陳 紅，萬(wàn) 琛，潘海兵，田皓予，李善軍,4,5

蒸燙處理對(duì)寬皮柑橘去皮的影響及作用機(jī)制

陳 紅1,2,3，萬(wàn) 琛1,2,3，潘海兵1,2,3，田皓予1,2,3，李善軍1,2,3,4,5

（1. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，武漢 430070；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；3. 國(guó)家柑橘保鮮技術(shù)研發(fā)專(zhuān)業(yè)中心，武漢 430070；4. 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（柑橘）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，武漢 430070；5. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部柑橘全程機(jī)械化科研基地，武漢 430070）

寬皮柑橘去皮前常采用蒸燙處理以降低去皮難度，在實(shí)際加工中由于缺少相關(guān)理論支撐，關(guān)于柑橘蒸燙去皮的作用機(jī)制尚不明了，常存在因蒸燙不當(dāng)而導(dǎo)致去皮效果差的問(wèn)題。為了探究蒸燙處理對(duì)寬皮柑橘果皮力學(xué)特性、組織結(jié)構(gòu)、去皮性能的影響從而明確有效的蒸燙去皮工藝，該研究利用柑橘果皮分離性能測(cè)試平臺(tái)研究了不同蒸燙時(shí)間下柑橘的去皮性能，利用果皮拉伸力學(xué)特性測(cè)試平臺(tái)分析了蒸燙柑橘果皮的力學(xué)特性，基于Ray-CT斷層掃描技術(shù)研究了蒸燙處理對(duì)柑橘外果皮、白皮層、果肉結(jié)構(gòu)尺寸的影響規(guī)律，利用超景深顯微鏡和電子顯微鏡觀察了果皮顯微結(jié)構(gòu)的變化。在此基礎(chǔ)上，探討了蒸燙處理對(duì)柑橘去皮性能的影響機(jī)理。結(jié)果表明：蒸燙時(shí)間對(duì)柑橘果皮分離時(shí)的最大拉力、分離位移、果皮的斷裂強(qiáng)度、果皮與果肉間孔隙率影響極顯著（<0.01），分離位移和斷裂強(qiáng)度呈正相關(guān)，最大拉力和果皮與果肉間孔隙率呈負(fù)相關(guān)。隨著蒸燙時(shí)間增加，果皮表面會(huì)起皺粗糙，果皮截面果膠化合物發(fā)生溶解，薄壁組織細(xì)胞和維管束組織坍塌消失，進(jìn)而果皮與果肉間孔隙率逐漸增大、果皮斷裂強(qiáng)度先增大后減小，導(dǎo)致去皮過(guò)程中最小拉力減小，分離位移先增大后減小。在蒸燙時(shí)間3 min時(shí)，最大拉力達(dá)到較小值1.59 N，相對(duì)于對(duì)照組減少了42.8%，果皮不易被拉斷，分離位移達(dá)到最大值41.81 mm，相對(duì)于對(duì)照組增加了19.6%，整體去皮效果最好；蒸燙時(shí)間超過(guò)3 min后，果皮變得綿軟易拉斷，不利于果皮剝離。該研究為改善寬皮柑橘去皮困難和豐富蒸燙去皮機(jī)理提供了理論參考。

力學(xué)特性；試驗(yàn)；寬皮柑橘；蒸燙處理；組織結(jié)構(gòu)；去皮性能

0 引 言

寬皮柑橘的果皮和瓤肉之間結(jié)合較緊密[1]，加之果皮脆性大、易斷裂，難以成片剝離，這些都增大了去皮的難度[2]。因此，在橘瓣罐頭、柑橘果醋等寬皮柑橘深加工產(chǎn)品的生產(chǎn)中，常在手工或機(jī)械去皮前進(jìn)行熱燙處理，以減小果皮脆性，降低去皮難度，便于皮、瓤分離[3-5]。

熱燙是果蔬去皮或剝皮加工中常用的一種方法[6]。熱燙處理后，果蔬細(xì)胞壁中高分子量果膠聚糖逐漸溶解、流失，引起細(xì)胞部分分離，表皮與內(nèi)組織細(xì)胞粘著性減弱[7-8]；同時(shí)，細(xì)胞膨壓?jiǎn)适?，?xì)胞壁收縮，細(xì)胞膜破裂[9-11]，“纖維素微纖絲-半纖維素-果膠質(zhì)”的經(jīng)緯結(jié)構(gòu)被破壞，細(xì)胞間結(jié)合力減小，果蔬質(zhì)地軟化，這些變化降低了直接去皮的難度[12-13]。

