渗糖工艺对乳酸发酵橘皮果脯品质的影响

郭荣香，李俊健，黄思苑，黎 攀，杜 冰

（华南农业大学食品学院，广东广州 510642）

橘皮是芸香科植物橘及其栽培变种的干燥果皮，约占果重的25%～40%，其干燥后被称为陈皮，是我国重要的药食同源资源[1]。栽培变种主要有茶枝柑、福橘、大红袍等[2]。茶枝柑主产于广东新会，是广陈皮的原料，具有理气健脾、燥湿化痰等功效，可用于治疗支气管炎、哮喘等呼吸系统疾病和消化不良等消化系统疾病[3]。现阶段橘皮主要应用于中药材[4]、食品包装材料[5]、食品添加剂[6]、抑菌剂[7]等。然而广陈皮的加工方式仍为人工剥皮后翻晒，附加价值低，缺少精深加工方法，严重限制了广陈皮产业发展。因此，开发新型的陈皮加工手段，对于提升产品的附加值，具有重要的作用。

现有相关研究证明，乳酸发酵食品具有调节人体肠道菌群，维持肠道微生态平衡，增强机体免疫力等保健功能[4]。从内蒙古传统发酵奶酪中分离得到的乳酸芽孢杆菌（Bacillussp.）DU-106 具有良好的产酸性能，且经小鼠毒理学评价对人体安全[8]，同时有研究表明经乳酸芽孢杆菌DU-106 发酵后的果蔬营养价值和风味都得到改善，可用于开发功能性保健食品[9]。李俊健等[10]研究发现，接种乳酸芽孢杆菌DU-106 发酵柚皮制作泡菜可以降低亚硝酸盐含量，显著提高泡菜的营养价值和改善风味。因此，将乳酸芽孢杆菌DU-106 与橘皮进行有机结合，开发一种发酵橘皮果脯，可为橘皮的精深加工和利用提供一定的理论基础和数据支持，从而推进广陈皮加工产业的发展。

果脯的制备是果蔬副产品加工的一种新方法，而渗糖是果脯制作过程中最重要的一道工序[11]。现阶段果脯制作过程中使用的渗糖方式主要有4 种。煮制渗糖是传统的渗糖方式，它利用高浓度糖液产生的渗透压将原料中水分转移以脱除果蔬组织中的水分[11]。真空渗糖是通过抽真空将原料内部及周边空气排除，并快速将原料内水分转移至糖液，完成渗糖过程[12]。微波渗糖是利用微波作用将果蔬组织内部水分排出，形成网状多孔结构，增加组织通透性，提高渗糖效率[13]。超声波渗糖是利用超声波产生的冲击波和射流强度击穿植物细胞的细胞膜，进而完成渗糖过程[14]。孙丽婷等[15]、颜娜等[16]及盛金凤等[17]通过真空渗糖、超声渗糖等加工工艺处理红宝石李、徐香猕猴桃及芒果果脯，发现能极大提高果脯品质。以上研究主要针对果肉果脯，而对果皮果脯的研究依旧较少，采用益生菌发酵制作果脯的研究也很少。

因此，本研究以茶枝柑果皮为原料，通过接种乳酸芽孢杆菌DU-106 进行发酵，对比常压渗糖、微波渗糖、超声渗糖、真空渗糖这四种工艺对橘皮果脯品质的影响，以寻得最佳的渗糖工艺。为进一步提高橘皮资源的利用和高效微生物发酵提供一定的理论与实践依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜橘皮，为茶枝柑Citrus reticulata‘Chachi’品种，2019 年12 月取样 由广东省江门市新会区提供；乳酸芽孢杆菌（Bacillussp.）DU-106（1012CFU/g）

由华南农业大学新资源与功能性原料研究及评价中心提供；乳酸（纯度98%）、柠檬酸（纯度97%）、橘皮素（纯度98%）标准品，均由上海源叶生物科技有限公司提供；食盐、白砂糖 市售。

DHP600 恒温培养箱 北京市永光明医疗仪器厂；PEN3 电子鼻 德国Airsense 公司；WRH-100TB1热泵干燥箱 广东威而信实业有限公司；Laborata 4000 旋转蒸发仪 德国 Heidolph 公司；ALPHA 2-4 LD plus 冻干机 德国CHRIST 公司；WZ-100 恒温水浴锅 上海申生科技有限公司；DSH-50 水分测定仪 上海佑科仪器有限公司；EZ-SX 质构仪 日本岛津公司；BS110S 分析天平 北京赛多利斯天平有限公司；HB-113ATC 手持糖度测定仪 南北仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 发酵橘皮的制备 参考李俊健等[10]的方法稍作修改，将橘皮切分、洗净，121 ℃高压蒸汽灭菌15 min，冷却后按橘皮质量的两倍加入无菌水，再添加总质量的2%食盐和4%白砂糖搅拌均匀；按橘皮质量的0.1%添加浓度为1×1012CFU/g 的乳酸芽孢杆菌DU-106，混匀，于25 ℃下密封发酵10 d。

