人工干制樹上干杏的防褐變研究

湯 堯,張文濤,高 凱,李喜宏,齊 威,王 威

(1.天津科技大學食品工程與生物技術學院,天津 300457;2.國家農產品保鮮工程技術研究中心,天津 300384)

人工干制樹上干杏的防褐變研究

湯 堯1,張文濤1,高 凱2,*,李喜宏1,齊 威1,王 威1

(1.天津科技大學食品工程與生物技術學院,天津 300457;2.國家農產品保鮮工程技術研究中心,天津 300384)

為有效解決樹上干杏人工干制過程中的褐變問題,優化樹上干杏的護色干制工藝條件,以色度、感官評分為響應值,選擇熱燙溫度、熱燙時間及護色劑VC濃度為實驗因子,進行響應面分析。得到最優護色參數:熱燙溫度95.6 ℃,熱燙時間4.62 min,護色劑VC濃度1.63%。實驗結果表明樹上干杏護色干制工藝合理可行,能有效抑制干制過程中的褐變。

樹上干杏,人工干制,防褐變,響應面分析

樹上干杏屬薔薇科(Rosaceae)李亞科(Prunoideae)杏屬(Prunus),又名吊干杏、小金杏,是我國新疆天山北麓特克斯河谷和伊犁河谷地區獨有的地方優良品種[1],其果肉甘甜、杏仁醇香,富含糖、蛋白質、維生素、礦物質等營養素,具有較高的經濟價值。但杏的采收期、貨架期短,采后易軟爛,不耐貯運,嚴重制約了樹上干杏產業的發展,杏的干制是目前樹上干杏最主要的加工方式。

果蔬干制分為自然干制和人工干制兩種,樹上干杏主要采取風干、晾曬等自然干制法。自然干制法成本低、易操作,但干制過程受制于天氣和氣候條件,生產周期長、衛生質量差,難以實現連續化生產[2],且制得的干杏褐變嚴重,顏色不均、品質參差不齊,不能達到產品標準化,大大降低了干杏的經濟效益,故本文選用熱空氣干燥法對樹上干杏進行人工干制。無論采取何種干制方式,干制過程中都會不可避免地出現褐變,因而如何有效防止褐變的發生、控制褐變的程度是生產中必須解決的一大難題。果蔬的褐變防控措施有物理、化學、生物三種,其中化學護色劑成本低、效果好,應用最為廣泛,但其安全性較差;物理和生物防控措施安全可靠,但投入成本高,工業上難以推廣[3-4]。因此,協同使用物理、化學手段,在降低護色劑添加量的同時抑制褐變具有重要意義。目前,人工干制樹上干杏的相關研究未見報道。

本文對樹上干杏進行人工干制,協同使用物理、化學處理防控干制過程中的褐變,以期找到經濟、安全的護色工藝,為樹上干杏工業化生產提供理論依據和技術支持。

表1 感官評分表

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

樹上干杏由新興際華伊犁農牧科技發展有限公司提供;檸檬酸、抗壞血酸(VC)、氯化鋅、氯化鈉、β-環糊精、乙酸、乙酸鈉、鄰苯二酚等購于天津市北方天醫化學試劑廠,均為分析純。

CP114型電子天平 西杰天平(北京)儀器有限公司;DGG-101-2BS型電熱鼓風干燥箱 天津市天宇實驗儀器有限公司;5804R高速冷凍離心機 德國艾本德公司;UV-2550PC型紫外-可見分光光度計 日本島津公司;HP-200色差儀 上海漢譜光電科技有公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 干杏的制備

1.2.1.1 工藝流程 鮮杏→分選→清洗→熱燙→冷卻→切分,去核→護色處理→瀝水→裝盤→干制→包裝→成品

1.2.1.2 技術要點 分選:去除病、蟲、爛果,按照果實大小、表皮顏色進行分級,取大小適中,顏色均勻的杏黃色果實備用。清洗:將分選出的鮮杏用流動清水漂洗,去除果實表面的泥沙等雜物。熱燙:采用水或檸檬酸(0.25% w/v)對鮮杏熱燙,時間為3 min[5]。切分,去核:沿果實縫合線將鮮杏均勻切分成兩部分,去除杏核。護色處理:按原料杏的兩倍體積配制護色液,切分后的鮮杏在護色液中充分浸泡10 min[6]。瀝水:將護色處理后的鮮杏置于瀝水籃中瀝干護色液,至無明顯液滴落下以備裝盤。干制:使用鼓風干燥箱進行人工干制,根據預實驗情況將干制條件設定為溫度70 ℃、時間3 h。

