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不同超高压预处理对热风脱水胡萝卜片质构影响机制研究

文档作者：康元东1, 2 ,徐玉娟2 ,吴继军2 ,余元善2 ,李璐2 ,彭健2 ∗ ,肖更生1, 2 ∗ 1(仲恺农业工程学院轻工食品学院,广东广州,510225)2(广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所, 文档来源： 1(仲恺农业工程学院轻工食品学院 2(广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所,		更新日期： 2026年04月11日	点击数：
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研究报告
2025 年第 51 卷第 3 期(总第 519 期) 　275
DOI:10. 13995 / j. cnki. 11 - 1802 / ts. 038621
引用格式:康元东,徐玉娟,吴继军,等. 不同超高压预处理对热风脱水胡萝卜片质构影响机制研究[J]. 食品与发酵工业,2025,51
(3):275 - 283. KANG Yuandong, XU Yujuan, WU Jijun, et al. Effect of different high hydrostatic pressure pretreatments on
the textural characteristics of hot-air dehydrated carrot slices:Mechanism exploration[J]. Food and Fermentation Industries,
2025,51(3):275 - 283.
不同超高压预处理对热风脱水胡萝卜片质构影响机制研究
康元东1, 2 ,徐玉娟2 ,吴继军2 ,余元善2 ,李璐2 ,彭健2 ∗ ,肖更生1, 2 ∗
1(仲恺农业工程学院 轻工食品学院,广东 广州,510225)2(广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所,
农业农村部功能食品重点实验室,广东省农产品加工重点实验室,广东 广州,510610)
摘　 要　 为探究超高压预处 理 对 热 风 脱 水 胡 萝 卜 片 质 构 特 性 的 影 响 机 制,该 文 研 究 了 不 同 超 高 压 (100、300、
500 MPa) 对热风脱水胡萝卜质构、复水比、玻璃化转变温度的影响,考察了胡萝卜在热风脱水前 后 微 观 结 构、半
乳糖醛酸酶( polygalacturonase,PG) 和果胶甲基酯酶( pectin methylesterase,PME) 活性,分析了热风脱 水 后 胡 萝 卜
水溶性果胶( water-soluble pectin,WSP) 、螯合性果胶( chelator-soluble pectin,CSP) 和碱溶性果胶( sodium carbonate
soluble pectin,NSP) 组分特性。 结果表明,与未经超高压 预 处 理 样 品 相 比,300、500 MPa 处 理 后 热 风 脱 水 胡 萝 卜
片硬度分别上升了 11. 55% 和 12. 25% ,当超高压力≥300 MPa 时会导致胡萝卜组织的塌陷,经热风 脱 水 后 组 织
结构变得更为致 密。 所 选 100 ~ 500 MPa 压 力 均 能 激 活 PG 和 PME 活 力, 且 在 300 MPa 时 活 力 最 高 分 别 达
118. 76% 和 128. 36% ;超高压力≥ 300 MPa 时能有效促 进 CSP 向 NSP 的 转 化,改 变 果 胶 组 分 比 例,降 低 果 胶 组
分支链化程度和甲酯化度;WSP、CSP 和 NSP 分子质量会随 超 高 压 力 的 增 加 而 减 小,对 果 胶 分 子 链 有 解 聚 作 用。
综上,超高压预处理导致的胡萝卜细胞 组 织 结 构 和 果 胶 物 质 的 变 化 是 引 发 热 风 脱 水 胡 萝 卜 硬 度 升 高 的 重 要 途
径,研究为阐明超高压预处理诱导的脱水果蔬质构变化解析提供了一定的理论基础。
关键词　 胡萝卜;超高压;热风脱水;质构;果胶组分
第一作者:硕士研究生(肖更生研究员和彭健副研究员为共同通信作者,E-mail:guoshuxgs@ 163. com;pengjian19890807@ 163. com)
　 　 基金项目:国家自然科学基金项目(32102014);科技创新战略专项资金(高水平农科院建设)项目(R2022PY-QF004,R2019YJ-YB3009)
收稿日期:2024-01-17,改回日期:2024-03-19
　 　 胡萝卜含有丰富的类胡萝卜素和功能活性物质,
风味独特,是 广 大 人 民 群 众 喜 食 的 蔬 菜 之 一[1] 。 脱
水作为一种重要的加工工序被广泛应用于现代果蔬
加工业,脱水胡萝卜片不仅耐贮藏可直接食用,也可
作为二次加工的原料[2] 。 脱水胡萝卜片的质构及相
关品 质,如 硬 脆 度、微 观 结 构、复 水 特 性、水 分 活 度
(water activity,Aw )及玻璃化转变温度等,是影响其品
质和市场可接受度的重要因素。 天然果胶是一种广
泛存在于植物细胞壁和胞间层的重要功能物质,其结
构特性与果蔬质构品质显著相关[3] 。
加工操作单元会导致果胶特性的变化,进而影响
胡萝卜片的质构品质。 超高压(high hydrostatic pressure,
HHP)处理 技 术,作 为 果 蔬 加 工 常 用 预 处 理 技
术,除具有钝酶、杀菌、保鲜等功能外,还能诱导果蔬
中天然果胶物质组分和结构的转化。 高压处理的芦
笋中果胶组分之间相互转化,细胞壁中的果胶发生降
解,果胶组分易与金属离子发生交联形成凝胶网状结
