李笑梅,趙廉誠,邢竺靜,王如夢,高飛雪,馬 娜,張 娜

(哈爾濱商業(yè)大學食品科學與工程學院,黑龍江省食品科學與工程重點實驗室,黑龍江哈爾濱 150076)

老山芹(HeracleummoellendorffiiHance)是東北地區(qū)特有的山野菜之一,富含膳食纖維、氨基酸和維生素等[1]。其中,維生素C含量最為豐富,是普通蔬菜的十幾倍[2]。其顏色青綠、滋味清香、口感挺脆,常用于清炒、熗拌、餡料、燒肉輔料,深受人們的歡迎。老山芹僅在每年4～5月份成熟[3],收獲期短,無法常年供應,也造成天然野生資源的浪費。因此,研究老山芹的保藏方法至關重要。

季節(jié)性蔬菜的保藏加工技術有干制保藏、腌漬保藏、罐藏、速凍保藏等[4-8]。隨著近年山野菜的速凍保藏加工技術市場需求持續(xù)增加[9-10],國內外對于速凍保藏工藝的研究亦成為熱點,但該技術的關鍵是要解決解凍后脆度明顯降低的問題。劉衛(wèi)等[5]研究得出,腌漬蔬菜加入一定量鈣鹽可以有效地保持其脆度;另外,采用低溫漂燙可以提升果膠甲酯酶50%的活性,以此在保脆工藝中產生增效作用。而在國外也有類似研究,Rico等[11]發(fā)現利用金屬離子可以激活內源性果膠甲酯酶,并促使金屬離子在內部反應生成果膠酸鹽,而果膠酸鹽屬于凝膠物質[12-16],在植物細胞壁與細胞膜之間具有很好的附著效果,能夠防止細胞皺縮[17]。Shannon等[18]的研究發(fā)現,加熱也可以激活果膠甲酯酶,并通過與金屬離子反應生成果膠酸鹽,進而給植物組織提供良好的支撐作用[19-20],從而使蔬菜解凍后仍保持理想的口感。關于蔬菜保藏的研究逐年增多,但是由于不同原料所達到的保脆效果是不同的,工藝參數也有所差別,同時關于老山芹速凍保脆的相關研究未見報道。

因此,本文以老山芹為原料,在速凍前采用復配金屬鹽浸泡并優(yōu)化其工藝條件,以獲得老山芹速凍前預處理保脆關鍵技術,旨在解決老山芹在解凍后組織狀態(tài)變軟、口感變差的問題,以期為冷凍食品企業(yè)山野菜速凍保藏提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

老山芹 黑龍江省備案東升食品有限公司;鹽酸、硝酸、過氧化氫 分析純,天津市大陸化學試劑廠;海藻酸鈉、氯化鈣、乳酸鈣 食品級,浙江一夢生物科技有限公司。

TDL-4A型臺式離心機 上海菲恰爾分析儀器有限公司;HJ-GW30型高溫灰化爐 東莞恒駿儀器設備有限公司;ZEEnit 700P型原子吸收分光光度計 德國耶拿分析儀器股份公司;TA.new plus型質構分析儀 美國Isenso智能科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 老山芹保綠保脆工藝流程 新鮮老山芹→清洗→可食部切段→50 ℃保脆液浸泡→涼水冷卻至室溫→漂燙滅酶(90 ℃,料液比1∶11,180 s)→涼水冷卻至室溫→速凍(-18 ℃,風速3.5 m/s)→解凍(室溫解凍)

1.2.2 老山芹保脆工藝研究

1.2.2.1 保脆劑篩選 實驗中保脆劑均配制為濃度4 g/L的保脆液,其中復配保脆劑比例設為1∶1,樣品與保脆液的料液比為1∶11。

選取氯化鈣、乳酸鈣、海藻酸鈉、氯化鈣-乳酸鈣、氯化鈣-海藻酸鈉、乳酸鈣-海藻酸鈉六種保脆劑,以溶出鈣含量為指標,篩選保脆劑。同時做未加保脆劑對照試驗(n=3)。

1.2.2.2 保脆劑處理方式對樣品鈣含量變化的影響 不同的實驗組設計見表1,采用老山芹中溶出鈣含量衡量6組實驗組不同設計的保脆效果。

表1 不同處理方式及評價指標 Table 1 Different treatments methods and evaluating indicator

1.2.2.3 老山芹保脆工藝單因素實驗 將老山芹切成4 cm左右小段樣品浸泡于50 ℃保脆液中,在一定保脆劑復配比、保脆劑濃度、浸泡時間下進行,然后用去離子水沖洗樣品以除去多余的保脆劑,分別考察各因素不同水平對解凍后老山芹中溶出鈣含量及品質指標的影響。

