索慧敏 黃 歡 王 杰 牛瀟瀟 韓育梅

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

超高壓技術(shù)(Ultra-high pressure，HPP)作為一種非熱處理手段，可最大限度的保留食品的營(yíng)養(yǎng)與感官品質(zhì)，且其良好的滅菌效果保證了食品的微生物安全性，從而延長(zhǎng)了食品的貨架期[1]。大量研究表明HPP處理對(duì)鮮切果蔬具有良好的保鮮作用，可延長(zhǎng)其貨架期[2,3]，但韓文娥[4]報(bào)道，HPP處理同時(shí)會(huì)使鮮切果蔬的硬度存在顯著下降，影響其品質(zhì)。Castro等[5]研究發(fā)現(xiàn)在HPP(100～200 MPa)下將新鮮切片的黃色、紅色和綠色甜椒加工10～20 min，發(fā)現(xiàn)黃色甜椒的硬度降低了20%。Blaker等[6]表明，經(jīng)超高壓處理的果蔬制品，體積在液體介質(zhì)中被壓縮，生物高分子立體結(jié)構(gòu)在高壓下受到破壞，引起氧鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價(jià)鍵變化和蛋白質(zhì)、淀粉等大分子變性，從而使果蔬細(xì)胞結(jié)構(gòu)變形或破裂，影響果蔬質(zhì)構(gòu)。有研究表明Ca2+的添加可明顯改善鮮切芒果細(xì)胞抗性，改善鮮切芒果質(zhì)地的軟化，增強(qiáng)其硬度。Ca2+可以被動(dòng)地?cái)U(kuò)散到植物組織中，提高細(xì)胞壁的強(qiáng)度，減少脫水過(guò)程對(duì)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的損害，從而提高果蔬組織的硬度[7]。但關(guān)于氯化鈣添加到鮮切馬鈴薯中對(duì)其質(zhì)地的影響還鮮有報(bào)道。因此本實(shí)驗(yàn)通過(guò)添加氯化鈣于超高壓處理的鮮切馬鈴薯中，旨在探究氯化鈣處理對(duì)鮮切馬鈴薯質(zhì)地的改善作用，以期得到品質(zhì)優(yōu)良的鮮切產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冀張12馬鈴薯，氯化鈣(分析純)。

HPP-600-5L型超高壓設(shè)備(工作壓力: 0～600 MPa，有效容積: 5 L，工作溫度: 室溫，工作介質(zhì):水)，TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀，DZ-400-2D真空包裝機(jī)，TAS-900原子吸收分光光度計(jì)。

1.2 方法

1.2.1 氯化鈣結(jié)合超高壓處理制備鮮切馬鈴薯工藝流程

取貯藏于8 ℃條件下的新鮮馬鈴薯，用流水清洗的方式將新鮮馬鈴薯表面的雜質(zhì)清洗干凈，去皮并進(jìn)行二次清洗，切片(厚度0.5 cm)，之后用不同濃度、處理方式、處理時(shí)間的CaCl2溶液處理，同時(shí)以蒸餾水浸泡作為空白對(duì)照，浸泡條件參照CaCl2處理?xiàng)l件，操作完成后用干凈紗布吸干表面細(xì)胞液，隨機(jī)取5片裝入PE袋，進(jìn)行真空包裝(0.09 atm,20 s)。超高壓處理：將處理后的樣品浸泡于超高壓容器的傳壓介質(zhì)水中，密閉，于室溫下在100、300、500 MPa壓力下處理，保壓時(shí)間5、10、15 min,卸壓時(shí)間3 s，取出后于4 ℃冰箱中貯藏待測(cè)。