1.2.2 多酚氧化酶(PPO)的提取與測定稱取5 g熱燙后的鮮杏,置于研缽中,加入5.0 mL提取緩沖液(含1 mmol MPEG、4% Triton X-100),在冰浴條件下研磨成勻漿,于4 ℃、12000×g離心30 min,收集上清液即為酶提取液,低溫保存備用。

取一支試管,加入4.0 mL 50 mmol/L、pH5.5的乙酸-乙酸鈉緩沖液和1.0 mL 50 mmol/L鄰苯二酚溶液,最后加入100 μL酶提取液,同時立即開始計時。將反應混合液倒入比色杯中,置于分光光度計樣品室中。以蒸餾水為參比,在反應15 s時開始記錄反應體系在波長420 nm處吸光度值,作為初始值,然后每隔1 min記錄一次,連續測定,至少獲取6個點的數據。重復三次[6-7]。

記錄反應體系在波長420 nm處吸光度值,制作OD420值隨時間變化曲線,根據曲線的初始線性部分(從時間I到時間F)計算每分鐘吸光度變化值ΔOD420。

式中:ΔOD420-每分鐘反應混合液吸光度變化值;ΔOD420F-反應混合液吸光度終止值;ΔOD420I-反應混合液吸光度初始值;TF-反應終止時間,min;TI-反應初始時間,min。

以每克鮮杏樣品(鮮重)每分鐘吸光度變化值增加1為1個活性單位,單位是ΔOD420/min·g。計算公式:

式中:V-樣品提取液總體積,mL;VS測定時索取樣品提取液體積,mL;m-樣品質量,g。

1.2.4 感官評價 色度值可以客觀地反映干杏的表面狀況,但褐變往往是局部現象,顏色分布不均勻,因此需結合感官評分評估干杏的褐變防控效果。感官評價小組由經專業培訓的10名食品科學專業的研究生組成,其中5名男士、5名女士,感官評價標準見表1[9]。

1.2.5 數據處理 每組實驗設置三個平行,實驗數據取其均值,應用SPASS 17.0軟件對所有實驗數據進行方差分析,p<0.05表示顯著,p<0.01表示極顯著。

1.3 單因素實驗

1.3.1 熱燙溫度的選擇 預處理過的鮮杏分別在60、70、80、90、100 ℃下熱燙4 min,取適量鮮杏立即檢測其PPO活性,其余鮮杏直接裝盤干制,并對制得的干杏進行感官評價。

1.3.2 熱燙時間的選擇 預處理過的鮮杏在90 ℃下分別熱燙1、2、3、4、5 min,取適量鮮杏立即檢測其PPO活性,其余鮮杏直接裝盤干制,并對制得的干杏進行感官評價。

1.3.3 護色劑的選擇 預處理過的鮮杏不進行熱燙處理,直接進行護色和干制,測定成品干杏的色度值并對其進行感官評價。本文對五種成本低、安全性高的護色劑進行篩選,其作用機制不盡相同,種類及使用濃度詳見表2。

表2 不同種類護色劑的階梯濃度

1.4 響應面實驗

使用Design-Expert 8.0軟件設計三因素三水平的響應面實驗,具體因素及水平見表3。以色度、感官評分為評價指標,色度評分采用加權評分,其中L*占70%,c*占30%,實驗結果見表4。

