真空預(yù)冷毛豆參數(shù)優(yōu)化及其對(duì)貯藏特性的影響

張曉娟,劉貴珊*,余江泳,李曉瑞,張浩楠

1(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川，750021)2(寧夏大學(xué) 物理與電子電子工程學(xué)院，寧夏 銀川，750021)

毛豆是指豆莢飽滿、莢及籽粒呈翠綠色時(shí)采收食用的菜用大豆[1]，富含優(yōu)質(zhì)蛋白、營(yíng)養(yǎng)素和膳食纖維，同時(shí)含低聚糖等保健成分以及具有特殊的豆香味[2]。對(duì)于保護(hù)心腦血管和控制血壓頗有益處，是公認(rèn)的無(wú)公害安全健康食品[3]。但是，新鮮的毛豆含水量大，代謝旺盛，易脫水萎蔫，因此，在室溫儲(chǔ)存時(shí)易受到病原體的侵染而褐變、發(fā)霉腐爛，從而減緩了其感官品質(zhì)和食用價(jià)值，某種程度上影響了毛豆工業(yè)的蓬勃發(fā)展。目前，預(yù)冷技術(shù)在整個(gè)冷鏈中保持毛豆采后品質(zhì)具有積極的作用。

真空預(yù)冷被廣泛認(rèn)為是最佳預(yù)冷萵苣、菠菜、花椰菜和其他葉菜等園藝產(chǎn)品的冷卻技術(shù)。它是在真空條件下蒸發(fā)果蔬中的部分水分，并減少采后熱量變化延長(zhǎng)其儲(chǔ)存貨架期的預(yù)冷方式[4]。相較于傳統(tǒng)的降溫技術(shù)，它具有冷卻速率快、冷卻均勻、高效等優(yōu)點(diǎn)[5-6]，因而已成為果蔬田間采收后降低田間熱、快速抑制呼吸強(qiáng)度的重要工序。目前，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者也探討了真空預(yù)冷技術(shù)在提高果蔬貯藏品質(zhì)方面的作用。KONGWONG等[7]發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷有效延緩了抗壞血酸和總?cè)~綠素含量的損失，抗氧化活性和酚類(lèi)物質(zhì)的含量都得到了較好的保留，研究發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷是延長(zhǎng)小萵苣貨架期和品質(zhì)的最有效的方式。TIAN等[8]發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷可維持西蘭花的葉綠素、維生素C和還原糖水平，并在貯存期內(nèi)可較好地維持其感官特性。錢(qián)驊等[9]發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷可延緩西蘭花貯藏期Vc含量，可滴定酸含量的下降，較好地保持其感官品質(zhì)。段宙位等[10]發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷處理對(duì)澳芒儲(chǔ)藏期間質(zhì)量維持具備良好的作用，并能減緩澳芒貯存過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和感官品質(zhì)的下降，從而達(dá)到延長(zhǎng)貯藏期的效果。綜上所述，真空預(yù)冷處理對(duì)果蔬采后品質(zhì)具有積極作用，然而到目前為止針對(duì)毛豆真空預(yù)冷及其對(duì)貯藏特性影響的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。

基于此，在前期的研究基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷過(guò)程中補(bǔ)水可以降低質(zhì)量損失率，保持較高的品質(zhì)。本文針對(duì)毛豆開(kāi)展了不同預(yù)冷參數(shù)的真空預(yù)冷試驗(yàn)，考察最佳預(yù)冷參數(shù)下毛豆貯藏期間品質(zhì)，如失水率、呼吸強(qiáng)度、硬度、可溶性固形物含量、丙二醛含量等，以期為實(shí)際生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 原料及處理

