豆薯软罐头质地变化及贮藏动力学研究

迪珂君,黄欣娅,贾雪梅,陈厚荣,张甫生

(1.西南大学食品科学学院,重庆 400715;2.国家级食品科学与工程实验教学示范中心(西南大学),重庆 400715)

豆薯(Pachyrrhizuserosus(L.)Urban)又名凉薯、地瓜、沙葛、土瓜等,是豆科、豆薯属草质藤本植物,原产于热带美洲,在热带和亚热带地区生长良好[1],目前在我国川渝、云贵等地区种植较多。不同于其他薯类植物,豆薯中淀粉含量低[2],但营养丰富,含多种人体所必需的矿物质[3],其中蛋白质、脂肪、糖分的含量也高于其他叶菜类[3-4]。但豆薯根块含水量高,贮藏期内易发生腐败变质,开发豆薯产品,有利于缓解豆薯利用率低、农民面临丰产不增收的困境,且能够很好的丰富豆薯产品的种类。目前,开发的豆薯产品主要有豆薯脯、豆薯饮料、豆薯淀粉及豆薯酸奶、豆薯醋等[5-7],相关的研究主要集中在产品工艺及营养价值上,而对豆薯加工过程中质构特性的变化及贮藏动力学的探讨较为少见[8]。

果蔬在贮藏期间的质构变化常采用一级动力学模型进行拟合,通过对一级动力学模型的应用,可较为直观的预测果蔬产品的质地在整个贮藏期间的变化[9]。为此,本文拟对豆薯在热烫、预煮、杀菌及不同贮藏温度下质构特性的变化进行对比研究;同时对贮藏过程中质构的变化进行动力学分析,从而探讨热加工及贮藏对豆薯质构的影响,以期为豆薯罐头货架期的预测和豆薯产品的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

豆薯 云南省曲靖市;白砂糖 食品级，重庆市天生丽街永辉超市;柠檬酸 食品级,澭坊英轩实业有限公司;真空袋 食品级,台州市名科塑业有限公司。

CT-3质构仪 美国博勒飞公司;DZ600-2S真空包装机 上海人民包装股份有限公司;BCD-532WDPT无霜冷藏冷冻箱 青岛海尔股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 原料清洗→剥皮→切分→热烫→冷却→预煮→冷却→装袋→加糖液→密封→杀菌→冷却→保藏检验。

1.2.2 样品处理

1.2.2.1 热烫处理 挑选新鲜、无破损、色泽较好、大小一致的豆薯(本试验用豆薯淀粉含量约为3.5%),清水漂洗洁净;切分成规格为1 cm×1 cm×1 cm的正方块,后放入95 ℃左右沸水中分别热烫0、2、4、6、8 min,沥干表面水分,冷却。

1.2.2.2 预煮处理 设定预煮液为0.15%柠檬酸+0.03%异抗坏血酸钠溶液,将切分好的豆薯在(90±2) ℃的预煮液煮4 min[9]。沥干表面水分,冷却;将豆薯与糖液按质量比1∶1加糖液密封(糖液配制糖酸比为白砂糖∶柠檬酸=24%∶0.3%)。

1.2.2.3 杀菌处理 参照姚佳等[9]热杀菌处理,将真空密封后的豆薯罐头置于90 ℃恒温水浴锅中,保持中心温度不低于85 ℃,杀菌20 min,杀菌结束后,用自来水迅速冷却到室温。

1.2.2.4 贮藏处理 分别于常温(25 ℃)、低温(4 ℃)下贮藏180 d,分别于0、30、60、90、180 d测定样品质构。

1.2.3 豆薯TPA分析 对新鲜和处理后的豆薯进行TPA分析,样品置于CT-3质构仪TA4/1000探头下做TPA测试。测定参数如下:测前速率2 mm/s,测试速率1 mm/s;测后速率与测试速率一致;压缩程度:50%;停顿时间5 s;触发值5 g;重复15次[9]。

1.2.4 豆薯质地变化动力学分析 对豆薯质地在贮藏过程中的变化进行一级动力学拟合,通过以对数线性曲线绘制数据来描述相对质构参数(T/T0)和贮藏时间(t)之间的关系。方程为:

T=T0×e-kt

式(1)

