脫水香蔥在不同水分活度下貯藏品質(zhì)的變化規(guī)律

浦浩亮，王柳清，胡秋輝，裴 斐，楊文建*

（南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210023）

香蔥（Allium ascalonicum）是一種典型的百合科類蔬菜，因其具有質(zhì)地柔嫩、味清香微辣、可調(diào)味和去腥等特點(diǎn)，成為一種廣受歡迎的食品調(diào)味品[1-2]。同時(shí)，香蔥具有的抗炎抗癌等生物活性也是其被大眾熱捧的主要原因[3]。目前，香蔥除了鮮食以外，更多的是以脫水干制品的形式進(jìn)行消費(fèi)和出口[3-4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)脫水香蔥的產(chǎn)品年銷售量近6萬(wàn) t，出口量占全世界出口量的80%[5]。脫水香蔥的主要加工方式以熱風(fēng)干燥[5]、冷凍干燥[6]、紅外干燥[7]等為主，目前關(guān)于脫水香蔥的研究主要集中在脫水工藝的優(yōu)化、脫水過(guò)程的品質(zhì)保持等方面，但脫水后干制產(chǎn)品在貯藏過(guò)程中的品質(zhì)保持和控制還缺乏相關(guān)研究。

目前，脫水香蔥存在的水分含量低、包裝不合理、貯藏條件不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，導(dǎo)致其在貯藏過(guò)程中易發(fā)生受潮吸水而變色、皺縮軟化、營(yíng)養(yǎng)損失和特征風(fēng)味喪失等問(wèn)題[8-11]。因此，系統(tǒng)研究脫水香蔥在不同濕度環(huán)境下的品質(zhì)變化規(guī)律，對(duì)有效控制其品質(zhì)劣變、延長(zhǎng)貨架期具有重要的意義。

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定脫水香蔥在不同水分活度（water activity，aw）貯藏下的外觀品質(zhì)、水分含量以及水分分布、硬度、微觀結(jié)構(gòu)、槲皮素含量以及風(fēng)味成分等指標(biāo)，探討不同水分活度環(huán)境下脫水香蔥的變化規(guī)律，為脫水香蔥在貯藏過(guò)程中的品質(zhì)保持和貨架期延長(zhǎng)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫水香蔥 江蘇興化脫水食品集團(tuán)有限公司；槲皮素 南京建成生物工程研究所；2.5%戊二醛 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)有限公司；叔丁醇、無(wú)水乙醇 南京化學(xué)試劑股份有限公司；凡士林 南京金陵石油化工公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 國(guó)華電器有限公司；HWS-400恒溫恒濕箱 寧波東南儀器有限公司；101-3AS型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海蘇進(jìn)儀器設(shè)備廠；i-mark酶標(biāo)儀美國(guó)Bio-Rad公司；NMI20低場(chǎng)核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）儀 上海紐邁電子科技有限公司；TA-XT plus型食品物性測(cè)定儀英國(guó)Stable Micro公司；FD-IC真空冷凍干燥機(jī) 西班牙Telstar公司；TM-3000掃描電子顯微鏡 日本日立公司；α-Fox3000氣味指紋分析儀（配有MOS傳感器）法國(guó)Alpha MOS公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

采用Hatzidimitriou等[12]的方法，配制MgCl2、K2CO3、NaNO2、NaCl和KCl飽和溶液各1 000 mL，分別置于30 cm直徑干燥器中，用凡士林密封并在25 ℃恒溫恒濕箱中平衡2 d，形成aw分別為0.33、0.43、0.67、0.78和0.84的密閉環(huán)境。挑選大小均一、顏色鮮艷的新制備熱風(fēng)干燥脫水香蔥200 g放入培養(yǎng)皿中，并放置于干燥器內(nèi)50 d，不同aw環(huán)境設(shè)置10 個(gè)平行，每隔10 d取樣對(duì)外觀進(jìn)行觀察、拍照記錄并進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。

1.3.2 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與水分分布的測(cè)定

根據(jù)GB 5009.3ü2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》中直接干燥法測(cè)定脫水香蔥水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

