多元糖浸渍处理对真空冷冻干燥苹果片品质及微观孔隙结构的影响

果蔬含水量高，采后呼吸强度大，极易因细菌繁殖而腐烂变质。而干燥是一种最常用的保藏方法，通过脱水抑制了微生物的生长和酶活性，同时质量减轻便于储存和运输[1-2]。果蔬干燥最广泛使用的方法是热风干燥，但热风干燥产品质量差，维生素和其他营养素含量低，由于受热引起的结构变化较大[3]。另一种常见的干燥方法是真空冷冻干燥，是将产品冷冻至低于其凝固点，然后通过在低于水三相点的压力下将冰升华为水蒸气从样品中除去水[4]，该技术比其他干燥方法更好地保持食品的质量和结构，获得较高的感官品质及营养成分，同时由于水分的脱除，将原有新鲜果蔬中的生物活性物质进行浓缩9～10倍[5]，提高其改善和预防疾病的功能和功效。因此，冷冻干燥产品可实现药食同源的效果，对于以营养健康为需求的市场具有巨大的发展前景。

由于水果细胞结构属于薄壁细胞，冻干水果品质常常会出现绵软口感，缺乏脆片食用时的“咔嚓咔嚓”的咀嚼声音，无法给人带来酥脆质地和愉悦口感[6]。许多专家学者通过糖、盐等溶液浸渍预处理，改善水果脆片的口感，提高其品质。同时，水果水分含量高，冻干产品的产出率较低，企业通过添加糖类物质提高其出品率，提高经济效益。很多文献报道采用高浓度糖类渗透脱水可脱除物料中一部分水分，提高产品产出率，KUO等发现30%～60%浓度蔗糖浸渍西瓜皮，水分含量损失10%～30%，固形物增加了10%～30%，浸渍温度和时间对脱水和质量均有影响[7]；FALADE等报道将非洲金星果肉浸泡在60%葡萄糖溶液中2～10 h，水分损失率达到35%～55%，固形物含量增加了20%～30%[8]。然而对于目前人们追求健康、营养、绿色食物的目标而言，高浓度糖让人们避而远之，且冻干企业纷纷提出低糖冻干产品的呼声。因此本论文通过研究低浓度葡萄糖、蔗糖、水苏糖、木糖醇对冻干苹果片的色泽、产出率、复水品质、质构特性、微观及孔隙结构的改变，分析多元糖及其浓度对冻干苹果片品质及微观结构的影响，旨在为改善真空冷冻干燥水果脆片品质低浓度糖类物质在其产业中的应用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

苹果购于南京超市，品种为新疆阿克苏；葡萄糖、蔗糖、水苏糖、木糖醇，均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

BLK-0.5型真空冷冻干燥机，江苏博莱客冷冻科技发展有限公司；NR200高品质便携式电脑色差仪，深圳市三恩时科技有限公司；JJ1000Y型电子天平，常熟市双杰测试仪器厂；TMS-PRO型质构仪，美国FTC公司；EVO-LS10型扫描电子显微镜，德国ZEISS公司；AutoPore IV 9510型压汞仪，美国Micromeritics公司。

1.3 糖渍冻干苹果片制备

苹果清洗后沥干水分，切去顶部与底部，切成厚5 mm、直径20 mm的苹果片。放入一次性纸杯中按其质量百分比添加外源水，按料液比1∶1(质量比)分别加入5%、10%、15%、20%、25%质量分数的葡萄糖、蔗糖、水苏糖、甘露聚糖、木糖醇溶液，常温浸渍2 h后取出，沥干苹果片表面糖液，进行真空冷冻干燥，每组做5个平行处理。

将浸渍后的苹果片整齐地摆放在托盘上，放入真空冷冻干燥设备中，首先将苹果片预冻到中心温度为-40 ℃，开启真空泵，真空度达到100 Pa时启动隔板加热程序，“温度-时间”冻干温控程序设定为：-30 ℃、1 h，-25 ℃、1 h，-20 ℃、1 h，-15 ℃、1 h，-10 ℃、1 h，-5 ℃、2 h，0 ℃、2 h，5 ℃、1 h，10 ℃、1 h，20 ℃、1 h，30 ℃、1 h，40 ℃、1 h。当苹果片温度与最终设定的隔板油温(40 ℃)趋于一致，真空冷冻干燥加工结束，获得糖渍冻干苹果片，充氮包装冷藏储存备用。

