超声波对猕猴桃片的渗糖效果及干燥能耗与品质的影响

曾祥媛，赵武奇，卢丹，吴妮，孟永宏，高贵田，雷玉山



超声波对猕猴桃片的渗糖效果及干燥能耗与品质的影响

曾祥媛1，赵武奇1，卢丹1，吴妮1，孟永宏1，高贵田1，雷玉山2

（1陕西师范大学食品工程与营养科学学院，西安 710119；2陕西省农村科技开发中心，西安 710054）

【目的】研究不同的超声波工艺参数对猕猴桃片渗糖效果及干燥能耗与特征品质的影响，建立数学回归模型并优化工艺参数，为超声渗糖技术用于生产高品质、低能耗的猕猴桃片提供理论依据。【方法】试验以猕猴桃为原料，选取时间、温度、蔗糖浓度、超声声能密度为因素，以猕猴桃的固形物增加率（solids gain，SG）、水分损失率（water loss，WL）、单位能耗、可滴定酸、含糖量、色差（ΔE）、*、*、*、硬度、黏性、弹性、黏聚性、胶黏性、咀嚼性、回复性、叶绿素保存率、维生素C保存率、可溶性固形物为指标，进行四因素Box-Benhnken响应面试验，利用因子分析筛选出评价猕猴桃片品质的特征指标，建立单位能耗及猕猴桃片特征指标的二次多项式回归方程模型，分析影响各指标的主次因素及因素间的交互作用，优化得出猕猴桃片超声渗糖工艺的最佳参数，并加以验证。【结果】猕猴桃片的品质特征指标分别为回复性、ΔE、含糖量、WL、可滴定酸、维生素C保存率；建立的猕猴桃片单位能耗和品质特征指标的回归模型具有统计学意义（＜0.05）。各因子对含糖量影响的大小依次是蔗糖浓度＞时间＞温度＞声能密度，时间和温度、温度和蔗糖浓度、蔗糖浓度和声能密度的交互作用均为极显著，温度和声能密度的交互作用显著。各因子对WL影响的大小依次是时间＞声能密度＞蔗糖浓度＞温度，时间和温度及时间和声能密度的交互作用显著。各因子对单位能耗影响的大小依次是蔗糖浓度＞时间＞声能密度＞温度，温度和蔗糖浓度的交互作用显著。各因子对回复性影响的大小依次是时间＞蔗糖浓度＞温度＞声能密度，蔗糖浓度和声能密度交互作用显著。各因子对ΔE影响的大小依次是蔗糖浓度＞温度=声能密度＞时间；各因子对可滴定酸影响的大小依次是时间＞声能密度＞蔗糖浓度＞温度，时间和声能密度交互作用显著；各因子对维生素C保存率影响的大小依次是蔗糖浓度＞温度＞时间＞声能密度。猕猴桃片超声渗糖工艺参数为：时间58 min、超声温度47℃、蔗糖浓度40 °Brix、超声声能密度0.7 W∙mL-1，在此条件下猕猴桃片的单位能耗为18.15 kJ·g-1、回复性为0.172、ΔE为15.51、含糖量为35.03%、WL为27.85%、可滴定酸为1.58%、维生素C保存率为92.23%。【结论】因子分析法能提取出评价猕猴桃片品质的特征指标。建立的二次多项式回归模型可分别用于分析和预测超声波处理参数对猕猴桃片的渗糖效果及干燥能耗与品质的影响。超声浸糖处理具有渗糖速率快、破坏小等优点，处理后的猕猴桃片单位能耗较低、质地品质较好，超声波处理可用于猕猴桃片的渗糖工艺。