表3 實驗因素水平表

2 結果與討論

2.1 單因素實驗

2.1.1 熱燙處理對干杏色澤的影響

2.1.1.1 熱燙對鮮杏PPO活性的影響 干杏干制過程中極易發生褐變,PPO通常被認為是引起果蔬采后褐變的關鍵酶[10],高溫可使其鈍化,從而抑制酶促褐變。由圖1知,檸檬酸熱燙與水熱燙處理,PPO活性變化趨勢一致,隨熱燙溫度的升高、熱燙時間的延長,PPO活性逐漸降低,但檸檬酸熱燙的效果優于水熱燙處理,可能是因為檸檬酸可以絡合PPO中的Cu2+、并降低pH,比單純的熱鈍化效果更強[11-12]。方差分析表明,檸檬酸熱燙處理中90 ℃與100 ℃、4 min與5 min處理差異均不顯著(p>0.05),考慮到100 ℃沸水會加劇果實軟爛,影響干杏品質,長時間熱燙會增加能耗及營養素損失,建議熱燙溫度為90 ℃、時間4 min。

圖1 熱燙處理對PPO活性的影響Fig.1 Effect of blanching process on PPO activity

2.1.1.2 熱燙對干杏色澤的影響 由圖2知,色度值L*、c*和感官評分的變化趨勢一致,隨熱燙溫度的升高、時間的延長,色度值及感官評分逐漸提高。方差分析表明,90 ℃與100 ℃、4 min與5 min處理差異均不顯著(p>0.05),這與熱燙后鮮杏的PPO活性的變化規律一致,因此將熱燙處理條件定為溫度90 ℃、時間4 min。

圖2 熱燙對色度和感官評分的影響Fig.2 Effect of blanching process on colour and sensory score

2.1.2 護色劑對干杏色澤的影響 通過圖3可以看出,經VC護色處理制得的干杏L*值、c*值、感官評分優于其它護色劑,褐變抑制效果最理想?？赡芤驗閂C可以通過兩種不同的作用機制抑制褐變,抑制作用更強烈。在缺乏PPO底物時,VC與其活性位點的結合,尤其是在其氧化形式下結合可使其不可逆失活;在PPO底物存在時,抗壞血酸會減少PPO氧化產物,從而延滯黑色物質的產生[13]。VC濃度為1.5%時,L*值、c*值、感官評分最高,其中L*值和感官評分較其它濃度均差異顯著(p<0.05),故選擇VC為人工干制的樹上干杏進行護色。

圖3 護色劑對色度和感官評分的影響Fig.3 Effect of color-protecting agents on colour and sensory score

2.2 響應曲面法優化分析

2.2.1 響應面實驗 響應面實驗設計及結果見表4。

2.2.2 模型的建立及顯著性檢驗

2.2.2.1 色度評分分析 利用Design-Expert 8.0軟件對表4中色度評分數據進行多元回歸擬合,響應回歸方程:Y=49.10+0.74A+0.56B+1.81C+0.43AB-0.25AC-0.068BC-0.84A2-0.56B2-3.24C2

式中Y為色度得分,A、B、C分別為熱燙溫度、熱燙時間和VC濃度。其中C項即VC對響應值影響最大,各項對色度影響作用次序:VC濃度>熱燙溫度>熱燙時間。交互項中AB與其它交互項相比對響應值影響最大,即熱燙溫度和熱燙時間的交互作用對色度影響最大。

表5 基于色度評分的回歸方差分析

表4 響應面實驗結果

一次項與二次項中,三個因素的影響都極顯著(p<0.01),其中熱燙溫度和VC濃度的影響更顯著(p<0.0001),說明熱燙溫度和VC濃度是控制干杏色度的關鍵因素;交互項中,AB影響顯著(p<0.05),其它項影響均不顯著(p>0.05)。

2.2.2.2 感官評價分析 利用Design-Expert 8.0軟件對表4中感官評分數據進行多元回歸擬合,響應回歸方程:Y=9.12+0.50A+0.44B+0.79C+0.23AB+0.075AC+0.10BC-0.54A2-0.41B2-1.71C2

表6 基于感官評分的回歸方差分析

2.2.3 響應面分析 響應曲面三維圖能直觀地反映出各因素對響應值的影響程度及因素間交互作用的強弱。三維圖在平面上的投影即為等高線圖,等高線形狀反映了交互影響的強弱,圓形等高線表明兩因素的交互作用相對較弱;橢圓形等高線兩因素的交互作用相對較強[14]。

2.2.3.1 色度評分響應面分析 以色度評分為響應值的響應面趨勢圖如圖4。

從圖4可以看出,所選的三個因素影響均顯著,交互項中熱燙溫度與熱燙時間的交互作用較大。三維曲面圖中,VC濃度的曲線最陡峭,熱燙溫度的曲線較熱燙時間的曲線陡峭,這與方差分析中的影響作用次序相吻合。