關(guān)于果蔬剝皮特性的研究主要集中在獼猴桃與番茄方面。Harker等[14]研究了獼猴桃果皮分離機(jī)理，從生物結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能等方面研究果皮與果肉附著力以及果皮撕裂性能。Wang等[15]研究經(jīng)過(guò)處理后的番茄表皮細(xì)胞形態(tài)的變化與果皮瞬時(shí)的壓力和溫度升高之間的相關(guān)性，利用彈性薄殼理論闡述果皮開(kāi)裂的原因。

在柑橘熱燙去皮研究方面，王麗娟[16]研究了熱水煮燙對(duì)寬皮橘橘皮微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)、理化性質(zhì)的影響，評(píng)價(jià)了熱水煮燙橘肉的感官風(fēng)味，確定柑橘經(jīng)85 ℃熱水漂燙70 s后，橘皮抗拉強(qiáng)度增加，韌性提高，容易去皮。前期研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是熱水煮燙還是熱蒸氣蒸燙，隨時(shí)間延長(zhǎng)，果實(shí)脆性逐漸降低，果皮的去凈率顯著提高；同時(shí)，熱燙對(duì)果實(shí)口感風(fēng)味影響顯著[17-18]，相同處理時(shí)間下，熱水煮燙處理對(duì)果實(shí)脆性、彈性、口感的影響比熱蒸汽處理大，當(dāng)熱水煮燙超過(guò)3 min時(shí)，果實(shí)風(fēng)味急劇變酸，有較強(qiáng)的煮熟味[19]；蒸燙時(shí)間在5 min內(nèi)對(duì)柑橘剝皮特性有顯著影響，超過(guò)2 min后，柑橘果皮微觀結(jié)構(gòu)變化明顯[20]。

綜上所述，有關(guān)柑橘熱燙去皮技術(shù)的研究主要集中在熱燙工藝對(duì)柑橘去皮性能、風(fēng)味品質(zhì)影響等方面，關(guān)于熱燙如何影響柑橘宏微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響去皮性能等方面的研究鮮有報(bào)道。柑橘的組織結(jié)構(gòu)、表皮和瓤肉之間的結(jié)合方式與番茄等外表皮角質(zhì)化類(lèi)果蔬差異較大，不同產(chǎn)地、品種柑橘的去皮難度也不同。因此，本文在前期研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)展蒸燙處理對(duì)寬皮柑橘果皮力學(xué)特性、果皮與果肉組織結(jié)構(gòu)以及去皮性能的研究，旨在探討柑橘蒸燙去皮機(jī)理，為優(yōu)化蒸燙處理工藝提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)研究對(duì)象為2020年10—11月采自武漢市江夏區(qū)的中熟溫州蜜橘。果實(shí)均已完全成熟，試驗(yàn)前果實(shí)表面潔凈，完整無(wú)破損，質(zhì)量（110±5）g，高（55±3）mm，果徑（65±2.5）mm，皮厚（2.5±0.2）mm。

1.2 儀器與設(shè)備

恒溫蒸汽鍋；顯微CT nano Voxel-2000CT機(jī)，電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描（computed tomography,CT）參數(shù)為像素矩陣為1 920×1 536，平板探測(cè)器像素尺寸為0.1m（三英精密儀器公司）；TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀，力精度為0.01 N，位移精度為0.01 mm（美國(guó)FTC公司）；VHX-6000超景深三維顯微鏡（基恩士公司）；JSM-6390/LV掃描電子顯微鏡。

1.3 試驗(yàn)方法

在前期研究的基礎(chǔ)上，選擇蒸燙時(shí)間作為試驗(yàn)因素，水平定為0 （對(duì)照）、1 、2、3、4 min。柑橘在蒸燙（水蒸氣99.8 ℃）后，分別開(kāi)展果皮去皮試驗(yàn)、果皮拉伸試驗(yàn)和CT掃描試驗(yàn)，其中果皮拉伸試驗(yàn)和去皮試驗(yàn)采用同一個(gè)柑橘，每組單因素試驗(yàn)20次，取平均值。柑橘在蒸燙后開(kāi)展果皮顯微觀察試驗(yàn)和掃描電鏡試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，選擇微觀結(jié)構(gòu)清晰的圖像。

1.3.1 寬皮柑橘蒸燙去皮性能試驗(yàn)

