檳榔加工工序及貯藏過(guò)程對(duì)其理化性質(zhì)的影響

宋曉慧,朱珺玎,李智,馬朝陽(yáng),3,王洪新,3*

1(江南大學(xué) 食品學(xué)院,江蘇 無(wú)錫,214122)2(湖南伍子醉實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司,湖南 湘潭,411100) 3(國(guó)家功能食品工程技術(shù)研究中心(江南大學(xué)),江蘇 無(wú)錫,214122)

檳榔部分用于藥用和鮮食,更多地用于加工檳榔嚼塊[1]。咀嚼檳榔可以帶來(lái)欣快感,有提神醒腦[2]的作用。中國(guó)不僅檳榔產(chǎn)量大,且消費(fèi)者眾多[3-4]。中國(guó)的檳榔加工主要集中在湖南、海南等地,改革開(kāi)放之后檳榔才大量由小作坊式生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)生產(chǎn)[5],因此很多檳榔加工企業(yè)往往是按照傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行加工。目前針對(duì)檳榔的研究中大部分集中于檳榔對(duì)人體的有害性[6-7]以及檳榔中活性物質(zhì)的提取[8-9];在食用檳榔加工方面的研究中針對(duì)食用檳榔加工前預(yù)處理及成品的品質(zhì)特性[10]研究較多,例如針對(duì)新采摘的檳榔干燥[11]、滅菌[12]、儲(chǔ)藏方法[13]的研究以及食用檳榔成品品質(zhì),如感觀評(píng)估[14]、鹵水改進(jìn)[15-16]等,也有一些探究檳榔加工過(guò)程中生物堿的含量變化情況[17],而對(duì)于檳榔在加工過(guò)程中發(fā)生的理化特性變化未見(jiàn)報(bào)道。

長(zhǎng)期大量咀嚼檳榔會(huì)引起口腔黏膜的氧化損傷并引起強(qiáng)直性壞死[18],更重要的是檳榔纖維磨損口腔組織黏膜造成多次創(chuàng)傷,檳榔堿以及其他添加物擴(kuò)散進(jìn)入黏膜下組織,長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)刺激口腔黏膜導(dǎo)致纖維化和其他病變[19-20]。因此,在檳榔食品加工過(guò)程中設(shè)計(jì)更合理的工藝流程和參數(shù),對(duì)檳榔纖維進(jìn)行前處理,減少檳榔纖維對(duì)口腔的磨損以減少咀嚼檳榔對(duì)人體帶來(lái)的傷害,將會(huì)是檳榔產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要方向。而探究檳榔在加工過(guò)程和儲(chǔ)藏過(guò)程中發(fā)生的理化性質(zhì)變化及其規(guī)律,對(duì)指導(dǎo)檳榔加工工藝的優(yōu)化,提升檳榔質(zhì)量以期減少咀嚼檳榔對(duì)人體造成傷害等方面具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

檳榔、中性纖維素酶(300 U/mL)、木聚糖酶(50 000 U/mL)、甘露聚糖酶(40 000 U/mL)、單寧酶(40 000 U/mL)、漆酶(10 000 U/mL),湖南伍子醉實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司。NaCl、Na2CO3、無(wú)水乙醚(分析純),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司

1.1.2 儀器與設(shè)備

SCIONSQ-456-GC型GC-MS分析儀,美國(guó)布魯克公司;TA.XTPlus型物性分析儀,英國(guó)MSM公司;MB25ZH型快速水分測(cè)定儀,奧豪斯儀器有限公司;GZX-9240MBE型電熱鼓風(fēng)干燥箱,上海博訊醫(yī)療生物儀器股份有限公司;HH-4J型電熱恒溫水浴鍋,紹興上虞祥達(dá)儀器制造有限公司;JSM-840型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡,日本電子株式會(huì)社。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 檳榔的加工

按照國(guó)內(nèi)某檳榔加工企業(yè)的基本加工方法進(jìn)行,與黃群等[13]采用的工藝一致。具體工藝流程如下:

干果→浸泡→蒸汽爆破→酶解→發(fā)制→滅酶(烘干)→悶香→切半→去核→點(diǎn)鹵

試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定均為隨機(jī)挑選同一批次中不同3?；旌献鳛闃悠愤M(jìn)行測(cè)定,作3次平行,取平均值。

在進(jìn)行酶解前先通過(guò)蒸汽爆破操作使檳榔纖維適當(dāng)分散。將檳榔浸泡一段時(shí)間,適當(dāng)增加檳榔水分同時(shí)清洗除雜。容器壓強(qiáng)迅速升高,保持1 min后快速泄壓。酶液按照1∶20(g∶mL)加入去離子水混勻,于50 ℃水浴中活化15 min后加入經(jīng)過(guò)蒸汽爆破的檳榔中,50 ℃水浴酶解60 h。

鼓風(fēng)恒溫干燥箱設(shè)定溫度60 ℃,干燥至檳榔纖維水分含量一定。悶香工序是將香精香料用少量水溶解后加入經(jīng)過(guò)干燥的檳榔中,于50 ℃水浴中進(jìn)行悶制,定時(shí)翻轉(zhuǎn),時(shí)間48 h。

1.2.2 檳榔水分含量測(cè)定

將檳榔用剪刀順纖維剪成單根細(xì)絲,再將細(xì)絲剪成約2 mm的細(xì)段纖維。取約1.0 g細(xì)段纖維置于水分測(cè)定儀中,135 ℃測(cè)定水分含量。

1.2.3 檳榔酶解方法

目前檳榔生產(chǎn)廣泛使用的復(fù)配酶中主要成分包括木聚糖酶、甘露聚糖酶、漆酶、纖維素酶等,為探究纖維素酶在復(fù)配酶中所起作用,分別利用纖維素單酶、復(fù)合酶1(不含纖維素酶的復(fù)合軟化酶,木聚糖酶∶甘露聚糖酶∶單寧酶∶漆酶=1∶1∶1∶1)和復(fù)合酶2(含纖維素的復(fù)合軟化酶,木聚糖酶∶甘露聚糖酶∶單寧酶∶漆酶∶纖維素酶=1∶1∶1∶1∶1)進(jìn)行酶解。

1.2.4 檳榔質(zhì)構(gòu)性質(zhì)測(cè)定

檳榔順纖維切分去核,取一半置于物性分析儀的載物臺(tái)上,選擇探頭為柱狀探頭TA/36R。設(shè)定加載程序測(cè)試前速度1.00 mm/s,測(cè)試速度1.00 mm/s,觸發(fā)值5.0 g,測(cè)試形變量40%,實(shí)施二次擠壓試驗(yàn),對(duì)檳榔的硬度、咀嚼性和膠黏性進(jìn)行測(cè)定。每一樣品取同批次3粒作平行。

1.2.5 檳榔纖維持水性測(cè)定

同批次半成品切開(kāi)去核后,用粉碎機(jī)粉碎后過(guò)150 μm篩,進(jìn)行持水性測(cè)定[21]:取2.5 g檳榔粉,按1∶100(g∶mL)比例加入0.2 g/L的NaCl溶液250 mL,充分混勻,室溫靜置1 h后,3 000 r/min離心15 min,棄上清液,記錄沉淀重量,按公式(1)計(jì)算:

持水性/(g/g)=(m2-m1)/m1

(1)

式中:m1,檳榔粉末質(zhì)量,g;m2,沉淀物質(zhì)量,g。

1.2.6 檳榔微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)