猕猴桃；超声渗糖；品质评价；因子分析；响应面

0 引言

【研究意义】我国猕猴桃的栽培面积和产量均居世界第一[1]，猕猴桃（Kiwifruit）为猕猴桃科猕猴桃属植物，又名藤梨、羊桃、毛木果、奇异果等，果实中含多种营养物质如多酚、多糖、蛋白质、氨基酸等，且维生素C（Vitamin C）含量远超其他水果，被称为“水果之王”“世界珍果”[2]，深受消费者的青睐。猕猴桃片是目前国际和国内市场需求量较大的加工品，其发展前景极为广阔。渗糖是猕猴桃片加工关键工序之一，目前常用的糖渍方法主要是常压渗糖及真空渗糖，两者糖渍后的产品质地品质均较差，除此之外，常压渗糖还存在渗糖时间长、营养成分破坏严重等缺点，而真空渗糖存在能耗大的缺点[3]。因此，改变现有的猕猴桃片渗糖方法成为提高产品品质的主要手段之一，对于推进猕猴桃产业的进一步发展具有重要意义。【前人研究进展】超声波是一种高于人类听觉的机械波，频率在20—100 kHz[4]。超声波在液体中传播时，通过媒质不断受到拉伸和压缩形成的空化效应可提高果蔬的脱水速率[5]，在番茄、樱桃番茄、西兰花、胡萝卜、土豆、苹果、香蕉、草莓、蓝莓等的渗透脱水研究中，取得了卓越的成果[6-14]。Nowacka等[15]研究发现超声处理可使果肉形成微细通道，加快蔗糖溶液渗糖速率，促进猕猴桃脱水；BELLARY等[16]研究发现在椰肉中超声处理能提高姜黄素的渗透扩散速率，且溶质浓度越高，扩散越快；马空军等[17]研究证明超声在固液界面产生的声冲流能够减薄扩散边界层，加快糖液渗透；李军生等[18]研究发现超声波不会破坏果蔬组织的结构和细胞外形，处理后的果蔬产品结构和外形保持良好；李宁等[3]研究分析不同渗糖方式对牡丹花脯质构特性的影响，对比得出超声渗糖花脯相较于真空及常压渗糖花脯，呈现出更加良好的质构特性；李兴武等[19]研究常规、真空、微波、超声波4种渗糖方式对脆红李果脯品质及香气的影响，得到超声波渗糖干燥后果脯含糖量及感官评价得分最高。现有研究表明，超声渗糖可以提高渗透过程的传质效率，保持果蔬内部结构，减少营养成分和风味物质损失[20]，为近年来果蔬渗糖工艺的研究热点。孙海涛等[21]以含糖量为品质评价指标，进行了野生软枣猕猴桃超声渗糖工艺优化研究；李薇[22]以渗糖液糖度变化率和产品感官评价得分为品质评价指标，进行了猕猴桃果片超声波渗糖预处理工艺优化的研究。【本研究切入点】不同研究者所选择的品质评价指标不尽相同，多以含糖量辅以感官评价为主，缺少猕猴桃片产品综合品质评价的系统研究。本研究将超声波技术应用于猕猴桃片的渗糖工艺，系统研究超声波对猕猴桃片的渗糖效果及干燥能耗与品质等综合评价指标的影响。【拟解决的关键问题】在响应面试验的基础上，通过因子分析筛选出猕猴桃片的特征指标，建立单位能耗及猕猴桃片特征指标的二次多项式回归方程模型，分析影响的主次因素及交互作用，优化超声渗糖工艺的最佳参数，在保证渗糖效果的前提下，最大程度提高猕猴桃片的品质，为猕猴桃片超声渗糖的工业化生产提供技术依据。

1 材料与方法

试验于2018年在陕西师范大学食品工程与营养科学学院食品工程实验室进行。

1.1 材料与试剂

供试猕猴桃品种为‘海沃德’，于2018年3月采摘自陕西佰瑞猕猴桃研究院种植基地。选取无明显机械损伤和腐坏、大小基本一致、成熟度相同的猕猴桃，试验前将猕猴桃样品置于（0±0.5）℃条件下贮藏。猕猴桃初始含水率采用烘干法（105℃烘干至恒重）进行测定，平均湿基含水量为82.62%。2, 6-二氯靛酚钠、抗坏血酸，成都市科龙化工试剂厂；蔗糖、草酸、蒽酮、碳酸钙，天津市天力化学试剂有限公司。所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TA.XT plus质构仪，英国Stable Micro Systems公司；8101手持糖量计，辽宁大连先超科技有限公司；NS810色差仪，深圳市三恩驰科技有限公司；BA224S电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；UV-1800型紫外分光光度计，日本岛津公司；高速冷冻离心机，Thermo公司；超声波微波协同反应工作站，南京先欧仪器制造有限公司；气体射流冲击干燥试验设备，陕西师范大学食品工程实验室自制[23]。

