臭氧水和超聲波協(xié)同作用在速凍西蘭花中的應(yīng)用研究

馬海燕, 張慜＊, 孫金才

(1.食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江南大學(xué),江蘇 無(wú)錫 214122;2.海通食品集團(tuán)股份有限公司,浙江 慈溪315300)

西蘭花(broccoli),別名綠花菜、青花菜、花菜蕓、莖椰菜,十字花科蕓苔屬甘藍(lán)種,一年生或二年生草本植物。西蘭花食用部分是帶花蕾群的肥嫩花莖,其營(yíng)養(yǎng)豐富,味道鮮美。同時(shí),西蘭花富含VC,可延緩衰老、提高免疫力、增強(qiáng)肝臟的解毒功能;食用富含高纖維的西蘭花還可有效降低腸胃對(duì)葡萄糖的吸收,是糖尿病患者的天然藥膳。西蘭花含有抗癌物質(zhì)異硫氰酸鹽,又名芥子油苷,其含量約占西蘭花鮮重的0.05%～0.1%,西蘭花被喻“防癌”新秀。

速凍蔬菜作為速凍食品的主要代表,近年來(lái)得到迅猛發(fā)展。但是目前在速凍前處理中,一般都會(huì)進(jìn)行燙漂處理,燙漂可以使一些酶類失活,同時(shí)也會(huì)殺死部分微生物,有利于后期產(chǎn)品的保藏。燙漂的基本方法有兩種即熱水燙漂和蒸汽燙漂。熱水熱燙時(shí),熱水大量滲入細(xì)胞間隙和細(xì)胞內(nèi)部,同時(shí)細(xì)胞中部分液泡中的水分滲透到細(xì)胞外,在水分進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程中,組織中的氣體被驅(qū)出,部分果膠化合物會(huì)有一定的溶解。此外蔬菜組織中的水溶性VC、VB1、VB2、糖、蛋白質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽也會(huì)有部分損失,其損失量因蔬菜品種、營(yíng)養(yǎng)成分和熱燙時(shí)間的不同而不同。熱燙時(shí)蔬菜營(yíng)養(yǎng)成分損失,蔬菜風(fēng)味變淡,這些損失的多少主要取決于熱燙程度。蒸汽熱燙相比熱水熱燙,蔬菜的風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)成分較好,但蒸汽熱燙比熱水熱燙的時(shí)間長(zhǎng),易引起蔬菜變色,質(zhì)地變軟,感官品質(zhì)變差,也會(huì)破壞某些營(yíng)養(yǎng)成分[1]。

作者主要研究臭氧水處理、超聲波處理和臭氧超聲波協(xié)同處理對(duì)速凍西蘭花POD活力、營(yíng)養(yǎng)成分的影響。旨在探索速凍西蘭花最佳預(yù)處理?xiàng)l件,為提高速凍西蘭花產(chǎn)品質(zhì)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮西蘭花:市售;丙酮、碳酸鈣、磷酸鹽緩沖溶液、鄰苯二胺、無(wú)水乙醇、過(guò)氧化氫、考馬斯亮藍(lán)G250、草酸、2,6-二氯靛酚、鎢酸鈉(Na2WO4·2H2O)、鉬酸鈉 (Na2MoO4·2H2O)、硫酸鋰(Li2SO4)、磷酸、碳酸鈉、鹽酸、溴水、一水合沒食子酸:分析純?cè)噭?/p>

臭氧發(fā)生器,濟(jì)南樓方實(shí)業(yè)有限公司;FA1104分析天平,上海天平儀器廠產(chǎn)品;電熱恒溫水浴鍋:上海醫(yī)療器械五廠產(chǎn)品;101-2-BS型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠產(chǎn)品;J Y98-3D超聲波細(xì)胞破碎機(jī):寧波新芝生物科技股份有限公司產(chǎn)品。SQ2130D多功能食品加工機(jī):上海帥佳科技有限公司產(chǎn)品;鼓風(fēng)速凍機(jī):無(wú)錫市企虹制冷有限公司產(chǎn)品;752紫外可見分光光度計(jì):上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品;TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀:Texture Analyzer,Stable Micro System,U K。

