豆薯軟罐頭質(zhì)地變化及貯藏動力學研究

迪珂君,黃欣婭,賈雪梅,陳厚榮,張甫生

(1.西南大學食品科學學院,重慶 400715;2.國家級食品科學與工程實驗教學示范中心(西南大學),重慶 400715)

豆薯(Pachyrrhizuserosus(L.)Urban)又名涼薯、地瓜、沙葛、土瓜等,是豆科、豆薯屬草質(zhì)藤本植物,原產(chǎn)于熱帶美洲,在熱帶和亞熱帶地區(qū)生長良好[1],目前在我國川渝、云貴等地區(qū)種植較多。不同于其他薯類植物,豆薯中淀粉含量低[2],但營養(yǎng)豐富,含多種人體所必需的礦物質(zhì)[3],其中蛋白質(zhì)、脂肪、糖分的含量也高于其他葉菜類[3-4]。但豆薯根塊含水量高,貯藏期內(nèi)易發(fā)生腐敗變質(zhì),開發(fā)豆薯產(chǎn)品,有利于緩解豆薯利用率低、農(nóng)民面臨豐產(chǎn)不增收的困境,且能夠很好的豐富豆薯產(chǎn)品的種類。目前,開發(fā)的豆薯產(chǎn)品主要有豆薯脯、豆薯飲料、豆薯淀粉及豆薯酸奶、豆薯醋等[5-7],相關(guān)的研究主要集中在產(chǎn)品工藝及營養(yǎng)價值上,而對豆薯加工過程中質(zhì)構(gòu)特性的變化及貯藏動力學的探討較為少見[8]。

果蔬在貯藏期間的質(zhì)構(gòu)變化常采用一級動力學模型進行擬合,通過對一級動力學模型的應(yīng)用,可較為直觀的預(yù)測果蔬產(chǎn)品的質(zhì)地在整個貯藏期間的變化[9]。為此,本文擬對豆薯在熱燙、預(yù)煮、殺菌及不同貯藏溫度下質(zhì)構(gòu)特性的變化進行對比研究;同時對貯藏過程中質(zhì)構(gòu)的變化進行動力學分析,從而探討熱加工及貯藏對豆薯質(zhì)構(gòu)的影響,以期為豆薯罐頭貨架期的預(yù)測和豆薯產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豆薯 云南省曲靖市;白砂糖 食品級，重慶市天生麗街永輝超市;檸檬酸 食品級,澭坊英軒實業(yè)有限公司;真空袋 食品級,臺州市名科塑業(yè)有限公司。

CT-3質(zhì)構(gòu)儀 美國博勒飛公司;DZ600-2S真空包裝機 上海人民包裝股份有限公司;BCD-532WDPT無霜冷藏冷凍箱 青島海爾股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 原料清洗→剝皮→切分→熱燙→冷卻→預(yù)煮→冷卻→裝袋→加糖液→密封→殺菌→冷卻→保藏檢驗。

1.2.2 樣品處理

1.2.2.1 熱燙處理 挑選新鮮、無破損、色澤較好、大小一致的豆薯(本試驗用豆薯淀粉含量約為3.5%),清水漂洗潔凈;切分成規(guī)格為1 cm×1 cm×1 cm的正方塊,后放入95 ℃左右沸水中分別熱燙0、2、4、6、8 min,瀝干表面水分,冷卻。

1.2.2.2 預(yù)煮處理 設(shè)定預(yù)煮液為0.15%檸檬酸+0.03%異抗壞血酸鈉溶液,將切分好的豆薯在(90±2) ℃的預(yù)煮液煮4 min[9]。瀝干表面水分,冷卻;將豆薯與糖液按質(zhì)量比1∶1加糖液密封(糖液配制糖酸比為白砂糖∶檸檬酸=24%∶0.3%)。