水分分布的測(cè)定參照Song Yuan等[13]的方法，并作適當(dāng)修改。將稱取0.1 g樣品放入直徑15 mm樣品管中，置于LF-NMR儀，測(cè)量溫度為（32.0f0.1）℃。樣品放入線圈中采用硬脈沖序列尋找中心頻率和硬脈沖脈寬，再用硬脈沖回波序列測(cè)定脫水香蔥橫向弛豫時(shí)間T2，脈沖參數(shù)設(shè)定如下：相應(yīng)共振頻率SF＝19 MHz；光譜寬度SW＝200 kHz；回波時(shí)間TE＝0.4 ms；脈沖寬度分別為90° P1＝12 ms、180° P2＝24 ms；等待時(shí)間TW＝400 ms；掃描重復(fù)次數(shù)NS＝64；射頻延遲時(shí)間RFD＝0.5 ms；模擬增益RG1＝20 db；數(shù)字增益DRG1＝3。

1.3.3 硬度的測(cè)定

硬度的測(cè)定采用TA-XT plus型食品物性測(cè)定儀，參考Wang Liuqing等[14]的方法并略作調(diào)整。使用P/25探頭，測(cè)前速率1.0 mm/s，測(cè)中速率0.5 mm/s，測(cè)后速率0.5 mm/s，壓縮量40%。每個(gè)樣品重復(fù)10 次取平均值。

1.3.4 微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定

微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定采用Wu Yuanyue等[15]的方法并略作調(diào)整。將樣品浸沒(méi)于體積分?jǐn)?shù)2.5%戊二醛，靜置2 h固定。然后分別用體積分?jǐn)?shù)30%、50%、70%、80%和90%叔丁醇依次靜置脫水15 min，后用真空冷凍干燥機(jī)冷凍干燥。再將干燥后的樣品用導(dǎo)電膠帶固定在樣本臺(tái)上，用日立TM-3000掃描電子顯微鏡放大800 倍觀察微觀結(jié)構(gòu)并且拍照記錄。

1.3.5 槲皮素含量的測(cè)定

槲皮素含量的測(cè)定參考劉維信等[16]的方法。將樣品加液氮速凍，粉碎后準(zhǔn)確稱取1.00 g樣品置于50 mL的離心管中，加10 mL、體積分?jǐn)?shù)80%乙醇溶液，放入65 ℃的HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋內(nèi)溫浴2 h；量取濾液1 mL，添加體積分?jǐn)?shù)80%乙醇溶液2 mL，混勻，制備成測(cè)試樣品。樣品放置于酶標(biāo)儀內(nèi)，在波長(zhǎng)362 nm處測(cè)定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品濾液中槲皮素含量。

1.3.6 電子鼻分析

為分析aw對(duì)于脫水香蔥風(fēng)味的影響，對(duì)貯藏0、50 d的脫水香蔥風(fēng)味進(jìn)行電子鼻分析，具體操作參考Song Yuan等[13]的方法。將樣品研磨粉碎后取2 g密封放置于20 mL的密閉小瓶中，在50 ℃條件下加熱10 min，使用配有12 種傳感器類型（MOS傳感器）的電子鼻對(duì)樣品進(jìn)行風(fēng)味分析（表1）。分析條件：載氣為潔凈干燥空氣，流速150 mL/min；頂空產(chǎn)生參數(shù)：產(chǎn)生時(shí)間60 s，產(chǎn)生溫度60 ℃，攪動(dòng)速率250 r/min；頂空注射參數(shù)：注射體積2 500 μL，注射速率2 500 μL/s；獲得參數(shù)：獲得時(shí)間360 s；延滯時(shí)間120 s。

表1 α-FOX 3000型電子鼻MOS傳感器的敏感性和分離性[17]Table1 Sensitivity and selectivity of MOS sensors used in α-FOX 3000 electronic nose[17]

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用AlphaSoft V9.1軟件的主成分分析（principal component analysis，PCA）功能分析電子鼻數(shù)據(jù)。用SPSS 18.0軟件中最小顯著性差異法（least significant differences，LSD）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析（P＜0.05）。采用Microsoft Excel和Origin 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 脫水香蔥在不同aw貯藏期間的外觀品質(zhì)變化

圖1 脫水香蔥在不同aw貯藏期間的外觀變化Fig.1 Change in visual appearance of dried A. ascalonicum stored at different aw levels

