不同漂烫处理对冷冻毛豆仁品质的影响

姜 玉,程新峰,*,蒋凯丽

(1.安徽师范大学功能性食品研究所,安徽芜湖 241002;2.安徽师范大学环境科学与工程学院,安徽芜湖 241002)

不同漂烫处理对冷冻毛豆仁品质的影响

姜 玉1,2,程新峰1,2,*,蒋凯丽1,2

(1.安徽师范大学功能性食品研究所,安徽芜湖 241002;2.安徽师范大学环境科学与工程学院,安徽芜湖 241002)

为了阐明新型预处理在冷冻蔬菜品质保持方面的优势,本研究通过LF-NMR和GC-MS等检测手段,比较研究了传统漂烫、声热处理和微波处理对毛豆仁色泽、风味及营养品质的影响。结果表明:漂烫处理显著降低了毛豆仁的L*值、a*值及抗坏血酸含量,但却显著提高了b*值(p<0.05)。相比热水漂烫,声热处理和微波处理较好地保留了毛豆仁的抗坏血酸和叶绿素含量。LF-NMR检测显示,毛豆仁弛豫时间T2谱中出现4个水分峰,其横向弛豫时间分别为T21(<1 ms)、T22(1～8 ms)、T23(40～50 ms)、T24(>250 ms)。漂烫处理后毛豆仁的弛豫时间T22和T23显著降低(p<0.05)。声热处理样品的自由水相对含量(M24)明显低于微波处理和热水漂烫样品(p<0.05)。氨基酸分析显示,毛豆仁含有7种必需氨基酸,且必需氨基酸/总氨基酸之比为35.2%,是一种优质蛋白来源,但不同漂烫处理对氨基酸的种类及含量影响不大。不同漂烫处理的毛豆仁挥发性物质种类及含量均存在明显差异,其中主要风味物质1-辛烯-3-醇和2-庚烯醛在声热处理下含量最高,分别为5.70%和9.64%。

毛豆仁,漂烫,微波处理,声热处理

毛豆属豆科(GlycineMax(L.)Merrill),又名为菜豆或青毛豆。毛豆不仅是重要的油料作物,同时也是一种美味菜肴,含有丰富的营养成分,素有“植物肉"之称。毛豆仁蛋白质含量高,且各种氨基酸比例接近于人体蛋白质的氨基酸组成,因此,它是人类植物蛋白的重要来源,可被加工成形式多样的产品[1]。

漂烫是冷冻果蔬常用的预处理措施,它不仅能达到杀菌、钝酶的效果,而且还能减少果蔬表面的微生物数量,防止氧化,软化组织等[2]。然而,传统热漂烫为达到钝酶、杀菌的效果,常需要较高的温度或较长的处理时间,从而给果蔬的色泽、风味、质地及营养品质(如维生素C)带来了不利的影响。因此,为了最大程度保持果蔬中营养成分和感官特性,出现了一系列新的预处理方式,如超高温瞬时漂烫、欧姆漂烫、微波处理、超声波辅热处理(声热处理)等,而且这些技术部分已被用于工业生产。近些年研究表明,在适当温度下采用声热处理能有效降低传统热漂烫的处理强度,降低营养成分损失[3-4],因为超声作用时声压的周期性变化对浸渍在液体介质的样品产生了拉伸和压缩,改变了原料的组织结构,致使内源酶外露,增加了酶热敏性;其次,超声波空化气泡破裂瞬间在邻近区域产生了高温、高压和强剪切力会改变酶的空间结构,致使酶失活;此外,空穴泡破裂产生的极端条件也会促使水裂解产生H+和OH-,它们与酶的氨基酸残基相结合也可能会导致酶活性降低[5]。微波漂烫由于其加热均匀、速度快、便于调控等优点也已被广泛用于果蔬预处理过程。然而,声热处理等预处理措施对冷冻果蔬风味、质地等感官特性及营养品质的影响还鲜有报道。因此,本文以毛豆仁为实验材料,比较研究了传统热水漂烫、声热处理和微波处理对毛豆仁色泽、风味及营养品质的影响,旨在阐明新型漂烫预处理在冷冻蔬菜品质保持方面的优势,为其在工业上大规模使用提供了理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜毛豆荚 购于芜湖市乐天玛特超市,豆荚饱满,肉质鲜嫩,豆荚内毛豆仁大小均匀,无病虫害、无污染。

