超聲波對獼猴桃片的滲糖效果及干燥能耗與品質的影響

曾祥媛，趙武奇，盧丹，吳妮，孟永宏，高貴田，雷玉山

?

超聲波對獼猴桃片的滲糖效果及干燥能耗與品質的影響

曾祥媛1，趙武奇1，盧丹1，吳妮1，孟永宏1，高貴田1，雷玉山2

（1陜西師范大學食品工程與營養(yǎng)科學學院，西安 710119；2陜西省農村科技開發(fā)中心，西安 710054）

【目的】研究不同的超聲波工藝參數(shù)對獼猴桃片滲糖效果及干燥能耗與特征品質的影響，建立數(shù)學回歸模型并優(yōu)化工藝參數(shù)，為超聲滲糖技術用于生產高品質、低能耗的獼猴桃片提供理論依據(jù)。【方法】試驗以獼猴桃為原料，選取時間、溫度、蔗糖濃度、超聲聲能密度為因素，以獼猴桃的固形物增加率（solids gain，SG）、水分損失率（water loss，WL）、單位能耗、可滴定酸、含糖量、色差（ΔE）、*、*、*、硬度、黏性、彈性、黏聚性、膠黏性、咀嚼性、回復性、葉綠素保存率、維生素C保存率、可溶性固形物為指標，進行四因素Box-Benhnken響應面試驗，利用因子分析篩選出評價獼猴桃片品質的特征指標，建立單位能耗及獼猴桃片特征指標的二次多項式回歸方程模型，分析影響各指標的主次因素及因素間的交互作用，優(yōu)化得出獼猴桃片超聲滲糖工藝的最佳參數(shù)，并加以驗證?！窘Y果】獼猴桃片的品質特征指標分別為回復性、ΔE、含糖量、WL、可滴定酸、維生素C保存率；建立的獼猴桃片單位能耗和品質特征指標的回歸模型具有統(tǒng)計學意義（＜0.05）。各因子對含糖量影響的大小依次是蔗糖濃度＞時間＞溫度＞聲能密度，時間和溫度、溫度和蔗糖濃度、蔗糖濃度和聲能密度的交互作用均為極顯著，溫度和聲能密度的交互作用顯著。各因子對WL影響的大小依次是時間＞聲能密度＞蔗糖濃度＞溫度，時間和溫度及時間和聲能密度的交互作用顯著。各因子對單位能耗影響的大小依次是蔗糖濃度＞時間＞聲能密度＞溫度，溫度和蔗糖濃度的交互作用顯著。各因子對回復性影響的大小依次是時間＞蔗糖濃度＞溫度＞聲能密度，蔗糖濃度和聲能密度交互作用顯著。各因子對ΔE影響的大小依次是蔗糖濃度＞溫度=聲能密度＞時間；各因子對可滴定酸影響的大小依次是時間＞聲能密度＞蔗糖濃度＞溫度，時間和聲能密度交互作用顯著；各因子對維生素C保存率影響的大小依次是蔗糖濃度＞溫度＞時間＞聲能密度。獼猴桃片超聲滲糖工藝參數(shù)為：時間58 min、超聲溫度47℃、蔗糖濃度40 °Brix、超聲聲能密度0.7 W?mL-1，在此條件下獼猴桃片的單位能耗為18.15 kJ·g-1、回復性為0.172、ΔE為15.51、含糖量為35.03%、WL為27.85%、可滴定酸為1.58%、維生素C保存率為92.23%?！窘Y論】因子分析法能提取出評價獼猴桃片品質的特征指標。建立的二次多項式回歸模型可分別用于分析和預測超聲波處理參數(shù)對獼猴桃片的滲糖效果及干燥能耗與品質的影響。超聲浸糖處理具有滲糖速率快、破壞小等優(yōu)點，處理后的獼猴桃片單位能耗較低、質地品質較好，超聲波處理可用于獼猴桃片的滲糖工藝。

