李卓豪，毕金峰，易建勇,*，郭玉霞，李 军，朱凤妹
（1.河北科技师范学院食品科技学院，河北 秦皇岛 066004；2.中国农业科学院农产品加工研究所，农业农村部农产品加工综合性重点实验室，北京 100193）
草莓（Duch.）是蔷薇科多年生草本植物，具有营养价值丰富、风味浓郁等特性。然而草莓质地柔软、含水量高，极不耐贮存和运输，在我国目前主要以鲜食为主，加工率和加工程度均处于较低水平。
真空冷冻干燥能够较好地保留果蔬中的营养成分和风味。渗透是一个使物料组织内部溶质浓缩的过程，常作为果蔬干燥的前处理步骤，其主要作用包括：改善干制果蔬质构特性；为食品提供更浓郁的风味和口感；通过部分脱水降低后续干燥耗能，提高干燥效率。渗透过程中传质速率决定了渗透的效率，传质速率受到渗透液溶质浓度、溶质聚合度、渗透温度、料液比、渗透过程中的搅拌程度、原料的形状和大小、原料组织结构等因素的影响。同等质量浓度的小分子溶质渗透液往往由于分子质量小而具有更高的渗透压，更容易进入植物组织内部，同时能够使原料失去更多的水分。因此，生产成本相对低廉、渗透速率较快的蔗糖成为目前最常用的商业化渗透溶质。然而过多摄入高糖食品可能导致因能量摄入过量而引发的相关健康问题，因此研究人员开始探索以低聚糖和糖醇等益生元作为渗透溶质的可行性。有研究表明低聚异麦芽糖渗透后的真空冷冻干燥黄桃口感与蔗糖渗透产品相似，且能很好地保留样品中的总类胡萝卜素；Kroehnke等利用赤藓糖醇、山梨糖醇以及蔗糖渗透获得了品质优良的干制猕猴桃片，表明糖醇具有替代蔗糖作为渗透溶质的潜力。
国内外关于果蔬干燥渗透脱水工艺、效率和品质的相关研究较多，但大多集中在蔗糖、葡萄糖、麦芽糖等少数几种溶质，且因渗透溶质浓度、温度等参数的不同导致不同研究间无法横向比较。本实验选取了10 种具有代表性的商品化单糖、双糖、低聚糖和糖醇，研究其在相同浓度和时间条件下渗透对草莓传质动力学以及真空冷干燥草莓理化特性的影响，综合分析不同小分子糖渗透特性、产品品质和生产成本，探寻具有商业化应用前景的小分子糖，为果蔬真空冷冻干燥前的渗透预处理提供理论指导。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
‘夏日红颜’草莓购买于云南省曲靖市。选择新鲜八成熟（可溶性固形物质量分数为6.75%），无机械损伤、病虫害，形状、大小规则均一的草莓，4 ℃保藏。
蔗糖、果糖、葡萄糖、木糖醇、山梨糖醇、低聚果糖、低聚异麦芽糖（均为食品级） 北京萃锋科技有限公司；麦芽糖（食品级） 江苏省奥谷生物科技有限公司；麦芽糖醇、水苏糖（食品级） 东莞鸿达食品配料公司；福林-酚、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical，DPPH）、2,2’-联氨-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（2,2’-azinobis(3-ehtylbenzthiazolin-6-sulphonate)，ABTS）（均为分析纯）、Trolox（Trolox纯度≥98%） 美国Sigma公司；甲醇、乙酸（均为色谱纯） 美国Thermo Fisher公司；没食子酸标准品（分析纯） 上海源叶生物科技有限公司；无水碳酸钠、乙酸钠、过硫酸钾、氯化钾（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司。
1.2 仪器与设备
DT400超声机 弘祥隆生物技术股份有限公司；ULT1386-3-V41超低温冰箱 美国赛默飞科技有限公司；ZX-015YTHG高温热泵烘干机 东莞市正旭新能源设备科技有限公司；BLK190613PD真空冷冻干燥机 江苏博莱客冷冻科技发展有限公司；PEN3电子鼻 德国Airsense公司；1.5.5.0电子眼色彩分析系统 美国Lens Eye-NET公司；AW1000T水分活度测定仪 昌琨实业（上海）有限公司；TA.HD plus物性测试仪 英国Stable Micro Systems公司；DSC8000差示扫描量热仪 美国PE公司；SU8010电子扫描显微镜 日本日立公司；3K15冷冻离心机 美国Sigma公司；UV-1800紫外分光光度计日本岛津公司；DV-2T黏度计 美国博勒飞公司；低场核磁共振分析仪 苏州纽迈分析仪器公司。