1.2 速凍西蘭花工藝流程

新鮮西蘭花→挑選、整理→清洗→質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的食鹽水中浸泡30 min→瀝干20 min→質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.8%的 CaCl2溶液中浸泡 9 min→瀝干 20 min→分組 →切分(花蕾直徑為3～4 cm,莖長(zhǎng)3 cm、半徑1 cm的花球) →處理(熱燙、超聲波、臭氧、超聲波和臭氧結(jié)合處理)→瀝干20 min→5℃冰箱中預(yù)冷5～10 min→-35℃單體速凍機(jī)中快速冷凍至-18℃以下→-5℃的低溫環(huán)境下快速包裝(無(wú)菌托盤及保鮮膜)→冷藏保存(-18℃)

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 臭氧水的制取 將臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的氣體通入裝有一定量蒸餾水的廣口瓶中,通氣一定時(shí)間后,CJ/T 3028.2-94行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定臭氧水濃度。

1.3.2 臭氧水處理 將新鮮原料,放入臭氧水中浸泡20 min(料水質(zhì)量體積比為1 g∶10 mL)。

1.3.3 超聲波處理 將新鮮原料放入盛有一定蒸餾水的超聲波專用杯中,超聲波探頭不能接觸物料。超聲波頻率為25 kHz,其中超聲波作用時(shí)間5 s,超聲波間歇時(shí)間5 s,既超聲波脈沖50%模式,超聲波全程時(shí)間為這兩部分時(shí)間之和。

1.3.4 超聲波和臭氧水協(xié)同處理 將新鮮原料放入盛有臭氧水的超聲波專用杯中,再用超聲波處理。

1.3.5 對(duì)照處理 新鮮西蘭花洗凈瀝干水分,不經(jīng)過(guò)任何其他預(yù)處理直接放入速凍機(jī)中速凍。

1.4 檢測(cè)方法

1.4.1 鄰苯二胺-分光光度法測(cè)定過(guò)氧化物酶(POD)活性[2]取樣品 50 g,加入 50 mL的 50 mmol/L p H 7.0磷酸鹽緩沖溶液,研磨成勻漿后,于10 000g離心10 min。取0.1 mL上清液,分別加入2.6 mL 0.1 mol/L的p H為7.0的磷酸鹽緩沖溶液,0.1 mL體積分?jǐn)?shù)1%鄰苯二胺-乙醇溶液,0.2 mL10 mmol/L H2O2。以酶液在分光光度計(jì)430 nm波長(zhǎng)下每分鐘吸光度的變化值表示POD活性大小A430/FW。

式中:ΔA470為樣品管在430 nm處吸光值的變化;D為稀釋倍數(shù);FW為樣品鮮重,(g);t為加過(guò)氧化氫到最后一次讀數(shù)時(shí)間,(min)。

1.4.2 葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定 取待測(cè)西蘭花花蕾5.0 g,用體積分?jǐn)?shù)為80%的丙酮溶液抽提,定容至100 mL,分別測(cè)定波長(zhǎng)663 645 nm處的吸光值,并計(jì)算樣品總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

式中:0.1為0.1 L的葉綠素提取液;m為稱取的樣品質(zhì)量,(g);v為提取液體積,(L);A645為樣品管在645 nm處吸光值;A663為樣品管在663 nm處吸光值。

