王曉雨,利通,常晨光,任貴平,楊海燕,2,武運(yùn),2,黃文書,2*

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(新疆果品采后科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 烏魯木齊,830052)

枸杞(LyciumbarbarumL.)是一種茄科植物,具有豐富的化學(xué)成分和藥用特性,兩千多年來一直是傳統(tǒng)中藥的重要組成部分,被稱為“超級水果”[1]。枸杞中含有較多營養(yǎng)物質(zhì)和高抗氧化能力的生物活性化合物,如多糖、多酚、類胡蘿卜素和氨基酸等[2],其中多聚糖復(fù)合物是枸杞果實(shí)中最重要、最豐富的一類化合物[1]。枸杞還具有促進(jìn)健康的生物學(xué)效應(yīng),可預(yù)防或治療高血壓、降血糖、降血脂、保護(hù)視網(wǎng)膜、促進(jìn)細(xì)胞凋亡和抑制癌細(xì)胞增殖[3-4]。枸杞為漿果類果實(shí),具有較高的含水量,且表皮附著較厚的蠟質(zhì)層,阻礙了干制過程中果實(shí)內(nèi)部水分向外擴(kuò)散,降低枸杞的干制速率,使干制時間較長。此外,枸杞在干制過程中易受到酶促褐變或非酶褐變的影響而發(fā)生褐變反應(yīng),導(dǎo)致枸杞干制品品質(zhì)較差。因此,對枸杞的品質(zhì)控制成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。

食品在干制過程中會發(fā)生一些物理化學(xué)反應(yīng)、營養(yǎng)成分和感官品質(zhì)的變化[5]。枸杞在干制前易受到機(jī)械損傷以及干制過程中溫度或氧氣的影響,經(jīng)常會出現(xiàn)色澤變暗的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致褐變反應(yīng)的發(fā)生。根據(jù)果蔬發(fā)生褐變反應(yīng)的條件和機(jī)理不同,可以將褐變分為酶促褐變和非酶褐變,2種褐變均會導(dǎo)致枸杞品質(zhì)下降,造成色澤劣變及營養(yǎng)物質(zhì)損失。在工業(yè)規(guī)模下,由于干燥時間長、干燥溫度高,還會出現(xiàn)原料組織收縮、失味、再水化能力下降等問題[6]。其次,枸杞發(fā)生褐變離不開水分含量和水分活度的影響,而降低水分含量的目的是延長食品的保質(zhì)期,將水分活度降低到足夠低的水平,可以使微生物、酶反應(yīng)和其他劣化反應(yīng)受到抑制[7]。因此,為提高枸杞的干燥速度,并防止枸杞在干制過程中發(fā)生褐變反應(yīng),可在枸杞干制前進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇俑勺o(hù)色預(yù)處理,使枸杞同時達(dá)到干制速度快、干制品色澤鮮艷的效果。然而,對于枸杞干制過程中的顏色變化和促干護(hù)色劑的作用機(jī)理,國內(nèi)外少有研究。

本研究以鮮枸杞為原料,以未處理的枸杞為對照,使用無硫促干護(hù)色劑對枸杞進(jìn)行預(yù)處理,并對枸杞進(jìn)行干燥,在整個干燥過程中對酶促褐變和非酶褐變相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測定分析,利用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察枸杞表皮蠟質(zhì)層的破壞情況,探究枸杞在干制過程中的褐變類型及促干護(hù)色劑的作用機(jī)理,旨在為實(shí)踐中采取有效控制枸杞褐變措施,提高枸杞干制產(chǎn)品的品質(zhì)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮枸杞,2021年9月采自新疆精河縣,品種為寧杞9號。選取無腐爛霉變,無機(jī)械損傷,成熟度與顆粒大小均一的果實(shí)進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。碳酸鈉、檸檬酸(食品級),河南萬邦化工科技有限公司;亮氨酸標(biāo)準(zhǔn)品(≥98%)、5-羥甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF)標(biāo)準(zhǔn)品(≥98%),上海源葉生物科技有限公司;福林酚試劑,北京索萊寶科技有限公司;茚三酮、正丙醇、正丁醇、乙二醇、乙酸鈉、異丙醇、抗壞血酸、酒石酸鉀鈉、3,5-二硝基水楊酸、亞硫酸鈉、碳酸鈉、無水乙醇、聚乙二醇6000、聚乙烯吡咯烷酮、曲拉通(Triton X-100)、鄰苯二酚、愈創(chuàng)木酚、過氧化氫、三氯乙酸、硫代巴比妥酸,均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9420A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海申賢恒溫設(shè)備廠;IKA?A11基本型研磨機(jī),廣州儀科實(shí)驗(yàn)室技術(shù)有限公司;SF-GL-16A型高速冷凍離心機(jī),上海菲恰爾分析儀器有限公司;T6新世紀(jì)紫外分光光度計(jì),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;LE204E型電子天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;JEA202型電子天平,上海浦春計(jì)量儀器有限公司;DHS-16型水分測定儀,上海菁海儀器有限公司;NH-A-1808型高品質(zhì)電腦色差儀,深圳市三恩時科技有限公司;DZKW-型電熱恒溫水浴鍋,北京市永光明醫(yī)療儀器廠;KQ-300TDE型高頻數(shù)控超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司;HDCE-X5 N型光學(xué)顯微鏡,深圳市賽克數(shù)碼科技開發(fā)有限公司;JSM-7610FPlus型掃描電子顯微鏡,捷歐路(北京)科貿(mào)有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

