高壓二氧化碳保鮮雙孢蘑菇的工藝優化

李　靜,李順峰,田廣瑞,王安建,劉麗娜,袁青麗

(1.河南省農科院農副產品加工研究所,河南鄭州 450002;2.河南農業大學食品科學技術學院,河南鄭州 450002)

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高壓二氧化碳保鮮雙孢蘑菇的工藝優化

李靜1,李順峰1,田廣瑞1,王安建1,劉麗娜1,袁青麗2

(1.河南省農科院農副產品加工研究所,河南鄭州 450002;2.河南農業大學食品科學技術學院,河南鄭州 450002)

為了優化高壓二氧化碳(high pressure carbon dioxide,HPCD)保鮮雙孢蘑菇的工藝,在單因素實驗基礎上,采用響應面法分析HPCD處理壓力、處理時間和處理溫度對雙孢蘑菇硬度和顏色的影響并對其進行優化。結果表明,HPCD保鮮雙孢蘑菇的最佳工藝條件為:處理壓力0.3 MPa,處理時間3 min,處理溫度17℃;與對照相比,該條件HPCD處理后的雙孢蘑菇可以更好的保持其硬度和顏色,低溫貯藏8 d后的硬度為191.7 N(提高了18.85%),褐變指數(BI)為33.13(降低了16.80%)。因此,HPCD技術可以應用于雙孢蘑菇的貯藏保鮮,具有良好的前景。

雙孢蘑菇,高壓二氧化碳,硬度,顏色

剛采收的雙孢蘑菇含水量高達90%以上,呼吸代謝旺盛,由于菇體表面無保護組織,不能阻止外界的物理傷害、微生物侵染及水分散失,極易發生失水、褐變、開傘、軟化、甚至腐爛等品質劣變現象,比市場中的其他新鮮果蔬貨架期短,常溫僅能保存1～3 d[1-4]。硬度的快速下降是雙孢蘑菇采后貨架期短和易受真菌侵染的主要原因之一,而褐變是導致雙孢蘑菇感官品質降低的重要因素[3-5]。研究表明,雙孢蘑菇采后的褐變主要是酶促褐變,其控制方法多以化學方法為主,雖然該法具有操作簡單、成本低、效果好的優點,但仍存在不穩定、濫用等問題,尤其是亞硫酸鹽等化學藥劑普遍存在高殘留、人體健康危害和環境污染等問題[4-8]。隨著人們生活水平和安全意識的不斷提高,對食品安全和品質的要求也越來越高,綠色環保的保鮮技術成為人們的研究熱點。研究發現高壓二氧化碳(high pressure carbon dioxide,HPCD)在低溫條件下能有效殺菌和鈍化酶的活性[9-10],從而抑制果蔬及其產品的品質劣變,目前已有HPCD處理用于果汁、鮮切果蔬褐變控制和保鮮的相關報道[9-14],但未見將該處理用于雙孢蘑菇采后品質控制的報道。

本文將HPCD應用于雙孢蘑菇的保鮮,在研究HPCD處理的壓力、時間和溫度對雙孢蘑菇硬度和顏色等感官品質影響的基礎上,對雙孢蘑菇的HPCD處理條件進行優化,旨在為雙孢蘑菇保鮮提供理論依據和新的技術方法。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

雙孢蘑菇洛陽奧達特食用菌技術開發有限公司,采收后分層放入貯運保鮮箱預冷20 h后立即運回實驗室冷藏。選取大小、成熟度一致、顏色潔白、無開傘、無病蟲害和機械損傷的蘑菇進行實驗。

FA2004C分析天平上海越平科學儀器有限公司;SHZ-B水浴恒溫振蕩器上海博遠實業有限公司醫療設備廠;H2050R高速冷凍離心機湘儀離心機儀器有限公司;UV1800 型紫外分光光度計日本島津公司;Color Flex EZ色差儀美國Hunterlab公司;TMS-Pro質構儀美國FTC公司;高壓二氧化碳裝置由實驗室定制。