构,增强细 胞 壁 的 强 度[4] 。 果 蔬 物 料 中 的 果 胶 在 超
高压作用下会发生大量的酶促反应和非酶转化及结
构降解,进 而 导 致 果 蔬 质 构 品 质 的 变 化[5] 。 研 究 表
明,高压处理对质地的影响在很大程度上取决于植物
类型、形态 结 构 特 征 以 及 压 力-温 度-时 间 的 组 合,胡
萝卜在 100 MPa 处理后硬度未发生显著变化,但当压力
增大到 200 MPa 时硬度显著下降,压力在 300 MPa 时硬
度最低,随后又呈上升趋势[6] ;草莓经高压 250 MPa 处
理后细胞结构被直接破坏,呈现出不规则的结构[7] 。
目前,关于天然果胶对果蔬质构品质影响的研究多集
中于新鲜果 蔬、果 蔬 浆 及 果 蔬 汁 等 高 含 水 量 样 品 体
系。 超高压处理后的袋装黄桃在贮藏 180 d 后,果肉
中的水溶性果胶(water soluble pectin,WSP)、碱溶性
果胶(sodium carbonate soluble pectin,NSP)和总果胶
含量下 降,螯 合 性 果 胶 (chelator soluble pectin,CSP)
增加,果肉发生软化[8] ;超高压处理能够显著降低芒
果浆中的 WSP 含量,从而导致芒果浆黏度、储存模量
和损失模 量 的 增 加[9] 。 目 前,关 于 果 胶 结 构 特 性 变
化与脱 水 果 蔬 质 构 品 质 间 的 关 系 研 究 较 少,XIAO
食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES
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等[10] 研究了不同 干 燥 温 度 和 方 式 对 果 胶 多 糖 的 变
化与脱水苹果片质 构 特 性 的 影 响,结 果 表 明 热 脱 水
过程中导致 WSP 含量的下降,可提升样品干燥过程
中黏弹性 和 可 塑 性,有 助 于 形 成 稳 定 的 多 孔 结 构。
上述研究 虽 能 证 明 果 胶 组 分 变 化 与 脱 水 果 蔬 质 构
之间存在 相 关 性,但 仍 缺 乏 足 够 认 知,相 关 机 制 亦
不清楚。
本研究以胡萝卜为原料,探讨了不同超高压处理
后热风脱水胡萝片质构及其相关品质变化,解析了超
高压处理后热风脱水胡萝卜不同组分果胶相关特性,
从果胶组分含量和结构特性变化的角度,探讨超高压
诱导的脱水胡萝卜质构变化机制,以期为超高压调控
热风脱水果蔬制品质构品质提供理论参考。
1　 材料与方法
1. 1　 材料与试剂
市售新鲜胡萝卜(品种:黑田五寸,产地:山东),
广东省广 州 市 天 河 区 农 贸 市 场,4 ℃ 条 件 下 贮 存 备
用。
3-苯基 苯 酚 (分 析 纯 )、三 氟 乙 酸,Sigma-Aldrich
公司;乙醇氧化酶,上海源叶生物科技有限公司;溴化
钾(光 谱 级 ), Pike Technologies Inc 公 司;2,4-戊 二
酮,Acros Organics 公 司;3. 5 kDa MWCO 透 析 袋,湖
南翊博生物科技有限公司;其他分析级试剂,中国国
药集团化学试剂有限公司。
1. 2　 仪器与设备
SSH-57L 超高压食品杀菌设备,山西三水河科技
股份有限公司;InfiniteM200PRO 酶标仪,瑞士 TECAN
公司; SU8010 电 子 扫 描 显 微 镜, 日 本 日 立 公 司;
DSC8000 差示 量 热 扫 描 仪,美 国 PE 公 司;ICS5000 +
离子色谱、A-超高效聚合物色谱,美国赛默飞公司。
1. 3　 不同超高压-热风脱水胡萝卜片的制备
胡萝卜去皮后统一切成厚度 10 mm,直径 20 mm
的圆片,装入聚乙烯袋中真空包装后置于超高压设备
中,压力范围为 100 ~ 500 MPa,处理时间 5 min,压力
间隔 200 MPa。 以未经超高压处理的胡萝卜样品为对
照,所有样品于 65 ℃、风速 2. 1 m/ s 条件下脱水至含
水量低于 8. 0% 。 所有样品于 4 ℃条件下避光保存。
1. 4　 基础理化指标的测定
1. 4. 1　 水分含量和活度的测定
样品水分含量依据 GB 5009. 3—2016《食品安全
国家标准 食品 中 水 分 的 测 定》 测 定;Aw 采 用 水 分 活
度仪测 定,测 前 用 饱 和 KCl 溶 液 (Aw = 0. 843) 单 点
校准。
1. 4. 2　 硬度的测定
采用物性测定仪,P/36 圆柱形探头,40% 压缩测
试,探 头 测 试 前、测 试 中、测 试 后 速 度 分 别 为 2. 0、
1. 0、1. 0 mm / s,其中样品压缩至 40% 时的最大 值 定
义为样品硬度。
1. 4. 3　 复水比的测定
参考孙鹏伟 等[11] 的 方 法,将10 g 脱 水 胡 萝 卜 片
置于 100 mL 蒸馏 水 中,室 温 下 复 水 30 min 后 取 出,
去除表面水分,称量。 计算如公式(1)所示:
　 　 RR/ (g/ g) = mr
m0 (1)
式中:RR,复水比;m0 、mr ,复水之前和之后的样品质
量,g。
1. 4. 4　 扫描电子显微镜
将鲜样及超高压处理后胡萝卜样品切成 5 mm ×
5 mm × 5 mm 大小的正方体,置于体积分数 4% 的戊
二醛溶液中固定 6 h,真空抽气 0. 5 h,用 0. 2 mol/ L
的磷酸钠缓冲溶液清洗 3 次后乙醇梯度脱水,用 CO2
临界干燥后将上述制备样品与热风脱水后样品用单
刃刀片切取适当大小后置于有导电胶的载物台上,喷
金后置于扫描电镜下观察胡萝卜组织微观结构。
1. 4. 5　 玻璃化转变温度( Tg ) 的测定
采用差 示 扫 描 量 热 仪 (differential scanning calorimeter,
DSC)来 测 定 胡 萝 卜 的 Tg ,具 体 参 考 杨 忻 瑞
等[12] 的方法,将 5 ~ 7 mg 的 样 品 置 于 坩 埚 中 并 用 铝
