
砀山梨是中国栽培面积最大的梨品种之一,其发源地安徽省砀山县是主要产区,江苏徐州等地也有大量种植。砀山梨汁多味甜,具有润肺止咳作用,但由于果肉中含有大量的石细胞,导致其肉质较粗,颗粒感较强,口感不佳,消费者喜爱度不高,市场价格低,破除石细胞加工技术和引入高营养高品质加工产品研发将成为破解砀山梨产业发展瓶颈的关键所在。复合重组技术是利用破碎、制浆、均质等物理预处理手段,彻底破坏果蔬原始的细胞形态,使多糖交联形成的复杂细胞壁解体,果胶与纤维素、半纤维素及金属离子间的相互作用断裂;同时内膜系统包裹的自由水与弱结合水随胞内溶质释放,形成由胞内液体、可溶性细胞壁多糖及不溶性碎片构成的多相复杂体系。重组果蔬冻干产品主要指由一种或几种果蔬经破碎、均质、重组、再造型、冻干加工而成的一类方便即食冻干零食,因其具备多种原料果蔬的颜色、风味、营养价值等品质而广受消费者欢迎。重组技术中的破碎均质加工可使砀山梨石细胞破碎成细小颗粒,增加重组砀山梨浆的细腻度,并释放出更多的营养物质,大幅度提高了产品的营养价值。同时,重组技术对砀山梨原料要求不高,能够有效利用非商品化的砀山梨原料,提升了资源的利用率,提高了砀山梨的附加值。
由于重组果蔬原料经破碎后细胞壁破碎,内部流动性增强,采用传统的加工技术会导致产品发生塌陷或变形。真空冷冻干燥(又称冻干)是将果蔬冷冻之后,在真空下使水分不经液态直接升华为气态,最终使果蔬脱水的干燥技术,其能够很好地维持重组果蔬任意塑形的外观形态,还能较好地保留产品的营养成分、色泽、风味等品质,但冻干产品绵软、易吸湿、易破碎。复合重组技术通过多种果蔬原料的重组或外源添加特定营养物质,调控冻干产品的质地、口感、丰富营养成分和增加其功效。Jin Wei等将苦瓜和苹果复配重组制得脆片,发现苹果可有效掩蔽苦瓜的苦味,降低脆片硬度,咀嚼阻力更小,适口性更优,解决了单一苦瓜脆片质地偏硬、单一苹果脆片易碎裂的问题。杨惠莲将寒富苹果与甘薯为核心复配原料,采用变温压差膨化干燥技术制得复合脆片,既保留苹果中多酚类物质、黄酮类物质,又整合甘薯中类胡萝卜素与淀粉,实现了营养成分互补,复合脆片硬度、脆度显著低于单一苹果脆片与甘薯脆片,避免了单一脆片硬度过大不易咀嚼、酥脆性差的问题,提升了其适口性和可接受度。罗佳以苹果浆、番茄酱和沙棘原汁为原料制备了一款复合果蔬脆,结果显示,随着番茄酱和沙棘原汁比例的增加,复合果蔬浆的黄酮含量显著提升,制得果蔬脆片营养更丰富。张慧哲等研究发现添加20%的菠菜提高了重组梨脆片的硬度和脆性,获得最高的感官评价综合得分;王霞向发酵胡萝卜中添加枣汁,可有效掩盖胡萝卜本身具有的药腥味,改善风味特性并提高消费者接受度,同时提升营养价值。
江苏省农业科学院农产品加工研究所的赖新竹、张博、刘春菊*等人采用复合重组技术将砀山梨中的石细胞进行破碎,并与百合、山药、银耳混合冻干,比较真空冷冻干燥单一重组梨脆片与复合重组梨脆片的干燥曲线、基本化学组成、微观结构、质地、风味、吸湿性等综合品质,探究复合重组技术改善综合品质的优势所在,旨在为复合重组果蔬加工产业发展提供理论依据和技术支撑。