1.2.2 鈣處理方式對(duì)鮮切馬鈴薯Ca2+含量及硬度的影響

參考韓文娥[4]的研究，選擇1.0%氯化鈣溶液，浸泡時(shí)間10 min；超高壓處理500 MPa，10 min對(duì)鮮切馬鈴薯進(jìn)行處理。本實(shí)驗(yàn)鈣處理方式選擇普通浸泡和真空浸漬2種，同時(shí)以超高壓處理(記作HPP)和未經(jīng)超高壓處理即蒸餾水浸泡處理(記作未經(jīng)處理)的樣品作為對(duì)照。

1.2.3 CaCl2溶液濃度及浸泡時(shí)間范圍的確定

選擇0.2%、0.6%、1.0%、1.4%、1.8%的CaCl2溶液，真空浸漬時(shí)間5、10、15、20 min結(jié)合超高壓(500 MPa，10 min)處理鮮切馬鈴薯，以同等時(shí)間蒸餾水真空浸漬結(jié)合超高壓處理作為對(duì)照組，同時(shí)將直接超高壓處理記為HPP組便于全面分析。選擇硬度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2.4 不同影響因素對(duì)鮮切馬鈴薯硬度影響的響應(yīng)面設(shè)計(jì)

運(yùn)用Box-Behnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，選擇超高壓處理壓力A、超高壓壓力作用時(shí)間B、CaCl2溶液濃度C和氯化鈣真空浸漬時(shí)間D為自變因素，馬鈴薯硬度為響應(yīng)值進(jìn)行四因素三水平的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)。采用 Design-Expert 軟件進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平見表1，A、B的選擇參考前期研究，C、D的選擇由1.2.3結(jié)果確定。建立二次回歸方程見式(1)，其中Y是預(yù)測(cè)響應(yīng),β0模型常數(shù)，β1、β2、β3、β4線性系數(shù)，β11、β22、β33、β44二次系數(shù)，β12、β13、β14、β23、β24、β34積系數(shù)。

Y=β0+β1A+β2B+β3C+β4D+β11A2+β22B2+β33C2+β44D2+β12AB+β13AC+β14AD+β23BC+β24BD+β34CD

(1)

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平和編碼

1.2.5 Ca2+含量的測(cè)定

采用火焰原子吸收光譜法測(cè)定馬鈴薯中的Ca2+含量。測(cè)定參數(shù)為，波長(zhǎng)：422.67 nm；工作電流：3.0 mA；光譜帶寬：0.4 nm；燃?xì)饬髁? 700 mL/min；燃燒器高度：6.0 mm。精確配制定量的鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液，通過(guò)逐級(jí)稀釋的方法進(jìn)行梯度稀釋，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.019 3+0.013 3，R2=0.997 4。樣品處理及消解：將處理后的馬鈴薯用超純水清凈后置于80 ℃烘箱中烘干，取出磨粉，過(guò)100目篩。精確稱取馬鈴薯粉末 0.500 g于燒杯中，加入2 mL 硝酸，適當(dāng)加熱，使其完全溶解，然后加入4 mL硝酸和2 mL鹽酸繼續(xù)加熱進(jìn)行消解，直至瓶口白煙冒盡，溶液變?yōu)槌吻濉⑼该鳛橹筟8]。離心，過(guò)濾，將樣品溶液轉(zhuǎn)入100 mL 容量瓶，用 1%硝酸定容至刻度。

1.2.6 硬度的測(cè)定

質(zhì)構(gòu)指標(biāo)硬度的測(cè)定：在馬鈴薯片的內(nèi)髓部取1個(gè)點(diǎn)，外髓及維管束環(huán)處均勻取3個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)定。4個(gè)位置上測(cè)得的數(shù)值取平均后為該片馬鈴薯的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)數(shù)值。每個(gè)處理下測(cè)定7片。測(cè)試模式：全質(zhì)構(gòu)模式(TPA)，探頭：P36R，測(cè)試參數(shù)：測(cè)前速度 2.00 mm/s，測(cè)試速度 2.00 mm/s，測(cè)后速度2.00 mm/s，應(yīng)變50%，2次間隔時(shí)間5 s，觸發(fā)力為5 g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次，采用SPSS19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，利用Origin2018進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鈣處理方式對(duì)鮮切馬鈴薯Ca2+含量及硬度的影響