1.2.2 不同渗糖方式制备橘皮果脯的工艺 操作要点：a.原料选择和预处理：挑选发酵结束后的橘皮将其切成边长约为1 cm×1 cm 的块状，在0.5% CaCl2溶液中浸泡1 h 硬化后，将浓度为55°Brix 的糖液煮沸后按料液比1:2 加入。

b.果脯渗糖：不同渗糖方式参考孙丽婷[18]方法稍作改动，常压渗糖：常压下60 ℃恒温水浴1 h，常温渗糖17 h；微波渗糖：微波炉210 W 连续加热1 h，常温渗糖17 h；超声渗糖：置于60 ℃ 450 W 功率下连续超声1 h，常温渗糖17 h；真空渗糖：置于60 ℃0.08 MPa 真空度下1 h，常温渗糖17 h。

c.干燥：渗糖结束后，将果脯置于55 ℃烘箱中热风干燥，用水分测定仪测定水分含量为16%～22%即可。

1.2.3 橘皮果脯各项评价指标的测定

1.2.3.1 色泽测定 参考王欢[19]的方法便稍作改动，使用手持色差仪测定，结果用L*、a*、b*表示，数值变化在0～100 之间，L*=0 表示黑色，L*=100 表示白色。a*值表示样品的红绿度，a*=0 表示绿色，a*=100 表示红色。b*值表示样品的蓝黄度，b*=0 表示蓝色，b*=100 表示黄色，每个样品平行测定6 次。

1.2.3.2 总糖含量测定 参考余洋洋等[12]的方法，使用苯酚-硫酸法，每个样品平行测定3 次得到总糖标准曲线为y=8.5148x+0.0204（R2=0.996）。

1.2.3.3 复水率测定 参考胡翔等[20]方法稍作改动，准确称取5 g 果脯置于250 mL 烧杯中，加入100 mL蒸馏水，样品每隔30 min 捞起，吸干表面水分后进行称重，计算公式如下：

式中：W 为复水率，%；m1为复水前质量，g；m2为复水后质量，g。

1.2.3.4 质构测定 参考于肖敏等[21]的方法稍作修改，采用岛津EZ-SX 质构仪TPA 模式进行质构测定，选用P/5 探头，测前速度1 mm/s，起始检测压力0.05 N，测试速度0.5 mm/s，样品压缩形变程度30%，测后速度1 mm/s。每种渗糖方式平行测定5 次，取平均值，根据力-位移曲线图可得到果脯的硬度、内聚性、胶粘性、弹性和咀嚼性。

1.2.3.5 香气测定 参照雷炎等[22]的研究方法，采用电子鼻进行测定分析。准确称取（5.00±0.05）g 果脯，密封于50 mL 样品瓶中，在60 ℃下水浴平衡30 min。传感器与样品流量均为150 mL/min，传感器清洗时间150 s，分析采样时间120 s。电子鼻传感器性能描述见表1。

表1 PEN3 电子鼻传感器性能描述Table 1 Description of the performance of the PEN3 electronic nasal sensor

1.2.3.6 感官评定 由通过感官分析培训的食品专业同学10 名（男、女各5 名）组成感官评价小组，分别从色泽、组织形态、口感滋味进行评价，参照孙丽婷等[15]、颜娜等[16]的方法制定的感官评分标准如表2。

表2 橘皮果脯感官评定标准表Table 2 Standards for sensory assessment of orange peel preserved fruit

1.3 数据处理

每组数据至少重复三次实验，数值表示为平均值±标准差，结果采用Excel 2019、SPSS 26.0 和Origin 2019 等统计分析软件进行数据分析并作图。设定P<0.05 为差异具有显著性，P<0.01 为差异具有极显著性。

2 结果与分析

2.1 不同渗糖方式对果脯色泽的影响

果脯的色泽是衡量其品质好坏的直接依据，可以直接影响产品在市场上的接受程度[20]。用手持式测色仪分别测定果脯不同位置的L*、a*、b*值。由表3可以看出，经过不同渗糖处理后果脯L*值有不同程度的下降，表示经过渗糖和干燥处理后果脯表面颜色均没有鲜果皮透亮；其中超声渗糖和真空渗糖下降幅度最小，最接近鲜果皮亮度，两者之间没有显著性差异（P>0.05）；微波渗糖L*值最小，果脯表面颜色最暗，可能与微波过程产生的高温引起褐变有关。各种渗糖处理的a*和b*值也出现了不同程度的下降，其中超声渗糖方式的a*和b*值与鲜果皮最为接近，超声渗糖和真空渗糖的b*值没有显著性差异（P>0.05），两者都保持了较好的橘黄色。以上测定结果表示，各种渗糖方式色泽排序为：超声渗糖>真空渗糖>常压渗糖>微波渗糖，超声渗糖能较好地保持鲜果皮颜色，减少褐变。该研究结果与孙丽婷等[15]的研究结果一致。