促干護(hù)色劑配方參考王曉雨等[8]的方法進(jìn)行配制,成分為脫蠟劑碳酸鈉和護(hù)色劑檸檬酸,均為食品級成分。將枸杞(100 g)置于蒸餾水(250 mL)和促干護(hù)色液(250 mL)中浸泡10 min,取出后瀝干表面水分,單層平鋪于不銹鋼絲網(wǎng)盤中,置于50 ℃熱風(fēng)干燥箱中將其干燥至水分含量低于13%,此為對照組和處理組。將枸杞在干燥期間每烘至8 h進(jìn)行取樣,用液氮速凍后置于-80 ℃冰箱中保存,用于后續(xù)試驗(yàn)。直接撕取不同處理下的枸杞表皮,用于光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀察。

1.3.2 含水量的測定

采用快速水分測定儀測定枸杞干制后的水分含量。

1.3.3 色澤的測定

采用色差儀對枸杞干制后的色澤進(jìn)行測定。用ΔE表示待測樣品的色澤(L、a、b)與鮮樣色澤的(L*、a*、b*)的差異[9]。ΔE表示整體顏色變化,計(jì)算方法如公式(1)所示:

(1)

式中:L、L*值分別表示干樣和鮮樣的明度;a、a*值分別表示干樣和鮮樣的紅綠度;b、b*值分別表示干樣和鮮樣的黃藍(lán)度,ΔE為總色差值。

1.3.4 多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活性的測定

參考曹建康等[10]的方法對PPO活性進(jìn)行測定。以每克干質(zhì)量枸杞每分鐘在420 nm處吸光度變化值增加1時為1個PPO活性單位(U),結(jié)果以U/g表示。

1.3.5 過氧化物酶(peroxidase, POD)活性的測定

參考曹建康等[10]的方法對POD活性進(jìn)行測定。以每克干質(zhì)量枸杞每分鐘在470 nm處吸光度變化值增加1時為1個POD活性單位(U),結(jié)果以U/g表示。

1.3.6 總酚含量的測定

采用Folin-Ciocalteu法[11]對總酚含量進(jìn)行測定。以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品,所得標(biāo)準(zhǔn)曲線線性方程為:y=4.742 9x+0.007 5,R2=0.998 6,由此計(jì)算樣品總酚含量(mg/g)。

1.3.7 還原糖含量的測定

采用3,5-二硝基水楊酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)法[10]對還原糖含量進(jìn)行測定。以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品,所得標(biāo)準(zhǔn)曲線線性方程為:y=0.564 8x-0.011 3,R2=0.998 1,結(jié)果以百分含量(%)表示。計(jì)算如公式(2)所示:

(2)

式中:C為從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得的葡萄糖毫克數(shù),mg;V為樣品提取液總體積,mL;N為樣品提取液稀釋倍數(shù);Vs為測定時所取樣品提取液體積,mL;W為樣品重量,g。

1.3.8 游離氨基酸總量的測定

采用茚三酮比色法[10]進(jìn)行測定。以亮氨酸為標(biāo)準(zhǔn)品,所得標(biāo)準(zhǔn)曲線線性方程為:y=0.053 7x-0.003 8,R2=0.993 7,含量以每100 g果蔬中氨態(tài)氮的毫克數(shù)表示,即mg/100 g FW。游離氨基酸計(jì)算如公式(3)所示:

游離氨基酸總量/[mg·(100 g)-1FW]

(3)

式中:C為從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得的氨基酸(亮氨酸)的質(zhì)量,μg;V為樣品提取液總體積,mL;Vs為測定時所取樣品提取液體積,mL;W為樣品質(zhì)量,g。

