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渗透参数对猕猴桃脱水和渗后品质的影响（1）
曹晖 张慜
(江南大学食品学院，江苏无锡214036)
摘 要：采用蔗糖溶液作为渗透液，以蔗糖溶液的浓度、渗透温度、切片厚度、渗透时间为因素，通过失水率、固形物增加率的变化研究了各因素对猕猴桃渗透脱水中物质传递的影响，通过抗坏血酸的变化研究了各因素对渗透脱水后猕猴桃营养品质的影响。采用可旋转的中心组合试验设计对变量进行了最优设计并应用响应面法分析了实验数据。实验结果表明：切片猕猴桃在蔗糖浓度为60%，渗透温度为30-40℃，渗透时间为150min，切片厚度为8mm的条件下渗透脱水，可获得较高的物质传递速率，良好的渗后品质。
关键词：猕猴桃；渗透；响应面法
Osmotic Dehydration of Kiwifruit:
Influence of Osmotic Variables on mass transfer and Quality
Abstract：Sliced kiwifruits were subjected to osmotic dehydration under several osmotic conditions. The variables under study were sucrose concentration of the osmotic solution (35-65%); osmotic temperature(30-60℃); osmotic time(150-330min) and slices thickness(4-8mm). Effect of these variables on the following parameters was evaluated: water loss(%), solid gain(%), ascorbic acid loss(%). A central composed rotational experimental design and response surface methodology was used to analyse the data. The optimal condition of osmotic dehydration was: 60% sucrose concentration, 30-40℃osmotic temperature, 150min osmotic time, 8mm slices thickness
Key word：kiwifruit osmotic dehydration response surface analysis
在一定温度下，将果蔬浸入高渗溶液，由于果蔬组织细胞膜的半透性，水分从细胞组织中渗出溶入溶液。伴随着水分的流出，高渗溶液中的溶质渗入细胞组织，果蔬自身的可溶性物质，如有机酸、矿物质、维生素、还原糖、风味和色素物质等也有少量渗出。这一过程一般称之为渗透脱水。渗透过程中存在的水分渗出和渗透溶液溶质渗入两个反向过程取决于细胞膜两边的渗透压大小。
渗透脱水可在低温无相变的条件下脱去果蔬原料中的水分，有效地减少热处理对原料营养成分、色泽、结构的破坏，作为果蔬加工的预处理，降低了加工中的能量消耗，提高了果蔬加工后的品质。近年来，消费者对中等水分含量果蔬的需求大增，由于渗透脱水过程中渗入的溶质能降低果蔬的水分活度，从而延长中等水分含量果蔬的货架期，渗透脱水成为制备这些半脱水果蔬的优选方法。
影响果蔬渗透脱水的因素很多：原料的特性，如组织结构的坚实程度、形状、大小等；渗透溶质；渗透溶液的浓度；渗透溶液的温度；渗透脱水的时间；渗透溶液与原料的重量比等。渗透溶液浓度越高，渗透温度越高，渗透时间越长，果蔬的失水率越高，但同时果蔬可溶性物质的渗出越高，热敏性物质的损失越大,果蔬渗后品质降低。很多学者研究了渗透脱水中反向进行的水分渗出和渗透溶液溶质渗入[1,2,3 ]，但对果蔬自身可溶性物质的渗出及渗透参数对渗后果蔬营养品质的影响研究甚少。
猕猴桃果实柔软多汁，甜酸可口，含有多种营养物质，特别富含 Vc，其含量可达 100~400mg/100g。此外，还含有多种氨基酸和蛋白水解酶等有机物，以及磷、钙、钾、镁、铁等多种人体必需的矿物质[4]。本文以猕猴桃为原料，蔗糖为渗透介质，进行渗透脱水试验，研究不同因素对渗透过程物质传递的影响；并通过渗透中原料抗坏血酸的变化，研究不同因素对渗后原料营养品质的影响，为中等水分含量猕猴桃的加工探索合理的工艺路径。
1 材料与方法
1.1试验材料
猕猴桃：购于无锡当地超市，要求成熟度一致，大小均匀，直径为4.5~5.5cm。
蔗糖：购于无锡当地超市，食品级。
1.2 主要仪器
HH-2数显恒温水浴锅：常州国华电器有限公司
A1104电子天平（1/10000）：上海天平仪器厂产品
1.3 测试方法
1.3.1 抗坏血酸测定：2，6-二氯靛酚滴定法[5]
1.3.2水分含量：重量法[5]
1.4试验方法
1.4.1 渗透脱水单因素试验
将猕猴桃置于流动的清水中漂洗干净，自然沥干，留取中间段并去皮; 根据试验需要手工横切为不同厚度的薄片。一次性准确配制不同浓度（w/w）的蔗糖溶液置于大烧杯中待用。称取不同厚度的物料各100g, 以4：1（w/w）的固液比分别浸入不同浓度、温度的蔗糖溶液中。渗透温度由恒温水浴锅保持，每隔30min将浸泡溶液均匀搅拌1次。渗透结束后，将所浸泡的物料捞出, 用蒸馏水洗去原料表面的糖液，并用吸水纸吸干物料表面的水分，以作指标分析。
1.4.2 试验方案设计
在预试验的基础上，以蔗糖溶液的浓度、渗透温度、渗透时间、切片厚度为因素，进行可旋转的中心组合试验[6]，各自变量进行编码处理后见表1所示，试验结果见表2所示。
表1 变量设计表
Tab.1 Design of variables
变 量 符 号 单 位 编 码
–2 –1 0 1 2
蔗糖溶液浓度 X1 %(w/w) 20 35 50 65 80
渗透温度 X2 ℃ 15 30 45 60 75
渗透时间 X3 min 60 150 240 330 420