利用如圖1所示果皮分離性能測(cè)試平臺(tái)開(kāi)展蒸燙柑橘去皮性能試驗(yàn)[21]，主要包括TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀、固定架、旋轉(zhuǎn)夾持機(jī)構(gòu)、果皮夾和驅(qū)動(dòng)繩索。在柑橘赤道附近位置取寬度為25 mm的果皮，將果皮向外翻出15 mm。將柑橘放在旋轉(zhuǎn)夾持機(jī)構(gòu)中間，果皮夾夾住果皮外翻部分，質(zhì)構(gòu)儀驅(qū)動(dòng)探頭勻速上升，直至果皮被拉斷，試驗(yàn)結(jié)束。獲得載荷-位移曲線關(guān)系圖，載荷代表果、皮分離過(guò)程中所需拉力大小，位移代表果、皮分離過(guò)程中果皮從整果上分離的長(zhǎng)度；選擇最大拉力和分離位移作為試驗(yàn)指標(biāo)衡量柑橘的去皮性能：分離位移衡量果、皮分離時(shí)去皮的長(zhǎng)度大小與效果，分離位移越大，去皮效果越好；最大拉力衡量果皮與果肉間的結(jié)合力，最大拉力越小，去皮越容易。

1.3.2 寬皮柑橘果皮蒸燙拉伸試驗(yàn)

通過(guò)果皮拉伸試驗(yàn)研究蒸燙處理對(duì)柑橘果皮力學(xué)特性的作用規(guī)律。果皮樣本從柑橘最大果徑處切取，形狀為多圓弧類(lèi)工字型，長(zhǎng)度40 mm，寬度30 mm，中間的寬度為20 mm[22]。試驗(yàn)裝置如圖1。將柑橘果皮放在果皮夾具中間，質(zhì)構(gòu)儀驅(qū)動(dòng)探頭勻速上升，直至果皮被拉斷。果皮的斷裂強(qiáng)度代表了果皮發(fā)生形變的難易程度，斷裂強(qiáng)度越大，說(shuō)明果皮韌性越強(qiáng)，脆性越小，果皮越不容易被拉斷。因此選用斷裂強(qiáng)度作為試驗(yàn)指標(biāo)衡量果皮的力學(xué)特性。通過(guò)果皮拉伸所獲得的最大拉力可以計(jì)算出柑橘果皮的斷裂強(qiáng)度，計(jì)算公式如下：

式中為斷裂強(qiáng)度，MPa；為斷裂力，N；為果皮斷裂處橫截面積，mm2；為果皮斷裂面寬度，mm；為果皮斷裂面厚度，mm。

1.TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀 2.驅(qū)動(dòng)探頭 3.驅(qū)動(dòng)繩索 4.果皮夾 5.柑橘樣品 6. 旋轉(zhuǎn)夾持機(jī)構(gòu) 7.固定架

1.TMS-PRO texture analyzer 2.Drive probe 3.Drive rope 4.Peel clip 5.sample 6.Rotary clamping mechanism 7.Fixed frame

圖1 基于TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀的柑橘果皮分離性能測(cè)試平臺(tái)

Fig.1 Test platform ofpeel separation based on TMS-PRO texture analyzer

1.3.3 寬皮柑橘蒸燙CT掃描試驗(yàn)

通過(guò)Ray-CT斷層掃描試驗(yàn)研究柑橘在蒸燙處理下果皮與果肉間孔隙的變化。將寬皮柑橘放在完成預(yù)熱的CT掃描儀樣品臺(tái)上，進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)掃描，每次掃描得到1 080張32位tiff格式圖像。掃描時(shí)電壓設(shè)定為150 kV，電流為100 mA，曝光時(shí)間0.5 s，分辨率50m。利用Voxel Studio軟件對(duì)CT掃描得到的原始文件進(jìn)行處理：1）預(yù)重建：將1 080張tiff格式圖像進(jìn)行初步重建，得到柑橘的三維體；2）調(diào)整重建參數(shù)：調(diào)節(jié)Hu值和Beta值提高柑橘圖像的清晰度，對(duì)柑橘三維體進(jìn)行硬化矯正。

利用Dragonfly軟件對(duì)重建得到的柑橘三維體圖像進(jìn)行處理：1）圖像預(yù)處理：對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并以加快處理速度，對(duì)樣品進(jìn)行校正，增加圖像亮度和對(duì)比度，并對(duì)圖像進(jìn)行降噪和平滑處理；2）確定研究區(qū)域：利用球形工具選取柑橘整果區(qū)域進(jìn)行分割處理，并清除柑橘外圍無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)信息；3）閾值分割：通過(guò)調(diào)整閾值區(qū)間，觀察到柑橘內(nèi)部所有孔隙部分在一個(gè)閾值區(qū)間內(nèi)，外果皮和果肉部分在一個(gè)閾值區(qū)間內(nèi)，白皮層部分在一個(gè)閾值區(qū)間內(nèi)，利用目視法確定圖像的最優(yōu)分割閾值，對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，提取柑橘內(nèi)部所有孔隙部分和外果皮果肉部分；4）膨脹腐蝕和數(shù)學(xué)邏輯算法：對(duì)柑橘整果進(jìn)行腐蝕操作至外果皮部分全部被去掉，與外果皮和果肉部分進(jìn)行相交運(yùn)算，得到果肉部分，再利用相減運(yùn)算得到外果皮部分。利用矩形工具選取包含果肉與果肉間孔隙的內(nèi)果肉部分，與孔隙部分進(jìn)行相交運(yùn)算得到果肉與果肉間孔隙部分，再利用相減運(yùn)算得到果皮與果肉間孔隙部分，最后用柑橘整體與上述4部分相減得到白皮層部分；5）圖像分析與可視化：計(jì)算各部分的體積，對(duì)不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)渲染成不同的顏色進(jìn)行可視化。