1.4 试验方法

用色差仪分别对鲜切苹果片、冻干后苹果片进行色泽测定，根据CIELAB表色系统，读取L*、a*、b*，并按公式计算色差值ΔE，每组样品平行测定5次，取其平均值，计算如公式(1)所示：

式中：L*，冻干样品明暗度指数；a*，冻干样品红绿度指数、b*，冻干样品黄蓝度指数；L0*、a0*、b0*，鲜切苹果片色差值。

1.4.2 产出率测定

苹果切片后未冻干前称取其质量，冷冻干燥后称取冻干苹果片质量，冻干后与冻干前质量的百分比即为产出率。按公式(2)计算产出率，每组样品平行测定3次，取其平均值。

式中：w1，产出率，%；m1，冻干前质量，g；m2，冻干后质量，g。

1.4.3 复水比测定

苹果切片后未冻干前称取其质量，冷冻干燥后称取冻干苹果片质量，将冻干苹果片放入30 ℃左右的蒸馏水中充分吸水30 min，捞出后用滤纸吸干样品表面的水分，再次称量其质量，按公式(3)计算复水比，每组样品平行测定3次，取其平均值[9]。

式中：w2，复水比；m2，冻干后质量，g；m3，复水后质量，g。

1.4.4 形变率测定

采用质构仪对冻干前和冻干后的苹果片厚度进行精准测量，冻干苹果片形变率计算如公式(4)所示：

式中：w3，冻干后形变率，%；h1，冻干前物料厚度，mm；h2，冻干后物料厚度，mm。

1.4.5 质构特性测定

采用FTC质构仪测定。在质构仪上选择“TPA-1 000 N”测试程序，测试探头为直径50 mm平板探头P50，1 000 N载荷单元，设置参数测试为：前速率60 mm/min，中速率60 mm/min，后速率60 mm/min，压缩比20%，间隔时间5 s，起始力100 g，记录硬度、黏聚性、弹性、胶着性、咀嚼性、回复性等质地参数(texture profile analysis，TPA)[10]，每个处理重复测定10个苹果片，取其平均值。

1.4.6 微观结构观察

利用扫描电子显微镜观察4种糖(质量分数均为25%)浸渍冻干苹果片的微观结构。将苹果片用液氮快速冻结后制取断面样品，将苹果片观察断面向上用碳导电胶黏在样品托上，采用离子溅射仪在断面观察样本上喷金，扫描电镜观察冻干苹果片横截面的微观结构。

1.4.7 孔隙指标测定

通过AutoPore TM IV系列自动汞孔隙率计测定并分析冻干苹果片的孔隙指标。将冻干苹果片放入到压汞仪中，通过压汞仪中压力的作用使压汞仪中的水银进入物料的孔隙中。通过压入的水银量间接测出样品的孔隙大小和孔隙率的测量值[11]。

1.5 数据处理

采用SPSS 16.0软件进行统计分析，利用Duncan检验进行差异显著性分析，其他数据采用Origin 7.5软件进行分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 多元糖对冻干苹果片色泽的影响

色泽是冻干苹果片产品感官品质的重要指标，直接影响产品市场价值及消费者接受度。多元糖浸渍预处理对苹果片冻干产品色泽的变化如表1所示，可以看出多元糖的添加导致苹果片的L*值显著下降(P<0.05)，a*值显著增加(P<0.05)；随着糖质量分数的增加，冻干苹果片的a*值和b*值呈现先增加后减少的趋势，L*值基本均呈逐渐增加的趋势。这可能是由于苹果片经过长时间的浸渍处理，诱导发生酶促褐变和氧化反应，但随着糖质量分数的增加，糖对苹果片表面的保护作用逐渐增加，阻止酶与底物的接触，氧化反应程度下降[12]。浸渍苹果片的ΔE值显著小于未浸渍样品(P<0.05)，随着糖质量分数的增加基本呈逐渐增加的趋势，这表明多元糖浸渍处理较好地保持了苹果片的原有色泽，但随着糖质量分数增加，解析干燥过程中苹果片糖和氨基酸发生的美拉德反应增加。对于不同糖而言，低质量分数下木糖醇的ΔE值最大，与苹果片原色泽的差异最大，葡萄糖、蔗糖和水苏糖的变化基本一致，高质量分数糖会造成ΔE值显著增大，但高质量分数木糖醇对苹果片ΔE值无显著差异。杨旭海等报道葡萄糖、麦芽糖浸渍预处理的干燥产品色泽好于麦芽糖醇类浸渍处理产品[13]。

