐变。焦亚硫酸钠、苹果酸及柠檬酸处理均未有效改善果肉色泽,且随时间推移褐变程度加剧,可能因酸性条件不足以持续抑制PPO活性,且反而促进了抗坏血酸的厌氧降解与还原糖降解反应[27]。
图1 不同护色预处理对枇杷果肉色泽稳定性的影响
Fig.1 Effects of different color-preserving pretreatments on the color stability of loquat pulp
注:左图为护色预处理结束时,右图为放置1 h后的枇杷果肉。ΔE1表示护色预处理后果肉与鲜果果肉的色差,ΔE2表示护色预处理结束后与放置1 h后果肉的色差。不同字母表示在P<0.05水平上差 异显著(下同)。
相比之下,抗坏血酸和异抗坏血酸钠处理效果优异,且随浓度升高褐变程度显著降低。其中,5 g/L抗坏血酸与10 g/L异抗坏血酸钠处理后,果肉色泽ΔE1值分别降至7.1±1.2和8.1±1.5,显著接近未处理鲜果色泽(P<0.05),且在放置1 h后依然能有效抑制褐变。进一步将两者组合使用,发现5 g/L抗坏血酸+10 g/L异抗坏血酸钠组表现出最佳护色效果,处理1 h后ΔE2值仅为2.2±0.4,显著优于单独使用组(P<0.05)。结合ΔE1与ΔE2变化分析,10 g/L异抗坏血酸钠在处理结束时ΔE1仅为8.1±1.5,放置1 h后ΔE2进一步降至2.4±0.6,表明其对枇杷果肉色泽具有优异的稳定性与抗褐变持久性。推测其作用机制可能与异抗坏血酸钠兼具还原剂和酸化剂双重功能,能有效还原邻醌、降低体系pH,协同抑制PPO活性,同时减缓氧化副产物积累过程有关[28]。而2.5 g/L柠檬酸与10 g/L抗坏血酸处理效果较差,护色效果不佳且放置后ΔE2显著增加,可能因酸化剂浓度过低或高浓度还原剂诱导氧化副反应加剧所致。
为筛选出护色处理后果肉色泽最接近鲜果的处理方式,选取各处理组护色预处理结束时果肉色差较小的几组,比较其残留PPO活性。如图2-a所示,不同护色处理对枇杷果肉PPO活性的抑制效果存在显著差异(P<0.05)。其中,烫漂作为常用的物理抑褐措施,处理45 s后残留PPO活性降至11.77%。焦亚硫酸钠尽管难以保持果肉色泽,但当质量浓度达到0.1 g/L时,残留PPO活性最低,表现出较强抑制效果。苹果酸与柠檬酸作为酸化剂,可通过降低pH抑制PPO活性[28],但在本研究中,10 g/L苹果酸与柠檬酸处理后的残留PPO活性依然显著高于45 s烫漂、0.1 g/L焦亚硫酸钠处理组,且与图2中枇杷果肉褐变现象较为严重相对应。抗坏血酸可与底物竞争性结合PPO的Cu2+活性中心以抑制褐变,而异抗坏血酸钠可通过高效除氧阻断PPO催化的褐变反应[29]。其中,10 g/L异抗坏血酸钠和5 g/L抗坏血酸+10 g/L异抗坏血酸钠处理后,残留PPO活性分别为23.53%和20.59%,均显著低于柠檬酸处理组,且5 g/L抗坏血酸即达到与10 g/L苹果酸相近的抑制效果。
a-枇杷果肉残留PPO活性;b-冻干后色泽的相对变化
图2 不同护色预处理对枇杷果肉残留PPO活性以及冻干色泽的影响
Fig.2 Effect of different color protection pretreatment on residual PPO activity and freeze-drying color of loquat fruit pulp