盖密封,以空坩埚作为对照。 样品温度以 10 ℃ / min
的速 度 由 室 温 冷 却 至 - 70 ℃ , 平 衡 5 min 后 以
10 ℃ / min 的速度加热至 100 ℃ 。 通过热分析获得样
品玻璃化 转 变 的 起 始 (Tgi )、中 间 (Tgm ) 和 结 束 (Tge )
温度,以 Tgm 作为样品的 Tg 。
1. 5　 果胶甲酯酶( pectin methylesterase,PME) 与多
聚半乳 糖 醛 酸 酶 ( polygalacturonase, PG) 活 力 的 测
定
1. 5. 1　 PME 活性测定
参考 LY-NGUYEN 等[13] 的方法,将 100 g 新鲜的
胡萝卜加入 200 mL 0. 2 mol/ mL 的 Tris-HCL 缓冲溶
液打浆,4 ℃ 条件下提取 12 h 后抽滤,滤液于 10 000
r/ min 离心 20 min,即得 PME 酶液;脱水后的胡萝卜
取 10 g,按照相同步骤处理。 通过在 pH 7. 5、30 ℃ 条
件下测量酸的释放作时间函数来测定 PME 活力。 采
用滴定法,在60 mL 质量浓度为 10 mg/ mL 果胶溶液
中加入0. 5 mL 酶 液,置于 30 ℃ 的水浴锅中水解,用
研究报告
2025 年第 51 卷第 3 期(总第 519 期) 　277
0. 01 mol/ mL 的 NaOH 溶 液 滴 定,维 持 在 pH 7. 5 左
右,记录 15 min 内 NaOH 溶 液 的 消 耗 体 积,以 NaOH
溶液随时间消耗的速率来表示酶活力,数值为对照样
品百分比。
1. 5. 2　 PG 活力测定
参考 BALOGH 等[14] 的 方 法,按 1∶ 10 的 质 量 比
加入 0. 2 mol/ L pH 8. 0 的 Tris-HCl 缓 冲 溶 液 ( 含
1 mol/ L NaCl)混合打浆,置于 4 ℃ 冰箱中提取 18 h,
于 10 000 r/ min 离心 15 min,上清液即为粗酶液。 采
用 3,5-二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)
比色法测定其酶活力,取两根相同的有刻度的试管,
分别加入 1 mL pH 5. 5 的醋酸钠缓冲溶液和 1 mL 质
量分 数 1% 的 多 聚 半 乳 糖 醛 酸 溶 液 作 为 底 物, 将
0. 5 mL 粗酶液加入以多聚半乳糖醛酸作为底物的试
管中,再加入 0. 5 mL 醋酸钠缓冲溶液于另一个试管
中作为对照,混 匀,置 于 37 ℃ 水 浴 锅 中 1 h,后 加 入
1. 5 mL DNS 溶液终止反应,沸水浴中反应 5 min,放
入冰块中降温,用蒸馏水在 25 mL 容量瓶中定容,于
540 nm 波 长 处 测 定 吸 光 度 值,以 单 位 质 量 1 h 释 放
1 mg D-半乳糖醛酸作为 1 个酶活力单位,按公式 计
算 PG 相对酶活力。
1. 6　 果胶特性分析
1. 6. 1　 醇 不 溶 物 质 ( alcohol insoluble residue, AIR)
的制备和果胶的提取
参考曹风等[15] 的方法稍作修改,将不同超高压-
热风脱水后的样品粉碎后过 60 目筛,准确称量 3. 0 g
样品置于 250 mL Schott 瓶中,加入 90 mL 体积分数
为 95% 乙醇并分散 3 min,将悬浮液抽滤,向 滤 渣 中
再次加入 90 mL 体积分数为 95% 乙醇进行二次分散
过滤。 随后,向残渣中加入 50 mL 丙酮分散 3 min 后
抽滤,所 得 残 渣 于 40 ℃ 热 风 烘 干 箱 至 恒 重,即 制 得
AIR。
称取 0. 5 g AIR 于 250 mL Schott 瓶 中, 加 入
90 mL 100 ℃ 蒸馏水,于沸水浴中搅拌提取 5 min,冷
却后 抽 滤,滤 液 采 用 3 500 Da 透 析 袋 蒸 馏 水 透 析
72 h 后冻干即得 WSP;残渣溶解于 0. 05 mol/ L 的 1,
2-环己二胺 四 乙 酸 溶 液,于 28 ℃ 条 件 下 水 浴 振 荡
6 h,滤液依次用0. 1 mol/ L NaCl 和蒸馏水透析 36 h,
冻干即得 CSP;剩余残渣溶解于 100 mL 0. 05 mol/ L
Na2 CO3 和0. 02 mol/ L NaBH4 混合溶液中于 4 ℃ 下保
温 16 h,随后于 28 ℃ 水浴振荡 6 h,滤液经蒸馏水透
析 72 h 后,冻 干 得 NSP。 所 得 样 品 于 干 燥 器 中 贮 存
备用。
1. 6. 2　 半 乳 糖 醛 酸 ( galacturonic acid,GalA) 含 量 的
测定
根据何媛[16] 的 方 法 稍 作 修 改,采 用 分 光 光 度 法
测果胶样品中 GalA 含量。 准确称量 10 mg 果胶样品
于 20 mL 烧杯中,在冰浴条件下加入 8 mL 的浓硫酸
和 2 mL 蒸 馏 水 用 磁 力 搅 拌 水 解 5 min, 再 加 入
2 mL 蒸馏水 水 解 60 min 后 定 容 到 25 mL 备 用。 取
0. 6 mL 水 解 样 品 于 玻 璃 试 管 中, 在 冰 浴 下 加 入
3. 6 mL 0. 012 5 mol/ L 四 硼 酸 钠-硫 酸 溶 液, 涡 旋
30 s,100 ℃ 水浴 5 min,冰水降温后加入 60 μL 的 3-
苯基苯酚涡旋 30 s,在 520 nm 处测定吸光值。 以质
量分数 0. 5% NaOH 溶液代替 3-苯基 苯 酚 作 空 白,以
GalA 为标品绘制标曲,结果以 mg GalA/ g AIR 表示。
1. 6. 3　 中性糖的测定
参考 ZHU 等[17] 的方法,称取 3. 0 mg 果胶样品,
加入 1 mL 2 mol/ L 三氟乙酸溶液,121 ℃ 水解 2 h 后
N2 吹干,加入 99. 99% 甲醇清洗再吹干,重复 3 次,加
