周 彤,陳 愷,董卓群,許 靜,李曉鳳,閆 雪,生曼麗,靳玉萱,李煥榮,*

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830052;2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830052)

杏為薔薇科(Posaceae),杏屬(Armeniaca)植物[1],新疆晝夜溫差大、杏果品質(zhì)優(yōu)良。截止2016年,新疆杏樹(shù)種植面積達(dá)13.24萬(wàn)hm2,占全疆水果種植面積的13.93%;杏產(chǎn)量為128.16萬(wàn)t,占全疆水果產(chǎn)量的14.93%[2]。杏成熟期較短,屬于呼吸躍變型果實(shí),采摘后不易長(zhǎng)期貯藏及運(yùn)輸，應(yīng)及時(shí)加工處理。目前，杏加工產(chǎn)品主要集中在杏干、杏脯、杏醬、杏汁等,果脯涼果糖漬類(lèi)產(chǎn)品主要包括蜜李、蜜桃、蜜梅等,其中涼果類(lèi)產(chǎn)品中少有以杏為原料制備的成品[3-5]。

超聲波目前已在提取、滲糖、清洗和穩(wěn)定性方面有廣泛研究應(yīng)用。在滲糖方面,超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí),能在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化效應(yīng),導(dǎo)致細(xì)胞膜的滲透力增強(qiáng),強(qiáng)化細(xì)胞內(nèi)外的質(zhì)量傳遞可有效地提高滲糖效率[6]。由于滲糖方式的不同對(duì)糖漬類(lèi)產(chǎn)品的形態(tài)、收縮程度、滲糖效果、色澤影響較大,因此選用超聲波滲糖可有效避免常壓滲糖中效率較低,且浸漬時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易引起原料變質(zhì)、煮制滲糖中高溫煮制下果實(shí)易出現(xiàn)軟爛、杏脯皺縮現(xiàn)象等問(wèn)題[7-9]。盛金鳳[10]研究表明:常壓、微波、煮制、超聲波四種滲糖方式中，超聲波可顯著提高芒果果脯的糖含量。孫海濤[11]研究表明:含糖量隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,但獼猴桃的超聲時(shí)間設(shè)置以小時(shí)為單位,含糖量卻在20%～30%之間。杏坯相比于獼猴桃無(wú)核且組織緊密,而經(jīng)刺孔脫鹽后的杏果組織松軟易于滲糖,因此超聲時(shí)間仍有待研究。李軍生[12]研究表明:冬瓜、蘋(píng)果、蓮藕三種果蔬經(jīng)200～600 W超聲滲糖后,含糖量在20%～30%范圍內(nèi)逐漸增長(zhǎng)。而杏坯經(jīng)脫鹽后含水量較高且質(zhì)地較軟,因此超聲功率仍有待研究。

本實(shí)驗(yàn)在生產(chǎn)原料上區(qū)別于果脯的制作,以鹽漬后的杏坯為實(shí)驗(yàn)原料,在提高了鮮杏利用率的基礎(chǔ)上，解決了運(yùn)輸及工業(yè)化生產(chǎn)中鮮杏保質(zhì)期短的問(wèn)題,同時(shí)區(qū)別于傳統(tǒng)煮制滲糖法,采用超聲波滲糖法制備杏梅。在單因素實(shí)驗(yàn)中使用TPA質(zhì)構(gòu)測(cè)試法結(jié)合含糖量篩選最佳條件,并通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化杏梅滲糖工藝，為杏梅的滲糖新工藝提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白砂糖、腌菜鹽 新疆友好超市南昌路店;賽買(mǎi)提杏 新疆烏市九鼎市場(chǎng)，新鮮賽買(mǎi)提杏要求可溶性固形物含量13.7%±1%,單果重(16.86±2) g,果形指數(shù)1.14,硬度(1341.82±300) g,L值55.36±5,a值3.62±3,b值44.41±3；蒽酮、硫酸、蔗糖標(biāo)準(zhǔn)品(分析純) 致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司。

TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro System公司;KQ-250DE型超聲波儀 昆山市超聲儀器有限公司;DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒有限公司;TU-1810 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;TD5A-WS型臺(tái)式低速離心機(jī) 鄭州南北儀器設(shè)備有限公司;Pawkit型水分活度儀 烏魯木齊齊祥生儀器有限公司(Decagon Devices Pullman)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 杏坯的制備 杏→淋洗→刺孔→鹽漬(護(hù)色保脆)→脫鹽→調(diào)味→糖漬→烘干→包裝。

