豆薯軟罐頭質地變化及貯藏動力學研究

迪珂君,黃欣婭,賈雪梅,陳厚榮,張甫生

(1.西南大學食品科學學院,重慶 400715;2.國家級食品科學與工程實驗教學示范中心(西南大學),重慶 400715)

豆薯(Pachyrrhizuserosus(L.)Urban)又名涼薯、地瓜、沙葛、土瓜等,是豆科、豆薯屬草質藤本植物,原產于熱帶美洲,在熱帶和亞熱帶地區生長良好[1],目前在我國川渝、云貴等地區種植較多。不同于其他薯類植物,豆薯中淀粉含量低[2],但營養豐富,含多種人體所必需的礦物質[3],其中蛋白質、脂肪、糖分的含量也高于其他葉菜類[3-4]。但豆薯根塊含水量高,貯藏期內易發生腐敗變質,開發豆薯產品,有利于緩解豆薯利用率低、農民面臨豐產不增收的困境,且能夠很好的豐富豆薯產品的種類。目前,開發的豆薯產品主要有豆薯脯、豆薯飲料、豆薯淀粉及豆薯酸奶、豆薯醋等[5-7],相關的研究主要集中在產品工藝及營養價值上,而對豆薯加工過程中質構特性的變化及貯藏動力學的探討較為少見[8]。

果蔬在貯藏期間的質構變化常采用一級動力學模型進行擬合,通過對一級動力學模型的應用,可較為直觀的預測果蔬產品的質地在整個貯藏期間的變化[9]。為此,本文擬對豆薯在熱燙、預煮、殺菌及不同貯藏溫度下質構特性的變化進行對比研究;同時對貯藏過程中質構的變化進行動力學分析,從而探討熱加工及貯藏對豆薯質構的影響,以期為豆薯罐頭貨架期的預測和豆薯產品的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豆薯 云南省曲靖市;白砂糖 食品級，重慶市天生麗街永輝超市;檸檬酸 食品級,澭坊英軒實業有限公司;真空袋 食品級,臺州市名科塑業有限公司。

CT-3質構儀 美國博勒飛公司;DZ600-2S真空包裝機 上海人民包裝股份有限公司;BCD-532WDPT無霜冷藏冷凍箱 青島海爾股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 原料清洗→剝皮→切分→熱燙→冷卻→預煮→冷卻→裝袋→加糖液→密封→殺菌→冷卻→保藏檢驗。

1.2.2 樣品處理

1.2.2.1 熱燙處理 挑選新鮮、無破損、色澤較好、大小一致的豆薯(本試驗用豆薯淀粉含量約為3.5%),清水漂洗潔凈;切分成規格為1 cm×1 cm×1 cm的正方塊,后放入95 ℃左右沸水中分別熱燙0、2、4、6、8 min,瀝干表面水分,冷卻。

1.2.2.2 預煮處理 設定預煮液為0.15%檸檬酸+0.03%異抗壞血酸鈉溶液,將切分好的豆薯在(90±2) ℃的預煮液煮4 min[9]。瀝干表面水分,冷卻;將豆薯與糖液按質量比1∶1加糖液密封(糖液配制糖酸比為白砂糖∶檸檬酸=24%∶0.3%)。

1.2.2.3 殺菌處理 參照姚佳等[9]熱殺菌處理,將真空密封后的豆薯罐頭置于90 ℃恒溫水浴鍋中,保持中心溫度不低于85 ℃,殺菌20 min,殺菌結束后,用自來水迅速冷卻到室溫。

1.2.2.4 貯藏處理 分別于常溫(25 ℃)、低溫(4 ℃)下貯藏180 d,分別于0、30、60、90、180 d測定樣品質構。

1.2.3 豆薯TPA分析 對新鮮和處理后的豆薯進行TPA分析,樣品置于CT-3質構儀TA4/1000探頭下做TPA測試。測定參數如下:測前速率2 mm/s,測試速率1 mm/s;測后速率與測試速率一致;壓縮程度:50%;停頓時間5 s;觸發值5 g;重復15次[9]。

1.2.4 豆薯質地變化動力學分析 對豆薯質地在貯藏過程中的變化進行一級動力學擬合,通過以對數線性曲線繪制數據來描述相對質構參數(T/T0)和貯藏時間(t)之間的關系。方程為:

T=T0×e-kt

式(1)