1.2.2.3.1 保脆劑復配比對溶出鈣含量及脆度和咀嚼性的影響 在保脆劑濃度4 g/L、浸泡時間30 min的條件下,分別考察保脆劑復配比(氯化鈣∶海藻酸鈉,g∶g)為1∶0.25、1∶0.5、1∶1、1∶2、1∶4對溶出鈣含量、脆度及咀嚼性的影響。

1.2.2.3.2 保脆劑濃度對溶出鈣含量及脆度和咀嚼性的影響 在復配比1∶2，浸泡時間30 min的條件下,分別考察保脆劑濃度1、2、3、4、5 g/L對溶出鈣含量、脆度及咀嚼性的影響。

1.2.2.3.3 浸泡時間對溶出鈣含量及脆度和咀嚼性的影響 在保脆劑濃度4 g/L，復配比1∶2條件下,分別考察熱處理時間10、20、30、40、50 min對溶出鈣含量、脆度及咀嚼性的影響。

1.2.2.4 響應曲面法確定最優(yōu)保脆工藝條件 以保脆劑濃度、保脆劑復配比例、浸泡時間為自變量,以溶出鈣含量為指標,設計響應曲面法優(yōu)化保脆工藝試驗。因子編碼及水平見表2。并采用多元回歸分析,擬合二次多項式回歸模型的Box-Behnken設計試驗[1],進行結果分析,得最優(yōu)保脆工藝條件,并采用此條件做驗證試驗。

表2 Box-Behnken試驗設計因素及水平Table 2 Factors and levels of Box-Behnken experiment design

1.2.3 指標的測定

1.2.3.1 老山芹中總鈣含量測定 老山芹中總鈣含量測定參照食品安全國家標準 食品中鈣的測定 火焰原子吸收法(GB 5009.92-2016)。其中總鈣含量計算公式如式(1)。

式(1)

式中:X-老山芹灰化液中總鈣的含量,mg/100 g;C-老山芹灰化液中鈣的質量濃度,mg/L;n-老山芹勻漿灰化液的稀釋倍數;V-老山芹勻漿灰化液的定容體積,mL;m-吸取老山芹灰化液的質量,mg。

1.2.3.2 老山芹中溶出鈣含量測定 因為經過復配的鈣鹽浸泡保脆處理,進入植物組織中的鈣是可以被NaCl溶出的,將解凍后的老山芹勻漿化,并取一定量的勻漿,用1 mol/L NaCl溶液提取溶出鈣并定容過濾,以原子吸收法定量,溶出鈣含量的計算公式如式(2)。

式(2)

式中:V-NaCl定容體積,mL;其他各項同于式(1)。

表3 不同處理方式下老山芹中鈣含量的變化Table 3 Changes in calcium content in Heracleum moellendorffii under different treatments

注:*表示多重比較差異顯著(P<0.05)。

按表1分組測定鈣含量,評價樣品經保脆劑處理,對樣品鈣含量變化的影響,并計算得出鈣增加量,計算公式如式(3)。

M=M1-M2

式(3)

式中:M-老山芹中鈣增加量,mg/100 g;M1-老山芹中總鈣含量,mg/100 g;M2-老山芹中溶出鈣含量,mg/100 g。

1.2.3.3 老山芹解凍后品質指標及測定 老山芹解凍后品質指標選定為:溶出鈣含量和與口感相關的脆度、咀嚼性,其中使用TA.new plus型質構儀選擇Volodkevich-bite探頭穿刺樣品以模擬門牙測定脆度,使用P/0.5探頭以形變方式測定咀嚼性。探針的前后速度為2.00 m/s,觸發(fā)力為5.0 g,時間間隔為5 s。待測樣品的莖部均處理成1 cm3的小方塊。

1.2.4 溶出鈣與脆度、咀嚼性的相關性分析 采集單因素實驗中全部溶出鈣與脆度、咀嚼性的數據,利用SPSS 13.0進行相關性分析,測得溶出鈣與脆度、咀嚼性的相關系數。

