滲糖工藝對(duì)乳酸發(fā)酵橘皮果脯品質(zhì)的影響

郭榮香，李俊健，黃思苑，黎 攀，杜 冰

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州 510642）

橘皮是蕓香科植物橘及其栽培變種的干燥果皮，約占果重的25%～40%，其干燥后被稱為陳皮，是我國(guó)重要的藥食同源資源[1]。栽培變種主要有茶枝柑、福橘、大紅袍等[2]。茶枝柑主產(chǎn)于廣東新會(huì)，是廣陳皮的原料，具有理氣健脾、燥濕化痰等功效，可用于治療支氣管炎、哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病和消化不良等消化系統(tǒng)疾病[3]?，F(xiàn)階段橘皮主要應(yīng)用于中藥材[4]、食品包裝材料[5]、食品添加劑[6]、抑菌劑[7]等。然而廣陳皮的加工方式仍為人工剝皮后翻曬，附加價(jià)值低，缺少精深加工方法，嚴(yán)重限制了廣陳皮產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，開發(fā)新型的陳皮加工手段，對(duì)于提升產(chǎn)品的附加值，具有重要的作用。

現(xiàn)有相關(guān)研究證明，乳酸發(fā)酵食品具有調(diào)節(jié)人體腸道菌群，維持腸道微生態(tài)平衡，增強(qiáng)機(jī)體免疫力等保健功能[4]。從內(nèi)蒙古傳統(tǒng)發(fā)酵奶酪中分離得到的乳酸芽孢桿菌（Bacillussp.）DU-106 具有良好的產(chǎn)酸性能，且經(jīng)小鼠毒理學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)人體安全[8]，同時(shí)有研究表明經(jīng)乳酸芽孢桿菌DU-106 發(fā)酵后的果蔬營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味都得到改善，可用于開發(fā)功能性保健食品[9]。李俊健等[10]研究發(fā)現(xiàn)，接種乳酸芽孢桿菌DU-106 發(fā)酵柚皮制作泡菜可以降低亞硝酸鹽含量，顯著提高泡菜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和改善風(fēng)味。因此，將乳酸芽孢桿菌DU-106 與橘皮進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，開發(fā)一種發(fā)酵橘皮果脯，可為橘皮的精深加工和利用提供一定的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持，從而推進(jìn)廣陳皮加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

果脯的制備是果蔬副產(chǎn)品加工的一種新方法，而滲糖是果脯制作過(guò)程中最重要的一道工序[11]。現(xiàn)階段果脯制作過(guò)程中使用的滲糖方式主要有4 種。煮制滲糖是傳統(tǒng)的滲糖方式，它利用高濃度糖液產(chǎn)生的滲透壓將原料中水分轉(zhuǎn)移以脫除果蔬組織中的水分[11]。真空滲糖是通過(guò)抽真空將原料內(nèi)部及周邊空氣排除，并快速將原料內(nèi)水分轉(zhuǎn)移至糖液，完成滲糖過(guò)程[12]。微波滲糖是利用微波作用將果蔬組織內(nèi)部水分排出，形成網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，增加組織通透性，提高滲糖效率[13]。超聲波滲糖是利用超聲波產(chǎn)生的沖擊波和射流強(qiáng)度擊穿植物細(xì)胞的細(xì)胞膜，進(jìn)而完成滲糖過(guò)程[14]。孫麗婷等[15]、顏娜等[16]及盛金鳳等[17]通過(guò)真空滲糖、超聲滲糖等加工工藝處理紅寶石李、徐香獼猴桃及芒果果脯，發(fā)現(xiàn)能極大提高果脯品質(zhì)。以上研究主要針對(duì)果肉果脯，而對(duì)果皮果脯的研究依舊較少，采用益生菌發(fā)酵制作果脯的研究也很少。