JY98-ⅢN超声波细胞破碎仪 宁波新芝生物科技股份有限公司;HH-4型数显恒温水浴锅 江苏金坛荣华仪器制造有限公司;NN-GF 339M微波炉 上海松下微波炉有限公司;Sigma-16PK冷冻离心机 上海安亭科学仪器厂;UV2600紫外分光光度计 上海天美科学仪器有限公司;UT325温度测试仪 优利德电子(上海)有限公司;气相色谱-质谱联用仪 美国Finnigan公司;液相色谱仪(Agilent 1100 美国安捷伦公司;NMI120低场核磁分析仪 上海纽迈电子科技有限公司;还有实验室常规玻璃仪器等。

1.2 实验方法

1.2.1 热水漂烫(HW) 将20 g新鲜毛豆仁放入95 ℃水浴中,记录水温变化,当其温度达到95 ℃维持2 min,然后取出置于筛网上,冷却至表面无水分为止。该处理组样品记为HW-样品。

1.2.2 声热处理(US) 将20 g新鲜毛豆仁(原料∶蒸馏水=1∶30)置于图1夹套烧杯中,然后进行声热处理。工作条件为:超声频率25 kHz;水温80 ℃;超声功率800 W;超声脉冲50%(5 s+5 s)。声热处理时超声探头插入液面大于20 mm,且其工作时间(60 s)是超声工作时间和间歇时间之和。该处理组样品记为US-样品。

1.2.3 微波处理(MW) 将20 g新鲜毛豆仁放入微波炉内托盘上于700 W下处理60 s。微波处理同时在微波炉中放入少量蒸馏水以防止毛豆仁焦化和脱水,且可以增大湿度便于改善钝酶和杀菌效果。处理结束后,将样品取出置于不锈钢网筛上,冷却至表面无水分为止。该处理组样品记为MW-样品。

图1 超声波辅热处理设备Fig.1 Experimental set-up注：1.恒温水浴槽;2.导管;3.夹套烧杯;4.超声波换能器; 5.超声波探头;6.样品;7.温度探头; 8.超声波发生器;9.数据记录仪;10.电脑。

1.3 指标测定

式(1)

1.3.2 抗坏血酸含量测定 抗坏血酸含量采用2,6-二氯靛酚法测定[6]。称取100g样品,加入等量的2%草酸溶液,倒入组织捣碎机中打成匀浆。取10～40g匀浆液于100mL容量瓶内,用1%草酸溶液定容到刻度,混合均匀。准确吸取10mL滤液于50mL锥形瓶中,用标定过的2,6-二氯靛酚溶液滴定至溶液呈粉红色并在15s内不褪色为终点。样品抗坏血酸含量由公式(2)计算获得,每组样品重复3次。

式(2)

式(2)中,x为样品抗坏血酸含量(mg/100g);T为每毫升2,6-二氯靛酚溶液相当于抗坏血酸标准溶液的质量(mg/mL);V为滴定样液时消耗2,6-二氯靛酚溶液的体积(mL);V0为滴定空白时消耗2,6-二氯靛酚溶液的体积(mL);m为滴定时所取滤液中含有样品的质量(g)。

1.3.3 叶绿素含量测定 叶绿素含量采用分光光度法测定[7]。将1g样品放入研钵中,然后加2mL80%(v/v)丙酮和少量CaCO3、石英砂进行研磨,直至样品绿色完全消失,再用80%(v/v)丙酮冲洗研钵并定容至25mL,摇匀、静置一段时间,过滤、取滤液于652nm处测定光吸收值(OD),以80%(v/v)丙酮为对照。样品叶绿素含量由公式3计算获得,每组样品重复3次。

式(3)

式(3)中:Y为每100g样品叶绿素含量(mg);V为提取液体积(mL);m为滴定时所取滤液中样品的质量(g)。

1.3.4 水分状态分析 毛豆仁内部水分状态用低场核磁分析仪(NMI120)分析。该仪器工作频率为22.6MHz,并且配有相关数据拟合软件。采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)程序对实验数据进行处理,其中CPMG参数:TW=3500ms,SW=100,RG1=10.0,RG2=3,NS=16,τ=200ms,Echocount=18000。