刺孔:用竹簽(φ1 mm)刺入果實(shí)內(nèi)部直達(dá)果核,密度為8個(gè)孔/cm2,孔間距離約2 mm,杏果更容易吸收鹽分及糖分,可縮短浸漬時(shí)間。鹽漬:使用30%氯化鈉進(jìn)行濕腌法鹽漬,直至杏坯水分活度值恒定不變時(shí)為鹽漬終點(diǎn)。護(hù)色保脆:在鹽漬同時(shí)加入0.125% NaHSO3，防止色素分解;1.25% CaCl2保持硬度。脫鹽:取500 g杏坯以料液比1∶5 (kg/L)脫鹽使得含鹽量在2%以下即可。調(diào)味:取0.06%(g/kg)的肉桂和豆蔻、0.04%(g/kg)的茴香,0.08%(g/kg)的丁香和陳皮,與糖液一起滲入。糖漬:取500 g杏坯置于超聲機(jī)內(nèi)置杯中,按照不同料液比和不同濃度的滲糖液提取一定時(shí)間,常壓靜置滲糖12 h后取出瀝干待烘干。烘干:在55 ℃條件下烘制24～30 h,將含水量控制在18%～22%。包裝:采用PE包裝袋密封包裝,常溫貯藏。

1.2.2 超聲波浸糖工藝單因素實(shí)驗(yàn) 在超聲頻率為40 kHz,超聲溫度30 ℃條件下選取超聲時(shí)間、超聲功率、糖液濃度、料液比為單因素實(shí)驗(yàn)研究條件[13-15]。

1.2.2.1 杏梅超聲時(shí)間的確定 在糖液濃度35%,超聲功率200 W,超聲料液比1∶5 kg/L的條件下,研究不同超聲時(shí)間(0、10、20、30、40、50 min)對(duì)浸糖效果的影響。

1.2.2.2 杏梅超聲功率的確定 在超聲時(shí)間30 min,糖液濃度35%,超聲料液比1∶5 kg/L的條件下,研究不同超聲功率(100、150、200、225、250 W)對(duì)浸糖效果的影響。

1.2.2.3 杏梅滲糖濃度的確定 在超聲時(shí)間30 min,超聲功率200W,超聲料液比1∶5 kg/L的條件下,研究不同糖液濃度(25%、30%、35%、40%、45%)對(duì)超聲浸糖效果的影響。

1.2.2.4 杏梅超聲料液比的確定 在糖液濃度35%,超聲時(shí)間30 min,超聲功率200 W的條件下,研究不同料液比(1∶5、1∶7、1∶9、1∶11、1∶13 kg/L)對(duì)超聲浸糖效果的影響。

1.2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素實(shí)驗(yàn)的前期研究基礎(chǔ)上,根據(jù)Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理[16],以超聲波處理時(shí)間、超聲波功率、糖液濃度三個(gè)條件為響應(yīng)因素,以杏梅含糖量、硬度為響應(yīng)值,建立三因素三水平響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)從而確定最佳浸糖工藝,因素水平表見(jiàn)表1。

表1 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)因素與水平表

1.2.4 指標(biāo)測(cè)定

1.2.4.1 總糖測(cè)定 蒽酮試劑法,參考曹建康版《果蔬采后生理生化指導(dǎo)》[17]。取1 g樣品加5 mL蒸餾水研磨勻漿置于25 mL試管中并添加10 mL蒸餾水,加塞沸水浴30 min后,以4000 r/min的轉(zhuǎn)速離心20 min取上清液,濁液加15 mL蒸餾水，沸水浴15 min離心取上清液,將兩次上清液混合定容至100 mL后稀釋100倍,制備樣液待測(cè)。

1.2.4.2 水分測(cè)定 取1 g樣品置于已稱(chēng)重的鋁盒內(nèi),放入真空干燥箱內(nèi)連接真空泵,抽出真空干燥箱內(nèi)空氣并加熱至60 ℃,關(guān)閉真空泵停止抽氣,使真空干燥箱內(nèi)保持一定的溫度和壓力,經(jīng)4 h后,放入干燥器中0.5 h后稱(chēng)量,并重復(fù)以上操作至前后兩次質(zhì)量差不超過(guò)2 mg,即為恒重[16]。