根据ΔE1显著性分析结果,选取45 s烫漂、5 g/L抗坏血酸、10 g/L异抗坏血酸钠以及5 g/L抗坏血酸+10 g/L异抗坏血酸钠作为护色预处理进行冷冻干燥。如图2-b所示,不同护色处理均能在一定程度上减轻枇杷果肉在干燥过程中的褐变现象。其中,45 s烫漂虽可在冷冻干燥前使枇杷果肉色泽接近鲜果,但干燥过程中仍发生明显褐变,ΔE3值偏高。酸性环境易导致枇杷果肉中的黄色色素降解[30],使用单独异抗坏血酸钠及其与抗坏血酸联合预处理样品的b*值下降,a*值波动明显,后者色泽亮度(L*值)降低。而5 g/L抗坏血酸处理冻干片的b*值变化较小,L*值与a*值保持较好,显著低于其他处理组,且与鲜果色差最小,表明其护色效果最佳。这可能是由于抗坏血酸在枇杷果肉组织中具有优良的还原性,能够有效抑制酶促褐变和非酶褐变,同时较温和的酸性条件避免了对黄色色素的大量破坏,从而更好地维持了枇杷冻干制品的色泽稳定性[31]。
2.2 不同渗透预处理促进枇杷果肉快速脱水的工艺效果评价
如图3-a所示,0.2 g/mL水平下,温度升高可以显著增强脱水量,不同糖种类对枇杷果肉脱水量均产生显著影响,且该差异在不同温度条件下表现一致。其中,果糖处理组脱水量最高,最大值可达28 g/100 g,葡萄糖次之,而蔗糖、麦芽糖及低聚异麦芽糖处理组脱水量均低于18 g/100 g,低温(40 ℃)条件下甚至不足15 g/100 g。其原因主要在于单糖果糖与葡萄糖分子质量较小,扩散系数较高,能够迅速穿过细胞膜,建立较强的渗透压梯度,促进细胞内水分向细胞外迁移。此外,果糖分子间作用力较葡萄糖更弱,使其在溶液中具有更优的分散性和水化能力,从而进一步加速水分迁出速率[32]。而二糖蔗糖、麦芽糖因分子质量较大,且使溶液黏度升高,限制了水分和糖分子在扩散过程中的传质效率。此外,低聚异麦芽糖由于支链结构的存在,增大了其流体力学半径[33],导致其在细胞壁孔隙中扩散受限,产生空间位阻效应,渗透脱水效果不佳。
a-不同渗透温度下糖种类对脱水量的影响;b-0.2～0.4 g/mL果糖40～60 ℃渗透脱水过程Peleg模型拟合;c-不同渗透温度的初始脱水速率(1/k1)和最大脱水量(1/k2);d-不同果糖浓度下的初始脱水速率(1/k1)和最大脱水量(1/k2)
图3 不同糖渗透处理枇杷果肉的脱水过程分析
Fig.3 Analysis of dehydration process of loquat fruit pulp by different sugar permeation treatment
基于果糖在不同糖种中表现出的优异脱水促进能力,进一步探讨其渗透脱水动力学行为。结果表明,Peleg模型对枇杷果肉渗透脱水过程具有良好的拟合效果(R2≥0.99),表明该模型可精准描述脱水动力学变化趋势,并将脱水过程划分为前期快速脱水阶段与后期缓慢脱水阶段(图3-b)。前期阶段,果糖分子迅速渗透细胞膜,驱动大量水分迁移;后期阶段,随着细胞结构逐渐破坏,水分迁移速率减缓,体系趋于平衡。
进一步基于Peleg模型拟合结果,分析初始脱水速率(1/k1)与最大脱水量(1/k2)随渗透温度及果糖浓度变化规律。结果显示,温度对两参数呈现相反调控趋势(图3-c)。随温度由40 ℃升高至60 ℃,初始脱水速率(1/k1)由0.808 g/(100 g·min)降至0.641 g/(100 g·min),推测高温(≥ 50 ℃)诱导果肉表层蛋白质快速变性,形成致密硬化层,阻碍水分外扩路径[34],而在40～50 ℃区间内,细胞膜完整性相对良好,有利于渗透初期水分快速迁移。相反,最大脱水量(1/k2)随温度升高显著增加,40 ℃条件下为26.443 g/100 g,50 ℃提升至31.392 g/100 g,60 ℃进一步提升至36.289 g/100 g,较40 ℃提高37.2%。该现象表明,尽管高温初期脱水速率下降,但通过削弱细胞壁果胶-多糖网络,增大果肉微观孔隙率,促进结合水持续释放,从而显著提升最终脱水潜力[35]。