1.3.5 氨基酸含量测定 准确称取一定量毛豆仁泥样品放入水解管中,加6mol/LHCl溶液,真空封管后于(110±1) ℃恒温干燥箱中水解24h,冷却后定容、过滤和蒸干,再加入0.02mol/L的盐酸溶液在空气中放置1h后,离心,上清液转移到样品瓶中备用。采用Agilent1100测定氨基酸含量,其中色谱柱为4.0mm×125mmC18柱,柱温40 ℃,流速1.0mL/min,检测波长338nm和262nm(pro),流动相(A:20mmol/L乙酸钠溶液;B:20mmol/L乙酸钠溶液∶甲醇∶乙腈=1∶2∶2)。

1.3.6GC-MS分析 将样品捣碎,称取2g置于20mL样品瓶中,加入8mLNaCl。用固相微萃取法(SPME)于50 ℃水浴保持30min,然后将萃取针头(长13mm,直径2.4mm)插入GC-MS进样器中解析。气相色谱条件为:OV1701毛细柱(30m×0.25mm,0.25μm);载气为氦气,流速为1.5mL/min。内部温度采用程序升温,先在40 ℃保持4min,再以5 ℃/min的速率升至90 ℃,然后再以10 ℃/min升至220 ℃保持6min。质谱条件:质谱电离压力为70eV;发射电流为350μA;检测电压为350V;离子源温度为200 ℃;接口温度为250 ℃。通过样品成分的保留指数,再根据质谱数据库对风味物质成分进行鉴定。

1.4 数据统计分析

2 结果与讨论

2.1 不同漂烫处理对毛豆仁色泽的影响

图2显示了不同预处理方式对毛豆仁色泽的影响。从图可以看出,相比新鲜样品,漂烫处理后样品的L*和a*值显著降低,而b*值显著上升(p<0.05),但不同预处理样品间差异不大。漂烫处理后样品a*下降,表明样品变绿,这可能是因为漂烫处理驱除了样品中的空气,增强了样品的透光性[8]。其次,漂烫处理也可能会促使一些无色色素原或色素前体的转化。再者,漂烫处理破坏了样品的细胞膜,增强了原先分布于不同细胞器的叶绿素前体和酶的接触机会。类似地,Tijskens等[9]研究也发现热烫处理初期毛豆的-a/b有所上升。从图2还可看出,相比其他预处理方式,微波处理样品的总色差值明显偏大(p<0.05)。

图2 不同漂烫方式对毛豆仁色泽的影响Fig.2 Effect of blanching methods on the color of vegetable soybeans注：不同字母表示差异显著(p<0.05)，图3同。

2.2 不同漂烫处理对毛豆仁抗坏血酸和叶绿素含量的影响

图3显示了不同漂烫方式对毛豆仁抗坏血酸含量的影响。从图中可以看出,漂烫处理显著降低了毛豆仁的抗坏血酸含量(p<0.05),这是由于抗坏血酸是一种极不稳定的物质,易溶于水,在高温、强氧化条件下容易发生氧化降解。相比热水漂烫,声热处理和微波漂烫较好地保留了毛豆仁的抗坏血酸成分,这可能是由于超声处理降低了热处理强度和缩短了处理时间,因此减少了抗坏血酸的降解和流失;而微波处理过程样品升温速度快,处理时间短,且处理过程中样品并未浸泡在水中,抗坏血酸随水分流失的可能性小。

图3 不同漂烫方式对毛豆仁抗坏血酸含量 和叶绿素含量的影响Fig.3 Effect of blanching methods on the ascorbic acid and chlorophyll content of vegetable soybeans