獼猴桃；超聲滲糖；品質評價；因子分析；響應面

0 引言

【研究意義】我國獼猴桃的栽培面積和產量均居世界第一[1]，獼猴桃（Kiwifruit）為獼猴桃科獼猴桃屬植物，又名藤梨、羊桃、毛木果、奇異果等，果實中含多種營養(yǎng)物質如多酚、多糖、蛋白質、氨基酸等，且維生素C（Vitamin C）含量遠超其他水果，被稱為“水果之王”“世界珍果”[2]，深受消費者的青睞。獼猴桃片是目前國際和國內市場需求量較大的加工品，其發(fā)展前景極為廣闊。滲糖是獼猴桃片加工關鍵工序之一，目前常用的糖漬方法主要是常壓滲糖及真空滲糖，兩者糖漬后的產品質地品質均較差，除此之外，常壓滲糖還存在滲糖時間長、營養(yǎng)成分破壞嚴重等缺點，而真空滲糖存在能耗大的缺點[3]。因此，改變現(xiàn)有的獼猴桃片滲糖方法成為提高產品品質的主要手段之一，對于推進獼猴桃產業(yè)的進一步發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】超聲波是一種高于人類聽覺的機械波，頻率在20—100 kHz[4]。超聲波在液體中傳播時，通過媒質不斷受到拉伸和壓縮形成的空化效應可提高果蔬的脫水速率[5]，在番茄、櫻桃番茄、西蘭花、胡蘿卜、土豆、蘋果、香蕉、草莓、藍莓等的滲透脫水研究中，取得了卓越的成果[6-14]。Nowacka等[15]研究發(fā)現(xiàn)超聲處理可使果肉形成微細通道，加快蔗糖溶液滲糖速率，促進獼猴桃脫水；BELLARY等[16]研究發(fā)現(xiàn)在椰肉中超聲處理能提高姜黃素的滲透擴散速率，且溶質濃度越高，擴散越快；馬空軍等[17]研究證明超聲在固液界面產生的聲沖流能夠減薄擴散邊界層，加快糖液滲透；李軍生等[18]研究發(fā)現(xiàn)超聲波不會破壞果蔬組織的結構和細胞外形，處理后的果蔬產品結構和外形保持良好；李寧等[3]研究分析不同滲糖方式對牡丹花脯質構特性的影響，對比得出超聲滲糖花脯相較于真空及常壓滲糖花脯，呈現(xiàn)出更加良好的質構特性；李興武等[19]研究常規(guī)、真空、微波、超聲波4種滲糖方式對脆紅李果脯品質及香氣的影響，得到超聲波滲糖干燥后果脯含糖量及感官評價得分最高?，F(xiàn)有研究表明，超聲滲糖可以提高滲透過程的傳質效率，保持果蔬內部結構，減少營養(yǎng)成分和風味物質損失[20]，為近年來果蔬滲糖工藝的研究熱點。孫海濤等[21]以含糖量為品質評價指標，進行了野生軟棗獼猴桃超聲滲糖工藝優(yōu)化研究；李薇[22]以滲糖液糖度變化率和產品感官評價得分為品質評價指標，進行了獼猴桃果片超聲波滲糖預處理工藝優(yōu)化的研究。【本研究切入點】不同研究者所選擇的品質評價指標不盡相同，多以含糖量輔以感官評價為主，缺少獼猴桃片產品綜合品質評價的系統(tǒng)研究。本研究將超聲波技術應用于獼猴桃片的滲糖工藝，系統(tǒng)研究超聲波對獼猴桃片的滲糖效果及干燥能耗與品質等綜合評價指標的影響?！緮M解決的關鍵問題】在響應面試驗的基礎上，通過因子分析篩選出獼猴桃片的特征指標，建立單位能耗及獼猴桃片特征指標的二次多項式回歸方程模型，分析影響的主次因素及交互作用，優(yōu)化超聲滲糖工藝的最佳參數(shù)，在保證滲糖效果的前提下，最大程度提高獼猴桃片的品質，為獼猴桃片超聲滲糖的工業(yè)化生產提供技術依據(jù)。

1 材料與方法

試驗于2018年在陜西師范大學食品工程與營養(yǎng)科學學院食品工程實驗室進行。

1.1 材料與試劑

供試獼猴桃品種為‘海沃德’，于2018年3月采摘自陜西佰瑞獼猴桃研究院種植基地。選取無明顯機械損傷和腐壞、大小基本一致、成熟度相同的獼猴桃，試驗前將獼猴桃樣品置于（0±0.5）℃條件下貯藏。獼猴桃初始含水率采用烘干法（105℃烘干至恒重）進行測定，平均濕基含水量為82.62%。2, 6-二氯靛酚鈉、抗壞血酸，成都市科龍化工試劑廠；蔗糖、草酸、蒽酮、碳酸鈣，天津市天力化學試劑有限公司。所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

TA.XT plus質構儀，英國Stable Micro Systems公司；8101手持糖量計，遼寧大連先超科技有限公司；NS810色差儀，深圳市三恩馳科技有限公司；BA224S電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；UV-1800型紫外分光光度計，日本島津公司；高速冷凍離心機，Thermo公司；超聲波微波協(xié)同反應工作站，南京先歐儀器制造有限公司；氣體射流沖擊干燥試驗設備，陜西師范大學食品工程實驗室自制[23]。

1.3 試驗方法

1.3.1 獼猴桃片制備 獼猴桃片制備的工藝流程為：獼猴桃去皮切片→燙漂→護色硬化→不同超聲滲糖處理→沖洗→氣體射流沖擊干燥。

1.3.2 響應面設計 根據(jù)響應面Box-Behnken設計原理，以超聲時間（A）、溫度（B）、蔗糖濃度（C）、超聲聲能密度（D）為因素，以獼猴桃的固形物增加率（SG）、水分損失率（WL）、干燥能耗及獼猴桃片理化指標、質地指標、色澤為指標，進行四因素三水平響應面試驗，試驗設計如表1。

表1 響應面設計試驗因子與水平

表2 響應面試驗設計與結果

Table 2 Response surface experimental design and results

1.3.3 獼猴桃片理化指標的測定與計算 可滴定酸采用NaOH標準溶液滴定，參見GB/T 12456—2008；可溶性固形物（Total soluble solids，TSS）采用手持阿貝折光儀測定，含糖量采用蒽酮試劑法測定；葉綠素采用比色法測定，維生素C采用2,6-二氯靛酚滴定法，參照GB/T 6195—1986。其中葉綠素保存率1計算公式如下：

式中，1-鮮樣測定值，1-干燥后測定值；

維生素C保存率2計算公式如下：

式中，2-鮮樣測定值，2-干燥后測定值。

1.3.4 質地指標的測定TPA測試 采用質構儀，選用P 0.5型夾具，對厚度為0.3 mm的獼猴桃片進行TPA測試，測前速度為3 mm·s-1，測試速度為2 mm·s-1，測后返回速度為2 mm·s-1，樣品形變50%。

1.3.5 獼猴桃片色澤的測定與計算 本試驗采用CIE顏色評價體系，獼猴桃片色澤*、*、*用NS810色差儀直接測定，選用直徑2.54 cm光圈，色差值ΔE計算公式如下：