果糖浓度对渗透脱水动力学参数的驱动作用更为显著且存在明显阈值(图3-d)。以60 ℃条件为例,质量浓度由0.2 g/mL增至0.3 g/mL时,初始脱水速率(1/k1)由0.641 g/(100 g·min)激增至1.486 g/(100 g·min)(增加131.8%),反映出高渗透压差对细胞内水分迁移的强驱动力。然而,当质量浓度升至0.4 g/mL,1/k1仅小幅增长至1.555 g/(100 g·min),增幅降至4.6%,主要归因于高浓度果糖溶液黏度显著增加,抑制了糖分子扩散和水分迁移速率。最大脱水量(1/k2)亦随果糖浓度增加而上升,0.2 g/mL条件下为36.321 g/100 g,0.3 g/mL达46.317 g/100 g,0.4 g/mL进一步增至58.344 g/100 g,较0.2 g/mL提升60.6%。值得注意的是,随着浓度提升,1/k2呈现非线性增长趋势,质量浓度>0.3 g/mL后增量效率下降,推测高渗透剂浓度下果糖分子占据果肉细胞间隙,降低水分迁移空间,导致脱水速率受限。
综合脱水速率与最大脱水量两方面,0.3 g/mL可视为渗透脱水过程中的临界质量浓度,此时单位糖耗脱水收益最优。然而考虑到实际生产中果糖浓度随批次加工持续下降,为确保脱水效率与最终脱水量,同时规避高浓度带来的黏度阻力与糖耗成本,最终选取0.4 g/mL、60 ℃作为后续联合预处理条件。需注意,该条件虽具优异脱水效果,但可能加剧果肉热损伤(质构韧化)及美拉德反应褐变风险,后续需同步监测质构参数与褐变指数。
2.3 酸护色-糖渗透联合预处理对枇杷冻干品质特性的影响
如图4-a所示,未处理或仅采用0.4 g/mL果糖溶液60 ℃下处理3 h后的枇杷果肉在冻干后依旧发生严重褐变,为优化枇杷冻干制品的品质特性,有必要采用联合处理方式在提高预处理脱水率的情况下保持色泽稳定。因此,本研究基于前期单因素评价结果,配制5 g/L抗坏血酸-0.4 g/mL果糖溶液于60 ℃条件下对枇杷果肉进行联合预处理3 h和4 h,探讨其对果肉色泽、脱水效果、质地、风味及吸湿特性等关键品质的影响。
a-枇杷果肉与冻干片的色泽变化与外观(左图为联合预处理结束时枇杷果肉,右图为枇杷冻干片。ΔE1表示护色预处理果肉与鲜果果肉的色差,ΔE3表示冻干前后色差);b-残留PPO活性与脱水量;c-冻干质地;d-冻干吸湿性
图4 酸护色-糖渗透联合预处理对枇杷果肉及冻干的影响
Fig.4 Effect of acid color protection sugar permeation combined pretreatment on loquat flesh and freeze-drying
在色泽方面(图4-a),由于抗坏血酸竞争性抑制PPO活性及糖渗透过程中糖分渗入抑制PPO与底物接触,从而有效抑制褐变[36]。联合预处理3 h和4 h后果肉色差(ΔE1)分别为12.5±1.5与15.7±1.2,均高于单独抗坏血酸预处理组,实物显示联合预处理在一定程度上会使枇杷果肉褪色,需严格控制时间。冻干后样品ΔE3值分别为8.2±2.6和25.1±12.8,说明3 h联合预处理可较好保持冻干片色泽,且避免长时间糖渗透导致的白色糖霜残留现象。
在酶活性方面(图4-b),联合预处理3 h和4 h的残留PPO活性分别降至19.12%和11.77%,较5 g/L抗坏血酸单独预处理分别降低30%和62%,表明联合预处理显著增强了对PPO活性的抑制作用。这主要归因于抗坏血酸的还原性及60 ℃下PPO热钝化效应叠加[37]。同时,2组联合预处理样品脱水量分别达到48.60 g/100 g与50.31 g/100 g,显著高于未处理组,说明糖渗透加速了水分扩散。
质地结果(图5-c)表明,联合预处理显著提高冻干片硬度,3 h和4 h处理组分别达到2 943.99±497.58和3 008.93±490.87,较未处理组提升约40%,推测源于渗入果糖分子与细胞壁果胶形成氢键,提高结构稳定性[38]。但冻干片脆度表现差异,3 h组与未处理组无显著差异,而4 h处理组脆度下降约8%,或因长期酸性环境加速细胞壁半纤维素降解[39]。