表3 不同渗糖方式对果脯色泽的影响Table 3 Effects of different sugar infiltration processes on color of preserved fruit

2.2 不同渗糖方式对果脯总糖的影响

总糖含量是橘皮果脯渗糖效果的重要指标[23]，可以反映相同时间内不同渗糖方式的速率。由图1可知，采用常压、微波、超声、真空四种渗糖方式制得的橘皮果脯总糖含量分别为38.67%、51.84%、47.12%、46.65%，采用微波、超声和真空渗糖方式的果脯在干燥后总糖含量显著高于常压渗糖（P<0.05），明显提高了糖渍速率。不同渗糖方式之间也存在差异，微波渗糖总糖含量最高，显著高于超声和真空渗糖（P<0.05），超声和真空渗糖方式无显著差异（P>0.05）。微波可以使原料内极性分子迅速摩擦升温，细胞内溶剂蒸发产生压力，内部水分在迁移溢出过程中形成无数通道，有利于糖液快速渗入[24]；超声渗糖主要通过冲击波击破细胞膜[25]，真空渗糖依靠压力差[26]，两者在提高渗糖速率方面原理不同，但效果基本一致。该实验结果表明与常压渗糖相比，微波、超声和真空三种不同的渗糖方式均能加快果脯的渗糖速率，且微波渗糖效果最好。

图1 不同渗糖方式对果脯总糖的影响Fig.1 Effects of different sugar infiltration processes on total sugars of preserved fruit

2.3 不同渗糖方式对果脯复水性的影响

橘皮果脯渗糖干燥后重新吸水恢复到原来新鲜程度的能力常用复水性表示，在果脯评价指标中被用来表示吸湿性，从而评价其耐储性能[27]。如图2 所示，四种渗糖方式加工的果脯复水率随着时间延长而上升，受浓度的影响，在前120 min 果脯复水效率最快，150 min 后趋于平缓。其中，微波渗糖果脯复水率明显高于其他三组，最高可达153%左右，原因是微波在原料内部产生的多孔通道有利于水分的渗入[28]。与常压渗糖相比，超声渗糖方式因超声对橘皮内部结构破坏较小[29−30]，不利于水分渗入，导致二者复水性差异不大，均为135%左右。而真空渗糖复水率约123%，略小于其他渗糖方式，其原因可能为橘皮组织间隙空气被排出，大量糖液浸渍阻碍了组织的复水[31]。由此可见，微波渗糖方式能显著提高果脯的复水性，但较高的复水率不利于食品的储藏[16]。因此，真空渗糖的果脯耐储性最佳，其次是超声渗糖和常压渗糖。

图2 不同渗糖方式对果脯复水性的影响Fig.2 Effects of different sugar infiltration processes on rehydration rate of preserved fruit

2.4 不同渗糖方式对果脯质构的影响

不同渗糖方式会对橘皮的组织结构产生不同影响，因此果脯的质构会存在差异[32]。不同渗糖方式对果脯质构的影响如表4 所示。硬度表示物体发生形变所需要的力，与口感直接相关，硬度高有利于切片和提高口感[33]。不同渗糖方式对果脯硬度大小的影响为：超声渗糖>真空渗糖>常压渗糖>微波渗糖，各组样品之间存在显著差异（P<0.05），其中微波渗糖由于在较高功率下加热，组织最为软烂，硬度最低。内聚性表示样品内部的收缩力，用于抵抗受损保持形态，内聚力高有利于保持果脯的形态[34]，其中超声和真空渗糖方式内聚性无明显差异，但显著高于其余两组（P<0.05）。胶粘性是接触食品时最先感应到的抵抗力，数值上与硬度有关，不同工艺对果脯胶粘性大小影响与硬度一致，各组样品之间存在显著性差异（P<0.05）。弹性表示物体受到外力作用后恢复原状态的能力，其影响力排序为：超声渗糖=常压渗糖>真空渗糖>微波渗糖，超声和常压渗糖无明显差异，微波渗糖显著低于其余三组（P<0.05）。咀嚼性反映的是咀嚼时食物抵抗外力并紧密连接，使食物保持完整的性质，不同工艺对果脯咀嚼性大小影响为：超声渗糖>真空渗糖>常压渗糖>微波渗糖，超声渗糖果脯咀嚼性显著高于其他渗糖方法（P<0.05）。

表4 不同渗糖方式对果脯质构的影响Table 4 Effects of different sugar infiltration processes on proline structure of preserved fruit