1.3.9 5-HMF含量的測定

參考UDOMKUN等[12]的方法對5-HMF含量進(jìn)行測定。以5-HMF為標(biāo)準(zhǔn)品,所得標(biāo)準(zhǔn)曲線線性方程為:y=0.020 5x-0.005 2,R2=0.997 5,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算5-HMF含量,結(jié)果以μg/g表示。

1.3.10 表皮顯微結(jié)構(gòu)的觀察

光學(xué)顯微鏡制樣方法:將枸杞經(jīng)不同處理后,撕取其表皮做成水裝片,置于光學(xué)顯微鏡載物臺上觀察。需統(tǒng)一所有樣品的放大倍數(shù)。

掃描電子顯微鏡制樣方法:將經(jīng)不同處理后的枸杞干制后,使用手術(shù)刀將枸杞表皮切成小塊,將其固定在載物板上進(jìn)行噴金處理,噴金后取出置于掃描電鏡下,使用5.0 kV的加速電壓對枸杞表皮進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察,并對不同放大倍數(shù)的微觀結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行圖片采集并保存分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每個試驗(yàn)重復(fù)3次;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 26.進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,單因素方差分析方法進(jìn)行顯著性分析;采用Origin 2019b制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 促干護(hù)色劑對枸杞干制過程中水分含量的影響

根據(jù)水分含量可以判斷2組不同處理干制速度的快慢。如圖1所示,2組處理的水分含量的變化均呈下降趨勢。處理組(促干護(hù)色處理)在干制32 h時干制速度變緩,在40 h達(dá)到干制終點(diǎn),對照組在干制56 h時干制速度變緩,在72 h時達(dá)到干制終點(diǎn),相比對照組,處理組可加快枸杞的干制速度,縮短干制時間,說明預(yù)處理方法對枸杞的干燥速度影響較大。預(yù)處理溶液中的脫蠟劑為碳酸鈉,ZHAO等[13]研究發(fā)現(xiàn),在熱風(fēng)干燥過程中,碳酸鈉溶液預(yù)處理枸杞的總平均干燥速率是對照組的將近2倍,與本研究結(jié)果相似。2組處理在干制0～32 h的水分含量下降速度較快,在32 h后干燥速度較慢,由于干燥是水分和熱量傳遞的過程,其速率的變化取決于內(nèi)部水的擴(kuò)散和表面水的蒸發(fā)。枸杞果肉較厚,果皮致密,在干制后期時,內(nèi)部水分?jǐn)U散速度低于表面水分的蒸發(fā)速度,導(dǎo)致干燥期非恒定速率[13]。當(dāng)水分含量下降到一定程度時,枸杞內(nèi)部的大部分自由水被除去,結(jié)合水開始散失,因此,枸杞在干燥后期的干燥速率迅速降低。相比對照組,處理組對枸杞的干制速度有較大的提升,具有較強(qiáng)的促干效果。

圖1 不同處理對枸杞在干制過程中水分含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on moisture content of Lycium barbarum during drying process注:小寫字母表示2組處理在不同干制時間下差異顯著(P<0.05)(下同)

2.2 促干護(hù)色劑對枸杞干制過程中色澤的影響

色差反映出經(jīng)干燥后得到的枸杞與鮮果之間顏色的差異,色差值越小,顏色越接近鮮果,色差值越大,則與鮮果顏色差異越大。如圖2所示,在枸杞干制過程中,2組處理的色差值均呈上升趨勢。在干制8 h時,處理組的色差值高于對照組,對照組因未經(jīng)促干護(hù)色處理,干制速度較慢,在干制8 h時與鮮果的狀態(tài)和顏色接近。在干制16 h時,對照組的色差值開始大幅度升高,達(dá)到顯著水平(P<0.05),推測可能是發(fā)生了酶促褐變反應(yīng)導(dǎo)致枸杞顏色開始劣變,在干果中,褐變是由非酶促反應(yīng)引起的,而在新鮮水果中是由酶促反應(yīng)引起[14]。處理組的變化趨勢較為平緩,說明促干護(hù)色劑在枸杞干燥過程中發(fā)揮了一定的護(hù)色作用,顏色也受處理過或未處理過的樣品初始條件的影響,對樣品進(jìn)行預(yù)處理可減少加工和貯藏過程中的褐變現(xiàn)象,降低樣品風(fēng)味和營養(yǎng)物質(zhì)的損失。這也跟枸杞的干制速度有關(guān),枸杞在干燥中后期時,水分含量較低,水分活度下降至抑制氧化褐變的水平,從而抑制枸杞的氧化褐變現(xiàn)象。

