前处理方法在果蔬真空冷冻干燥中的应用研究进展

商桑 高伦江 曾小峰 尹旭敏 刁源 曾顺德

摘 要 真空冷冻干燥是一种能较好保持果蔬色泽及营养的干燥方式，但因能耗较大，不易推广。前处理可以有效改善果蔬真空冷冻干燥的冻干效率，降低能耗。主要介绍了超声波、漂烫、溶液处理（渗透处理、酶处理、其他试剂处理）、高压脉冲电场、真空冷却、其他处理（冻融预处理、超高压处理、二氧化碳浸渍）等前处理方法在真空冷冻干燥中的应用研究进展。

关键词 前处理;果蔬;真空冷冻干燥;冻干效率

中图分类号：TS255.3 文献标志码：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.28.011

在疫情防控常态化背景下，果蔬精深加工成为不少农民解决果蔬贮藏问题的重要途径，精深加工的果蔬制品是消费者对新鲜水果蔬菜需求的另一种选择。果干、罐头等因耐贮藏成为了广受欢迎的果蔬加工制品，其中口感酥脆、营养丰富、色泽良好且轻便易运输的真空冷冻干燥果蔬制品是许多消费者的首选。

真空冷冻干燥技术是先将含水的物料冻结到共晶点温度以下，然后在高真空条件下缓慢升温，物料中的水直接从冰晶状态升华成气态，从而除去物料中水分的一种干燥方法[1]。

真空冷冻干燥法广泛应用于食品生产中，冻干食品具有营养价值高、风味佳和色泽良好等优点，但缺点是设备较贵、能耗较大，提高了真空冷冻干燥法的推广门槛，而通过不同的前处理方法处理物料，可以提前减少物料中的水分或使物料形成更多的微孔通道，从而提高真空冷冻干燥效率，达到减小能耗的目的。

1  果蔬前处理方法

果蔬的前处理方法多种多样，其中超声波、漂烫、溶液处理、高压脉冲电场、真空冷却等是目前常用的真空冷冻干燥前处理方法。

1.1  超声波处理

超声波（Ultrasound）是超出人耳声音范围，频率大于20 kHz的一种声波。其中低频超声波（20～100 kHz）可用于果蔬干燥前处理，其作用机理为果蔬物料在超声波压缩、拉伸作用下不断收缩和膨胀，果蔬物料内部会形成海绵状结构及微小通道，使得果蔬物料内部的水分更容易向外界移动，从而提高冻干效率[2]。刘艳全等发现超声预处理技术因空化作用可改善伽师瓜的微观结构，促进水分迁移，提高了真空冷冻干燥效率[3]。XU X等发现超声波处理秋葵能有效减少真空冷冻干燥时间，且经超声波处理后的样品色泽和质构表现均优于其他处理样品[4]。

超声波处理也有助于钝化氧化酶，提高冻干果蔬产品的营养及感官品质。周新丽发现超声波辅热联合抗坏血酸处理胡萝卜片后，其冻干样品在产品质构、胡萝卜素含量、VC含量、复水率等指标方面均优于其他处理样品[5]。

超声波处理果蔬样品不仅能提高果蔬的冻干效率，还可以改善果蔬冻干产品的品质，是一种简单且高效的前处理方法，在真空冷冻干燥中被广泛应用。

1.2  漂烫处理

漂烫处理是指果蔬物料在温度较高的热水、沸水或蒸汽中进行热处理，高温可以提高细胞通透性，减少氧化酶活性，从而提高干燥效率。Mulet等发现热烫处理可以增加生姜细胞膜通透性，经处理后干燥速率显著提高[6];Ciurzyńska Agnieszka等发现经漂烫处理的红甜菜在冻干后具有更多的微小孔隙，从而提高冻干效率[7]。但不是所有果蔬都适宜漂烫处理，Rybak Katarzyna等发现经漂烫处理的甜红椒虽然缩短了冻干时间，但维生素C、总酚、类胡萝卜素等均显著少于高压脉冲电场及超声波样品[8];朱蕴兰等发现氯化钠溶液预处理的冻干芦笋在色泽和营养等方面都优于漂烫预处理冻干样品[9]，这可能是由于芦笋等果蔬中的叶绿素等物质不耐高温，经过高温漂烫极易变色，此外，质构偏软、组织松散的果蔬（如绿叶菜、草莓等）也不适宜进行漂烫，所以漂烫处理的原料选择及漂烫参数设置有进一步探索空间。

