檳榔加工工序及貯藏過程對其理化性質的影響

宋曉慧,朱珺玎,李智,馬朝陽,3,王洪新,3*

1(江南大學 食品學院,江蘇 無錫,214122)2(湖南伍子醉實業集團有限公司,湖南 湘潭,411100) 3(國家功能食品工程技術研究中心(江南大學),江蘇 無錫,214122)

檳榔部分用于藥用和鮮食,更多地用于加工檳榔嚼塊[1]。咀嚼檳榔可以帶來欣快感,有提神醒腦[2]的作用。中國不僅檳榔產量大,且消費者眾多[3-4]。中國的檳榔加工主要集中在湖南、海南等地,改革開放之后檳榔才大量由小作坊式生產轉變為企業生產[5],因此很多檳榔加工企業往往是按照傳統經驗進行加工。目前針對檳榔的研究中大部分集中于檳榔對人體的有害性[6-7]以及檳榔中活性物質的提取[8-9];在食用檳榔加工方面的研究中針對食用檳榔加工前預處理及成品的品質特性[10]研究較多,例如針對新采摘的檳榔干燥[11]、滅菌[12]、儲藏方法[13]的研究以及食用檳榔成品品質,如感觀評估[14]、鹵水改進[15-16]等,也有一些探究檳榔加工過程中生物堿的含量變化情況[17],而對于檳榔在加工過程中發生的理化特性變化未見報道。

長期大量咀嚼檳榔會引起口腔黏膜的氧化損傷并引起強直性壞死[18],更重要的是檳榔纖維磨損口腔組織黏膜造成多次創傷,檳榔堿以及其他添加物擴散進入黏膜下組織,長時間持續刺激口腔黏膜導致纖維化和其他病變[19-20]。因此,在檳榔食品加工過程中設計更合理的工藝流程和參數,對檳榔纖維進行前處理,減少檳榔纖維對口腔的磨損以減少咀嚼檳榔對人體帶來的傷害,將會是檳榔產業健康發展的重要方向。而探究檳榔在加工過程和儲藏過程中發生的理化性質變化及其規律,對指導檳榔加工工藝的優化,提升檳榔質量以期減少咀嚼檳榔對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),湖南伍子醉實業集團有限公司。NaCl、Na2CO3、無水乙醚(分析純),國藥集團化學試劑有限公司

1.1.2 儀器與設備

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

1.2 試驗方法

1.2.1 檳榔的加工

按照國內某檳榔加工企業的基本加工方法進行,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→發制→滅酶(烘干)→悶香→切半→去核→點鹵

試驗指標測定均為隨機挑選同一批次中不同3?；旌献鳛闃悠愤M行測定,作3次平行,取平均值。

在進行酶解前先通過蒸汽爆破操作使檳榔纖維適當分散。將檳榔浸泡一段時間,適當增加檳榔水分同時清洗除雜。容器壓強迅速升高,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后加入經過蒸汽爆破的檳榔中,50 ℃水浴酶解60 h。

鼓風恒溫干燥箱設定溫度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過干燥的檳榔中,于50 ℃水浴中進行悶制,定時翻轉,時間48 h。

1.2.2 檳榔水分含量測定

將檳榔用剪刀順纖維剪成單根細絲,再將細絲剪成約2 mm的細段纖維。取約1.0 g細段纖維置于水分測定儀中,135 ℃測定水分含量。

1.2.3 檳榔酶解方法

目前檳榔生產廣泛使用的復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配酶中所起作用,分別利用纖維素單酶、復合酶1(不含纖維素酶的復合軟化酶,木聚糖酶∶甘露聚糖酶∶單寧酶∶漆酶=1∶1∶1∶1)和復合酶2(含纖維素的復合軟化酶,木聚糖酶∶甘露聚糖酶∶單寧酶∶漆酶∶纖維素酶=1∶1∶1∶1∶1)進行酶解。

1.2.4 檳榔質構性質測定

檳榔順纖維切分去核,取一半置于物性分析儀的載物臺上,選擇探頭為柱狀探頭TA/36R。設定加載程序測試前速度1.00 mm/s,測試速度1.00 mm/s,觸發值5.0 g,測試形變量40%,實施二次擠壓試驗,對檳榔的硬度、咀嚼性和膠黏性進行測定。每一樣品取同批次3粒作平行。