其中:T表示t天时,豆薯果肉的各项质构参数值;T0表示贮藏期开始时豆薯果肉的各项质构参数值;t表示贮藏时间(d);k表示在相应贮藏条件下豆薯果肉各项质构参数值的降解速率常数(d-1),可用来分析在此条件下的豆薯各项质构参数值的降解速率。

1.3 数据处理

采用Origin 9.0与SPSS Statistics 22.0进行数据处理及显著性分析,试验结果以均值±标准误差(Mean±S.E)表示。

2 结果与分析

2.1 热烫处理对豆薯各质构参数的影响

热烫后豆薯质构参数变化如图1所示。热烫能钝化酶活性、减少微生物生长[10],但也会使豆薯质地变软、咀嚼性变差。与新鲜豆薯相比,热烫后豆薯硬度、咀嚼性均显著(P<0.05)下降;不同热烫时间(2、4、6、8 min)处理后豆薯的硬度分别为未热烫处理的90.84%、63.15%、42.18%、43.21%。原因可能是高温导致β-消除反应,细胞壁中果胶物质降解[11-13]、细胞膨胀、细胞壁完整性丧失[14],样品组织变软,硬度下降;继续加热后,由于果胶已大部分降解,故降解不再显著,硬度变化不再明显。热烫处理2、4、6、8 min后咀嚼值分别为未处理时的24.2%、17.7%、14.7%、13.1%。豆薯罐头咀嚼性的大幅度降低可能是热烫使豆薯组织细胞内的果胶、纤维素等物质分解,同时分子结构较大的结晶淀粉颗粒开始凝胶化膨胀,随后较小的颗粒也溶胀所致[15]。热烫处理2～8 min豆薯的回复性、凝聚性、弹性较新鲜样品下降了39.6%～48.6%、54.3%～56.0%、27.6%～34.0%,可能是因为豆薯组织的结构完整性遭受破坏、结合力下降,进而导致豆薯组织疏松[10]。

豆薯热烫时间超过4 min后,酶基本钝化[16]且豆薯色泽无明显变化、质构重要指标达到相对稳定。热烫时间过长,耗电量增加、成本增长,且豆薯质地变软、原有质感丧失。故为尽可能减少能耗与保持豆薯原有的质地风味,考虑豆薯罐头在制作过程中热烫4 min为宜。

2.2 预煮、杀菌过程中豆薯的质构变化

豆薯的硬度在两次处理后均显著性下降(P<0.05);咀嚼性和弹性在预煮后显著下降,杀菌后继续下降(P<0.05),但杀菌后下降不显著;凝聚性和回复性在预煮后显著下降(P<0.05),但在杀菌后有所上升,究其原因可能是果胶物质继续降解和淀粉继续糊化[15]。

同热烫处理,预煮能进一步杀灭使品质败坏的微生物与酶,减少非酶促褐变反应、微生物负荷、同时除去植物表面异物[14]。预煮阶段,豆薯组织内部由于空气受热排出,对淀粉凝胶化产生影响,使豆薯组织空隙变小、排列紧密、质地变软[10]。预煮后与预煮前相比,豆薯硬度下降20.54%、凝聚性下降45.33%、咀嚼性下降81.98%、回复性下降25.47%、弹性下降55.19%。杀菌后与杀菌前相比凝聚性、回复性分别上升5.33%、5.18%;而硬度、咀嚼性、弹性分别下降26.36%、1.27%、1.81%。

果蔬的硬度最能反映其内部组织结构,并能为果蔬品质的评价提供一定的参考[17];豆薯的硬度在预煮和杀菌阶段都显著降低(P<0.05),说明无论预煮还是杀菌,都能显著影响豆薯罐头的原有质地。

图1 热烫处理对豆薯硬度(A)、凝聚性(B)、咀嚼性(C)、回复性(D)以及弹性(E)的影响Fig.1 Effect of blanching on hardness(A),cohesiveness(B),chewiness(C),resilience(D)and springiness(E)of jicama

表1 预煮及杀菌处理对豆薯罐头质构的影响Table 1 Effects of precooking and sterilization on the texture of canned jicama