入无菌水溶解定容后转入色谱瓶中待测。 采用 Thermo
ICS 5000 + 离 子 色 谱 系 统 进 行 检 测,色 谱 柱 DionexTM
CarboPacTM PA20(150 mm × 3. 0 mm,10 μm),
脉冲安培检测 器,进 样 量 5 μL,流 动 相 A(H2 O),流
动相 B (0. 1 mol/ L NaOH), 流 动 相 C (0.1 mol/ L
NaOH,0.2 mol/ L NaAc),流速 0.5 mL/ min,柱温 30 ℃ 。
1. 6. 4　 酯化度( degree of methylation,DM) 的测定
果胶 DM 定 义 为 甲 醇 与 半 乳 糖 醛 酸 摩 尔 比 值。
甲醇含量参考 SILA 等[18] 的方法测定,采用 NaOH 溶
液对果胶样品酯键进行皂化水解。 吸取 1 mL 水解样
品与 1 mL 1 U/ mL 乙醇氧 化 酶 反 应,旋 涡 30 s 后 于
25 ℃ 水浴 15 min,加入 2 mL 戊二酮溶液(20 mmol/ L
2,4-戊二酮、2. 0 mol/ L 乙酸铵和 50 mmol/ L 乙酸混合
液),混匀后 58 ℃ 水浴 15 min,冷却旋涡后于 412 nm
下测定吸光度。 标准曲线采用 1. 0 ~ 32 μg/ mL 甲醇
制作,以甲醇浓度为横坐标,吸光度值为纵坐标,绘制
标准曲线。
1. 6. 5　 分子质量的测定
采 用 超 高 效 聚 合 物 色 谱 仪 测 定 果 胶 分 子 质 量。
准确称量 10 mg 果胶样品,溶解于 10 mL 蒸馏水中,
过 0. 22 μm 膜后,色谱柱为 ACQUITY APC AQ 系列
水溶性色谱柱,进样量 20 μL,流动相为超纯水,流速
1 mL/ min。
1. 7　 统计分析
采用 SPSS 2016 和 Origin 2022 软件进行数据统
计分 析 和 绘 图,样 品 间 的 差 异 检 验 采 用 Duncan 法,
食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES
　278 2025 Vol. 51 No. 3 (Total 519)
P < 0. 05 为差异显著;无特别说明,试验均重复 3 次,
结果以“平均数 ± 标准差”表示。
2　 结果与讨论
2. 1　 不同超高压处理对胡萝卜质构及其相关品质的
影响
不 同 超 高 压 处 理 对 热 风 脱 水 胡 萝 卜 水 分 含 量、
Aw 、Tg 、复水比和硬度的影响如表 1 所示,不同超高压
处理对热风脱 水 胡 萝 片 水 分 含 量、Tg 及 复 水 比 的 影
响均不显著(P > 0. 05),但其 Aw 因水分含量的差异,
表现出显著性差异(P < 0. 05),经 100、500 MPa 处理
组胡萝卜样品 Aw 显著高于其他处理组,总体而言所
有样品含量和 Aw 均控制在安全范围内。
硬度方面,经超高压处理后胡萝卜片脱水前硬度
整体呈下降趋势,经 100 MPa 处理组硬度损失不显著
(P > 0. 05),经 300、500 MPa 处理组硬度分别下降至
未处理组的 33. 42% 和 34. 18% ,这 与 孙 雅 馨 等[6] 在
超高压对贮藏期胡萝卜软化机制中的研究结果基本
一致。 经热风脱水后胡萝卜片硬度整体呈上升趋势,
300、500 MPa 处理 组 样 品 硬 度 显 著 高 于 未 经 超 高 压
处理 组 样 品 ( P < 0. 05), 分 别 上 升 了 11. 55% 和
12. 25% ;但 300、500 MPa 处理组之间,100 MPa 和未
处理组之间差异不显著(P > 0. 05)。 谭宏渊等[19] 在
不同预处理对热风干燥山药片品质特性及微观结构
的研究中发现,超高压预处理后导致热风干燥山药片
硬度上升,与本研究结果类似。
表 1　 不同超高压热风脱水胡萝卜质构及其相关品质
Table 1　 Texture and related characteristics of the dehydrated carrots pretreated with different high hydrostatic pressure
处理压力 /
MPa 水分含量 / % Aw Tg / ℃ 复水比 / (g/ g) 硬度 / g
脱水前 脱水后
0 7. 81 ± 0. 35a 0. 389 ± 0. 005b 45. 12 ± 0. 35a 2. 82 ± 0. 19a 3 287. 12 ± 230. 49a 2 936. 81 ± 381. 23b
100 7. 97 ± 0. 28a 0. 436 ± 0. 012a 44. 98 ± 0. 25a 2. 80 ± 0. 32a 3 066. 27 ± 189. 38a 2 873. 34 ± 284. 26b
300 7. 67 ± 0. 31a 0. 375 ± 0. 011c 45. 25 ± 0. 28a 2. 95 ± 0. 20a 1 098. 55 ± 497. 28b 3 276. 01 ± 314. 17a
500 8. 02 ± 0. 22a 0. 443 ± 0. 006a 44. 85 ± 0. 19a 3. 05 ± 0. 33a 1 123. 54 ± 188. 29c 3 296. 46 ± 404. 79a
　 　 注:同一列数据肩标不同小写字母表示差异显著(P < 0. 05)(下同)。
2. 2　 不同超高压处理对胡萝卜组织微观结构的影响
如图 1 所示,经不同超高压处理胡萝卜微观组织
结构在热风脱水前后均存在显著差异。 脱水前,未经
超高压处理胡萝卜组织细胞呈规则排列且细胞大小
均匀,细胞壁 清 晰 可 见 (图 1-a);超 高 压 处 理 后 细 胞
组织在压力的作用后呈现不规则变化,部分细胞组织
开始形变或塌陷,细胞壁黏合,形成大小不均,形状各