以柑橘各部分體積占總體積比例為分析指標(biāo)，用柑橘果皮與果肉間孔隙率、柑橘果肉與果肉間孔隙率、柑橘果肉體積占比、柑橘果皮體積占比和柑橘白皮層體積占比衡量蒸燙處理對(duì)柑橘內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。相關(guān)計(jì)算公式如下：

式中ρ為柑橘各部分體積占比，%；V為柑橘各部分體積，mm3；為柑橘總體積，mm3；=1，2，3，4，5分別代表柑橘果皮與果肉間孔隙、果肉、外果皮、白皮層和果肉與果肉間孔隙。

1.3.4 寬皮柑橘蒸燙果皮顯微觀察試驗(yàn)

利用超景深三維顯微鏡觀察寬皮柑橘果皮的顯微結(jié)構(gòu)。將柑橘放置于移動(dòng)平臺(tái)上的底座內(nèi)固定，調(diào)整鏡頭高度和柑橘的位置，確定最佳觀察區(qū)域，鎖定并自動(dòng)對(duì)焦，對(duì)柑橘赤道附近位置的果皮進(jìn)行觀察和拍攝。光電三維彩色顯微鏡可以對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，自動(dòng)消除人為誤差，拍攝時(shí)采用VH-Z20R/Z20T超微型高性能變焦鏡頭，光源穩(wěn)定，觀測(cè)距離為25.5 mm。

1.3.5 寬皮柑橘果皮蒸燙掃描電鏡試驗(yàn)

試驗(yàn)均取3 mm的方形柑橘果皮，采用鍍膜法制樣。將處理后的柑橘果皮樣品直接放置在戊二醛固定液中，樣品與固定液放置于微真空環(huán)境下5 min以改善固定液的滲透性，再在4 ℃冷藏柜中冷藏，觀察前采用梯度酒精脫水法脫水，操作K850臨界點(diǎn)干燥儀對(duì)所得的樣品進(jìn)行干燥，干燥后置于鋁樣柱上鍍膜。采用NTC[JSM-6390LV]掃描電鏡觀察柑橘果皮微觀結(jié)構(gòu)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，拍攝具有代表性的圖像。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel軟件記錄數(shù)據(jù)和進(jìn)行方差分析，運(yùn)用SPSS 26.0軟件進(jìn)行LSD多重比較等統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用OriginPro 2019b軟件進(jìn)行回歸分析并繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒸燙對(duì)寬皮柑橘去皮性能的影響

蒸燙時(shí)間對(duì)柑橘去皮性能試驗(yàn)影響結(jié)果如圖2所示，蒸燙時(shí)間對(duì)柑橘果皮分離時(shí)最大拉力和分離位移的影響極顯著（<0.01）。隨著蒸燙時(shí)間的增加，最大拉力逐漸減小，分離位移先逐漸增加后減小。蒸燙時(shí)間在4 min時(shí)，最大拉力達(dá)到最小值1.51 N，相對(duì)于對(duì)照組（0 min）減少了45.7%；蒸燙時(shí)間在3 min時(shí)，分離位移達(dá)到最大值41.81 mm，相對(duì)于對(duì)照組（0 min）增加了19.6%。通過(guò)LSD多重比較可知，與對(duì)照組（0 min）比較，蒸燙處理顯著降低了柑橘果皮分離時(shí)的最大拉力（<0.05），使果皮更容易剝離，但蒸燙3和4 min的最大拉力差異不顯著，在蒸燙時(shí)間3 min時(shí)，最大拉力達(dá)到較小值1.59 N，相對(duì)于對(duì)照組減少了42.8%；蒸燙顯著增加了果皮分離位移（<0.05），使柑橘去皮效果更好，但是蒸燙時(shí)間超過(guò)3 min，分離位移減小，果皮易拉斷，不利于果皮剝離。結(jié)果表明，蒸燙時(shí)間在3 min時(shí)，柑橘去皮容易且去皮效果最好，去皮性能表現(xiàn)最好。

