劉 艷 唐小閑 高 丹 段振華 任愛清

(1. 賀州學院食品與生物工程學院,廣西 賀州 542899; 2. 廣西康養(yǎng)食品科學技術重點實驗室,廣西 賀州 542899; 3. 賀州學院食品科學與工程技術研究院,廣西 賀州 542899)

甜菜(BetavulgarisL.)又名紫菜頭、菾菜、紅菜頭,具有安全、健康、保健、無毒副作用等特點,被廣泛應用于食品、醫(yī)藥等領域[1]。甜菜中富含大量生物活性化合物,如甜菜素、多酚、黃酮、類胡蘿卜素、抗壞血酸、硝酸鹽和皂苷等;其含水率較高,貯藏過程易失水和腐爛變質,需進行干燥處理以延長其貯藏期。

凍融是一種非熱預處理,即先將原料凍結至冰點,然后在較高溫度下解凍凍結的原料[2]。凍融預處理通過改變細胞膜的滲透性和破壞細胞壁結構可顯著提高產品的干燥速率[3]。郭婷等[4]研究發(fā)現(xiàn)凍融預處理提高了熱風干燥大果山楂產品品質。凍融循環(huán)2次得到的大果山楂干制品的硬度最小,具有較好的松脆性,干制品亮度值最大且色澤較好。解凍是凍結的逆過程,解凍過程中發(fā)生的各種物理、化學變化,會給產品帶來一系列的影響[5]。解凍方式直接影響產品品質,不適宜的解凍方式會破壞產品的理化性質,包括產品汁液流失、變色、風味劣變、質地改變、脂質氧化、蛋白質變性等,導致產品質量降低[6-8]。常用的解凍方式有水解凍、自然空氣解凍、冷藏解凍、超聲解凍、微波解凍、超高壓解凍、真空解凍、溶液浸漬解凍等[9-10]。水解凍包括靜水解凍和流水解凍,是以水為介質的解凍方法,具有解凍速度快、樣品質量耗損少等優(yōu)點,但易引起產品的營養(yǎng)流失、品質劣變和微生物滋生等問題[11]。自然空氣解凍是以空氣為介質進行解凍,又叫室溫解凍,是生產加工中常用的解凍方法,具有適用范圍廣、節(jié)約能源、操作簡單等優(yōu)勢[12]。冷藏解凍速率慢,耗時較長,不利于提高生產效率[13]。微波解凍是利用微波的穿透能力,能夠做到快速、深層解凍,不僅能顯著縮短解凍時間,降低汁液流失率,還能更好地保持產品質量[5,14]。但微波功率較大,會導致解凍原料熱分布不均勻、邊緣熟化、色澤變差、保水性下降等問題[15]。超聲波解凍能提高解凍速率,縮短解凍時間,改善解凍不均勻等問題,但存在能耗大、解凍效果受制于超聲波頻率和功率等缺點[15-16]。

Shen等[17]研究發(fā)現(xiàn),流水解凍可使熱風干燥速率明顯提高,有效降低了總能耗。此外,凍融預處理還改變了馬鈴薯面粉的淀粉組成、凝膠化、流變學和熱性能。Xu等[18]研究表明,超聲波和不同凍融預處理的應用可顯著縮短干燥時間,降低總能耗;采用超聲和冷凍—空氣解凍預處理的秋葵干物質含量損失最大(9.008%和5.602%),葉綠素降解較低,總酚、總黃酮和果膠含量較高,并具有較強的抗氧化能力,說明冷凍—空氣解凍和超聲預處理方法的效果優(yōu)于其他方法。

目前,有關不同解凍方式對甜菜微波干燥品質的影響尚未見報道。研究擬探討不同解凍方式(包括室溫解凍、流水解凍、超聲波解凍、微波解凍和冷藏解凍)對微波干燥甜菜理化性質的影響,旨在為冷凍甜菜選擇合適的解凍方式,確保凍融預處理甜菜經微波干燥后具有較好的品質提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮甜菜:產地為江蘇省徐州市,單果重500 g左右,于-4 ℃冷庫中貯藏備用,市售;

蘆丁標準品、沒食子酸標準品、福林酚試劑:上海源葉生物科技有限公司;

其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

微波爐:G70D20CSP-D(S0)型,廣東格蘭仕微波爐電器制造有限公司;

微波干燥系統(tǒng):SAM-255型,美國CEM公司;

電子天平:JJ1000型,常熟市雙杰測試儀器廠;

數(shù)顯恒溫水浴鍋:HH-4型,常州國華電器有限公司;

水分測定儀:MA 150型,北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;

色差儀:CR400型,日本柯尼卡美能達公司;

冰箱:BCD-215LEKV型,青島海爾股份有限公司;

可見分光光度計:722型,上海佑科儀器儀表有限公司;