新鮮毛豆，在寧夏中衛(wèi)種植地采摘后放置于恒溫箱中迅速送到實(shí)驗(yàn)基地。選取色澤綠，嫩莢生長(zhǎng)發(fā)育粗壯，籽粒飽滿，無(wú)病菌損害，無(wú)機(jī)械傷的樣品。以預(yù)冷終溫，補(bǔ)水率及處理量為因素進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化預(yù)冷工藝參數(shù)。以最優(yōu)工藝參數(shù)對(duì)毛豆進(jìn)行真空預(yù)冷，并結(jié)合冷庫(kù)預(yù)冷和不預(yù)冷處理(對(duì)照組)進(jìn)行對(duì)比分析，預(yù)冷結(jié)束后, 立即裝入PE保鮮袋置于溫度 (4±1)℃，濕度90%的冰箱內(nèi)貯藏21 d，每隔3 d取一次樣。每次采樣1 kg，每個(gè)樣品處理重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.2 儀器與設(shè)備

XZD-300真空預(yù)冷機(jī)、QCSC113977冷庫(kù),東莞市科美斯科技實(shí)業(yè)有限公司；TD-45數(shù)顯糖度計(jì)、3051H果蔬呼吸測(cè)定儀,浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司；CM-2300分光測(cè)色計(jì),日本柯尼卡美能達(dá)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 預(yù)冷方法

在預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上設(shè)定預(yù)冷所需參數(shù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀實(shí)時(shí)記錄真空預(yù)冷過(guò)程中毛豆的中心溫度變化。同時(shí)稱取預(yù)冷前、后實(shí)驗(yàn)樣品的質(zhì)量。并記錄真空預(yù)冷機(jī)顯示屏上由壓力傳感器和熱電偶測(cè)量的溫度、壓力。兩枚熱電偶分別插入豆莢內(nèi)、插進(jìn)豆仁內(nèi)進(jìn)行測(cè)溫。

1.3.2 失重率的測(cè)定

新鮮毛豆貯藏前質(zhì)量m1，毛豆貯藏期測(cè)定質(zhì)量m2，試驗(yàn)平行3次。按公式(1)計(jì)算失水率:

(1)

1.3.3 呼吸強(qiáng)度的測(cè)定

貯藏結(jié)束后立刻移入密閉容器放置0.5 h并采用果蔬呼吸測(cè)定儀測(cè)定， 按公式(2)計(jì)算：

果蔬呼吸強(qiáng)度/[mg·(kg·h)-1]=

(2)

式中:a0,測(cè)定前密閉容器中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù),mg/kg；a,測(cè)定后密閉容器中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù),mg/kg；V,容器總體積(2 L)；V0,測(cè)定溫度下CO2摩爾體積(22.4 L/mol)；M,CO2的摩爾質(zhì)量(44 g/mol)；m,所測(cè)定果蔬的質(zhì)量,kg；t,所測(cè)定果蔬呼吸時(shí)間,h。

1.3.4 硬度測(cè)定

采用硬度計(jì)(探頭直徑3 mm)測(cè)定，選取毛豆豆莢凸面依次均勻用力，將硬度計(jì)探頭垂直壓入毛豆體內(nèi)5 mm，此時(shí)記下讀數(shù)，每組處理隨機(jī)選取6～10個(gè)樣品，取其平均值即為毛豆的硬度。

1.3.5 可溶性固形物測(cè)定

隨機(jī)稱取待測(cè)樣5 g研磨至勻漿，雙層紗布過(guò)濾取汁，采用TD-45數(shù)顯糖度計(jì)測(cè)定。每組樣品重復(fù)3次，取其平均值。

1.3.6 丙二醛含量

采用硫代巴比妥酸法測(cè)定，參照陳文烜等[11]的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 毛豆真空預(yù)冷過(guò)程的參數(shù)優(yōu)化

2.1.1 真空預(yù)冷毛豆工藝參數(shù)的優(yōu)選

以新鮮毛豆為原料，采用3因素3水平正交實(shí)驗(yàn)來(lái)優(yōu)選預(yù)冷毛豆的工藝參數(shù)，研究了預(yù)冷溫度，補(bǔ)水量以及處理量對(duì)真空預(yù)冷毛豆的影響，以期為優(yōu)化真空預(yù)冷毛豆提供理論基礎(chǔ)。結(jié)果如表1、表2所示，試驗(yàn)表明：最優(yōu)的預(yù)冷參數(shù)為預(yù)冷溫度5 ℃，補(bǔ)水量3%，處理量為2.5 kg。此工藝參數(shù)下真空預(yù)冷處理后的毛豆品質(zhì)指標(biāo)均較優(yōu)。