表1 不同处理方式毛豆仁内质子横向弛豫时间和信号强度

注：同一列不同字母表示存在显著性差异(p<0.05)。叶绿素是绿色蔬菜中重要的呈色物质,其结构变化或流失会对蔬菜的感官品质带来不利的影响。从图3可以看出,声热处理后毛豆仁叶绿素含量有所增高,这可能是由于超声处理改变了样品的细胞结构,增加了细胞膜的通透性,有利于叶绿素从叶绿体中溶出,从而提高了叶绿素的提取率。与新鲜毛豆仁相比,微波漂烫对毛豆仁叶绿素含量影响不大,而热水漂烫却显著降低了叶绿素的含量(p<0.05),其保留率仅为58.9%,可能由于热水漂烫激活了叶绿素酶活性,致使叶绿素脱去植醇,形成水溶性脱植醇叶绿素进入水中,从而导致叶绿素含量降低。张玉芹等[10]也发现,相比微波处理后样品,漂烫处理后4种叶菜(菠菜、小白菜、苋菜和苦荬菜)的叶绿素含量损失量较大。

2.3 不同漂烫处理对毛豆仁水分状态的影响

与传统的检测技术(如DSC)相比,低场核磁技术通过测定氢质子的横向弛豫时间,可直接提供食品体系中水的物理状态信息,且检测过程不易受物理、化学因素干扰。氢质子的横向弛豫时间(T2)与氢质子所受的束缚力和自由度密切相关。一般而言,氢质子自由度越小,横向弛豫时间(T2)就越短,在T2图谱上对应的峰就越靠左;反之横向弛豫时间(T2)越长,对应的峰就越靠右。从图4中可以看出,毛豆仁NMR T2谱具有4个峰,表示毛豆仁内存在4种不同状态的水分,它们的弛豫时间T2分别为:T21≤1 ms,T22=1～8 ms,T23=40～55 ms,T24>250 ms。弛豫时间T21对应的水分为毛豆内与大分子物质(如蛋白质、糖类)表面的极性基团紧密结合的薄层水,称为结合水,T22为吸附在大分子物质外面的多层水,称为中度结合水,T23对应的水分流动性介于结合水和自由水之间,称为不易流动水,T24为细胞间隙中可以自由流动的自由水[11-12]。由于原料的化学成分组成和含量不同,利用LF-NMR检测到的水分T2图谱也不尽相同。Ahmad等[13]用NMR检测马鲛鱼凝胶时发现样品中存在4种不同状态的水分,认为它们分别代表结合水、中度结合水、不易流动水和自由水。刘丽萍等[14]检测到大平顶枣中存在结合水、半结合水和自由水3种形态,它们反演谱T2值的范围分别为T21(0.1～10 ms)、T22(10～200 ms)和T23(200～1000 ms)。

图4 不同漂烫方式毛豆仁横向弛豫时间分布Fig.4 Spin-spin relaxation times(T2) for vegetable soybeans under different processing conditions

从图4还可以看出,毛豆仁经过漂烫之后T22和T23峰向左漂移。从表1也可以看出,漂烫处理后毛豆仁的T22和T23值显著降低(p<0.05),可能是因为漂烫处理使部分大分子物质的空间结构发生了变化,更有利于与水分结合。表1显示相对新鲜样品,漂烫后样品中中度结合水和不易流动水的相对含量(即M22和M23)均有所降低,自由水的相对含量(M24)却有所上升,表明漂烫处理破坏了毛豆仁的组织结构,使原先截留在细胞内的一些不易流动水或半结合水,摆脱了空间上的束缚,成为了自由水。Shao等[15]通过LF-NMR分析也发现,漂烫处理能破坏甜玉米粒的细胞膜和细胞壁,从而导致细胞内水分发生迁移。从表1还可以看出,声热处理后样品除自由水比例(M24)之外,其他各种状态的水分均高于微波处理和热水漂烫的样品,这说明声热处理对样品的组织结构破坏较小。

表2 不同处理的毛豆仁氨基酸成分分析

图5 不同漂烫处理的毛豆仁风味的GC/MS图谱Fig.5 Representative chromatograms of vegetable soybeans volatiles under different processing conditions