其中:T表示t天時,豆薯果肉的各項質構參數值;T0表示貯藏期開始時豆薯果肉的各項質構參數值;t表示貯藏時間(d);k表示在相應貯藏條件下豆薯果肉各項質構參數值的降解速率常數(d-1),可用來分析在此條件下的豆薯各項質構參數值的降解速率。

1.3 數據處理

采用Origin 9.0與SPSS Statistics 22.0進行數據處理及顯著性分析,試驗結果以均值±標準誤差(Mean±S.E)表示。

2 結果與分析

2.1 熱燙處理對豆薯各質構參數的影響

熱燙后豆薯質構參數變化如圖1所示。熱燙能鈍化酶活性、減少微生物生長[10],但也會使豆薯質地變軟、咀嚼性變差。與新鮮豆薯相比,熱燙后豆薯硬度、咀嚼性均顯著(P<0.05)下降;不同熱燙時間(2、4、6、8 min)處理后豆薯的硬度分別為未熱燙處理的90.84%、63.15%、42.18%、43.21%。原因可能是高溫導致β-消除反應,細胞壁中果膠物質降解[11-13]、細胞膨脹、細胞壁完整性喪失[14],樣品組織變軟,硬度下降;繼續加熱后,由于果膠已大部分降解,故降解不再顯著,硬度變化不再明顯。熱燙處理2、4、6、8 min后咀嚼值分別為未處理時的24.2%、17.7%、14.7%、13.1%。豆薯罐頭咀嚼性的大幅度降低可能是熱燙使豆薯組織細胞內的果膠、纖維素等物質分解,同時分子結構較大的結晶淀粉顆粒開始凝膠化膨脹,隨后較小的顆粒也溶脹所致[15]。熱燙處理2～8 min豆薯的回復性、凝聚性、彈性較新鮮樣品下降了39.6%～48.6%、54.3%～56.0%、27.6%～34.0%,可能是因為豆薯組織的結構完整性遭受破壞、結合力下降,進而導致豆薯組織疏松[10]。

豆薯熱燙時間超過4 min后,酶基本鈍化[16]且豆薯色澤無明顯變化、質構重要指標達到相對穩定。熱燙時間過長,耗電量增加、成本增長,且豆薯質地變軟、原有質感喪失。故為盡可能減少能耗與保持豆薯原有的質地風味,考慮豆薯罐頭在制作過程中熱燙4 min為宜。

2.2 預煮、殺菌過程中豆薯的質構變化

豆薯的硬度在兩次處理后均顯著性下降(P<0.05);咀嚼性和彈性在預煮后顯著下降,殺菌后繼續下降(P<0.05),但殺菌后下降不顯著;凝聚性和回復性在預煮后顯著下降(P<0.05),但在殺菌后有所上升,究其原因可能是果膠物質繼續降解和淀粉繼續糊化[15]。

同熱燙處理,預煮能進一步殺滅使品質敗壞的微生物與酶,減少非酶促褐變反應、微生物負荷、同時除去植物表面異物[14]。預煮階段,豆薯組織內部由于空氣受熱排出,對淀粉凝膠化產生影響,使豆薯組織空隙變小、排列緊密、質地變軟[10]。預煮后與預煮前相比,豆薯硬度下降20.54%、凝聚性下降45.33%、咀嚼性下降81.98%、回復性下降25.47%、彈性下降55.19%。殺菌后與殺菌前相比凝聚性、回復性分別上升5.33%、5.18%;而硬度、咀嚼性、彈性分別下降26.36%、1.27%、1.81%。

果蔬的硬度最能反映其內部組織結構,并能為果蔬品質的評價提供一定的參考[17];豆薯的硬度在預煮和殺菌階段都顯著降低(P<0.05),說明無論預煮還是殺菌,都能顯著影響豆薯罐頭的原有質地。

圖1 熱燙處理對豆薯硬度(A)、凝聚性(B)、咀嚼性(C)、回復性(D)以及彈性(E)的影響Fig.1 Effect of blanching on hardness(A),cohesiveness(B),chewiness(C),resilience(D)and springiness(E)of jicama

表1 預煮及殺菌處理對豆薯罐頭質構的影響Table 1 Effects of precooking and sterilization on the texture of canned jicama