經(jīng)過(guò)25 ℃的50 d貯藏，不同aw下脫水香蔥外觀變化明顯（圖1）。高aw樣品在貯藏過(guò)程中出現(xiàn)了變色現(xiàn)象。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，蔥葉顏色逐漸轉(zhuǎn)變成暗淡的棕綠色，且貯藏末期變?yōu)榛液稚?，蔥白顏色在貯藏過(guò)程中逐漸變黃，皺縮的現(xiàn)象嚴(yán)重，且隨著環(huán)境aw升高而加劇。這種色澤顯著變化的原因可能是綠色植物含有的天然色素如葉綠素等在高濕度環(huán)境下降解，生成黃褐色或深褐色產(chǎn)物，造成其外觀色澤劣變[18]。在貯藏過(guò)程中，aw為0.33、0.43環(huán)境下的脫水香蔥外觀品質(zhì)變化不明顯，蔥葉翠綠、蔥白潔白，并且未觀察到皺縮現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明aw為0.33、0.43的環(huán)境延緩了脫水香蔥色澤劣變、抑制其皺縮，有利于脫水香蔥在貯藏過(guò)程中維持其外觀品質(zhì)。

2.2 脫水香蔥在不同aw貯藏期間的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和水分分布變化

圖2 脫水香蔥在不同aw下水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（A）和水分狀態(tài)（B）Fig.2 Moisture content (A) and moisture signal intensity (B) of dried A. ascalonicum stored at different aw levels

脫水香蔥在不同aw環(huán)境下的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如圖2A所示。結(jié)果表明，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，脫水香蔥的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。同時(shí)貯藏終點(diǎn)的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著aw增加而上升，且出現(xiàn)了超過(guò)干制品安全水分范圍（10%～15%）的現(xiàn)象[19]。然而，aw＝0.33和aw＝0.43環(huán)境下的脫水香蔥在貯藏過(guò)程中始終保持在安全水分范圍。

從圖2B1可以看出，脫水香蔥的T2圖譜主要呈現(xiàn)3 個(gè)分布峰，分別為T21（1～10 ms）、T22（10～100 ms）和T23（100～1 000 ms），分別表示脫水香蔥結(jié)合水（T21）、不易流動(dòng)水（T22）和自由水（T23）3 個(gè)水分狀態(tài)，這3 種水分別存在于細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞間或細(xì)胞內(nèi)的液泡中[20]。其中T21為主峰，說(shuō)明結(jié)合水是脫水香蔥中的主要水分狀態(tài)，這類水不易于參與到化學(xué)反應(yīng)中且不容易被微生物利用。在貯藏過(guò)程中，T21峰面積變化明顯，而T22和T23峰面積變化不明顯，說(shuō)明結(jié)合水是脫水香蔥貯藏過(guò)程中主要發(fā)生變化的水分。在aw＝0.33和aw＝0.43環(huán)境下，T21峰面積隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)都出現(xiàn)了下降的現(xiàn)象，證明此時(shí)脫水香蔥的結(jié)合水含量減少。然而，在高aw下樣品T21峰面積在貯藏過(guò)程中明顯增加，表明結(jié)合水含量上升，可能是香蔥中纖維素和糖類等親水性物質(zhì)在高水分環(huán)境下易吸收外界水分引起的[20-21]。在aw＝0.67、aw＝0.78和aw＝0.84下的貯藏末期，T21增加（峰向右移動(dòng)），這說(shuō)明結(jié)合水的流動(dòng)性上升，此時(shí)水分的存在狀態(tài)由結(jié)合水向不易流動(dòng)水轉(zhuǎn)移。同時(shí)，貯藏環(huán)境的aw越高，T21值和峰面積增加量越大，說(shuō)明結(jié)合水流動(dòng)性和含量隨著aw上升而增加。這種水分的變化可以使水分更容易參與到氧化反應(yīng)、酶促反應(yīng)等化學(xué)反應(yīng)中，從而造成品質(zhì)的變化[22]。