由圖1可知，超高壓處理后2種浸泡方式下鮮切馬鈴薯的Ca2+含量及硬度相對(duì)于未經(jīng)處理的樣品均顯著降低(P<0.05)，這可能是細(xì)胞壁多糖降解和多聚化學(xué)鍵的改變，引起細(xì)胞分離、軟化、溶脹，細(xì)胞彭壓改變，從而影響果實(shí)質(zhì)地[9]。當(dāng)1.0%氯化鈣結(jié)合超高壓處理之后，鮮切馬鈴薯鈣離子含量與HPP及未處理的鮮切馬鈴薯相比均顯著提高，且HPP結(jié)合氯化鈣(1.0%)在真空浸漬的處理?xiàng)l件下鮮切馬鈴薯鈣離子含量顯著高于普通浸泡。當(dāng)超高壓輔助1.0%氯化鈣處理后，馬鈴薯硬度指標(biāo)有所回升，Ca2+的添加對(duì)鮮切馬鈴薯的硬度起到了明顯的改善作用，這可能是Ca2+能夠與組織細(xì)胞壁上的果膠酸相互作用而形成果膠酸鈣，從而提高鮮切果蔬細(xì)胞組織的硬度，Ca2+含量與硬度可能存在一定的相關(guān)性，也可能是氯化鈣作用于鮮切馬鈴薯，可使果蔬組織細(xì)胞中的Ca2+含量增加，同時(shí)超高壓利于PME作用，促進(jìn)果膠去甲酯化，Ca2+與去甲基化的果膠交聯(lián)，提高了細(xì)胞剛性[10]。其中真空浸漬處理的鮮切馬鈴薯硬度和未經(jīng)處理的鮮切馬鈴薯硬度相當(dāng)，可能是真空浸漬由于負(fù)壓產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力，促進(jìn)溶劑中的Ca2+向馬鈴薯內(nèi)部擴(kuò)散[11]，并且HPP具有加速傳質(zhì)的功能，可結(jié)合添加微量元素來(lái)改善果蔬的結(jié)構(gòu)，可保持至與未處理馬鈴薯硬度無(wú)顯著差異(P>0.05)。說(shuō)明真空浸漬結(jié)合1.0%的CaCl2可以有效改善HPP處理后鮮切馬鈴薯硬度下降這一問(wèn)題。但普通浸泡的鮮切馬鈴薯，雖添加了1.0%的CaCl2，但硬度卻和未處理的鮮切馬鈴薯具有顯著性差異(P<0.05)，其硬度相較于未處理的鮮切馬鈴薯顯著降低，與超高壓處理的鮮切馬鈴薯的硬度無(wú)顯著性差異(P>0.05)，說(shuō)明普通浸泡雖添加了CaCl2但并未對(duì)超高壓處理的鮮切馬鈴薯造成的質(zhì)地?fù)p失起到良好的改善作用，由此可以看出不同的浸泡方式對(duì)鮮切馬鈴薯的Ca2+含量及硬度具有不同的影響。

注：圖中不同字母小寫、大寫字母分別表示硬度、鈣離子含量存在顯著差異(P>0.05)。圖1 鮮切馬鈴薯在真空浸漬和普通浸泡下 Ca2+含量及硬度的比較與變化

CaCl2溶液真空浸漬結(jié)合HPP處理鮮切馬鈴薯可以明顯改善單一HPP處理后產(chǎn)生的質(zhì)地軟化、Ca2+損失，效果優(yōu)于普通浸泡處理，對(duì)馬鈴薯感官起到了良好的保持，因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)中選擇鈣鹽處理方式為真空浸漬處理。為探究不同的處理方式對(duì)鮮切馬鈴薯質(zhì)地的影響程度，此實(shí)驗(yàn)CaCl2濃度的選擇僅參照了韓文娥[4]的研究(1.0%CaCl2)，但可能不同濃度的CaCl2作用于鮮切馬鈴薯，對(duì)其Ca2+含量及硬度的影響也是不同的，因此選擇合適的Ca2+濃度對(duì)超高壓作用于鮮切馬鈴薯造成的質(zhì)地?fù)p失進(jìn)行改善是至關(guān)重要的。