1.2實驗方法

1.2.1樣品處理分別將雙孢蘑菇放入HPCD裝置反應釜中,抽真空后按設定的條件分別處理,處理完畢后緩慢釋放CO2至完全,將處理完的樣品置于4℃條件下貯藏8 d后測定硬度、顏色等指標。

HPCD處理條件:處理溫度和壓力分別為20℃和0.3 MPa時,考察處理時間1、3、5 min對雙孢蘑菇貯藏效果的影響;處理溫度為20℃時,考察0.1、0.3、0.5 MPa壓力條件下處理3 min對雙孢蘑菇貯藏效果的影響;處理壓力為0.3 MPa時,考察10、20、30℃溫度條件下處理3 min對雙孢蘑菇貯藏效果的影響。

1.2.2硬度測定采用美國Food Technology Corporation(FTC)公司生產的質構儀TMS-Pro對雙孢蘑菇進行全質構分析(TPA),測定參數如下:直徑5 cm的圓柱形平板探頭,壓縮程度為30%,測試速率為1.0 mm·s-1,觸發力為0.3 N。室溫下進行檢測,每組處理12個重復。

1.2.3顏色評價用Hunterlab ColorFlex EZ色差儀測定雙孢蘑菇蓋的CIE L*(白/黑)、a*(紅/綠)、b*(黃/藍),儀器用標準白板(L*=94.11;a*=-1.08;b*=2.13)校正,每組處理12個重復。反映顏色變化褐變指數(BI)[8]的計算公式如下:

BI=100×(x-0.31)/0.172

式(1)

其中:x=(a*+1.75L*)/(5.645L*+a*-3.012b*)。

1.2.4響應面優化實驗設計在單因素實驗的基礎上,根據Box-Beknhen中心組合實驗設計原理,以雙孢蘑菇低溫貯藏8 d后的硬度和BI為響應值,以HPCD處理壓力、時間和溫度為影響因素,設計三因素三水平響應面分析實驗(表1),對雙孢蘑菇的HPCD處理工藝條件進行優化,確定最佳處理條件。

表1　響應面分析實驗因素與水平表

1.2.5數據處理所有實驗都進行3次平行,實驗結果用平均值±標準偏差表示,采用SPSS 17.0 軟件進行ANOVA分析(顯著性水平p<0.05),采用SigmaPlot12.5軟件作圖。

2　結果與分析

2.1不同壓力二氧化碳處理對雙孢蘑菇硬度和色澤的影響

硬度是反映雙孢蘑菇品質、代謝和水分變化的重要指標,硬度的快速下降是雙孢蘑菇采后貨架期短和易受真菌侵染的主要原因之一,顏色是消費者判斷雙孢蘑菇是否可接受的重要參數[3-5],本實驗從測定的亮度(L*)和褐變指數(BI)等指標來反映雙孢蘑菇的顏色變化。

圖1　不同壓力二氧化碳處理對雙孢蘑菇低溫貯藏期間硬度變化的影響Fig.1　Effect of different pressure of HPCD on firmness change of button mushrooms during low temperature storage

