周先加,毛海峰,魯 瑤,劉毓超
(青海省輕工業(yè)研究所有限責任公司,青海西寧 810001)
蕨麻(Potentilla anserinaL.),是薔薇科委陵菜屬的多年生草本植物[1]。蕨麻富含淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)、皂苷、多糖等多種營養(yǎng)和活性成分,具有營養(yǎng)滋補、口感佳等特性[2]。
蕨麻只在青海等高寒地區(qū)根系才會膨大,可食用,又稱“人參果”“延壽果”,是青海、西藏及甘肅一帶人民歷來喜愛的民間食品及藏藥的主要成分[3-4]。
在蕨麻相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)及實際生產(chǎn)運用中以干蕨麻為主要原料[5]。目前,青海蕨麻以自然晾曬為主,品質(zhì)受外部因素影響較大。由于市場消費升級后,消費人群對蕨麻的色澤、口感、營養(yǎng)等品質(zhì)有更高的要求。因此,引進干燥設(shè)備對于蕨麻品質(zhì)提升方面勢在必行。目前,利用多種干燥技術(shù)(如微波真空干燥技術(shù)[6]、熱風干燥技術(shù)[7]與真空冷凍干燥技術(shù)相結(jié)合來) 聯(lián)合干燥[8-10],可以在保證高品質(zhì)的同時達到降低能耗、縮短干燥時間的目的。在Theodora C等人[11]探究熱風聯(lián)合微波干燥方法對桃塊干燥速率的影響研究中,發(fā)現(xiàn)熱風干燥后微波干燥提高了干燥速率,干燥時間縮短了89%。宋悅[12]構(gòu)建了黃桃熱風干燥和真空冷凍干燥狀態(tài)圖,發(fā)現(xiàn)真空冷凍聯(lián)合熱風干燥5 h 為最優(yōu)干燥工藝。
目前,關(guān)于蕨麻的研究集中在新鮮蕨麻的營養(yǎng)成分和品質(zhì)分析方面,而干燥方式對蕨麻品質(zhì)報道較少。采用熱風干燥、熱泵干燥、碳纖維遠紅外、碳纖維遠紅外聯(lián)合熱泵干燥(簡稱聯(lián)合干燥) 及真空脈動干燥5 種方式干燥青海地區(qū)蕨麻,通過比較干燥時間、設(shè)備能耗,以及干制蕨麻的感官品質(zhì)(色度、感官評分、復水比)、營養(yǎng)品質(zhì)(維C、總糖、蛋白質(zhì)、氨基酸)、食用品質(zhì)(電子舌、質(zhì)構(gòu)特性),結(jié)合主成分綜合評價方法,確定最適合青海蕨麻的干燥方式,以期為青海地區(qū)的蕨麻資源合理開發(fā)和綜合利用提供科學依據(jù)和技術(shù)支撐。
青海蕨麻,購自青海省海西蒙古族藏族自治州都蘭縣,品種為“青海1 號”,挑選大小均一、形態(tài)飽滿、硬實完整的褐色或深褐色、無病蟲害的蕨麻為原料。將原料與純化水按料液比1∶2.5(g∶L)浸泡14 h,將浸潤的蕨麻瀝水20 min,再將復水后的蕨麻在100 ℃蒸鍋上蒸制30 min。之后,將蒸制后的蕨麻冷卻,保持蒸制后蕨麻濕基含水率為(48.35±1.20) %,裝入塑封袋密封,置于4 ℃冰箱中貯存。自然干燥、熱風干燥、碳纖維遠紅外、聯(lián)合干燥及真空脈動干燥5 種干燥方式制得樣品水分含量均控制在12%以下。
蕨麻干燥條件及干燥設(shè)備見表1。
表1 蕨麻干燥條件及干燥設(shè)備
碳纖維遠紅外- 聯(lián)合熱泵干燥機(集電加熱、熱泵加熱、碳纖維遠紅外加熱于一體) 和真空脈動干燥機,河南省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心團隊自制;SA402B 型電子舌味覺分析系統(tǒng),日本INSENT 公司產(chǎn)品;WP-UPT-20 型標準型超純水機,四川沃特爾水處理設(shè)備有限公司產(chǎn)品;CR-10PLUS型色差儀,日本柯尼卡美能達公司產(chǎn)品;A300-M 型氨基酸半自動分析儀,德國曼默博爾公司產(chǎn)品;TMS-Pro 物性分析儀,美國FTC 公司產(chǎn)品。