图5 枇杷果肉冷冻干燥过程中的水分含量变化
Fig.5 Changes in moisture content during freeze-drying of loquat pulp
吸湿性测试(图5-d)显示,所有冻干片吸湿率随时间增加,96 h后趋于平衡。初期联合预处理3 h组吸湿性较低,随后因果糖吸湿溶解形成黏性层,阻碍水分扩散,但长时间贮存下,较高的果糖含量导致冻干片吸湿性最终超过未处理组,平衡时吸湿率达30%以上[40]。表明联合预处理虽优化冻干片色泽与质构,但易吸湿特性需后续辅以真空包装等措施控制,提升贮藏稳定性。
由表2的结果可以看出,与未处理的枇杷冻干片相比,枇杷果肉在经过酸护色-糖渍渗透联合预处理3 h或4 h后,渗入的果糖在冷冻干燥过程中保留更多结合水,导致冻干片的初始水分活度显著提高[41]。同时,冻干片中游离糖含量增加近200 mg/g,显著强化了甜感。脱水过程中柠檬酸、苹果酸等有机酸随水分迁移流失,导致可滴定酸含量下降55%～59%,有效钝化了刺激性酸味,使口感更为柔和。糖酸比提高至100～180适口阈值范围,实现糖甜与微酸的协调平衡,可能赋予冻干枇杷清爽、宜人的复合风味。
表2 酸护色-糖渗透联合预处理枇杷冻干片基础理化指标
Table 2 Acid protection color sugar permeation combined pretreatment of loquat freeze-dried tablets basic physicochemical indicators
样品水分活度可溶性糖/(mg/g)可滴定酸/(mg/g)糖酸比未处理0.16±0.003c553.55±36.30c10.16±1.11a54.48±6.82b联合预处理3 h0.23±0.008b715.76±30.45a4.16±0.48b172.06±22.14a联合预处理4 h0.26±0.007a748.25±54.73a4.58±0.28b163.37±13.35a
注：同一列中不同字母表示在P<0.05水平上差异显著。
经联合预处理3 h后的枇杷果肉在冻干开始时,初始水分含量降至46.2 g/100 g(图5)。进一步对枇杷冻干过程的水分含量变化进行监测发现,未处理组0～12 h 水分下降缓慢,12 h后才开始快速脱水过程,48 h后基本达到平衡,最终水分含量为5.75 g/100 g。联合预处理组因糖渗透预脱结合水,实现持续快速脱水,前24 h水分快速散失,36 h后水分含量趋于稳定。参考GH/T 1326—2021《冻干水果、蔬菜》中水果冻干水分含量≤8 g/100 g的标准,未处理组需冷冻干燥43 h,而联合预处理3 h组仅需30 h,时间缩短40%,能耗显著降低。
3 结论与讨论
本研究系统比较了多种护色与渗透预处理方式对枇杷果肉褐变抑制与脱水性能的影响,优化了工艺参数。结果表明,5 g/L抗坏血酸护色处理能有效提升枇杷果肉色泽稳定性,显著抑制PPO活性,适用于冻干制品加工;果糖渗透在促进水分扩散和脱水速率方面优于其他糖类,且Peleg模型可良好拟合其渗透脱水过程。基于此,5 g/L抗坏血酸-0.4 g/mL果糖溶液于60 ℃渗透3 h联合预处理,可减少后续冷冻干燥时间,降低干燥能耗,并最终改善枇杷冻干制品色泽、质地特性及风味品质。
然而,该工艺存在时效敏感性及吸湿性风险,处理时间超出3 h易致果肉褪色、糖霜析出及脆度下降,成品吸湿性上升亦对贮藏稳定性构成挑战。因此,建议通过调控渗透剂种类及比例、优化处理时间,辅以高阻隔包装及风味保留措施,实现色泽稳定、质地优良、风味协调与贮藏性能兼顾。该研究为枇杷冻干制品工业化加工提供了可靠的理论依据与工艺参数参考。
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