圖2 不同處理對枸杞在干制過程中ΔE的影響Fig.2 Effects of different treatments on ΔE of Lycium barbarum during drying process

干制40 h時,處理組的色差值低于對照組,對照組因干制未結(jié)束,一些生化反應(yīng)還在進(jìn)行,顏色也受生長、成熟、采后處理和加工過程中發(fā)生的化學(xué)、生化、微生物和物理變化的影響。此外,在持續(xù)干燥的過程中,樣品表面在后期變得干燥,另考慮空氣中的高溫,導(dǎo)致產(chǎn)品表面出現(xiàn)明顯的質(zhì)量退化和裂縫[14],所以色差值繼續(xù)增大。處理組具有較好的護(hù)色效果,色差值較低,比對照組干制結(jié)束時的色差值低56%。說明經(jīng)過處理的樣品比未經(jīng)處理的樣品在外觀品質(zhì)上更容易被接受。

2.3 促干護(hù)色劑對枸杞干制過程中PPO活性的影響

褐變反應(yīng)通常是PPO或POD作用于酚類化合物形成醌,醌最終聚合并產(chǎn)生褐變現(xiàn)象。如圖3所示,在干制過程中,兩組處理的PPO活性均呈下降趨勢,在干燥初期,枸杞的酶活性較高,但隨著干燥時間的延長,PPO活性逐漸降低,說明持續(xù)的熱風(fēng)干制過程和較高的溫度下均可抑制PPO活性,KORBEL等[15]在對芒果的干制過程中也得到相似的結(jié)果。在干制結(jié)束時,對照組的PPO活性抑制率為77.25%,處理組的PPO活性抑制率為80.95%,說明促干護(hù)色處理使枸杞的PPO活性保持在較低的水平。

圖3 不同處理對枸杞在干制過程中PPO活性的影響Fig.3 Effects of different treatments on PPO activity of Lycium barbarum during drying process

同時,處理組在干制0～40 h時酶活呈現(xiàn)快速下降趨勢,而對照組下降趨勢較為平緩。促干護(hù)色液由脫蠟劑碳酸鈉和護(hù)色劑檸檬酸組成,PPO是一種含銅酶,檸檬酸對PPO活性中心的銅離子具有較強(qiáng)的螯合作用,使PPO活性受到抑制。此外,檸檬酸可降低反應(yīng)體系的pH值,使其遠(yuǎn)離PPO的最適pH值,從而抑制PPO的活性[16]。因此,相比對照組,處理組對PPO活性具有較強(qiáng)的抑制作用。

2.4 促干護(hù)色劑對枸杞干制過程中POD活性的影響

POD廣泛存在于各種植物體內(nèi),與PPO協(xié)同作用于果蔬產(chǎn)品的褐變。如圖4所示,在整個干制過程中,2組處理的POD活性均呈波動下降趨勢,說明長時間的干燥可降低枸杞的POD活性。在干制0～16 h時,對照組的POD活性出現(xiàn)小幅度上升趨勢,這可能與其有較強(qiáng)的耐熱性有關(guān)。黎婕[17]研究發(fā)現(xiàn),在30～80 ℃,柚子果肉的POD能保持較高活性,但在一定溫度下,熱加工時間足夠長,POD活性也會降低。其次,POD在植物細(xì)胞中有兩種存在形式,一是以可溶形式存在于胞漿中,二是以結(jié)合形式與細(xì)胞膜或細(xì)胞器相結(jié)合,在加工過程中,膜界酶可能被釋放和激活[18]。隨著干制的進(jìn)行,POD活性逐漸下降,在干制40 h時,2組處理的POD活性抑制率分別為43.66%和57.87%,處理組的POD活性下降較快,干制后期的水分含量較低,意味著酶的作用所需水分較少,從而使酶失去活性。在干制前對枸杞進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇俑勺o(hù)色處理,可在一定程度上抑制POD的活性,且檸檬酸對POD活性具有抑制作用,在果蔬加工時可作為酶促褐變的抑制劑。

圖4 不同處理對枸杞在干制過程中POD活性的影響Fig.4 Effects of different treatments on POD activity of Lycium barbarum during drying process

