郭鑫,申慧珊,宋燕,鄭倩娜,張國(guó)權(quán)*
西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院(楊凌 712100)
馬鈴薯是全球第四大糧食作物,并且富含淀粉、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、多酚等營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)[1]。目前,國(guó)內(nèi)外烹飪馬鈴薯的方式主要包括汽蒸、水煮、翻炒、油炸、微波、烘焙等。楊軍林等[2]利用主成分分析法研究了不同熟化方式對(duì)“紫花白”馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、鮮味物質(zhì)及感官品質(zhì)的影響。Ikanone等[3]和Gertz等[4]描述了翻炒和油炸馬鈴薯中致癌物質(zhì)丙烯酰胺的形成機(jī)制。Jansky[5]利用頂空-固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對(duì)不同方式熟化馬鈴薯的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析。紅外加熱技術(shù)原理是遠(yuǎn)紅外線的輻射傳熱,不僅節(jié)能高效、環(huán)保健康,而且能保證食品更佳的感官性狀和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[6-7]。綜合結(jié)果表明,紅外烘焙馬鈴薯具有較好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、最好的感官品質(zhì)以及最濃郁的風(fēng)味。此外,何萌等[8]以色澤、多酚氧化酶活性、整體感官品質(zhì)、菌落總數(shù)等為指標(biāo)對(duì)鮮切馬鈴薯貯藏品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。王煥慶等[9]利用感官品質(zhì)、pH、菌落總數(shù)和菌相變化等評(píng)價(jià)了高水分烤蝦貯藏過程中的品質(zhì)變化。張仲柏等[10]通過X-射線和紅外光譜等對(duì)馬鈴薯蛋糕老化特性進(jìn)行分析。關(guān)于熟化后馬鈴薯的貯藏品質(zhì)及老化速率的文獻(xiàn)鮮見報(bào)道。此次試驗(yàn)以感官評(píng)分、pH、菌落總數(shù)、質(zhì)構(gòu)、色澤、微觀結(jié)構(gòu)為指標(biāo),優(yōu)化紅外烘焙馬鈴薯的貯藏條件,并對(duì)貯藏期間的老化品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),為延長(zhǎng)馬鈴薯熟食產(chǎn)品的貨架期和推進(jìn)馬鈴薯食品工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。
“馬爾科”馬鈴薯,乒乓球大小,單個(gè)質(zhì)量50±5 g,產(chǎn)自湖北省恩施市,使用新鮮、無外傷、未發(fā)芽的不去皮整薯。
VH-36型遠(yuǎn)紅外線電烘爐,廣州旭眾食品機(jī)械有限公司;TA.XT Plus型物性測(cè)定儀,英國(guó)Stable Micro System公司;Ci7600型色度儀,上海愛色麗色彩科技有限公司;U-3010型紫外可見分光光度計(jì),日本Hitachi公司;RVA-Tec Master快速黏度測(cè)定儀,瑞典波通儀器公司;Q2000差示掃描量熱儀,美國(guó)Waters公司;D8 ADVANCE多晶(粉末)X射線衍射儀,德國(guó)Bruker公司。
1.3.1 工藝流程
