臭氧水和超聲波協同作用在速凍西蘭花中的應用研究

馬海燕, 張慜＊, 孫金才

(1.食品科學與技術國家重點實驗室,江南大學,江蘇 無錫 214122;2.海通食品集團股份有限公司,浙江 慈溪315300)

西蘭花(broccoli),別名綠花菜、青花菜、花菜蕓、莖椰菜,十字花科蕓苔屬甘藍種,一年生或二年生草本植物。西蘭花食用部分是帶花蕾群的肥嫩花莖,其營養豐富,味道鮮美。同時,西蘭花富含VC,可延緩衰老、提高免疫力、增強肝臟的解毒功能;食用富含高纖維的西蘭花還可有效降低腸胃對葡萄糖的吸收,是糖尿病患者的天然藥膳。西蘭花含有抗癌物質異硫氰酸鹽,又名芥子油苷,其含量約占西蘭花鮮重的0.05%～0.1%,西蘭花被喻“防癌”新秀。

速凍蔬菜作為速凍食品的主要代表,近年來得到迅猛發展。但是目前在速凍前處理中,一般都會進行燙漂處理,燙漂可以使一些酶類失活,同時也會殺死部分微生物,有利于后期產品的保藏。燙漂的基本方法有兩種即熱水燙漂和蒸汽燙漂。熱水熱燙時,熱水大量滲入細胞間隙和細胞內部,同時細胞中部分液泡中的水分滲透到細胞外,在水分進入細胞的過程中,組織中的氣體被驅出,部分果膠化合物會有一定的溶解。此外蔬菜組織中的水溶性VC、VB1、VB2、糖、蛋白質、無機鹽也會有部分損失,其損失量因蔬菜品種、營養成分和熱燙時間的不同而不同。熱燙時蔬菜營養成分損失,蔬菜風味變淡,這些損失的多少主要取決于熱燙程度。蒸汽熱燙相比熱水熱燙,蔬菜的風味及營養成分較好,但蒸汽熱燙比熱水熱燙的時間長,易引起蔬菜變色,質地變軟,感官品質變差,也會破壞某些營養成分[1]。

作者主要研究臭氧水處理、超聲波處理和臭氧超聲波協同處理對速凍西蘭花POD活力、營養成分的影響。旨在探索速凍西蘭花最佳預處理條件,為提高速凍西蘭花產品質量提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮西蘭花:市售;丙酮、碳酸鈣、磷酸鹽緩沖溶液、鄰苯二胺、無水乙醇、過氧化氫、考馬斯亮藍G250、草酸、2,6-二氯靛酚、鎢酸鈉(Na2WO4·2H2O)、鉬酸鈉 (Na2MoO4·2H2O)、硫酸鋰(Li2SO4)、磷酸、碳酸鈉、鹽酸、溴水、一水合沒食子酸:分析純試劑。

臭氧發生器,濟南樓方實業有限公司;FA1104分析天平,上海天平儀器廠產品;電熱恒溫水浴鍋:上海醫療器械五廠產品;101-2-BS型電熱恒溫鼓風干燥箱:上海躍進醫療器械廠產品;J Y98-3D超聲波細胞破碎機:寧波新芝生物科技股份有限公司產品。SQ2130D多功能食品加工機:上海帥佳科技有限公司產品;鼓風速凍機:無錫市企虹制冷有限公司產品;752紫外可見分光光度計:上海精密科學儀器有限公司產品;TA-XT2i質構儀:Texture Analyzer,Stable Micro System,U K。

1.2 速凍西蘭花工藝流程

新鮮西蘭花→挑選、整理→清洗→質量分數1.5%的食鹽水中浸泡30 min→瀝干20 min→質量分數0.8%的 CaCl2溶液中浸泡 9 min→瀝干 20 min→分組 →切分(花蕾直徑為3～4 cm,莖長3 cm、半徑1 cm的花球) →處理(熱燙、超聲波、臭氧、超聲波和臭氧結合處理)→瀝干20 min→5℃冰箱中預冷5～10 min→-35℃單體速凍機中快速冷凍至-18℃以下→-5℃的低溫環境下快速包裝(無菌托盤及保鮮膜)→冷藏保存(-18℃)