1.2.4.3 水分活度的測(cè)定 將杏坯切為5 mm×5 mm的小方塊置于水分活度計(jì)配置盒內(nèi),安裝待測(cè)。

1.2.4.4 質(zhì)構(gòu)測(cè)試 將樣品統(tǒng)一在杏核開(kāi)口方向縱切去核一分為二,每部分切分為8 mm×8 mm的小方塊。測(cè)試時(shí)將樣品平穩(wěn)放置于測(cè)試板,以降低操作誤差,方向、位置及測(cè)試部位盡量保持一致,在質(zhì)構(gòu)剖面分析模式(TPA)中選取硬度、彈性、凝聚性、咀嚼性、回復(fù)性為質(zhì)構(gòu)指標(biāo)。使用圓柱形探頭 P/5(直徑:5 mm Cyl.Stainless)對(duì)杏梅進(jìn)行TPA測(cè)試,測(cè)試參數(shù):測(cè)試前速度5.0 mm/s,測(cè)試中速度3.0 mm/s,測(cè)試后速度3.0 mm/s,兩次壓縮間隔時(shí)間5.0/s,試樣位移3 mm,觸發(fā)力5 g,樣本量n=10[19].

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Design-Expert 8.0.6統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)分析;SPSS 19進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 超聲時(shí)間對(duì)杏梅含糖量及質(zhì)構(gòu)的影響 從表2可以看出，在超聲功率為200 W,糖液濃度為35%,料液比為1∶5 kg/L的條件下,在超聲時(shí)間為0～40 min的五個(gè)時(shí)間段內(nèi),隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，杏梅含糖量呈顯著增長(zhǎng)的趨勢(shì)(p<0.05);而40、50 min時(shí)，含糖量差異不顯著(p<0.05)，是因?yàn)殡S著超聲滲糖時(shí)間的延長(zhǎng),杏梅內(nèi)部含糖量逐漸升高,使組織內(nèi)外濃度差變小,滲透壓力變小，糖液不容易透過(guò)細(xì)胞膜,此時(shí)外界糖分滲入杏坯內(nèi)則需要更大推動(dòng)力[11],在超聲功率不變的條件下推動(dòng)力無(wú)變化,因此在40、50 min時(shí)含糖量差異不顯著(p>0.05)。由TPA測(cè)試可得:在超聲時(shí)間為0～40 min的五個(gè)時(shí)間段內(nèi),其硬度隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)顯著降低(p<0.05),40～50 min時(shí)差異不顯著(p>0.05)。彈性超聲時(shí)間為0、10 min時(shí)與其他時(shí)間差異顯著(p<0.05),同時(shí)在20與50 min時(shí)存在顯著差異(p<0.05)。凝聚性10～40 min呈上升趨勢(shì),超聲時(shí)間為10、50 min時(shí)差異顯著(p<0.05)。咀嚼力無(wú)明顯趨勢(shì),超聲時(shí)間為20 min時(shí)，與10、40 min差異顯著(p<0.05)?；貜?fù)性在超聲時(shí)間為10～40 min時(shí)，呈總體上升趨勢(shì),其中30與40 min時(shí)存在差異顯著性(p<0.05),0與20 min之間也存在差異顯著性(p<0.05)。因此在TPA測(cè)試中選取差異顯著、有明顯趨勢(shì)的硬度作為質(zhì)地評(píng)判指標(biāo),并結(jié)合含糖量變化趨勢(shì)選取超聲時(shí)間40 min作為后續(xù)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