新鮮馬鈴薯→稱重挑選,浸泡沖洗→紅外烘焙(180 ℃,40 min)→趁熱真空包裝→巴氏殺菌(80℃,水浴30 min)→4 ℃和25 ℃恒溫貯藏
1.3.2 貯藏品質(zhì)評(píng)價(jià)
1.3.2.1 感官評(píng)價(jià)
品評(píng)人員由12位受過感官培訓(xùn)的食品專業(yè)學(xué)生組成,對(duì)照表1進(jìn)行評(píng)價(jià),每一個(gè)項(xiàng)目的品質(zhì)從高到低為5~1分,取平均值,總分5分。
表1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
1.3.2.2 水分含量測(cè)定
參考GB 5009.3—2016,直接干燥法。
1.3.2.3 水分活度測(cè)定
參考GB/T 23490—2009,水分活度儀擴(kuò)散法。
1.3.2.4 pH測(cè)定
參考GB 5009.237—2016,pH計(jì)法。
1.3.2.5 菌落總數(shù)計(jì)數(shù)
參照GB 4789.2—2016,平板傾注法。
1.3.2.6 質(zhì)構(gòu)特性[11]
使用物性測(cè)定儀對(duì)馬鈴薯薯心3個(gè)不同位置進(jìn)行穿刺。測(cè)定參數(shù):力量感應(yīng)元10 kg,P2探頭,速度2.0 mm/s,穿刺距離10 mm。
1.3.2.7 色澤參數(shù)[2]
使用色度儀對(duì)貯藏后的馬鈴薯塊莖進(jìn)行測(cè)定,對(duì)照為紅外烘焙的馬鈴薯樣品。測(cè)定參數(shù)有L*、a*、b*、ΔE,ΔE按式(1)計(jì)算。
1.3.2.8 微觀結(jié)構(gòu)[12]
將冷凍干燥樣品用雙面膠固定,離子濺射鍍金處理,使用掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行觀察,放大倍數(shù)1 600倍,操作電壓為5 kV。
1.3.3 老化品質(zhì)評(píng)價(jià)
將貯藏后的熟化馬鈴薯樣品凍干磨粉并過0.150 mm孔徑篩,用凍干全粉測(cè)定老化品質(zhì)。
1.3.3.1 黏度特性[13]
將3 g樣品和25 mL水置于專用鋁盒中,采用快速黏度測(cè)定儀(RVA)中flour標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行校準(zhǔn)和測(cè)定。
1.3.3.2 熱力學(xué)特性[14]
準(zhǔn)確稱取3.0 mg樣品和9 μL去離子水于專用坩堝內(nèi),于4 ℃平衡24 h。使用差示掃描量熱儀(DSC)進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定參數(shù):掃描溫度范圍20~90 ℃,升溫速率10 ℃/min。
1.3.3.3 結(jié)晶特性[15]
使用多晶X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行測(cè)定,測(cè)試條件:特征射線CuKα,管壓40 kV,電流100 mA,測(cè)量角度2θ=5°~60°,掃描速率4°/min,步長(zhǎng)0.02°。樣品的結(jié)晶度應(yīng)用Origin 2018軟件計(jì)算。
1.3.3.4 消化特性[15]
準(zhǔn)確稱取100 mg樣品于50 mL離心管中,添加20 mL 0.5 mol/L的乙酸鈉-乙酸緩沖液(pH 5.2),于37 ℃振蕩10 min后,再加入5 mL豬胰α-淀粉酶溶液(≥500 U/mL)和5 mL糖化酶溶液(500 U/mL)。分別37 ℃水浴振蕩20 min和120 min并立即煮沸5 min,然后以3 500 r/min離心10 min,得上清液。用DNS法測(cè)定葡萄糖含量。消化特性通過快消化性淀粉(RDS)、慢消化性淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量表示,RDS,SDS和RS采用式(2)~(4)計(jì)算:
式中:G0、G20和G120分別為酶解0,20和120 min時(shí)葡萄糖的質(zhì)量,mg;TS為熟化馬鈴薯的總淀粉質(zhì)量,mg。
1.3.3.5 紅外光譜(IR)[10,13]
精確稱取1 mg樣品,加入100 mg干燥溴化鉀,混合均勻并研細(xì)、壓片,對(duì)該薄片進(jìn)行紅外掃描。測(cè)試條件:掃描波數(shù)范圍4 000~400 cm-1,分辨率4 cm-1。掃描3次后取平均值,得到樣品的紅外光譜圖。
2.1.1 感官品質(zhì)
紅外烘焙馬鈴薯表皮無焦黑,薯肉呈金黃色,質(zhì)地松軟,風(fēng)味濃郁,趁熱真空包裝后真空度完好,無汁液滲出。制品分別經(jīng)不殺菌、紫外殺菌、巴氏殺菌三種處理后于4 ℃和25 ℃貯藏1~15 d,感官評(píng)分曲線如圖1所示。
圖1 貯藏過程中感官品質(zhì)的變化
在25 ℃貯藏過程中,馬鈴薯感官評(píng)分下降較快,包裝和風(fēng)味的變化明顯,可能是因?yàn)轳R鈴薯塊莖較大,紫外和巴氏殺菌處理無法完全滅殺細(xì)菌芽孢,從而使一些產(chǎn)氣細(xì)菌大量繁殖,導(dǎo)致真空包裝脹袋明顯,有汁液滲出,散發(fā)濃郁不良?xì)馕?。不殺菌、紫外殺菌、巴氏殺菌三種方式分別在第3,第6和第7天到達(dá)感官接受終點(diǎn)(感官評(píng)分3.0)[9];在4 ℃貯藏過程中,微生物生長(zhǎng)被抑制,馬鈴薯感官評(píng)分下降相對(duì)緩慢,包裝真空度始終良好,色澤、風(fēng)味變化是引起感官品質(zhì)下降的主要因素,感官評(píng)分均在15 d左右到達(dá)接受終點(diǎn)。綜上,4 ℃貯藏優(yōu)于25 ℃貯藏,巴氏殺菌優(yōu)于紫外殺菌和不殺菌。
2.1.2 pH
在貯藏期間,真空包裝有效防止了馬鈴薯制品水分揮發(fā),樣品水分含量始終在75%附近波動(dòng),水分活度AW始終>0.94,能有效促進(jìn)各類微生物生長(zhǎng)繁殖。紅外烘焙馬鈴薯在貯藏過程中的pH變化見圖2,初始pH為6.08,偏酸性,隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),pH均呈先緩慢上升后急劇下降趨勢(shì)。這種趨勢(shì)與微生物的生長(zhǎng)活動(dòng)密切相關(guān),前期pH上升可能是因?yàn)槲⑸锞w被熱處理和其他殺菌方式破壞,產(chǎn)酸不明顯,馬鈴薯中蛋白質(zhì)受熱變性分解產(chǎn)生堿性含氮化合物如胺類物質(zhì);后期pH下降主要是微生物大量繁殖,分解淀粉和消化還原糖產(chǎn)生酸類物質(zhì)。參考王煥慶等[9]研究,當(dāng)pH變化差值>0.25時(shí),可以作為真空包裝熟食的貨架期終點(diǎn),4 ℃和25 ℃貯藏馬鈴薯pH變化差值分別約為0.11和0.22,均<0.25,因此需進(jìn)一步分析樣品的菌落總數(shù)來確定貨架期。
圖2 貯藏過程中pH的變化
2.1.3 菌落總數(shù)
參考GB 7099—2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)糕點(diǎn)、面包》,設(shè)定菌落總數(shù)>5 lg CFU/g的時(shí)間為貨架期終點(diǎn)。從圖3可以看出,熟化馬鈴薯貯藏前大部分菌體被熱處理和其他殺菌方式破壞,僅存在少量耐高溫的細(xì)菌和芽孢,菌落總數(shù)<1.5 lg CFU/g。