2.5 促干護(hù)色劑對枸杞干制過程中總酚含量的影響

如圖5所示,在枸杞干制過程中,對照組的總酚含量呈先下降后上升的變化趨勢,處理組的總酚含量呈上升趨勢,且高于對照組。在干制前期,對照組的總酚含量呈下降趨勢,在干制后期開始上升,這是由于干制前期枸杞中的多酚氧化酶還有較大活力,易與酚類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致總酚的消耗。而在干制后期呈現(xiàn)上升趨勢可能是枸杞經(jīng)過長時間的加熱,由于植物細(xì)胞壁的破壞而改變其可萃取性,因此結(jié)合的多酚類化合物更容易釋放。其次,酚酸主要與碳水化合物和蛋白質(zhì)結(jié)合,在熱加工過程中,因細(xì)胞成分和共價鍵的破壞而釋放,使其多酚成分更易于提取。在干制結(jié)束時,2組處理的總酚含量相比鮮果枸杞的總酚含量分別增加了22%和30%。相關(guān)研究表明,干果的總酚含量要比鮮果的總酚含量高很多,因?yàn)榭寡趸瘎诟稍锖笞兊眉衃19],與本研究結(jié)果相似。

圖5 不同處理對枸杞在干制過程中總酚含量的影響Fig.5 Effects of different treatments on total phenolic content of Lycium barbarum during drying process

2.6 促干護(hù)色劑對枸杞干制過程中還原糖含量的影響

果蔬在加工過程中會發(fā)生非酶褐變,如美拉德反應(yīng),是一種發(fā)生在氨基酸、肽或蛋白質(zhì)等氨基化合物和羰基化合物之間的化學(xué)反應(yīng),羰基化合物通常是葡萄糖和果糖等還原糖類物質(zhì)。如圖6所示,隨著干制的進(jìn)行,2組處理的還原糖含量均呈先上升后下降的變化趨勢。還原糖包括葡萄糖和果糖,在干制前期,還原糖含量增加,可能是因?yàn)檎崽窃诟邷丨h(huán)境下由轉(zhuǎn)化酶水解產(chǎn)生果糖和葡萄糖等羰基化合物。宋云等[20]研究脫苦杏仁在干制過程中的還原糖含量的變化規(guī)律也得到類似的結(jié)果,推測是干制前期,多糖和雙糖類物質(zhì)會在高溫下分解為還原糖等單糖類物質(zhì)。

圖6 不同處理對枸杞在干制過程中還原糖含量的影響Fig.6 Effects of different treatments on reducing sugar content of Lycium barbarum during drying process

在干制后期,枸杞中的還原糖含量下降,結(jié)合游離氨基酸總量和5-HMF含量的變化情況,推測在干制后期還原糖可能會參與到非酶褐變中,從而消耗還原糖類物質(zhì)。張寶善等[21]發(fā)現(xiàn)紅棗在50 ℃熱風(fēng)干制過程中,還原糖含量也呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢,推測糖的消耗與非酶褐變密切相關(guān)。在干制32 h時,處理組的還原糖含量達(dá)到峰值,對照組則在干制56 h時達(dá)到峰值,隨后繼續(xù)下降。處理組經(jīng)過促干護(hù)色處理后加快了反應(yīng)進(jìn)程,而對照組因干制時間較長,反應(yīng)較慢。此外,當(dāng)枸杞水分含量和酶活降到一定程度時,非酶褐變也會發(fā)生,這也是導(dǎo)致色差值增大的另一個原因。

2.7 促干護(hù)色劑對枸杞干制過程中游離氨基酸總量的影響

氨基化合物是發(fā)生美拉德反應(yīng)的另一種反應(yīng)物,與羰基化合物反應(yīng)后生成褐變色素,根據(jù)游離氨基酸在干制過程中的變化趨勢可判斷枸杞的褐變情況。如圖7所示,隨著干制的進(jìn)行,2組處理的游離氨基酸總量均呈先上升后下降的變化趨勢,可能是因?yàn)殍坭街械牡鞍踪|(zhì)或結(jié)合態(tài)氨基酸降解導(dǎo)致的結(jié)果。宋云等[20]研究脫苦杏仁在干制過程中游離氨基酸含量的變化規(guī)律時,也得到類似的結(jié)果。推測枸杞在干制前期,蛋白質(zhì)因持續(xù)受熱而發(fā)生水解反應(yīng),從而導(dǎo)致游離氨基酸含量增加。

圖7 不同處理對枸杞在干制過程中游離氨基酸總量的影響Fig.7 Effects of different treatments on the total free amino acids of Lycium barbarum during the drying process

在整個干制過程中,處理組在干制24 h時達(dá)到峰值,對照組在干制32 h時達(dá)到峰值,隨后繼續(xù)下降。對照組在干制中期就出現(xiàn)下降趨勢,說明對照組在干制中后期可能發(fā)生了非酶褐變反應(yīng),使氨基化合物參與到美拉德反應(yīng)中,導(dǎo)致游離氨基酸而迅速減少。且干制時間越長,其損失量越大,褐變程度越嚴(yán)重。枸杞經(jīng)促干護(hù)色處理后,在加快了干制速度和反應(yīng)進(jìn)程的同時,也抑制了很多生理生化反應(yīng),下降較為平緩,使參與美拉德反應(yīng)的氨基酸較少,進(jìn)而有效抑制褐變,這也與圖2中的色差值結(jié)果一致。