式中，0-鮮樣測定值，*-干燥后測定值。

1.3.6 滲透脫水指標測定與計算 水分損失率（WL）、固形物增加率（SG）計算公式如下：

式中，0-初始原料鮮重（g）；-某時刻原料鮮重（g）；0-初始原料干重（g）；-某時刻原料干重（g）。

1.3.7 單位能耗 通過讀取氣體射流沖擊干燥設備上的電表讀數(shù)，計算獲得獼猴桃片干燥過程中的單位能耗，計算公式如下：

1.3.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 每個試驗均重復3次，取平均值。采用SPSS軟件進行因子分析；利用Design-Expert軟件設計Box-Behnken試驗，并建立數(shù)學模型，進行響應面分析，顯著性水平取0.05。

2 結果

2.1 響應面試驗結果

響應面設計與結果見表2，共29個試驗點。表中1—24號是析因試驗，自變量取值在A、B、C、D所構成的四維頂點；25—29號是中心試驗，自變量取值為區(qū)域中心點，重復5次用于估計試驗誤差。

2.2 獼猴桃片品質評價特征指標的提取

節(jié)能環(huán)保是當前各產業(yè)發(fā)展的總趨勢，因此將能耗作為響應面考察的主要指標之一，旨在優(yōu)化工藝參數(shù)，生產高品質、低能耗的獼猴桃片。除能耗外，對表1中的含糖量、可滴定酸、*、*、*、ΔE、硬度、黏性、彈性、黏聚性、膠黏性、咀嚼性、回復性、葉綠素保存率、維生素C保存率、TSS、WL和SG共18項獼猴桃片評價指標進行因子分析，以提取出獼猴桃片品質評價特征指標。

圖1 因子分析碎石圖

表3 因子分析解釋總變量

由表3可知，因子分析所提出的6個主因子特征值分別為4.448、3.145、2.137、1.941、1.603和1.050，特征值均大于1，且累計方差貢獻率達到79.583%，說明這6個主因子所表達的信息特征包括了18個獼猴桃片品質指標的絕大部分信息。因此，可以將描述獼猴桃的18個品質指標壓縮為6個。圖1為因子分析特征值的碎石圖，主因子所處線段斜率陡峭，而在平緩斜率上的因子對變異的解釋非常小。從圖1可以直觀地看出從第6個因子以后，曲線平緩，斜率減小，因此選擇前6個因子作為主因子。

采用Kaiser標準化最大方差法進行因子旋轉，得到旋轉后的成分矩陣見表4，能更加清楚直觀的表現(xiàn)主因子與變量之間的對應關系。由表4可知，第1個公因子與彈性、黏聚性、膠黏性、咀嚼性和回復性4個指標相關性最強，體現(xiàn)了獼猴桃片的質地特征；第2個公因子與*值、*值、*值和ΔE 4個指標最為相關，體現(xiàn)了獼猴桃片的外觀色澤特征；第3個公因子與含糖量和葉綠素保存率兩個指標相關性強，體現(xiàn)了獼猴桃片的甜風味特征和綠色品質；第4個公因子與WL和SG兩個指標相關性強，體現(xiàn)了獼猴桃片的滲透脫水特性；第5個公因子與可滴定酸相關性強，體現(xiàn)了獼猴桃片的酸風味特征；第6個公因子與維生素C保存率相關性高，體現(xiàn)了營養(yǎng)品質特征。以每個主成分中載荷系數(shù)最大（以絕對值計）為標準，可以得出回復性、*、含糖量、WL、可滴定酸和維生素C保存率6個指標，但是考慮到*是表示樣品顏色的亮度，ΔE是色差評價的綜合指標且其載荷系數(shù)大于0.8，所以選取回復性、ΔE、含糖量、WL、可滴定酸和維生素C保存率6個指標作為獼猴桃片的品質特征指標。

2.3 二次響應面回歸模型的建立與分析

應用Design Expert進行回歸擬合分析，可分別得到回復性（Y1）、ΔE（Y2）、含糖量（Y3）、WL（Y4）、可滴定酸（Y5）、維生素C保存率（Y6）、單位能耗（Y7）與超聲滲糖條件之間的二次多項式模型：

表4 旋轉成分矩陣

1=0.18-0.018+0.0011+0.0064+0.0003-0.0009+0.015-0.004-0.0077-0.00962+0.00782-0.00542-0.00652-0.0212-0.00652+ 0.0142+0.0332+0.00712（7）

2=21.94+0.30-2.44+3.07+2.44+2.73+ 1.43-3.392-1.062-6.202（8）

3=37.11+0.32+0.29+1.47+0.20-1.64-1.47-0.11-1.48+0.62-1.92-0.522-0.202-0.682+0.00722-2.122-3.432-1.442-1.792-0.532+ 1.122+1.772（9）

4=25.54+1.4-0.10+0.34-0.98+4.26-0.91+4.84+3.47+6.64+2.432-0.522-3.372-2.802-4.862-4.832（10）

5=1.79+0.14+0.011-0.066+0.081-0.20+0.13-0.33-0.044-0.056-0.252-0.0512-0.0132-0.192-0.382+0.262-0.262-0.162+0.322（11）

6=87.37-0.43-3.18-3.74+0.33-1.76+3.41+0.49-2.32-2.052+0.332+2.612+3.742（12）

7=19.80+0.67-0.42-2.00+0.50-0.38+1.25+1.38-2.25+1.13+0.25-2.002-0.882-0.882-1.382（13）