將檳榔去核后切塊,制成大小為2 mm×2 mm×2 mm顆粒,表面噴金后利用掃描電鏡觀察檳榔的橫向切面纖維狀況。

1.2.7 檳榔特征風(fēng)味物質(zhì)測(cè)定

檳榔粉碎后過(guò)100 μm篩,稱取1.0 g于可密封的試管中,加入20 mL無(wú)水乙醚密封,150 r/min、28 ℃振蕩2 h,每隔30 min手動(dòng)振搖一次,提取結(jié)束后取2 mL樣品離心后進(jìn)行GC-MS分析。色譜條件:采用DB-Wax (30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛細(xì)管柱;載氣:He(9 999%),不分流,進(jìn)樣口溫度250 ℃,流速1.00 mL/min;升溫程序:初始溫度40 ℃保持3 min,以5 ℃/min的速率升到100 ℃無(wú)保留,以10 ℃/min的速率升到230 ℃,保持6 min。質(zhì)譜條件:EI離子源;電子能量70 eV;離子源溫度200 ℃;接口溫度250 ℃。主要風(fēng)味化合物確定:把系列正構(gòu)烷烴換算保留指數(shù)與質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)的保留指數(shù)進(jìn)行對(duì)比,確定主要風(fēng)味化合物。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)均有3次平行,采用Excel 2016軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并進(jìn)行圖形繪制;采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析,并對(duì)差異顯著性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 加工工序?qū)壚瀑|(zhì)構(gòu)的影響

2.1.1 不同加工工序?qū)壚瀑|(zhì)構(gòu)的影響

如圖1所示,檳榔在浸泡、蒸汽爆破、香料發(fā)制后烤籽及悶香過(guò)程中,質(zhì)構(gòu)指標(biāo)硬度、膠黏性和咀嚼性表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律性,呈現(xiàn)降低、升高和再降低的趨勢(shì)。硬度直接反映軟硬口感,在質(zhì)構(gòu)檢測(cè)過(guò)程中表現(xiàn)為第1次下壓需要的最大力量值,從圖中可以看出檳榔經(jīng)過(guò)浸泡和汽爆硬度大幅下降從41 422.94 g到7 218.45 g,酶解之后小幅上升,在烤干時(shí)達(dá)到18 923.53 g,最終悶香完畢時(shí)降至12 392.8 g,為最終成品硬度;膠黏性表現(xiàn)為經(jīng)過(guò)咀嚼之后可恢復(fù)凝聚的情況,膠黏性與彈性的復(fù)合表征咀嚼性,即咀嚼檳榔時(shí)所需要的能量,從圖1可見(jiàn)膠黏性和咀嚼性變化情況完全一致。經(jīng)過(guò)浸泡、蒸汽爆破后檳榔結(jié)構(gòu)松散,硬度、膠黏性和咀嚼性都大幅下降;利用復(fù)合纖維軟化酶對(duì)檳榔進(jìn)行酶解后,堅(jiān)硬程度有所上升,而膠黏性和咀嚼性繼續(xù)下降,表明其適口性變好;烤籽工藝對(duì)質(zhì)構(gòu)影響較大,水分散失導(dǎo)致纖維縮聚結(jié)合,導(dǎo)致其質(zhì)構(gòu)堅(jiān)硬程度再次上升,以至于成品檳榔的硬度不能恢復(fù)到汽爆時(shí)的值。

圖1 加工過(guò)程檳榔質(zhì)構(gòu)變化Fig.1 Texture change of betel nut during processing

2.1.2 不同酶解方式對(duì)檳榔質(zhì)構(gòu)與水分的影響

如圖2所示,纖維素酶酶解對(duì)檳榔質(zhì)構(gòu)改善情況不及與其他酶復(fù)合使用,水分含量最低;不添加纖維素酶的復(fù)合酶1酶解的檳榔水分含量最高,但其質(zhì)構(gòu)指標(biāo)都處于較高水平;質(zhì)構(gòu)特性表現(xiàn)最好的含纖維素酶的復(fù)合酶2酶解的檳榔,硬度、膠黏性與咀嚼性數(shù)值最低,水分含量處于中等水平。

圖2 不同酶解方式對(duì)質(zhì)構(gòu)和水分的影響Fig.2 Effect of different enzymolysis methods on texture and water content

