酸芋莖的護(hù)脆工藝研究

郭 茵, 盧定環(huán), 農(nóng)雙寧, 施明月, 嚴(yán)曉敏, 謝文佩, 譚 強(qiáng)

（廣西中醫(yī)藥大學(xué) 食品科學(xué)系, 廣西 南寧 530200）

芋梗, 別名芋莖、芋荷桿等, 為天南星科芋屬（Colocasia esculenta（L.）Schott）的葉柄部分[1]。芋頭在東南亞地區(qū)被廣泛種植, 在我國的芋頭種植面積高達(dá)82 khm2, 每畝產(chǎn)量在2000 kg以上（1畝為0.067 hm2, 下同）, 芋頭及芋頭葉柄資源豐富[2]。芋莖長而肥大, 其中含有多種對人體有益的營養(yǎng)物質(zhì), 其膳食纖維含量高達(dá)43%, 是優(yōu)良的膳食纖維資源和天然綠色低糖蔬菜[3]。因為新鮮的芋梗中含有草酸鈣、皂甙, 人們接觸或者食用未經(jīng)處理的新鮮芋梗時, 會產(chǎn)生皮膚發(fā)癢腫脹、癢口等情況[4], 且芋頭葉炳采摘后容易腐爛不耐儲存, 所以芋莖的利用率不高。目前, 為了提高芋莖產(chǎn)品的品質(zhì), 增加芋莖利用率, 從消除芋莖刺激性澀味、干燥護(hù)色、提取有效成分等方面, 進(jìn)行了研究。胡望資[2]研究證實(shí)熱燙低鹽發(fā)酵處理是一種可消除芋莖澀味的方法。還有研究表明, 通過使用四環(huán)素可以去除麻口澀味。

將鮮芋莖腌制成酸芋莖是芋梗加工最常見的產(chǎn)品形式, 也是普受大眾喜愛的小菜, 雖然制作方法多樣, 但普遍存在質(zhì)地綿軟、脆度及口感不佳、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。蔬菜在腌制過程中, 在各種因素的作用下, 細(xì)胞膨壓發(fā)生變化, 細(xì)胞胞間層中原果膠水解, 從而引起脆度發(fā)生變化, 因此在加工過程中常采用控制采收成熟度、利用食鹽抑制有害微生物生長繁殖、合理使用保脆劑等方法進(jìn)行護(hù)脆[5]。

試驗以新鮮芋莖為主要原料, 探究保持酸芋莖脆度的最佳工藝, 為酸芋莖產(chǎn)品護(hù)脆提供一種參考方法, 提高芋莖的經(jīng)濟(jì)價值, 有利于芋莖產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試劑

新鮮芋莖、食鹽, 市售；氯化鈣（食品級）, 北京鑫達(dá)食品添加劑有限公司提供；醋酸（食品級）, 陽江市陽東區(qū)中大食品配料有限公司提供；食用油, 中糧油脂（欽州）有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

ACS-3 JZ型普通天平, 中山市衡新電子有限公司產(chǎn)品；電子分析天平, 賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司產(chǎn)品；CT 3-10 K型質(zhì)構(gòu)儀, Brookfield美國博勒飛產(chǎn)品；DHG-9146A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱, 上海精宏實(shí)驗設(shè)備有限公司產(chǎn)品；恒溫培養(yǎng)箱, 上海一恒科技儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗操作

1.3.1 酸芋莖護(hù)脆工藝流程

食鹽水

鮮芋莖→清洗→分段→脫水→裝罐→封口→浸漬→成品。

1.3.2 操作要點(diǎn)

選用新鮮芋莖的中段部分, 洗凈擦干后分成2～3 cm的均勻小段, 烘干至試驗所需水分后分裝至玻璃罐中, 加入食鹽水、醋酸和氯化鈣, 用石頭壓緊芋莖, 密封, 放入30℃[6]恒溫培養(yǎng)箱中浸漬15 d。

1.3.3 芋莖護(hù)脆工藝單因素試驗設(shè)計

以浸漬15 d, 溫度30℃為固定參數(shù), 分別考查芋莖原料含水量（40%, 45%, 50%, 55%, 60%）、氯化鈣添加量（0.05%, 0.10%, 0.15%, 0.20%, 0.25%）和食鹽添加量（8%, 10%, 12%, 14%, 16%）對芋莖質(zhì)構(gòu)特性和感官評分的影響。