切片厚度 X4 mm 2 4 6 8 10
1.4.3试验指标
（1） 脱水率[7] WL%（Y1）= [ (m 0x 0W–m t x t W)/m0]×100% （1）
式中m0为渗透脱水前物料重量，x0W为渗透脱水前物料含水率；m t为渗透t时刻的物料重量，x t W为渗透t时刻的物料含水率。
（2） 固形物增加率[7] SG%（Y2）=[ (m t x t ST–m 0 x 0ST)/m0]×100% （2）
式中x 0ST为渗透脱水前物料固形物含量，x t ST为渗透t时刻的物料固形物含量。
（4） 抗坏血酸损失率 AL %（Y3）=[ (C A0–C At)/ C A0]×100% （3）
式中C A0为渗透脱水前物料抗坏血酸含量，C At为渗透t时刻物料抗坏血酸含量。
1.4.4 数据处理
采用SAS统计软件，通过响应面回归（RSREG）过程进行数据分析，建立关于失水率、固形物增加率、抗坏血酸损失率的二次回归模型，并进而寻求最优因素水平。
二次回归方程的数学模型为:
Y = b 0+Σbi X i +Σb i j X i X j ( i ≤ j ) （4）
式中，Y分别表示失水率Y1、固形物增加率Y2、抗坏血酸损失率Y3，X i、X j、X i 、X j 均为因素的代码。
表2 实验设计与结果
Tab.2 Design and results of experiment
序号 X1 X2 X3 X4 Y1 Y2 Y3
1 -1 -1 -1 -1 21.43 2.23 21.96
2 -1 -1 -1 1 10.28 1.25 9.43
3 -1 -1 1 -1 28.43 4.13 25.78
4 -1 -1 1 1 23.34 3.54 4.22
5 -1 1 -1 -1 30.34 4.75 75.44
6 -1 1 -1 1 24.2 4.79 49.49
7 -1 1 1 -1 35.07 9.44 82.88
8 -1 1 1 1 33.39 6.75 72.15
9 1 -1 -1 -1 35.78 2.68 32.94
10 1 -1 -1 1 26.75 3.16 14.51
11 1 -1 1 -1 53.14 8.03 40.45
12 1 -1 1 1 41.11 5.3 15.45
13 1 1 -1 -1 51.56 8.03 79.07
14 1 1 -1 1 38.7 3.36 50.59
15 1 1 1 -1 54.01 9.56 79.32
16 1 1 1 1 53.19 7.15 76.92
17 -2 0 0 0 9.98 1.82 66.95
18 2 0 0 0 45.09 3.65 56
19 0 -2 0 0 20.76 1.84 4.12
20 0 2 0 0 43.9 11.67 78.12
21 0 0 -2 0 24.66 2.03 27.54
22 0 0 2 0 49.6 8.93 78.64
23 0 0 0 -2 46.71 13.32 84.19
24 0 0 0 2 33.46 3.04 42.53
25 0 0 0 0 44.91 6.44 60.05
26 0 0 0 0 45.57 7.93 60.09
27 0 0 0 0 44.36 6.88 59.45
28 0 0 0 0 44.2 6.63 60.13
29 0 0 0 0 44.85 6.79 61.7
30 0 0 0 0 43.53 7.62 61.18
31 0 0 0 0 44.24 6.83 63.14
2结果与讨论
2.1 单因素试验结果
图1(a)、图2(a)、图3(a)分别显示了不同渗透温度、蔗糖浓度、切片厚度对猕猴桃失水率的影响。由图可知，渗透平衡时的失水率决定于蔗糖浓度，渗透温度、切片厚度只改变达到渗透平衡的时间。
图1(b)、图2(b)、图3(b)分别显示了不同渗透温度、蔗糖浓度、切片厚度对渗透脱水330min后猕猴桃抗坏血酸损失率的影响，从图中可以看出：温度越高、切片越薄，抗坏血酸的损失率越高；而蔗糖浓度对抗坏血酸损失率具有抛物线作用。
渗透温度对猕猴桃失水率、抗坏血酸损失率的影响(蔗糖浓度50%，切片厚度6mm )
蔗糖浓度对猕猴桃失水率、抗坏血酸损失率的影响(渗透温度50℃，切片厚度6mm )
切片厚度对猕猴桃失水率、抗坏血酸损失率的影响(渗透温度50℃，蔗糖浓度40% )
2.2猕猴桃渗透脱水的优化设计及响应面分析
方程（4）的回归系数与方差分析见表3。失水率模型的相关系数R2=0.9889，拟合精度很高。抗坏血酸模型的相关系数R2=0.9205，固形物增加率模型的相关系数R2=0.8841，拟合的精度较高。
表3 回归系数与方差分析
Tab.3 The coefficient of regression and analysis of variables
回归系数 失水率Y1 固形物增加率Y2 抗坏血酸损失率Y3
b0 44.52 7.02 60.82
线性回归系数
b1 9.08*** 0.59* 1.08
b2 5.27*** 1.80*** 22.88***
b3 5.52*** 1.56*** 6.91***
b4 -3.55*** -1.42*** -9.52***
二次项回归系数
b11 -4.12*** -1.16*** -1.35
b22 -2.92*** -0.15 -6.44***
b33 -1.72*** -0.47* -3.45*
b44 -0.98*** 0.20 -0.88
交互项回归系数
b12 0.073 -0.35 -2.25
b13 0.92 0.12 0.40
b14 -0.67 -0.32 -0.22
b23 -1.31*** 0.018 3.10
b24 0.99** -0.37 0.63
b34 1.22** -0.21 1.61
相关系数R2（%） 98.89 88.41 92.05
注:***表示Ｐ≤0.001; **表示Ｐ≤0.01; *表示Ｐ≤0.05.
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