2.3 脫水香蔥在不同aw貯藏期間的硬度變化

硬度是體現(xiàn)脫水香蔥商品價(jià)值的重要指標(biāo)之一[23]。由圖3可以看出，在貯藏期間，脫水香蔥的硬度隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。其中，在aw分別為0.67、0.78、0.84的環(huán)境下，脫水香蔥的硬度在貯藏10 d后分別下降56.93%、71.88%以及81.13%，然后趨于平穩(wěn)或緩慢下降至貯藏期結(jié)束。這種高aw環(huán)境下脫水香蔥硬度的下降被認(rèn)為與纖維素和糖類等親水性物質(zhì)吸水引起組織軟化有關(guān)[21]。與之相比，低aw環(huán)境下的脫水香蔥的硬度總體下降速度較平緩，aw＝0.33和aw＝0.43環(huán)境下的樣品在貯藏終點(diǎn)硬度僅下降50.75%和56.09%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明aw＝0.33和aw＝0.43環(huán)境延緩了脫水香蔥硬度的下降，從而較好地保持了脫水香蔥的質(zhì)地。

圖3 脫水香蔥在不同aw貯藏期間的硬度變化Fig.3 Hardness of dried A. ascalonicum stored at different aw levels

2.4 脫水香蔥在不同aw貯藏期間的微觀結(jié)構(gòu)變化

圖4 脫水香蔥在不同aw下掃描電子顯微鏡圖Fig.4 Scanning electron microscopic images of dried A. ascalonicum at different aw levels

從圖4可以看出脫水香蔥在貯藏過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)的變化。高aw下，脫水香蔥在貯藏過(guò)程中組織結(jié)構(gòu)遭到破壞，管狀組織出現(xiàn)了明顯的黏連皺縮，側(cè)表面平坦的結(jié)構(gòu)向內(nèi)凹陷，這種現(xiàn)象隨著aw升高變得更加明顯，可能是因?yàn)楦遖w環(huán)境下，脫水香蔥親水性物質(zhì)與水分子結(jié)合，造成微觀組織皺縮[24]。Hernando等[24]認(rèn)為微觀結(jié)構(gòu)的破壞不利于干制品的復(fù)水，會(huì)對(duì)干制品的商業(yè)價(jià)值產(chǎn)生負(fù)面影響。在aw＝0.33和aw＝0.43環(huán)境下，脫水香蔥的微觀結(jié)構(gòu)相對(duì)于高aw下樣品變化不明顯，在貯藏過(guò)程中管狀組織保持了原有的飽滿挺立，有輕微的黏連皺縮現(xiàn)象，從側(cè)表面可以觀察到光滑平坦的規(guī)則結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明aw＝0.33和aw＝0.43環(huán)境維持了脫水香蔥的微觀結(jié)構(gòu)，保持了脫水香蔥的品質(zhì)。

2.5 脫水香蔥在不同aw貯藏期間的槲皮素含量變化

槲皮素作為一種天然黃酮類化合物，是香蔥中典型的營(yíng)養(yǎng)功能成分，具有抗癌、抗炎等和抗氧化作用[25]。由圖5可以看出，在貯藏期間，脫水香蔥槲皮素含量在不同aw下均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中aw為0.67、0.78和0.84的高水分條件下，其含量下降最明顯，在貯藏終點(diǎn)槲皮素含量下降了60%左右。有研究表明，槲皮素易在貯藏過(guò)程中發(fā)生氧化反應(yīng)，造成槲皮素降解[26]。結(jié)合水含量和水分流動(dòng)性的增加會(huì)加速食品中各類化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行[21]，這可能是促進(jìn)黃酮類物質(zhì)氧化損失的主要原因[27]。然而，aw＝0.33和aw＝0.43環(huán)境下，脫水香蔥槲皮素含量下降速度明顯降低，其含量在貯藏終點(diǎn)僅下降了19.76%和19.97%。實(shí)驗(yàn)表明，aw＝0.33和aw＝0.43環(huán)境抑制了脫水香蔥中槲皮素的降解，從而保持了脫水香蔥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

圖5 不同aw下脫水香蔥槲皮素含量Fig.5 Quercetin contents of dried A. ascalonicum at different aw levels