因此，本研究以茶枝柑果皮為原料，通過(guò)接種乳酸芽孢桿菌DU-106 進(jìn)行發(fā)酵，對(duì)比常壓滲糖、微波滲糖、超聲滲糖、真空滲糖這四種工藝對(duì)橘皮果脯品質(zhì)的影響，以尋得最佳的滲糖工藝。為進(jìn)一步提高橘皮資源的利用和高效微生物發(fā)酵提供一定的理論與實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮橘皮，為茶枝柑Citrus reticulata‘Chachi’品種，2019 年12 月取樣 由廣東省江門市新會(huì)區(qū)提供；乳酸芽孢桿菌（Bacillussp.）DU-106（1012CFU/g）

由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)新資源與功能性原料研究及評(píng)價(jià)中心提供；乳酸（純度98%）、檸檬酸（純度97%）、橘皮素（純度98%）標(biāo)準(zhǔn)品，均由上海源葉生物科技有限公司提供；食鹽、白砂糖 市售。

DHP600 恒溫培養(yǎng)箱 北京市永光明醫(yī)療儀器廠；PEN3 電子鼻 德國(guó)Airsense 公司；WRH-100TB1熱泵干燥箱 廣東威而信實(shí)業(yè)有限公司；Laborata 4000 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 德國(guó) Heidolph 公司；ALPHA 2-4 LD plus 凍干機(jī) 德國(guó)CHRIST 公司；WZ-100 恒溫水浴鍋 上海申生科技有限公司；DSH-50 水分測(cè)定儀 上海佑科儀器有限公司；EZ-SX 質(zhì)構(gòu)儀 日本島津公司；BS110S 分析天平 北京賽多利斯天平有限公司；HB-113ATC 手持糖度測(cè)定儀 南北儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 發(fā)酵橘皮的制備 參考李俊健等[10]的方法稍作修改，將橘皮切分、洗凈，121 ℃高壓蒸汽滅菌15 min，冷卻后按橘皮質(zhì)量的兩倍加入無(wú)菌水，再添加總質(zhì)量的2%食鹽和4%白砂糖攪拌均勻；按橘皮質(zhì)量的0.1%添加濃度為1×1012CFU/g 的乳酸芽孢桿菌DU-106，混勻，于25 ℃下密封發(fā)酵10 d。

1.2.2 不同滲糖方式制備橘皮果脯的工藝 操作要點(diǎn)：a.原料選擇和預(yù)處理：挑選發(fā)酵結(jié)束后的橘皮將其切成邊長(zhǎng)約為1 cm×1 cm 的塊狀，在0.5% CaCl2溶液中浸泡1 h 硬化后，將濃度為55°Brix 的糖液煮沸后按料液比1:2 加入。

b.果脯滲糖：不同滲糖方式參考孫麗婷[18]方法稍作改動(dòng)，常壓滲糖：常壓下60 ℃恒溫水浴1 h，常溫滲糖17 h；微波滲糖：微波爐210 W 連續(xù)加熱1 h，常溫滲糖17 h；超聲滲糖：置于60 ℃ 450 W 功率下連續(xù)超聲1 h，常溫滲糖17 h；真空滲糖：置于60 ℃0.08 MPa 真空度下1 h，常溫滲糖17 h。

c.干燥：滲糖結(jié)束后，將果脯置于55 ℃烘箱中熱風(fēng)干燥，用水分測(cè)定儀測(cè)定水分含量為16%～22%即可。

1.2.3 橘皮果脯各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)定

1.2.3.1 色澤測(cè)定 參考王歡[19]的方法便稍作改動(dòng)，使用手持色差儀測(cè)定，結(jié)果用L*、a*、b*表示，數(shù)值變化在0～100 之間，L*=0 表示黑色，L*=100 表示白色。a*值表示樣品的紅綠度，a*=0 表示綠色，a*=100 表示紅色。b*值表示樣品的藍(lán)黃度，b*=0 表示藍(lán)色，b*=100 表示黃色，每個(gè)樣品平行測(cè)定6 次。

