红薯的高氧前处理对其浓缩汁品质的影响

张文涛,李喜宏,2,*,潘艳芳,贾晓昱,刘　霞,姜　南,宋新飞

(1.天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457;2.天津食品安全低碳制造协同创新中心,天津 300457;3.天津捷盛东辉保鲜科技有限公司,天津 300300;4.国投中鲁果汁股份有限公司乳山研发中心,山东烟台 264500)



红薯的高氧前处理对其浓缩汁品质的影响

张文涛1,李喜宏1,2,*,潘艳芳1,贾晓昱3,刘霞1,姜南4,宋新飞4

(1.天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457;2.天津食品安全低碳制造协同创新中心,天津 300457;3.天津捷盛东辉保鲜科技有限公司,天津 300300;4.国投中鲁果汁股份有限公司乳山研发中心,山东烟台 264500)

为明确高氧前处理对浓缩红薯汁品质的影响,以空气处理为对照(CK),分别测定了12 ℃下经100% O2处理12、24、48 h后的红薯,制得的浓缩清汁的理化品质、感官品质和挥发性风味物质。结果表明:高氧处理24 h的红薯制得的浓缩汁综合评价最佳,可溶性固形物含量(TSS)和澄清度分别为(59.21%±0.96%)和(93.07%±0.34%),显著高于其他处理,且感官品质和风味也优于其他处理。高氧处理12 h和48 h的红薯所制得浓缩汁的综合评价也优于CK,但两处理间理化品质差异不显著。

高氧前处理,红薯,浓缩汁,品质,挥发性风味物质

红薯(IpomoeabatatasL.),又名甘薯、番薯、地瓜、山芋、红苕等,属于旋花科甘薯属一年生或多年生草本植物,是世界上重要的粮食、饲料和工业原料作物[1-2]。我国红薯资源丰富,种植面积和总产量分别约占全球70%和85%,年产量在1亿吨以上,仅次于水稻、小麦和玉米,居世界首位[3-4]。红薯营养全面,富含淀粉、膳食纤维、胡萝卜素、维生素及钾、铁、铜、硒、钙等10余种微量元素[5],是一种理想的食品加工原料。红薯除了用于生产淀粉[6-7]、罐头和休闲食品外,红薯饮料的产业化生产是当前的一个重要发展方向。目前,国内外很多专家学者在红薯清汁[8]、浊汁[5]的加工工艺,以及加工过程中化学成分的变化[4,9]研究上取得了一定进展,但这些研究大都关注于红薯饮料的生产过程,对红薯原料前处理的研究未见报道。

表1　PE保鲜袋性能参数

高氧气调是近年来兴起的一种新型果蔬保鲜技术,它不仅可以抑制果蔬腐烂病原微生物生长繁殖[10],降低果蔬贮藏期内的腐烂率,还能抑制果蔬生理代谢[11],提高贮藏品质。此外,高氧气调能避免贮藏过程中,果蔬呼吸作用造成的低O2和高CO2环境,在一定程度上避免无氧酵解导致的乙醛、乙醇等异味物质积累[12]。该法已在草莓[13]、蓝莓[14]、桑葚[15]等水果贮藏,以及胡萝卜[16]、莲藕[17]、莴苣[18]等鲜切蔬菜的保鲜中取得了较好的效果,具有广阔的应用前景,但在食品加工上的应用较少。

本文将高氧气调作为前处理应用于浓缩红薯汁的加工,浓缩汁生产前先对原料进行100% O2气调处理,旨在探索高氧前处理对浓缩红薯汁品质的影响,为浓缩红薯汁乃至植物饮料的生产开辟新的思路。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

红薯品种为红香蕉,2015年10月采自河北雄县,物流运抵实验室后,挑选出大小均一、薯块色泽和硬度正常、薯形完整无病虫害、无机械伤的果实,每筐约15 kg分装后,贮藏于温度为(12±2) ℃、相对湿度为80%～95%的保鲜库内备用,经检测,该批次红薯水分含量(80.85%±0.55%)、淀粉含量(11.14%±0.60%)、出汁率(43.05%±1.88%);聚乙烯保鲜袋(PE)国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津)提供,性能参数见表1;淀粉酶(2000 U/g)、果胶酶(50 U/g)、糖化酶(104U/mL)国药集团化学试剂有限公司;氢氧化钠、草酸、碳酸氢钠均为分析纯,天津市江天化工有限公司;2,6-二氯酚靛酚钠分析纯,北京索莱宝科技有限公司;2-辛酮上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