1.3 试验方法

1.3.1 猕猴桃片制备 猕猴桃片制备的工艺流程为：猕猴桃去皮切片→烫漂→护色硬化→不同超声渗糖处理→冲洗→气体射流冲击干燥。

1.3.2 响应面设计 根据响应面Box-Behnken设计原理，以超声时间（A）、温度（B）、蔗糖浓度（C）、超声声能密度（D）为因素，以猕猴桃的固形物增加率（SG）、水分损失率（WL）、干燥能耗及猕猴桃片理化指标、质地指标、色泽为指标，进行四因素三水平响应面试验，试验设计如表1。

表1 响应面设计试验因子与水平

表2 响应面试验设计与结果

Table 2 Response surface experimental design and results

1.3.3 猕猴桃片理化指标的测定与计算 可滴定酸采用NaOH标准溶液滴定，参见GB/T 12456—2008；可溶性固形物（Total soluble solids，TSS）采用手持阿贝折光仪测定，含糖量采用蒽酮试剂法测定；叶绿素采用比色法测定，维生素C采用2,6-二氯靛酚滴定法，参照GB/T 6195—1986。其中叶绿素保存率1计算公式如下：

式中，1-鲜样测定值，1-干燥后测定值；

维生素C保存率2计算公式如下：

式中，2-鲜样测定值，2-干燥后测定值。

1.3.4 质地指标的测定TPA测试 采用质构仪，选用P 0.5型夹具，对厚度为0.3 mm的猕猴桃片进行TPA测试，测前速度为3 mm·s-1，测试速度为2 mm·s-1，测后返回速度为2 mm·s-1，样品形变50%。

1.3.5 猕猴桃片色泽的测定与计算 本试验采用CIE颜色评价体系，猕猴桃片色泽*、*、*用NS810色差仪直接测定，选用直径2.54 cm光圈，色差值ΔE计算公式如下：

式中，0-鲜样测定值，*-干燥后测定值。

1.3.6 渗透脱水指标测定与计算 水分损失率（WL）、固形物增加率（SG）计算公式如下：

式中，0-初始原料鲜重（g）；-某时刻原料鲜重（g）；0-初始原料干重（g）；-某时刻原料干重（g）。

1.3.7 单位能耗 通过读取气体射流冲击干燥设备上的电表读数，计算获得猕猴桃片干燥过程中的单位能耗，计算公式如下：

1.3.8 数据统计分析 每个试验均重复3次，取平均值。采用SPSS软件进行因子分析；利用Design-Expert软件设计Box-Behnken试验，并建立数学模型，进行响应面分析，显著性水平取0.05。

2 结果

2.1 响应面试验结果

响应面设计与结果见表2，共29个试验点。表中1—24号是析因试验，自变量取值在A、B、C、D所构成的四维顶点；25—29号是中心试验，自变量取值为区域中心点，重复5次用于估计试验误差。

2.2 猕猴桃片品质评价特征指标的提取

节能环保是当前各产业发展的总趋势，因此将能耗作为响应面考察的主要指标之一，旨在优化工艺参数，生产高品质、低能耗的猕猴桃片。除能耗外，对表1中的含糖量、可滴定酸、*、*、*、ΔE、硬度、黏性、弹性、黏聚性、胶黏性、咀嚼性、回复性、叶绿素保存率、维生素C保存率、TSS、WL和SG共18项猕猴桃片评价指标进行因子分析，以提取出猕猴桃片品质评价特征指标。

图1 因子分析碎石图

表3 因子分析解释总变量

由表3可知，因子分析所提出的6个主因子特征值分别为4.448、3.145、2.137、1.941、1.603和1.050，特征值均大于1，且累计方差贡献率达到79.583%，说明这6个主因子所表达的信息特征包括了18个猕猴桃片品质指标的绝大部分信息。因此，可以将描述猕猴桃的18个品质指标压缩为6个。图1为因子分析特征值的碎石图，主因子所处线段斜率陡峭，而在平缓斜率上的因子对变异的解释非常小。从图1可以直观地看出从第6个因子以后，曲线平缓，斜率减小，因此选择前6个因子作为主因子。