各考察指標的方差分析結果如表5所示，各指標的回歸方程均顯著，失擬項均不顯著（＞0.05），說明所得回歸方程比較可靠，能用此回歸方程對超聲滲糖獼猴桃片各考察指標進行分析和預測。各因子對回復性影響的大小依次是A＞C＞B＞D，A2對回復性有極顯著的影響，B2、C2、D2和交互項CD影響顯著；各因子對ΔE影響的大小依次是C＞B=D＞A，A2影響顯著；各因子對含糖量影響的大小依次是C＞A＞B＞D，AB、BC及CD交互作用均極顯著，A2、C2和交互項BD影響顯著；各因子對WL影響的大小依次是A＞D＞C＞B，C2、AB及AD對WL的影響顯著；各因子對可滴定酸影響的大小依次是A＞D＞C＞B，A2、D2和交互項AD影響顯著；各因子對維生素C保存率影響的大小依次是C＞B＞A＞D；各因子對單位能耗的影響大小依次是C＞A＞D＞B，A2、BC對單位能耗的影響顯著。

表5 各指標的回歸方程系數(shù)顯著性檢驗結果

2.4 因子間交互作用分析

響應面因子間交互作用分析結果如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示。各圖是由響應值和各試驗因子構成的立體曲面圖，顯示了時間、溫度、蔗糖濃度和超聲聲能密度中任意兩個變量取零水平時，其余兩個變量對各考察指標的影響。

由圖2可知，隨著聲能密度增加，蔗糖濃度增大，獼猴桃片回復性指標呈現(xiàn)出先增大后趨于平緩的趨勢。圖3可知，當聲能密度一定時，隨著濃度和溫度的增加，含糖量不斷增加；在溫度一定時，含糖量隨著濃度的增大不斷增加，隨著時間的延長先增加后減小。圖4可知，在時間一定時，WL隨溫度的增加而增大；在聲能密度一定時，WL隨時間的延長而增大。圖5顯示，當時間一定時，隨著聲能密度增加，可滴定酸指標呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢；當聲能密度一定時，隨著時間的延長，可滴定酸含量先增大后減小。由圖6可明顯看出，當溫度一定時，單位能耗隨著濃度的增大而不斷減小。

圖2 蔗糖濃度和聲能密度交互作用對回復性影響的響應面圖

圖3 各因素交互作用對含糖量影響的響應面圖

圖4 各因素交互作用對WL影響的響應面圖

圖5 時間和聲能密度交互作用對可滴定酸影響的響應面圖

圖6 溫度和蔗糖濃度交互作用對單位能耗影響的響應面圖

2.5 超聲滲糖工藝最佳條件的確定及驗證

在試驗參數(shù)范圍內，以含糖量在32%—35%、可滴定酸在1.5%—2%時，回復性最大，ΔE最小，WL最大，維生素C保存率最大，單位能耗最小作為優(yōu)化目標對超聲滲糖工藝進行綜合優(yōu)化。得到最佳的工藝參數(shù)為：超聲滲糖時間57.71 min、超聲溫度47.16℃、蔗糖濃度40 °Brix、聲能密度0.7 W?mL-1。考慮到實際條件，調整為：超聲滲糖時間58 min、超聲溫度47℃、蔗糖濃度40 °Brix、聲能密度0.7 W?mL-1。表6是用此最優(yōu)條件進行驗證的結果。由表6可以看出，各考察指標的實測值與理論預測值比較吻合，相對誤差均小于5%，說明所得回歸方程可靠，可用于對超聲滲糖獼猴桃片各考察指標進行預測。

3 討論

3.1 關于因子分析法應用于獼猴桃片品質特征的提取

因子分析是一種從關系錯綜復雜的變量群中提取出共性因子的統(tǒng)計方法，以較少的幾個因子反映原變量大部分信息，起到降維作用。因子分析技術可用于提取獼猴桃片的品質特征。趙洪衛(wèi)等[24]通過因子分析篩選出含糖量、瓜瓤含水率兩個指標來評價西瓜品質；靳志強等[25]利用因子分析提取出生理生化、黏度特性、淀粉含量及組成和糊化特性4個指標用于評價玉米綜合品質；張?zhí)苽サ萚26]通過因子分析篩選出灰分、蛋白質、粗脂肪、pH、*、*、失水率和蒸煮損失等8個關鍵品質指標來評價崗巴羊肉品質；呂健等[27]運用因子分析法篩選出還原糖、復水比、值、粗蛋白和膨化度5個指標來評價桃變溫壓差膨化脆片的品質；馬慶華等[28]運用因子分析法篩選出果實甜脆因子、果重及其他內質因子、果皮質地因子、果實外觀因子和其他因子5個主因子來評價冬棗的品質。

表6 回歸方程預測效果表

本研究采用因子分析法提取出的獼猴桃片品質特征指標分別為回復性、ΔE、含糖量、WL、可滴定酸、維生素C保存率。曾凡杰等[29]以色差、質構和維生素C為指標評價真空凍干獼猴桃片的品質特性，楊玲等[30]研究發(fā)現(xiàn)回復性可作為反映蘋果質地變化規(guī)律、評價和比較果肉質地差異性的重要參數(shù)，這些與本試驗中選取回復性、色差、維生素C保存率作為特征指標一致。孫海濤等[21]以含糖量為考察指標，優(yōu)化野生軟棗獼猴桃果脯的滲糖工藝；脫水率WL是評價滲透效果的重要指標，在提高WL時盡可能保證營養(yǎng)品質不受影響；可滴定酸是影響產品風味品質的重要因素?？梢钥闯?，本研究通過因子分析提取含糖量、WL及可滴定酸作為特征品質比較合理。