酶解軟化過(guò)程纖維素酶的使用對(duì)于質(zhì)構(gòu)的影響是至關(guān)重要的,檳榔中纖維素占一半以上,其次為半纖維素和木質(zhì)素[22-23],纖維素可維持良好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性[24],酶解過(guò)程不添加纖維素酶會(huì)導(dǎo)致其軟化效果不理想,而僅使用纖維素酶進(jìn)行酶解又會(huì)使水分無(wú)法維持。因而在后續(xù)的酶解方式研究中應(yīng)該更多關(guān)注于纖維素酶的使用量以及如何適度降解除纖維素外其他主要成分來(lái)使檳榔的食用品質(zhì)得以提升。

2.2 加工工序?qū)壚评w維持水性的影響

由表1可知,檳榔經(jīng)過(guò)加工纖維持水性顯著增大。在加工過(guò)程中,經(jīng)過(guò)蒸汽爆破檳榔纖維的持水性相較于原果纖維持水量提升不顯著,這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)高壓快速釋放的方式使檳榔纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞,疏松結(jié)構(gòu)后纖維的內(nèi)部容納空間可以被水分填充。而經(jīng)過(guò)酶解后,檳榔纖維持水量上升至(4.11±0.37) g/g,主要原因在于酶解后的檳榔由于纖維結(jié)構(gòu)被破壞,內(nèi)部孔隙增多,持水性得到進(jìn)一步提升?？靖珊蟮陌氤善防w維持水量達(dá)到(4.79±0.35) g/g是由于烘干工序?qū)е吕w維本身質(zhì)量的下降,相同質(zhì)量下檳榔粉末的體積相較于其他組更大,因而其持水量最高。經(jīng)過(guò)一系列加工之后,檳榔成品的持水性再度恢復(fù)到與酶解后相近,這說(shuō)明酶解后檳榔纖維的持水性達(dá)到最大,烤干工序?qū)壚瞥炙缘挠绊懖淮?最終產(chǎn)品的持水性與酶解后相近。檳榔纖維的持水性對(duì)檳榔的食用品質(zhì)和儲(chǔ)藏性能起著決定性的作用,主要表現(xiàn)為會(huì)在一定程度上影響質(zhì)構(gòu)性質(zhì),在持水性方面加工過(guò)程中,烤干后的檳榔纖維持水性最高,但最終產(chǎn)品的持水量與酶解結(jié)束時(shí)纖維的持水量接近。

表1 不同加工半成品檳榔持水量Table 1 Water holding capacity of different processed semi-finished betel nut

2.3 纖維素酶的使用對(duì)檳榔纖維微觀結(jié)構(gòu)的影響

通過(guò)對(duì)檳榔的質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行分析可知(圖1),檳榔籽經(jīng)過(guò)浸泡、蒸汽爆破之后其質(zhì)構(gòu)特性會(huì)發(fā)生大幅改變,并且此時(shí)也是檳榔產(chǎn)品在加工過(guò)程中硬度最低,水分含量最高的時(shí)候。汽爆之后經(jīng)不同種類(lèi)的酶的酶解之后的檳榔微觀結(jié)構(gòu)如圖3所示。檳榔籽經(jīng)過(guò)蒸汽爆破處理后纖維結(jié)構(gòu)適度松散,纖維束中單根纖維間孔隙變大。但未經(jīng)酶解時(shí)檳榔纖維結(jié)構(gòu)緊致,切面整體平整呈現(xiàn)緊密結(jié)合狀態(tài),而經(jīng)過(guò)纖維素單酶處理,檳榔粗纖維整體結(jié)構(gòu)被破壞呈現(xiàn)為片狀分層疊加。復(fù)合酶處理對(duì)于檳榔纖維的改變較徹底,層狀結(jié)構(gòu)被解開(kāi),其中,添加了纖維素酶的復(fù)合酶1進(jìn)行酶解的檳榔整體結(jié)構(gòu)完全破壞,成為不規(guī)則碎渣狀態(tài)。不添加纖維素酶的復(fù)合酶2進(jìn)行酶解之后,檳榔纖維出現(xiàn)較均勻的孔隙狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)網(wǎng)狀,整體結(jié)構(gòu)的維持較好。從消費(fèi)者食用的角度而言,圖3-b產(chǎn)品狀態(tài)應(yīng)為咀嚼時(shí)綿軟度尚可,但難以保持嚼塊的整體性。綜合分析,復(fù)合酶2更適合。

a-未酶解;b-纖維素酶;c-復(fù)合酶1;d-復(fù)合酶2圖3 不同酶解方式對(duì)檳榔微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 Effects of different enzymolysis methods on the microstructure of betel nut