在20℃條件下采用不同壓力的二氧化碳處理雙孢蘑菇3 min,結果如圖1和表2所示。從圖1可以看出,雙孢蘑菇的硬度隨貯藏時間的延長呈逐漸下降趨勢,然而與對照相比,HPCD短時處理保持雙孢蘑菇硬度的效果并不明顯,且處理之間無顯著差異(p>0.05),僅在貯藏后期比對照略硬一些。雙孢蘑菇的軟化可能與采后蘑菇表面細菌酶引起的細胞壁降解和內源性自溶素活性的增強有關[15]。假單胞菌屬(Pseudomonads)細菌等微生物能夠分解細胞內基質和減小中央液泡,導致部分細胞破裂和喪失膨壓,進而使蘑菇變軟[8];研究發現高濃度二氧化碳短期預處理能夠顯著抑制葡萄、杏、桃、甜櫻桃和草莓等果實貯藏過程中的后熟軟化進程,保持果實硬度,這與較高的二氧化碳處理濃度抑制了病原菌和生理導致的軟化有關[16-21],而HPCD處理同樣能夠減少果蔬表面微生物數量的增加[10]。因此,0.3 MPa二氧化碳短時處理能夠抑制這種由微生物誘導的軟化,可能與其降低了雙孢蘑菇表面微生物數量有關。從表2可以看出,雙孢蘑菇的L*值隨著貯藏時間的延長逐漸下降,而BI則逐漸上升。對照的L*值下降速度較快,貯藏8 d后L*值從87.34降到77.61,而其他處理貯藏2 d后L*值的波動不大。0.3 MPa二氧化碳短時處理的雙孢蘑菇貯藏8 d后的L*值高于對照且存在顯著差異(p<0.05)。從短期護色效果來看,HPCD短時處理對雙孢蘑菇的護色效果并不理想,0.1 MPa(p>0.05)和0.3 MPa(p<0.05)二氧化碳短時處理的雙孢蘑菇的BI在貯藏6 d后才低于對照,而0.5 MPa二氧化碳短時處理的雙孢蘑菇的BI僅在貯藏8 d后略低于對照且無顯著差異(p>0.05),這可能與處理破壞了雙孢蘑菇的細胞結構有關。綜合L*、BI等指標來看,0.3 MPa二氧化碳短時處理對雙孢蘑菇的護色效果較好,貯藏8 d后的L*高于對照、而BI低于對照,且存在顯著差異(p<0.05)。綜合考慮不同壓力二氧化碳對雙孢蘑菇貯藏期間硬度和顏色變化的影響,在20℃條件下選擇0.3 MPa二氧化碳處理雙孢蘑菇為宜。

表2　不同壓力二氧化碳處理對雙孢蘑菇低溫貯藏期間顏色變化的影響

注:數值以平均值±標準偏差表示,n=12;同列不同字母表示差異顯著(p<0.05),表3、表4同。

2.2不同處理時間對雙孢蘑菇硬度和色澤的影響

在20℃條件下采用0.3 MPa二氧化碳分別處理雙孢蘑菇1、3、5 min,結果如圖2和表3所示。從圖2可以看出,貯藏初期,各處理的硬度均低于對照,這可能與高壓處理對雙孢蘑菇組織的損傷有關;隨著貯藏時間的延長,各處理保持雙孢蘑菇硬度的效果逐漸顯現,尤其是在貯藏后期,處理之后的雙孢蘑菇硬度下降緩慢,與對照之間存在顯著差異(p<0.05),這可能與高壓二氧化碳降低了雙孢蘑菇表面微生物數量有關。隨著HPCD處理時間的延長,雙孢蘑菇的硬度呈先上升后下降的趨勢,各處理之間的差異并不顯著(p>0.05),但是處理3 min的效果略好于其他處理。從表3可以看出,雙孢蘑菇的L*值隨著貯藏時間的延長逐漸下降,而BI則逐漸上升。對照的L*值下降速度較快,貯藏8 d后L*值從87.34降到77.61,在貯藏初期,各處理的L*值低于對照,而BI卻高于對照;而貯藏末期(8 d)，各處理組L*值顯著高于對照(p<0.05)，而BI值顯著低于對照(p<0.05)。隨著HPCD處理時間的延長,雙孢蘑菇的L*值呈先上升后下降的趨勢,BI則呈先下降后上升的趨勢,各處理之間的差異并不顯著,但是處理3 min的效果略好于其他處理。綜合硬度、L*、BI等指標來看,0.3 MPa二氧化碳處理雙孢蘑菇的3 min的保鮮效果較好,因此在20℃條件下選擇0.3 MPa二氧化碳處理雙孢蘑菇3 min為宜。