1.4.3 2,6-二氯靛酚滴定法測(cè)定VC質(zhì)量分?jǐn)?shù)GB-T 6195-1986進(jìn)行。

1.4.4 考馬斯亮藍(lán) G2250法測(cè)定蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)[3]取樣品10.00 g,加水和石英砂研磨成勻漿,定容至 50 mL,然后在 4 000 r/min離心 20 min,取上清液0.1 mL加入0.9 mL蒸餾水和5 mL考馬斯亮蘭 G2250試劑搖勻,兩分鐘后在595 nm下比色,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線查得蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.4.5 最大抗壓強(qiáng)度測(cè)定 凍結(jié)后的青花菜在-18℃溫度下保藏1周,在4℃條件下解凍24 h。用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定青花菜莖的最大抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)重復(fù)9組,舍棄測(cè)定數(shù)值最大和最小值,取平均值[4]。

1.4.6 福林試劑還原比色法測(cè)總酚 取試樣5 g,研磨成勻漿,用80 mL蒸餾水洗入100 mL容量瓶中,至100 ℃沸水浴中保溫 30 min,取出,冷卻,定容,過(guò)濾,濾液備用。取1.0 mL樣品提取液,依次加入5.0 mL水、1 mL顯色劑和3 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.5%碳酸鈉溶液,搖勻,顯色2 h,在765 nm 波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度。[5,6]

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素處理效果的研究

影響臭氧水作用效果的主要因素是作用時(shí)間和臭氧水濃度[7-8],而一般來(lái)說(shuō),臭氧水在15～25℃之間降解的半衰期為20～30 min[9]。因此,在研究不同濃度臭氧水殺菌效果影響的實(shí)驗(yàn)中,選擇的處理時(shí)間為20 min。常溫下,設(shè)定超聲波的功率為600、800、1 000、1 200 W(作者所在實(shí)驗(yàn)室超聲波最大功率為1 200 W),研究超聲波不同功率的作用4 min對(duì)速凍西蘭花 POD活性和營(yíng)養(yǎng)成分的影響。單因素試驗(yàn)處理水平表見表1。

2.1.1 不同的處理方式對(duì)速凍西蘭花 POD活性的影響 Bot tcher指出:POD完全鈍化意味著漂燙過(guò)度,為了得到更好的產(chǎn)品應(yīng)考慮漂燙對(duì)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響[10]。只要不引起引起蔬菜質(zhì)變,蔬菜熱燙以后可以殘留一部分活性過(guò)氧化物酶,以保持2.9%～8.2%過(guò)氧化物酶活性為標(biāo)準(zhǔn),反而使冷凍蔬菜的品質(zhì)更好。由于過(guò)氧化物酶的耐熱性比其他酶強(qiáng),因此一般都是以過(guò)氧化物酶殘余活力控制漂燙程度。新鮮西蘭花的酶活力為2 763.95 u/g,不同的處理方式對(duì)西蘭花POD酶活力影響見圖1。

表1 西蘭花不同處理方式水平表Tab.1 Level table of different treatments for Broccoli

由圖1得出臭氧處理時(shí),速凍西蘭花的 POD活性隨臭氧水濃度的增大而降低,并且開始時(shí)降低速率較快,當(dāng)臭氧水質(zhì)量濃度5.6 mg/L時(shí)POD殘余活性為26.56%,繼續(xù)提高濃度POD活性下降變慢,質(zhì)量濃度為7.20 mg/L時(shí) POD殘余活性為23.43%。超聲波處理時(shí)速凍西蘭花的POD活性隨超聲波功率的增加而降低,當(dāng)超聲波功率達(dá)800 W時(shí),繼續(xù)加大功率對(duì)POD活性的影響不大。

圖1 Effect of POD residual activity of broccoli after different treatmentsFig.1 Effect of POD residual activity of broccoli after different treatments