2.2 多元糖对冻干苹果产出率、复水比及形变率的影响

产出率是衡量一个产品是否优质的重要指标，特别是冻干产品，产出率直接与经济效益有关。由表2可知，低质量分数多元糖浸渍的苹果片产出率均小于未浸渍产品(P<0.05)，随着质量分数的增加产出率逐渐增加，这可能是由于低质量分数浸渍时糖溶质向细胞内部转移，而水分及可溶性物质从内部转移到糖溶液中，较低的渗透压差造成进入细胞内部的糖溶质有限，不及转移至糖溶液中的可溶性物质，造成产出率下降；而随着糖质量分数增加，大量的糖转移进入细胞内部，物料固形物含量显著增加，产出率随之增加[14-15]。对于25%质量分数下，分子量较小的葡萄糖和木糖醇溶液的渗透压高于分子量较高的蔗糖和水苏糖，造成葡萄糖和木糖醇浸渍的苹果片产出率较高。复水性是指外源水重新进入物料组织内部的复原过程，是干燥脱水的部分可逆过程，在一定程度上表征干燥产品品质变化程度[16]。由表2可知，随着糖质量分数的增加复水比基本呈先增加后减少的趋势，这可能是由于低质量分数糖分子与苹果其他成分相比更易吸收水分，但高质量分数的糖浸渍后冻干苹果片的表层被饱和覆盖，使得苹果片很难吸收水分，另外，样品在高质量分数糖浸渍过程中发生一定的收缩，使吸水更加困难和缓慢[17]。形变率是衡量干燥产品变形程度的指标，从表2可以看出，多元糖浸渍使得冻干苹果片均有一定程度的形变，除了水苏糖，随着其他多元糖随质量分数的增加，冻干苹果片形变率逐渐增加，而随水苏糖质量分数的增加，冻干苹果片形变率逐渐减小，这可能是由于水苏糖的分子量大，在低质量分数时还不足以支撑细胞骨架，高质量分数的水苏糖防止了苹果片在冻干过程中细胞壁内应力的减少，避免了苹果片组织的坍塌。

2.3 多元糖对冻干苹果质构特性的影响

食物质地特征是源自食物结构的一组物理性质，包括硬度，弹性等，其可影响冷冻干燥的苹果片的品质和食用质量[18]。TPA两次压缩模拟牙齿咀嚼效果评价物料的质构特性。硬度是一定变形率下样品对于压缩的抵抗力，与果蔬组织结构直接相关，是评价果蔬质地品质的最重要的指标之一，反映冻干苹果片在外力作用下发生形变所需要的屈服力大小[19]，由表3可知，随着多元糖质量分数的增加，硬度均逐渐增加，这可能是随着水分的增加，苹果片中糖质量分数逐渐增加，直至结晶析出，最后在苹果片中形成结晶结构，造成硬度的增加[20]。黏聚性指咀嚼冻干苹果片时，果肉抵抗牙齿咀嚼破坏而表现出的内部结合力，反映了细胞间结合力的大小和苹果保持完整性的能力。弹性反映果干经第1 次压缩变形后，去除变形力后所能恢复的程度。多元糖种类及质量分数对黏聚性和弹性的影响略有差异，但差异不大；胶着性是评价咀嚼冻干苹果片时口腔克服苹果片表面吸引力所需的能量；咀嚼性反映牙齿将冻干苹果片咀嚼成吞咽状态时所需要的能量，是硬度、黏聚性和弹性三者的乘积，综合反映了果实对咀嚼的持续抵抗性。葡萄糖和水苏糖浸渍表现出较高的胶着性和咀嚼性，随着多元糖质量分数增加冻干苹果片的胶着性和咀嚼性均呈逐渐增加的趋势；回复性反映了果干受压同时迅速恢复变形的能力。葡萄糖和水苏糖浸渍的冻干苹果片表现出较高的回复性，随着糖质量分数的增加回复性逐渐增加。