圖2 蒸燙處理對(duì)柑橘去皮性能的影響

2.2 蒸燙對(duì)寬皮柑橘果皮力學(xué)特性的影響

蒸燙處理對(duì)寬皮柑橘果皮斷裂強(qiáng)度的影響如表1所示，蒸燙時(shí)間對(duì)柑橘果皮的斷裂強(qiáng)度影響極顯著（<0.01），隨著蒸燙時(shí)間延長(zhǎng)，果皮的斷裂強(qiáng)度增大，表明果皮的韌性增強(qiáng)，在蒸燙時(shí)間3 min時(shí)，果皮斷裂強(qiáng)度達(dá)到最大；當(dāng)蒸燙時(shí)間超過(guò)3 min后，果皮斷裂強(qiáng)度減小，表明果皮的韌性降低。斷裂強(qiáng)度最大時(shí)相對(duì)于對(duì)照組（0 min）增大了28.2%，通過(guò)LSD多重比較可知，與對(duì)照組（0 min）相比，蒸燙處理顯著增大了柑橘果皮的斷裂強(qiáng)度（<0.05），表明蒸燙處理可以有效改善柑橘果皮的力學(xué)特性，使得脆性減小，果皮不容易被拉斷。

表1 蒸燙處理對(duì)柑橘果皮斷裂強(qiáng)度的影響

2.3 蒸燙對(duì)寬皮柑橘內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響

從圖3的對(duì)照和蒸燙3 min的柑橘CT圖像（果徑處切面）可以看出，蒸燙處理后紅色部分所代表的果皮與果肉間孔隙增大，蒸燙處理后，果肉受熱膨脹體積增大，果肉向內(nèi)收縮，果肉與果肉間孔隙減少。不同蒸燙時(shí)間下寬皮柑橘各組分體積占比如表2所示。結(jié)果表明，蒸燙時(shí)間對(duì)果皮與果肉間孔隙率、果肉與果肉間孔隙率、外果皮和白皮層的體積占比影響極顯著（<0.01），對(duì)果肉影響顯著（<0.05）。隨蒸燙時(shí)間增加，果皮與果肉間孔隙率呈增大趨勢(shì)，說(shuō)明果皮與果肉之間的空隙增大，有利于果皮與果肉分離，在蒸燙時(shí)間4 min時(shí)，果皮與果肉間孔隙率最大，相比于對(duì)照組（0 min）增大了35.8%；白皮層體積占比逐漸減小，外果皮體積占比增大，說(shuō)明白皮層與外果皮粘合在一起，果肉上白皮層覆蓋率降低，有利于提高去皮效果。

注：黃色部分代表柑橘果肉，橙色部分代表柑橘外果皮，藍(lán)色部分代表柑橘白皮層，紅色部分代表柑橘果皮與果肉間的孔隙，綠色部分代表柑橘果肉與果肉間的孔隙。

2.4 蒸燙對(duì)寬皮柑橘果皮顯微結(jié)構(gòu)的影響

圖4為不同蒸燙時(shí)間下寬皮柑橘果皮表面的顯微結(jié)構(gòu)，柑橘果皮覆蓋著一層植物角質(zhì)層，散布著大量油胞[23]。蒸燙前橘皮蠟質(zhì)層平整，果皮內(nèi)油胞大而飽滿，油胞之間間隙大，橘皮細(xì)胞完整，如圖4a所示；隨著蒸燙時(shí)間增加，油胞外薄壁組織破碎，精油流失，油胞坍塌、小而萎縮，外果皮結(jié)構(gòu)被破壞，橘皮蠟質(zhì)層呈塊狀，油胞組織之間間隙變小，如圖4b～4d所示；在長(zhǎng)時(shí)間蒸燙處理下（大于3 min時(shí)），柑橘果皮表面的角質(zhì)層結(jié)構(gòu)開(kāi)始出現(xiàn)裂縫，變得粗糙，起皺明顯，油胞形態(tài)完全被破壞，如圖4e所示。

2.5 蒸燙對(duì)寬皮柑橘果皮微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖5展示了不同蒸燙時(shí)間下寬皮柑橘的果皮微觀結(jié)構(gòu)，分別有果皮表面、氣孔和果皮截面的圖像。柑橘果皮表面主要由被角質(zhì)層覆蓋的外表皮層、包含油腺和晶體的薄壁組織細(xì)胞組成，上面分布著氣孔[24-25]；果皮截面清晰可見(jiàn)薄壁細(xì)胞組織和由果膠、纖維素等組成的網(wǎng)狀維管束組織，以及部分連接松散的白皮層[16,25]。

表2 蒸燙時(shí)間對(duì)柑橘各組分體積占比的影響

注：同一因素（行）肩標(biāo)小寫(xiě)字母不同表示差異顯著（<0.05），*表示顯著（<0.05），**表示極顯著（<0.01）。1、2、3、4、5分別為果皮與果肉間孔隙率、果肉體積占比、外果皮體積占比、白皮層體積占比、果肉與果肉間孔隙率。

Note: for the same factor (row), different lowercase letters of shoulder mark indicated significant differences （<0.05）, * indicated significant differences （<0.05）, ** indicated extremely significant differences （<0.01）.1,2,3,4,5are porosity between peel and pulp, percentage of pulp volume, volume percentage of exocarp, volume proportion of white skin, porosity between pulp and pulp.