采用Kaiser标准化最大方差法进行因子旋转，得到旋转后的成分矩阵见表4，能更加清楚直观的表现主因子与变量之间的对应关系。由表4可知，第1个公因子与弹性、黏聚性、胶黏性、咀嚼性和回复性4个指标相关性最强，体现了猕猴桃片的质地特征；第2个公因子与*值、*值、*值和ΔE 4个指标最为相关，体现了猕猴桃片的外观色泽特征；第3个公因子与含糖量和叶绿素保存率两个指标相关性强，体现了猕猴桃片的甜风味特征和绿色品质；第4个公因子与WL和SG两个指标相关性强，体现了猕猴桃片的渗透脱水特性；第5个公因子与可滴定酸相关性强，体现了猕猴桃片的酸风味特征；第6个公因子与维生素C保存率相关性高，体现了营养品质特征。以每个主成分中载荷系数最大（以绝对值计）为标准，可以得出回复性、*、含糖量、WL、可滴定酸和维生素C保存率6个指标，但是考虑到*是表示样品颜色的亮度，ΔE是色差评价的综合指标且其载荷系数大于0.8，所以选取回复性、ΔE、含糖量、WL、可滴定酸和维生素C保存率6个指标作为猕猴桃片的品质特征指标。

2.3 二次响应面回归模型的建立与分析

应用Design Expert进行回归拟合分析，可分别得到回复性（Y1）、ΔE（Y2）、含糖量（Y3）、WL（Y4）、可滴定酸（Y5）、维生素C保存率（Y6）、单位能耗（Y7）与超声渗糖条件之间的二次多项式模型：

表4 旋转成分矩阵

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）

各考察指标的方差分析结果如表5所示，各指标的回归方程均显著，失拟项均不显著（＞0.05），说明所得回归方程比较可靠，能用此回归方程对超声渗糖猕猴桃片各考察指标进行分析和预测。各因子对回复性影响的大小依次是A＞C＞B＞D，A2对回复性有极显著的影响，B2、C2、D2和交互项CD影响显著；各因子对ΔE影响的大小依次是C＞B=D＞A，A2影响显著；各因子对含糖量影响的大小依次是C＞A＞B＞D，AB、BC及CD交互作用均极显著，A2、C2和交互项BD影响显著；各因子对WL影响的大小依次是A＞D＞C＞B，C2、AB及AD对WL的影响显著；各因子对可滴定酸影响的大小依次是A＞D＞C＞B，A2、D2和交互项AD影响显著；各因子对维生素C保存率影响的大小依次是C＞B＞A＞D；各因子对单位能耗的影响大小依次是C＞A＞D＞B，A2、BC对单位能耗的影响显著。

表5 各指标的回归方程系数显著性检验结果

2.4 因子间交互作用分析

响应面因子间交互作用分析结果如图2、图3、图4、图5、图6所示。各图是由响应值和各试验因子构成的立体曲面图，显示了时间、温度、蔗糖浓度和超声声能密度中任意两个变量取零水平时，其余两个变量对各考察指标的影响。

由图2可知，随着声能密度增加，蔗糖浓度增大，猕猴桃片回复性指标呈现出先增大后趋于平缓的趋势。图3可知，当声能密度一定时，随着浓度和温度的增加，含糖量不断增加；在温度一定时，含糖量随着浓度的增大不断增加，随着时间的延长先增加后减小。图4可知，在时间一定时，WL随温度的增加而增大；在声能密度一定时，WL随时间的延长而增大。图5显示，当时间一定时，随着声能密度增加，可滴定酸指标呈现出先增大后减小的趋势；当声能密度一定时，随着时间的延长，可滴定酸含量先增大后减小。由图6可明显看出，当温度一定时，单位能耗随着浓度的增大而不断减小。

