王森浩，罗仓学，张春芳

(陕西科技大学 食品与生物工程学院，西安 710021)

压差膨化干燥技术作为一种新型的加工技术，为果蔬的深加工提供了广阔的空间，为果品蔬菜初级产品的转化增值提供了方向。它利用相变和气体的热压效应，将被加工的果蔬内部的液体迅速升温气化、增压膨胀，并依靠气体的膨胀带动物料组织中物质结构的变性，从而使物料形成均匀的、具有一定膨化度和脆度的疏松结构。压差膨化干燥技术发展于真空干燥技术，因其产品具有绿色天然、品质优良、食用方便、易于贮存等特点，市场需求不断增大，有关压差膨化干燥技术的研究也成为研究热点[1-6]。

合适的预处理可以有效地改变果蔬内部的结构和特性，从而对其后期压差膨化产生有利的影响。而对于胡萝卜，由于其致密的组织结构及高淀粉含量，较难进行压差膨化[7]。目前对胡萝卜预处理方式的研究相对较少，主要包括糖浆浸泡和冷冻处理两种。黄宗海等[8]研究了麦芽糖浆浓度、冷冻处理和水分含量对胡萝卜膨化效果的影响。毕金峰等[9]也探讨了预处理对胡萝卜膨化干燥的影响。糖浆浸泡处理增加了产品的糖含量，降低了压差膨化产品绿色天然的特点；冻融处理也存在能耗过大的问题。针对这些问题，本试验拟探索全新的处理方式，为压差膨化技术的进一步改进和完善提供了理论依据。

CO2作为一种廉价、无毒、安全的气体，具有优良的渗透性，其使用后在食品中无残留，近年来在食品领域使用频繁[10-12]。结合压差膨化原理，本试验旨在探讨CO2处理对胡萝卜压差膨化效果的影响，优化胡萝卜的膨化工艺，为压差膨化技术更广泛的应用提供了理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

新鲜胡萝卜：购于西安未央区祥云果品批发市场；碳酸氢钠(分析纯)：天津市大茂化学试剂厂；二氧化碳：西安市航飞供气站。

1.1.2 仪器设备

JA-XT Plus 21/50物性分析仪 英国Stable Micro System 公司；压差膨化设备 陕西科技大学食品与生物工程学院自行研制；CM-5分光测色仪 日本柯尼卡美能达公司；BC/BD-428A海尔冷冻柜 海尔股份有限公司；电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司。

1.2 方法

本试验中，二氧化碳的来源分化学方法和物理方法两种。

物理方法：将胡萝卜放入加压舱，通过使用CO2进行加压处理，使得CO2扩散进入胡萝卜。

1.2.1 单因素和正交试验

胡萝卜经清洗去泥，横向切片(5±1) mm，于沸水中热烫5 min后用冷水冷却，之后进行单因素试验及正交试验。压差膨化工艺具体参数为：膨化温度(90±2) ℃，膨化压力(0.2±0.02) MPa，停滞时间10 min，抽真空干燥温度(75±2) ℃，抽真空干燥时间3 h，原料量(5±0.1) kg/m2。

1.2.2 验证试验

在单因素试验基础上，选取最佳NaHCO3溶液浓度、NaHCO3溶液浸泡时间、CO2加压比例、CO2加压时间，胡萝卜经清洗去泥，横向切片(5±1) mm，于沸水中热烫5 min后用冷水冷却，分别采用NaHCO3溶液处理、CO2加压处理及两者协同处理对胡萝卜进行CO2处理，并进行压差膨化。压差膨化工艺参数同1.2.1。

1.3 分析检测方法

1.3.1 脆度的测定

T.P.A.测定法。采用TA-XT Plus 21/50型分析仪进行测定，具体参数设置如下：探头型号P/0.25 s，测试速度1 mm/s，测试下压距离2 mm，仪器自动测定应力的变化，给出应力时间变化曲线。脆度值：曲线上最大力的峰值与达到最大力所用时间的比值，单位为“N/s”，数值越大，脆性越好[13-15]。

1.3.2 色泽的测定

采用CM-5分光测色仪进行测定。L*，a*，b*值：L*值表示色泽的明亮度，L*值的范围在0～100，L*=0表示黑色，L*=100表示白色，L*值越大，表示亮度越高、褐变越轻；L*值越小，表示褐变越严重。