PAL-1手持折光仪日本ATAGO株式会社;CheckPoint便携气体分析仪丹麦PBI Dansensor公司;SY-2-6恒温水浴锅天津市欧诺仪器仪表有限公司;5804R高速冷冻离心机德国Eppendorf公司;RE-52AA旋转蒸发仪上海越磁电子科技有限公司;CP114电子天平西杰天平(北京)仪器有限公司;4000MS气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)联用仪美国瓦里安技术有限公司;PDMS/DVB萃取头美国Supelco公司。

1.2实验方法

1.2.1高氧处理将红薯装入已均匀打孔(每面各三个,孔径0.5 cm)的PE保鲜袋,袋口扎紧,每袋果重约2 kg,每3袋红薯置于一个专用气调瓶中。以空气处理为对照(CK),采用100% O2气流(40 mL/min)分别处理红薯12、24、48 h,每个处理设置3次重复。气调结束后,取出红薯并制作浓缩汁,测定其品质指标。

1.2.2浓缩红薯汁的制备

1.2.2.1工艺流程浓缩红薯汁的制作工艺基于红薯清汁[1]和紫薯清汁[19]的前期研究,并根据预实验结果稍作优化,具体流程如下:

原料清洗→机械去皮→破碎→薯浆加热→压榨→加热/冷却→酶解→加热/冷却→过滤→浓缩→成品。

1.2.2.2操作要点机械去皮:去皮率应高于60%。

破碎:使用50 ℃以上的软化水(水∶红薯浆=0.5∶1)和已经稀释到5%～20%的淀粉酶溶液(红薯原浆∶淀粉酶=1∶0.0025)。

薯浆加热:加热至85 ℃,保温2 h。

加热/冷却:加热至95 ℃,保温30 s,冷却至55 ℃。

酶解:酶解前调酸,pH控制在在4～6之间;然后依次加入糖化酶(红薯汁∶糖化酶=1∶0.001),酶解2.5 h;果胶酶(红薯汁∶糖化酶=1∶0.0015),酶解2.5 h;活性炭或脱色树脂(红薯汁∶活性炭或脱色树脂=1∶0.0015),作用3 h;膨润土(红薯汁∶膨润土=1∶0.002),作用2 h。

加热/冷却:加热到100 ℃,保温30 s,然后冷却至50～55 ℃。

过滤:25 ℃下,以5000 r/min离心30 min。

浓缩:60 ℃下,以0.095 MPa压力旋蒸50 min。

1.2.3品质指标测定

1.2.3.1 理化品质可溶性固形物含量(TSS)用PAL-1型手持折光仪测定,单位:%。

可滴定酸含量(TA)用NaOH滴定法测定[20],结果以苹果酸计,单位:%。

抗坏血酸含量(VC):采用2,6-二氯靛酚滴定法测定[20],单位:mg/100 g。

澄清度:采用分光光度法,以蒸馏水为参比,比色杯厚1 cm,在波长650 nm下,将浓缩汁稀释至TSS含量为10%时测定其透光率,以透光率表示果汁澄清度,单位%。

1.2.3.2感官品质感官评价:感官评价小组由20名食品专业的研究生组成,其中男女生各10名,评价内容包括风味、口感、色泽与组织状态,每项满分5分(表2)。感官评价时,需将制得的浓缩红薯汁稀释至TSS含量为10%。

表2　浓缩红薯汁感官评价评分表

表3　不同处理浓缩红薯汁的理化品质

注:同行不同小写字母代表差异显著(p<0.05)。

1.2.3.3挥发性风味物质测定样品前处理:准确称取红薯浓缩汁5 mL,用旋涡混合仪充分混匀,备用。

恒温萃取吸附:将装有样品的顶空瓶置于预设水浴温度为60 ℃的磁力搅拌器中保温20 min,采用带有65 μm PDMS/DVB萃取头的固相微萃取装置插入顶空瓶约1 cm处,推出萃取头对浓缩汁样品进行顶空萃取40 min,随后将萃取头转入GC进样口解析5 min。