2.4 多元糖对冻干苹果孔隙结构的影响

孔隙率、表观密度、孔隙面积、孔径分布等孔隙结构指标是用来量化干燥产品微观结构的，这些微观结构信息对产品设计、加工条件选择、产品感官及质地特性、货架期稳定性具有重要的作用[21]。质量分数均为25 %的4种多元糖浸渍处理冻干苹果片的孔隙结构指标如表4所示。从表4中可以看出未浸渍冻干苹果具有较高的孔隙率，为66.3%，水苏糖的孔隙率略高于未浸渍样品，达到68.5%，而葡萄糖和木糖醇浸渍的冻干苹果片孔隙率高于蔗糖浸渍样品，这可能是由于蔗糖的分子量大，填充到了苹果片细胞内部的较少，不足以支撑细胞结构，造成细胞内部变形，使孔隙率降低；多元糖浸渍冻干苹果片的真实密度均大于未浸渍苹果片(P<0.05)，水苏糖和未浸渍苹果片的平均孔径和总孔面积最大，这与水苏糖浸渍冻干苹果片具有较低的形变率有关。

2.5 多元糖对冻干苹果细胞微观结构的影响

选取质量分数均为25%的4种多元糖浸渍处理冻干苹果片进行扫描电子显微镜断面观察，结果如图1所示。

从图1中可以看出，未浸渍冻干苹果片整体结构疏松，棱角比较分明，细胞壁较薄，具有较丰富的孔洞；经过葡萄糖浸渍的冻干苹果片的结构坍塌，细胞结构发生了皱缩和变形，孔壁增厚，这可反映出前面得出的结果，葡萄糖浸渍冻干苹果片的硬度最大(从2.3结果中可验证)，孔隙率较低(如2.4结果所示)，形变率较大(如2.2结果所示)；经过蔗糖浸渍的冻干苹果片结构坍塌更严重，孔隙更小，表现出较低的孔隙率(如2.4结果所示)及较大的形变率(如2.2结果所示)，但由于蔗糖分子量是葡萄糖的2倍，细胞膜两侧渗透压低于葡萄糖，渗透速度缓慢，进入细胞中的蔗糖量小于葡萄糖[22]，因此可以从2.2和2.3结果看出，蔗糖浸渍冻干苹果片的产出率和硬度均低于葡萄糖；经过水苏糖浸渍的冻干苹果片细胞组织结构规整，边缘圆润，孔隙均匀，孔壁较未浸渍样品厚，这种孔隙结构促使了冻干苹果片形变率低(如2.2结果所示)，具有较高的孔隙率(如2.4结果所示)，同时表现出了较好咀嚼性和回复性的质构特性(如2.3结果所示)。经过木糖醇处理的冻干苹果片细胞有些皱缩和坍塌，不具有葡萄糖、蔗糖及水苏糖赋予细胞结构具有的厚实感，促成了较差的质地特性及较大的形变率(如2.2和2.3结果所示)。

3 结论

多元糖浸渍对冻干苹果片色泽、复水特性、形变率及微观孔隙结构具有显著影响。多元糖添加会使冻干苹果片的L*值显著下降，ΔE值显著增加(P<0.05)；多元糖质量分数增加，冻干苹果片产出率显著增加(P<0.05)，复水比基本呈先增加后减少的趋势；随着糖质量分数的增加，水苏糖浸渍冻干苹果片形变率逐渐减小，其他多元糖浸渍冻干苹果片形变率逐渐增加；葡萄糖和水苏糖浸渍冻干苹果片表现出较高的胶着性、咀嚼性及回复性；葡萄糖和蔗糖浸渍冻干苹果片的细胞结构坍塌，结构皱缩变形，表现出较低的孔隙率及较大的变形率；木糖醇浸渍的冻干苹果片不具有其他糖赋予细胞结构的厚实感，表现出较差的质地特性及较大变形率；水苏糖浸渍的冻干苹果片细胞壁结构规整蓬松，孔隙均匀，促使了冻干苹果片具有较高的孔隙率及较低的变形率。该结论表明了水苏糖浸渍可以改善冻干苹果片的孔隙结构及质地特性，赋予冻干产品较佳的综合品质，为冻干水果产品开发提供一定的技术支撑和理论依据。

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