注：同列不同字母表示各數據間有顯著性差異(P<0.05)。

2.3 貯藏過程中豆薯的質構變化

豆薯罐頭在貯藏過程中質構變化如圖2所示。常溫與低溫貯藏下豆薯罐頭的硬度均顯著下降(P<0.05),180 d時豆薯硬度與0 d時相比下降了33.49%(常溫)、14.56%(低溫),表明罐頭在貯藏過程中質地會變軟[18-19],原因可能是在貯藏過程中細胞壁中的果膠等物質繼續降解[20],細胞的完整性進一步被破壞[18]。0～30 d豆薯罐頭在常溫與低溫條件下凝聚性與咀嚼性均顯著(P<0.05)下降,后期變化緩慢,180 d時凝聚性、咀嚼性與0 d時相比常溫貯藏下降18.52%、40.36%,低溫貯藏下降10.21%、32.43%,凝聚性的降低可能是在貯藏過程中,豆薯細胞結構間完整性逐漸被破壞、結合力變弱[21]。在貯藏過程中豆薯的回復性與彈性的變化較一致,貯藏期間小幅度下降,各組之間無顯著性差異(P>0.05);常溫、低溫貯藏不同條件下也無顯著性差異(P>0.05)。

圖2 不同貯藏條件下不同貯藏時間的豆薯果肉硬度(A)、凝聚性(B)、咀嚼性(C)、回復性(D)以及彈性(E)Fig.2 Hardness(A),cohesiveness(B),chewiness(C),resilience(D)and springiness(E)of jicama pulpwith different storage time under different temperature storage conditions

表2 糖水豆薯罐頭在貯藏期間質構變化的動力學分析Table 2 Dynamic analysis of texture changes of canned jicama during storage

同時在實驗設定時間范圍內發現,低溫能有效維持果蔬在貯藏期內較高的質構參數[22],說明低溫能有效保持豆薯細胞組織間的結合力、延緩豆薯細胞壁中果膠降解速度,一定時間內能維持豆薯較好的品質[23-24]。

2.4 不同貯藏溫度下糖水豆薯罐頭在貯藏期間質構變化的動力學分析

豆薯罐頭在常溫25 ℃和低溫4 ℃貯藏下質構變化的一級動力學曲線如圖3所示,得到的動力學方程、降解速率常數k值和線性決定系數R2見表2。對貯藏過程中豆薯罐頭的上述質構參數進行動力學分析,發現在硬度最能擬合一級動力學模型(常溫25 ℃:R2=0.921、低溫4 ℃:R2=0.985);同時發現豆薯罐頭低溫條件下的質構參數變化與動力學方程具有較高的線性擬合度[25](硬度、凝聚性、回復性、彈性:R2=0.913～0.985),這一結果與Yu等人對黃桃罐頭在貯藏期內質構變化研究的結果相似[11]。但常溫貯藏下,罐頭部分質構參數與方程的擬合度不高(R2=0.660～0.921),考慮豆薯在常溫條件下質地發生了劣變或質構變化的方程較經典方程更為復雜[26]。

圖3 糖水豆薯罐頭在貯藏期間硬度(A)、凝聚性(B)、咀嚼性(C)、回復性(D)以及彈性(E)變化的一級動力學曲線Fig.3 First-order kinetic curve of hardness(A),cohesiveness(B),chewiness(C),resilience(D)and springiness(E)change during storage of canned jicama

綜上所述,一級動力學模型能夠很好地反映豆薯罐頭在貯藏中果肉質地的變化及預計貨架期;通過動力學模型,可預測在冷藏條件下豆薯硬度值將在13月后降為為貯藏前的1/2。

3 結論

豆薯罐頭的加工分為熱燙、預煮及殺菌三個階段。豆薯熱燙后,各質構參數值均大幅下降;預煮與殺菌處理使豆薯質地進一步軟化,且在預煮階段軟化最為明顯。豆薯罐頭在常溫和低溫兩種貯藏條件下各項質構參數均逐漸下降,其中硬度與咀嚼性變化尤為顯著,說明糖水豆薯罐頭在貯藏過程中質地會變軟;但低溫貯藏能延緩其各項質構參數的降解速率,有效減緩豆薯罐頭質地的變化,很好地維持糖水豆薯罐頭的品質。因此,欲保存豆薯原有質地,加工需在不影響產品的其他性質,如原料的營養性、保存性等條件下盡量縮短豆薯罐制過程中的熱燙、預煮和殺菌時間,且貯藏采用低溫環境。實驗同時利用動力學分析預測了糖水豆薯罐頭的最佳食用期。在以后的研究中可對豆薯的形狀及熱處理溫度變化規律和硬化劑對豆薯罐頭質地的影響,以及對糖水豆薯罐頭在貯藏中營養物質、果膠、色澤和湯汁黏度等變化進行探討。