圖4 不同蒸燙時(shí)間的柑橘果皮顯微結(jié)構(gòu)圖像

圖5 不同蒸燙時(shí)間的柑橘果皮微觀結(jié)構(gòu)

如圖5a所示，蒸燙處理前的果皮表面相對(duì)平整飽和，組織之間空隙大，氣孔輪廓清晰可見(jiàn)。隨著蒸燙時(shí)間增加，表面的細(xì)胞組織開(kāi)始收縮，逐漸起皺，表面起伏出現(xiàn)變化，變得粗糙凹凸不平，出現(xiàn)溝壑，蠟質(zhì)層呈現(xiàn)塊狀形態(tài)，在蒸燙3 min內(nèi)能捕捉到的氣孔數(shù)目更多。在蒸燙時(shí)間4 min時(shí)，果皮的起皺現(xiàn)象更加明顯，表皮細(xì)胞組織被破壞，氣孔幾乎消失，出現(xiàn)顆粒狀的白斑，有破裂脫離的跡象。這是因?yàn)橄炠|(zhì)在熱環(huán)境下形成“熔融狀態(tài)”，冷卻后重新定型，呈現(xiàn)不規(guī)則的形態(tài)。

如圖5b所示，蒸燙處理前的氣孔結(jié)構(gòu)完整，凸出表面呈閉合狀。隨著持續(xù)的蒸燙處理后，氣孔由凸變凹，開(kāi)孔面積增大，氣孔變得更開(kāi)放，在蒸燙4 min蒸燙時(shí)，可以明顯看到氣孔的保衛(wèi)細(xì)胞遭受損傷，角質(zhì)層受到破壞開(kāi)始脫落，但在蒸燙時(shí)間3 min以?xún)?nèi)，這一現(xiàn)象并不明顯。

圖5c所示為不同蒸燙時(shí)間下果皮截面的微觀結(jié)構(gòu)變化，蒸燙處理前可以清晰地觀察到薄壁組織細(xì)胞之間的間隙。隨著蒸燙時(shí)間增加，果皮中果膠化合物開(kāi)始溶解，截面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)開(kāi)始消失，薄壁組織細(xì)胞和松散的維管束組織坍縮劇烈，超過(guò)3 min蒸燙后，圖像中的細(xì)胞結(jié)構(gòu)幾乎全被破壞，白皮層的薄壁組織完全坍塌，細(xì)胞壁呈片狀脫落。韓濤等[26]的研究表明，果蔬在受到熱燙處理后，組織細(xì)胞各結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生不同程度的收縮和破裂，造成果蔬細(xì)胞中的果膠大量流失，因此白皮層結(jié)構(gòu)被破壞可能與之有關(guān)。

3 討 論

3.1 蒸燙果皮力學(xué)特性、果皮與果肉間孔隙率與去皮性能之間的關(guān)系

比較表1和圖6，隨著蒸燙時(shí)間增加，果皮斷裂強(qiáng)度的變化趨勢(shì)和柑橘去皮過(guò)程中分離位移的變化趨勢(shì)相似，由于去皮試驗(yàn)和果皮拉伸試驗(yàn)采用的是同一個(gè)柑橘，因此將柑橘果皮的斷裂強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)的分離位移進(jìn)行相關(guān)性分析。相關(guān)性如圖6所示，決定系數(shù)2為0.930 58，分離位移和斷裂強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)關(guān)系（<0.05），表明斷裂強(qiáng)度越大，果皮的韌性越大，果皮越不容易拉斷，柑橘去皮過(guò)程中的分離位移越大，去皮效果越好。

表2所示果皮與果肉間孔隙率變化趨勢(shì)與圖7所示最大拉力變化趨勢(shì)相反，因此，采用同一蒸燙時(shí)間下果皮與果肉間孔隙率的平均值與最大拉力的平均值進(jìn)行決定分析，建立描述這兩個(gè)參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系模型。相關(guān)性如圖7所示，決定系數(shù)2為0.991 74，可以得到最大拉力與果皮與果肉間孔隙率之間呈顯著負(fù)相關(guān)（<0.05），表明果皮與果肉間孔隙率越大，果皮與果肉之間的空隙就越大，果皮與果肉越容易分離，去皮過(guò)程中的最大拉力越小，去皮越容易。