搖擺式高速粉碎機:DFY-600D型,溫嶺市林大機械有限公司;

數(shù)控超聲波清洗器:KQ5200DV型,昆山市超聲波儀器有限公司。

1.3 冷凍甜菜的制備

新鮮甜菜用自來水洗滌,去皮,切成厚度為3 mm、直徑為7.5 cm的圓片,再用聚乙烯食品包裝袋進行包裝,每袋300 g,密封后于-20 ℃冷凍12 h。

1.4 解凍方法

將冷凍甜菜片從-20 ℃冰箱取出,隨機分為5組進行解凍處理,觀察解凍過程中甜菜片冰晶的融化情況,以甜菜片中冰晶全部融化視為解凍終點,并記錄解凍時間。

1.4.1 室溫解凍 將冷凍甜菜片(300.0 g)連同包裝袋置于不銹鋼托盤中,于室溫25 ℃進行自然室溫解凍。

1.4.2 流水解凍 將冷凍甜菜片(300.0 g)連同包裝袋置于瀝水籃,于流速為20 mL/s的自來水(水溫23 ℃)中進行解凍。

1.4.3 冷藏解凍 將冷凍甜菜片(300.0 g)連同包裝袋置于4 ℃冰箱中進行解凍。

1.4.4 微波解凍 將冷凍甜菜片(300.0 g)置于微波專用托盤中,微波功率140 W下進行解凍。

1.4.5 超聲波解凍 將冷凍甜菜片(300.0 g)連同包裝袋置于超聲波腔體中,用自來水浸沒,于超聲波功率為200 W,超聲溫度為26 ℃下進行解凍。

1.5 甜菜微波干燥

將解凍后的甜菜片平鋪于樣品盤,于微波功率390 W下進行微波間歇干燥;微波干燥3 min稱重一次,間隔3 min后再繼續(xù)進行微波干燥,直至甜菜片質量低于設定值時結束。

1.6 指標測定

1.6.1 最終含水率 采用水分測定儀進行測定。

1.6.2 解凍損失率 稱量解凍前樣品質量(m1),解凍結束后取出樣品,用吸水紙吸干樣品表面水分后再稱質量(m2),并按式(1)計算解凍損失率[19]。

(1)

式中:

T——解凍損失率,%;

m1——解凍前樣品的質量,g;

m2——解凍后樣品的質量,g。

1.6.3 復水比 取2.0 g微波干燥樣品,放入盛有200.0 g蒸餾水的燒杯中,于80 ℃水浴鍋內進行復水性試驗[20]。復水15 min后取出樣品置于濾網(wǎng)上,用吸水紙擦干樣品表面水分再稱重,并按式(2)計算復水比。

(2)

式中:

RR——復水比;

m0——復水前樣品的質量,g;

mr——復水瀝干后樣品的質量,g。

1.6.4 色澤 為了保證樣品的均勻性,新鮮甜菜打漿后測定其顏色,而微波干燥甜菜樣品打粉后測定粉末顏色。按式(3)計算總色差(ΔE)[21]。

(3)

式中:

ΔE——色差值;

L*、a*、b*——干燥后甜菜的色度值;

1.6.5 甜菜提取液制備 甜菜經微波干燥后粉碎,過60目篩,得到甜菜粉。取1.0 g甜菜粉于50 mL離心管中,加入15 mL體積分數(shù)為50%的乙醇溶液,旋渦混勻3 min,5 500 r/min離心15 min。收集上清液,分別用15 mL體積分數(shù)為50%的乙醇溶液再提取沉淀物2次。合并提取液,并用50%乙醇溶液定容至50 mL,得到甜菜提取液。

1.6.6 甜菜素含量 參照Stintzing等[22]的方法,并按式(4)計算甜菜素含量。

(4)

式中:

C——甜菜素含量,mg/g;

A480 nm、A538 nm、A600 nm——提取液在480,538,600 nm處的吸光值;

DF——提取液的稀釋倍數(shù);

l——比色皿光程;

V——提取液的體積,L;

m——甜菜粉的質量,g;

MW——摩爾質量,甜菜紅素、甜菜黃素的摩爾質量分別為550,308 g/mol;

ε——摩爾消光系數(shù),甜菜紅素、甜菜黃素的摩爾消光系數(shù)分別為60 000,48 000 L/(mol·cm)。

1.6.7 總酚含量 參照Alvatez-Pzrrilla等[23]的方法。

1.6.8 總黃酮含量 參照Souza等[24]的方法。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件進行方差分析,采用多重比較分析法進行差異顯著性分析,小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 解凍方式對解凍時間、解凍損失率、干燥時間和最終含水率的影響