3.2 超聲波對獼猴桃片脫水率和含糖量的影響

滲透過程就是在物料內外液體形成滲透壓差而進行的水分、固形物的遷移過程。超聲波處理會破壞物料的組織細胞結構，促進物料表面顯微通道的形成，增加滲透過程的傳質速度，促進獼猴桃片內部水分損失，固形物含量增加。本研究結果也證明了這一點。

在時間一定時，水分損失率隨溫度的增加而增大。這可能是由于獼猴桃片中水分主要以自由水的形態(tài)存在，溫度高能加快物料中的分子運動，減弱物料內部固形物對水分的束縛，自由水流動性加強，同時超聲波處理使物料不斷收縮膨脹，形成海綿狀結構，這些均加速水分的擴散流失，使WL增大。圖4-b表明在聲能密度一定時，WL隨時間的延長而增大。這與張鵬飛等[31]對桃片超聲處理的研究結果一致，隨著超聲作用時間的增加，空穴效應增強，水分在高滲透壓作用下遷移至滲透液中，水分損失增加。

含糖量是衡量果蔬加工產品品質的重要參數(shù)，過高不能滿足消費者注重健康的產品需求，過低會影響產品風味。結合圖3及3方程，影響獼猴桃片含糖量指標的主次因素為：蔗糖濃度＞超聲時間＞溫度＞超聲聲能密度。由圖3-a及圖3-b可知，在聲能密度一定時，隨著濃度的增大和溫度的增加，含糖量不斷增加，且在低濃度范圍內含糖量變化更加明顯。這與BELLARY等[16]在椰肉中超聲處理滲透姜黃素和李茜等[32]優(yōu)化杏鮑菇脆片加工中超聲浸漬工藝的研究結果基本一致。滲糖過程中糖液擴散方向是從高質量濃度向低質量濃度，濃度差愈大，滲透速率愈大。溫度的增加能促使?jié)B透液中溶質分子運動加快，有利于蔗糖進入獼猴桃片。此外圖3-d顯示在溫度一定時，隨著時間的延長，含糖量先略微增加后減小。MULET等[33]的研究表明，超聲處理時間過長，會明顯破壞果蔬組織結構。因而造成獼猴桃片邊緣糜爛，固形物流出，影響滲糖效果。在55—60 min范圍內，含糖量與溫度呈負相關，這可能是因為在較長的滲透時間下，溫度較高可能更易使獼猴桃組織結構遭到破壞，造成內部營養(yǎng)成分流失。在低溫區(qū)間內，隨著浸糖時間的延長，含糖量呈現(xiàn)先略微增加后減少的趨勢。這與李茜等[32]研究浸漬時間對杏鮑菇脆片浸漬效果影響的結果一致。滲糖過程初期獼猴桃片內外濃度差大，糖滲入速率大于獼猴桃片內部小分子可溶性物質外流速率，含糖量增加；但隨著浸糖時間的進一步延長，進入獼猴桃片的糖含量趨于飽和而獼猴桃片內部小分子可溶性物質外流繼續(xù)，導致含糖量呈降低趨勢。

3.3 超聲波對獼猴桃片能耗及產品品質的影響

由圖6可見，當溫度一定時，單位能耗隨著濃度的增大而不斷減小。干燥過程就是物料中不同狀態(tài)的水分按自由度大小逐次去除，滲透液濃度越大，物料中固形物含量也越大，導致更多的自由水因滲透壓作用而流失到滲透液中，物料中自由水比例下降，節(jié)省了能量。這與XIN等[8]研究西蘭花超聲滲透處理后的自由水比例下降的結果一致。

回復性指樣品在第一次壓縮過程中回彈的能力，反映了物質以彈性變形保存的能量，是反映質構特性的重要指標。由圖2可見，隨著聲能密度增加，蔗糖濃度增大，獼猴桃片回復性指標呈現(xiàn)出先增大后略微降低的趨勢。物料受到超聲波處理時，反復受到壓縮和拉伸作用，不斷收縮和膨脹，形成海綿狀結構，導致其回復性增大。但是當聲能密度過大、濃度過高時，獼猴桃片內部組織細胞結構出現(xiàn)松散，細胞結構遭到破壞，會產生許多微觀通道，使獼猴桃片細胞間結合作用力減弱或遭到破壞，導致其回復性降低。這與羅登林等[34]研究超聲輔助面團醒發(fā)對面條品質影響的結果一致，隨超聲功率密度的增大，面條的回復性呈先增加后減少的趨勢。

隨著聲能密度增加、時間的延長，可滴定酸指標呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。其增大的機理可能是由于超聲處理使有機酸與獼猴桃組織細胞的結合力或被包埋率降低，釋放速率大于擴散到滲糖液的速率，導致可滴定酸含量增大。這與岳田利等[35]的研究結果一致，其研究表明，超聲波處理前后蘋果中的總酸含量存在顯著性差異，隨著超聲功率的增加，蘋果中總酸含量增大。減小可能是基于溶液中物質擴散原理，獼猴桃片中的有機酸向滲糖液擴散速率加大，此外聲能密度過高、處理時間過長時，會明顯破壞物料組織結構，造成內容物流出，導致獼猴桃片中的有機酸呈減少的趨勢。

4 結論

獼猴桃片的品質特征指標為回復性、ΔE、含糖量、水分損失率、可滴定酸、維生素C保存率。建立的獼猴桃片超聲滲糖工藝參數(shù)與單位能耗及品質特征指標的二次多項式回歸方程模型，可用于分析和預測超聲波處理參數(shù)對獼猴桃片的滲糖效果及干燥能耗與品質的影響。獼猴桃片超聲滲糖工藝的最佳工藝條件為：超聲滲糖時間58 min、超聲溫度47℃、蔗糖濃度40 °Brix、聲能密度0.7 W?mL-1。超聲滲糖處理具有滲糖速率快、對樣品破壞小、單位能耗低、產品質地品質好等優(yōu)點，可用于獼猴桃片的加工中。

[1] 張計育, 莫正海, 黃勝男, 郭忠仁. 21世紀以來世界獼猴桃產業(yè)發(fā)展以及中國獼猴桃貿易與國際競爭力分析. 中國農學通報, 2014, 30(23): 48-55.