1.3.4 酸芋莖護(hù)脆工藝優(yōu)化試驗設(shè)計

在單因素的試驗基礎(chǔ)上, 根據(jù)Box-benhnken的中心組合原理進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計, 以氯化鈣添加量、食鹽添加量、原料含水量作為試驗因素, 以感官評分作為響應(yīng)值, 優(yōu)化酸芋莖護(hù)脆工藝。

酸芋莖護(hù)脆工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗因素與水平設(shè)計見表1。

表1 酸芋莖護(hù)脆工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗因素與水平設(shè)計/%

1.4 考查指標(biāo)

1.4.1 酸芋莖質(zhì)構(gòu)特性的測定

尹爽等人[7]研究發(fā)現(xiàn)腌制大頭菜的硬度與脆度具有高度正相關(guān)關(guān)系, 咀嚼性、彈性、內(nèi)聚性與硬度呈較好的相關(guān)關(guān)系, 表明硬度、咀嚼性、內(nèi)聚性與脆度之間具有相關(guān)性。因此, 使用CT3-10 K型質(zhì)構(gòu)儀, 在TPA模式下測定硬度、內(nèi)聚性、咀嚼性來呈現(xiàn)酸芋莖的脆度變化。試驗選用TA-AVJ作為夾具, TA44作為探頭, 測試參數(shù)設(shè)置條件如下：預(yù)測試速度2.00 mm/s, 測試速度1.00 mm/s, 返回速度1.00 mm/s, 觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載5.0 g, 壓縮量50%, 循環(huán)次數(shù)2次[8-9]。芋莖質(zhì)構(gòu)測試盡可能選取大小一致、形狀相似的芋莖塊, 每項質(zhì)構(gòu)測試均重復(fù)5次, 組間采用鄧肯多重比較（Duncun）。

1.4.2 酸芋莖感官評價測定

由10名食品專業(yè)人員組成感官評價小組, 對酸芋莖進(jìn)行感官評價。

酸芋莖護(hù)脆工藝試驗感官評價指標(biāo)見表2。

表2 酸芋莖護(hù)脆工藝試驗感官評價指標(biāo)

1.5 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel 2010、Desgin Expert 8.0.6和IBM SPSS Statistics 26軟件進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)處理與分析作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 芋莖原料含水量對酸芋莖護(hù)脆效果的影響試驗結(jié)果

芋莖含水量對酸芋莖護(hù)脆效果的影響見表3。

表3 芋莖含水量對酸芋莖護(hù)脆效果的影響

由表3可知, 在一定含水量范圍內(nèi), 隨著芋莖含水量的增大, 酸芋莖的硬度和感官評分都是先增大后減小, 內(nèi)聚性和咀嚼性則沒有明顯的變化規(guī)律。影響植物脆性的主要因素有植物細(xì)胞壁的原果膠變化、植物細(xì)胞膨壓和植物組織結(jié)構(gòu)等[10-12]。當(dāng)芋莖含水量為40%時, 芋莖烘干失水過多, 細(xì)胞膨壓下降, 細(xì)胞壁、細(xì)胞形態(tài)遭到破壞。因此, 酸芋莖色澤較暗淡, 硬度較差, 芋莖組織軟化, 脆度減弱, 纖維感重, 感官評分較低；當(dāng)含水量處于50%時, 雖然芋莖失水細(xì)胞膨壓下降, 但細(xì)胞壁原果膠等變化不大, 在適宜鹽溶液下仍可恢復(fù)芋莖細(xì)胞滲透平衡, 細(xì)胞膨壓回升, 此時的酸芋莖色澤均勻, 組織結(jié)構(gòu)較為致密, 軟硬適中, 脆度較好, 感官評分較高；當(dāng)芋莖含水量為60%時, 芋莖的細(xì)胞膨壓受影響小, 組織結(jié)構(gòu)較為致密, 但芋莖含水量過高, 導(dǎo)致腌制不夠透徹, 芋莖不夠酸脆, 稍許麻口, 感官評分較低。綜上所述, 芋莖含水量范圍為45%～55%, 酸芋莖護(hù)脆效果相對較好。

