低鹽腌漬仔姜果膠甲酯酶保脆工藝的優(yōu)化

何英東，崔文甲，李曉，王文亮，王月明，唐曉珍

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品研究所，濟(jì)南 250100；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué) 與工程學(xué)院，山東 泰安 271018)

仔姜又稱為嫩姜、姜芽，具有芳香和辛辣味，廣泛種植于中國、日本、印度等國家[1]。仔姜中含有豐富的鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等多種礦物元素，黃醇、硫胺素等活性類物質(zhì)也比一般的老姜豐富，同時(shí)含有一定的姜辣素等抗氧化活性物質(zhì)[2]，具有開胃止嘔的功效，因此，仔姜屬于營養(yǎng)價(jià)值較高，且深受消費(fèi)者喜愛的食品。仔姜的產(chǎn)量較低，因而市場售價(jià)較高，且仔姜不耐貯藏，常溫下儲存易出現(xiàn)腐敗、褐變，不耐低溫，仔姜一般集中于夏季上市，季節(jié)性較強(qiáng)[3]。為了最大化仔姜的市場價(jià)值，仔姜主要以加工制品的方式在市場中流通。張璐[4]以仔姜芽為材料，制作低糖姜脯為目的，對低糖姜脯加工過程中的多種主要工藝參數(shù)做了考察，摸索了姜脯糖煮液澄清、脫色的方法，研究出了成熟的低糖姜脯加工工藝。郭冬菊[5]開發(fā)了一款低鹽姜片產(chǎn)品，并通過相關(guān)試驗(yàn)確定了最優(yōu)工藝條件，為姜類產(chǎn)品的開發(fā)開拓了新的思路。由于腌漬類食品具有工藝簡單、貯存期較長、成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以是目前仔姜的主要儲存食用方式。

但腌漬菜的主要特點(diǎn)是高糖分或高鹽分來達(dá)到耐儲藏的目的，隨著綠色健康食品理念的推行，食品的低鹽化逐漸成為綠色健康的趨勢，腌漬菜行業(yè)首當(dāng)其沖，傳統(tǒng)的高鹽分的腌漬菜的鹽含量一般高于8%[6]，并不能很好地契合食品低鹽化的理念。但低鹽腌漬存在很明顯的短板，即失去了高鹽分高滲透壓的環(huán)境條件，為細(xì)菌的滋生創(chuàng)造了良好的條件。而低鹽腌漬同時(shí)具有無可比擬的健康優(yōu)勢，相較高鹽食品來說可以大大減低高血壓等疾病的風(fēng)險(xiǎn)[7]。根據(jù)果膠甲酯酶對果膠的作用機(jī)理，可知果膠甲酯酶從高聚半乳糖鏈中除去甲基后，Ca2+離子橋連接去甲基化后的高聚半乳糖鏈的帶負(fù)電荷的羧酸酯基團(tuán)，有利于形成聚合物網(wǎng)絡(luò)，以減少處理環(huán)境對果蔬細(xì)胞壁完整性的破壞，在這種情況下，具有保持加工水果或蔬菜的硬度和脆度的作用。因此，果膠甲酯酶在保持加工果蔬質(zhì)構(gòu)、提高果蔬類泡菜的脆度、改良果醬制品粘度等方面應(yīng)用廣泛。杜小琴等[8，9]利用低溫漂燙處理蘿卜制作泡菜，其中的果膠甲酯酶活性得以提升，從而脆度得到了改善；Anthon等[10]也發(fā)現(xiàn)了果膠甲酯酶在改善白蘿卜泡菜脆度方面具有良好的應(yīng)用；楊林等[11]在實(shí)驗(yàn)中利用果膠甲酯酶與兩種鈣添加劑對番茄丁進(jìn)行了處理，實(shí)驗(yàn)表明：果膠甲酯酶與氯化鈣的組合處理對番茄丁的硬化效果明顯；李曉等[12]研究了優(yōu)化條件下添加外源性果膠甲酯酶對低鹽腌漬黃瓜果膠含量和質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，添加果膠甲酯酶改善了低鹽腌漬黃瓜的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)。