1.3.1 干燥時間與干燥能耗測量方法
干燥時間各組試驗,每組試驗重復3 次,取其平均值。干燥能耗根據(jù)干燥時間,使用電能表測量干燥能耗。
1.3.2 感官品質(zhì)測定方法
(1) 色度。采用色差儀測定。將待測蕨麻平鋪在白紙上,采用便攜式色差儀進行測定,測定3 次,取平均值,L*表示亮度,a*表示紅綠(正值為紅色,負值為綠色),b*表示黃藍(正值是黃色,負值是綠色)。
(2) 感官評分。由10 名(男女各5 名) 專業(yè)的感官評定人員組成,分別對蕨麻的色澤、香氣、形狀3 個方面進行評價,取平均值。
蕨麻感官評價見表2。
表2 蕨麻感官評價
(3) 復水比[13]。取一定量的蕨麻,浸泡在60 ℃熱水中30 min,干燥蕨麻恢復到其原始狀態(tài),再進行瀝水、稱質(zhì)量,所有試驗進行3 次,復水比按下列公式計算。
式中:R——復水比,g/g;
m1——復水后質(zhì)量,g;
m2——復水前質(zhì)量,g。
1.3.3 營養(yǎng)品質(zhì)測定方法
維C 測定參照《食品安全國家標準食品中抗壞血酸的測定》 (GB 5009.86—2016) 中“第三法2,6-二氯靛酚滴定法”;還原糖測定根據(jù)GB 5009.7—2016《食品安全國家標準食品中還原糖的測定》;蛋白質(zhì)采用基于考馬斯亮藍法試劑盒完成;氨基酸測定參照《食品安全國家標準食品中氨基酸的測定》(GB 5009.124—2016) 中方法測定,利用氨基酸分析儀(印三酮柱后衍生離子交換色譜儀) 測定。因干燥后的蕨麻濕基含水率均為(10.00±0.50) %,蛋白質(zhì)、還原糖和維C 含量與氨基酸含量均采用濕基含量計算。
1.3.4 食用品質(zhì)測定方法
電子舌味覺指標測定。稱取10 g 干燥蕨麻樣品,加入100 mL 去離子水打成漿狀,置于錐形瓶中,放入超聲機中處理20 min 后以轉(zhuǎn)速3 500 r/min 離心10 min,取上清液80 mL 進行味覺分析。使用SA402B 味覺分析儀,加載酸、甜、苦、咸、鮮、澀味6 種傳感器電極,每個樣品平行3 次,按設(shè)定程序檢測。
質(zhì)構(gòu)特性測定。參考羅南等人[14]的測定方法,選擇壓縮模式,采用P/2 探頭測定酥脆性及硬度,測前速度2.00 mm/s,測試中速度1.00 mm/s,測試后速度10.0 mm/s,測試距離5.00 mm,觸發(fā)力5.0 g。試驗共進行10 次平行檢測,去掉最大值與最小值,求得平均值。每個的干燥蕨麻樣品中挑選大小均勻的5 粒,采用P/5 型探頭逐個測得其硬度、彈性、膠黏性。
使用SPSS 24.0 軟件進行Anova 方差分析、相關(guān)分析和主成分分析及Duncan's 多重比較法檢驗數(shù)據(jù)顯著性差異分析,顯著性水平為p<0.05[15]。采用Origin 2021 進行繪圖。
不同干燥方法所用時間及能耗見表3。
表3 不同干燥方法所用時間及能耗
由表3 可知,熱風干燥的干燥時間為22.50 h,能耗為16.95 kW·h。熱泵干燥的干燥時間為27.25 h,能耗為16.30 kW·h。與熱風干燥相比,熱風干燥需要更多的時間,但能耗略低。碳纖維紅外干燥技術(shù)干燥時間為23.50 h,能耗為14.80 kW·h。這種方法相較于前2 種方法,需要的干燥時間有所縮短,而能耗也有所降低。聯(lián)合干燥技術(shù)的干燥時間為24.00 h,能耗為11.90 kW·h。這種方法相較于前3 種方法,雖然需要的干燥時間有所延長,但能耗明顯降低。真空脈動干燥的干燥時間為23.00 h,能耗為143.09 kW·h。這種方法相較于前4 種方法,需要的干燥時間略短,能耗最高。這可能與蕨麻的含水率有關(guān),水分在干燥開始時便大量蒸發(fā)[16]。碳纖維紅外干燥和聯(lián)合干燥技術(shù)的能耗低,干燥時間比熱風干燥和真空脈動干燥的略長。