2.4 不同漂烫处理对毛豆仁氨基酸成分的影响

蛋白质营养价值的高低不仅取决于氨基酸种类是否齐全,且各种必需氨基酸之间的比例以及必需氨基酸与总氨基酸的比例是否恰当也至关重要。从表2中可看出,毛豆仁含有17种氨基酸,其中包括人体必需的7种氨基酸(除色氨酸),占所有氨基酸含量的35.2%,与WHO/FAO提出的必需氨基酸/非必需氨基酸为0.60左右的参考蛋白模式相近,因此属于优质蛋白。在必需氨基酸中,支链氨基酸是一类特殊的氨基酸,它能促进蛋白质合成代谢,加速肌肉合成,减少肌肉分解。支链氨基酸主要包括L-亮氨酸、L-异亮氨酸和L-缬氨酸,本研究中毛豆仁支链氨基酸含量总氨基酸量的18.1%。我国居民膳食以大米、小麦等植物性食物为主,通常缺乏赖氨酸,而毛豆仁作为非主食不仅必需氨基酸比例比较适宜,且赖氨酸含量较高,有助于平衡膳食中的氨基酸比例。因此,毛豆可作为一种优质植物蛋白的重要来源。本研究中,不同漂烫方式对毛豆仁氨基酸组成和含量影响不大,具体的内在原因还有待于进一步研究。

2.5 不同漂烫处理对毛豆仁风味的影响

为了揭示不同漂烫处理对毛豆仁风味的影响,采用GC-MS对毛豆仁的挥发性成分进行了分离和鉴定。如图5所示,不同漂烫处理后样品的色谱图形状完全不同,这说明漂烫处理引起了毛豆仁挥发性成分在种类和浓度上发生明显变化。其中,未处理组共检出19种挥发性成分,占总峰面积的81.46%,其中醇类8种,醛类4种,酮类2种,其他种类5种,含量相对较高的有乙醇、3-己烯-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇、1-己醇、3-辛酮、乙酸酐等;声热处理样品共检出18种挥发性成分,占总峰面积的84.81%,其中醇类8种,醛类5种,酮类3种以及其他种类2种,含量相对较高的有乙醇、3-甲基-1-丁醇、1-己醇、1-辛烯-3-醇、己醛、(Z)-2-庚烯醛、3-辛酮等;微波漂烫样品共检出16种挥发性成分,占峰面积的83.68%,其中醇类7种,醛类6种,酮类2种及其他种类1种,含量相对较高的有乙醇、3-甲基-1-丁醇、1-己醇、1-辛烯-3-醇、己醛等;热水漂烫样品共检出19种挥发性物质,占总峰面积的78.70%,其中醇类8种,醛类6种,酮类3种,以及其他种类2种,含量相对较高的有乙醇、3-甲基-1-丁醇、1-己醇、1-辛烯-3-醇、己醛等。

毛豆仁是一种风味浓郁的菜肴,含有大量的醇、醛、酮类挥发性成分。由表3可知,漂烫处理对毛豆仁挥发性物质总体含量影响不大,但不同处理样品的挥发性物质种类及相对含量均发生了较大的变化。无论是未处理样品还是漂烫处理样品其挥发性成分含量最高的均为醇类,但是大多数醇类物质感觉阈值较高,对毛豆仁风味贡献不大,如乙醇感觉阈值为52000 μg/kg[16],其含量变化对毛豆仁风味影响不大。而1-辛烯-3-醇感觉阈值仅为1 μg/kg[17],其含量变化将会对毛豆仁风味产生重大影响。1-辛烯-3-醇是一种亚油酸衍生物的降解产物,具有植物的芳香气味,是毛豆仁烫漂后主要挥发性成分之一。从表3可以看出,漂烫后样品中1-辛烯-3-醇的含量上升了,其中声热处理样品含量最高,为5.70%,其次微波漂烫样品,为5.40%,含量最低的为热水漂烫样品,其含量为4.44%。

表3 不同处理毛豆仁样品主要挥发成分及相对含量

注：US:声热处理;MW:微波处理:HW:热水漂烫;n.d表示未检测到。醛类物质在毛豆仁中的相对含量仅次于醇类,其感觉阈值较低,对毛豆仁风味影响较大。2-庚烯醛具有油脂香味,其感觉阈值仅为13 μg/kg[16],对毛豆仁风味形成具有一定作用。如表3所示,漂烫处理后样品的2-庚烯醛含量有所增加,尤其是声热处理样品,含量高达9.64%。己醛由脂肪氧化形成,它赋予了毛豆仁青豆气味。己醛在毛豆仁中含量较高,其中未处理样品中己醛的相对含量为3.29%;声热处理样品为17.40%;微波烫漂样品为26.68%;热水漂烫样品中为12.63%。