1.3 數據處理

實驗取3次平行測得平均值,均以mean±sd表示。采用Excel、SPSS Statistics 17.0軟件對數據進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 適宜保脆劑的篩選

保脆劑篩選結果見圖1。由圖1可知,海藻酸鈉組與未加保脆劑的鮮樣品對照組無顯著差異,溶出鈣含量最低,但是與其他幾組相比具有顯著差異(P<0.05)，說明單一的海藻酸鈉浸泡對樣品鈣的含量及溶出量均沒有影響;其次乳酸鈣組溶出鈣含量也較低,說明通過浸泡乳酸鈣可以進入植物原料組織中,但相對較少;而氯化鈣、乳酸鈣-氯化鈣、乳酸鈣-海藻酸鈉三組之間的溶出鈣含量無顯著性差異(P>0.05),且溶出鈣含量相對較高,這是因為此類鈣鹽可以更有效地激活果膠甲酯酶活性[19],并生成果膠酸鈣,使得溶出鈣含量顯著增多(P<0.05),Rico等也證實氯化鈣可以更好地促進果膠甲酯酶的激活,以致樣品品質更佳[11]。氯化鈣-海藻酸鈉組的溶出鈣含量顯著高于其他各組(P<0.05),綜合分析氯化鈣比乳酸鈣的作用有效,海藻酸鈉雖然自身沒有作用,但是與鈣鹽復合有明顯的增效作用,而且與氯化鈣復配的效果協同增效作用最好,其原因是因為海藻酸鈉具有穩(wěn)定性、溶解性、粘性,并且與鈣有很好的親和性,可進一步增加黏度與附著性,更易于與果膠生成果膠酸鈣。因此,選取氯化鈣-海藻酸鈉作為保脆劑。

圖1 保脆劑的篩選Fig.1 Screening of crisp-keeping agents 注:標注的不同字母表示多重比較 差異顯著(P<0.05),圖2～圖7同。

2.2 保脆劑處理方式對樣品鈣量變化的影響

保脆劑處理方式對樣品鈣量變化的影響結果見表3。

由表3可知,與對照組1比較,采用復配保脆劑浸泡樣品后,引起組3總鈣量顯著增加70.55 mg/100 g(P<0.05),與對照組2比較,組4鈣增加量顯著增加(P<0.05)，很好地說明了樣品中鈣含量增加是保脆劑浸泡的結果。組5與對照組2的溶出鈣比較,其溶出鈣含量無顯著差異(P>0.05);組6與組4的溶出鈣比較,其鈣增加量無顯著差異(P>0.05),說明保脆劑浸泡效果不會受到后續(xù)漂燙、速凍、解凍工藝的影響,因此,認為選用氯化鈣—海藻酸鈉復配浸泡樣品,鈣可以進入老山芹組織結構中并穩(wěn)定存在。

2.3 老山芹保脆工藝單因素實驗

2.3.1 保脆劑不同復配比對溶出鈣含量、脆度與咀嚼性的影響 由圖2可知,在氯化鈣質量固定的情況下,增加海藻酸鈉的比例(1∶0.25～1∶2)溶出鈣量顯著增加(P<0.05),增加到1∶2時達到最大;之后再增加溶出鈣量顯著下降(P<0.05)。這是由于當海藻酸鈉加入量較低時,對于Ca2+激活果膠甲酯酶活性與果膠酸的反應有增效作用[21]。但是當海藻酸鈉加入量過多時,會導致海藻酸鈉在浸泡水溶液中凝膠性增強,附著在樣品上會阻礙Ca2+進入植物組織細胞間,所以溶出量越少[22]。

圖2 保脆劑復配比對溶出鈣含量的影響Fig.2 Effect of the proportion of the crisp-keeping agent on the dissolved calcium content

由圖3可知,復配比<1∶2時,隨復配比增加(1∶0.25～1∶2)老山芹的脆度與咀嚼性均呈現顯著上升(P<0.05);超過1∶2時,脆度與咀嚼性同時顯著性下降(P<0.05)。此質構儀測定量化的感官結果與上述鈣溶出量結果相符,是植物組織細胞間微觀變化在宏觀的體現,更說明了采用氯化鈣-海藻酸鈉復配浸泡樣品達到了改善老山芹解凍后品質的目的。因此,適宜復配比為1∶2。