不同干燥方法蕨麻相關(guān)感官品質(zhì)見表4。
表4 不同干燥方法蕨麻相關(guān)感官品質(zhì)
5 種不同干燥方式蕨麻的L*、a*和b*值均差異顯著(p<0.05),L*值的高低順序依次為熱泵干燥>碳纖維紅外干燥>熱風干燥>聯(lián)合干燥>真空脈動干燥;a*值的高低順序依次為熱泵干燥>真空脈動干燥>熱風干燥>碳纖維紅外干燥>聯(lián)合干燥;b*值的高低順序依次為真空脈動干燥>熱泵干燥>熱風干燥>聯(lián)合干燥>碳纖維紅外干燥。綜上所述,不同干燥方法對蕨麻色澤的影響較大,這可能是與干燥過程中產(chǎn)生了褐變反應(yīng)而引起的[17-18]。
經(jīng)過不同干燥處理的蕨麻在色澤、滋味和氣味及狀態(tài)等方面都發(fā)生了變化。熱風干燥和熱泵干燥樣品在色澤、滋味和氣味及狀態(tài)等方面的評分相對較高,各組間的差異均不顯著(p>0.05);熱風干燥方法得到的總分最高,為73.50 分,說明這種方法在色澤、滋味和氣味及狀態(tài)方面都表現(xiàn)最好。色澤得分最高的是熱風干燥,最低的是聯(lián)合干燥,這可能表明熱風干燥對產(chǎn)品的色澤保持更好。因此,在所有干燥方法中可能是最理想的選擇。但這也可能取決于具體的應(yīng)用場景和需求,如對于特定類型的產(chǎn)品或?qū)μ囟ǜ稍锾匦杂刑囟ㄒ蟮那闆r。
真空脈動干燥的復水比為1.02,與其他干燥方法相比,雖然其干燥時間最短,但復水比最低;熱風干燥的復水比為1.13,其復水比略高于其他干燥方法,與熱泵干燥的復水比差異不顯著(p>0.05);熱泵干燥的復水比為1.11,其復水比略低于熱風干燥的復水比,但高于其他干燥方法;碳纖維紅外干燥復水比為1.08,其復水比與聯(lián)合干燥相當,這與梁俊宇等人的研究結(jié)果相似[17]。
不同干燥方式青海蕨麻營養(yǎng)成分含量見表5。
表5 不同干燥方式青海蕨麻營養(yǎng)成分含量/ g·(100 g)-1
由表5 可知,不同干燥方法下青海蕨麻的營養(yǎng)品質(zhì)。不同干燥方式的青海蕨麻均含有16 種氨基酸,且氨基酸總量為5.11~9.05 g/100 g,不同干燥方式間的總氨基酸含量存在顯著性差異(p<0.05)。蕨麻氨基酸總量高低排序為熱風干燥>碳纖維紅外干燥>熱泵干燥>真空脈動干燥>聯(lián)合干燥。5 種不同干燥方法處理后的蕨麻蛋白質(zhì)和多糖含量相互之間差異不大,其中熱風干燥、碳纖維紅外干燥、聯(lián)合干燥間差異不顯著(p<0.05),但與熱風干燥、真空脈動干燥相比差異顯著(p<0.05)。這些干燥方法處理后的蕨麻多糖含量為4.23~3.96 g/100 g。這可能是因為這些處理方法對蕨麻的某些化學成分產(chǎn)生了影響,從而降低了多糖的含量[19]。然而,這需要進一步的研究來驗證。干燥技術(shù)對維C 含量有顯著影響,不同干燥技術(shù)處理之間存在顯著差異(p<0.05),維C含量都在7.00 g/100 g以上,這表明經(jīng)過這些干燥技術(shù)處理后,維C 含量有所提高,可能因為干燥技術(shù)破壞細胞壁,營養(yǎng)成分流出細胞,使得維C 含量升高。
2.4.1 味覺特性
不同干燥方式蕨麻電子舌雷達圖見圖1。
圖1 不同干燥方式蕨麻電子舌雷達圖