异的细胞组织结构(图 1-b 和图 1-c),随着压力增大,
孔隙被不断压缩,经 500 MPa 超高压处理后胡萝卜组
织明显较其他样品 致 密 (图 1-d)。 热 风 脱 水 后 胡 萝
卜样品微观结构较脱水前发生显著性变化,所有样品
组织因脱水 的 过 程 会 导 致 组 织 的 收 缩,变 得 更 为 致
密;随着压力增大,胡萝卜样品微观结构致密程度增
加,经 300、500 MPa 处理后的脱水胡萝卜样品中仅能
观察到部分微小孔隙(图 1-g 和图 1-h)。 样品的微观
结构特性与硬脆度显著相关,致密的微观结构是导致
样品硬度升高的重要因素之一,这与前文样品硬度随
超高压力的升高和增大结果一致。
a ~ d - 脱水前经 0、100、300、500 MPa 处理样品;e ~ h - 脱水后经 0、100、300、500 MPa 处理的样品
图 1　 不同超高压处理热风脱水前后胡萝卜组织的微观结构
Fig. 1　 Microstructure of the different high hydrostatic pressure pretreated carrot tissues before and after dehydration
研究报告
2025 年第 51 卷第 3 期(总第 519 期) 　279
2. 3　 不同压力处理对 PG 和 PME 的影响
PG 和 PME 是作 用 于 细 胞 壁 中 果 胶 物 质 的 重 要
酶[20] 。 如图 2-a 所 示,不 同 超 高 压 处 理 胡 萝 卜 在 热
风脱水前后 PG 活力呈先升后降趋势,300 MPa 处理
的胡萝卜中 PG 活力较未处 理 组 提 高 18. 76% ;脱 水
后,未处理组样品 PG 活力降低至 脱 水 前 的 70% ,且
经超高压处理样品 PG 活力下降幅度大于未处理组,
这可能是因为 PG 具有一定程度的耐热性[21] ,但超高
压处理 后 PG 的 耐 热 特 性 下 降。 不 同 压 力 处 理 的
PME 活力如图 2-b 所示,作为一种耐压酶,脱水前不
同压力处理后样品 PME 活力均显著高于未处理样品
(P < 0. 05),其中 300 MPa 处理的 PME 活力最高,较
未处理组高 28. 36% ,表明所选100 ~ 500 MPa 压力对
胡萝卜中 PME 均有激活作用;类似的研 究 结 果 同 样
在莴笋中有发现,采用 100、300 MPa 处理芦笋时,其
PME 活力略有升高但影响不显著,压力升至 500 MPa
时活力显著增加[22] 。 有研究发现,在芒果、木瓜和番
茄成熟过程中 PG 能够分解 CSP 组分的主链,导致果
实的软化[23] ;而 PME 能 使 果 胶 去 甲 酯 化 生 成 果 胶
酸,降 低 果 胶 脂 化 度,提 升 PG 分 解 果 胶 的 速 率[20] 。
PME 和 PG 活力的变化会引起 细 胞 壁 中 果 胶 含 量 和
酯化度的变化,细胞壁结构遭到破坏,导致超高压处
理后的胡萝卜硬度变低,这种脱水前硬度的降低、组
织的破坏以及细胞壁果胶物质的降解,这可能是热风
　 　 　
a - PG;b - PME
图 2　 不同超高压处理脱水前后胡萝卜 PME 和 PG 活力
Fig. 2　 PME and PG enzyme activities of the different high
hydrostatic pressure pretreated carrots before and
after dehydration
脱水后胡萝卜硬度增加的重要原因。 为证明推测,将
对超高压处理后热风脱水胡萝卜果胶含量、组成比例
和结构特性进行进一步解析。
2. 4　 不同压力对 GalA 和中性糖含量的影响
超高 压 处 理 对 热 风 脱 水 的 胡 萝 卜 果 胶 组 分
WSP、CSP 和 NSP 中 GalA 含量影响显著(表 2),3 种
果胶组分 GalA 含量随着压力的变化均呈现先升高后
下降的趋势,在 100 MPa 处理组中含量最高。 3 种果
胶组分中,NSP 组分 GalA 含量最高,WSP 组 分 GalA
的含量最低,上述结果与作者前期关于不同组织部位
胡萝卜果胶 特 性 的 研 究 结 果 一 致[24] 。 总 体 而 言,当
压力≥300 MPa 时,样品中 GalA 的显著降低,表明果
胶物质发生了显著降解。
果胶是以聚半乳糖醛酸为主链和各类中性糖为
侧链组成的聚合物,不同组分中性糖含量的变化可表
明其结构的变化。 不同压力处理的 3 种果胶组分中
性糖含量如表 2 所示,半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖是所
有 3 组果胶组分中最主要的中性糖,这 3 种中性糖以
侧链的形式连接在果胶的主链,形成“毛状区”。 NSP
组分中鼠李糖和阿拉伯糖含量均显著高于其他中性
糖含量,表明 NSP 组 分 均 含 有 更 为 丰 富 的 以 阿 拉 伯
聚糖形式或鼠李半乳糖醛酸聚糖形式存在的果胶支
链,且经超高压处理后,NSP 组分中半乳糖、鼠李糖和
阿拉伯糖含量显著高于未处理组(P < 0. 05),表明超
高压处理明显 增 加 了 NSP 组 分 的 侧 链 数 量;不 同 的
是,经 300、500 MPa 处理样品中 CSP 组分中半乳糖、
鼠李糖和阿拉伯糖含量较 100 MPa 处理组显著减少,
表明较 100 MPa 处 理 组,300、500 MPa 处 理 样 品 中
CSP 侧链发生了显著降解(P < 0. 05)。
通过糖比率可以了解部分果胶的结构特性,糖比
率 I 表 示 果 胶 的 线 性 度,糖 比 率 Ⅱ 代 表 支 链 结 构
(RG)对果胶组分的贡献度,糖比率 Ⅲ是 I 型 支 链 结
构(RG-I) 与 鼠 李 糖 的 比 例,可 表 示 RG-I 分 支 的 程
度,不同 果 胶 组 分 糖 比 率 结 果 见 表 3。 3 种 果 胶 中