2.1.1 解凍時間和解凍損失率 由圖1可知,不同解凍方式下甜菜的解凍時間差異顯著,其中冷藏解凍所需時間最長(為364.0 min),其次為室溫解凍,流水解凍和超聲解凍的接近。微波解凍所需時間最短(為7.3 min),是由于微波發(fā)射的高頻磁場可使凍結甜菜中水分子發(fā)生振蕩,分子間劇烈摩擦產熱,甜菜從內到外同時吸收微波能量,受熱均勻,解凍時間明顯縮短[25]。

圖1 解凍方式對解凍時間和解凍損失率的影響

解凍損失是食品保水性的一種外在表現(xiàn)形式。冷凍后的甜菜在解凍時,內部冰晶融化的水若不能回到組織中,會變成汁液流出,造成較多的重量損失,同時也會影響甜菜品質。由圖1可知,5種解凍方式均會產生一定的解凍損失,其中超聲波解凍的最高達9.91%,與王夷秀等[10]的結果一致。這可能是由于超聲振動產生的能量被甜菜吸收,能量傳遞過程中導致甜菜內外溫度不均勻及超聲波的“空化效應”,引起甜菜汁液流失,導致解凍損失率大。冷藏解凍和流水解凍的甜菜解凍損失率顯著低于室溫解凍、微波解凍及超聲波解凍的(P<0.05)。馮鈺敏等[26]研究表明,凍藏解凍和流水解凍的解凍損失率最小,顯著低于室溫解凍和微波解凍的。冷藏解凍的解凍損失率最低為1.72%,與王晉等[27]的研究結果一致,其原因可能是解凍溫度較低,解凍時間較長,解凍時冰晶融化形成的滲出液有足夠的時間又進入細胞內[28],說明冷藏解凍條件下甜菜的保水性最強,能最大程度降低解凍導致的物質流失[29]。Xia等[30]研究表明,微波解凍的解凍損失率高于冷藏解凍的,且冷藏解凍的解凍損失率最低,與試驗結果一致。

2.1.2 微波干燥時間和最終含水率 由圖2可知,不同解凍方式下甜菜微波干燥時間為37.0～39.7 min,且不同解凍方式對微波干燥時間影響不顯著,可能是因為微波干燥過程中甜菜的量較少且微波干燥速率快,干燥時間較短,所有微波干燥時間差異不明顯。同時,經微波干燥后甜菜的最終含水率為4.34%～4.76%,不同解凍方式對微波干燥甜菜的最終含水率無顯著影響,這也說明最終含水率對微波干燥甜菜品質的影響可以忽略不計。

2.2 解凍方式對微波干燥甜菜復水性和色澤的影響

2.2.1 復水比 由圖3可知,不同解凍方式對微波干燥甜菜的復水比影響顯著(P<0.05)。經冷藏解凍的甜菜微波干燥后其復水比最高達4.82,可能與解凍速率及解凍時間有關,冷藏解凍時間長,冰晶融化較慢,對細胞破壞程度較少,解凍損失較少,故復水性較好。微波解凍的甜菜經微波干燥后復水比相對高于流水解凍、超聲波解凍和室溫解凍的,室溫解凍的甜菜經微波干燥后復水比最小,可能與室溫解凍解凍損失率較大且解凍時間長有關,導致細胞破壞程度較高,故復水比較少。而流水解凍和超聲波解凍對微波干燥甜菜復水比的影響差異不顯著。

圖3 解凍方式對微波干燥甜菜復水比的影響

2.2.2 色澤 由表1可知,不同解凍方式得到的甜菜經微波干燥后色澤品質指標均有顯著差異(P<0.05)。與新鮮甜菜相比,經微波干燥甜菜的L*值顯著增大,表明甜菜微波干燥后亮度增大。微波解凍后得到的微波干燥甜菜L*值最高,顯著高于室溫解凍、冷藏解凍、超聲波解凍和流水解凍的,流水解凍導致甜菜的L*值最低,說明流水解凍降低了甜菜的亮度。a*值表示甜菜的紅色度,a*值越高說明甜菜越紅,這與甜菜中的色素含量有關。微波干燥后的甜菜a*值顯著高于新鮮甜菜,可能是由于微波干燥后,甜菜水分含量減少,色素含量相對增大,故a*值顯著增加。室溫解凍的甜菜經微波干燥后a*值最大,說明甜菜的顏色較紅,而流水解凍導致微波干燥甜菜的a*值相對最小,與新鮮甜菜的接近。而冷藏解凍、微波解凍和超聲波解凍對微波干燥甜菜a*值的影響不顯著。所有微波干燥甜菜的b*值均高于新鮮甜菜,說明甜菜在干燥過程中發(fā)生了一些褐變[18]。室溫解凍下得到的微波干燥甜菜的b*值顯著高于其他解凍方式的(P<0.05),而超聲波解凍得到的微波干燥甜菜的b*值顯著低于其他解凍方式的,與新鮮甜菜的b*值接近且差異不顯著。室溫解凍后的微波干燥甜菜ΔE最大,表明其與新鮮甜菜的顏色差異最大,而流水解凍后得到的微波干燥甜菜ΔE最小,僅為5.81,與Xu等[18]的研究結果相反。這可能是由于流水解凍的時間相對較短且解凍損失率不高,所以微波干燥后甜菜的顏色變化不大,與新鮮甜菜的顏色最為接近。