图2 蔗糖浓度和声能密度交互作用对回复性影响的响应面图

图3 各因素交互作用对含糖量影响的响应面图

图4 各因素交互作用对WL影响的响应面图

图5 时间和声能密度交互作用对可滴定酸影响的响应面图

图6 温度和蔗糖浓度交互作用对单位能耗影响的响应面图

2.5 超声渗糖工艺最佳条件的确定及验证

在试验参数范围内，以含糖量在32%—35%、可滴定酸在1.5%—2%时，回复性最大，ΔE最小，WL最大，维生素C保存率最大，单位能耗最小作为优化目标对超声渗糖工艺进行综合优化。得到最佳的工艺参数为：超声渗糖时间57.71 min、超声温度47.16℃、蔗糖浓度40 °Brix、声能密度0.7 W∙mL-1。考虑到实际条件，调整为：超声渗糖时间58 min、超声温度47℃、蔗糖浓度40 °Brix、声能密度0.7 W∙mL-1。表6是用此最优条件进行验证的结果。由表6可以看出，各考察指标的实测值与理论预测值比较吻合，相对误差均小于5%，说明所得回归方程可靠，可用于对超声渗糖猕猴桃片各考察指标进行预测。

3 讨论

3.1 关于因子分析法应用于猕猴桃片品质特征的提取

因子分析是一种从关系错综复杂的变量群中提取出共性因子的统计方法，以较少的几个因子反映原变量大部分信息，起到降维作用。因子分析技术可用于提取猕猴桃片的品质特征。赵洪卫等[24]通过因子分析筛选出含糖量、瓜瓤含水率两个指标来评价西瓜品质；靳志强等[25]利用因子分析提取出生理生化、黏度特性、淀粉含量及组成和糊化特性4个指标用于评价玉米综合品质；张唐伟等[26]通过因子分析筛选出灰分、蛋白质、粗脂肪、pH、*、*、失水率和蒸煮损失等8个关键品质指标来评价岗巴羊肉品质；吕健等[27]运用因子分析法筛选出还原糖、复水比、值、粗蛋白和膨化度5个指标来评价桃变温压差膨化脆片的品质；马庆华等[28]运用因子分析法筛选出果实甜脆因子、果重及其他内质因子、果皮质地因子、果实外观因子和其他因子5个主因子来评价冬枣的品质。

表6 回归方程预测效果表

本研究采用因子分析法提取出的猕猴桃片品质特征指标分别为回复性、ΔE、含糖量、WL、可滴定酸、维生素C保存率。曾凡杰等[29]以色差、质构和维生素C为指标评价真空冻干猕猴桃片的品质特性，杨玲等[30]研究发现回复性可作为反映苹果质地变化规律、评价和比较果肉质地差异性的重要参数，这些与本试验中选取回复性、色差、维生素C保存率作为特征指标一致。孙海涛等[21]以含糖量为考察指标，优化野生软枣猕猴桃果脯的渗糖工艺；脱水率WL是评价渗透效果的重要指标，在提高WL时尽可能保证营养品质不受影响；可滴定酸是影响产品风味品质的重要因素。可以看出，本研究通过因子分析提取含糖量、WL及可滴定酸作为特征品质比较合理。

3.2 超声波对猕猴桃片脱水率和含糖量的影响

渗透过程就是在物料内外液体形成渗透压差而进行的水分、固形物的迁移过程。超声波处理会破坏物料的组织细胞结构，促进物料表面显微通道的形成，增加渗透过程的传质速度，促进猕猴桃片内部水分损失，固形物含量增加。本研究结果也证明了这一点。

在时间一定时，水分损失率随温度的增加而增大。这可能是由于猕猴桃片中水分主要以自由水的形态存在，温度高能加快物料中的分子运动，减弱物料内部固形物对水分的束缚，自由水流动性加强，同时超声波处理使物料不断收缩膨胀，形成海绵状结构，这些均加速水分的扩散流失，使WL增大。图4-b表明在声能密度一定时，WL随时间的延长而增大。这与张鹏飞等[31]对桃片超声处理的研究结果一致，随着超声作用时间的增加，空穴效应增强，水分在高渗透压作用下迁移至渗透液中，水分损失增加。