注：同列不同字母表示各数据间有显著性差异(P<0.05)。

2.3 贮藏过程中豆薯的质构变化

豆薯罐头在贮藏过程中质构变化如图2所示。常温与低温贮藏下豆薯罐头的硬度均显著下降(P<0.05),180 d时豆薯硬度与0 d时相比下降了33.49%(常温)、14.56%(低温),表明罐头在贮藏过程中质地会变软[18-19],原因可能是在贮藏过程中细胞壁中的果胶等物质继续降解[20],细胞的完整性进一步被破坏[18]。0～30 d豆薯罐头在常温与低温条件下凝聚性与咀嚼性均显著(P<0.05)下降,后期变化缓慢,180 d时凝聚性、咀嚼性与0 d时相比常温贮藏下降18.52%、40.36%,低温贮藏下降10.21%、32.43%,凝聚性的降低可能是在贮藏过程中,豆薯细胞结构间完整性逐渐被破坏、结合力变弱[21]。在贮藏过程中豆薯的回复性与弹性的变化较一致,贮藏期间小幅度下降,各组之间无显著性差异(P>0.05);常温、低温贮藏不同条件下也无显著性差异(P>0.05)。

图2 不同贮藏条件下不同贮藏时间的豆薯果肉硬度(A)、凝聚性(B)、咀嚼性(C)、回复性(D)以及弹性(E)Fig.2 Hardness(A),cohesiveness(B),chewiness(C),resilience(D)and springiness(E)of jicama pulpwith different storage time under different temperature storage conditions

表2 糖水豆薯罐头在贮藏期间质构变化的动力学分析Table 2 Dynamic analysis of texture changes of canned jicama during storage

同时在实验设定时间范围内发现,低温能有效维持果蔬在贮藏期内较高的质构参数[22],说明低温能有效保持豆薯细胞组织间的结合力、延缓豆薯细胞壁中果胶降解速度,一定时间内能维持豆薯较好的品质[23-24]。

2.4 不同贮藏温度下糖水豆薯罐头在贮藏期间质构变化的动力学分析

豆薯罐头在常温25 ℃和低温4 ℃贮藏下质构变化的一级动力学曲线如图3所示,得到的动力学方程、降解速率常数k值和线性决定系数R2见表2。对贮藏过程中豆薯罐头的上述质构参数进行动力学分析,发现在硬度最能拟合一级动力学模型(常温25 ℃:R2=0.921、低温4 ℃:R2=0.985);同时发现豆薯罐头低温条件下的质构参数变化与动力学方程具有较高的线性拟合度[25](硬度、凝聚性、回复性、弹性:R2=0.913～0.985),这一结果与Yu等人对黄桃罐头在贮藏期内质构变化研究的结果相似[11]。但常温贮藏下,罐头部分质构参数与方程的拟合度不高(R2=0.660～0.921),考虑豆薯在常温条件下质地发生了劣变或质构变化的方程较经典方程更为复杂[26]。

图3 糖水豆薯罐头在贮藏期间硬度(A)、凝聚性(B)、咀嚼性(C)、回复性(D)以及弹性(E)变化的一级动力学曲线Fig.3 First-order kinetic curve of hardness(A),cohesiveness(B),chewiness(C),resilience(D)and springiness(E)change during storage of canned jicama

综上所述,一级动力学模型能够很好地反映豆薯罐头在贮藏中果肉质地的变化及预计货架期;通过动力学模型,可预测在冷藏条件下豆薯硬度值将在13月后降为为贮藏前的1/2。

3 结论

豆薯罐头的加工分为热烫、预煮及杀菌三个阶段。豆薯热烫后,各质构参数值均大幅下降;预煮与杀菌处理使豆薯质地进一步软化,且在预煮阶段软化最为明显。豆薯罐头在常温和低温两种贮藏条件下各项质构参数均逐渐下降,其中硬度与咀嚼性变化尤为显著,说明糖水豆薯罐头在贮藏过程中质地会变软;但低温贮藏能延缓其各项质构参数的降解速率,有效减缓豆薯罐头质地的变化,很好地维持糖水豆薯罐头的品质。因此,欲保存豆薯原有质地,加工需在不影响产品的其他性质,如原料的营养性、保存性等条件下尽量缩短豆薯罐制过程中的热烫、预煮和杀菌时间,且贮藏采用低温环境。实验同时利用动力学分析预测了糖水豆薯罐头的最佳食用期。在以后的研究中可对豆薯的形状及热处理温度变化规律和硬化剂对豆薯罐头质地的影响,以及对糖水豆薯罐头在贮藏中营养物质、果胶、色泽和汤汁黏度等变化进行探讨。