1.3 實驗方法

1.3.1 臭氧水的制取 將臭氧發生器產生的氣體通入裝有一定量蒸餾水的廣口瓶中,通氣一定時間后,CJ/T 3028.2-94行業標準測定臭氧水濃度。

1.3.2 臭氧水處理 將新鮮原料,放入臭氧水中浸泡20 min(料水質量體積比為1 g∶10 mL)。

1.3.3 超聲波處理 將新鮮原料放入盛有一定蒸餾水的超聲波專用杯中,超聲波探頭不能接觸物料。超聲波頻率為25 kHz,其中超聲波作用時間5 s,超聲波間歇時間5 s,既超聲波脈沖50%模式,超聲波全程時間為這兩部分時間之和。

1.3.4 超聲波和臭氧水協同處理 將新鮮原料放入盛有臭氧水的超聲波專用杯中,再用超聲波處理。

1.3.5 對照處理 新鮮西蘭花洗凈瀝干水分,不經過任何其他預處理直接放入速凍機中速凍。

1.4 檢測方法

1.4.1 鄰苯二胺-分光光度法測定過氧化物酶(POD)活性[2]取樣品 50 g,加入 50 mL的 50 mmol/L p H 7.0磷酸鹽緩沖溶液,研磨成勻漿后,于10 000g離心10 min。取0.1 mL上清液,分別加入2.6 mL 0.1 mol/L的p H為7.0的磷酸鹽緩沖溶液,0.1 mL體積分數1%鄰苯二胺-乙醇溶液,0.2 mL10 mmol/L H2O2。以酶液在分光光度計430 nm波長下每分鐘吸光度的變化值表示POD活性大小A430/FW。

式中:ΔA470為樣品管在430 nm處吸光值的變化;D為稀釋倍數;FW為樣品鮮重,(g);t為加過氧化氫到最后一次讀數時間,(min)。

1.4.2 葉綠素質量分數的測定 取待測西蘭花花蕾5.0 g,用體積分數為80%的丙酮溶液抽提,定容至100 mL,分別測定波長663 645 nm處的吸光值,并計算樣品總葉綠素質量分數。

式中:0.1為0.1 L的葉綠素提取液;m為稱取的樣品質量,(g);v為提取液體積,(L);A645為樣品管在645 nm處吸光值;A663為樣品管在663 nm處吸光值。

1.4.3 2,6-二氯靛酚滴定法測定VC質量分數GB-T 6195-1986進行。

1.4.4 考馬斯亮藍 G2250法測定蛋白質質量分數[3]取樣品10.00 g,加水和石英砂研磨成勻漿,定容至 50 mL,然后在 4 000 r/min離心 20 min,取上清液0.1 mL加入0.9 mL蒸餾水和5 mL考馬斯亮蘭 G2250試劑搖勻,兩分鐘后在595 nm下比色,通過標準曲線查得蛋白質質量分數。

1.4.5 最大抗壓強度測定 凍結后的青花菜在-18℃溫度下保藏1周,在4℃條件下解凍24 h。用質構儀測定青花菜莖的最大抗壓強度。試驗重復9組,舍棄測定數值最大和最小值,取平均值[4]。

1.4.6 福林試劑還原比色法測總酚 取試樣5 g,研磨成勻漿,用80 mL蒸餾水洗入100 mL容量瓶中,至100 ℃沸水浴中保溫 30 min,取出,冷卻,定容,過濾,濾液備用。取1.0 mL樣品提取液,依次加入5.0 mL水、1 mL顯色劑和3 mL質量分數7.5%碳酸鈉溶液,搖勻,顯色2 h,在765 nm 波長下測定吸光度。[5,6]