3.2 蒸燙處理對(duì)寬皮柑橘去皮性能影響的作用機(jī)制分析

柑橘的宏觀結(jié)構(gòu)和果皮的力學(xué)特性與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，從微觀結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，可以對(duì)其宏觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性的變化進(jìn)行解釋?zhuān)暧^結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性又和柑橘的去皮性能有關(guān)，從而分析柑橘蒸燙去皮性能變化的機(jī)理性原因。

圖6 分離位移和果皮斷裂強(qiáng)度的線性擬合

圖7 最大拉力和孔隙率的線性擬合

將上述研究?jī)?nèi)容進(jìn)行整理總結(jié)可知，蒸燙處理會(huì)引起柑橘組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，主要體現(xiàn)在果皮表面和果皮截面上。蒸燙前果皮表面結(jié)構(gòu)比較平坦完整，組織之間間隙大，拉伸去皮時(shí)斷裂口易沿著間隙延展，導(dǎo)致果皮脆性大，斷裂強(qiáng)度小，果皮容易被拉斷，造成柑橘去皮時(shí)分離位移過(guò)小，去皮效果差。蒸燙處理后果皮表面結(jié)構(gòu)被破壞，表面變得粗糙，油胞組織之間間隙變小，果皮斷裂強(qiáng)度增大，韌性增強(qiáng)，脆性減小，不容易被拉斷，柑橘去皮時(shí)分離位移增大，利于果皮連續(xù)剝離。長(zhǎng)時(shí)間蒸燙處理下（大于3 min時(shí)），果皮表面組織細(xì)胞完全被破壞，果皮變得松弛，出現(xiàn)裂縫容易破裂，導(dǎo)致果皮斷裂強(qiáng)度減小，果皮綿軟易被拉斷，果皮剝離時(shí)分離位移變小，去皮效果變差。

蒸燙處理后果皮截面果膠轉(zhuǎn)化為水溶性果膠，白皮層結(jié)構(gòu)被破壞，受到水蒸氣影響會(huì)粘附在外果皮上，外果皮截面的細(xì)胞組織坍縮劇烈，在高溫下不能保持原有的形狀而塌陷，與白皮層橘絡(luò)部分粘結(jié)在一起，造成白皮層體積占比減小而外果皮體積占比增大；白皮層的橘絡(luò)部分減少，且維管束組織坍縮，導(dǎo)致果皮與果肉間孔隙率增大，果皮與果肉間粘結(jié)力變小。表現(xiàn)為柑橘去皮性能的變化：去皮過(guò)程中最大拉力減少，并且去皮后果肉上黏連的白皮層減少，去皮效果更好。

結(jié)合蒸燙處理對(duì)柑橘組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化、宏觀結(jié)構(gòu)的變化、果皮力學(xué)特性的變化，得出蒸燙處理對(duì)柑橘去皮性能的影響機(jī)制。如圖8所示，經(jīng)過(guò)蒸燙處理的柑橘各層組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引起果皮斷裂強(qiáng)度和果皮與果肉間孔隙率的變化，進(jìn)而影響柑橘去皮性能。通過(guò)改變蒸燙去皮技術(shù)的工藝，引起柑橘組織細(xì)胞的變化，設(shè)法增加柑橘果皮與果肉間孔隙率、提高果皮的斷裂強(qiáng)度是獲得良好去皮效果的關(guān)鍵。

圖8 蒸燙處理對(duì)柑橘去皮性能影響機(jī)理的流程圖

4 結(jié) 論

本文通過(guò)寬皮柑橘蒸燙去皮試驗(yàn)，研究了不同蒸燙時(shí)間對(duì)柑橘去皮性能的影響，結(jié)合寬皮柑橘果皮蒸燙拉伸試驗(yàn)、CT掃描試驗(yàn)和果皮顯微觀察和電鏡掃描試驗(yàn)，分析了不同蒸燙時(shí)間下柑橘果皮與果肉間孔隙率和果皮斷裂強(qiáng)度的變化，探討了柑橘蒸燙去皮的機(jī)理，得出的主要結(jié)論有：

1）蒸燙時(shí)間對(duì)柑橘去皮性能影響顯著，新鮮柑橘果皮和果肉之間的結(jié)合力大，難以去皮，蒸燙后結(jié)合力變小。蒸燙3 min時(shí)，分離位移達(dá)到最大值41.81 mm，相對(duì)于對(duì)照組增加了19.6%，使果皮更容易地呈片剝離，去皮效果最好；同時(shí)最大拉力值較小，為1.59 N，相對(duì)于對(duì)照組減少了42.8%，表明容易去皮，效率高。