ZHANG J Y, MO Z H, HUANG S N, GUO Z R. Development of world Kiwifruit industry since the 21st century and analysis of Chinese Kiwifruit trade and international competitiveness., 2014, 30(23): 48-55. (in Chinese)

[2] 楊天歌, 鄧紅, 李涵, 孟永宏, 雷佳蕾, 馬婧, 郭玉蓉. 超高壓殺菌處理冷破碎獼猴桃果漿的條件優(yōu)化及其貯藏期殺菌效果. 中國農業(yè)科學, 2018, 51(7): 1368-1377.

YANG T G, DENG H, LI H, MENG Y H, LEI J L, MA J, GUO Y R. Optimization of ultra-high pressure sterilization conditions on the Kiwi Fruit Pulp produced by cold crushing method and its sterilization effect during storage period., 2018, 51(7): 1368-1377. (in Chinese)

[3] 李寧, 朱文學, 白喜婷, 馬怡童.牡丹花脯超聲滲糖工藝優(yōu)化及其質構特性的對比分析.食品與機械, 2017, 33(9): 173-177.

LI N, ZHU W X, BAI X T, MA Y T. Optimization on ultrasonic sugar permeability process and comparative analysis of textural properties of peony preserves., 2017, 33(9): 173-177. (in Chinese)

[4] MCCLEMENTS D J. Advances in the application of ultrasound in food analysis and processing., 1995, 6(9): 293-299.

[5] FERNANDES F A N, GALLAO M I, RODRIGUES S. Effect of osmosis and ultrasound on pineapple cell tissue structure during dehydration., 2009, 90(2): 186-190.

[6] CORREA J L G, JUSTUS A, OLIVEIRA L F D, ALVES G E. Osmotic dehydration of Tomato assisted by ultrasound: evaluation of the liquid media on mass transfer and product quality., 2015, 11(4): 505-516.

[7] LI H, ZHAO C P, GUO Y H, AN K J, DING S H, WANG Z F. Mass transfer evaluation of ultrasonic osmotic dehydration of cherry tomatoes in sucrose and salt solutions., 2012, 47(5): 954-960.

[8] XIN Y, ZHANG M, ADHIKARI B. Effect of trehalose and ultrasound-assisted osmotic dehydration on the state of water and glass transition temperature of broccoli (L.L.)., 2013, 119(3): 640-647.

[9] LIU Y H, CHONG C J, WU J Y, MIAO S, LUO L, LI X. Ultrasound assisted osmotic dehydration pretreatment on carrot followed by hot-air drying//International Conference on Advanced Mechatronic Systems (ICAMechS 2013), Luoyang, China, 2013: 634-637.

[10] GOULA A M, KOKOLAKI M, DAFTSIOU E. Use of ultrasound for osmotic dehydration. The case of potatoes., 2017, 105: 157-170.

[11] CARCEL J A, BENEDITO J, ROSSELLO C, MULET A. Influence of ultrasound intensity on mass transfer in apple immersed in a sucrose solution., 2007, 78(2): 472-479.

[12] FERNANDES F A N, RODRIGUES S. Ultrasound as pre-treatment for drying of fruits: dehydration of banana., 2007, 82(2): 261-267.

[13] CHENG X F, ZHANG M, ADHIKARI B, ISLAM M N. Effect of power ultrasound and pulsed vacuum treatments on the dehydration kinetics, distribution, and status of water in osmotically dehydrated strawberry: a combined NMR and DSC study., 2014, 7(10): 2782-2792.

[14] KUCNER A, KLEWICKI R, SOJKA M. The influence of selected osmotic dehydration and pretreatment parameters on dry matter and polyphenol content in highbush blueberry (L.) fruits., 2013, 6(8): 2031-2047.

[15] NOWACKA M, TYLEWICZ U, LAGHI L, ROSA M D, WITROWA- RAJCHERT D. Effect of ultrasound treatment on the water state in kiwifruit during osmotic dehydration., 2014, 144(2): 18-25.

[16] BELLARY A N, RASTOGI N K. Effect of hypotonic and hypertonic solutions on impregnation of curcuminoids in coconut slices., 2012, 16(39): 33-40.

[17] 馬空軍, 賈殿贈, 包文忠, 趙文新, 靳冬民, 孫文磊. 超聲場強化滲透脫水傳質機理模型研究, 食品科學, 2011, 32(13): 94-101.

MA K J, JIA D Z, BAO W Z, ZHAO W X, JIN D M, SUN W L. Mass transfer mechanism and mathematical model for ultrasonic-enhanced osmotic dehydration., 2011, 32(13): 94-101. (in Chinese)

[18] 李軍生, 何仁, 侯革非, 閻柳娟. 超聲波對果蔬滲糖及組織細胞的影響. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2002, 28(8): 32-36.

LI J S, HE R, HOU G F, YAN L J. Effect of ultrasonic wave on sugar permeability and cell tissue completeness of candied fruit and vegetable., 2002, 28(8): 32-36. (in Chinese)

[19] 李興武, 章黎黎. 滲糖方式對脆紅李果脯品質及香氣的影響. 食品研究與開發(fā), 2017, 38(21): 79-84.