含糖量是衡量果蔬加工产品品质的重要参数，过高不能满足消费者注重健康的产品需求，过低会影响产品风味。结合图3及3方程，影响猕猴桃片含糖量指标的主次因素为：蔗糖浓度＞超声时间＞温度＞超声声能密度。由图3-a及图3-b可知，在声能密度一定时，随着浓度的增大和温度的增加，含糖量不断增加，且在低浓度范围内含糖量变化更加明显。这与BELLARY等[16]在椰肉中超声处理渗透姜黄素和李茜等[32]优化杏鲍菇脆片加工中超声浸渍工艺的研究结果基本一致。渗糖过程中糖液扩散方向是从高质量浓度向低质量浓度，浓度差愈大，渗透速率愈大。温度的增加能促使渗透液中溶质分子运动加快，有利于蔗糖进入猕猴桃片。此外图3-d显示在温度一定时，随着时间的延长，含糖量先略微增加后减小。MULET等[33]的研究表明，超声处理时间过长，会明显破坏果蔬组织结构。因而造成猕猴桃片边缘糜烂，固形物流出，影响渗糖效果。在55—60 min范围内，含糖量与温度呈负相关，这可能是因为在较长的渗透时间下，温度较高可能更易使猕猴桃组织结构遭到破坏，造成内部营养成分流失。在低温区间内，随着浸糖时间的延长，含糖量呈现先略微增加后减少的趋势。这与李茜等[32]研究浸渍时间对杏鲍菇脆片浸渍效果影响的结果一致。渗糖过程初期猕猴桃片内外浓度差大，糖渗入速率大于猕猴桃片内部小分子可溶性物质外流速率，含糖量增加；但随着浸糖时间的进一步延长，进入猕猴桃片的糖含量趋于饱和而猕猴桃片内部小分子可溶性物质外流继续，导致含糖量呈降低趋势。

3.3 超声波对猕猴桃片能耗及产品品质的影响

由图6可见，当温度一定时，单位能耗随着浓度的增大而不断减小。干燥过程就是物料中不同状态的水分按自由度大小逐次去除，渗透液浓度越大，物料中固形物含量也越大，导致更多的自由水因渗透压作用而流失到渗透液中，物料中自由水比例下降，节省了能量。这与XIN等[8]研究西兰花超声渗透处理后的自由水比例下降的结果一致。

回复性指样品在第一次压缩过程中回弹的能力，反映了物质以弹性变形保存的能量，是反映质构特性的重要指标。由图2可见，随着声能密度增加，蔗糖浓度增大，猕猴桃片回复性指标呈现出先增大后略微降低的趋势。物料受到超声波处理时，反复受到压缩和拉伸作用，不断收缩和膨胀，形成海绵状结构，导致其回复性增大。但是当声能密度过大、浓度过高时，猕猴桃片内部组织细胞结构出现松散，细胞结构遭到破坏，会产生许多微观通道，使猕猴桃片细胞间结合作用力减弱或遭到破坏，导致其回复性降低。这与罗登林等[34]研究超声辅助面团醒发对面条品质影响的结果一致，随超声功率密度的增大，面条的回复性呈先增加后减少的趋势。

随着声能密度增加、时间的延长，可滴定酸指标呈现出先增大后减小的趋势。其增大的机理可能是由于超声处理使有机酸与猕猴桃组织细胞的结合力或被包埋率降低，释放速率大于扩散到渗糖液的速率，导致可滴定酸含量增大。这与岳田利等[35]的研究结果一致，其研究表明，超声波处理前后苹果中的总酸含量存在显著性差异，随着超声功率的增加，苹果中总酸含量增大。减小可能是基于溶液中物质扩散原理，猕猴桃片中的有机酸向渗糖液扩散速率加大，此外声能密度过高、处理时间过长时，会明显破坏物料组织结构，造成内容物流出，导致猕猴桃片中的有机酸呈减少的趋势。