2）基于Ray-CT斷層掃描技術(shù)，將柑橘分為果皮、果肉、白皮層、果皮與果肉間孔隙率和果肉與果肉間孔隙率。蒸燙時(shí)間對(duì)上述各部分體積占比均有顯著影響。隨著蒸燙時(shí)間增加，果皮與果肉間孔隙率增大，造成果皮與果肉間黏結(jié)力降低，最大拉力減少，白皮層覆蓋率減小，去皮效果好。

3）隨著蒸燙時(shí)間的增加，柑橘果皮的斷裂強(qiáng)度不斷增大，果皮脆性降低，韌性增強(qiáng)；但蒸燙時(shí)間超過(guò)3 min后，果皮斷裂強(qiáng)度減小，果皮綿軟易被拉斷，韌性降低，造成去皮過(guò)程中的分離位移先增大后減少。

4）蒸燙處理會(huì)引起果皮表面和果皮截面組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化，隨著蒸燙時(shí)間的增加，果皮表面會(huì)變得起皺粗糙，果皮截面果膠化合物發(fā)生溶解，薄壁組織細(xì)胞和維管束組織坍塌消失。

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Effects and mechanism of blanching treatment on peeling ofBlanco

Chen Hong1,2,3, Wan Chen1,2,3, Pan Haibing1,2,3, Tian Haoyu1,2,3, Li Shanjun1,2,3,4,5

(1.,,430070,;2.-,,430070,;3.;4.(),430070,;5.,,430070,)

Blanching treatment is often used to reduce the difficulty of peelingBlanco before the real peeling process. However, the mechanism ofblanching is still unclear, particularly for the relevant theoretical support in the actual processing. It is a high demand to clarify the effect of the peeling process in the special way of blanching treatment. This study aims to determine the effect of blanching treatment on the mechanical characteristics, tissue structure, and the peeling performance ofBlanco peel. A test platform ofpeel separation was used to evaluate the peeling performance ofunder different blanching times. The tensile test was also carried out to evaluate the mechanical characteristics of blanchedpeel. The ultra-depth of field microscope and Electron Microscope (EM) were utilized to characterize the pericarp microstructure, white layer, and flesh structure based on the Ray CT tomography. The size of the exocarp of thewas observed after blanching treatment. Therefore, the influencing mechanism was then established for the blanching treatment on the peel ability of. The experimental results showed that the blanching time posed a significantly vital and crucial effect on the maximum tensile force, the separation displacement, the peel breaking strength, and the porosity between the peel and pulp duringpeel separation (<0.01). There was a positively correlated relationship between the separation displacement and the breaking strength. A negatively correlated relationship was found between the maximum tensile force and the porosity between peel and pulp. The peeled surface increasingly tended to be wrinkled, rough, and coarse with the increase of blanching time in the experiment. The pectin compounds on the peel cross section were slowly dissolved, whereas, the parenchyma cells and vascular bundle tissues totally collapsed and disappeared forward a single step. There was a gradual increase in the porosity between the peel and pulp. The peel-breaking strength changed accordingly, which first increased and then decreased. As a result, the minimum tension during peeling was reduced, where the separation displacement first increased and then decreased, the same as the peel-breaking strength. Once the blanching time was 3 min, the maximum tensile force reached the minimum of 1.59 N, which was reduced by 42.8%, compared with the control. The separation displacement also reached the maximum of 41.81 mm, which increased by 19.6%, compared with the control. The overall peeling effect was the best at that time. But after the blanching time was more than 3 min, the peel with soft foam to break cannot be easy for the peeling. This study provides a theoretical reference for improving the difficulty of peeling Citrus reticulata reticulata Blanco and enriching the mechanism of blanching peeling.

mechanical characteristics; experiment;Blanco; blanching treatment; tissue structure; peeling performance

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.036

TS255.36

A

1002-6819(2022)-18-0326-07

陳紅，萬(wàn)琛，潘海兵，等. 蒸燙處理對(duì)寬皮柑橘去皮的影響及作用機(jī)制[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38(18)：326-332.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.036 http://www.tcsae.org

Chen Hong, Wan Chen, Pan Haibing, et al. Effects and mechanism of blanching treatment on peeling ofBlanco[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(18): 326-332. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.036 http://www.tcsae.org

2022-04-20

2022-09-15

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（柑橘）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目(CARS-26)；柑橘全程機(jī)械化科研基地建設(shè)項(xiàng)目(農(nóng)計(jì)發(fā)[2017]19號(hào))

陳紅，博士，副教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)與裝備。Email：chenhong@mail.hzau.edu.cn