1.3  溶液处理

溶液处理是指将果蔬浸泡入溶液，通过溶质的增加果蔬细胞通透性、减少氧化酶活性等作用，达到提高冻干效率，提升成品品质的一种前处理方式。根据浸泡溶液所含溶质的不同，可以分为渗透处理（糖类、盐类等）、酶处理（纤维素酶等）、其他试剂处理（抗坏血酸、柠檬酸等）。

1.3.1 渗透处理

渗透处理是指在一定温度下，将果蔬浸入高渗透壓溶液中，利用细胞膜的半透性除去部分水分，同时引入少量溶质的过程。盐和糖是常用的渗透溶液，且果蔬物料与渗透溶液的接触面积、渗透溶液浓度、渗透温度对渗透脱水速率有较大影响。Sosa N发现苹果片在经过蔗糖浸渍后再冻干，能减少苹果片的冻干时间及褐变反应[10]。Alipoorfard F等发现梨片经过氯化钠溶液处理后进行冻干，梨片中的抗氧化活性显著高于对照样品，并且梨片品质优于未经处理的对照组[11]。

渗透处理在果蔬加工中的应用范围很广，但高浓度的渗透溶液对冻干果蔬的口感影响较大，且渗透过程中传质效率较慢，在使用时可选择采用复合溶液或与其他处理方法联合应用进行辅助渗透。陈立夫等发现，在双孢菇50%蔗糖溶液中，超声辅助渗透45 min后与普通渗透120 min后的湿基水分含量没有显著差异，其渗透效率显著提升[12]。

1.3.2  酶处理

酶处理是指通过酶（纤维素酶、半纤维素酶等）处理果蔬物料，通过破坏果蔬细胞的细胞壁结构等使果蔬物料中形成更多的微小通道，增强果蔬物料的通透性，从而提高冻干速率。Shi D等发现超声结合纤维素酶处理可以形成更多的孔隙结构，有助于提高冻干效率[13];金玮玲等发现真空冷冻干燥前用纤维素酶处理香菇，能使内部形成更好的多孔结构，而疏松多孔的结构能够产生更酥脆的口感[14]。酶处理还常用于果蔬冻干粉的加工预处理中，通过酶处理除去各种杂质。梁燕通过果胶酶处理葡萄籽，使葡萄籽表面干净光滑，含糖量降低了65.97%，原花青素含量提高了0.07%，经处理后得到的冻干葡萄籽粉品质良好[15]。因为不同种类的酶对原材料的作用不同，酶处理在真空冷冻干燥中的应用还有较大的探索空间。

1.3.3  其他试剂处理

其他试剂处理一般是通过抗坏血酸、柠檬酸等试剂减缓果蔬物料的氧化、酶促褐变以达到护色的效果，但通常试剂处理的目的是提高冻干果蔬的品质，对冻干速率影响较小。冯欣等发现，使用无水乙醇+10%柠檬酸复合试剂浸泡处理木棉花，真空冷冻干燥后的花朵品质最佳，成品花瓣颜色与新鲜花瓣最为接近，其花瓣质感较柔软，花瓣平整性好，综合效果好，明显优于对照组[16]。袁利鹏等通过正交试验优化了佛手瓜真空冷冻干燥方法，得到的预处理溶液为0.15%偏重亚硫酸钠，0.2%维生素C和0.3%柠檬酸钠[17]。人们对添加剂的要求越来越严格，因此在使用试剂处理果蔬样品时，天然、安全、高效的试剂配方会更受消费者青睐。