2 結果與分析

2.1 單因素處理效果的研究

影響臭氧水作用效果的主要因素是作用時間和臭氧水濃度[7-8],而一般來說,臭氧水在15～25℃之間降解的半衰期為20～30 min[9]。因此,在研究不同濃度臭氧水殺菌效果影響的實驗中,選擇的處理時間為20 min。常溫下,設定超聲波的功率為600、800、1 000、1 200 W(作者所在實驗室超聲波最大功率為1 200 W),研究超聲波不同功率的作用4 min對速凍西蘭花 POD活性和營養成分的影響。單因素試驗處理水平表見表1。

2.1.1 不同的處理方式對速凍西蘭花 POD活性的影響 Bot tcher指出:POD完全鈍化意味著漂燙過度,為了得到更好的產品應考慮漂燙對營養品質的影響[10]。只要不引起引起蔬菜質變,蔬菜熱燙以后可以殘留一部分活性過氧化物酶,以保持2.9%～8.2%過氧化物酶活性為標準,反而使冷凍蔬菜的品質更好。由于過氧化物酶的耐熱性比其他酶強,因此一般都是以過氧化物酶殘余活力控制漂燙程度。新鮮西蘭花的酶活力為2 763.95 u/g,不同的處理方式對西蘭花POD酶活力影響見圖1。

表1 西蘭花不同處理方式水平表Tab.1 Level table of different treatments for Broccoli

由圖1得出臭氧處理時,速凍西蘭花的 POD活性隨臭氧水濃度的增大而降低,并且開始時降低速率較快,當臭氧水質量濃度5.6 mg/L時POD殘余活性為26.56%,繼續提高濃度POD活性下降變慢,質量濃度為7.20 mg/L時 POD殘余活性為23.43%。超聲波處理時速凍西蘭花的POD活性隨超聲波功率的增加而降低,當超聲波功率達800 W時,繼續加大功率對POD活性的影響不大。

圖1 Effect of POD residual activity of broccoli after different treatmentsFig.1 Effect of POD residual activity of broccoli after different treatments

2.1.2 不同的處理方式對速凍西蘭花葉綠素質量分數的影響 綠色蔬菜的綠色來源于葉綠素,在貯存或加工過程中葉綠素損失,導致蔬菜產品易褪色或變色(由鮮綠色變成黃褐色直至無色),嚴重影響了綠色蔬菜產品的質量。由圖2可知,臭氧水和超聲波處理都對葉綠素的含量有一定影響。臭氧處理組葉綠素含量都高于對照組,且隨臭氧水濃度升高含量增加。當超聲波功率從400 W上升到600 W時,西蘭花葉綠素含量增加,這可能是由于超聲波處理時使西蘭花的一些細胞破碎而釋放出葉綠素的緣故。當超聲波功率大于600 W時,繼續增大功率葉綠素的含量開始下降,這可能是超聲波的機械和生化效應導致葉綠素遭到破壞的緣故。

圖2 不同處理對西蘭花葉綠素質量分數的影響Fig.2 Effect of chlorophyll content of broccoli after different treatments

2.1.3 不同的漂燙方式對速凍西蘭花維生素C質量分數的影響 VC是西蘭花的重要營養成分,徐斐燕[11]等研究臭氧在鮮切西蘭花中的應用,表明臭氧處理能明顯提高西蘭花中VC含量,這可能臭氧抑制了鮮切西蘭花中多酚氧化酶的活性,延緩了組織代謝,在用臭氧水浸泡青花菜時,由于外皮組織的保護,VC并沒有受到多大的損傷。臭氧水和超聲波對速凍西蘭花VC含量的影響如圖3,臭氧處理組中VC的含量與對照組的并無顯著差異,只有少量的損失,這部分損失可能是由于凍結過程造成的。同時實驗中還研究了臭氧對速凍西蘭花可溶性蛋白質的影響,結果表明臭氧和超聲波處理對可溶性蛋白質的影響均不大。