由圖1 可知,5 種干燥方式的蕨麻在味覺特征方面差異不顯著(p>0.05),說明干燥方式對蕨麻的味覺沒有影響。
2.4.2 質(zhì)構(gòu)特性
不同干燥方式蕨麻的硬度、彈性、膠黏性及咀嚼性進行了測定。
不同干燥方法蕨麻質(zhì)構(gòu)特性見表6。
表6 不同干燥方法蕨麻質(zhì)構(gòu)特性
各組蕨麻的質(zhì)構(gòu)指標差異顯著(p<0.05);硬度方面,經(jīng)過不同熱處理后,蕨麻的硬度均有所降低,其中,碳纖維紅外干燥和熱風干燥處理的蕨麻硬度相對較高,而聯(lián)合干燥處理的蕨麻硬度最低,這表明熱處理方法對蕨麻的硬度有一定影響;彈性方面,在各種熱處理方法中,熱泵干燥處理的蕨麻彈性相對較高,這可能是因為熱泵干燥可以更好地保持蕨麻內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu),從而提高了彈性;膠黏性方面,經(jīng)過熱處理后,蕨麻的膠黏性有一定程度的降低,其中,碳纖維紅外干燥處理的蕨麻膠黏性相對較高,而聯(lián)合干燥和熱泵干燥處理的蕨麻膠黏性較低,這表明熱處理方法對蕨麻的膠黏性有一定影響;咀嚼性方面,在各種熱處理方法中,碳纖維紅外干燥,聯(lián)合干燥,熱風干燥處理的蕨麻咀嚼性相對較低,這可能是因為碳纖維紅外干燥,聯(lián)合干燥,熱風干燥處理導致蕨麻內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而影響了咀嚼性[20]。
不同干燥方式蕨麻感官品質(zhì)、食用品質(zhì)與營養(yǎng)品質(zhì)之間的相關(guān)性見圖2。
圖2 不同干燥方式蕨麻感官品質(zhì)、食用品質(zhì)與營養(yǎng)品質(zhì)之間的相關(guān)性
由圖2 可知,不同干燥方式蕨麻感官品質(zhì)、食用品質(zhì)與營養(yǎng)品質(zhì)含量之間相關(guān)性,谷氨酸與感官評分呈現(xiàn)出顯著性,相關(guān)系數(shù)值分別是0.914,表明谷氨酸與感官評分有著正相關(guān)關(guān)系。天冬氨酸、纈氨酸、組氨酸與苦味、苦味后味共2 項之間全部均呈現(xiàn)出顯著性,相關(guān)系數(shù)值分別是-0.988、-0.993,-0.946、-0.954,-0.950、-0.954,表明他們與苦味、苦味后味共2 項之間有著負相關(guān)關(guān)系。維C 與a*值之間全部均呈現(xiàn)出顯著性,相關(guān)系數(shù)值分別是-0.892,表明維C 與a*值之間有著負相關(guān)關(guān)系。這些相關(guān)性在一定程度上反映了青海蕨麻品質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系,其他指標之間無顯著相關(guān)性。
根據(jù)顯著性差異及相關(guān)分析,從24 種指標篩選出對蕨麻品質(zhì)貢獻較大的13 種指標,在主成分分析中以谷氨酸、天冬氨酸、纈氨酸、組氨酸、總氨基酸、維C、a*值、感官評分、復水比、硬度、彈性、膠黏性、咀嚼性為評判指標,以特征值λ>1 的方差貢獻率確定最優(yōu)的主成分。
主成分分析的特征值和貢獻率見表7。
表7 主成分分析的特征值和貢獻率
由表7 可知,前4 個主成分累積方差貢獻率達到100%,能有效地解釋蕨麻品質(zhì)的總變異。因此,提取特征值λ>1 的前4 個主成分代替上述13 種關(guān)鍵指標性營養(yǎng)成分對青海不同產(chǎn)地蕨麻品質(zhì)進行評價與判斷。