4 ℃貯藏菌落總數(shù)曲線近似S型,貯藏初始階段,微生物生長(zhǎng)繁殖較緩慢,主要是因?yàn)榫w損傷,對(duì)環(huán)境不適應(yīng)[9];貯藏2 d后,微生物迅速繁殖,在7 d左右到達(dá)貨架期終點(diǎn);貯藏10 d后細(xì)菌生長(zhǎng)曲線恢復(fù)平緩。而在25 ℃貯藏過程中,環(huán)境溫度對(duì)微生物繁殖極適宜,菌落總數(shù)呈直接指數(shù)增長(zhǎng),約在第3天到達(dá)貨架期終點(diǎn),僅用6 d就增長(zhǎng)到8 lg CFU/g,此時(shí)真空包裝出現(xiàn)明顯的脹袋現(xiàn)象。綜上,4 ℃貯藏優(yōu)于25 ℃貯藏,巴氏殺菌優(yōu)于紫外殺菌優(yōu)于不殺菌。
圖3 貯藏過程中菌落總數(shù)的變化
2.1.4 質(zhì)構(gòu)特性
綜合上述感官評(píng)分、pH、菌落總數(shù)結(jié)果,選擇巴氏殺菌方式,測(cè)定4 ℃貯藏7 d,25 ℃貯藏3 d時(shí)間內(nèi)的品質(zhì)變化。貯藏期間,熟化馬鈴薯硬度、黏附性變化顯著,其他質(zhì)構(gòu)特性如彈性、咀嚼性等變化不顯著。由圖4可知,隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),熟化馬鈴薯硬度呈現(xiàn)上升后下降趨勢(shì),初期上升可能是因?yàn)槭硇乃窒蛲膺w移,后期下降主要是因?yàn)槲⑸锷L(zhǎng)繁殖消耗大量碳源,破壞淀粉顆粒結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[16]。黏附性隨時(shí)間延長(zhǎng)不斷增大,主要是因?yàn)槲⑸锷L(zhǎng)帶來的黏液狀代謝產(chǎn)物。
圖4 貯藏過程中質(zhì)構(gòu)特性的變化
2.1.5 色澤參數(shù)
由表2可知,25 ℃貯藏和4 ℃貯藏過程中熟化馬鈴薯色澤參數(shù)變化均極顯著(p<0.05),變化趨勢(shì)為L(zhǎng)*、b*值減小,a*值、ΔE增大,即亮度減小、黃色和綠色減弱、藍(lán)色和紅色增強(qiáng)、色差變大。這可能是因?yàn)檎婵召A藏期間,熟化馬鈴薯中持續(xù)發(fā)生美拉德反應(yīng)(非酶促褐變)[17],產(chǎn)生大量棕色或黑色物質(zhì),同時(shí)微生物生長(zhǎng)繁殖產(chǎn)生的代謝廢物積累使亮度進(jìn)一步下降。4 ℃貯藏條件下各指數(shù)變化相對(duì)平穩(wěn),說明低溫可以有效延緩熟化馬鈴薯的色澤變化。
表2 貯藏過程中色澤參數(shù)的變化
2.1.6 微觀結(jié)構(gòu)
從圖5(1 600倍)可以看出,馬鈴薯薯肉的微觀結(jié)構(gòu)呈多孔狀,這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可能是馬鈴薯的植物細(xì)胞壁。生馬鈴薯的多孔結(jié)構(gòu)表面均勻分布著大量圓形淀粉顆粒[13]。紅外烘焙后,淀粉顆粒糊化解體消失,僅能看到破碎的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[12]。在貯藏過程中,細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)均勻分布的小分子孔穴,隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),分子孔穴逐漸變大,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸松散,這些孔穴可能與水分遷移通道和微生物繁殖有關(guān)。25 ℃適宜微生物生長(zhǎng)繁殖,有利于水分向外遷移,因此分子孔穴擴(kuò)大較快,貯藏3 d后孔穴較大,分布不均勻。4℃貯藏抑制了水分?jǐn)U散慢和微生物生長(zhǎng),因此分子孔穴分布相對(duì)均勻,擴(kuò)大速率較慢。微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上分子孔穴的出現(xiàn)及擴(kuò)大降低了細(xì)胞壁強(qiáng)度,進(jìn)而使熟化馬鈴薯硬度不斷降低,此結(jié)果與王亮等[18]研究相似。