圖3 保脆劑復配比對老山芹脆度與咀嚼性的影響Fig.3 Effect of the ratio of crisp-keeping agent on the brittleness and chewiness of Heracleum moellendorffii

2.3.2 不同保脆劑濃度對溶出鈣含量、脆度與咀嚼性的影響 通過圖4可知,當保脆劑濃度小于4 g/L時,老山芹中溶出鈣的含量呈上升趨勢。當濃度大于4 g/L時,溶出鈣量較4 g/L出現顯著下降(P<0.05)。當濃度較低時,氯化鈣-海藻酸鈉中的海藻酸鈉可以順利進入樣品組織結構細胞間隙當中,恰到好處地形成凝膠網絡結構[23],并攜帶小分子鈣進入組織當中與果膠分解產生的果膠酸反應生成果膠酸鈣[24],從而協同起到固定、支撐細胞壁的作用[25];反之,當濃度較大時,海藻酸鈉會以凝膠態(tài)附著在樣品組織表面無法進入內部,從而也阻擋了氯化鈣進入內部的通道。

圖4 保脆劑濃度對溶出鈣含量的影響Fig.4 Effect of crisp-keeping agent concentration on the dissolved calcium content

由圖5可知,隨著保脆劑濃度的上升(1～4 g/L),老山芹的脆度和咀嚼性顯著增加(P<0.05),當4 g/L時兩指標達到最大,脆度為4656 gf,咀嚼性為2499.31 gf。當濃度超過4 g/L時,脆度和咀嚼性均出現顯著下降(P<0.05)。李昌寶等[25]的研究顯示,當氯化鈣增多,番木瓜的脆度與咀嚼性出現先上升后下降的趨勢;尹爽等[26]也發(fā)現,氯化鈣對蘿卜具有保脆作用,但過濃度高時也會出現脆度下降。因此,保脆劑濃度選擇為4 g/L。

圖5 保脆劑濃度對老山芹脆度與咀嚼性的影響Fig.5 Effect of crisp-keeping agent concentration on the brittleness and chewiness of Heracleum moellendorffii

2.3.3 浸泡時間對溶出鈣含量、脆度與咀嚼性的影響 由圖6可見,當浸泡時間低于30 min時,果膠甲酯酶逐漸被激活[18],因此,果膠去甲酯化程度亦增強,從而使老山芹中的溶出鈣量顯著升高(P<0.05);當時間超過30 min時,老山芹中的溶出鈣量顯著降低(P<0.05)。這是因為海藻酸鈉與氯化鈣進入組織內部并與果膠酸在果膠甲酯酶催化下的反應需要一定的時間,但是在50 ℃下,時間過長會抑制果膠甲酯酶的活性[17],酶喪失活性便無法促進果膠的產生,而影響與鈣的結合。

圖6 浸泡時間對溶出鈣含量的影響Fig.6 Effect of soaking time on the dissolved calcium content

由圖7得知,浸泡時間對老山芹的脆度與咀嚼性的影響拐點也為30 min,解凍后感官品質結果與溶出鈣量一致,且作用效果顯著(P<0.05)。這是因為當浸泡時間較少時,果膠甲酯酶沒有被完全激活,所生成的溶出鈣含量便不足,導致脆度及咀嚼性同樣較低;浸泡時間超過30 min時,果膠甲酯酶的活性出現下降,因此脆度與咀嚼性也隨之下降。Nissreen等在實驗中證明:當熱處理時間過長,破壞植物組織所需要的穿刺力與加熱時間存在負相關關系[17],這與本實驗相符。因此,浸泡時間選擇為30 min。

圖7 浸泡時間對老山芹脆度與咀嚼性的影響Fig.7 Effect of soaking time on brittleness and chewiness of Heracleum moellendorffii

2.4 老山芹保脆工藝響應曲面優(yōu)化試驗

基于單因素實驗的結果,選取復配比、保脆劑濃度和浸泡時間為自變量,溶出鈣含量為響應值,利用Design Expert 8.0軟件進行三因素三水平的Box-Behnken中心組合設計試驗，設計方案及結果如表4所示。