1 不同重组梨脆片间基本化学组分差异
表1为两种重组梨脆片的基本化学成分的差异。相比于单一重组梨脆片,复合重组梨脆片的淀粉、蛋白质和可溶性糖(果糖、葡萄糖、山梨糖醇和蔗糖之和)含量分别提高了69.59、1.14 mg/g和266.07 mg/g。这是由于山药中的淀粉含量较高,并富含对人体有益的蛋白质、糖类等生物活性成分;百合中包含糖类、氨基酸等;而银耳中含有多糖、膳食纤维、蛋白质等营养物质,有效提高了复合重组梨脆片的淀粉、蛋白质及可溶性糖含量。果胶根据其溶解特性可分为WSP、NSP和CSP,其中NSP与CSP属于结合态果胶,不溶于水,WSP属于游离态果胶,可直接溶于水。相比于单一重组梨脆片,复合重组梨脆片中WSP含量显著降低,NSP和CSP含量显著提高(P<0.05)。这是由于复合重组工艺中增加了破碎频次,对组织结构的破坏程度更大,组织内容物更易流出,使部分与多糖、蛋白质等大分子物质松散结合的WSP脱落,同时暴露出更多原本被包裹的结合态果胶。HC是由不同类型的单糖构成的复杂共聚糖,对组织内部网络构架起着加固作用,CEL通常与果胶、HC结合在一起,对质地影响较大。由表1可知,复合重组梨脆片的HC和CEL含量显著高于单一重组梨脆片(P<0.05)。这是由于复合重组梨脆片中添加的百合、山药和银耳均富含膳食纤维,这些外源纤维组分的直接添加显著提高了复合重组梨脆片中HC和CEL的初始含量。汪清焰研究发现HC是影响水稻茎秆的力学特性的主要因素,其中HC的相对含量与脆性、弯曲特性等力学特性呈显著正相关;张诗艳研究表明高含量的纤维组分通过增强橄榄果实组织间的界面结合力与网络交联密度,从而提升脆片硬度。由此可以推测复合重组梨脆片的机械强度高于单一重组梨脆片。




2 不同重组梨脆片间干燥特性差异分析
图1为两种重组梨脆片冻干过程的水分含量和干燥速率变化情况。随着干燥时间的延长,两种重组梨脆片的水分含量持续下降,最终趋于稳定。其中,单一重组梨脆片和复合重组梨脆片样品完全干燥(水分质量分数<5%)的干燥时间分别为10 h和14 h,复合重组梨脆片所需干燥时间更长,干燥速率更低,真空冷冻干燥时间延长了40%以上。这种差异可能源于复合重组梨脆片中的果胶含量较高,与其他大分子物质形成了致密的三维网络结构,从而增大了冻干过程中水分子的扩散阻力。两种重组梨脆片的干燥速率呈先上升后下降最终趋于平缓的趋势。这是由于在升华初期样品含水量较高,物料内部冰晶以固态直接升华,冰晶升华后形成开放式孔道,水蒸气可快速逸出。随着温度升高伴随着小部分冰晶融化,物料内部开放式孔道塌陷转化为封闭式孔道导致干燥速率下降。单一重组梨脆片的干燥速率较复合重组梨脆片更快,这是因为复合梨脆片中淀粉和蛋白在组织结构、密度及比热容等热物性方面存在显著差异,这些差异导致冻干过程中热量传递速率不一致,引起局部温度梯度过大,干燥不均匀。
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3 不同重组梨脆片间微观结构差异分析
两种重组梨脆片表面和纵截面的扫描电子显微镜图像如图2所示。切片的微观结构变化可能与水分迁移和细胞破裂有关,最终导致内部结构发生不同程度的收缩和塌陷。由图2a、b可以看出,单一重组梨脆片的表面结构由不规则多面体颗粒堆积形成,孔隙分布不均匀且表面粗糙,这是由于梨在破壁和匀浆等加工过程中完整的细胞壁被破坏,最终形成了无序、不规则的网络结构。复合重组梨脆片表面结构显示出典型的蜂窝状多孔结构,孔的排列更加均匀,这可能是复合原料体系中多糖组分含量较高,游离多糖组分之间通过氢键及范德华力形成稳定的分子间缔合结构,充当分子间交联位点以形成凝胶网络,经冻干脱除水分之后,形成更加规则的多孔结构。图2c、d是两种重组梨脆片的纵截面结构图像。复合重组梨脆片孔的数量和大小明显大于单一重组梨脆片,孔隙由光滑的片状孔壁构成。这可能是两种样品原料的细胞壁成分差异所导致。复合重组梨脆片中引入百合、银耳和山药等原料,其中的淀粉成分能够与梨自身的果胶通过分子间氢键和疏水相互作用交联形成复合孔壁,增强分子层面凝胶网络的均匀性和致密性。更为均匀且致密的凝胶网络在冷冻过程中对冰晶的生长起到了空间限制作用,不仅有效抑制了冰晶的过度膨胀,促进了小尺寸冰晶的均匀分布,还减少了冰晶的团聚现象,从而避免了孔隙形态的不规则性。最终,这一过程使冻干后产品呈现出孔隙数量更多、孔径均匀且孔壁光滑的微观结构。
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4 不同重组梨脆片间热特性差异
差示扫描量热仪是一种提供热力学信息的技术,能够反映吸热或放热过程中与材料相变有关的温度和焓,放热峰对应于水冻结形成冰,吸热峰对应于冰融化形成水。冻结相变过程是冰晶形成的过程,为放热过程。由表2可知,与单一重组梨脆片相比,复合重组梨脆片冻结相变温区降低,结晶时放出的相变焓也有所降低。这可能是由于复合重组梨脆片的HC解聚和果胶网络解体导致形成更多具有较小分子质量的化合物,这些化合物表现出较低的相变温度。复合重组梨脆片中蔗糖分子与自由水结合形成水合层,显著提高不可冻结水比例,降低可冻结水含量,从而抑制冰晶成核与生长,导致冻结温区和相变焓降低。与此同时,体系中蛋白质与淀粉分子间形成的氢键网络和疏水相互作用,通过稳定分子构象和降低体系自由能,进一步减少了相变所需的能量。玻璃化转变温度(Tg)是表征非晶态聚合物在玻璃态与橡胶态之间转变的特征温度。复合重组梨脆片的Tg相较于单一重组梨脆片显著提高(P<0.05)。这是由于果胶与食品中多糖和酚类组分之间产生键合作用,限制其在体系中的自由移动,导致Tg的增加。熔融相变过程是一个吸热的过程。由表3可知,与单一重组梨脆片相比,复合重组梨脆片的熔融相变温区逐渐向高温区移动,熔融峰变大,吸热相变焓值升高。这可能是由于复合重组梨脆片的果胶含量增加导致分子间相互作用变得更加复杂,复合物料的熔融温度升高,因此需要更多的能量用于冰核融化。






