综述:干果和蔬菜中质地形成的机制:从宏观到分子层面

时间:2026年1月21日
来源:Food Control

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干燥水果和蔬菜的质地形成机制研究综述。提出多尺度框架分析宏观结构收缩、介观孔隙演化、细胞形态响应及分子重组,揭示耦合传质传热主导的质构特性演变规律,指出细胞与分子水平机制研究不足及未来方向。

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安荣天|李琳琳|王丽娟|刘文超|曹伟伟|陈俊良|任光月|张敏|Law Chung Lim|段旭
河南科技大学食品与生物工程学院,中国洛阳

摘要

随着消费者对干果和蔬菜口感要求的提高,质地已成为产品质量的关键指标。然而,大多数现有研究仅将质地视为最终属性,缺乏对其形成机制的系统性探讨。这一知识空白严重阻碍了干果和蔬菜行业的产品创新和工艺优化。本文综述了当前干果和蔬菜质地特性的评估方法和研究进展,重点关注了干燥过程中由热质传递耦合作用驱动的多尺度结构和组成变化。提出了一个多尺度框架,以阐明四个层次上的基本机制:(1)宏观层面的物理状态变化和结构收缩;(2)介观层面的孔结构演变;(3)细胞层面的形态响应;(4)分子层面的组成重组。此外,本文还指出了细胞和分子层面现有的研究空白,并概述了未来的研究方向。例如,细胞间粘附力丧失的机制、多糖(如同半乳聚糖、鼠李半乳聚糖I和II)的特异性降解以及干燥过程中内源性酶的调控机制仍不甚明了。这些未解决的问题限制了我们设计能够精确调节质地特性的干燥工艺的能力。

引言

干燥是一种广泛用于加工水果和蔬菜的传统方法。通过降低水分含量,它可以抑制微生物生长和酶促反应,有效防止变质,同时在长期储存过程中保持营养价值和感官特性(Fellows, 2022; Mujumdar, 2014)。由于消费者对营养丰富且方便食品的需求不断增加,全球脱水食品市场正在迅速扩张。根据Mordor Intelligence(2025)的数据,预计该市场将从2025年的2614.9亿美元增长到2030年的3592.7亿美元,复合年增长率为6.56%(2025–2030年)。
在干果和蔬菜中,质地是一个关键的质量属性,它显著影响消费者的感官接受度和整体食用体验(Barrett et al., 2010; Bourne, 2002; Szczesniak, 2002)。实证研究表明,质地特性在决定消费者对某些产品的偏好方面可能超过风味特性。一个显著的例子是薯片的脆性,这已被确定为消费者偏好的主要驱动因素(Buechler & Lee, 2020; Salvador et al., 2009)。从工业角度来看,质地调节在确保产品一致性、包装完整性和运输稳定性方面起着关键作用(Rahman, 2020)。此外,质地优化已成为新产品开发的重要元素,能够针对不同消费者群体的感官偏好和功能需求进行定向设计。这种定向方法显著提升了产品在市场上的竞争力(Chen & Rosenthal, 2015)。例如,为肥胖人群设计硬度较高、弹性较好的固体食品可以延长咀嚼时间和频率,从而帮助控制能量摄入(Bolhuis & Forde, 2020)。此外,质地调节为将干果和蔬菜应用于特殊需求人群的营养干预开辟了新的前景。传统观点认为,由于干食品的固有硬度,它们难以满足吞咽困难患者的需求。然而,某些干制品在重新水化后可以达到柔软、湿润和光滑的质地,符合国际吞咽困难饮食标准化倡议(IDDSI)的“易于咀嚼和吞咽”标准(Lam et al., 2017; Marabi et al., 2006)。与通常会降低营养密度的质地改良食品或增稠液体不同(Cichero et al., 2017),经过适当处理的干果和蔬菜在特定应用中提供了更好的营养和功能优势。
目前关于干果和蔬菜质地特性的研究主要集中在最终产品参数(如硬度和脆性)的量化上,对其形成机制的探索有限。这可能是由于干燥过程中质地形成的复杂性较高,涉及多种物理和化学因素的相互作用。据我们所知,目前缺乏对干果和蔬菜干燥过程中质地形成机制的全面分析。为了填补这一空白,本文旨在系统地分析干果和蔬菜在不同尺度上的质地形成机制:(1)由热质传递引起的宏观物理状态变化和结构收缩;(2)介观孔结构演变;(3)细胞形态响应;(4)分子层面的组成重组。此外,本文还讨论了当前测量干果和蔬菜质地特性的方法和进展,为精确控制质地和开发高质量干果和蔬菜提供理论支持。

部分摘录

质地测量方法

Bourne(Bourne, 2002)将质地定义为食品结构元素产生的一组物理特性,这些特性可以通过触摸感知,并与在外力作用下的变形、分解和流动相关。这些特性可以通过质量、时间和距离的函数进行客观测量(Bourne, 2002)。这些物理特性的数据可以通过感官评估和机械测量获得,从而实现对食品的定量评估

影响质地形成的因素

食品干燥本质上是一个由热质传递耦合驱动的物理化学过程。在此过程中,热传递不仅通过提供相变所需的能量促进质量传递(水分迁移),还引起热效应。水分迁移和热效应之间的协同作用构成了材料结构变化的核心驱动力。

质地形成的多尺度耦合机制

干果和蔬菜干燥过程中质地特性的形成本质上是一个复杂的系统过程,由热质传递耦合驱动,其特征是跨尺度的结构响应和组分间的协同转化,如图3所示。其核心机制不是多个因素的简单叠加,而是热质传递、水分迁移、结构重组和分子演变之间的高度耦合动态相互作用。

结论与未来展望

本文总结了干果和蔬菜质地表征的方法和进展,重点关注干燥过程中的质地形成机制。干燥过程中的质地形成受多尺度、多因素协同响应机制的调控,主要由热质传递耦合驱动。这一复杂过程包括从宏观物理状态变化到介观孔结构的一系列结构转变

CRediT作者贡献声明

任光月:监督、资金获取。张敏:监督、方法论。安荣天:撰写——审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、方法论、研究、概念化。Law Chung Lim:监督。段旭:撰写——审稿与编辑、监督、资源获取、概念化。刘文超:监督、资金获取。曹伟伟:监督、方法论。李琳琳:撰写——审稿与编辑、监督

未引用的参考文献

Duan et al., 2020; Feng et al., 2023; Grant et al., 1973; Intelligence, 2025; Yi et al., 2016.

利益冲突

作者声明不存在潜在的利益冲突。

利益冲突声明

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

我们感谢国家自然科学基金(编号:32172352、32302285)、中部地区科技创新领军人才计划(编号:254200510058)、河南省自然科学基金(编号:242300421563)以及洛阳科技研发项目(编号:2302021A)的财政支持,这些支持使我们能够开展这项研究。

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