2.8 促干護(hù)色劑對枸杞干制過程中5-HMF含量的影響

5-HMF是一種重要的中間體,可作為美拉德反應(yīng)強(qiáng)度的指標(biāo),通常被用作美拉德反應(yīng)演化的指示物和潛在的褐變標(biāo)記物[22]。如圖8所示,在枸杞干制過程中,兩組處理的5-HMF含量均呈先下降后上升的變化趨勢。干制初期,在鮮果中檢測到5-HMF,可能與其成熟度和色素類物質(zhì)有關(guān)。HELYES等[23]在新鮮番茄中檢測到5-HMF,從綠色期到深紅色期,番茄紅素增加,與5-HMF含量成正比。在干制前期,5-HMF呈下降趨勢,可能與枸杞中含有的綠原酸有關(guān),綠原酸易被PPO作用形成醌型綠原酸,醌型綠原酸會抑制體系中果糖與氨基酸的結(jié)合,導(dǎo)致體系中5-HMF的含量降低[24]。

圖8 不同處理對枸杞在干制過程中5-HMF含量的影響Fig.8 Effects of different treatments on the content of 5-HMF in Lycium barbarum during drying process

隨著干制的進(jìn)行,兩組處理的5-HMF含量在干制后期均呈上升趨勢,在熱力的持續(xù)作用下,還原糖和氨基酸會發(fā)生美拉德反應(yīng),同時還可能在酸的作用下生成5-HMF,但還需經(jīng)過一系列反應(yīng)生成褐色物質(zhì)。結(jié)合還原糖和游離氨基酸含量的變化,推測枸杞在干制前期主要以酶促褐變?yōu)橹?干制后期可能存在美拉德反應(yīng)參與枸杞的褐變。干制結(jié)束時,處理組的5-HMF含量比對照組低了28.90%。說明促干護(hù)色劑可抑制5-HMF的積累,進(jìn)而抑制枸杞發(fā)生非酶褐變。ZHANG等[25]研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過高壓二氧化碳預(yù)處理的蜜橘皮在干燥過程中的5-HMF含量比未處理時分別降低了9.23%和39.42%,與本研究結(jié)果類似,說明促干護(hù)色處理可在一定程度上抑制美拉德反應(yīng),使枸杞保持較好的色澤。與上述還原糖含量、游離氨基酸含量及色差值的結(jié)果一致。

2.9 不同處理對枸杞表皮微觀結(jié)構(gòu)的影響

為探究不同處理對枸杞的促干護(hù)色作用機(jī)理,對枸杞表皮進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察。4組樣品分別為:對照組(未經(jīng)促干護(hù)色處理)、無硫促干護(hù)色處理、市售干枸杞和自然晾曬的干枸杞。

枸杞表皮上覆蓋了較厚的蠟質(zhì)層,其結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)整齊光滑的束狀條帶,排列緊密,且束狀條帶上附著大量的蠟質(zhì)碎片[26]。由于枸杞表皮蠟質(zhì)抑制水分由內(nèi)而外的流動,影響枸杞內(nèi)部水分的散失,使枸杞干燥困難。若對鮮枸杞表皮進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿撓烆A(yù)處理,可加快其干制速率,縮短干制時間。如圖9a-1～圖9a-3、如圖9d-1～圖9d-3所示(對照組和自然晾曬組),未經(jīng)促干護(hù)色處理的枸杞表皮蠟質(zhì)層未被破壞,其結(jié)構(gòu)光滑,呈規(guī)則緊密的線狀排列,并附著大量的蠟質(zhì)碎片(圖9a-3),不能清晰地觀察到角質(zhì)層細(xì)胞,阻礙了枸杞內(nèi)部水分散失,導(dǎo)致干燥速率較慢,這與NI等[27]對未處理的枸杞表皮觀察結(jié)果一致。如圖9b-1～圖9b-3所示,經(jīng)過無硫促干護(hù)色處理后的枸杞表皮蠟質(zhì)層結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,表皮細(xì)胞角質(zhì)層暴露在外,可清晰地觀察到枸杞表層組織結(jié)構(gòu)(圖9b-1),能夠一定程度去除附著的蠟質(zhì)碎片,表面粗糙有凹陷,并且可以觀察到許多不規(guī)則的細(xì)小微孔(圖9b-2),這些微孔可以減少枸杞蠟質(zhì)層對水分運(yùn)移的阻塞作用,在促進(jìn)水分在干燥過程中的傳遞和蒸發(fā)的同時有利于護(hù)色液的滲入,使其內(nèi)部水分較快排出,提高枸杞的干燥速率,護(hù)色效果也更好。相關(guān)研究表明,當(dāng)表皮呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)時,可加快樣品的干燥速率,與XIE等[28]使用脈沖真空干燥枸杞和ZHOU等[29]使用冷等離子體處理枸杞的研究結(jié)果一致。