1.3 方法
1.3.1 渗透液黏度的测定
分别称取一定量的果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖、水苏糖、木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇，用蒸馏水溶解，制成白利度为（40.0±0.2）°Brix的渗透液。取0.5 mL渗透液于黏度计中，温度设定为30 ℃，转子选择CPA-40Z，转速为20 r/min，进行糖液黏度测定。
1.3.2 超声辅助渗透处理
将草莓纵向六等分，为减少草莓个体差异，分别从3 枚草莓上各取1/6作为一个平行，每个渗透点做3 个平行。将等量的新鲜草莓块浸泡入1.3.1节制备好的糖液中封入自封袋，料液比为1∶5，超声辅助渗透时间为120 min，超声温度为（30±2）℃，超声频率为80 kHz，超声功率为100 W。超声渗透120 min内每隔2 min进行一次晃袋；于5、10、15、30、45、65、90、120 min各取样一次，取样时将样品迅速从自封袋捞出，用等量的蒸馏水冲洗掉样品表面附着的糖液，纱布擦干样品表面水分，称质量后的样品放于105 ℃烘箱中烘至恒质量。样品的可溶性固形物增加量（solid gain，SG）以及水分去除量（water loss，WL）分别按式（1）、（2）计算。
式中：SG、WL分别表示样品的可溶性固形物增加量和水分去除量/（g/100 g）；为某时刻下样品干质量/g；为样品初始干质量/g；’为样品初始鲜质量/g；’为渗透过程中某时刻下样品鲜质量/g。
本实验数据通过Peleg和Weibull模型拟合，Peleg模型公式如式（3）所示。
式中：表示取样时间/min；表示时刻下样品的WL或SG/（g/100 g）；、为Peleg模型拟合的常量，其中受SG或WL初始时增长速率的影响，则受到平衡时WL或SG的影响。
Weibull模型公式如式（4）所示。
式中：表示渗透样品的WL或SG/（g/100 g）；Y表示平衡时样品的SG或WL/（g/100 g）；表示与SG或WL初始时增长速率相关的比例参数；表示形状参数。
1.3.3 共晶点和共熔点的测定
将渗透后未干燥的样品切取20～30 mg，精确至0.1 mg，密封于液体铝盒中，用差示扫描量热仪进行测定，测定条件：在氮气条件下，将样品温度从18 ℃以10 ℃/min的速率降至-60 ℃，平衡2 min，之后以10 ℃/min的速率升温至18 ℃，经软件分析得到共晶点和共熔点。每种样品进行两次平行测定。
1.3.4 真空冷冻干燥
将渗透后的草莓取出，于-80 ℃冰箱中预冻12 h，之后真空冷冻干燥。冻干时物料在-20 ℃维持1 min，之后第一阶段于0 ℃以下干燥24 h，第二阶段于20 ℃干燥12 h。冻干后随机取样粉碎，密封避光放于-40 ℃冰箱备用，剩余样品充氮密封避光保存备用。
1.3.5 硬度和脆度的测定
参考赵圆圆等的方法稍作修改。选用HDP/BSW剪切探头。将样品放置于检测台面中央，平行之间选择样品同样的位置进行剪切。测试条件：前期测试速率1.0 mm/s、测试中速率1.0 mm/s、后期测试速率2.0 mm/s，触发力和穿透距离分别为5 g和15.0 mm。以测定过程中最大力来表示草莓块硬度，以正峰个数作为脆度的评判指标。每种样品平行测定6 次。
1.3.6 微观结构的观察
切取草莓冻干断面进行微观结构观察，将样品断面粘在样品台的导电胶上，喷金处理，再利用扫描电子显微镜在100 倍下拍照。
1.3.7 玻璃化转变温度的测定
参考王雪媛等的方法稍作修改，取冻干草莓粉7～9 mg密封于液体铝盒中。在氮气条件下，将样品从25 ℃以10 ℃/min速率降到-70 ℃，平衡5 min后，再以10 ℃/min速率升至100 ℃，选择玻璃化转变区间中点作为样品的玻璃化转变温度（glass transition temperature，），进行两次平行测定。