LI X W, ZHANG L L. Effects of infiltration method on the quality and aroma of crisp red plum., 2017, 38(21): 79-84. (in Chinese)

[20] 尹曉峰, 楊明金, 張引航, 高博, 謝守勇, 楊玲. 辣椒滲透脫水處理及滲后熱風干燥特性及品質分析. 食品科學, 2017, 38(1): 27-34.

YIN X F, YANG M J, ZHANG Y H, GAO B, XIE S Y, YANG L. Characterization of osmotic dehydration and subsequent hot-air drying of Chili pepper., 2017, 38(1): 27-34. (in Chinese)

[21] 孫海濤, 邵信儒, 姜瑞平, 徐晶, 孫艷雪, 朱炎, 朱俊義. 響應面試驗優(yōu)化超聲滲糖制備野生軟棗獼猴桃果脯工藝及其質構分析. 食品科學, 2015, 36(20): 49-55.

SUN H T, SHAO X R, JIANG R P, XU J, SUN Y X, ZHU Y, ZHU J Y. Optimization of ultrasound-assisted sugar permeation for production of preservedby response surface methodology and texture analysis., 2015, 36(20): 49-55. (in Chinese)

[22] 李薇. 低糖獼猴桃果脯的加工工藝與工廠設計研究[D]. 西安: 西北大學, 2013.

LI W. Study on processing technology and factory design of low sugar Kiwi fruit [D]. Xi’an: Northwest University, 2013. (in Chinese)

[23] 李文峰, 肖旭霖, 王瑋. 紫薯氣體射流沖擊干燥效率及干燥模型的建立. 中國農業(yè)科學, 2013, 46(2): 356-366.

LI W F, XIAO X L, WANG W. Drying characteristics and model of purple sweet potato in air-impingement jet dryer., 2013, 46(2): 356-366. (in Chinese)

[24] 趙洪衛(wèi), 韓東海, 宋曙輝, 常冬. 小型西瓜果實成熟度表征因子篩選. 農業(yè)工程學報, 2012, 28(17): 281-286.

ZHAO H W, HAN D H, SONG S H, CHANG D. Screening of maturity characterization factors for mini watermelon fruit., 2012, 28(17): 281-286. (in Chinese)

[25] 靳志強, 王順喜. 基于品質評價的玉米微波滅霉工藝參數(shù)選擇. 農業(yè)機械學報, 2013, 44(4): 163-170.

JIN Z Q, WANG S X. Parameter selection of mould inactivation by microwave processing based on quality evaluation of maize., 2013, 44(4): 163-170. (in Chinese)

[26] 張?zhí)苽? 賀繼峰, 余耀斌, 次頓. 崗巴羊羊肉營養(yǎng)品質及其因子分析. 食品工業(yè)科技, 2018, 39(8): 279-284.

ZHANG T W, HE J F, YU Y B, CI D. Mutton quality and its factor analysis of Gangba sheep., 2018, 39(8): 279-284. (in Chinese)

[27] 呂健, 劉璇, 畢金峰, 周林燕, 吳昕燁. 桃變溫壓差膨化脆片品質評價研究. 中國農業(yè)科學, 2016, 49(4): 802-812.

Lü J, LIU X, BI J F, ZHOU L Y, WU X Y. Research on the quality evaluation for peach and nectarine chips by explosion puffing drying., 2016, 49(4): 802-812. (in Chinese)

[28] 馬慶華, 李永紅, 梁麗松, 李琴, 王海, 許元峰, 孫玉波, 王貴禧. 冬棗優(yōu)良單株果實品質的因子分析與綜合評價. 中國農業(yè)科學, 2010, 43(12): 2491-2499.

MA Q H, LI Y H, LIANG L S, LI Q, WANG H, XU Y F, SUN Y B, WANG G X. Factors analysis and synthetical evaluation of the fruit quality of Dongzao (Mill. Dongzao) advanced selections., 2010, 43(12): 2491-2499. (in Chinese)

[29] 曾凡杰, 孟莉, 呂遠平. 不同前處理和凍結方式對獼猴桃片干制品品質的影響.食品科技, 2017, 42(8): 63-68.

ZENG F J, MENG L, LV Y P. Effect of different pre-processing and freezing methods on the dry products quality of kiwi fruit slices., 2017, 42(8): 63-68. (in Chinese)

[30] 楊玲, 張彩霞, 叢佩華, 程云, 王強. 基于質地多面分析法對不同蘋果品種果肉質構特性的分析. 食品科學, 2014, 35(21): 57-62.

YANG L, ZHANG C X, CONG P H, CHENG Y, WANG Q. Texture parameters of different apple varieties’ flesh as measured by texture profile analysis., 2014, 35(21): 57-62. (in Chinese)

[31] 張鵬飛, 呂健, 畢金峰, 劉璇, 周林燕, 關云靜, 肖敏. 超聲及超聲滲透預處理對紅外輻射干燥特性研究.現(xiàn)代食品科技, 2016, 32(11): 197-202.

ZHANG P F, LV J, BI J F, LIU X, ZHOU L Y, GUAN Y J, XIAO M. Effect of ultrasound and ultrasound-assisted osmotic dehydration on infrared radiation drying characteristics of peach slices., 2016, 32(11): 197-202. (in Chinese)

[32] 李茜, 高純陽, 安辛欣, 胡秋輝. 杏鮑菇脆片加工中超聲浸漬工藝的優(yōu)化.食品工業(yè)科技, 2014, 35(14): 287-292.