2.1.2 不同的處理方式對(duì)速凍西蘭花葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響 綠色蔬菜的綠色來(lái)源于葉綠素,在貯存或加工過(guò)程中葉綠素?fù)p失,導(dǎo)致蔬菜產(chǎn)品易褪色或變色(由鮮綠色變成黃褐色直至無(wú)色),嚴(yán)重影響了綠色蔬菜產(chǎn)品的質(zhì)量。由圖2可知,臭氧水和超聲波處理都對(duì)葉綠素的含量有一定影響。臭氧處理組葉綠素含量都高于對(duì)照組,且隨臭氧水濃度升高含量增加。當(dāng)超聲波功率從400 W上升到600 W時(shí),西蘭花葉綠素含量增加,這可能是由于超聲波處理時(shí)使西蘭花的一些細(xì)胞破碎而釋放出葉綠素的緣故。當(dāng)超聲波功率大于600 W時(shí),繼續(xù)增大功率葉綠素的含量開始下降,這可能是超聲波的機(jī)械和生化效應(yīng)導(dǎo)致葉綠素遭到破壞的緣故。

圖2 不同處理對(duì)西蘭花葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Fig.2 Effect of chlorophyll content of broccoli after different treatments

2.1.3 不同的漂燙方式對(duì)速凍西蘭花維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響 VC是西蘭花的重要營(yíng)養(yǎng)成分,徐斐燕[11]等研究臭氧在鮮切西蘭花中的應(yīng)用,表明臭氧處理能明顯提高西蘭花中VC含量,這可能臭氧抑制了鮮切西蘭花中多酚氧化酶的活性,延緩了組織代謝,在用臭氧水浸泡青花菜時(shí),由于外皮組織的保護(hù),VC并沒有受到多大的損傷。臭氧水和超聲波對(duì)速凍西蘭花VC含量的影響如圖3,臭氧處理組中VC的含量與對(duì)照組的并無(wú)顯著差異,只有少量的損失,這部分損失可能是由于凍結(jié)過(guò)程造成的。同時(shí)實(shí)驗(yàn)中還研究了臭氧對(duì)速凍西蘭花可溶性蛋白質(zhì)的影響,結(jié)果表明臭氧和超聲波處理對(duì)可溶性蛋白質(zhì)的影響均不大。

圖3 不同處理對(duì)速凍西蘭花VC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Fig.3 Effect of vitamin C content of broccoli after different treatments

2.1.4 不同處理方式對(duì)速凍西蘭花硬度的影響臭氧和超聲波對(duì)速凍西蘭花硬度的影響如圖4所示,隨著臭氧水濃度的增加或超聲波功率的增大,速凍西蘭花解凍后的硬度逐漸減小,實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),相對(duì)于超聲波和臭氧處理,凍結(jié)過(guò)程對(duì)西蘭花質(zhì)構(gòu)破壞程度是最大的,新鮮未凍的西蘭花的硬度為16 857.18 g,經(jīng)過(guò)凍結(jié)的西蘭花硬度下降為14 843.26 g,下降率為11.9%。這是因?yàn)樗賰鎏幚頃r(shí),西蘭花內(nèi)外急劇生成大量的冰晶,體積急劇膨脹,對(duì)細(xì)胞壁造成了機(jī)械損傷;細(xì)胞水分外滲引起了脫水損傷;同時(shí)凍結(jié)過(guò)程樣品內(nèi)外存著溫差,導(dǎo)致熱應(yīng)力不均勻;以及快速降溫時(shí)樣品的體積不均勻收縮等,這些因素的綜合作用大大破壞了西蘭花的質(zhì)構(gòu)。

圖4 不同處理對(duì)速凍西蘭花硬度的影響Fig.4 Effect of rigidity of broccoli after different treatments

2.1.5 不同處理方式對(duì)速凍西蘭花總酚含量的影響 西蘭花中含有多種抗氧化性營(yíng)養(yǎng)素,多酚類物質(zhì)如黃酮、花青素等,它們具有抗氧化、促進(jìn)機(jī)體免疫應(yīng)答等作用。臭氧、超聲波處理對(duì)速凍西蘭花總酚含量的影響如圖5示,由圖可得總酚含量隨臭氧水濃度增加和超聲波功率的增大,出現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。

圖5 不同處理對(duì)速凍西蘭花總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Fig.5 Effect of total phenol of broccoli after different treatments