1.3.8 水分含量的测定
水分含量的测定参考GB/T 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》。水分含量按式（5）计算。
式中：为样品中水分含量/（g/100 g）；为样品初始质量/g；为样品恒质量时的质量/g。
1.3.9 水分活度的测定
取少量草莓粉平铺至塑料盒底，在25 ℃环境中用标准过饱和盐溶液和水分活度在0.1以下的硅胶对水分活度仪进行校准，之后对草莓粉进行水分活度测定。
1.3.10 结合水的测定
参考Li Xiao等的方法稍作修改。将真空冷冻干燥后的草莓块样品放入核磁管中，之后将核磁管放入低场核磁设备体腔中采集信息。测试参数：回波时间0.300 ms、回波次数12 000、等待时间2 000 ms。
1.3.11 吸湿率的测定
室温条件下（25 ℃）将草莓块样品放置于康维皿中心，事先在其外环中倒入饱和氯化钠溶液，密封并平衡湿度20 h以上，使其内部相对湿度达到75%左右。间隔15、30、60、90 min，2、4、8、12、24、72、120、168 h取样称量。样品吸湿率按式（6）计算。
式中：为样品的吸湿率/（g/100 g）；为草莓块的初始质量/g；m为时刻冻草莓块的质量/g。
1.3.12 色泽的测定
采用1.5.5.0电子眼色彩分析系统分析渗透后真空冷冻干燥草莓的色泽，进行6 次平行测定，色差Δ计算如式（7）所示。
1.3.13 风味的测定
精确称取1 g草莓粉于进样瓶中，密封后将进样瓶置于60 ℃烘箱中加热1 h。采用电子鼻对样品进行风味测定，用洁净的空气冲洗系统2 次后，室温下采集样品1 min，每种样品进行3 次平行测定。
1.3.14 总酚含量的测定
取0.3 g冻干草莓粉，加入20 mL体积分数80%甲醇溶液，涡旋混合均匀，避光密封放置在-4 ℃条件下过夜，制得样品溶液，于-40 ℃冷库备用，使用前离心，取上清液，参考薛玉洁等的方法测定总酚含量。
1.3.15 抗氧化能力的测定
DPPH自由基清除能力测定：取1.3.14中节样品溶液，稀释适当倍数，加入4 mL浓度为0.2 mmol/L的DPPH溶液混匀，暗处静置30 min后，于517 nm波长处测定吸光度。DPPH自由基清除率按式（8）计算。
式中：为DPPH自由基清除率/%；为DPPH溶液吸光度；为样品溶液吸光度。
ABTS阳离子自由基清除能力测定：参考Zhan Ge等的方法，结果用ABTS阳离子自由基清除率表示，计算公式如式（9）所示。
式中：为ABTS阳离子自由基清除率/%；为样品溶液吸光度；为ABTS-过硫酸钾溶液吸光度。
铁离子还原能力（ferric reducing ability of plasma，FRAP）参考Tabart等的方法进行测定。结果用每克样品还原Trolox的物质的量表示，计算公式如式（10）所示。
式中：为样品FRAP铁离子还原能力/（μmol/g）；为提取的样品溶液定容体积/mL；为样品浓度/（μmol/L）；为样品质量/g。
1.4 数据统计与分析
水分含量、水分活度、结合水测定、吸湿性、风味、总酚含量以及抗氧化能力均进行3 次平行测定。本实验采用SPSS 22.0软件对数据进行统计分析，用Duncan’s法进行多重比较，以＜0.05表示差异显着。
2 结果与分析
2.1 不同种类糖渗透液理化特性
渗透液黏度直接影响渗透过程中渗透剂与物料的接触面积，进而影响物料的SG和WL。不同渗透液理化特性如表1所示。相同白利度下，山梨糖醇、水苏糖溶液的黏度较低，低聚果糖、低聚异麦芽糖的黏度较大，木糖醇具有和蔗糖、麦芽糖相近的黏度。在浓度较低的情况下，即单双糖、低聚糖浓度为0～0.5 mol/L，糖醇浓度低于1 mol/L时，糖液的黏度随相对分子质量的增加而增大。由表1可知，本研究所制备的渗透液除低聚果糖和低聚异麦芽糖外，其他糖液浓度均较高，因此本研究涉及的小分子糖渗透液黏度并未呈现出随相对分子质量增加而提高的趋势。另外，由于本实验所用的渗透溶质为食品级试剂，小分子糖的纯度可能也是导致渗透液黏度不符合该规律的原因之一。