1.2.5 檳榔纖維持水性測定

同批次半成品切開去核后,用粉碎機粉碎后過150 μm篩,進行持水性測定[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)計算:

持水性/(g/g)=(m2-m1)/m1

(1)

式中:m1,檳榔粉末質量,g;m2,沉淀物質量,g。

1.2.6 檳榔微觀結構觀測

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 檳榔特征風味物質測定

檳榔粉碎后過100 μm篩,稱取1.0 g于可密封的試管中,加入20 mL無水乙醚密封,150 r/min、28 ℃振蕩2 h,每隔30 min手動振搖一次,提取結束后取2 mL樣品離心后進行GC-MS分析。色譜條件:采用DB-Wax (30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛細管柱;載氣:He(9 999%),不分流,進樣口溫度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 ℃無保留,以10 ℃/min的速率升到230 ℃,保持6 min。質譜條件:EI離子源;電子能量70 eV;離子源溫度200 ℃;接口溫度250 ℃。主要風味化合物確定:把系列正構烷烴換算保留指數與質譜數據庫的保留指數進行對比,確定主要風味化合物。

1.3 數據處理

數據均有3次平行,采用Excel 2016軟件對數據進行統計,并進行圖形繪制;采用SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析,并對差異顯著性進行分析。

2 結果與分析

2.1 加工工序對檳榔質構的影響

2.1.1 不同加工工序對檳榔質構的影響

如圖1所示,檳榔在浸泡、蒸汽爆破、香料發制后烤籽及悶香過程中,質構指標硬度、膠黏性和咀嚼性表現出相似的變化規律性,呈現降低、升高和再降低的趨勢。硬度直接反映軟硬口感,在質構檢測過程中表現為第1次下壓需要的最大力量值,從圖中可以看出檳榔經過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,在烤干時達到18 923.53 g,最終悶香完畢時降至12 392.8 g,為最終成品硬度;膠黏性表現為經過咀嚼之后可恢復凝聚的情況,膠黏性與彈性的復合表征咀嚼性,即咀嚼檳榔時所需要的能量,從圖1可見膠黏性和咀嚼性變化情況完全一致。經過浸泡、蒸汽爆破后檳榔結構松散,硬度、膠黏性和咀嚼性都大幅下降;利用復合纖維軟化酶對檳榔進行酶解后,堅硬程度有所上升,而膠黏性和咀嚼性繼續下降,表明其適口性變好;烤籽工藝對質構影響較大,水分散失導致纖維縮聚結合,導致其質構堅硬程度再次上升,以至于成品檳榔的硬度不能恢復到汽爆時的值。

圖1 加工過程檳榔質構變化Fig.1 Texture change of betel nut during processing

2.1.2 不同酶解方式對檳榔質構與水分的影響

如圖2所示,纖維素酶酶解對檳榔質構改善情況不及與其他酶復合使用,水分含量最低;不添加纖維素酶的復合酶1酶解的檳榔水分含量最高,但其質構指標都處于較高水平;質構特性表現最好的含纖維素酶的復合酶2酶解的檳榔,硬度、膠黏性與咀嚼性數值最低,水分含量處于中等水平。

圖2 不同酶解方式對質構和水分的影響Fig.2 Effect of different enzymolysis methods on texture and water content

酶解軟化過程纖維素酶的使用對于質構的影響是至關重要的,檳榔中纖維素占一半以上,其次為半纖維素和木質素[22-23],纖維素可維持良好的強度和穩定性[24],酶解過程不添加纖維素酶會導致其軟化效果不理想,而僅使用纖維素酶進行酶解又會使水分無法維持。因而在后續的酶解方式研究中應該更多關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使檳榔的食用品質得以提升。