对产品进行脆度测定后，使用万能粉碎机进行磨粉并过100目筛，采用测色仪进行5次测定，记录L*，a*，b*值，最后取平均值并记录。

1.4 数据处理

采用SPSS 17.0统计软件对试验数据进行单因子方差分析，各处理间差异采用Duncan新复极差比较法分析。

2 试验设计

2.1 单因素试验

2.1.1 NaHCO3溶液浓度

热烫处理过的胡萝卜经冷水冷却后，沥掉表面水分，分别置于质量分数0.5%，1%，1.5%，2%的NaHCO3溶液中，于冰箱冷藏室温度(8±1) ℃浸泡24 h，用蒸馏水多次冲洗，在55 ℃烘箱中进行预干燥至水分含量为65%，均湿，采用0.1 MPa CO2+0.1 MPa空气加压比加压处理10 min后进行压差膨化。

2.1.2 NaHCO3溶液浸泡时间

热烫处理过的胡萝卜经冷水冷却后，沥掉表面水分，置于质量分数1%的NaHCO3溶液中，于冰箱冷藏室，温度(8±1) ℃分别浸泡6，12，18，24 h，用蒸馏水多次冲洗，在烘箱中于55 ℃进行预干燥至水分含量为65%，均湿，采用0.1 MPa CO2+0.1 MPa空气加压比加压处理10 min后进行压差膨化。

2.1.3 CO2加压比例

控制加压总压力为0.2 MPa，采取CO2+空气对胡萝卜进行加压处理。热烫处理过的胡萝卜经冷水冷却后，沥掉表面水分，置于质量分数1%的NaHCO3溶液中，于冰箱冷藏室，温度(8±1) ℃浸泡24 h，用蒸馏水多次冲洗，在烘箱中于55 ℃进行预干燥至水分含量为65%，均湿，按表1加压比分别加压处理10 min，进行压差膨化(由于空气中CO2含量仅占0.04%，故可忽略空气中CO2占比)。

表1 CO2加压比例Table 1 Pressurization ratio of CO2

2.1.4 CO2加压时间

热烫处理过的胡萝卜经冷水冷却后，沥掉表面水分，置于质量分数1%的NaHCO3溶液中，于冰箱冷藏室，温度(8±1) ℃浸泡24 h，用蒸馏水多次冲洗，在烘箱中于55 ℃进行预干燥至水分含量为65%，均湿，采取0.1 MPa CO2+0.1 MPa空气加压比分别加压5，10，15，20 min，进行压差膨化。

2.2 正交试验

在单因素试验的基础上设计三因素三水平正交试验，其因素及水平见表2。

表2 L9(33)正交试验设计表Table 2 L9(33) orthogonal test designTable

3 结果与分析

3.1 单因素试验结果分析

3.1.1 NaHCO3浓度对胡萝卜膨化效果的影响

NaHCO3浓度对胡萝卜膨化效果的影响见表3。

表3 NaHCO3浓度对胡萝卜膨化效果的影响Table 3 Effect of NaHCO3 concentration on expansion effect of carrot

注：同一列的不同字母表示差异显著(p<0.05)。

由表3可知，随着NaHCO3浓度的增大，产品的脆度值逐渐降低。当NaHCO3浓度在0～1%时，随着NaHCO3浓度的升高，产品的脆度值及亮度都逐渐降低；当NaHCO3浓度达到1%以上时，产品的脆度值及亮度基本保持不变。植物组织浸泡于盐溶液中时，浸泡一定的时间，盐溶液浓度的不同导致渗透进入植物组织中的溶质量不同。渗透进入胡萝卜组织的NaHCO3量的不同，决定了其膨化时所释放出的CO2量不同。综合考虑，选取1%的NaHCO3为处理胡萝卜的最佳浓度。

3.1.2 NaHCO3浸泡时间对胡萝卜膨化效果的影响

NaHCO3浸泡时间对胡萝卜膨化效果的影响见表4。

由表4可知，随着浸泡时间的增长，胡萝卜的脆度逐渐降低。当浸泡时间达到12 h以上时，产品的脆度不再发生显著变化。随着浸泡时间的增长，NaHCO3逐渐渗透进入胡萝卜，达到一定时间后，胡萝卜内部NaHCO3浓度会达到饱和，不再变化，继而所能释放出的CO2的量也不再变化。故选取NaHCO3的最佳浸泡时间为12 h。