1.2.2.3 殺菌處理 參照姚佳等[9]熱殺菌處理,將真空密封后的豆薯罐頭置于90 ℃恒溫水浴鍋中,保持中心溫度不低于85 ℃,殺菌20 min,殺菌結(jié)束后,用自來水迅速冷卻到室溫。

1.2.2.4 貯藏處理 分別于常溫(25 ℃)、低溫(4 ℃)下貯藏180 d,分別于0、30、60、90、180 d測定樣品質(zhì)構(gòu)。

1.2.3 豆薯TPA分析 對新鮮和處理后的豆薯進行TPA分析,樣品置于CT-3質(zhì)構(gòu)儀TA4/1000探頭下做TPA測試。測定參數(shù)如下:測前速率2 mm/s,測試速率1 mm/s;測后速率與測試速率一致;壓縮程度:50%;停頓時間5 s;觸發(fā)值5 g;重復(fù)15次[9]。

1.2.4 豆薯質(zhì)地變化動力學分析 對豆薯質(zhì)地在貯藏過程中的變化進行一級動力學擬合,通過以對數(shù)線性曲線繪制數(shù)據(jù)來描述相對質(zhì)構(gòu)參數(shù)(T/T0)和貯藏時間(t)之間的關(guān)系。方程為:

T=T0×e-kt

式(1)

其中:T表示t天時,豆薯果肉的各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)值;T0表示貯藏期開始時豆薯果肉的各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)值;t表示貯藏時間(d);k表示在相應(yīng)貯藏條件下豆薯果肉各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)值的降解速率常數(shù)(d-1),可用來分析在此條件下的豆薯各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)值的降解速率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 9.0與SPSS Statistics 22.0進行數(shù)據(jù)處理及顯著性分析,試驗結(jié)果以均值±標準誤差(Mean±S.E)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱燙處理對豆薯各質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響

熱燙后豆薯質(zhì)構(gòu)參數(shù)變化如圖1所示。熱燙能鈍化酶活性、減少微生物生長[10],但也會使豆薯質(zhì)地變軟、咀嚼性變差。與新鮮豆薯相比,熱燙后豆薯硬度、咀嚼性均顯著(P<0.05)下降;不同熱燙時間(2、4、6、8 min)處理后豆薯的硬度分別為未熱燙處理的90.84%、63.15%、42.18%、43.21%。原因可能是高溫導(dǎo)致β-消除反應(yīng),細胞壁中果膠物質(zhì)降解[11-13]、細胞膨脹、細胞壁完整性喪失[14],樣品組織變軟,硬度下降;繼續(xù)加熱后,由于果膠已大部分降解,故降解不再顯著,硬度變化不再明顯。熱燙處理2、4、6、8 min后咀嚼值分別為未處理時的24.2%、17.7%、14.7%、13.1%。豆薯罐頭咀嚼性的大幅度降低可能是熱燙使豆薯組織細胞內(nèi)的果膠、纖維素等物質(zhì)分解,同時分子結(jié)構(gòu)較大的結(jié)晶淀粉顆粒開始凝膠化膨脹,隨后較小的顆粒也溶脹所致[15]。熱燙處理2～8 min豆薯的回復(fù)性、凝聚性、彈性較新鮮樣品下降了39.6%～48.6%、54.3%～56.0%、27.6%～34.0%,可能是因為豆薯組織的結(jié)構(gòu)完整性遭受破壞、結(jié)合力下降,進而導(dǎo)致豆薯組織疏松[10]。

豆薯熱燙時間超過4 min后,酶基本鈍化[16]且豆薯色澤無明顯變化、質(zhì)構(gòu)重要指標達到相對穩(wěn)定。熱燙時間過長,耗電量增加、成本增長,且豆薯質(zhì)地變軟、原有質(zhì)感喪失。故為盡可能減少能耗與保持豆薯原有的質(zhì)地風味,考慮豆薯罐頭在制作過程中熱燙4 min為宜。

