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滲透脫水是指果蔬在一定溫度下，浸入高滲透壓的溶液中，利用細胞膜的半滲透性使物料中水分轉移到溶液中的一種方法[1-2]。滲透脫水通常用來作為果蔬進行其他干燥過程的前處理，可以除去部分水分、降低能耗，并能保持產(chǎn)品原有的品質(zhì)，如色澤、質(zhì)地、風味、營養(yǎng)等[3-4]。在滲透過程中，物料組織內(nèi)部水分向外界滲透液擴散，滲透液中的溶質(zhì)也會向物料內(nèi)部遷移，同時還有物料自身組分的少量浸出(如糖類、有機酸、維生素、礦物質(zhì)等)[5]。滲透時物質(zhì)傳遞的唯一動力是細胞膜兩側的滲透壓，是一個極為緩慢的過程。不少學者研究采用真空或脈沖真空[6-7]、超聲波[8-9]、高靜水壓[10]、電場[11-12]、離心[12-13]等高新技術來強化這一過程，提高物質(zhì)的遷移速率，然而目前對這一過程質(zhì)量傳遞模型的研究仍有不足，一些模型較為復雜。本文分析了芒果滲透脫水過程中失水率和固增率的變化規(guī)律，并采用菲克擴散模型來評價真空、脈沖真空、超聲波對芒果滲透動力學的影響，為脫水芒果產(chǎn)品的生產(chǎn)提供理論參考。

1材料與方法

1.1實驗材料

芒果：凱特，七八成熟，大小一致，市售；果葡糖漿：食品級，市售。

1.2儀器與設備

WZS-I型阿貝折光儀：上海光學儀器廠；DGH-9240A型電熱鼓風干燥箱：上海精密科學儀器公司；AE200-S型分析天平：瑞士梅特勒公司；GSY-Ⅱ型恒溫水浴鍋：北京醫(yī)療設備廠；KQ-500E型超聲波清洗儀：昆山市超聲儀器公司。

1.3實驗方法

1.3.1實驗設計

芒果去皮、去核后，用切片刀切成26mm×26mm×5mm塊狀。樣品浸沒在65°Brix果葡糖漿溶液中，糖液溫度為30℃，料液比為1:3，最大滲透時間為180min，滲透過程中每5min攪拌1次，滲透結束后將樣品取出，經(jīng)蒸餾水快速沖洗后，用吸水紙吸干表面水分[7]。在滲透過程中，樣品的水分含量和固形物含量每隔30min測定1次。常壓滲透實驗(CK)：在恒溫水浴鍋中進行，滲透時間為180min，作為對照實驗。真空滲透實驗(VOD)：在真空度為-0.1MPa的容器中，維持真空滲透180min。脈沖真空滲透實驗(PVOD)：先在-0.1MPa的真空下處理5min，接著壓力恢復到大氣壓下保持25min，然后再在相同真空下處理5min，再恢復到大氣壓下保持25min，如此反復循環(huán)直至滲透結束。超聲波滲透實驗(UOD)：在超聲波清洗器(40kHz，400W)中進行，滲透處理時間為180min。

1.3.2水分含量和固形物含量的測定

水分含量的測定：105℃烘干恒重法測定，平行實驗3次。固形物含量的測定：采用阿貝折光儀測定，平行實驗3次。

1.3.3失水率和固增率的計算

樣品的失水率、固增率計算公式為[14]：

1.3.4水分擴散系數(shù)和固形物擴散系數(shù)的計算

菲克擴散方程被廣泛地應用于估算果蔬滲透脫水時的水分擴散系數(shù)和固形物擴散系數(shù)，計算公式為[14-15]：

2結果與分析

2.1芒果滲透脫水過程中失水率的變化

由圖1可知，芒果的失水率隨著滲透時間的增加而不斷增大。在滲透前150min內(nèi)，對照組的樣品具有最大的失水率，其次為真空、脈沖真空處理，而超聲波處理具有最小值；但在150min后，超聲波處理的失水率最大。同對照組相比，真空、脈沖真空、超聲波處理對失水率的影響并不太明顯。有些學者研究發(fā)現(xiàn)，真空、脈沖真空或超聲波處理都能提高物料的失水率[16-17]，這可能是由樣品的品種、成熟度、質(zhì)地、形狀等因素的差異導致。