圖9 不同處理下的表皮微觀結(jié)構(gòu)Fig.9 Epidermal microstructure under different treatments

如圖9c-1～圖9c-3所示,市售干枸杞通常是種植戶使用3%～5%的高濃度碳酸鈉溶液浸漬枸杞,以脫去表皮蠟質(zhì)層,對其進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察后,發(fā)現(xiàn)蠟質(zhì)層局部被破壞,使蠟質(zhì)層的束狀結(jié)構(gòu)斷裂或聚集(圖9c-2～圖9c-3),且排列疏松,果實(shí)內(nèi)部水分易排出,提高了干燥速度。同時,由于使用高濃度的堿液處理,導(dǎo)致干燥后的枸杞表面附著堿液殘留,影響外觀品質(zhì),因表面沾有大量的堿(圖9c-3所示),導(dǎo)致市售干枸杞口感偏咸。

綜合以上分析可知,不同預(yù)處理方法對枸杞表皮蠟質(zhì)層的破壞程度各不相同,使其表皮微觀結(jié)構(gòu)存在差異。其次,微觀結(jié)構(gòu)的觀察和分析進(jìn)一步驗(yàn)證了不同預(yù)處理方法對枸杞的促干護(hù)色效果均有一定影響,使用促干護(hù)色劑處理后的枸杞表皮蠟質(zhì)層結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,除去蠟質(zhì)層這道屏障后,在提高干燥速率的同時也能促進(jìn)護(hù)色劑的滲入,使枸杞同時達(dá)到“干燥快、色澤好”的效果,進(jìn)而合理判斷促干護(hù)色劑的效果和作用機(jī)理。

3 討論

在枸杞干制過程中,對照組達(dá)到干制標(biāo)準(zhǔn)所需時長為72 h,而處理組所需40 h,說明促干護(hù)色劑有較強(qiáng)的促干作用。NI等[27]研究發(fā)現(xiàn),枸杞經(jīng)碳酸鈉溶液預(yù)處理后,其總平均干燥速率比對照組提高1.19倍,與本研究結(jié)果相似。碳酸鈉溶液呈堿性,對蠟質(zhì)層具有一定的溶解作用,使其聚集或斷裂,形成水分子擴(kuò)散通道,提高枸杞果實(shí)的有效水分?jǐn)U散系數(shù),進(jìn)而提高枸杞的干燥速率,縮短干燥時間。顏色是評價枸杞干質(zhì)量的關(guān)鍵屬性之一,可以反映產(chǎn)品的質(zhì)量狀況。在干制結(jié)束時,處理組的色差值低于對照組,產(chǎn)品的顏色變化與產(chǎn)品的含水率有著相對復(fù)雜的關(guān)系,對照組干制速度較慢,在富氧環(huán)境下,干燥溫度越高,干燥時間越長,與顏色變化有關(guān)的營養(yǎng)物質(zhì)可能會發(fā)生降解[28]。

其次,脫水速度的快慢會影響果蔬中PPO的活性,在劉峰娟等[30]的研究中發(fā)現(xiàn),對無核白葡萄進(jìn)行快速脫水,可較大程度地抑制PPO活性,使其保持較好的色澤,與本研究結(jié)果相似。枸杞在干制0～16 h時,對照組的POD活性出現(xiàn)小幅度上升趨勢,這可能與其有較強(qiáng)的的耐熱性有關(guān)。相關(guān)研究提到,POD是一種溫度穩(wěn)定性較高的酶,對熱加工表現(xiàn)出很強(qiáng)的耐受性,尤其是在80 ℃以下[18,31]?？偡雍吭诟芍坪笃诔尸F(xiàn)上升趨勢,干燥過程中酚類化合物會發(fā)生水解反應(yīng),有時水解產(chǎn)物在福林酚法中反應(yīng)較好。JEONG等[32]也報(bào)道了加熱過程中柑橘皮總酚含量增加,是由于基質(zhì)的分解,新生成了一些低分子質(zhì)量的酚類化合物,表明柑橘皮通過簡單熱處理可釋放出酚類化合物。這也意味著植物中具有抗氧化活性的酚類化合物存在多種結(jié)合態(tài),通過簡單的加熱過程可作為提高原料抗氧化活性的方式。