表4 響應面試驗設計及結果Table 4 Design and results of response surface experiment

使用Design Expert 8.0軟件對表4實驗數據進行多元回歸擬合,各實驗因子對溶出鈣含量指標的影響可用如下函數表示。

溶出鈣含量(mg/100 g)=98.15-7.29A+9.96B-4.31C+2.75AB+5.07AC-0.18BC-16.42A2-25.09B2-20.84C2

2.4.1 老山芹保脆模型的建立及顯著性分析 通過Box-Benhnken Design 響應面分析法對實驗結果擬合的模型進行方差分析,結果見表5。

根據表5試驗結果可知,模型F值為167.59,P值<0.0001,表示該模型具有顯著性。失擬項F值為2.71,P值為0.1797>0.05,即失擬項差異不顯著,該回歸方程對實驗擬合度好。F值反映了各因素對溶出鈣含量的影響程度,F值越大表明對溶出鈣含量的影響越大[27],由表5可知FA=82.70,FB=154.28,FC=28.95,即各因素對鈣含量的影響程度的大小順序為:保脆劑濃度>復配比>浸泡時間。模型一次項A、B、C,二次項A2、B2和C2,交互項AC對響應值影響均極顯著(P<0.01),交互項AB顯著(P<0.05),交互項BC對響應值的影響不顯著(P>0.05)。

2.4.2 響應曲面的交互作用分析 由圖a知,保脆劑濃度與海藻酸鈉-氯化鈣的復配比對響應值的交互作用顯著。由圖b知,浸泡時間與海藻酸鈉-氯化鈣復配比交互作用顯著。

2.4.3 老山芹保脆工藝參數優(yōu)化及驗證結果 運用Design-Expert 軟件,擬合方程分析得出最優(yōu)條件為:保脆劑復配比1∶1.8,濃度4 g/L,浸泡時間29 min,溶出鈣含量為100.23 mg/100 g。對理論最優(yōu)條件進行3次平行驗證試驗,溶出鈣的含量平均為98.93 mg/100 g,與理論值100.23 mg/100 g差異不顯著(P>0.05),較新鮮未處理的樣品溶出鈣含量極顯著增加(P<0.01),并測得此時脆度為4618 gf,咀嚼性為2402.19 gf,故該多元二次回歸方程用于對老山芹保脆工藝條件的預測是可靠的。

表5 回歸模型方差分析Table 5 Variance analysis of regression equation

注:**表示差異極其顯著,P<0.01;*表示差異顯著,P<0.05。

圖8 不同因素交互作用對溶出鈣含量影響的響應曲面圖Fig.8 Response surface graph of different factors interaction on dissolved calcium content

2.4.4 老山芹保脆優(yōu)化結果鈣含量與脆度、咀嚼性相關性分析 在老山芹保脆工藝中對溶出鈣含量與脆度、咀嚼性三種指標進行相關性分析,結果表明,溶出鈣含量與脆度、咀嚼性的相關系數均為0.792,為極顯著正相關(P<0.01);脆度與咀嚼性之間的相關系數為0.930,為極顯著正相關(P<0.01)。因此,一定程度上可以說明在老山芹保脆工藝實驗中,溶出鈣含量的變化與脆度、咀嚼性存在直接關聯,也印證了溶出鈣含量的提升可以增強老山芹的脆度與咀嚼性。

表6 溶出鈣含量與脆度、咀嚼性的相關性分析Table 6 Correlation analysis between dissolved calcium content and brittleness and chewiness

注:**表示在0.01級別(雙尾)相關性極顯著。

3 結論

本實驗以老山芹為原料,從六種保脆劑中篩選出適合老山芹的保脆劑:海藻酸鈉-氯化鈣復配型保脆劑,并通過測定老山芹在不同處理方式下的溶出鈣增加量證明了篩選出的復配型保脆劑對老山芹具有保脆作用。通過實驗研究,得到最佳工藝條件為:海藻酸鈉與氯化鈣復配比例1∶1.8,保脆劑濃度(以浸泡液計)4 g/L,浸泡時間29 min時,溶出鈣的含量98.93 mg/100 g,脆度4618 gf,咀嚼性2402.19 gf,經驗證該響應曲面模型合理可靠,能夠很好地預測實驗結果。經過相關性分析得出:溶出鈣指標與表觀咀嚼性和脆度的感官品質指標變化呈現極顯著正相關(P<0.01,相關系數0.792)。試驗探究優(yōu)化得到的條件參數可以給予蔬菜冷凍企業(yè)技術支持。