表1 单双糖、低聚糖和糖醇渗透液理化特性Table 1 Physicochemical properties of monosaccharide, disaccharide,sugar alcohol and oligosaccharide aqueous solutions
2.2 传质动力学分析结果
不同糖渗透处理草莓所得SG和WL存在差异，这是由相同浓度下不同的渗透溶质渗入速率和渗透压等多种因素共同决定的，同时，不同原料本身含糖量以及含糖的种类不同会影响细胞内外的渗透压差，从而影响样品的传质过程。图1为小分子糖渗透过程中草莓的SG和WL的变化情况。如图1A所示，渗透120 min后，样品的SG大小依次为山梨糖醇＞水苏糖、葡萄糖＞麦芽糖、果糖、麦芽糖醇、蔗糖、木糖醇＞低聚果糖＞低聚异麦芽糖。渗透120 min时山梨糖醇渗透处理组具有最高的SG（6.84 g/100 g），主要原因可能是其渗透液具有最低的黏度。而果糖作为单糖，在渗透过程中的传质效率和最终的渗透率并没有像葡萄糖一样具有突出优势，可能是因为草莓本身含有较多的果糖，从而降低了细胞内外的渗透压差，进而降低了渗透效果。水苏糖分子质量相对较大但其黏度和山梨糖醇相当，这可能是该样品的SG仅次于山梨糖醇和葡萄糖的原因。渗透120 min时，与蔗糖渗透样品相比，低聚果糖（2.00 g/100 g）和低聚异麦芽糖（1.11 g/100 g）这两种黏度较大的渗透液渗透的样品SG最低。但是由于低聚果糖分子相对质量最大（表1），该样品SG高于低聚异麦芽糖样品，因此在生产上低聚果糖对于产品的质量增加以及生产成本的降低更具有优势。另外，随着渗透时间的延长，在15 min之后各组SG增速呈现减缓趋势，这主要是由于渗透前期高渗溶液迅速扩散至草莓组织的毛细管以及细胞间隙，且在植物组织表面形成高渗溶液分子层，从而减缓了样品SG增大的速率。
如图1B所示，各处理组的WL也呈现明显差异，其中山梨糖醇处理组WL最高，葡萄糖和水苏糖以及低聚异麦芽糖处理组的WL较高。该结果是由糖液的黏度、渗透压以及其溶质分子质量共同作用造成的。由于渗透是一个缓慢的过程，即使在超声等技术的辅助下渗透过程也很难在短时间内达到平衡，因此渗透液黏度等特性对渗透过程的综合影响仍需要进一步研究。
图1 不同渗透液对草莓SG和WL的影响Fig. 1 Effects of different osmotic solutions on SG and WL of strawberries
Peleg和Weibull模型对实验数据描述的结果如表2、3所示，不同渗透液渗透对草莓的传质动力学影响差异较大。、越大，说明渗透终点样品传质速率越低。表2显示蔗糖和低聚果糖处理组SG以及WL的均较大，说明在渗透初期蔗糖和低聚果糖处理组传质速率较低；果糖、葡萄糖、山梨糖醇处理组SG的较小，说明渗透初期这些处理组SG增速较快；葡萄糖、麦芽糖、低聚异麦芽糖以及山梨糖醇处理组WL的较小，表明渗透初期这些处理组样品水分去除较快。Assis等研究表明由于山梨糖醇溶液渗透压比蔗糖溶液大，因此在渗透苹果块过程中，山梨糖醇-蔗糖渗透液中山梨糖醇比例的增加能够降低Peleg模型中WL的。由此推测，本研究中低聚异麦芽糖组WL的较小，可能是由于所用试剂为食品级，且低聚异麦芽糖为混合物，其中存在一些单糖、双糖以及三糖等，能够提高糖液的渗透压，从而导致样品失水速率较快。与蔗糖处理组SG的相比，低聚果糖和低聚异麦芽糖处理组的较大，山梨糖醇处理组的较小，其他处理组与蔗糖接近。因此实际应用上，低聚糖的渗透速率存在一定的劣势。
表2、3中所有均大于0.99，说明Peleg以及Weibull模型均可以较好地拟合和描述草莓的小分子糖渗透的传质动力学。另外经比较，Peleg模型拟合结果中WL的均高于0.997，其残差平方和除果糖、葡萄糖和麦芽糖醇处理组外均小于Weibull模型拟合结果；Weibull模型拟合结果中SG的均高于0.997，且除麦芽糖和低聚异麦芽糖处理组外，其他渗透组残差平方和均小于Peleg模型拟合结果，因此在本研究中Weibull模型能够更好地描述小分子糖渗透草莓的SG，而Peleg模型能够更好地描述小分子糖渗透草莓的WL。Cheng Xinfeng等同样使用Peleg模型很好地拟合了蔗糖渗透草莓的SG和WL。在果蔬渗透中，这两个模型是十分常用的传质模型。由于这两个数学模型均属于经验或半经验模型，因此均能够预测渗透平衡值，而本研究中Peleg和Weibull模型不能同时很好地描述样品的WL和SG，是因为本研究渗透处理时间有限，模型对于实验数据的描述具有一定的限制性。另外，比较两模型的残差平方和可以发现，在渗透过程中物料的可溶性固形物含量似乎能够比水分含量先达到平衡。