2.5 不同渗糖方式对果脯香气的影响

果脯的气味会对消费者的选择造成影响，使用电子鼻对比不同渗糖方式对发酵橘皮果脯香气的影响如图3 所示。由图可知，不同渗糖方式对果脯响应强度较大的传感器有R（2）、R（7）、R（9），它们分别对氮氧化合物、无机硫化物和有机硫化物灵敏，说明这三种传感器在检测过程中贡献较大；超声渗糖在R（2）、R（7）、R（9）三种传感器上的响应值最高，其次是真空渗糖和常压渗糖，微波渗糖最低，原因是微波渗糖过程中的高温使橘皮香气成分大量挥发，超声渗糖方式最能保持橘皮清香味。

图3 不同渗糖方式的电子鼻传感器响应强度雷达图Fig.3 Radar diagram of electronic nose sensor response intensity of different sugar infiltration processes

由图4 可知，PC1 和PC2 方差贡献率分别为99.54%和0.40%，两个主成分贡献率之和为99.94%，能较好反映原始数据的信息，说明电子鼻能有效区分不同渗糖方式果脯中的挥发性成分。各组样品区分明显，均为独立分布，其中微波渗糖与其他样品组距离最远，表示差异最大；常压、超声、真空渗糖在PC2 上距离较远，但由于PC2 所占比例较小，所以以上三种渗糖方式样品差别不大，此结果与雷达图分析一致。

图4 不同渗糖方式果脯的电子鼻PCA 分析图Fig.4 Electronic nasal PCA analysis of preserved fruit in different sugar infiltration processes

如图5 所示，LD1 和LD2 的贡献率分别为71.26%和28.15%，总贡献率为99.41%；不同渗糖方式果脯样品分散程度较大，存在明显差异，微波渗糖与其他三组样品差异主要体现在第一主成分轴；超声渗糖与真空渗糖距离较近，表示两者存在一定相似之处；PCA 和LDA 分析能对所有样品进行区分，区分效果良好，与雷达图相符合。综上所述，从电子鼻分析角度，超声渗糖气味最强，真空渗糖和常压渗糖次之，微波渗糖气味损失最高，故超声渗糖工艺更适合橘皮果脯的加工。

图5 不同渗糖方式果脯的电子鼻LDA 分析图Fig.5 Electronic nasal LDA analysis of preserved fruit in different sugar infiltration processes

2.6 不同渗糖方式对果脯感官的影响

感官评价是食品风味最直接的评价指标[34]。由表5 可知采用不同的渗糖方式对果脯品质产生了一定影响。在色泽方面，超声渗糖显著优于其他渗糖方式（P<0.05），果脯颜色均匀透亮，与色差仪结果一致。在组织形态方面，四种渗糖方式制作的果脯分数排名与色泽一致，超声渗糖果脯分数最高，组织形态最为饱满，真空渗糖与常压渗糖稍有不足，微波渗糖果脯组织形态较差，主要体现在硬度上的降低，与质构仪数据分析相一致。在口感滋味方面，超声渗糖果脯显著优于其他三种渗糖方式（P<0.05），酸甜软硬适中，带有橘皮的清香味，微波渗糖因为口感过软而得分较低，四种渗糖方式制备的果脯均没有产生异味。从总分来看，四种渗糖方式所得果脯成品得分分别为超声渗糖（81.67 分）>真空渗糖（75.80 分）>常压渗糖（71.48 分）>微波渗糖（49.03 分）。总体来说，超声渗糖的各项感官指标显著优于其他渗糖方式（P<0.05），超声在加速糖液渗入的同时不会破坏果脯的组织形态；真空渗糖和常压渗糖居中，两者间差别不大；微波渗糖对果脯破坏最大，得分最低；故从感官评价分析，超声渗糖更适合于橘皮果脯加工。

表5 不同渗糖方式对果脯感官的影响Table 5 Effects of different sugar infiltration processes on senses of preserved fruit

3 结论

本研究通过对比乳酸芽孢杆菌DU-106 发酵后的茶枝柑橘皮在超声、真空、常压、微波渗糖工艺下得到的橘皮果脯品质，发现超声渗糖制得的果脯色泽最接近鲜果皮色泽，且制得的橘皮果脯的总糖含量较高，显著高于常压渗糖（P<0.05），复水率显著低于微波渗糖（P<0.05）；在香气和质构方面，超声渗糖显著优于其他三种渗糖方式（P<0.05），且感官评分最高。综上，超声渗糖更适合用于制作橘皮果脯。后续研究可以超声渗糖工艺为基础进一步优化果脯的制作过程，同时可以以乳酸发酵橘皮为原料，开发发酵陈皮饮料、调味酱、中草药酵素等多种新型功能食品，进一步提高橘皮功能活性和推动产业的发展。