2.1.2 氯化鈣添加量對酸芋莖護(hù)脆效果的影響試驗結(jié)果

氯化鈣添加量對酸芋莖護(hù)脆效果的影響見表4。

表4 氯化鈣添加量對酸芋莖護(hù)脆效果的影響

由表4可知, 在一定的氯化鈣添加量范圍內(nèi), 隨著氯化鈣添加量的增大, 酸芋莖咀嚼性和感官評分先增大后減小, 硬度上升到一定程度后趨于穩(wěn)定, 內(nèi)聚性變化程度較小。當(dāng)氯化鈣添加量為0.05%時, 芋莖細(xì)胞失水細(xì)胞皺縮、細(xì)胞膨壓下降, 芋莖脆性減弱, 氯化鈣濃度偏低, 激活的果膠甲酯酶較少, 細(xì)胞間凝膠作用弱, 酸芋莖組織結(jié)構(gòu)松散, 酸芋莖硬度與咀嚼性偏低, 脆度下降, 感官評分低；當(dāng)氯化鈣添加量為0.15%時, 氯化鈣濃度適中, 激活果膠甲酯酶, 芋莖細(xì)胞間凝膠作用強(qiáng), 酸芋莖硬度和咀嚼性適宜, 色澤均勻, 酸脆可口, 感官評分較高；當(dāng)氯化鈣添加量為0.25%時, 凝膠作用變化不大, 酸芋莖硬度較穩(wěn)定, 但氯化鈣添加過量, 影響細(xì)胞膨壓, 且使酸芋莖帶苦味, 硬化過度, 纖維感重, 口感較差。綜上所述, 氯化鈣添加量范圍在0.10%～0.20%時, 酸芋莖護(hù)脆效果及品質(zhì)較好。

2.1.3 食鹽添加量對酸芋莖護(hù)脆效果的影響試驗結(jié)果

食鹽添加量對酸芋莖護(hù)脆效果的影響見表5。

由表5可知, 在一定的食鹽添加量范圍內(nèi), 隨著食鹽添加量的升高, 酸芋莖的硬度、咀嚼性和感官評價呈先上升后下降的趨勢, 而內(nèi)聚性則變化不大。當(dāng)食鹽添加量為12%時, 鹽溶液濃度適中, 抑制了有害微生物繁殖生長, 減少酸芋莖因微生物生長繁殖而造成的酸軟腐敗、脆性減弱, 抑制果膠酶等細(xì)胞酶活性, 減少細(xì)胞結(jié)構(gòu)被酶解, 酸芋莖脆度保持較好, 感官評價色澤均一, 酸脆可口, 感官評分較高；當(dāng)食鹽添加量為16%時, 鹽溶液濃度過高, 酸芋莖細(xì)胞原生質(zhì)層出現(xiàn)嚴(yán)重皺縮、損壞, 細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞, 細(xì)胞膨壓下降, 質(zhì)構(gòu)測定硬度和咀嚼性相對下降, 芋莖脆度減弱, 且咸度太高, 味道較差, 感官評分低。綜上分析, 高鹽溶液有利于芋莖護(hù)脆, 但鹽溶液濃度過高, 則會使芋莖咸味過重, 風(fēng)味不佳, 且成本消耗升高。綜合考慮, 食鹽添加量范圍為10%～14%時, 酸芋莖護(hù)脆效果及品質(zhì)較好。

表5 食鹽添加量對酸芋莖護(hù)脆效果的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化酸芋莖護(hù)脆工藝

2.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計結(jié)果與分析

依據(jù)單因素試驗確定氯化鈣添加量、食鹽添加量、含水量的取值范圍, 以感官評分為參考指標(biāo), 利用Design Exper 8.0.6軟件中的Box-behnken模式設(shè)計響應(yīng)面試驗。

響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果見表6, 響應(yīng)面二次多項回歸模型方差分析見表7。