2.4 儲(chǔ)藏過(guò)程檳榔水分含量和風(fēng)味物質(zhì)變化

檳榔成品貯藏期間的水分含量及風(fēng)味物質(zhì)變化極大影響消費(fèi)者的接受度。將檳榔用專用食品包裝袋進(jìn)行密封包裝,實(shí)驗(yàn)室常溫常濕儲(chǔ)藏,分別在0、7、14、21 d取樣,測(cè)定水分含量與主要風(fēng)味成分的保留情況。由圖4可見(jiàn),在儲(chǔ)藏過(guò)程中檳榔的主要風(fēng)味成分物質(zhì)的含量處于不斷變動(dòng)的情況,在儲(chǔ)藏了21 d后,相較于0 d各組分含量均有下降,尤其是乙基麥芽酚、薄荷酮和異薄荷酮屬于原本含量較高,很大程度上決定了檳榔風(fēng)味中重要的香味和涼感[15],儲(chǔ)藏21 d后其下降幅度最大,同時(shí)它們?cè)趦?chǔ)藏過(guò)程中含量波動(dòng)也較明顯。儲(chǔ)藏過(guò)程中含量波動(dòng)較明顯的還有香蘭素,先上升后下降,變化曲線看來(lái)香蘭素在儲(chǔ)藏過(guò)程中的含量變化趨勢(shì)與乙基麥芽酚相似,而薄荷酮與異薄荷酮變化趨勢(shì)相近。檳榔的水分含量在儲(chǔ)藏過(guò)程中由于與空氣濕度的交換會(huì)逐步下降,剛開(kāi)始的7 d水分經(jīng)歷較大幅度下降,再過(guò)7 d時(shí)只有小幅下降,甚至到了21 d時(shí)水分有所回升,此時(shí)測(cè)定出的檳榔水分含量上升可能是因?yàn)闄壚仆鈿ぶ械乃钟捎谂c外界的交換發(fā)生下降,到一定程度之后,由于檳榔纖維的吸濕性,一方面不再往外散失水分,另一方面從其中心的檳榔鹵水中吸收一定的水分保留在纖維中[25]。不同的風(fēng)味物質(zhì)由于揮發(fā)性不同,損失程度有較大的差異。

圖4 水分含量與主要風(fēng)味成分變化Fig.4 Changes of water content and main flavor components

3 結(jié)論與討論

本文研究了檳榔加工過(guò)程中各工序結(jié)束后檳榔質(zhì)構(gòu)等發(fā)生的改變,在后續(xù)加工改良中可以進(jìn)一步考慮對(duì)酶解和烤干的改進(jìn);研究發(fā)現(xiàn)檳榔纖維的持水性會(huì)在一定程度上影響質(zhì)構(gòu),纖維素酶等的使用會(huì)破壞檳榔纖維的整體結(jié)構(gòu),此后研究中可以進(jìn)一步探究酶解前后檳榔纖維主要成分的變化情況。檳榔包裝和儲(chǔ)藏條件對(duì)于水分含量的影響應(yīng)該同時(shí)考慮到檳榔片籽在包裝環(huán)境中的水分散失與本身纖維持水性能,以及與表面鹵水之間的水分互相影響。如何控制檳榔在貯藏及貨架期內(nèi)的水分含量,以及不同的加工工藝得到的檳榔產(chǎn)品與口腔機(jī)械損傷等方面的相關(guān)性,都是可以進(jìn)一步研究,從而更好地優(yōu)化改良加工設(shè)備及加工工藝及參數(shù)。