2.2 預(yù)煮、殺菌過程中豆薯的質(zhì)構(gòu)變化

豆薯的硬度在兩次處理后均顯著性下降(P<0.05);咀嚼性和彈性在預(yù)煮后顯著下降,殺菌后繼續(xù)下降(P<0.05),但殺菌后下降不顯著;凝聚性和回復(fù)性在預(yù)煮后顯著下降(P<0.05),但在殺菌后有所上升,究其原因可能是果膠物質(zhì)繼續(xù)降解和淀粉繼續(xù)糊化[15]。

同熱燙處理,預(yù)煮能進一步殺滅使品質(zhì)敗壞的微生物與酶,減少非酶促褐變反應(yīng)、微生物負荷、同時除去植物表面異物[14]。預(yù)煮階段,豆薯組織內(nèi)部由于空氣受熱排出,對淀粉凝膠化產(chǎn)生影響,使豆薯組織空隙變小、排列緊密、質(zhì)地變軟[10]。預(yù)煮后與預(yù)煮前相比,豆薯硬度下降20.54%、凝聚性下降45.33%、咀嚼性下降81.98%、回復(fù)性下降25.47%、彈性下降55.19%。殺菌后與殺菌前相比凝聚性、回復(fù)性分別上升5.33%、5.18%;而硬度、咀嚼性、彈性分別下降26.36%、1.27%、1.81%。

果蔬的硬度最能反映其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu),并能為果蔬品質(zhì)的評價提供一定的參考[17];豆薯的硬度在預(yù)煮和殺菌階段都顯著降低(P<0.05),說明無論預(yù)煮還是殺菌,都能顯著影響豆薯罐頭的原有質(zhì)地。

圖1 熱燙處理對豆薯硬度(A)、凝聚性(B)、咀嚼性(C)、回復(fù)性(D)以及彈性(E)的影響Fig.1 Effect of blanching on hardness(A),cohesiveness(B),chewiness(C),resilience(D)and springiness(E)of jicama

表1 預(yù)煮及殺菌處理對豆薯罐頭質(zhì)構(gòu)的影響Table 1 Effects of precooking and sterilization on the texture of canned jicama

注：同列不同字母表示各數(shù)據(jù)間有顯著性差異(P<0.05)。

2.3 貯藏過程中豆薯的質(zhì)構(gòu)變化

豆薯罐頭在貯藏過程中質(zhì)構(gòu)變化如圖2所示。常溫與低溫貯藏下豆薯罐頭的硬度均顯著下降(P<0.05),180 d時豆薯硬度與0 d時相比下降了33.49%(常溫)、14.56%(低溫),表明罐頭在貯藏過程中質(zhì)地會變軟[18-19],原因可能是在貯藏過程中細胞壁中的果膠等物質(zhì)繼續(xù)降解[20],細胞的完整性進一步被破壞[18]。0～30 d豆薯罐頭在常溫與低溫條件下凝聚性與咀嚼性均顯著(P<0.05)下降,后期變化緩慢,180 d時凝聚性、咀嚼性與0 d時相比常溫貯藏下降18.52%、40.36%,低溫貯藏下降10.21%、32.43%,凝聚性的降低可能是在貯藏過程中,豆薯細胞結(jié)構(gòu)間完整性逐漸被破壞、結(jié)合力變?nèi)鮗21]。在貯藏過程中豆薯的回復(fù)性與彈性的變化較一致,貯藏期間小幅度下降,各組之間無顯著性差異(P>0.05);常溫、低溫貯藏不同條件下也無顯著性差異(P>0.05)。

圖2 不同貯藏條件下不同貯藏時間的豆薯果肉硬度(A)、凝聚性(B)、咀嚼性(C)、回復(fù)性(D)以及彈性(E)Fig.2 Hardness(A),cohesiveness(B),chewiness(C),resilience(D)and springiness(E)of jicama pulpwith different storage time under different temperature storage conditions

表2 糖水豆薯罐頭在貯藏期間質(zhì)構(gòu)變化的動力學分析Table 2 Dynamic analysis of texture changes of canned jicama during storage