表1 三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)表Table 1 Orthogonal experimental design of three factors and three levels

表2 試驗(yàn)方差分析Table 2 Analysis of test variance

在毛豆表面均勻補(bǔ)水，以替代其內(nèi)部的水分汽化, 抽真空時(shí)水分汽化吸熱間接冷卻毛豆。補(bǔ)水有助于加快毛豆降溫速率；同一預(yù)冷終溫下，經(jīng)補(bǔ)水處理的毛豆其失重率較小，到達(dá)預(yù)冷終點(diǎn)所需時(shí)間較短；相同補(bǔ)水處理的毛豆，預(yù)冷終溫設(shè)置越高，預(yù)冷所需時(shí)間越少。

2.1.2 毛豆在真空預(yù)冷過(guò)程中溫度-壓力的變化

圖1為預(yù)冷終溫為5 ℃的毛豆真空預(yù)冷過(guò)程, 降溫過(guò)程中毛豆不同部位有溫差, 豆仁內(nèi)降溫較為緩慢, 且預(yù)冷后期降溫幅度較低。第150 s左右時(shí),真空室壓力開(kāi)始急劇下降, 在此過(guò)程中, 毛豆表面水分及內(nèi)部水分汽化蒸發(fā), 溫度持續(xù)下降；第650 s起, 預(yù)冷槽基本處于恒壓狀態(tài)，但溫度仍緩慢降低直到770 s左右, 預(yù)冷過(guò)程基本結(jié)束。

毛豆豆莢堅(jiān)硬且表面茸毛豐富，形態(tài)凹凸不平，因此在實(shí)際降溫過(guò)程中各部分存在一定溫差。毛豆的外果皮部分由富有營(yíng)養(yǎng)的薄壁細(xì)胞組成，水分含量高；而內(nèi)部主要是含水量低而淀粉含量高的種子[12-13]。由于真空室是一個(gè)密閉絕熱的空間，毛豆水分蒸發(fā)產(chǎn)生的潛熱由其本身提供。水分蒸發(fā)的同時(shí)，會(huì)降低其表面及內(nèi)部的溫度，同時(shí)造成水分的缺失，毛豆豆莢與豆仁間產(chǎn)生水分梯度和溫度梯度，因此預(yù)冷過(guò)程中兩者存在一定溫差。

圖1 毛豆真空預(yù)冷過(guò)程中溫度-壓力變化曲線Fig.1 Temperature-pressure curve of soybean during vacuum precooling

2.2 真空預(yù)冷對(duì)貯藏期間毛豆品質(zhì)的影響

2.2.1 真空預(yù)冷對(duì)貯藏期內(nèi)毛豆失重率的影響

采后蔬菜的失重率是衡量其失水程度生理代謝的重要因素，失重率升高，水分含量越低，導(dǎo)致毛豆易出現(xiàn)萎縮、發(fā)黃變軟等現(xiàn)象，從而影響其新鮮度。由圖2可知，隨著貯藏期的延長(zhǎng)，各處理組失水率均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，在貯藏初期真空預(yù)冷、冷庫(kù)預(yù)冷和對(duì)照組毛豆的失重率分別為0.4%、0.5%和0.7%，差異不顯著。這是因?yàn)槊购粑挠袡C(jī)物質(zhì)，同時(shí)蒸發(fā)作用致使水分流失。在貯藏過(guò)程中失重率逐漸增加，至第21天時(shí)，真空預(yù)冷、冷庫(kù)預(yù)冷和對(duì)照組的失重率分別為3.6%、4.2%和4.3%，差異顯著(P<0.05)。這可能是經(jīng)真空預(yù)冷處理的毛豆，呼吸作用減弱，延緩了細(xì)胞持水能力的下降，從而保持其較高的水分含量。因此，真空預(yù)冷處理可以有效地抑制毛豆失重率的上升，這與郭奇亮等[14]關(guān)于萵筍葉真空預(yù)冷的研究結(jié)果相似。