1.2.3.2 總糖含量測(cè)定 參考余洋洋等[12]的方法，使用苯酚-硫酸法，每個(gè)樣品平行測(cè)定3 次得到總糖標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=8.5148x+0.0204（R2=0.996）。

1.2.3.3 復(fù)水率測(cè)定 參考胡翔等[20]方法稍作改動(dòng)，準(zhǔn)確稱取5 g 果脯置于250 mL 燒杯中，加入100 mL蒸餾水，樣品每隔30 min 撈起，吸干表面水分后進(jìn)行稱重，計(jì)算公式如下：

式中：W 為復(fù)水率，%；m1為復(fù)水前質(zhì)量，g；m2為復(fù)水后質(zhì)量，g。

1.2.3.4 質(zhì)構(gòu)測(cè)定 參考于肖敏等[21]的方法稍作修改，采用島津EZ-SX 質(zhì)構(gòu)儀TPA 模式進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)定，選用P/5 探頭，測(cè)前速度1 mm/s，起始檢測(cè)壓力0.05 N，測(cè)試速度0.5 mm/s，樣品壓縮形變程度30%，測(cè)后速度1 mm/s。每種滲糖方式平行測(cè)定5 次，取平均值，根據(jù)力-位移曲線圖可得到果脯的硬度、內(nèi)聚性、膠粘性、彈性和咀嚼性。

1.2.3.5 香氣測(cè)定 參照雷炎等[22]的研究方法，采用電子鼻進(jìn)行測(cè)定分析。準(zhǔn)確稱?。?.00±0.05）g 果脯，密封于50 mL 樣品瓶中，在60 ℃下水浴平衡30 min。傳感器與樣品流量均為150 mL/min，傳感器清洗時(shí)間150 s，分析采樣時(shí)間120 s。電子鼻傳感器性能描述見表1。

表1 PEN3 電子鼻傳感器性能描述Table 1 Description of the performance of the PEN3 electronic nasal sensor

1.2.3.6 感官評(píng)定 由通過(guò)感官分析培訓(xùn)的食品專業(yè)同學(xué)10 名（男、女各5 名）組成感官評(píng)價(jià)小組，分別從色澤、組織形態(tài)、口感滋味進(jìn)行評(píng)價(jià)，參照孫麗婷等[15]、顏娜等[16]的方法制定的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表2 橘皮果脯感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)表Table 2 Standards for sensory assessment of orange peel preserved fruit

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組數(shù)據(jù)至少重復(fù)三次實(shí)驗(yàn)，數(shù)值表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果采用Excel 2019、SPSS 26.0 和Origin 2019 等統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并作圖。設(shè)定P<0.05 為差異具有顯著性，P<0.01 為差異具有極顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滲糖方式對(duì)果脯色澤的影響

果脯的色澤是衡量其品質(zhì)好壞的直接依據(jù)，可以直接影響產(chǎn)品在市場(chǎng)上的接受程度[20]。用手持式測(cè)色儀分別測(cè)定果脯不同位置的L*、a*、b*值。由表3可以看出，經(jīng)過(guò)不同滲糖處理后果脯L*值有不同程度的下降，表示經(jīng)過(guò)滲糖和干燥處理后果脯表面顏色均沒有鮮果皮透亮；其中超聲滲糖和真空滲糖下降幅度最小，最接近鮮果皮亮度，兩者之間沒有顯著性差異（P>0.05）；微波滲糖L*值最小，果脯表面顏色最暗，可能與微波過(guò)程產(chǎn)生的高溫引起褐變有關(guān)。各種滲糖處理的a*和b*值也出現(xiàn)了不同程度的下降，其中超聲滲糖方式的a*和b*值與鮮果皮最為接近，超聲滲糖和真空滲糖的b*值沒有顯著性差異（P>0.05），兩者都保持了較好的橘黃色。以上測(cè)定結(jié)果表示，各種滲糖方式色澤排序?yàn)椋撼暆B糖>真空滲糖>常壓滲糖>微波滲糖，超聲滲糖能較好地保持鮮果皮顏色，減少褐變。該研究結(jié)果與孫麗婷等[15]的研究結(jié)果一致。