表2 渗透动力学Peleg模型拟合Table 2 Peleg models applied to fit experimental data obtained during osmotic dehydration
表3 渗透动力学Weibull模型拟合Table 3 Weibull models applied to fit experimental data obtained during osmotic dehydration
2.3 不同种类糖渗透对真空冷冻干燥草莓共晶点和共熔点的影响
不同渗透液渗透草莓的共晶点和共熔点如表4所示。与未渗透处理组共晶点相比，渗透小分子糖后样品的共晶点呈现下降趋势，其中果糖、蔗糖、山梨糖醇、水苏糖渗透的共晶点下降到-27 ℃以下，推测其主要原因是这几种小分子糖的SG较高。Voelker等研究表明体系黏度越高，分子迁移率越低。不同糖的渗透导致草莓的SG和WL差异较大，因此草莓内部组织液黏度发生明显变化，导致不同糖渗透后草莓的共晶点发生显着变化。
与未渗透处理组相比，不同糖渗透草莓块的共熔点均显着降低（＜0.05），这是由于新鲜草莓中的含水量较大，而溶质的渗入会使体系中含水量降低，固形物含量增加，从而导致体系共熔点下降。葡萄糖和山梨糖醇渗透后共熔点下降趋势最显着，这与两者具有较高的SG和WL相互印证。如表4所示，所有处理组的共熔点均高于共晶点，这是由于冰晶形成的速度要大于冰晶融化的速度。
表4 不同渗透液渗透处理真空冷冻干燥草莓的共晶点和共熔点Table 4 Eutectic point and melting point of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions
2.4 不同种类糖渗透对真空冷冻干燥草莓质构的影响
质构是果蔬干制品感官品质的重要评判指标。不同糖对真空冷冻干燥草莓硬度和脆度的影响如图2所示。由于渗透过程中溶质的进入，随着水分含量降低其结晶能够对物料组织起到填充和支撑的作用，在一定程度上避免了物料在冻干过程中的塌陷、皱缩，从而改变了物料的硬度和脆度。与未渗透的真空冷冻干燥草莓相比，处理组的硬度均显着提高（＜0.05），提高了94.58%～223.23%，表明不同小分子糖渗透对硬度影响较大；与未渗透处理组相比，果糖、葡萄糖、山梨糖醇处理组的脆度分别降低了16.70%、20.74%和41.45%，其他处理组脆度则提高了8.65%～39.04%。
图2 不同渗透液渗透处理真空冷冻干燥草莓的质构特性Fig. 2 Texture characteristics of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions
图3所示的不同渗透处理真空冷冻干燥草莓微观结构能够进一步解释样品硬脆度的变化。与未渗透处理组（图3A）较为规则的孔隙结构相比，不同处理组的组织均出现不同程度的破坏，由于渗透作用均形成了更多脆弱且不规则的孔隙结构，因此大部分处理组的脆度均有所提高。如图3C所示，葡萄糖渗透草莓的孔隙结构破坏程度较大，基本丧失规则的孔隙结构，微观组织结构较为紧密，因此该组样品硬度显着提高。果糖渗透处理组微观结构（图3B）十分不均匀，且孔隙较小，这可能是其脆度较低的原因之一。低聚异麦芽糖（图3G）和低聚果糖（图3F）渗透处理组孔隙较大，可诱发崩解行为峰的个数更多，因此显着提高了草莓的脆度。由于水苏糖渗透处理组（图3H）孔隙极不均匀，同时存在致密的小孔和较大的孔隙，因此该样品硬度和脆度也均显着提高。