表6 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

運(yùn)用Design Exper 8.0.6對表6響應(yīng)面試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析, 得到酸芋莖的感官評分（Y）對氯化鈣添加量（A）、食鹽添加量（B）和含水量（C）的二次多項回歸模型方程為：Y=81.92-1.86A+0.54B-2.53C-0.25AB-0.87AC+2.87BC-5.91A2-3.81B2-3.78C2。由表8可知, 酸芋莖響應(yīng)面回歸模型極顯著（p=0.0034, p＜0.01）, 方程決定系數(shù)R2=0.9253, 校正決定系數(shù)R2Adj=0.8292, 失擬項不顯著（p=0.1504, p＞0.05）, 表明酸芋莖響應(yīng)面回歸模型可信度高, 與試驗數(shù)據(jù)擬合程度較好, 誤差較小, 可靠性高, 可運(yùn)用該回歸模型確定最佳工藝條件。由F值大小可判斷氯化鈣添加量、食鹽添加量和原料含水量這3個因素對酸芋莖感官評價影響程度[13]。由表7可知, 3個因素對Y影響程度由大到小依次為C、A、B, 其中二次項A2、B2、C2影響極顯著（p＜0.01）, 一次項A、C和交互項BC影響顯著（p＜0.05）, 表明食鹽添加量和含水量對酸芋莖的感官評分有交互作用。

表7 響應(yīng)面二次多項回歸模型方差分析

2.2.2 響應(yīng)面交互作用分析

根據(jù)此二次多項回歸方程, 做出各因素交互作用對酸芋莖感官評分影響的響應(yīng)面3D圖及等高線圖。

氯化鈣添加量和食鹽添加量交互作用對酸芋莖感官評分影響的等高線圖及響應(yīng)面圖見圖1, 含水量和氯化鈣添加量交互作用對酸芋莖感官評分影響的等高線圖及響應(yīng)面圖見圖2, 含水量和食鹽添加量交互作用對酸芋莖感官評分影響的等高線圖及響應(yīng)面圖見圖3。

圖2 含水量和氯化鈣添加量交互作用對酸芋莖感官評分影響的等高線圖及響應(yīng)面圖

圖3 含水量和食鹽添加量交互作用對酸芋莖感官評分影響的等高線圖及響應(yīng)面圖

由圖1可知, 在一定范圍內(nèi), 響應(yīng)面均呈向上凸起的鍋蓋形狀, 響應(yīng)面向上凸起越明顯、越尖銳, 因素值從低水平到適宜水平條件時, 響應(yīng)值增長越快, 后隨著因素值水平變化響應(yīng)值迅速減?。坏雀呔€形狀越接近橢圓形, 說明相應(yīng)兩因素交互作用對相應(yīng)考查指標(biāo)影響越強(qiáng)[14-15]。由圖1可知, 因素A與B的等高線形狀和因素A與C的等高線形狀均近似圓形, 說明氯化鈣添加量與食鹽添加量交互作用、氯化鈣添加量與含水量交互作用對酸芋莖感官評價影響較小, 因素B與C的等高線形狀接近橢圓形, 所以食鹽添加量與芋莖含水量交互作用對酸芋莖感官評價影響較大。

圖1 氯化鈣添加量和食鹽添加量交互作用對酸芋莖感官評分影響的等高線圖及響應(yīng)面圖

2.2.3 酸芋莖護(hù)脆最優(yōu)工藝條件驗證試驗

通過Design Expert 8.0.6軟件處理試驗數(shù)據(jù), 得出酸芋莖護(hù)脆最優(yōu)工藝條件為氯化鈣添加量0.14%, 食鹽添加量11.90%, 芋莖原料含水量48.31%, 感官評價預(yù)測值為82.4分?？紤]實(shí)際應(yīng)用性, 將最優(yōu)工藝條件修正為氯化鈣添加量0.14%, 食鹽添加量11.90%, 芋莖含水量48.0%, 依據(jù)此工藝條件進(jìn)行3次平行驗證試驗, 酸芋莖的感官評分均大于或等于82.0分, 感官評分平均值為82.3分, 近似預(yù)測值。因此, 表明響應(yīng)面分析法優(yōu)化得出的回歸模型符合實(shí)際, 可供酸芋莖護(hù)脆工藝參考。

3 結(jié)論

通過試驗研究表明影響酸芋莖護(hù)脆因素的主次順序為芋莖含水量＞氯化鈣添加量＞食鹽添加量, 酸芋莖護(hù)脆最優(yōu)工藝條件參數(shù)為氯化鈣添加量0.14%, 食鹽添加量11.90%, 芋莖含水量48.0%, 該條件下酸芋莖護(hù)脆效果最優(yōu), 硬度適中, 咀嚼性、內(nèi)聚性良好, 芋莖組織結(jié)構(gòu)緊密, 口感脆爽、酸芋莖色澤均勻、無澀味、不麻口、咸酸適宜、酸脆可口, 風(fēng)味獨(dú)特, 可為酸芋莖的實(shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo)。