表3 不同滲糖方式對(duì)果脯色澤的影響Table 3 Effects of different sugar infiltration processes on color of preserved fruit

2.2 不同滲糖方式對(duì)果脯總糖的影響

總糖含量是橘皮果脯滲糖效果的重要指標(biāo)[23]，可以反映相同時(shí)間內(nèi)不同滲糖方式的速率。由圖1可知，采用常壓、微波、超聲、真空四種滲糖方式制得的橘皮果脯總糖含量分別為38.67%、51.84%、47.12%、46.65%，采用微波、超聲和真空滲糖方式的果脯在干燥后總糖含量顯著高于常壓滲糖（P<0.05），明顯提高了糖漬速率。不同滲糖方式之間也存在差異，微波滲糖總糖含量最高，顯著高于超聲和真空滲糖（P<0.05），超聲和真空滲糖方式無(wú)顯著差異（P>0.05）。微波可以使原料內(nèi)極性分子迅速摩擦升溫，細(xì)胞內(nèi)溶劑蒸發(fā)產(chǎn)生壓力，內(nèi)部水分在遷移溢出過(guò)程中形成無(wú)數(shù)通道，有利于糖液快速滲入[24]；超聲滲糖主要通過(guò)沖擊波擊破細(xì)胞膜[25]，真空滲糖依靠壓力差[26]，兩者在提高滲糖速率方面原理不同，但效果基本一致。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明與常壓滲糖相比，微波、超聲和真空三種不同的滲糖方式均能加快果脯的滲糖速率，且微波滲糖效果最好。

圖1 不同滲糖方式對(duì)果脯總糖的影響Fig.1 Effects of different sugar infiltration processes on total sugars of preserved fruit

2.3 不同滲糖方式對(duì)果脯復(fù)水性的影響

橘皮果脯滲糖干燥后重新吸水恢復(fù)到原來(lái)新鮮程度的能力常用復(fù)水性表示，在果脯評(píng)價(jià)指標(biāo)中被用來(lái)表示吸濕性，從而評(píng)價(jià)其耐儲(chǔ)性能[27]。如圖2 所示，四種滲糖方式加工的果脯復(fù)水率隨著時(shí)間延長(zhǎng)而上升，受濃度的影響，在前120 min 果脯復(fù)水效率最快，150 min 后趨于平緩。其中，微波滲糖果脯復(fù)水率明顯高于其他三組，最高可達(dá)153%左右，原因是微波在原料內(nèi)部產(chǎn)生的多孔通道有利于水分的滲入[28]。與常壓滲糖相比，超聲滲糖方式因超聲對(duì)橘皮內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞較小[29?30]，不利于水分滲入，導(dǎo)致二者復(fù)水性差異不大，均為135%左右。而真空滲糖復(fù)水率約123%，略小于其他滲糖方式，其原因可能為橘皮組織間隙空氣被排出，大量糖液浸漬阻礙了組織的復(fù)水[31]。由此可見，微波滲糖方式能顯著提高果脯的復(fù)水性，但較高的復(fù)水率不利于食品的儲(chǔ)藏[16]。因此，真空滲糖的果脯耐儲(chǔ)性最佳，其次是超聲滲糖和常壓滲糖。

圖2 不同滲糖方式對(duì)果脯復(fù)水性的影響Fig.2 Effects of different sugar infiltration processes on rehydration rate of preserved fruit