表1 解凍方式對微波干燥甜菜色澤的影響

2.3 解凍方式對微波干燥甜菜的甜菜素、總酚和總黃酮含量的影響

2.3.1 甜菜素含量 由圖4可知,超聲波解凍的甜菜經微波干燥后甜菜紅素含量最高,且顯著高于其他幾種解凍方式的,可能是由于超聲波的“空化效應”更有利于甜菜紅素的提取。微波解凍和室溫解凍導致微波干燥甜菜的甜菜紅素含量顯著低于超聲波解凍、流水解凍和冷藏解凍的,可能是由于微波的熱效應,劇烈快速解凍導致甜菜紅素損失,而室溫解凍所需解凍時間稍長,解凍損失率也相對較高,甜菜紅素隨汁液流出。然而,微波解凍的甜菜經微波干燥后甜菜黃素含量顯著高于其他解凍方式,可能是微波解凍過程中溫度升高,甜菜紅素轉變成甜菜黃素。此外,超聲波解凍、流水解凍、室溫解凍和冷藏解凍的甜菜黃素含量無顯著差異(P>0.05),說明這幾種解凍方式對甜菜黃素含量的影響不大。

圖4 解凍方式對微波干燥甜菜甜菜素含量的影響

2.3.2 總酚含量和總黃酮含量 由圖5可知,解凍方式顯著影響微波干燥甜菜的總酚含量(P<0.05)。流水解凍得到的甜菜經微波干燥后總酚含量最高,其次為冷藏解凍、室溫解凍、超聲波解凍和微波解凍的,與Xu等[18]的研究結果類似。微波解凍導致甜菜總酚含量最低,顯著低于其他4種解凍方式,可能是由于微波解凍的解凍損失率較高,同時微波解凍的熱效應導致總酚有所損失。

圖5 解凍方式對微波干燥甜菜總酚含量和總黃酮含量的影響

解凍方式對微波干燥甜菜總黃酮含量的影響顯著(P<0.05),不同解凍方式得到的微波干燥甜菜總黃酮含量排序為超聲波解凍>流水解凍>冷藏解凍>室溫解凍>微波解凍。超聲波解凍(16.59 mg RE/g)和流水解凍(16.50 mg RE/g)的甜菜經微波干燥后總黃酮含量顯著高于其他3種解凍方式的,可能是超聲波的“空化效應”更有利于總黃酮的提取;流水解凍的解凍損失率較小,總黃酮損失也相對較小,故經微波干燥后甜菜的總黃酮含量相對較高。而微波解凍后的甜菜經微波干燥后總黃酮含量最低為13.86 mg RE/g,可能是微波的熱效應導致?lián)p失了一部分總黃酮。

3 結論

考察了不同解凍方式對微波干燥甜菜理化性質的影響。結果表明,不同解凍方式的解凍時間差異顯著,冷藏解凍的時間最長,微波解凍的時間最短,但微波干燥時間和甜菜最終含水率無顯著差異;不同解凍方式對解凍損失率影響顯著(P<0.05),超聲波解凍的甜菜解凍損失率最大,而冷藏解凍的最小。與其他解凍方式相比,冷藏解凍的微波干燥甜菜的復水比最大,流水解凍可以更好地保存甜菜的顏色。通過超聲波解凍獲得的微波干燥甜菜的甜菜紅素含量顯著高于其他解凍方式的,而微波解凍獲得的微波干燥甜菜的甜菜黃素含量最高。不同解凍方式對微波干燥甜菜的總酚含量和總黃酮含量影響顯著(P<0.05),流水解凍的甜菜經微波干燥后顯示出最高的總酚含量,而微波解凍導致微波干燥甜菜的總酚含量顯著低于其他解凍方式的。同時,流水解凍和超聲波解凍后的微波干燥甜菜中總黃酮含量顯著高于其他解凍方式的。綜合考慮微波干燥甜菜的理化性質,流水解凍是一種更適合于冷凍甜菜解凍的方式。試驗僅探究凍融預處理中解凍方式對微波干燥甜菜理化性質的影響,而未考慮凍結條件,尤其冷凍溫度的影響,故后續(xù)研究重點為冷凍溫度對微波干燥甜菜理化性質的影響。