2.2 CaCl2溶液濃度及浸泡時(shí)間對(duì)鮮切馬鈴薯硬度的影響

不同濃度CaCl2及真空浸漬時(shí)間結(jié)合超高壓處理下鮮切馬鈴薯硬度變化如圖2所示，500 MPa，10 min超高壓處理鮮切馬鈴薯后其硬度為2 910.41 g，略高于對(duì)照(蒸餾水+HPP)處理，這是因?yàn)閷?duì)照處理中鮮切馬鈴薯在水中浸泡了一定時(shí)間，由于其切面的細(xì)胞受損以及滲透壓作用導(dǎo)致部分細(xì)胞物質(zhì)溶出，造成硬度損失。相比對(duì)照以及HPP處理，在真空浸漬時(shí)間5～15 min內(nèi)，不同濃度CaCl2結(jié)合HPP處理后的馬鈴薯硬度有所提高，其中CaCl2濃度為0.6%～1.4%，馬鈴薯硬度回復(fù)及保持效果相對(duì)較好。說(shuō)明適宜的CaCl2濃度對(duì)鮮切馬鈴薯質(zhì)地具有良好的改善作用，CaCl2濃度過(guò)高過(guò)低均不利于馬鈴薯硬度的回復(fù)，而且依據(jù)韓文娥[4]的研究，過(guò)大的濃度會(huì)對(duì)鮮切馬鈴薯的風(fēng)味也造成一定的影響，使鮮切馬鈴薯出現(xiàn)苦澀味道。同時(shí)當(dāng)真空浸漬時(shí)間為20 min時(shí)，經(jīng)鈣鹽結(jié)合HPP處理后的馬鈴薯硬度均低于只經(jīng)HPP 處理后馬鈴薯硬度。這說(shuō)明鈣鹽結(jié)合HPP處理中真空浸漬時(shí)間過(guò)長(zhǎng)不利于改善HPP處理后鮮切馬鈴薯質(zhì)地軟化的問(wèn)題，甚至?xí)龠M(jìn)其軟化，導(dǎo)致鮮切馬鈴薯質(zhì)地下降。有研究表明，Ca2+在果膠降解中存在雙重作用，Ca2+通過(guò)與果膠多糖交聯(lián)，從而使一部分可溶性果膠轉(zhuǎn)化成螯合性果膠，降低其解聚，另一方面，Ca2+濃度過(guò)高或浸漬時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)促進(jìn)β-消除反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致質(zhì)地下降[12]，因此在添加CaCl2時(shí)要選擇適宜的濃度及浸漬時(shí)間。

圖2 不同濃度CaCl2及真空浸漬時(shí)間結(jié)合 超高壓處理對(duì)鮮切馬鈴薯硬度的影響

2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到CaCl2結(jié)合超高壓處理的鮮切馬鈴薯硬度的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，具體實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

2.3.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二元回歸擬合，模擬出鮮切馬鈴薯的硬度Y1、Ca2+含量Y2對(duì)HPP壓力(A)、壓力作用時(shí)間(B)、CaCl2溶液濃度(C)和真空浸漬時(shí)間(D)的二次多項(xiàng)式回歸方程為：

Y1鮮切馬鈴薯硬度=3 258.24+65.68A-8.94B+79.10C+44.32D-125.00AB-11.22AC-6.87AD-160.06BC-9.40BD-62.46CD-161.85A2-182.77B2-138.47C2-153.06D2