山梨糖醇渗透处理组（图3J）微观结构中出现较多处山梨糖醇粘黏的现象，这可能是导致其脆度降低的主要原因。Allahdad等同样发现渗透使得干燥的石榴皮微观结构发生变形、扭曲和破坏。造成此结果的原因可能有两方面，一方面随着溶质浓度的升高，冻结过程中形成的冰晶随之变小，由图1A可知，低聚异麦芽糖和低聚果糖的SG较低，因此预冻过程中能形成更大的冰晶，使得低聚异麦芽糖和低聚果糖处理组形成了更大的孔隙结构；另一方面，在低温条件下，溶质与水结合形成冰核的过程受到溶质与水分子间氢键数量、温度、浓度以及浓缩效应等多个因素的影响，由此可能导致样品冻结时冰晶形态产生差异，进而影响冻干后草莓的微观结构。
图3 不同渗透液渗透处理真空冷冻干燥草莓的微观结构Fig. 3 Microstructure of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions
2.5 不同种类糖渗透对真空冷冻干燥草莓水分含量、水分活度、水分状态和Tg的影响
水分含量、水分活度、水分状态和能够反映产品的贮藏稳定性。由表5可知，不同糖渗透处理后真空冷冻干燥草莓的水分含量以及水分活度均低于未渗透处理组。结合样品硬度分析结果发现，水分活度和水分含量越低，产品的硬度越大，这与Serra等的研究结果一致。除了果糖、葡萄糖、山梨糖醇以及水苏糖处理组，其他处理组的均高于未渗透处理组。在冻干过程中，物料受到形状、表面积、密度、受热等不同因素的影响，因此冻干并不是一个均匀的干燥过程，样品表面以及样品内部各部分的干燥条件不能保证完全一致，果糖的渗透显着降低了草莓的玻璃化转变温度，因此果糖渗透处理组样品组织内部水分的升华在冻干过程中更容易由于不均匀的干燥受到阻碍，产生潜热，造成组织内局部融化，产生图3C所示微观结构中孔隙结构明显不均匀的情况，从而影响样品的硬、脆度。
表5 不同渗透液渗透处理真空冷冻干燥草莓的水分含量、水分活度和TgTable 5 Moisture contents, water activity and Tg of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions
由图4可见，结合水是样品中水分的主要存在方式，其对应弛豫时间为0.1～10 ms范围的峰。与未渗透处理组相比发现，渗透作用能够提高真空冻干草莓的结合水含量，这是由于小分子糖与水分子之间存在水合作用，渗透脱水增加了水合位点，在冻结与干燥过程中更多的水分子可能与小分子糖共同结晶。其中，果糖渗透样品结合水含量增量最高。另外，由图5可知，除果糖和山梨糖醇外，不同糖的渗透对真空冻干草莓的吸湿率影响较小，说明除果糖以及山梨糖醇外，本研究所选用其他种类的糖在真空冻干草莓的贮藏过程中不会加剧草莓的吸湿。山梨糖醇和果糖组吸湿较快且吸湿率较高，在测定渗透后真空冷冻干燥草莓硬脆度的过程中，山梨糖醇和果糖组可能由于吸湿而导致样品脆度显着降低。
图4 不同渗透液渗透处理真空冷冻干燥草莓的水分状态分布Fig. 4 Distribution of water state in freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions
图5 不同渗透液渗透处理真空冷冻干燥草莓的吸湿性Fig. 5 Hygroscopicity of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions
2.6 不同种类糖渗透对真空冷冻干燥草莓块色泽和风味的影响
由表6可知，与未渗透处理组相比，不同糖超声辅助渗透处理草莓对真空冷冻干燥草莓的色泽有显着影响；不同处理组显着提高了真空冷冻干燥草莓的*值，显着降低了样品的*值，另外除果糖处理组，其他处理组均显着降低了样品的*值，这可能与超声渗透过程中草莓中的水溶性花色苷渗出有关，也可能与干燥后样品中糖对光的吸收和折射有关。Δ分析结果表明果糖渗透对样品色泽的影响最小，低聚果糖对样品色泽的影响最大。另外经测定，新鲜草莓的*值为30.20±0.70，*值为10.14±0.55，*值为9.15±1.16，未渗透的草莓与新鲜草莓的色泽差异较大，Δ为8.86，说明虽然真空冷冻干燥能够尽可能地保留产品的外观，但是对于产品的色泽依旧有不利影响。