检测条件:色谱柱:VF-5ms色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。质谱条件:质量分离器为离子阱,电离方式EI,发射电流150 μA,电子能量70 eV,离子阱温度220 ℃,传输线温度280 ℃。检测器:FID,载气:He,柱流量49.8 mL/min。不分流,流速1.0 mL/min,速率39 cm/s,总流量53.3 mL/min。

1.2.4数据处理与分析每组实验设置三个重复,实验数据取其均值,应用SPASS 19.0软件对实验数据的显著性进行SNK检验,显著水平0.05。

2　结果与分析

2.1高氧前处理对浓缩红薯汁理化品质的影响

理化指标中,TSS和TA含量是影响果实风味的重要因素[21],也是评价果汁品质的重要指标;VC是果实主要的抗氧化成分之一,是评价营养品质的重要指标;澄清度是反映红薯清汁透光率的重要指标。通过对上述指标的测定,能客观地评价高氧前处理对浓缩红薯汁理化品质的影响。由表3知,高氧24 h组的TSS为(59.21%±0.96%),显著高于高氧12 h组和CK(p<0.05),与高氧48 h组差异不显著(p>0.05);各处理间TA和VC差异均不显著(p>0.05);高氧24 h组的澄清度为(93.07%±0.34%),显著高于其他处理(p<0.05),高氧48 h组的澄清度为(91.78%±0.44%)显著高于CK(p<0.05),但与高氧12 h组差异不显著(p>0.05)。表明,适当的高氧前处理有助于提高浓缩红薯汁的TSS含量和澄清度,改善浓缩红薯汁的理化品质。综合考虑不同处理浓缩红薯汁的理化品质,确定各处理的优劣次序为高氧24 h>高氧48 h>高氧12 h>CK。

2.2高氧前处理对浓缩红薯汁感官品质的影响

雷达图可以在同一张图上体现多方面特征,评价多方面特性。通过雷达图的形式表示感官特性强度的大小,揭示各处理间感官特性的差别,结果如图1所示。由图1可以看出,不同处理对浓缩红薯汁口感和风味影响明显,对色泽影响次之,对组织状态影响不大。高氧前处理组的感官品质均优于CK,说明高氧前处理有助于提高红薯汁的口感和风味。其中,高氧24 h组的风味和口感评价分别为(4.3±0.3)和(4.5±0.3),显著高于其他处理(p<0.05);高氧12 h组的口感和风味优于高氧48 h组,但二者的风味评价差异不显著(p>0.05);高氧处理组的色泽评价均显著高于CK(p<0.05),但各处理组织状态评分差异不显著(p>0.05)。

图1　不同处理浓缩红薯汁的感官品质Table 1　Sensory quality of sweet potato juiceconcentrate of different treatments

2.3高氧前处理对浓缩红薯汁风味的影响

红薯经不同前处理后制备浓缩汁,检测其挥发性风味物质,高氧24 h组的总离子质谱图如图2所示。由图2可以看出,分离效果较好,可进一步对挥发性风味物质进行定性及相对定量分析。各样品挥发性风味物质的名称和相对含量详见表4。

表4　不同处理浓缩红薯汁的挥发性风味物质GC/MS分析

图2　高氧24 h组红薯浓缩汁挥发性风味物质的GC/MS总离子质谱图Table 2　The GC/MS total ion mass spectrum of volatile compounds of concentrate juice sample made by sweet potato treated with high oxygen for 24 h

注:-代表未检出,表5同。

由表4知,各样品分别检出24、34、22、18种挥发性风味物质,按照物质种类对其进行归纳,得各样品挥发性风味物质的种类及相对含量(表5)。由表5知,高氧12 h组、高氧48 h组和CK组的主要挥发性组分均为醛类和烃类,分别约占总挥发性成分的90%、70%和87%;而高氧24 h组的主要挥发性组分是醛类和醇类,约占总挥发性成分的85%,其组成特征较其他处理有所区别。