2.2 加工工序對檳榔纖維持水性的影響

由表1可知,檳榔經過加工纖維持水性顯著增大。在加工過程中,經過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,這是因為通過高壓快速釋放的方式使檳榔纖維內部結構破壞,疏松結構后纖維的內部容納空間可以被水分填充。而經過酶解后,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構被破壞,內部孔隙增多,持水性得到進一步提升?？靖珊蟮陌氤善防w維持水量達到(4.79±0.35) g/g是由于烘干工序導致纖維本身質量的下降,相同質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。經過一系列加工之后,檳榔成品的持水性再度恢復到與酶解后相近,這說明酶解后檳榔纖維的持水性達到最大,烤干工序對檳榔持水性的影響不大,最終產品的持水性與酶解后相近。檳榔纖維的持水性對檳榔的食用品質和儲藏性能起著決定性的作用,主要表現為會在一定程度上影響質構性質,在持水性方面加工過程中,烤干后的檳榔纖維持水性最高,但最終產品的持水量與酶解結束時纖維的持水量接近。

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 纖維素酶的使用對檳榔纖維微觀結構的影響

通過對檳榔的質構特性進行分析可知(圖1),檳榔籽經過浸泡、蒸汽爆破之后其質構特性會發生大幅改變,并且此時也是檳榔產品在加工過程中硬度最低,水分含量最高的時候。汽爆之后經不同種類的酶的酶解之后的檳榔微觀結構如圖3所示。檳榔籽經過蒸汽爆破處理后纖維結構適度松散,纖維束中單根纖維間孔隙變大。但未經酶解時檳榔纖維結構緊致,切面整體平整呈現緊密結合狀態,而經過纖維素單酶處理,檳榔粗纖維整體結構被破壞呈現為片狀分層疊加。復合酶處理對于檳榔纖維的改變較徹底,層狀結構被解開,其中,添加了纖維素酶的復合酶1進行酶解的檳榔整體結構完全破壞,成為不規則碎渣狀態。不添加纖維素酶的復合酶2進行酶解之后,檳榔纖維出現較均勻的孔隙狀結構呈現網狀,整體結構的維持較好。從消費者食用的角度而言,圖3-b產品狀態應為咀嚼時綿軟度尚可,但難以保持嚼塊的整體性。綜合分析,復合酶2更適合。

a-未酶解;b-纖維素酶;c-復合酶1;d-復合酶2圖3 不同酶解方式對檳榔微觀結構的影響Fig.3 Effects of different enzymolysis methods on the microstructure of betel nut

2.4 儲藏過程檳榔水分含量和風味物質變化

檳榔成品貯藏期間的水分含量及風味物質變化極大影響消費者的接受度。將檳榔用專用食品包裝袋進行密封包裝,實驗室常溫常濕儲藏,分別在0、7、14、21 d取樣,測定水分含量與主要風味成分的保留情況。由圖4可見,在儲藏過程中檳榔的主要風味成分物質的含量處于不斷變動的情況,在儲藏了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味中重要的香味和涼感[15],儲藏21 d后其下降幅度最大,同時它們在儲藏過程中含量波動也較明顯。儲藏過程中含量波動較明顯的還有香蘭素,先上升后下降,變化曲線看來香蘭素在儲藏過程中的含量變化趨勢與乙基麥芽酚相似,而薄荷酮與異薄荷酮變化趨勢相近。檳榔的水分含量在儲藏過程中由于與空氣濕度的交換會逐步下降,剛開始的7 d水分經歷較大幅度下降,再過7 d時只有小幅下降,甚至到了21 d時水分有所回升,此時測定出的檳榔水分含量上升可能是因為檳榔外殼中的水分由于與外界的交換發生下降,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]。不同的風味物質由于揮發性不同,損失程度有較大的差異。

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

3 結論與討論

本文研究了檳榔加工過程中各工序結束后檳榔質構等發生的改變,在后續加工改良中可以進一步考慮對酶解和烤干的改進;研究發現檳榔纖維的持水性會在一定程度上影響質構,纖維素酶等的使用會破壞檳榔纖維的整體結構,此后研究中可以進一步探究酶解前后檳榔纖維主要成分的變化情況。檳榔包裝和儲藏條件對于水分含量的影響應該同時考慮到檳榔片籽在包裝環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的水分含量,以及不同的加工工藝得到的檳榔產品與口腔機械損傷等方面的相關性,都是可以進一步研究,從而更好地優化改良加工設備及加工工藝及參數。