圖3 不同處理對速凍西蘭花VC質量分數的影響Fig.3 Effect of vitamin C content of broccoli after different treatments

2.1.4 不同處理方式對速凍西蘭花硬度的影響臭氧和超聲波對速凍西蘭花硬度的影響如圖4所示,隨著臭氧水濃度的增加或超聲波功率的增大,速凍西蘭花解凍后的硬度逐漸減小,實驗中還發現,相對于超聲波和臭氧處理,凍結過程對西蘭花質構破壞程度是最大的,新鮮未凍的西蘭花的硬度為16 857.18 g,經過凍結的西蘭花硬度下降為14 843.26 g,下降率為11.9%。這是因為速凍處理時,西蘭花內外急劇生成大量的冰晶,體積急劇膨脹,對細胞壁造成了機械損傷;細胞水分外滲引起了脫水損傷;同時凍結過程樣品內外存著溫差,導致熱應力不均勻;以及快速降溫時樣品的體積不均勻收縮等,這些因素的綜合作用大大破壞了西蘭花的質構。

圖4 不同處理對速凍西蘭花硬度的影響Fig.4 Effect of rigidity of broccoli after different treatments

2.1.5 不同處理方式對速凍西蘭花總酚含量的影響 西蘭花中含有多種抗氧化性營養素,多酚類物質如黃酮、花青素等,它們具有抗氧化、促進機體免疫應答等作用。臭氧、超聲波處理對速凍西蘭花總酚含量的影響如圖5示,由圖可得總酚含量隨臭氧水濃度增加和超聲波功率的增大,出現先增加后下降的趨勢。

圖5 不同處理對速凍西蘭花總酚質量分數的影響Fig.5 Effect of total phenol of broccoli after different treatments

2.2 協同處理試驗

應用正交試驗研究臭氧水和超聲波的協同作用,通過上述的單因素試驗,綜合考慮臭氧水濃度和超聲波功率對西蘭花硬度、營養物質和顏色、風味的影響。設計正交試驗因素水平如表2。

表2 正交試驗因素水平表Tab.2 The orthogonal factor level of ozone water and utrosound

根據表2的因素水平表進行正交試驗,實驗結果如表3所示。正交實驗的指標為POD殘存酶活力。由表3可知,由綜合指標篩選出的最優工藝是A2B3C2,也就是臭氧水質量濃度為6.4 mg/L,超聲波功率為1 200 W,處理時間為3.5 min。

通過比較極差可以發現,對于速凍西蘭花POD酶活力而言影響最主要的因素是超聲波功率,其次是臭氧水質量濃度和處理時間。而且由均值可以知道,并不是臭氧水質量濃度越高越好,在一定范圍內,POD殘存酶活力與臭氧水濃度先成正比后成反比。超聲波功率在實驗條件下是與POD殘余酶活力成正比的。而協同處理的時間與POD殘存酶活力并不總是成正比的,在一定時間范圍內,是先成正比后成反比的。

表3 正交試驗結果表Tab.3 The results of synergy test of Ozone w ater and Utrosound

2.3 協同處理后產品品質研究

由于感官質量反映了食品與人的感覺器官的關系[12],所以作者采用了感官評價作為主要的評價指標。對于處理后的產品進行感官評價,分別從預處理后以及解凍后來進行評價,主要從顏色,組織狀態,氣味等方面來衡量速凍西蘭花的品質變化情況,詳細的評價標準見表4。根據表4可知,對經過聯合處理的樣品分別進行感官評價,結果如表5所示。感官評價得分在35分以下的稱為品質破壞。由上表可知,基本都在35分以上,而且篩選出來的最優工藝條件下品質得分為41分,也就是說在最優預處理工藝條件下處理仍然基本保持了速凍產品的品質。