表6 不同渗透液渗透处理真空冷冻干燥草莓的色泽Table 6 Color parameters of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions
不同糖渗透对真空冷冻干燥草莓风味的影响如图6所示。感受器W1C、W5S、W3C、W6S、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W和W3S分别对芳香成分、氮氧化合物、氨水/芳香成分、氢气、烷烃芳香成分、甲烷、硫化物、乙醇、有机硫化物以及烷烃敏感。从图6中可以看出，不同处理的样品的风味主成分差异在不同风味维度的变化程度不同。糖渗透后的冻干草莓风味主成分为氮氧化合物、硫化物以及有机硫化物。未渗透的真空冷冻干燥草莓风味成分中含有更多的氮氧化合物，而葡萄糖处理组含有更多的硫化物。低聚异麦芽糖处理组风味与新鲜草莓风味较为接近，但是由于新鲜草莓试样为鲜基，因此1 g试样的风味并不浓郁。综上，渗透和冻干过程能够使草莓风味更加浓郁，但低聚异麦芽糖渗透的效果甚微。
图6 不同种类糖渗透处理真空冷冻干燥草莓的风味Fig. 6 Flavor profile of freeze-dried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions
2.7 不同种类糖渗透对真空冷冻干燥草莓的总酚含量以及抗氧化能力的影响
新鲜草莓的总酚含量为（37.48±0.87）mg/g（干基），与未渗透的冻干草莓相比，总酚含量差异不大，说明真空冷冻干燥较好地保留了草莓中的总酚。新鲜草莓总酚含量略低于真空冷冻干燥草莓总酚含量可能是因为真空冷冻干燥导致样品中结合酚的共价键以及非共价键断裂，使样品酚类物质能够提取得更加彻底。表7为不同渗透处理冻干草莓的总酚含量以及抗氧化能力。与未渗透处理组相比，各渗透处理组总酚含量以及抗氧化能力均不同程度的降低。葡萄糖、水苏糖以及山梨糖醇处理组SG较高（图1A），其总酚保留率以及抗氧化能力相对较低，而SG较低的低聚异麦芽糖和低聚果糖的总酚含量和抗氧化能力处于较高的水平。可能是由于在高渗溶液中的传质过程导致草莓组织的花青素、类黄酮等酚类物质流失，造成了未渗透处理组总酚含量和抗氧化能力均显着高于各渗透处理组，并且高的传质效率导致酚类物质更快地流失。尽管果糖、葡萄糖、木糖醇等溶质具有还原性，可能会对草莓中的酚类物质能够起到一定的保护作用，但是由于不同糖渗透率不同以及草莓细胞的破坏程度不同，因此渗透后真空冷冻干燥草莓的总酚含量和抗氧化能力需进一步综合考察分析。
表7 不同渗透处理真空冷冻干燥草莓的总酚和抗氧化能力Table 7 Total phenol contents and antioxidant capacity of freezingdried strawberries obtained after osmotic dehydration with different osmotic solutions
3 结 论
本实验研究了不同种类小分子糖的渗透特性及其对真空冷冻草莓脆片品质的影响，发现相同浓度不同种类小分子糖渗透处理对冻干草莓硬度和脆度、水分状态、吸湿性、风味等理化和营养品质的影响呈现较大差异。单、双糖以及糖醇在渗透速率和质量增加方面存在明显优势，但也存在产品质构品质不佳以及含糖量高的弊端，另外糖醇渗透处理的草莓吸湿性较强，不利于保藏。低聚糖具有明显的益生功效，在生产健康的休闲食品方面具有较好的前景。与生产上广泛应用的蔗糖相比，低聚果糖表现出几个明显的优势，一是可显着改善冻干草莓的质构品质，使产品质构品质与蔗糖渗透产品接近；二是低聚糖具有能量低和明显的益生功效；三是生产成本较低。其他糖均不能同时满足以上3 个条件。唯一不足是低聚糖的渗透速率相对较慢，但这可以通过延长渗透时间或提高渗透温度等手段解决。从生产效率、感官品质、营养健康和生产成本等方面综合考虑，低聚果糖是一种可用于果蔬渗透预处理的商品小分子糖。