本試驗(yàn)以仔姜為原料，通過添加復(fù)合腌制劑進(jìn)行低鹽腌漬后，利用外源鈣與果膠甲酯酶的作用機(jī)理進(jìn)行保脆。通過單因素和正交試驗(yàn)，對腌漬仔姜進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測試，以硬度為主要指標(biāo)，篩選保脆效果好的處理?xiàng)l件；對比不同保脆處理?xiàng)l件下腌漬仔姜的硬度變化，探究腌漬仔姜的保脆工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮仔姜：市售；食鹽(食品級)：山東肥城精制鹽廠；醋酸(食品級)：山東佰鴻新材料有限公司；氯化鈣(食品級)：河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司；山梨糖醇(食品級)：鄭州食全食美商貿(mào)有限公司；葡萄糖酸鈣(食品級)：上海源葉生物科技有限公司；果膠甲酯酶(50 mL)：美國Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TA.XT Plus食品質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司；GZX-9240MBE型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；電子天平 上海奧豪斯儀器有限公司；LRHS-Ⅱ型恒溫恒濕培養(yǎng)箱 上海龍躍儀器設(shè)備有限公司；HH-S6型數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇金怡儀器科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 仔姜腌漬方法

將新鮮的仔姜清洗，斜切成3 mm厚橢圓形片狀，用電熱鼓風(fēng)干燥箱在40 ℃條件下烘干2 h使生姜表面脫水，采用復(fù)合腌制劑(山梨糖醇2%、醋酸0.25%、氯化鈣0.3%、食鹽7%)、料液比1∶2的腌漬方式于500 mL罐頭瓶中密封腌漬3 d，溫度保持在15 ℃，濕度保持在30%，備用。

1.3.2 果膠甲酯酶保脆工藝的單因素試驗(yàn)

在腌漬仔姜的基礎(chǔ)上分別選取不同添加量的果膠甲酯酶(0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%)、不同的處理溫度(20，30，40，50，60 ℃)，不同的處理時(shí)間(10，15，20，25，30 min)，不同添加量的葡萄糖酸鈣(0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)，用錐形瓶分裝后于水浴鍋中對仔姜進(jìn)行保脆處理，以硬度為指標(biāo)，考察不同保脆條件下腌漬仔姜的硬度變化，篩選最優(yōu)工藝。

1.3.3 果膠甲酯酶保脆工藝的正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以不同添加量的果膠甲酯酶、不同的處理溫度、不同的處理時(shí)間、不同添加量的葡萄糖酸鈣為考察因素，從腌漬仔姜保脆后的硬度為考察指標(biāo)，采用四因素三水平正交試驗(yàn)確定復(fù)合腌制劑組成，正交試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1 保脆工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test for crispness-preserving process optimization

1.3.4 測定方法

腌漬仔姜質(zhì)構(gòu)的測定：以經(jīng)過不同處理的腌漬仔姜為研究對象，利用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行質(zhì)構(gòu)(texture profile analysis，TPA)檢測，采用P5平底圓柱探頭，觸發(fā)力5 N，測前速度1 mm/s，測中速度0.5 mm/s，測后速度1 mm/s，試樣壓縮形變50%， 兩次壓縮停頓3 s。每組腌漬仔姜樣品取5個(gè)平行進(jìn)行測定，最終結(jié)果取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并作圖，采用正交試驗(yàn)助手進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 仔姜果膠甲酯酶保脆單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同果膠甲酯酶添加量對低鹽腌漬仔姜保脆效果的影響

不同果膠甲酯酶添加量對低鹽腌漬仔姜保脆效果的影響見圖1。

圖1 不同果膠甲酯酶添加量對低鹽腌漬仔姜硬度的影響Fig.1 Effect of different additive amount of pectin methylesterase on hardness of low-salt pickled tender ginger

由圖1可知，隨著果膠甲酯酶添加量的增加，姜片保脆后的硬度總體上呈現(xiàn)出先上升后平穩(wěn)的趨勢。當(dāng)外源性果膠甲酯酶的添加量為0.6%時(shí)，姜片的硬度最高，為3000.981 g。果膠甲酯酶添加量為0.8%～1%時(shí)，姜片的硬度呈逐漸平穩(wěn)的趨勢。根據(jù)酶的基本作用機(jī)理與影響酶反應(yīng)速率的因素[13，14]，在酶的濃度小于0.6%時(shí)，酶的作用效率與酶濃度成正比，當(dāng)酶濃度大于0.6%時(shí)，由于底物濃度有限，限制了酶的作用效率，使得曲線趨勢平緩。試驗(yàn)表明，果膠甲酯酶的添加量為0.6%時(shí)，對姜片的保脆效果最好。

2.1.2 不同處理溫度對低鹽腌漬仔姜保脆效果的影響

不同處理溫度對低鹽腌漬仔姜保脆效果的影響見圖2。

圖2 不同處理溫度對低鹽腌漬仔姜保脆效果的影響Fig.2 Effect of different treatment temperatures on crispness-preserving effect of low-salt pickled tender ginger