2.4 不同滲糖方式對(duì)果脯質(zhì)構(gòu)的影響

不同滲糖方式會(huì)對(duì)橘皮的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同影響，因此果脯的質(zhì)構(gòu)會(huì)存在差異[32]。不同滲糖方式對(duì)果脯質(zhì)構(gòu)的影響如表4 所示。硬度表示物體發(fā)生形變所需要的力，與口感直接相關(guān)，硬度高有利于切片和提高口感[33]。不同滲糖方式對(duì)果脯硬度大小的影響為：超聲滲糖>真空滲糖>常壓滲糖>微波滲糖，各組樣品之間存在顯著差異（P<0.05），其中微波滲糖由于在較高功率下加熱，組織最為軟爛，硬度最低。內(nèi)聚性表示樣品內(nèi)部的收縮力，用于抵抗受損保持形態(tài)，內(nèi)聚力高有利于保持果脯的形態(tài)[34]，其中超聲和真空滲糖方式內(nèi)聚性無(wú)明顯差異，但顯著高于其余兩組（P<0.05）。膠粘性是接觸食品時(shí)最先感應(yīng)到的抵抗力，數(shù)值上與硬度有關(guān)，不同工藝對(duì)果脯膠粘性大小影響與硬度一致，各組樣品之間存在顯著性差異（P<0.05）。彈性表示物體受到外力作用后恢復(fù)原狀態(tài)的能力，其影響力排序?yàn)椋撼暆B糖=常壓滲糖>真空滲糖>微波滲糖，超聲和常壓滲糖無(wú)明顯差異，微波滲糖顯著低于其余三組（P<0.05）。咀嚼性反映的是咀嚼時(shí)食物抵抗外力并緊密連接，使食物保持完整的性質(zhì)，不同工藝對(duì)果脯咀嚼性大小影響為：超聲滲糖>真空滲糖>常壓滲糖>微波滲糖，超聲滲糖果脯咀嚼性顯著高于其他滲糖方法（P<0.05）。

表4 不同滲糖方式對(duì)果脯質(zhì)構(gòu)的影響Table 4 Effects of different sugar infiltration processes on proline structure of preserved fruit

2.5 不同滲糖方式對(duì)果脯香氣的影響

果脯的氣味會(huì)對(duì)消費(fèi)者的選擇造成影響，使用電子鼻對(duì)比不同滲糖方式對(duì)發(fā)酵橘皮果脯香氣的影響如圖3 所示。由圖可知，不同滲糖方式對(duì)果脯響應(yīng)強(qiáng)度較大的傳感器有R（2）、R（7）、R（9），它們分別對(duì)氮氧化合物、無(wú)機(jī)硫化物和有機(jī)硫化物靈敏，說(shuō)明這三種傳感器在檢測(cè)過(guò)程中貢獻(xiàn)較大；超聲滲糖在R（2）、R（7）、R（9）三種傳感器上的響應(yīng)值最高，其次是真空滲糖和常壓滲糖，微波滲糖最低，原因是微波滲糖過(guò)程中的高溫使橘皮香氣成分大量揮發(fā)，超聲滲糖方式最能保持橘皮清香味。

圖3 不同滲糖方式的電子鼻傳感器響應(yīng)強(qiáng)度雷達(dá)圖Fig.3 Radar diagram of electronic nose sensor response intensity of different sugar infiltration processes

由圖4 可知，PC1 和PC2 方差貢獻(xiàn)率分別為99.54%和0.40%，兩個(gè)主成分貢獻(xiàn)率之和為99.94%，能較好反映原始數(shù)據(jù)的信息，說(shuō)明電子鼻能有效區(qū)分不同滲糖方式果脯中的揮發(fā)性成分。各組樣品區(qū)分明顯，均為獨(dú)立分布，其中微波滲糖與其他樣品組距離最遠(yuǎn)，表示差異最大；常壓、超聲、真空滲糖在PC2 上距離較遠(yuǎn)，但由于PC2 所占比例較小，所以以上三種滲糖方式樣品差別不大，此結(jié)果與雷達(dá)圖分析一致。

圖4 不同滲糖方式果脯的電子鼻PCA 分析圖Fig.4 Electronic nasal PCA analysis of preserved fruit in different sugar infiltration processes