枸杞在干制后期可能會發(fā)生非酶褐變反應(yīng)。還原糖含量和游離氨基酸總量呈先上升后下降的變化趨勢,非酶褐變會導(dǎo)致二者的消耗,結(jié)合色差值和非酶褐變中間產(chǎn)物5-HMF的變化,推測枸杞在干制后期存在非酶褐變。干制后期水分含量不斷下降,當(dāng)水分含量和PPO活性越低,褐變程度和5-HMF含量就越高[12]。當(dāng)5-HMF不斷積累,并參與美拉德反應(yīng)形成類黑精色素,就會導(dǎo)致食品發(fā)生褐變,這也是枸杞在干制過程中色差值不斷增大的原因。使用促干護(hù)色劑對枸杞進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理,可有效抑制5-HMF的積累。LI等[33]研究果餅在干燥過程中的褐變時,發(fā)現(xiàn)添加亞硫酸氫鈉的產(chǎn)品的5-HMF含量比對照組降低了約47%,說明抗褐變劑能有效抑制5-HMF的積累,通過減少5-HMF的積累來抑制原料的褐變,與本研究結(jié)果相似。

此外,本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鮮果中可檢測到5-HMF,推測可能與成熟度或色素類物質(zhì)有關(guān)。ABRAHAM等[34]提出鮮果中也含有5-HMF,其中李子可以作為5-HMF的特殊來源,即使在新鮮水果中也發(fā)現(xiàn)了高濃度的5-HMF(高達(dá)2 200 mg/kg),并表示果汁可能是5-HMF出現(xiàn)的一個主要來源,因?yàn)楣泻懈邼舛鹊?-HMF。CHOUDHARY等[35]表示5-HMF也存在于水果中,并且不同種類的食物有不同含量。對枸杞表皮進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察,判斷不同處理對表皮蠟質(zhì)層的破壞情況,從而獲得與其促干護(hù)色效果的關(guān)聯(lián)性。對照組的蠟質(zhì)層結(jié)構(gòu)完好,束狀結(jié)構(gòu)排列致密,內(nèi)部水分難以散失,導(dǎo)致枸杞干制時間較長,受到持續(xù)熱和氧氣的影響發(fā)生褐變反應(yīng),使其外觀品質(zhì)較差。經(jīng)促干護(hù)色劑處理后的枸杞蠟質(zhì)層結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,蠟質(zhì)碎片清除較完全,局部出現(xiàn)細(xì)小孔洞,減少蠟質(zhì)層對水分轉(zhuǎn)移的阻塞作用,在促進(jìn)水分在干燥過程中傳遞和蒸發(fā)的同時有利于護(hù)色液的滲入,抑制枸杞在干燥過程中發(fā)生褐變反應(yīng),提升枸杞的干燥速率和外觀品質(zhì)。

4 結(jié)論

枸杞在干制過程中易受持續(xù)高溫和氧氣的影響導(dǎo)致褐變發(fā)生,嚴(yán)重影響枸杞的外觀品質(zhì),降低其經(jīng)濟(jì)價值,需使用適當(dāng)?shù)拇俑勺o(hù)色處理提升其干制速率和整體品質(zhì)。本文研究了枸杞在干制過程中發(fā)生的褐變反應(yīng)類型及促干護(hù)色劑的作用機(jī)理,通過對枸杞的酶促褐變、非酶褐變相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測定及表皮顯微結(jié)構(gòu)的觀察,判斷促干護(hù)色劑對枸杞在干制過程中的褐變抑制情況和作用機(jī)理。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),枸杞在干制過程中會發(fā)生酶促褐變和非酶褐變反應(yīng),均會導(dǎo)致枸杞干制品色澤劣變,且在干制前期以酶促褐變?yōu)橹?干制后期以非酶褐變?yōu)橹?。枸杞?jīng)促干護(hù)色劑預(yù)處理后,可在整個干制過程中抑制PPO和POD的活性,以及美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物5-HMF的積累,在加快干制速度的同時,對枸杞的褐變反應(yīng)有較強(qiáng)的抑制作用,能夠更好地保持枸杞原有的色澤。此外,通過表皮微觀結(jié)構(gòu)中可以觀察到鮮枸杞經(jīng)不同處理后蠟質(zhì)層的破壞情況,從而進(jìn)一步判斷促干護(hù)色劑的效果和促干護(hù)色機(jī)理。