圖5 貯藏過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化
2.2.1 黏度特性
由表3可知,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),紅外烘焙馬鈴薯的峰值粘度、谷值黏度、最終黏度、衰減值、回生值、糊化溫度均顯著上升,4 ℃貯藏比25 ℃貯藏上升趨勢(shì)更明顯。黏度值上升可能是因?yàn)橘A藏過程中糊化淀粉重新排列,組成相對(duì)有序、較為致密的老化淀粉[13],增大了剪切阻力。衰減值增大,說明貯藏過程使馬鈴薯淀粉糊熱穩(wěn)定性變差?;厣岛秃瘻囟鹊脑龃蠖颊f明淀粉老化程度加深,直鏈淀粉分子與支鏈淀粉分子的直線部分重新締合新的氫鍵,從無定形態(tài)恢復(fù)到結(jié)晶狀態(tài)[19]。淀粉老化最適宜溫度是2~4 ℃,因此4 ℃貯藏加速了馬鈴薯淀粉的老化,貯藏3 d后回生值增大了956 cp,糊化溫度升高了9 ℃;25 ℃貯藏3 d后,回生值增大了540 cp,糊化溫度升高了1 ℃,增長(zhǎng)幅度僅為4 ℃貯藏的57%和11%。
表3 不同溫度貯藏過程中黏度特性的變化
2.2.2 熱力學(xué)特性
由表4可知,生馬鈴薯全粉在68 ℃附近出現(xiàn)糊化峰,熱焓ΔH為(-9.75±0.53)J/g,經(jīng)紅外烘焙和巴氏殺菌處理后馬鈴薯淀粉完全糊化,DSC曲線在50~80℃范圍內(nèi)檢測(cè)不到吸熱峰。經(jīng)25 ℃和4 ℃貯藏后,均在60 ℃附近重新出現(xiàn)吸熱峰,這是因?yàn)橹ф湹矸壑亟Y(jié)晶產(chǎn)生的淀粉回生峰或老化峰,峰值大小直接反映淀粉老化程度高低[14],老化度可用貯藏后淀粉回生的老化焓ΔH與生馬鈴薯淀粉的糊化焓ΔH的比值來表示。隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),熟化馬鈴薯中支鏈淀粉的重結(jié)晶數(shù)量不斷增加,老化焓ΔH和老化度都不斷增大,老化程度加深[16]。4 ℃貯藏條件下淀粉老化速率顯著高于25 ℃貯藏。
表4 貯藏過程中熱力學(xué)特性的變化
2.2.3 X-衍射圖譜分析
XRD曲線見圖6,結(jié)晶度結(jié)果見表5。天然馬鈴薯淀粉在5.6°,17°,22°和24°附近有強(qiáng)的衍射峰,在20°附近有弱的衍射峰,是典型的B-型淀粉[20],結(jié)晶度為44.81%。紅外烘焙處理后,馬鈴薯淀粉糊化,全粉顆粒晶體結(jié)構(gòu)被破壞,衍射圖譜中尖峰基本消失,呈現(xiàn)較光滑的衍射曲線[21],結(jié)晶度顯著降低,為15.60%。經(jīng)4 ℃貯藏1 d后,糊化淀粉迅速老化,在17°和22°附近重新出現(xiàn)較強(qiáng)的衍射峰,可能是由支鏈淀粉回生產(chǎn)生的B-型結(jié)晶峰,在20°附近出現(xiàn)極弱的衍射峰,可能是直鏈淀粉與脂肪酸形成的復(fù)合物V-型結(jié)晶峰[22],結(jié)晶度為26.30%。隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),馬鈴薯全粉老化程度不斷加深,4 ℃貯藏3 d后結(jié)晶度為29.77%,貯藏7 d后結(jié)晶度為33.85%,與貯藏前相比增大了18.25%。在25 ℃條件下貯藏,熟化馬鈴薯全粉緩慢老化,在17°附近出現(xiàn)微弱的衍射峰,在20°~24°為連在一起的彌散的寬峰,貯藏3 d后,結(jié)晶度為21.10%,比貯藏前增大5.50%。