由圖2可知，隨著處理溫度的上升，姜片保脆后的硬度總體上呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。當(dāng)溫度達(dá)到50 ℃時(shí)，姜片保脆后的硬度最高，為3303.03 g，試驗(yàn)表明50 ℃為果膠甲酯酶在保脆工藝中的最適作用溫度。根據(jù)酶的基本作用機(jī)理與影響酶反應(yīng)速率的因素，在某一溫度時(shí)，酶促反應(yīng)溫度可達(dá)最大，這一溫度成為酶的最適溫度，當(dāng)反應(yīng)溫度小于酶的最適溫度時(shí)，隨著溫度的升高，酶活性逐漸上升；當(dāng)反應(yīng)溫度大于酶的最適溫度時(shí)，隨著溫度的升高，酶的活性逐漸下降。

2.1.3 不同處理時(shí)間對低鹽腌漬仔姜保脆效果的影響

不同處理時(shí)間對低鹽腌漬仔姜保脆效果的影響見圖3。

圖3 不同處理時(shí)間對低鹽腌漬仔姜保脆效果的影響Fig.3 Effect of different treatment time on crispness- preserving effect of low-salt pickled tender ginger

由圖3可知，隨著處理時(shí)間的增加，姜片保脆后的硬度總體上呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，并在20 min時(shí)保脆效果達(dá)到最好，此時(shí)姜片的平均硬度為3004.8 g，在處理時(shí)間超過20 min時(shí)，保脆效果有明顯的下降。根據(jù)果膠甲酯酶對果膠的作用機(jī)理，可知果膠甲酯酶可以與鈣離子結(jié)合生成難溶性的果膠酸鹽，增加了果蔬的硬度脆度，提高了果蔬的品質(zhì)[15]。但是果膠甲酯酶本身屬于果膠酶的一種，可以催化果膠酯鍵的降解[16]，因此，過長的作用時(shí)間會(huì)導(dǎo)致果膠甲酯酶影響姜片中的果膠，使其硬度的下降。

2.1.4 不同添加量的葡萄糖酸鈣對低鹽腌漬仔姜保脆效果的影響

不同添加量的葡萄糖酸鈣對低鹽腌漬仔姜保脆效果的影響見圖4。

圖4 不同添加量的外源葡萄糖酸鈣對 低鹽腌漬仔姜保脆效果的影響Fig.4 Effect of different additive amount of exogenous calcium gluconate on the crispness-preserving effect of low-salt pickled tender ginger

由圖4可知，隨著葡萄糖酸鈣添加量的增加，姜片保脆后的硬度總體上呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，在葡萄糖酸鈣添加量為0.4%時(shí)保脆效果最好，此時(shí)姜片的平均硬度為3038.518 g，當(dāng)葡萄糖酸鈣添加量達(dá)到0.5%時(shí)，姜片的平均硬度有明顯的下降，為2773.720 g，降低了264.792 g，根據(jù)果膠甲酯酶與Ca2+對果膠的聯(lián)合作用，可知當(dāng)葡萄糖酸鈣濃度處于一定水平下時(shí)，隨著葡萄糖酸鈣濃度的增加，果膠甲酯酶對果膠作用后的低甲氧基果膠與Ca2+逐漸結(jié)合形成一層果膠酸鈣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提升了姜片的硬度。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

表2 保脆工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Orthogonal test results and analysis of crispness-preserving process optimization

由表2可知，4種因素對TPA測試中硬度影響因素順序?yàn)镈>B>C>A，即葡萄糖酸鈣添加量>處理溫度>處理時(shí)間>果膠甲酯酶添加量。其最優(yōu)工藝條件為A3B1C3D2。即果膠甲酯酶添加量0.8%，處理溫度為40 ℃，處理時(shí)間25 min，葡萄糖酸鈣添加量0.4%。經(jīng)過驗(yàn)證性試驗(yàn)在此條件下，保脆后的低鹽腌漬仔姜片的平均硬度為3209.224 g。

3 結(jié)論

在對腌漬仔姜片進(jìn)行TPA測試的基礎(chǔ)上，以硬度為評價(jià)指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)確定低鹽腌漬仔姜的保脆最優(yōu)工藝為：果膠甲酯酶添加量0.8%，處理溫度40 ℃，處理時(shí)間25 min，葡萄糖酸鈣添加量0.4%，在此條件下，低鹽腌漬仔姜片的平均硬度為3209.224 g。