1.4  高压脉冲电场处理

高压脉冲电场处理是利用高压脉冲电场对果蔬进行处理的一种技术。其机理是施加外电场诱导果蔬细胞膜两侧电荷聚集，使得膜内外电位差增大，当该电位差大于生物细胞膜自然电位差时，细胞膜就会破裂，使得细胞膜通透性增强，从而提高干燥速率[18]。Alica Lammerskitten等发现苹果经高压脉冲电场处理后，可将冻干时间缩短57%，且冻干样品具有更好的复水性[19]。LIU等发现经高压脉冲电场处理的胡萝卜干燥时间显著少于对照样品，且经处理后的样品中β-胡萝卜素含量、色泽也优于对照样品[20]。

1.5  真空冷却处理

真空冷却是将果蔬物料置于一个密闭环境中，真空泵进行抽气制造低压环境，果蔬物料内的自由水在低压条件下蒸发;由于蒸发过程会大量吸热，果蔬物料的温度自然随之降低[21]。由于是靠果蔬本身所含水分蒸发进行降温，所以真空冷却又叫自我冷却，被广泛应用于果蔬采后保鲜贮藏方面。真空冷却的优点是快速、均匀、节能，在应用于果蔬冻干前处理时，通常直接将果蔬物料真空冷却至冻结，不仅完成了预冻，还能快速蒸发果蔬物料的水分，达到预干燥的效果。周頔等发现经真空冻结的苹果片冻干时间由16.00 h缩短至14.17 h;干制品复水比常规组增加了17.99%;色泽指标b*值由28.24降至22.98，颜色较为洁白;酥脆性良好且有较好的咀嚼感，感官评价良好[22]。曾凡杰等发现真空冻结处理后的冻干猕猴桃脆片虽然色差值变化小，但其硬度大、酥脆性差，且VC含量低，综合排名差[23]。因此真空冷却处理在真空冷冻干燥中的应用条件还需深入探索。

1.6  其他

其他果蔬前处理方法还有冻融预处理、超高压处理、二氧化碳浸渍等。

冻融是先将物料在低温下冻结，然后在高温下进行溶解解冻的处理方法。冻融应用于干燥前有助于水分的脱除，但冻融处理对果蔬产品的质构、颜色有较大影响，XU X发现经几种不同冻融方式处理的秋葵样品，其冻干时间虽减少了，但风味、色泽、质构等方面均劣于其他处理样品[4]。冻融在真空冷冻干燥中的应用，还需对原料种类、处理条件等进行深入探索。

超高压是一种物理预处理方式，它会使细胞变形、细胞间隙增大，从而增加细胞的通透性，降低果蔬物料的含水率。Yucel等发现，将大于100 MPa的压力作用到胡萝卜、苹果和绿豆上，能提高样品干燥过程中的传热和传质速率[24]。Zhang等发现经超高压处理的草莓片可显著减少冻干时间，且色泽、抗氧化性能均有提升[25]。超高压处理在真空冷冻干燥中具有较好的应用前景。

二氧化碳浸渍是通过将果蔬浸渍到充满二氧化碳的密闭容器中，引发植物细胞一系列的结构变化和化学反应，从而提高果蔬干燥速率，提升果蔬色泽及营养品质[26]。二氧化碳浸渍在果蔬真空冷冻干燥方面的研究较少，还有较大的探索空间。

2  展望

随着国内外对营养色泽优良、耐贮存、易运输的真空冷冻干燥果蔬制品的需求日益增多，分析果蔬前处理工艺中的问题，针对不同原材料探明合适的前处理方式和参数，提高真空冷冻干燥的效率和改善产品品质，具有重要的现实意义，必将促进水果深加工业的可持续发展，进而反哺农业，提高果蔬的经济效益。

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（责任编辑：易  婧）