CSP 组分糖比率 I 最高,其次是 WSP 和 NSP 组分,表
明 CSP 组 分 具 有 最 高 的 线 性 度。 随 着 压 力 的 增 大,
WSP 中糖比 率 I 下 降,CSP 和 NSP 中 则 呈 先 下 降 后
上升趋势,表明超高压处理后 WSP 线性度下降,CSP
和 NSP 经 100 MPa 处 理 之 后 线 性 度 下 降,后 随 着 压
力的升高线性度回升。 由糖比率 Ⅱ可知,RG 在 NSP
果胶组分的贡献度远高于 WSP 和 CSP 组分,且随着
压力的增大,呈先上升后下降趋势。 所有果胶组分中
RG-I 分支的程度普遍较高 (糖 比 率 Ⅲ),NSP 组 分 中
食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES
　280 2025 Vol. 51 No. 3 (Total 519)
RG-I 分支的程度略高于 WSP 和 CSP 组分,说明 NSP
组分中存在更多的 RG-I 结构。 上述,由超高压引起
的 胡 萝 卜 果 胶 链 的 结 构 变 化, 例 如 当 压 力 超 过
300 MPa 时 CSP 和 NSP 组分 RG 支链程度的显著下
降,更有利于果胶组分与金属离子等其他组分结合形
成稳定结构[3] ,在 胡 萝 卜 脱 水 后 失 去 果 胶 支 链 支 撑
起的弹性空间,而导致 300、500 MPa 处理后的胡萝卜
片硬度高于未处理组和 100 MPa 处理组(表 1)。
表 2　 不同超高压处理热风脱水后胡萝卜果胶单糖组成
Table 2　 Monosaccharide composition of pectin extracted from the dehydrated carrot pretreated
with different high hydrostatic pressure
类型
压强 /
MPa
半乳糖醛酸 /
(mg/ g AIR)
中性糖含量 / (mg/ g AIR)
甘露糖 鼠李糖 葡萄糖 半乳糖 阿拉伯糖 岩藻糖
糖比
率Ⅰ
糖比
率Ⅱ
糖比
率Ⅲ
WSP
0 6. 26 ± 0. 42g 1. 60 ± 0. 32b 2. 27 ± 0. 68cd 2. 53 ± 0. 57c 7. 34 ± 0. 59d 5. 15 ± 0. 97ed 0. 25 ± 0. 04c 4. 42 0. 07 5. 50
100 8. 34 ± 0. 66f 2. 21 ± 0. 14a 2. 44 ± 0. 50cd 7. 79 ± 1. 44a 9. 09 ± 0. 77cd 4. 13 ± 0. 62e 0. 72 ± 0. 08a 3. 97 0. 08 5. 41
300 6. 17 ± 0. 19g 2. 15 ± 0. 26a 2. 77 ± 0. 03cd 6. 57 ± 0. 09a 8. 33 ± 0. 13d 4. 01 ± 0. 68e 0. 19 ± 0. 01d 3. 78 0. 11 4. 45
500 5. 61 ± 0. 55g 1. 22 ± 0. 42b 3. 04 ± 0. 21c 2. 72 ± 0. 93c 11. 12 ± 0. 31c 6. 15 ± 0. 69d 0. 32 ± 0. 02b 2. 07 0. 15 5. 69
CSP
0 24. 03 ± 1. 43d - 0. 35 ± 0. 16　e - 1. 18 ± 0. 22e 0. 88 ± 0. 73gf - 26. 17 0. 01 5. 88
100 25. 36 ± 2. 15d 1. 37 ± 0. 08b 2. 49 ± 0. 04d 5. 29 ± 0. 13b 8. 28 ± 0. 54d 5. 05 ± 0. 39d 0. 49 ± 0. 04ab 3. 48 0. 09 5. 34
300 13. 95 ± 0. 31e - 0. 31 ± 0. 05e - 0. 77 ± 0. 17f 0. 88 ± 0. 28gf - 27. 79 0. 01 5. 35
500 15. 16 ± 5. 39e - 0. 37 ± 0. 05e - 1. 32 ± 0. 09e 1. 16 ± 0. 28f - 21. 95 0. 01 6. 69
NSP
0 35. 77 ± 3. 78a 1. 99 ± 0. 67a 2. 73 ± 0. 06cd 6. 65 ± 0. 11a 13. 21 ± 2. 39　c 6. 97 ± 0. 03c 0. 53 ± 0. 21a 1. 87 0. 14 7. 38
100 37. 50 ± 1. 63a - 9. 49 ± 0. 06a - 42. 60 ± 5. 68a 22. 98 ± 3. 50a - 0. 70 0. 42 6. 91
300 30. 76 ± 1. 03c - 8. 66 ± 0. 09b - 32. 82 ± 3. 14ab 19. 23 ± 2. 79ab - 0. 99 0. 31 6. 01
500 32. 81 ± 0. 62b - 9. 27 ± 0. 08a - 39. 94 ± 4. 79a 23. 85 ± 2. 59a - 1. 39 0. 20 6. 88
　 　 注:糖比率Ⅰ:半乳糖醛酸 / (岩藻糖 + 鼠李糖 + 阿拉伯糖 + 半乳糖 + 木糖);糖比率Ⅱ:鼠李糖 / 半乳糖醛酸;糖比率Ⅲ:(阿拉伯糖 + 半乳糖) /
鼠李糖, - 表示未检出。
表 3　 不同超高压处理热风脱水胡萝卜果胶平均分子质量
Table 3　 Average molecular weight of pectin extracted
from the dehydrated carrot pretreated with different
high hydrostatic pressure
压力 / MPa WSP Mw / kDa
CSP Mw / kDa
NSP Mw / kDa
0 356. 29 31. 70 336. 53