圖2　0.3 MPa二氧化碳處理不同時間對雙孢蘑菇低溫貯藏期間硬度變化的影響Fig.2　Effect of different time of 0.3 MPa HPCD on firmness change of button mushrooms during low temperature storage

表3　0.3 MPa二氧化碳處理不同時間對雙孢蘑菇低溫貯藏期間顏色變化的影響

2.3不同處理溫度對雙孢蘑菇硬度和色澤的影響

分別在10、20、30℃條件下采用0.3 MPa二氧化碳處理雙孢蘑菇3 min,結果如圖3和表4所示。從圖3可以看出,10、20℃條件下的處理對雙孢蘑菇硬度的保持效果較好,尤其是在貯藏后期顯著優于對照,但兩者之間無顯著差異(p>0.05);而30℃條件下的處理效果較差,顯著低于對照(p<0.05),這可能與較高溫度加速了雙孢蘑菇的衰老有關。從表4可以看出,雙孢蘑菇的L*值隨著貯藏時間的延長逐漸下降,而BI則逐漸上升。對照的L*值下降速度較快,貯藏8 d后L*值從87.34降到77.61,在貯藏初期,各處理的L*值低于對照,而BI卻高于對照;而貯藏末期(8 d)10、20℃處理組L*值顯著高于對照(p<0.05)，BI顯著低于對照(p<0.05)。隨著貯藏時間的延長,到貯藏后期各處理的L*值均高于對照,BI則低于對照,尤其是貯藏8 d時,各處理的L*值和BI與對照之間存在顯著差異(p<0.05)。與硬度相似,10、20℃條件下的處理對雙孢蘑菇的護色效果較好,尤其是在貯藏后期顯著優于對照,但兩者之間無顯著差異(p>0.05);而30℃條件下的處理護色效果較差,與對照無顯著差異(p>0.05)。綜合硬度L*、BI等指標來看,10、20℃條件下0.3 MPa二氧化碳處理雙孢蘑菇的3 min的保鮮效果較好,考慮到處理成本問題,選擇20℃為適宜的處理溫度。

圖3　0.3 MPa二氧化碳條件下不同處理溫度對雙孢蘑菇低溫貯藏期間硬度變化的影響Fig.3　Effect of different temperature of 0.3MPa HPCD on firmness change of button mushrooms during low temperature storage

表4　0.3 MPa二氧化碳條件下不同處理溫度對雙孢蘑菇低溫貯藏期間顏色變化的影響

2.4響應面實驗結果與分析

2.4.1響應面實驗方案與結果在單因素實驗的基礎上,根據Design Expert V8.0.6軟件的Box-Beknhen中心組合實驗設計原理,以雙孢蘑菇低溫貯藏8 d后的硬度和BI為響應值,設計三因素三水平響應面分析實驗,對雙孢蘑菇的HPCD處理壓力、時間、溫度進一步優化,實驗設計及結果見表5。

表5　Box-Behnken實驗設計與結果

2.4.2響應面實驗方差分析利用Design Expert V8.0.6軟件對表5的實驗數據進行二次多項回歸擬合,獲得雙孢蘑菇硬度和BI回歸模型:

硬度=191.1+1.81A+4.45B-5.01C-4.23AC-0.15BC-10.11A2-10.64B2-9.81C2

式(2)

BI=33.21+1.35A+0.80B+1.88C+1.13AB+0.10AC-0.15BC+2.78A2+0.27B2+3.91C2

式(3)

表6和表7分別為硬度和BI回歸模型方差分析結果。從表中可以看出兩個模型回歸均顯著(p<0.01),R2分別為0.9654和0.9685,且失擬項均不顯著,這說明兩個模型與實際實驗擬合程度較好,可用上述回歸方程描述各因子與響應值的關系,對雙孢蘑菇的HPCD處理工藝進行預測。從表6的F值可以看出所選因素對雙孢蘑菇硬度影響從強到弱依次為:C、A、B,在總的作用因素中B、C、AC、A2、B2、C2的差異顯著(p<0.05);從表7的F值可以看出所選因素對雙孢蘑菇BI影響從強到弱依次為:C、A、B,在總的作用因素中A、B、C、AB、A2、C2的差異顯著(p<0.05)。