2.2 協(xié)同處理試驗(yàn)

應(yīng)用正交試驗(yàn)研究臭氧水和超聲波的協(xié)同作用,通過(guò)上述的單因素試驗(yàn),綜合考慮臭氧水濃度和超聲波功率對(duì)西蘭花硬度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和顏色、風(fēng)味的影響。設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)因素水平如表2。

表2 正交試驗(yàn)因素水平表Tab.2 The orthogonal factor level of ozone water and utrosound

根據(jù)表2的因素水平表進(jìn)行正交試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。正交實(shí)驗(yàn)的指標(biāo)為POD殘存酶活力。由表3可知,由綜合指標(biāo)篩選出的最優(yōu)工藝是A2B3C2,也就是臭氧水質(zhì)量濃度為6.4 mg/L,超聲波功率為1 200 W,處理時(shí)間為3.5 min。

通過(guò)比較極差可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于速凍西蘭花POD酶活力而言影響最主要的因素是超聲波功率,其次是臭氧水質(zhì)量濃度和處理時(shí)間。而且由均值可以知道,并不是臭氧水質(zhì)量濃度越高越好,在一定范圍內(nèi),POD殘存酶活力與臭氧水濃度先成正比后成反比。超聲波功率在實(shí)驗(yàn)條件下是與POD殘余酶活力成正比的。而協(xié)同處理的時(shí)間與POD殘存酶活力并不總是成正比的,在一定時(shí)間范圍內(nèi),是先成正比后成反比的。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果表Tab.3 The results of synergy test of Ozone w ater and Utrosound

2.3 協(xié)同處理后產(chǎn)品品質(zhì)研究

由于感官質(zhì)量反映了食品與人的感覺器官的關(guān)系[12],所以作者采用了感官評(píng)價(jià)作為主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于處理后的產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)價(jià),分別從預(yù)處理后以及解凍后來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià),主要從顏色,組織狀態(tài),氣味等方面來(lái)衡量速凍西蘭花的品質(zhì)變化情況,詳細(xì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表4。根據(jù)表4可知,對(duì)經(jīng)過(guò)聯(lián)合處理的樣品分別進(jìn)行感官評(píng)價(jià),結(jié)果如表5所示。感官評(píng)價(jià)得分在35分以下的稱為品質(zhì)破壞。由上表可知,基本都在35分以上,而且篩選出來(lái)的最優(yōu)工藝條件下品質(zhì)得分為41分,也就是說(shuō)在最優(yōu)預(yù)處理工藝條件下處理仍然基本保持了速凍產(chǎn)品的品質(zhì)。

表4 感官評(píng)分表Tab.4 The table of sensory score

表5 感官評(píng)價(jià)表Tab.5 The results of sensory score

3 結(jié) 語(yǔ)

超聲波和臭氧水處理都能降低速凍西蘭花的POD活性,試驗(yàn)通過(guò)研究單因素處理對(duì)速凍西蘭花葉綠素含量、VC、可溶性蛋白、總酚含量的影響,選出了較合適的協(xié)同試驗(yàn)水平,對(duì)于臭氧水與超聲波協(xié)同處理,考察因素有臭氧濃度、超聲波功率、處理時(shí)間,以速凍西蘭花 POD酶活為主要指標(biāo)。經(jīng)過(guò)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),篩選出來(lái)的最優(yōu)殺菌工藝是臭氧濃度為6.4 mg/L,超聲波功率為1 200 W,處理時(shí)間為4 min。并通過(guò)感觀評(píng)價(jià)確定最優(yōu)預(yù)處理工藝條件下處理仍然基本保持了速凍產(chǎn)品的品質(zhì),與熱燙處理相比超聲波與臭氧水聯(lián)合處理產(chǎn)品的色澤更接近新鮮原料,營(yíng)養(yǎng)成分損失更少,使速凍西蘭花的品質(zhì)得到更好的保持。

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