表7 是干燥蕨麻13 種指標性成分的主成分因子載荷矩陣,該矩陣反映了品質(zhì)指標對主成分載荷系數(shù)的相對大小和作用方向。結(jié)果表明,在主成分1中,谷氨酸、天冬氨酸、纈氨酸、總氨基酸、感官評分和硬度具有較大的正載荷系數(shù)值,所以主成分1主要反映上述6 個指標的品質(zhì)特性。在主成分2 中,a*值和彈性具有較大的正載荷系數(shù)值,維C、膠黏性和咀嚼性具有較大的負載荷系數(shù)值,所以主成分2主要反映上述5 個指標的品質(zhì)特性。在主成分3 中,組氨酸和復水比具有較大的正載荷系數(shù)值,所以主成分3 主要反映上述2 個指標的品質(zhì)特性。
主成分在各品質(zhì)指標上因子載荷矩陣見表8。
表8 主成分在各品質(zhì)指標上因子載荷矩陣
使用主成分得分進行綜合評價,需要使用“線性組合系數(shù)矩陣”建立主成分和研究項之間的關(guān)系等式(基于標準化后數(shù)據(jù)建立關(guān)系表達式),將表6中各指標變量的主成分載荷系數(shù)值除以特征值的平方根,得到4 個主成分中每個指標對應(yīng)的特征向量,以每個品質(zhì)指標的相關(guān)矩陣的特征向量為權(quán)重構(gòu)建這4 個主成分的函數(shù)表達式,如下:
綜合得分是方差解釋率與成分得分乘積后累加計算得到,綜合評價模型為:
不同干燥方式蕨麻品質(zhì)綜合評價結(jié)果見表9。
表9 不同干燥方式蕨麻品質(zhì)綜合評價結(jié)果
由表9 可知,主要反映主成分1 中排名前2 位是碳纖維紅外干燥和真空脈動干燥蕨麻;主成分2中排名前2 位是熱泵干燥和聯(lián)合干燥蕨麻;主成分3中排名前2 位是碳纖維紅外干燥和聯(lián)合干燥蕨麻;主成分4 中排名前2 位是熱風干燥和碳纖維紅外干燥蕨麻;干燥蕨麻品質(zhì)綜合評價總排名為熱風干燥>真空脈動干燥>熱泵干燥蕨麻>碳纖維紅外干燥>聯(lián)合干燥。排名最靠前的為熱風干燥,最后的是聯(lián)合干燥。從設(shè)備制造成本角度考慮,熱風設(shè)備制造成本低,說明熱風干燥適合用于青海蕨麻干燥??蓪⒋烁稍锛夹g(shù)用于青海地區(qū)農(nóng)戶個體和工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)中蕨麻干燥。
采用5 種不同干燥方法(熱風干燥、熱泵干燥、碳纖維遠紅外、碳纖維遠紅外聯(lián)合熱泵干燥及真空脈動干燥) 對青海蕨麻進行干燥,并結(jié)合干燥時間、能耗獲取其干燥成本,通過比較干燥時間、設(shè)備能耗,以及干制蕨麻的感官品質(zhì)(色度、感官評分、復水比)、營養(yǎng)品質(zhì)(維C、總糖、蛋白質(zhì)、氨基酸)、食用品質(zhì)(電子舌、質(zhì)構(gòu)特性),結(jié)合相關(guān)分析,最后進行綜合評價,得出以下結(jié)論。
熱泵干燥和聯(lián)合干燥技術(shù)的能耗低;熱風干燥技術(shù)蕨麻感官評分最高為73.50 分,真空脈動干燥的復水比最低為1.02,聯(lián)合干燥技術(shù)蕨麻色澤最亮,熱風干燥總氨基酸含量最高為9.05 g/100 g,聯(lián)合干燥維C 含量最高為9.42 g/100 g,各干燥技術(shù)蛋白質(zhì)、多糖和味覺特征差異不明顯。相關(guān)分析結(jié)果為谷氨酸與感官評分有著正相關(guān)關(guān)系。天冬氨酸、纈氨酸、組氨酸與苦味、苦味后味2 項之間呈負相關(guān)關(guān)系,維C 與a*值之間呈負相關(guān)。干燥蕨麻品質(zhì)綜合評分結(jié)果為熱風干燥技術(shù)最佳,可引進此技術(shù)干燥青海蕨麻,研究結(jié)果可為青海地區(qū)蕨麻引進干燥技術(shù)提供科學依據(jù)。