表6　硬度回歸模型方差分析

通過Design Expert V8.0.6軟件分析預測雙孢蘑菇的最大硬度預測值為192.4 N,此時的工藝條件為二氧化碳壓力0.33 MPa,處理時間3.42 min,處理溫度17.10℃;雙孢蘑菇的最小BI預測值為32.40,此時的工藝條件為二氧化碳壓力0.29 MPa,處理時間1.00 min,處理溫度為17.40℃。綜合考慮硬度和BI得到的優化條件為二氧化碳壓力0.29 MPa,處理時間3.19 min,處理溫度17.57℃,此時的硬度和BI分別為191.9 N和33.01。為了便于操作,將工藝進行適當處理為:二氧化碳壓力0.3 MPa,處理時間3 min,處理溫度17℃,進行3次驗證實驗,結果顯示,雙孢蘑菇的硬度和BI分別為(191.7±0.4)N和33.13±0.09,與預測值相差不大,說明方程與實際情況擬合良好,充分驗證了所建模型的正確性,說明響應面法適用于HPCD處理雙孢蘑菇工藝參數的優化。

實驗表明,雙孢蘑菇的高密度二氧化碳處理最佳工藝為:二氧化碳壓力0.3 MPa,處理時間3 min,處理溫度17℃,該條件下,雙孢蘑菇可以較好的保持其硬度和顏色,低溫貯藏8 d后的硬度為191.7 N,比對照高18.85%,而BI為33.13,比對照低16.80%。

表7　BI回歸模型方差分析

3　結論

單因素實驗中,經HPCD處理過的雙孢蘑菇在低溫貯藏8 d,其硬度和褐變指數(BI)均顯著優于對照。這說明HPCD處理對雙孢蘑菇具有一定的保鮮效果。

響應面分析得出的最佳工藝條件為:二氧化碳壓力0.3 MPa,處理時間3 min,處理溫度17℃,該條件下,雙孢蘑菇可以較好的保持其硬度和顏色;低溫貯藏8 d后的硬度為191.7 N,比對照高18.85%,而BI為33.13,比對照低16.80%。

本文研究結果初步提示HPCD技術可以應用于雙孢蘑菇的貯藏保鮮,為雙孢蘑菇的貯藏保鮮提供了一種新的途徑,具有良好的前景,但其保鮮機理還有待進一步的研究。

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Optimization of high pressure carbon dioxide treatment on button mushroom(Agaricus bisporus)preservation

LI Jing1,LI Shun-feng1,TIAN Guang-rui1,WANG An-jian1,LIU Li-na1,YUAN Qing-li2

(1.Institute of Agro-products Processing,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China; 2.Collage of Food Science and Technology,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)

In order to optimize the high pressure carbon dioxide(HPCD)treatment on button mushroom(Agaricus bisporus)preservation,the effects of treatment pressure,time and temperature on the firmness and color of button mushroom were studied.Moreover,on the basis of single-factor test,response surface methodology was used to optimize the conditions of button mushroom preservation.The results showed that the optimum HPCD treatment conditions of treatment pressure,time and temperature were 0.3 MPa,3 min and 17℃,respectively.Under these conditions,the firmness and color of button mushroom can be maintained better than control.After storage 8 d at low temperature,the firmness and BI of button mushroom were 191.7 N(increased by 18.85%)and 33.13(decreased by 16.80%),respectively.Thus,HPCD technology can be applied to button mushroom preservation which has a good prospect.

button mushroom;high pressure carbon dioxide;firmness,color

2015-08-07

李靜(1981-)，女，博士，副研究員，研究方向：農產品貯藏及加工，E-mail：ruochenjl@163.com。

河南省農業科學院科研發展專項資金項目(20148409)。

TS255.3

A

1002-0306(2016)07-0226-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.07.035