从相对含量上看,浓缩红薯汁的主要风味物质是苯乙醛,分别占各样品总挥发性成分的51.66%、32.51%、49.02%和34.52%,苯乙醛具有类似风信子的花香[22],高氧12 h组和高氧48 h组苯乙醛的相对含量高于CK,芳香物质保留效果最佳,高氧24 h组苯乙醛的相对含量最低,但其挥发性成分的组成特征有别于其他组,橙花醇的相对含量占其总挥发性成分的12.98%,它带有令人愉快的玫瑰和橙花的香气,是杏的一种芳香物质[23],其他醇类如(S)-顺式-马鞭草烯醇等,虽然相对含量较低,但都是有别于其他组的特征挥发性风味物质,有研究证实7～12个碳原子的醇类呈现特有的香气[24]。由此推测,高氧24 h组的感官品质最佳,可能与其特殊的挥发性风味物质有关。

表5　不同处理浓缩红薯汁挥发性风味物质的种类及相对含量

3　结论

高氧前处理提高了浓缩红薯汁的理化品质。其中,高氧24 h组的TSS为(59.21%±0.96%),高氧24 h组和高氧48 h组的澄清度为分别为(93.07%±0.34%)和(91.78%±0.44%),结果均显著高于CK(p<0.05)。

高氧前处理改善了浓缩红薯汁的感官品质。其中,高氧24 h组的风味和口感评分为(4.3±0.3)和(4.5±0.3),显著高于CK(p<0.05),且高氧处理组的色泽评分均显著高于CK(p<0.05);

高氧12 h组、高氧48 h组和CK的挥发性物质主要由醛类和烃类组成,前两种处理使主要风味物质苯乙醛得到更好的保留,高氧24 h组苯乙醛含量低于其他处理,但其挥发性风味物质的组成特征有别于其他处理,主要是醛类和醇类,具有独特的风味特征。

研究初步证实,高氧前处理可改善浓缩红薯汁的品质和风味,为其在浓缩红薯汁品质提升实践中的应用提供了依据,但高氧前处理能改善浓缩红薯汁品质的机理有待进一步研究。

[1]李昭. 红薯浓缩汁工艺优化及糖类物质分析[D]. 杨凌:西北农林科技大学,2011.

[2]Ma P,Bian X,Jia Z,et al. De novo sequencing and comprehensive analysis of the mutant transcriptome from purple sweet potato(IpomoeabatatasL.)[J]. Gene,2016,575(2):641-649.

[3]邓学良,周文化,付希. 甘薯食品产业发展概况与前景分析[J]. 粮食与饲料工业,2009(5):15-16.

[4]肖琼. 甘薯浓缩汁加工过程中营养成分变化的研究[D].

西安:陕西科技大学,2013.

[5]后立琼,陈安均. 红薯浊汁饮料生产工艺的研究[J]. 食品工业,2012(3):41-44.

[6]Babu A S,Parimalavalli R,Rudra S G. Effect of citric acid concentration and hydrolysis time on physicochemical properties of sweet potato starches[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2015,80:557-565.

[7]Charles A L,Cato K,Huang T C,et al. Functional properties of arrowroot starch in cassava and sweet potato composite starches[J]. Food Hydrocolloids,2016(53):187-191.

[8]袁秋萍,陈劼,王燕敏. 新型红薯饮料的开发[J]. 浙江科技学院学报,2010,22(6):530-535.

[9]万玉炜,牛丽影,陈计峦. 加工过程中紫薯汁化学成分变化分析[J]. 食品与发酵工业,2015,41(8):186-191.

[10]林德球,刘海,刘海林,等. 高氧对香蕉果实采后生理的影响[J]. 中国农业科学,2008,41(1):201-207.

[11]陈学红. 高氧对草莓果实保鲜的效果及其机理研究[D]. 南京:南京农业大学,2005.

[12]王惠惠,陈于陇,徐玉娟,等. 高氧气调包装对鲜切菜心品质的影响[J]. 中国食品学报,2014,14(2):161-170.