LI Q, GAO C Y, AN X X, HU Q H. Optimization of ultrasonic immersion technology forchips., 2014, 35(14): 287-292. (in Chinese)

[33] MULET A, CáRCEL J A, SANJUáN N, BON J. New food drying technologies-use of ultrasound., 2003, 9(3): 215-221.

[34] 羅登林, 楊園園, 吳若言, 徐寶成, 聶英, 李佩艷, 劉建學. 超聲輔助面團醒發(fā)對面條品質的影響. 食品科學, 2019, 40(1): 102-107.

LUO D L, YANG Y Y, WU N Y, XU B C, NIE Y, LI P Y, LIU J X. Effect of power ultrasound assisted dough resting on the quality of noodles., 2019, 40(1): 102-107. (in Chinese)

[35] 岳田利, 周鄭坤, 袁亞宏, 高振鵬, 張曉榮. 蘋果中有機氯農藥殘留的超聲波去除條件優(yōu)化. 農業(yè)工程學報, 2009, 25(12): 324-330.

YUE T L, ZHOU Z K, YUAN Y H,GAO Z P, ZHANG X R. Optimization of conditions for organochlorine pesticide residues removal in apples using ultrasonic., 2009, 25(12): 324-330. (in Chinese)

（責任編輯 趙伶俐）

Effects of Ultrasound on the Sugar Permeability Effect, Drying Energy Consumption and Quality of Kiwifruit Slices

ZENG XiangYuan1, ZHAO WuQi1, LU Dan1, WU Ni1, MENG YongHong1, GAO GuiTian1, LEI YuShan2

(1College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119;2Shaanxi Rural Science and Technology Development Center, Xi’an 710054)

【Objective】This research aimed to investigate the effects of ultrasonic on the sugar permeability effect, drying energy consumption and quality of kiwifruit slices and its mathematical model and then the process parameters was optimized to provide a theoretical basis for the application of ultrasonic osmosis technology to produce high quality and low energy kiwifruit slices.【Method】Taking the kiwifruit as the raw material, the ultrasonic density, time, temperature and sucrose concentration were selected as the factors, and the solids gain (SG), water loss (WL), unit energy consumption, titratable acid, sugar content, color difference (ΔE), L*, a*, b*, hardness, adhesiveness, springiness, cohesiveness, gumminess, chewiness, resilience, chlorophyll preservation rate, vitamin C preservation rate and soluble solid were selected as indicators. The box Benhnken test with four factors was designed, and the characteristic index for evaluating the quality of the kiwifruit slices was screened out using factor analysis. The two polynomial regression equation model of the unit energy consumption and the quality characteristic index of the kiwifruit slices were established. The primary and secondary factors and interactions of the effects were analyzed, and the optimal parameters of the ultrasonic infiltration process of kiwifruit slices were optimized and verified. 【Result】The characteristic index for evaluating the quality of the kiwifruit slices were resilience, ΔE, sugar content, WL, titratable acid and vitamin C preservation rate. The regression model of the energy consumption and quality characteristics of kiwifruit slices was statistically significant (＜0.05). The order of the effect of each factor on sugar content was sucrose concentration＞time＞temperature＞ultrasonic density, and the interactions between time and temperature, temperature and sucrose concentration, sucrose concentration and ultrasonic density were extremely significant. The interaction between temperature and ultrasonic density was significant. The order of the effect of each factor on WL was time＞ultrasonic density＞sucrose concentration＞temperature, and the interactions between time and temperature and time and ultrasonic density were significant. The order of the effect of each factor on unit energy consumption was sucrose concentration＞time＞ultrasonic density＞temperature, and the interaction between temperature and sucrose concentration was significant. The order of the effect of each factor on resilience was time＞sucrose concentration＞temperature＞ultrasonic density, and the interaction between sucrose concentration and ultrasonic density was significant. The order of the effect of each factor on ΔE was sucrose concentration＞ temperature=ultrasonic density＞time. The order of the effect of each factor on titratable acid was time＞ultrasonic density＞sucrose concentration＞temperature, and the interaction between time and ultrasonic density was significant. The order of the effect of each factor on the retention rate of vitamin C was sucrose concentration＞ temperature＞time＞ultrasonic density. The optimal process parameters for ultrasonic infiltration of kiwifruit slices were ultrasonic time of 58 min, temperature of 47℃, sucrose concentration of 40 °Brix, and ultrasonic density of 0.7 W?mL-1. Under these conditions, the unit energy consumption of kiwifruit slices was 18.15 kJ?g-1, the recovery was 0.172, ΔE was 15.51, the sugar content was 35.03%, the WL was 27.85%, the titratable acid was 1.58%, and the vitamin C retention rate was 92.23%.【Conclusion】The factor analysis method could extract the characteristic indexes for evaluating the quality of kiwifruit slices. The established quadratic polynomial regression model could be applied to analyze and to predict the effects of ultrasonic treatment parameters on the osmotic effect, drying energy and quality of kiwifruit slices. Ultrasonic treatment had the advantages of fast sugar infiltration rate, little damage, lower energy consumption and better texture quality. Ultrasonic treatment could be used in the kiwifruit infiltration process.

kiwifruit; ultrasonic infiltration; quality evaluation; factor analysis; response surface

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.04.013

2018-08-13；

2018-09-27

陜西省重點研發(fā)計劃（2018TSCXL-NY-01-02）、西安市農業(yè)科技創(chuàng)新計劃（2017050NC/NY009（3））

曾祥媛，E-mail：zxyyyuan@163.com。通信作者趙武奇，E-mail：zwq65@163.com