4 结论

猕猴桃片的品质特征指标为回复性、ΔE、含糖量、水分损失率、可滴定酸、维生素C保存率。建立的猕猴桃片超声渗糖工艺参数与单位能耗及品质特征指标的二次多项式回归方程模型，可用于分析和预测超声波处理参数对猕猴桃片的渗糖效果及干燥能耗与品质的影响。猕猴桃片超声渗糖工艺的最佳工艺条件为：超声渗糖时间58 min、超声温度47℃、蔗糖浓度40 °Brix、声能密度0.7 W∙mL-1。超声渗糖处理具有渗糖速率快、对样品破坏小、单位能耗低、产品质地品质好等优点，可用于猕猴桃片的加工中。

[1] 张计育, 莫正海, 黄胜男, 郭忠仁. 21世纪以来世界猕猴桃产业发展以及中国猕猴桃贸易与国际竞争力分析. 中国农学通报, 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] 杨天歌, 邓红, 李涵, 孟永宏, 雷佳蕾, 马婧, 郭玉蓉. 超高压杀菌处理冷破碎猕猴桃果浆的条件优化及其贮藏期杀菌效果. 中国农业科学, 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] 李宁, 朱文学, 白喜婷, 马怡童.牡丹花脯超声渗糖工艺优化及其质构特性的对比分析.食品与机械, 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] 马空军, 贾殿赠, 包文忠, 赵文新, 靳冬民, 孙文磊. 超声场强化渗透脱水传质机理模型研究, 食品科学, 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] 李军生, 何仁, 侯革非, 阎柳娟. 超声波对果蔬渗糖及组织细胞的影响. 食品与发酵工业, 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] 李兴武, 章黎黎. 渗糖方式对脆红李果脯品质及香气的影响. 食品研究与开发, 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] 尹晓峰, 杨明金, 张引航, 高博, 谢守勇, 杨玲. 辣椒渗透脱水处理及渗后热风干燥特性及品质分析. 食品科学, 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] 孙海涛, 邵信儒, 姜瑞平, 徐晶, 孙艳雪, 朱炎, 朱俊义. 响应面试验优化超声渗糖制备野生软枣猕猴桃果脯工艺及其质构分析. 食品科学, 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. 低糖猕猴桃果脯的加工工艺与工厂设计研究[D]. 西安: 西北大学, 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, 王玮. 紫薯气体射流冲击干燥效率及干燥模型的建立. 中国农业科学, 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] 赵洪卫, 韩东海, 宋曙辉, 常冬. 小型西瓜果实成熟度表征因子筛选. 农业工程学报, 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] 靳志强, 王顺喜. 基于品质评价的玉米微波灭霉工艺参数选择. 农业机械学报, 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] 张唐伟, 贺继峰, 余耀斌, 次顿. 岗巴羊羊肉营养品质及其因子分析. 食品工业科技, 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] 吕健, 刘璇, 毕金峰, 周林燕, 吴昕烨. 桃变温压差膨化脆片品质评价研究. 中国农业科学, 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] 马庆华, 李永红, 梁丽松, 李琴, 王海, 许元峰, 孙玉波, 王贵禧. 冬枣优良单株果实品质的因子分析与综合评价. 中国农业科学, 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, 吕远平. 不同前处理和冻结方式对猕猴桃片干制品品质的影响.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] 杨玲, 张彩霞, 丛佩华, 程云, 王强. 基于质地多面分析法对不同苹果品种果肉质构特性的分析. 食品科学, 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] 张鹏飞, 吕健, 毕金峰, 刘璇, 周林燕, 关云静, 肖敏. 超声及超声渗透预处理对红外辐射干燥特性研究.现代食品科技, 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, 高纯阳, 安辛欣, 胡秋辉. 杏鲍菇脆片加工中超声浸渍工艺的优化.食品工业科技, 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] 罗登林, 杨园园, 吴若言, 徐宝成, 聂英, 李佩艳, 刘建学. 超声辅助面团醒发对面条品质的影响. 食品科学, 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, 周郑坤, 袁亚宏, 高振鹏, 张晓荣. 苹果中有机氯农药残留的超声波去除条件优化. 农业工程学报, 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)

（责任编辑 赵伶俐）

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

陕西省重点研发计划（2018TSCXL-NY-01-02）、西安市农业科技创新计划（2017050NC/NY009（3））

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