2.2.2 真空預(yù)冷對(duì)貯藏期內(nèi)毛豆呼吸強(qiáng)度的影響

呼吸強(qiáng)度是衡量蔬菜耐貯性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。隨著呼吸強(qiáng)度的增加，其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗速率增大，從而使成熟過(guò)程加快，貯藏性降低。由圖3可知，真空預(yù)冷后毛豆貯藏過(guò)程中呼吸強(qiáng)度均明顯低于冷庫(kù)預(yù)冷和對(duì)照組，且隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，其差異性越顯著(P<0.05)。其原因可能是真空預(yù)冷毛豆降溫速率顯著高于其他2組，能有效抑制其呼吸強(qiáng)度。貯藏結(jié)束時(shí)，真空預(yù)冷處理后的毛豆呼吸強(qiáng)度由初始值192.30 mg/(kg·h)下降為53.91 mg/(kg·h)，下降了71.9%；冷庫(kù)預(yù)冷后的呼吸強(qiáng)度由初始值238.84 mg/(kg·h)下降為67.90 mg/(kg·h)，下降了71.6%；對(duì)照組呼吸強(qiáng)度則下降為67.90 mg/(kg·h)，下降了69.4%，表明真空預(yù)冷處理可有效降低毛豆的田間熱從而延緩其呼吸速率變化。這與趙維琦等[15]關(guān)于西蘭花的真空預(yù)冷研究結(jié)果相似。

圖2 真空預(yù)冷處理毛豆貯藏期間失重率的變化Fig.2 Changes of vacuum precooling treatment on weight loss rate of soybean during storage

圖3 真空預(yù)冷處理毛豆貯藏期間呼吸強(qiáng)度的變化Fig.3 Changes of vacuum precooling treatment on respiratory strength of soybean during storage注：不同小字母表示顯著相關(guān), P<0.05(下同)

2.2.3 真空預(yù)冷對(duì)貯藏期內(nèi)毛豆硬度的影響

蔬菜硬度是衡量其品質(zhì)及商品屬性的重要因素，在蔬菜貯存過(guò)程中硬度與呼吸代謝、酶活性、激素以及溫度變化等關(guān)系密切[16]。貯藏時(shí)間會(huì)影響毛豆果膠含量，從而直接影響毛豆的硬度[17]。由圖4可知，隨著貯藏期的增加毛豆硬度呈下降趨勢(shì)，且真空預(yù)冷處理樣品比對(duì)照組變化緩慢(P<0.05)。這是因?yàn)殡S著貯藏期延長(zhǎng)，預(yù)冷導(dǎo)致代謝速率降低，而呼吸速率的降低會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)代謝速率的降低，并限制驅(qū)動(dòng)組織軟化或增韌所需的能量，從而抑制毛豆硬度的變化。貯藏結(jié)束時(shí)真空預(yù)冷處理后的毛豆硬度由初始值13.58 kg/cm2下降為9.08 kg/cm2，下降了33.1%；冷庫(kù)預(yù)冷處理后的毛豆硬度由初始值13.22 kg/cm2下降為8.77 kg/cm2，下降了33.6%；對(duì)照組硬度則下降為8.77 kg/cm2，下降了39.4%，這說(shuō)明真空預(yù)冷處理有效保持了蔬菜的硬度，在一定程度上可以維持蔬菜的口感，保鮮效果明顯。這與王青等[18]關(guān)于椒真空預(yù)冷的研究結(jié)果相似。

圖4 真空預(yù)冷處理毛豆貯藏期間硬度的變化Fig.4 Changes of vacuum precooling treatment on hardness of soybean during storage