2.2芒果滲透脫水過程中固增率的變化

圖2可以看出，芒果的固增率同樣隨著滲透時間的增加而增大。真空、脈沖真空、超聲波處理均能明顯地提高樣品的固增率，真空處理效果最為突出，其固增率是對照組的2倍多，其次為超聲波、脈沖真空處理。在真空下，組織內(nèi)細胞間隙中的氣體被抽出，由于存在壓力梯度，外界溶質(zhì)更容易向組織內(nèi)部轉移[6,18]。同失水率比較，芒果的固增率要小得多，是因為糖分子量較大，不易透過細胞膜，這與Shi等[16]在研究杏、菠蘿、草莓的滲透脫水結果一致。超聲波能夠增加細胞的通透性[9,19]，從而促進溶質(zhì)的滲入，提高芒果的固增率。

2.3水分擴散系數(shù)的計算

從圖3可知，方程3能很好地模擬失水率與滲透時間的變化規(guī)律，各個處理下擬合方程的相關系數(shù)R2在0.97~0.99之間。直線的斜率代表了樣品的水分擴散系數(shù)，常壓、真空、脈沖真空、超聲波下水分擴散系數(shù)依次為3.11、3.19、3.18、3.37min-1/2，從中可知真空、脈沖真空、超聲波處理均能促進水分的擴散，超聲波的效果最好，其水分擴散系數(shù)增量為8.3%，高于真空和脈沖真空下的值。超聲波的空化作用能在物料組織中形成微觀通道，減弱固液邊界層，促進水分的擴散[9]。Fito[6]的研究也證實了真空滲透過程的擴散滲透和水動力學機理的共同作用促進了物質(zhì)交換，加快了水分的遷移。由于各處理下的水分擴散系數(shù)相差不是太大，在滲透前150min內(nèi)，常壓下樣品的失水率最大，但隨著時間的延長，真空、脈沖真空和超聲波處理的失水率逐漸增大，最終高于對照組的值。

2.4固形物擴散系數(shù)的計算

從圖4可知，方程4同樣能較好模擬失水率與滲透時間的變化規(guī)律，各個處理下擬合方程的相關系數(shù)R2在0.93~0.98之間，常壓、真空、脈沖真空、超聲波下固形物擴散系數(shù)依次為0.33、0.64、0.40、0.46min-1/2。相比于對照組，真空、脈沖真空、超聲波處理都能促進固形物(糖分)向芒果組織中擴散，真空處理的效果最好，其固形物擴散系數(shù)高于常壓下的94.2%，遠大于脈沖真空、超聲波處理的固形物擴散系數(shù)增量。綜合分析表1和表2后發(fā)現(xiàn)，固形物的擴散系數(shù)遠小于水分的擴散系數(shù)，這是由于前者的分子量遠大于后者的分子量，水分子具有更快的擴散速率。另外可知，超聲波處理對水分擴散的影響較大，而真空處理對固形物擴散的促進作用最為明顯。

3結論

菲克擴散方程能較好地模擬芒果滲透過程中水分和固形物的擴散動力學。相比于對照組，真空、脈沖真空、超聲波處理均能有效地提高水分和固形物的擴散系數(shù)，超聲波處理下芒果的水分擴散系數(shù)最大，而真空處理下樣品有最高的固形物擴散系數(shù)。滲透過程中，固形物的擴散系數(shù)遠小于水分的擴散系數(shù)。真空、脈沖真空、超聲波處理能有效地提高芒果的固增率，而對其失水率的影響并不明顯。