5 不同重组梨脆片间基本品质差异
两种重组梨脆片的基本品质差异如表4所示。冻干后复合重组梨脆片具有更低的L*值,a*值和ΔE值显著高于单一重组梨脆片(P<0.05),两者b*值无显著性差异(P>0.05)。这可能是由于复合重组梨脆片中较高的多酚含量提高了酶促褐变的可能性,导致颜色差异较明显。复合重组梨脆片的硬度和脆度显著高于单一重组梨脆片(P<0.05),硬度和脆度分别提高13.64%和97.6%,这可能是由于在加工过程中复合重组梨脆片中的淀粉晶体结构被破坏,水分子进入到结晶簇中产生水和作用,提高了淀粉分子的有序性,内部形成均匀的网络结构。从扫描电子显微镜图像也可以看出(图2),复合重组梨脆片具有更加规则的多孔网络支架,这一变化将赋予产品更高的机械强度。同时,从2.1节基本化学组分分析中可知,复合重组梨脆片的NSP和CSP含量高于单一重组梨脆片,NSP对于维持果蔬质地具有重要作用,CSP属于离子交联型果胶,CSP与Ca2+结合能够形成防止果胶降解的网络结构,这将赋予产品更高的脆度。


收缩率是表征干燥产品外观形态的指标,冻干后的两种重组梨脆片均保持了初始的圆柱形外观,如图3所示,但单一重组梨脆片的直径显著减小(P<0.05),而复合重组梨脆片的尺寸变化相对较小。这是由于复合重组梨脆片具有较高的Tg,而冻干样品的收缩和塌陷与Tg直接相关,高Tg表明分子链运动受限,基质在水分升华时不易塌陷,维持多孔结构,从而导致材料具有类似固体的特性并保持结构的稳定性。通过制造均匀的振荡模拟产品运输过程造成的物理碰撞,以此比较不同样品的振荡破损率。实验结果表明,复合重组梨脆片的振荡破损率相较于单一重组梨脆片降低了23.44%(P<0.05)。这可能是由于复合产品中果胶含量的增加,果胶作为一种天然胶凝剂,能够有效增强产品的结构完整性,减少振荡过程中产生的碎屑量。两种重组梨脆片在25 ℃条件下的吸湿特性如图4所示。随着时间的延长,两种重组梨脆片的吸湿性逐渐上升,最终达到平衡。整个贮藏过程中单一重组梨脆片的吸湿性一直高于复合重组梨脆片。干燥后的复合重组梨脆片吸湿性在第5天达到平衡,干燥后单一重组梨脆片的吸湿性在第9天左右达到平衡,吸附终止时,单一重组梨脆片的吸湿性比复合重组梨脆片高9.25%,在复合重组梨脆片中,百合中的淀粉、梨自身的果胶及山药中的水溶性蛋白质形成三维凝胶网络和致密结构,有效减少水分与外界的交换。这有利于减少因环境湿度波动导致的品质变化,提高产品的贮藏稳定性。
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6 不同重组梨脆片间营养成分差异
表5为两种重组梨脆片的营养成分差异。复合重组梨脆片的总酚、总黄酮、VC与多糖含量显著高于单一重组梨脆片(P<0.05),含量分别提高了0.4、0.63、0.51 mg/g和2.03 mg/g。该现象源于复合重组梨脆片中3 种原料与梨复配后形成多源活性物质的加乘效应。酚类化合物是百合重要的药用成分;山药中富含多糖、黄酮及皂苷等活性物质;银耳则贡献银耳多糖、黄酮及多酚类成分。进一步分析发现,复合重组梨脆片的抗氧化活性显著增强(P<0.05),DPPH自由基清除率、ABTS阳离子自由基清除率分别提高13.88%和8.94%,这与酚类物质的含量直接相关。酚类化合物存在两种典型构型:C6—C1型结构和C6—C3—C6环状结构,基于这种结构特性,使其具有清除自由基、提供氢原子或电子,以及螯合金属离子的能力,从而具备抗氧化活性,酚类物质含量越高,抗氧化能力越强。