Y2鮮切馬鈴薯Ca2+含量=3 041.1+392.79A+197.41B+130.80C-231.70D-468.12AB-120.42AC-386.07AD+58.40BC+252.70BD+409.18CD-638.12A2-77.90B2-339.81C2-595.66D2

表3 硬度響應(yīng)面擬合回歸方程的方差分析結(jié)果

由表4方差分析結(jié)果可知，本實(shí)驗(yàn)中模型(P<0.000 1)極顯著，失擬項(xiàng)(P=0.113 7>0.05)不顯著，表明二次多項(xiàng)式回歸模型對(duì)響應(yīng)值Y2影響顯著。復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0. 951 1，修正相關(guān)系數(shù)RAdj2=0. 902 1，說(shuō)明回歸模型和實(shí)驗(yàn)吻合程度較高，可以模擬90.21%的響應(yīng)值變化，能夠預(yù)測(cè)鮮切馬鈴薯Ca2+含量的實(shí)際情況。綜上可得，該模型較準(zhǔn)確的模擬了HPP壓力、壓力作用時(shí)間、CaCl2溶液濃度和真空浸漬時(shí)間四個(gè)因素對(duì)鮮切馬鈴薯Ca2+含量的影響。擬合方程的一次項(xiàng)(A)、二次項(xiàng)(A2、D2)對(duì)響應(yīng)值影響極顯著(P<0.01)，一次項(xiàng)(B、C、D)、交互項(xiàng)(AB、AD、BD、CD)、二次項(xiàng)(C2)對(duì)響應(yīng)值影響顯著(P<0.05)，表示這些因素對(duì)鮮切馬鈴薯鈣離子含量影響較大，各因素對(duì)鮮切馬鈴薯Ca2+含量影響的大小排序依次為A(HPP壓力)>D(真空浸漬時(shí)間)>B(壓力作用時(shí)間)>C(CaCl2溶液濃度)。

表4 Ca2+含量響應(yīng)面擬合回歸方程的方差分析結(jié)果

依據(jù)二次多項(xiàng)式回歸模型對(duì)影響因素進(jìn)行優(yōu)化分析計(jì)算，得到鮮切馬鈴薯保脆最優(yōu)工藝條件：CaCl2處理(1.0%，10 min)結(jié)合HPP(300 MPa，10 min)在此條件下模型預(yù)測(cè)鮮切馬鈴薯的硬度最大，為3 284.83 g，Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為3 157.82 μg/g。為檢驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)優(yōu)化條件的可靠性，采用計(jì)算出的最優(yōu)條件進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，做3組平行實(shí)驗(yàn)，得到硬度平均值為(3 283.61±1.47) g，Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為(3 162.72±3.32) μg/g。為與模型計(jì)算出的預(yù)測(cè)值誤差很小。因此，利用二次多項(xiàng)式回歸擬合鮮切馬鈴薯保脆條件準(zhǔn)確可靠，能較好預(yù)測(cè)各因素對(duì)硬度及Ca2+含量的影響[13]。

3 結(jié)論

適宜的氯化鈣濃度及時(shí)間對(duì)鮮切馬鈴薯硬度具有良好的改善作用。HPP處理使鮮切馬鈴薯Ca2+含量及硬度降低。HPP結(jié)合CaCl2處理會(huì)提高鮮切馬鈴薯Ca2+含量及硬度，真空浸漬效果優(yōu)于普通浸泡。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果表明HPP壓力、壓力作用時(shí)間、CaCl2濃度及真空浸漬時(shí)間交互影響，且CaCl2濃度影響最大，在1.0%CaCl2，真空浸漬10 min結(jié)合HPP壓力300 MPa、壓力作用時(shí)間10 min的處理?xiàng)l件下，馬鈴薯的硬度值最大，為3 284.83 g，與未處理的鮮切馬鈴薯硬度相當(dāng)。Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為3 157.82 μg/g，顯著高于未處理組鈣離子含量。