酮类物质在毛豆仁中含量次于醇类和醛类,酮类物质的感觉阈值比醇类低,但高于醛类。酮类中对风味贡献较大的是1-辛烯-3-酮,因为其感觉阈值仅为0.005 μg/kg[17]。从表3中可以看出,漂烫处理后1-辛烯-3-酮含量有所降低,尤其是微波处理样品,相对含量仅为0.70%。3-辛酮和3-羟基-2-丁酮的存在对毛豆仁风味形成也发挥了重要的作用。此外,其它的一些物质如乙酸乙酯等,虽然相对含量不高,但对毛豆仁风味形成也产生一定的作用。

3 结论

漂烫处理显著降低了毛豆仁的L*值、a*值和抗坏血酸含量,但却显著增加了样品的b*值(p<0.05)。相比热水漂烫,声热处理和微波处理较好地保留了毛豆仁的抗坏血酸和叶绿素含量。漂烫处理显著降低了毛豆仁的横向弛豫时间T22和T23,改变了各种状态水分的相对含量。声热处理后毛豆仁自由水相对含量明显低于微波和热水漂烫样品(p<0.05)。氨基酸分析显示,毛豆仁含有7种必需氨基酸,且必需氨基酸/总氨基酸之比为35.2%,是一种优质蛋白来源,但不同漂烫处理对氨基酸的种类及含量影响不大。不同漂烫处理毛豆仁挥发性物质种类及含量均存在明显差异,其中主要风味物质1-辛烯-3-醇和2-庚烯醛在声热处理下含量最高,分别为5.70%和9.64%。总之,声热处理不仅能使过氧化物酶钝化,还能减少营养成分流失和改善感官特性。

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Effect of different blanching methods on the quality of vegetable soybeans

JIANG Yu1,2,CHENG Xin-feng1,2,*,JIANG Kai-li1,2

(1.Institute of Functional Food,Anhui Normal University,Wuhu 241002,China;2. College of Environmental Science and Engineering,Anhui Normal University,Wuhu 241002,China)

To clarify the advantage of new pre-processing techniques on the quality retention of frozen vegetables,the effects of blanching,thermosonication and microwave treatments on the sensory characteristics and nutritional quality of vegetable soybean were studied by using a variety of analytical methods,such as LF-NMR and GC-MS. The results showed that blanching significantly reduced theL*value,a*value and ascorbic acid content,but significantly increased theb*value of vegetable soybean(p<0.05). Compared with conventional blanching,thermosonication and microwave treatments were better to retain the ascorbic acid content and chlorophyll content of vegetable soybean. Results showed that there were four distinct water populations in the data of multi-exponential fitting of vegetable soybeans LF-NMR T2transverse relaxation time,which were T21(<1 ms),T22(1～8 ms),T23(40～50 ms)and T24(>250 ms),respectively. Compared with untreated samples,the values of T22and T23in vegetable soybean after blanching were decreased significantly(p<0.05). The relative content of free water(M24)in samples treated by thermosonication was significantly less than that in both microwave and conventional blanching samples(p<0.05). Amino acid analysis showed that vegetable soybean was a kind of high quality protein source,since it contained 7 kinds of essential amino acids,and the ratio of essential amino acids/total amino acid was up to 35.2%. However,there was no significant difference in the kind and content of amino acids in vegetable soybean treated by different pretreatment. GC/MS results showed that there were significant differences in the types and content of volatile substances of samples pre-treated by different blanching methods. The values of 1-octen-3-ol and 2-heptenal in samples treated by thermosoncation,which were the main flavoring substances of vegetable soybean,were up to 5.70% and 9.64%,respectively.

vegetable soybean;blanching;microwave treatment;thermosonication

2016-09-28

姜玉(1995-)，女，本科，研究方向：生鲜食品加工与贮藏，E-mail:2513763118@qq.com。

*通讯作者:程新峰(1981-)，男，博士，讲师，研究方向：农产品加工与贮藏工程,E-mail:chxf0110194@163.com。

安徽省自然科学基金(1608085QC55)；安徽师范大学博士科研启动基金项目(2014bsqdjj52)；安徽师范大学项目培育基金(2015xmpy12)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201510370022)。

TS255.1

A

1002-0306(2017)05-0108-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.012