表2 超聲時(shí)間對(duì)杏梅含糖量及質(zhì)構(gòu)的影響

2.1.2 超聲功率對(duì)杏梅品質(zhì)的影響 從表3可以看出，在超聲時(shí)間為30 min,糖液濃度為35%,料液比為1∶5 kg/L的條件下,杏梅的含糖量隨著超聲功率的升高而升高。超聲功率為225 W時(shí)含糖量達(dá)到最大值,與100、150 W時(shí)存在差異顯著性(p<0.05),而當(dāng)功率增大到250 W時(shí)，含糖量略有下降且差異不顯著(p>0.05),這可能是由于超聲波產(chǎn)生的空化作用可促進(jìn)糖分?jǐn)U散,但當(dāng)超聲功率過(guò)大時(shí),可破壞杏坯組織細(xì)胞，不利于糖液的滲入[16-17]。由TPA測(cè)試可得:當(dāng)超聲功率為225 W時(shí)，硬度達(dá)到最低值960.14 g,0～225 W之間呈顯著下降的趨勢(shì)(p<0.05)。彈性無(wú)明顯的變化趨勢(shì),0與100 W和其它功率存在差異顯著性外(p<0.05),其余功率之間均不存在差異顯著性(p>0.05)。凝聚性中100與200、225、250 W之間存在差異顯著性(p<0.05)。咀嚼力各組分之間均不存在差異顯著性(p>0.05)?；貜?fù)性在150、225、250 W時(shí)與其他組分差異顯著(p<0.05)。綜合考慮含糖量及硬度的變化,取超聲功率225 W作為后續(xù)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

表3 超聲功率對(duì)杏梅含糖量及質(zhì)構(gòu)的影響

2.1.3 糖液濃度對(duì)杏梅品質(zhì)的影響 從表4可以看出，在超聲時(shí)間為30 min,超聲功率為200 W,料液比為1∶5 kg/L的條件下,25%～40%之間時(shí)，杏梅的含糖量隨著糖液濃度的升高而顯著升高(p<0.05)。其中當(dāng)糖液濃度為40%時(shí)，含糖量達(dá)到最大值,而當(dāng)濃度增大到45%時(shí)，含糖量略有下降且差異不顯著(p>0.05),這可能是由于糖液從高濃度向低濃度擴(kuò)散,因而濃度差愈大,滲透速率也將隨之增加,但當(dāng)滲糖液糖度過(guò)高時(shí),滲糖液黏度大,不利于水分和糖液的均勻置換,使擴(kuò)散速率減緩[18]。由TPA測(cè)試可知，25%～40%各組分之間的硬度隨糖液濃度增大呈顯著下降趨勢(shì)(p<0.05),硬度在滲糖濃度為40%時(shí)，達(dá)到最小值。彈性只在糖液濃度為45%時(shí)與其它濃度存在差異顯著性(p<0.05),并無(wú)明顯趨勢(shì)。凝聚性各組分之間的關(guān)系為:除25%和30%、35%和40%的組分之間不存在差異顯著性(p>0.05),其余各組分之間均存在差異顯著性(p<0.05),總體呈遞增趨勢(shì)。咀嚼力各組分之間差異均不顯著(p>0.05)?；貜?fù)性各組分之間的關(guān)系為:除25%和30%、40%和45%的組分之間不存在差異顯著性(p>0.05),其余各組分之間均存在差異顯著性(p<0.05)。綜合考慮含糖量及硬度的變化,取糖液濃度40%作為后續(xù)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

表4 糖液濃度對(duì)杏梅含糖量及質(zhì)構(gòu)的影響

2.1.4 超聲料液比對(duì)杏梅品質(zhì)的影響 從表5可以看出，在超聲時(shí)間為30 min,超聲功率為200 W,糖液濃度為35%的條件下,不同料液比制備出杏梅含糖量差異不顯著(p>0.05),且無(wú)明顯趨勢(shì)。由TPA測(cè)試可知，彈性、凝聚性、咀嚼力差異不顯著(p>0.05),硬度、回復(fù)性均在料液比為1∶9 kg/L時(shí)存在差異但均無(wú)明顯趨勢(shì)。結(jié)果表明，料液比對(duì)杏梅滲糖及其質(zhì)構(gòu)特性效果不明顯,因此不做后續(xù)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)研究。

表5 料液比對(duì)杏梅含糖量及質(zhì)構(gòu)的影響

單因素實(shí)驗(yàn)中:TPA測(cè)試中，硬度在不同滲糖條件下,總體呈現(xiàn)遞減趨勢(shì),含糖量總體呈現(xiàn)遞增趨勢(shì),差異顯著,其余特性在不同條件下，變化趨勢(shì)不明顯。因此選擇含糖量及硬度為指標(biāo),進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。