表4 NaHCO3浸泡时间对胡萝卜膨化效果的影响Table 4 Effect of soaking time of NaHCO3 on expansion effect of carrot

注：同一列的不同字母表示差异显著(p<0.05)。

3.1.3 CO2加压比例对胡萝卜膨化效果的影响

CO2加压比例对胡萝卜膨化效果的影响见表5。

表5 CO2加压比例对胡萝卜膨化效果的影响Table 5 Effect of CO2 pressurization ratio on expansion effect of carrot

注：同一列的不同字母表示差异显著(p<0.05)。

通过使用CO2与空气混合加压，考察CO2加压比例对胡萝卜膨化效果的影响。由表5可知，在CO2压力达到0.15 MPa之前，即CO2与空气压力比小于3∶1时，产品的脆度没有发生明显变化；CO2压力达到0.15 MPa之后，即产品的脆度有一个上升的趋势；当完全采用CO2进行加压处理时，产品的脆度达到最高值。当加压压力及加压时间一定时，CO2比例的不同，影响CO2扩散进入胡萝卜片的量不同。而对于产品的L*值，其不随CO2压力的变化而变化，表明CO2加压压力对产品的亮度值没有显著性作用，即CO2加压压力不影响产品的褐变。故选取最佳CO2加压比例为100%。

3.1.4 CO2加压时间对胡萝卜膨化效果的影响

CO2加压时间对胡萝卜膨化效果的影响见表6。

表6 CO2加压时间对胡萝卜膨化效果的影响Table 6 Effect of CO2 pressurization time on expansion effect of carrot

注：同一列的不同字母表示差异显著(p<0.05)。

由表6可知，产品的脆度值随加压时间的增长，有一个先上升后平稳的过程，当处理时间达到15 min时，产品的脆度不再发生明显变化，基本稳定。CO2加压处理胡萝卜，CO2气体在胡萝卜内部和外部形成浓度差，CO2通过热运动进入胡萝卜，由于加压压力确定，随着CO2加压处理时间的增长，进入胡萝卜的CO2逐渐增多，胡萝卜内外CO2浓度差逐渐消失，当胡萝卜内外CO2浓度相等时，进入胡萝卜的CO2量不再变化，达到最大值。故选取最适CO2加压时间为15 min。

3.2 正交试验结果

根据CO2加压比单因素试验结果，选择100% CO2进行加压处理，正交试验不再分析。以产品脆度为评价指标，综合单因素试验结果，设计三因素三水平正交试验，结果见表7。

表7 正交试验结果Table 7 Orthogonal test results

由表7可知，CO2处理胡萝卜进行压差膨化的最佳工艺为A3B3C2，即NaHCO3浸泡浓度为1.5% NaHCO3，浸泡时间为18 h，CO2加压时间为15 min。由R值可以看出，3个因素对胡萝卜膨化效果的影响大小顺序为：B(NaHCO3浸泡时间)>C(CO2加压时间)>A(NaHCO3浸泡浓度)。

3.3 验证试验结果

不同CO2处理方式对胡萝卜压差膨化效果的影响见图1。

图1 不同处理方式对胡萝卜压差膨化效果的影响Fig.1 Effect of different treatment methods on explosion puffying effect of carrot

由图1可知，采用NaHCO3溶液浸泡和CO2加压协同处理对胡萝卜进行CO2处理的效果更好，其脆度值达到2548.6 N/s，远高于单独任意一种处理方式，故采用协同处理方式对胡萝卜进行CO2处理效果更好。

4 结论

以胡萝卜为原料，研究了CO2处理对膨化效果的影响，试验结果表明：NaHCO3溶液浓度、NaHCO3溶液浸泡时间、CO2加压比例及CO2加压时间对膨化效果均有显著影响(p<0.05)；使用化学方法和物理方法协同作用对胡萝卜进行CO2处理效果更好；在使用100% CO2进行加压处理的条件下，通过正交试验确定影响膨化效果的因素依次为：NaHCO3溶液浸泡时间>CO2加压时间>NaHCO3溶液浸泡浓度，得出最优工艺：NaHCO3溶液浸泡时间为18 h，CO2加压时间为15 min，NaHCO3溶液浸泡浓度为1.5%。