100 257. 02 29. 88 343. 30
300 170. 56 25. 30 301. 47
500 15. 47 26. 92 299. 05
2. 5　 不同压力处理对果胶含量的影响
不同超高压处理热风脱水后胡萝卜果胶含量为
WSP、CSP 和 NSP 果胶组分中半乳糖醛酸与其他中性
糖的总和,结果如图 3-a 所示,未经超高压处理样品果
胶含量最低为 196. 13 mg/ g AIR,经 100 MPa 处理组中
果胶组分含量最高达 342. 26 mg/ g AIR;随着压力的增
大,果胶含量呈先上升后降低再升高的趋势。 进一步
分析了 不 同 超 高 压 处 理 样 品 中 果 胶 组 分 相 对 含 量
(图 3-b),发现经 300、500 MPa 处理样品中,CSP 比例
出现显著下降,NSP 比例出现显著上升,表明当处理压
力≥300 MPa 时,可能导致 CSP 与 NSP 之间发生转化,
这与 SUN 等[25] 发现采用 400 MPa 处理胡萝卜会导致
NSP 含量显著提升的研究结果一致。 NSP 组分是通过
共价键与细胞壁结合的一类果胶物质[15] ,结合稳定紧
密,超高压后 NSP 含量的上升,有助于胡萝卜细胞壁物
质之间结合,从而导致脱水胡萝卜片硬度增加。
a - 果胶含量;b - 果胶组分的相对含量
图 3　 不同超高压力处理热风脱水胡萝卜果胶含量
Fig. 3　 Pectin content of the dehydrated carrot pretreated
with different high hydrostatic pressure
2. 6　 不同压力处理对果胶 DM 的影响
果胶的 DM 直接影响果胶分子间的氢键作用,进
而影响果蔬的质构特性[26] 。 在 NSP 提取过程中,其
甲氧基被碱液破坏,因此仅测定 WSP 和 CSP 果胶组
分的酯化 度,结 果 如 图 4。 未 经 超 高 压 处 理 的 WSP
研究报告
2025 年第 51 卷第 3 期(总第 519 期) 　281
组分 DM 值 为 67. 55% ,属 高 甲 氧 基 果 胶;CSP 组 分
DM 值为 49. 24% ,属低甲氧基果胶;随着超高压处理
压力的增加,WSP 和 CSP 组分 DM 值逐渐下降,当压
力 升 至 500 MPa 时, DM 分 别 降 为 53. 10% 和
40. 43% 。 在所选超高压条件下,果 胶 甲 基 酯 酶 被 激
活,导致果胶组分酯化度降低,低酯化度的条件下果
胶和金 属 离 子 更 容 易 发 生 交 联 形 成 稳 定 的 网 状 结
构[27] ,从而有利于维持胡萝卜的硬度。
图 4　 不同超高压力处理对热风脱水胡萝卜果胶甲酯化度
Fig. 4　 Degree of methylation of pectin extracted from
the dehydrated carrot pretreated with different high
hydrostatic pressure
2. 7　 不同压力处理对果胶分子质量的影响
不同超高压处理热风脱水后胡萝卜果胶分子质
量如图 5 所示,未经超高压处理 组 WSP 平 均 分 子 质
量为 356. 29 kDa,随着压力的增大,峰值发生了显著
右移, 经 500 MPa 处 理 后, 其 分 子 质 量 降 低 至
15. 47 kDa(表 3),这主要是因为 WSP 通过非共价键
和非离子键松 散 的 结 合 在 细 胞 壁 上[28] ,在 超 高 压 作
用下易发生 键 断 裂,发 生 解 聚,分 子 质 量 显 著 降 低。
CSP 组分出峰时间在超高压处理后发生了部分右移,
当超高压 力 ≥ 300 MPa 时,其 平 均 分 子 质 量 明 显 <
100 MPa 和未处理组,表明较大压力下 CSP 发生了部
分降解。 与 CSP 类 似,NSP 组 分 在 较 大 超 高 压 作 用
下,同样也会发生一定程度的降解。 果胶分子质量的
下降会导致果胶与其他物质间的交联减弱,而导致超
高压处理后 的 新 鲜 果 蔬 硬 度 的 损 失[29] 。 然 而,在 本
文研究的胡萝卜样品中,果胶组分的降解,所产生的
低分子多糖填充在胡萝卜组织细胞间隙,类似于低聚
糖、果胶等物质渗透至物料中,经脱水后反而会导致
样品硬度的增加[30] 。
a - WSP;b - CSP;c - NSP
图 5　 不同超高压处理热风脱水胡萝卜果胶分子质量分布
Fig. 5　 Molar mass distribution of pectin extracted from the dehydrated carrot pretreated with different high hydrostatic pressure
3　 结论
不同超高压预处理对胡萝卜片质构特性影响显
著,当压力≥300 MP 时,超高压预处理的胡萝卜片硬
度较 100 MPa 和未处理组显著下降,而经热风干燥后
则显著上升。 通过微观结构分析,超高压导致的胡萝
脱水前组织结构的塌陷和脱水后组织结构的收缩是
导致样品硬度升高的重要因素之一。 超高压预处理
后胡萝 卜 中 PME 和 PG 活 力 呈 先 上 升 后 下 降 趋 势,
酶活力的变化引起细胞壁中果胶酯化度和含量的下
降,从而影响脱水后胡萝卜质构特性。 超高压预处理
脱水胡 萝 卜 中,CSP 和 NSP 组 分 中 性 糖 含 量 及 糖 比
率的变化显示其发生降解,支链比率减少;果胶组分
间发生 相 互 转 化,在 300、500 MPa 预 处 理 胡 萝 卜 中
NSP 比例上升,WSP 和 CSP 组 分 甲 酯 化 度 下 降。 上
述超高压处理引起的胡萝卜果胶特性变化,会导致果
胶组分与细胞壁物质、金属离子形成稳定共价结合,
提高脱水胡萝卜片硬度。 同时,超高压会引起果胶断
链、分子量下降,形成低聚果胶多糖,填充在胡萝卜组
织间隙,也会增加脱水胡萝卜片硬度。
参 考 文 献