[13]周翠英,周建俭,袁卫明,等. 高氧气调包装在草莓保鲜中的应用研究[J]. 食品工业,2011(12):53-55.

[14]Yonghua Z,Wang C Y,Wang S Y,et al. Effect of high-oxygen atmospheres on blueberry phenolics,anthocyanins,and antioxidant capacity[J]. J Agric Food Chem,2003,51(24):7162-7169.

[15]殷浩,佟万红,刘刚,等. 高氧处理对采后桑椹呼吸强度及其保鲜效果的影响[J]. 食品工业科技,2015,36(9):306-309.

[16]任丽芳,李军,国石磊,等. 高氧气调包装对鲜切胡萝卜的保鲜效果[J]. 食品工业科技,2014,35(9):254-257.

[17]郭衍银,李玲. 高O2薄膜气调包装对鲜切莲藕保鲜效果的影响[J]. 现代食品科技,2013(10):2447-2452.

[18]陈学红,秦卫东,马利华,等. 高氧气调包装对鲜切莴苣品质的影响[J]. 食品科学,2009,30(24):457-459.

[19]郑宁. 紫薯汁的酶解工艺及其饮料的开发[D]. 福州:福建农林大学,2013.

[20]杨婷婷,朱璇,向玉洁,等. 采收成熟度对杏果实贮藏品质的影响[J]. 现代食品科技,2015,31(7):277-282.

[21]Beckles D M. Factors affecting the postharvest soluble solids and sugar content of tomato(SolanumlycopersicumL.)fruit[J]. Postharvest Biology & Technology,2012,63(1):129-140.

[22]康明丽,潘思轶,范刚,等. 柑橘果酒酿造过程中挥发性风味化合物的变化[J]. 食品科学,2015,36(18):155-161.

[23]张峻松,张世涛,毛多斌,等. 超高压处理对杏汁香气成分的影响[J]. 农业工程学报,2008,24(4):267-270.

[24]Zhifei H,Yechuan H,Hongjun L,et al. Effect of high-pressure treatment on the fatty acid composition of intramuscular lipid in pork.[J]. Meat Science,2012,90(1):170-175.

Effects of high oxygen pretreatment on sweet potato on its juice concentrate quality

ZHANG Wen-tao1,LI Xi-hong1,2,*,PAN Yan-fang1,JIA Xiao-yu3,LIU Xia1,JIANG Nan4,SONG Xin-fei4

(1.College of Food Engineering and Biotechrology,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China;2.Tianjin Food Safety & Low Carbon Manufacturing Collaborative Innovation Center,Tianjin 300457,China;3.Tianjin Gasin-brilliant Fresh Technology Co.,Ltd.,Tianjin 300300,China;4.Rushan R & D Center of SDIC Zhonglu Fruit Juice Co.,Ltd.,Yantai 264500,China)

Physical-chemical quality,sensory quality and volatile flavor compounds of condensed juice made from sweet potatoes treated with 100% O2for 12,24,48 h or air(CK)at 12 ℃ were analyzed in order to understand the effect of high oxygen pretreatment on quality of sweet potato juice concentrate. The results showed that pretreatment with 100% O2for 24 h had the best combined evaluation. Condensed juice made from sweet potatoes treated with 100% O2for 24 h had significantly higher total soluble solids content(TSS)and clarity,which were(59.21%±0.96%)and(93.07%±0.34%)respectively,and also had better sensory quality and flavor than others. Pretreatments with 100% O2for 12 h and 48 h were also better than CK,while the difference between them was not significant.

high oxygen pretreatment;sweet potato;condensed juice;quality;volatile flavor compounds

2015-12-25

张文涛(1990-)，男，硕士研究生，研究方向：农产品加工及贮藏，E-mail:zhangwentao_14@126.com。

李喜宏(1960-)，男，博士，教授，研究方向：农产品加工及贮藏，E-mail:lixihong@tust.edu.cn。

国家科技支撑计划(2015BAD16B00)；“十二五”农村领域国家科技计划(2015BAD19B02-03)；天津市科技计划项目(14RCHZNC00107，15YFYSNC00010)。

TS255.44

A

1002-0306(2016)12-0108-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.12.013