表4 感官評分表Tab.4 The table of sensory score

表5 感官評價表Tab.5 The results of sensory score

3 結 語

超聲波和臭氧水處理都能降低速凍西蘭花的POD活性,試驗通過研究單因素處理對速凍西蘭花葉綠素含量、VC、可溶性蛋白、總酚含量的影響,選出了較合適的協同試驗水平,對于臭氧水與超聲波協同處理,考察因素有臭氧濃度、超聲波功率、處理時間,以速凍西蘭花 POD酶活為主要指標。經過正交實驗結果發現,篩選出來的最優殺菌工藝是臭氧濃度為6.4 mg/L,超聲波功率為1 200 W,處理時間為4 min。并通過感觀評價確定最優預處理工藝條件下處理仍然基本保持了速凍產品的品質,與熱燙處理相比超聲波與臭氧水聯合處理產品的色澤更接近新鮮原料,營養成分損失更少,使速凍西蘭花的品質得到更好的保持。

[1]汪鳳祖.速凍蔬菜熱燙原理及其影響因素[J].冷飲與速凍食品工業,2000(1):29-33.WANG Feng-zu.Blanching principle and factors of quick freezing vegetable[J].Cold Drinkand Quinck Frozen Food Industry,2000(1):29-33.(in Chinese)

[2]王璋.食品酶學[M].北京:中國輕工業出版社,1992.

[3]弋順超.漂燙處理和速凍處理對白蘆筍營養成分的影響[J].西北農業學報,2007,16(1):172-175.YI Shun-chao.Affection of scalding and fast frozen process on the nutrient ingredients of white asparagus[J].Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica,2007,16(1):172-175.(in Chinese)

[4]那宇,蘇平,劉翔.速凍青花菜生產工藝的優化[J].食品發酵與工業,2007,33:58-61.NA Yu,SU Ping,LIU Xiang.The research on quick—frozen process of broccoli[J].Food and Fermentation Industris,2007,33:58-61.(in Chinese)

[5]李靜,聶繼云.Folin-酚法測定水果及其制品中總多酚含量的條件[J].果樹學報,2008,25(1):126-131.LI Jing,NIE Ji-yun.On determination conditions for total polyphenols in fruits and its derived products by Folin-phenol methods[J].Jounal of Fruit Science,2008,25(1):126-131.(in Chinese)

[6]Jon Volden,Grethen Iren A.Borge,Processing(blanching,boiling,steaming)effects on the content of glucosinolates and and antioxidant-related parameters in cauliflower(Brassica oleracea L.ssp.botrytis)[J].LWT-Food Science and Technology,2008,(1):11.

[7]Gant havorn C,Nagel C W,Powers J R.Thermal inacti va2tion of asparagus lipoxygenase and peroxidase[J].Junal of Food Science,1997(56):47-49.

[8]王芳,劉育京.有機物、酸堿度、溫度對臭氧水殺菌效果影響的研究[J].中華醫院感染學志,2000,5:338-340.WANG Fang,L IU Yu-jing.Influences of organic substances p H and temperature on efficiency of ozone solution[J].Chin J Nosocomiol,2000,5:338-340.(in Chinese)

[9]孔凡生,徐延斌,段偉,等.臭氧水殺菌效果與穩定性的試驗觀察[J].現代預防學,2002,4:543-547.KONG Fan-sheng,XU Yan-bin,DUAN Wei,et al.Experimental observation on germicidal efficacy and stability of ozone water[J].Modern Preventive Medicine,2002,4:543-547.(in Chinese)

[10]Bottcher H.Enzyme activity and quality of f rozen vegetableI:Remaining residual activity of peroxidase,nahrung,1995,1(9):173.

[11]徐斐燕.鮮切西蘭花的保鮮技術研究[D].杭州:浙江大學,2006.

[12]安紅周.擠壓法制備營養方便米的品質[J].食品與生物技術學報,2005,24(2):22-26.AN Hong-zhou.Study on the quality of nutrition—fortification instant rice using extrusion processing[J].Journal of Food Science and Biotechnology,2005,24(2):22-26.