同時在實驗設(shè)定時間范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn),低溫能有效維持果蔬在貯藏期內(nèi)較高的質(zhì)構(gòu)參數(shù)[22],說明低溫能有效保持豆薯細胞組織間的結(jié)合力、延緩豆薯細胞壁中果膠降解速度,一定時間內(nèi)能維持豆薯較好的品質(zhì)[23-24]。

2.4 不同貯藏溫度下糖水豆薯罐頭在貯藏期間質(zhì)構(gòu)變化的動力學分析

豆薯罐頭在常溫25 ℃和低溫4 ℃貯藏下質(zhì)構(gòu)變化的一級動力學曲線如圖3所示,得到的動力學方程、降解速率常數(shù)k值和線性決定系數(shù)R2見表2。對貯藏過程中豆薯罐頭的上述質(zhì)構(gòu)參數(shù)進行動力學分析,發(fā)現(xiàn)在硬度最能擬合一級動力學模型(常溫25 ℃:R2=0.921、低溫4 ℃:R2=0.985);同時發(fā)現(xiàn)豆薯罐頭低溫條件下的質(zhì)構(gòu)參數(shù)變化與動力學方程具有較高的線性擬合度[25](硬度、凝聚性、回復(fù)性、彈性:R2=0.913～0.985),這一結(jié)果與Yu等人對黃桃罐頭在貯藏期內(nèi)質(zhì)構(gòu)變化研究的結(jié)果相似[11]。但常溫貯藏下,罐頭部分質(zhì)構(gòu)參數(shù)與方程的擬合度不高(R2=0.660～0.921),考慮豆薯在常溫條件下質(zhì)地發(fā)生了劣變或質(zhì)構(gòu)變化的方程較經(jīng)典方程更為復(fù)雜[26]。

圖3 糖水豆薯罐頭在貯藏期間硬度(A)、凝聚性(B)、咀嚼性(C)、回復(fù)性(D)以及彈性(E)變化的一級動力學曲線Fig.3 First-order kinetic curve of hardness(A),cohesiveness(B),chewiness(C),resilience(D)and springiness(E)change during storage of canned jicama

綜上所述,一級動力學模型能夠很好地反映豆薯罐頭在貯藏中果肉質(zhì)地的變化及預(yù)計貨架期;通過動力學模型,可預(yù)測在冷藏條件下豆薯硬度值將在13月后降為為貯藏前的1/2。

3 結(jié)論

豆薯罐頭的加工分為熱燙、預(yù)煮及殺菌三個階段。豆薯熱燙后,各質(zhì)構(gòu)參數(shù)值均大幅下降;預(yù)煮與殺菌處理使豆薯質(zhì)地進一步軟化,且在預(yù)煮階段軟化最為明顯。豆薯罐頭在常溫和低溫兩種貯藏條件下各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)均逐漸下降,其中硬度與咀嚼性變化尤為顯著,說明糖水豆薯罐頭在貯藏過程中質(zhì)地會變軟;但低溫貯藏能延緩其各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)的降解速率,有效減緩豆薯罐頭質(zhì)地的變化,很好地維持糖水豆薯罐頭的品質(zhì)。因此,欲保存豆薯原有質(zhì)地,加工需在不影響產(chǎn)品的其他性質(zhì),如原料的營養(yǎng)性、保存性等條件下盡量縮短豆薯罐制過程中的熱燙、預(yù)煮和殺菌時間,且貯藏采用低溫環(huán)境。實驗同時利用動力學分析預(yù)測了糖水豆薯罐頭的最佳食用期。在以后的研究中可對豆薯的形狀及熱處理溫度變化規(guī)律和硬化劑對豆薯罐頭質(zhì)地的影響,以及對糖水豆薯罐頭在貯藏中營養(yǎng)物質(zhì)、果膠、色澤和湯汁黏度等變化進行探討。