2.2 杏梅糖漬工藝響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

按照表6利用 Design-Expert 8.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合,分別獲得含糖量(Y1)對(duì)自變量超聲功率(A)、超聲時(shí)間(B)、糖液濃度(C)的多元回歸方程:Y1=49.92+0.58A+0.82B+1.18C+0.24AB-0.10AC-0.040BC-1.38A2-1.34B2-1.34C2;對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合,分別獲得硬度(Y2)對(duì)自變量超聲功率(A)、超聲時(shí)間(B)、糖液濃度(C)的多元回歸方程:Y2=907.61+8.83A-9.97B-13.64C+2.12AB+4.86AC+0.49BC+42.05A2+9.91B2+14.95C2。

表6 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表7可知,當(dāng)模型F=41.32時(shí),p<0.0001,模型極顯著,當(dāng)失擬項(xiàng)F=1.14時(shí),p=0.4322>0.05,失擬項(xiàng)不顯著,說(shuō)明所得回歸方程模型是可行的;因變量與自變量之間的線性關(guān)系顯著R2=0.9815,表明杏梅中含糖量的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間具有較好的擬合度,實(shí)驗(yàn)所得二次回歸方程能很好地對(duì)響應(yīng)值進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。其中一次項(xiàng)A、B、C與二次項(xiàng)A2、B2、C2表現(xiàn)為極顯著(p<0.01),表明超聲時(shí)間、超聲功率、糖液濃度都對(duì)杏梅含糖量有極大影響,由F值可推斷出對(duì)糖含量影響大小為:C>B>A,即糖液濃度對(duì)杏梅含糖量影響最大,超聲時(shí)間次之,超聲功率影響最小。

表7 響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析(含糖量)

由表8可知,當(dāng)模型F=19.66時(shí),p<0.01,模型極顯著,當(dāng)失擬項(xiàng)F=1.14時(shí),p=0.1518>0.05,失擬項(xiàng)不顯著,說(shuō)明所得回歸方程模型是可行的;因變量與自變量之間的線性關(guān)系顯著R2=0.9619,表明杏梅中硬度的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間具有較好的擬合度,實(shí)驗(yàn)所得二次回歸方程能很好地對(duì)響應(yīng)值進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。其中一次項(xiàng)C與二次項(xiàng)A2、C2表現(xiàn)為極顯著(p<0.01),一次項(xiàng)A、B與二次項(xiàng) B2表現(xiàn)為顯著(p<0.05)，表明超聲時(shí)間、超聲功率、糖液濃度都對(duì)杏梅硬度都有較大影響,由F值可推斷出對(duì)糖含量影響大小為:C>B>A,即糖液濃度對(duì)杏梅硬度影響最大,超聲時(shí)間次之,超聲功率影響最小。

表8 響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析(硬度)

2.2.1 響應(yīng)面分析與優(yōu)化 為了考察不同因素對(duì)糖含量、硬度的影響,利用Design-Expert 8.06軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行運(yùn)算,得出三維響應(yīng)面圖,如圖1～圖2所示。

圖1 各因素交互作用對(duì)含糖量影響的響應(yīng)面圖

從圖1～圖2可知，隨著控制條件的增加,糖含量逐漸增大后趨于平穩(wěn)、硬度逐漸減低后趨于平穩(wěn),各因素間交互作不顯著。通過(guò)響應(yīng)面軟件分析,杏梅滲糖最佳工藝為:超聲功率224.46 W、超聲時(shí)間43.65 min、糖液濃度42.22%,通過(guò)該方式含糖量理論值可達(dá)50.36%,硬度可達(dá)902.03 g。

2.2.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 使用響應(yīng)面得出的最佳浸糖方式進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),考慮到儀器及設(shè)備的局限和操作方便,將超聲功率設(shè)置為225 W、超聲時(shí)間為45 min、糖液濃度設(shè)定為43%進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),經(jīng)三次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得出實(shí)際測(cè)得含糖量為51.02%±0.21%、硬度為(904.64±20) g，與理論值相比分別增加了1.31%、0.29%,說(shuō)明該回歸方程與實(shí)際含量擬合度較好,該響應(yīng)面模型是可用的。

3 結(jié)論

本研究通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在保證杏梅硬度的前提下,合理提高超聲時(shí)間、超聲功率和糖液濃度，可有效提高杏梅含糖量。采用響應(yīng)面法優(yōu)化杏梅滲糖工藝,最終確定超聲功率225 W、超聲時(shí)間45 min、糖液濃度43%,通過(guò)該方式含糖量可達(dá)51.02%±0.21%,硬度可達(dá)(904.64±20) g。