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Effect of different high hydrostatic pressure pretreatments on the textural
characteristics of hot-air dehydrated carrot slices:Mechanism exploration
KANG Yuandong1, 2 , XU Yujuan2 , WU Jijun2 , YU Yuanshan2 , LI Lu2 ,
PENG Jian2 ∗ , XIAO Gengsheng1,2∗
1(College of Food Science and Technology, Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225, China)
2(Sericultural &amp;amp; Agri-food Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences,Key Laboratory of Functional
Foods, Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Guangdong Key Laboratory of Agricultural Products Processing,
Guangzhou 510610, China)
ABSTRACT　 To explore the mechanism of how high hydrostatic pressure (HHP) pretreatment affects textural characteristics of the hotair
dehydrated carrot slice, the textural properties of dehydrated carrot pretreated with different high hydrostatic pressure (100, 300, and
500 MPa) were measured, the microstructure, polygalacturonase (PG), and pectin methylesterase (PME) of the carrots before and after
dehydration were detected, the water-soluble pectin (WSP), chelator-soluble pectin (CSP), and sodium carbonate soluble pectin (NSP)
extracted from dehydrated samples were further characterized. Hardness of dried carrot slices pretreated with 300 and 500 MPa were
11. 55% and 12. 25% higher, respectively, when compared with the unpretreated carrot sample. When the pressure was over 300 MPa,
tissue morphology of HHP pretreated samples was collapsed and microstructure of the dried sample became densely. Both PG and PME enzyme
activities were stimulated during the selected 100 ~ 500 MPa, and the highest enzyme activities 118. 76% and 128. 36% were obtained
at 300 MPa pretreated sample, respectively. When the pressure was over 300 MPa, CSP was tend converted to NSP, the pectin
fraction ratio changed, and the degree of branching and methoxylation of pectin fractions were reduced. Moreover, molar mass of WSP,
CSP, and NSP was decreased with the increasing pressure, accompanied with the pectin chains depolymerized. In summary, the changes
of carrot tissue morphology and characteristics of pectin fractions induced by HHP were confirmed to be substantial factors that significantly
affected the hardness of hot-air dehydrated carrot slices, which providing a mechanistic insight of HHP induced textural changes of dehydrated
fruit and vegetable.
Key words　 carrot;high hydrostatic pressure;hot-air dehydration;texture;pectin

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