表5 貯藏過程中消化特性和結(jié)晶度的變化
圖6 貯藏過程中的X衍射譜圖
2.2.4 消化特性
由表4可知,馬鈴薯熟化處理后,全粉發(fā)生糊化,結(jié)晶結(jié)構(gòu)由有序致密變?yōu)樗缮o序,結(jié)晶度下降29.21%,使α-淀粉酶更輕易地將淀粉水解,RDS含量增加5.9%,SDS和RS含量下降1.6%和4.3%。隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng),RDS含量迅速下降,SDS和RS含量緩慢上升,此結(jié)果與龍杰等[23]研究結(jié)果相似。RDS含量下降可能是因?yàn)楹矸鄯肿娱g重新排列,形成相對(duì)穩(wěn)定的氫鍵結(jié)構(gòu),結(jié)晶度上升,對(duì)α-淀粉酶敏感性降低[21-22]。SDS、RS含量上升可能是因?yàn)橹ф湹矸?、直鏈淀粉重結(jié)晶引起的[15,23]。由圖6可見支鏈淀粉和直鏈淀粉的回生峰。4 ℃貯藏消化特性變化速率顯著高于25 ℃貯藏,可能是低溫有利于淀粉分子重排,從無序變?yōu)橛行驙顟B(tài)。
2.2.5 紅外分析
由圖7可見,馬鈴薯紅外烘焙前后及貯藏期間紅外光譜圖像基本一致,均出現(xiàn)了淀粉基團(tuán)和蛋白基團(tuán)的特征吸收峰,未出現(xiàn)明顯的峰消失或峰偏移,說明馬鈴薯化學(xué)結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯改變。
圖7 貯藏過程中的紅外光譜圖
1 000 cm-1波數(shù)以下為指紋區(qū),不代表官能團(tuán)。1 047和1 022 cm-1波數(shù)附近分別為淀粉結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)的吸收峰,峰高比率(A1047/A1022)的減少或增加說明淀粉糊化或老化程度加深[24-25],隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),熟化馬鈴薯中支鏈淀粉重結(jié)晶現(xiàn)象不斷增加,峰高比率(A1047/A1022)顯著增大,說明淀粉發(fā)生老化,4 ℃貯藏老化速率顯著高于25 ℃貯藏;1 640,2 870,2 920和3 630 cm-1波數(shù)附近分別為淀粉C==O雙鍵、—CH2、—CH3和—OH的伸縮振動(dòng)峰[26];1 410,1 690和3 350 cm-1波數(shù)附近分別為蛋白質(zhì)CO—NH酰胺鍵(酰胺Ⅱ峰、酰胺Ⅲ峰)及蛋白質(zhì)N—H鍵的伸縮振動(dòng)[13],峰面積越大,馬鈴薯全粉中蛋白質(zhì)的含量越高,貯藏過程中蛋白質(zhì)含量未發(fā)生顯著改變。
通過測(cè)定感官評(píng)分、pH和菌落總數(shù)等,確定殺菌方式為巴氏殺菌,貨架期為25 ℃貯藏3 d,4 ℃貯藏7 d。貯藏期間,熟化馬鈴薯硬度下降、黏附性上升,亮度減小,色差增大,微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)逐漸增大的小分子孔穴。黏度特性、熱力學(xué)特性、X-衍射圖譜、消化特性、紅外光譜等參數(shù)從各方面反映了貯藏期間的淀粉老化情況,隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng),熟化馬鈴薯老化程度不斷加深,4 ℃貯藏淀粉老化速率顯著高于25 ℃貯藏。在工業(yè)化生產(chǎn)過程中可以考慮通過增大包裝真空度、多種殺菌方式協(xié)同處理和冷鏈運(yùn)輸[27]來深度殺菌抑菌,進(jìn)一步延長(zhǎng)熟化馬鈴薯的貨架期。