2.2.4 真空預(yù)冷對(duì)貯藏期內(nèi)毛豆可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物可以反映出毛豆在貯藏過(guò)程中的品質(zhì)變化，同時(shí)也是蔬菜成熟和老化的標(biāo)準(zhǔn)之一。由圖5可知，預(yù)冷方式對(duì)貯藏過(guò)程毛豆可溶性固形物影響差異不顯著(P>0.05)，且隨著儲(chǔ)藏期的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。這是因?yàn)槊共烧髾C(jī)體內(nèi)依舊進(jìn)行著生命活動(dòng)，纖維素等大分子物質(zhì)在其后熟過(guò)程中被分解為小分子的糖等物質(zhì)。而在貯藏9 d后，由于毛豆成熟度的上升，需要消耗糖類(lèi)來(lái)維持自身新陳代謝，果膠酸等大分子物質(zhì)的分解速率低于葡萄糖等小分子物質(zhì)的損耗速度，從而造成了可溶性固形物含量的降低。因此，通過(guò)抑制呼吸速率和生理代謝的作用，真空預(yù)冷處理可減緩毛豆的可溶性固形物含量的變化。這與吳德慧等[19]關(guān)于有機(jī)杭白菜真空預(yù)冷的研究結(jié)果相似。

圖5 真空預(yù)冷處理毛豆貯藏期間可溶性固形含量的變化Fig.5 Changes of vacuum precooling treatment on soluble solid content in soybean during storage

2.2.5 真空預(yù)冷對(duì)貯藏期內(nèi)毛豆丙二醛含量的影響

植物組織在逆境下遭遇損害或衰老時(shí)通常誘發(fā)膜脂過(guò)氧化作用，丙二醛是膜脂過(guò)氧化的最終降解物，其含量可作為判斷植物體遭遇逆境危害的標(biāo)準(zhǔn)[20-21]。由圖6可知，儲(chǔ)藏前期真空預(yù)冷、冷庫(kù)預(yù)冷和對(duì)照組丙二醛含量分別為0.18、0.28和0.30 μmol/g，隨著貯藏期的增加，各處理組毛豆的丙二醛含量均提高，且差異顯著(P<0.05),產(chǎn)生這種趨勢(shì)的原因主要是因?yàn)橘A藏期間毛豆含水量依舊保持較高水平，代謝旺盛，導(dǎo)致其表面黃化、衰老，此時(shí)丙二醛可以與組織中的蛋白質(zhì)、核酸等大分子物質(zhì)反應(yīng)，改變其分子構(gòu)型，或使之產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，從而遺失生物功能[22]。貯藏18 d時(shí)這種增加趨勢(shì)增大，真空預(yù)冷、冷庫(kù)預(yù)冷和對(duì)照組MDA含量分別為0.58、1.01和1.20 μmol/g ，在貯藏過(guò)程中真空預(yù)冷處理后的毛豆丙二醛含量始終最低，且變化幅度小，說(shuō)明其細(xì)胞膜受損程度低于冷庫(kù)預(yù)冷和對(duì)照組，從而表明真空預(yù)冷對(duì)于延緩毛豆衰老有明顯的優(yōu)勢(shì)。這與劉歡等[23]關(guān)于刺嫩芽的真空預(yù)冷研究結(jié)果相似。

圖6 真空預(yù)冷處理毛豆貯藏期間丙二醛含量的變化Fig.6 Changes of vacuum precooling treatment on MDA content in green soybean during storage

3 結(jié)論

新鮮果蔬采后自身存在田間熱以及呼吸熱，加快了其在儲(chǔ)藏期間生物特性變化，從而降低了果蔬的新鮮度和貯藏品質(zhì)。因此，采用真空預(yù)冷技術(shù)是延長(zhǎng)果蔬貨架期的關(guān)鍵。本文先確定了毛豆的較優(yōu)真空預(yù)冷工藝參數(shù)為：預(yù)冷溫度5 ℃，補(bǔ)水量3%，處理量為2.5 kg。在此工藝參數(shù)下真空預(yù)冷處理的毛豆對(duì)后期貯藏品質(zhì)具有積極作用，能有效抑制毛豆失水率和丙二醛含量的增加，而對(duì)可溶性固形物含量影響較小。綜上所述，在適宜的預(yù)冷參數(shù)下進(jìn)行真空預(yù)冷并儲(chǔ)藏在特定低溫條件下可明顯提升毛豆貯藏品質(zhì)，并延長(zhǎng)其貨架期。