如圖5 所示，LD1 和LD2 的貢獻(xiàn)率分別為71.26%和28.15%，總貢獻(xiàn)率為99.41%；不同滲糖方式果脯樣品分散程度較大，存在明顯差異，微波滲糖與其他三組樣品差異主要體現(xiàn)在第一主成分軸；超聲滲糖與真空滲糖距離較近，表示兩者存在一定相似之處；PCA 和LDA 分析能對(duì)所有樣品進(jìn)行區(qū)分，區(qū)分效果良好，與雷達(dá)圖相符合。綜上所述，從電子鼻分析角度，超聲滲糖氣味最強(qiáng)，真空滲糖和常壓滲糖次之，微波滲糖氣味損失最高，故超聲滲糖工藝更適合橘皮果脯的加工。

圖5 不同滲糖方式果脯的電子鼻LDA 分析圖Fig.5 Electronic nasal LDA analysis of preserved fruit in different sugar infiltration processes

2.6 不同滲糖方式對(duì)果脯感官的影響

感官評(píng)價(jià)是食品風(fēng)味最直接的評(píng)價(jià)指標(biāo)[34]。由表5 可知采用不同的滲糖方式對(duì)果脯品質(zhì)產(chǎn)生了一定影響。在色澤方面，超聲滲糖顯著優(yōu)于其他滲糖方式（P<0.05），果脯顏色均勻透亮，與色差儀結(jié)果一致。在組織形態(tài)方面，四種滲糖方式制作的果脯分?jǐn)?shù)排名與色澤一致，超聲滲糖果脯分?jǐn)?shù)最高，組織形態(tài)最為飽滿，真空滲糖與常壓滲糖稍有不足，微波滲糖果脯組織形態(tài)較差，主要體現(xiàn)在硬度上的降低，與質(zhì)構(gòu)儀數(shù)據(jù)分析相一致。在口感滋味方面，超聲滲糖果脯顯著優(yōu)于其他三種滲糖方式（P<0.05），酸甜軟硬適中，帶有橘皮的清香味，微波滲糖因?yàn)榭诟羞^(guò)軟而得分較低，四種滲糖方式制備的果脯均沒有產(chǎn)生異味。從總分來(lái)看，四種滲糖方式所得果脯成品得分分別為超聲滲糖（81.67 分）>真空滲糖（75.80 分）>常壓滲糖（71.48 分）>微波滲糖（49.03 分）?？傮w來(lái)說(shuō)，超聲滲糖的各項(xiàng)感官指標(biāo)顯著優(yōu)于其他滲糖方式（P<0.05），超聲在加速糖液滲入的同時(shí)不會(huì)破壞果脯的組織形態(tài)；真空滲糖和常壓滲糖居中，兩者間差別不大；微波滲糖對(duì)果脯破壞最大，得分最低；故從感官評(píng)價(jià)分析，超聲滲糖更適合于橘皮果脯加工。

表5 不同滲糖方式對(duì)果脯感官的影響Table 5 Effects of different sugar infiltration processes on senses of preserved fruit

3 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)比乳酸芽孢桿菌DU-106 發(fā)酵后的茶枝柑橘皮在超聲、真空、常壓、微波滲糖工藝下得到的橘皮果脯品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)超聲滲糖制得的果脯色澤最接近鮮果皮色澤，且制得的橘皮果脯的總糖含量較高，顯著高于常壓滲糖（P<0.05），復(fù)水率顯著低于微波滲糖（P<0.05）；在香氣和質(zhì)構(gòu)方面，超聲滲糖顯著優(yōu)于其他三種滲糖方式（P<0.05），且感官評(píng)分最高。綜上，超聲滲糖更適合用于制作橘皮果脯。后續(xù)研究可以超聲滲糖工藝為基礎(chǔ)進(jìn)一步優(yōu)化果脯的制作過(guò)程，同時(shí)可以以乳酸發(fā)酵橘皮為原料，開發(fā)發(fā)酵陳皮飲料、調(diào)味醬、中草藥酵素等多種新型功能食品，進(jìn)一步提高橘皮功能活性和推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。