圖4 色度響應面分析Fig.4 Response surface analysis of chromaticity注:a:熱燙溫度與熱燙時間的交互作用;b:熱燙溫度與VC濃度的交互作用;c:熱燙時間與VC濃度的交互作用,圖5同。

2.2.3.2 感官評分響應面分析 以感官評分為響應值的響應面趨勢圖如圖5。

圖5 感官評分響應面分析Fig.5 Response surface analysis of sensory evaluation

圖6 不同護色處理效果比較Fig.6 Comparison of different color protecting process注:a處理為最佳護色工藝處理,b處理為熱燙處理(90 ℃、4 min)后不護色直接干制,c處理為不熱燙僅使用VC(1.5%)護色后直接干制,d處理為不熱燙僅使用ZnCl2(0.3%)護色后直接干制。

從圖5可以看出,所選的三個因素影響顯著,交互項中熱燙溫度與熱燙時間的交互作用較大。三維曲面圖中,VC濃度的曲線最陡峭,熱燙溫度的曲線較熱燙時間的曲線陡峭,這與方差分析中影響作用的次序相吻合,與以色度為響應值的響應面分析相一致,說明色度與感官評分之間存在一定的相關性。

2.2.4 最佳工藝的預測與驗證 利用Design-Expert 8.0軟件得到的最佳護色工藝為:熱燙溫度95.6 ℃,熱燙時間4.62 min,VC濃度1.63%,此時色度評分分為49.7365,感官評分為9.54053。采用上述工藝,進行三次平行實驗,所得色度評分均值為49.5661,感官評分均值為9.5,與預測值間的相對誤差分別為0.34%、0.43%,表明響應面分析法得出的最佳工藝參數是合理可行的。通過圖6可以直觀地看出,經最佳護色工藝處理制得的干杏a呈杏黃色且色澤均勻,其它三組均出現了不同程度的褐變,說明協同使用熱燙處理和VC護色劑取得了良好的護色效果,其褐變抑制效果優于單一的熱燙處理或護色劑處理。

3 結論

樹上干杏人工干制過程中,采用檸檬酸熱燙協同VC護色處理能有效抑制褐變,通過單因素實驗和響應曲面分析法優化護色工藝,得到最佳工藝參數為:熱燙溫度95.6 ℃,熱燙時間4.62 min,VC濃度1.63%。采用此護色工藝對樹上干杏進行人工干制,既能縮短生產周期,又能有效抑制褐變,為樹上干杏的工業化生產提供了理論依據和技術支持。

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Study on the anti-browning technology of ‘Shushanggan’ apricot dried artificially

TANG Yao1,ZHANG Wen-tao1,GAO Kai2,*,LI Xi-hong1,QI Wei1,WANG Wei1

(1.Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China;2.National Research Center of Agricultural Product Fresh Keeping Engineering and Technology,Tianjin 300384,China)

Aim to effectively solve the browning of 'Shushanggan' apricot and improve the technology of anti-browning,response surface analysis methodology was applied by using chromaticity and the sensory evaluation scores as response values,the level of temperature,time and VCof blanching treatment as influencing factors. The results showed that the optimum level of blanching temperature,time and VCwere 95.6 ℃,4.62 min and 1.63%,respectively. The results also showed that the anti-browning technology of 'Shushanggan' apricot was reasonable and feasible,moreover,the effect of anti-browning of that was significant.

‘Shushanggan’ apricot;artificial drying;anti-browning;response surface analysis

2015-03-27

湯堯(1987-)，男，博士研究生，研究方向：農產品貯藏與加工，E-mail：tangyao886@hotmail.com。

*通訊作者:高凱(1976-)，男，碩士，副研究員，研究方向：農產品貯藏與加工，E-mail：gaokai505@sina.com。

國家高技術研究發展計劃(863)(2012AA101703)；農業科技成果轉化資金項目(2013GB2A100019)；天津市科技計劃項目(13ZXCXNC03000)；天津科技大學優秀博士學位論文培育基金(B2013001)。

TS255.3

B

1002-0306(2015)21-0269-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.047