2.6 脫水香蔥在不同aw貯藏條件下的電子鼻分析

電子鼻是通過(guò)氣體傳感器陣列的響應(yīng)值來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的識(shí)別，其可以對(duì)樣品的氣體信息進(jìn)行對(duì)比分析[28]。電子鼻根據(jù)連接各傳感器間的相應(yīng)數(shù)值，建立雷達(dá)指紋圖譜。圖6A中的電子鼻傳感器強(qiáng)度曲線代表了各樣品的風(fēng)味強(qiáng)度。不同aw下脫水香蔥的PA/2、T70/2、P40/1、P10/2和T30/1的信號(hào)值為正值，在0.2～0.8之間，而且各傳感器的響應(yīng)值基本隨著aw上升而呈增加的趨勢(shì)，這說(shuō)明酮類、醇類、有機(jī)胺、含硫化合物、芳香族化合物、烴類和酸類等物質(zhì)相對(duì)含量隨aw的增加而增加。在不同aw下脫水香蔥的雷達(dá)圖曲線具有相似的輪廓，但在aw＝0.84下脫水香蔥在大多數(shù)傳感器上的響應(yīng)值與其他的樣品差異較大，說(shuō)明在aw＝0.84下的脫水香蔥與其他樣品相比，風(fēng)味成分存在差異。在aw＝0.84環(huán)境下貯藏50 d后，脫水香蔥的PA/2和T30/1信號(hào)值明顯高于其他樣品，說(shuō)明脫水香蔥出現(xiàn)了明顯的土霉味[29]，其他aw下樣品的雷達(dá)曲線與第0天樣品幾乎重合，說(shuō)明脫水香蔥在其他aw下貯藏50 d后風(fēng)味成分變化不明顯。

圖6 脫水香蔥在不同aw環(huán)境下雷達(dá)圖（A）和PCA圖（B）Fig.6 Radar fi ngerprint chart (A) and PCA plot (B) of dried A. ascalonicum at different aw levels

電子鼻的PCA可以對(duì)不同樣品中揮發(fā)性化合物進(jìn)行快速區(qū)分[30]。從圖6B中可以看到，第1主成分貢獻(xiàn)率為90.837%，第2主成分的貢獻(xiàn)率為7.739%，總貢獻(xiàn)率為98.576%，超過(guò)85%，表明該圖可以體現(xiàn)主成分的數(shù)據(jù)[31]。隨著aw的增加，脫水香蔥的信號(hào)值的PC2值總體上呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。在aw＝0.84環(huán)境下貯藏50 d后，脫水香蔥的信號(hào)值離第0天的樣品最遠(yuǎn)，說(shuō)明此時(shí)脫水香蔥風(fēng)味與原始風(fēng)味相比差距較大[32]。與之相比，其他樣品與第0天的樣品存在類似的風(fēng)味成分，與圖6A的結(jié)果相同。同時(shí)，aw越低，脫水香蔥的信號(hào)值距離第0天樣品越近，表明了降低aw環(huán)境可以使脫水香蔥能更好地保持其原有風(fēng)味成分。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)研究了不同aw環(huán)境下脫水香蔥外觀、水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水分狀態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)、硬度、槲皮素含量和風(fēng)味物質(zhì)的變化。結(jié)果證明了結(jié)合水是脫水香蔥中主要的水分狀態(tài)，在高aw環(huán)境下其含量和流動(dòng)性上升，導(dǎo)致脫水香蔥外觀變成灰褐色，加劇了脫水香蔥微觀結(jié)構(gòu)的管狀組織黏連、硬度下降和風(fēng)味劣變。然而，aw＝0.33和aw＝0.43貯藏環(huán)境下，脫水香蔥的結(jié)合水含量隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)降低，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)始終保持在安全范圍，維持了其良好的外觀品質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)；該貯藏環(huán)境延緩了脫水香蔥硬度的下降，并使得槲皮素含量的損失控制在20%以內(nèi)；同時(shí)有利于脫水香蔥保持其原有風(fēng)味成分。

綜上所述，結(jié)合水是影響脫水香蔥品質(zhì)的主要水分狀態(tài)，aw＝0.33和aw＝0.43環(huán)境下結(jié)合水含量隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)降低，有利于保持脫水香蔥的貯藏品質(zhì)。本研究為控制香蔥干制品貯藏過(guò)程中的食用品質(zhì)、延長(zhǎng)其貨架期提供了理論依據(jù)。