7 不同重组梨脆片间风味特性差异
7.1 电子鼻分析结果
电子鼻配备了10 个能精确感知挥发性化合物存在与浓度的加热型传感器,对挥发性化合物具有不同的选择性和敏感性。图5为两种重组梨脆片的电子鼻检测数据。从雷达图可以看出,电子鼻对两种样品均产生检测信号,虽然轮廓形态相近,但传感器响应值仍存在一定差异。其中,W1W、W2W及W5S传感器的响应值较为突出,说明冻干后的重组梨脆片所含主要风味成分来源于硫化物(无机与有机)以及芳香类物质。复合重组梨脆片在各处的响应值均高于单一重组梨脆片,这可能是由于百合、山药和银耳的加入提高了复合重组梨脆片中醇类、醛类以及无机硫化物等挥发性物质含量。由主成分分析(PCA)图可知,PC1、PC2总贡献率超过了90%,表明电子鼻能反映两种重组梨脆片中挥发性成分的变化。其中,PC1的贡献率显著高于PC2,这说明PC1对气味的影响较大。
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7.2 电子舌分析结果
A图6为两种重组梨脆片的电子舌检测结果。由雷达图可以发现,两种重组梨脆片样品对甜味和鲜味的感知最强,对酸味感知最弱。值得注意的是,复合重组梨脆片的苦味响应值较单一重组梨脆片更高,这由于其具有较高的蛋白质含量,加工过程中的蛋白质水解可能产生具有苦味特性的低分子肽。PCA结果显示,PC1与PC2的累计贡献度达87.6%,证实电子舌能有效捕捉样品风味特征。其中PC1贡献率显著高于PC2,这表明PC1对滋味特征影响较大,且两种重组梨脆片在PCA图中距离较远,这说明二者之间的味道具有显著差异。
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结 论
通过研究复合重组技术对砀山梨片冻干效率及品质的影响,发现冻干复合重组梨脆片的淀粉、蛋白质和可溶性糖(果糖、葡萄糖、山梨糖醇和蔗糖之和)含量分别提高69.59、1.14 mg/g和266.07 mg/g,总酚、总黄酮、VC和多糖含量分别增加0.4、0.63、0.51 mg/g和2.03 mg/g,抗氧化活性增强(DPPH自由基清除率、ABTS阳离子自由基清除率分别提高13.88%和8.94%);微观结构呈现规则蜂窝状多孔网络,硬度和脆度分别提高13.64%和97.6%,振荡破损率降低23.44%,吸湿性降低9.25%。复合重组技术通过引入百合、山药和银耳,显著改变风味特征,苦味物质含量增加,挥发性成分丰富度提升。但复合重组技术导致冻干干燥时间延长了40%。该研究为高附加值果蔬冻干产品的开发提供了理论依据和技术支撑,后续可采用预处理技术提升冻干复合重组果蔬产品的干燥效率,降低生产成本,提高经济效益。
作者简介
通信作者

第一作者

实习编辑:王忠;责任编辑:张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
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