真空预冷毛豆参数优化及其对贮藏特性的影响

张晓娟,刘贵珊*,余江泳,李晓瑞,张浩楠

1(宁夏大学 农学院，宁夏 银川，750021)2(宁夏大学 物理与电子电子工程学院，宁夏 银川，750021)

毛豆是指豆荚饱满、荚及籽粒呈翠绿色时采收食用的菜用大豆[1]，富含优质蛋白、营养素和膳食纤维，同时含低聚糖等保健成分以及具有特殊的豆香味[2]。对于保护心脑血管和控制血压颇有益处，是公认的无公害安全健康食品[3]。但是，新鲜的毛豆含水量大，代谢旺盛，易脱水萎蔫，因此，在室温储存时易受到病原体的侵染而褐变、发霉腐烂，从而减缓了其感官品质和食用价值，某种程度上影响了毛豆工业的蓬勃发展。目前，预冷技术在整个冷链中保持毛豆采后品质具有积极的作用。

真空预冷被广泛认为是最佳预冷莴苣、菠菜、花椰菜和其他叶菜等园艺产品的冷却技术。它是在真空条件下蒸发果蔬中的部分水分，并减少采后热量变化延长其储存货架期的预冷方式[4]。相较于传统的降温技术，它具有冷却速率快、冷却均匀、高效等优点[5-6]，因而已成为果蔬田间采收后降低田间热、快速抑制呼吸强度的重要工序。目前，国内外很多学者也探讨了真空预冷技术在提高果蔬贮藏品质方面的作用。KONGWONG等[7]发现真空预冷有效延缓了抗坏血酸和总叶绿素含量的损失，抗氧化活性和酚类物质的含量都得到了较好的保留，研究发现真空预冷是延长小莴苣货架期和品质的最有效的方式。TIAN等[8]发现真空预冷可维持西兰花的叶绿素、维生素C和还原糖水平，并在贮存期内可较好地维持其感官特性。钱骅等[9]发现真空预冷可延缓西兰花贮藏期Vc含量，可滴定酸含量的下降，较好地保持其感官品质。段宙位等[10]发现真空预冷处理对澳芒储藏期间质量维持具备良好的作用，并能减缓澳芒贮存过程中营养品质和感官品质的下降，从而达到延长贮藏期的效果。综上所述，真空预冷处理对果蔬采后品质具有积极作用，然而到目前为止针对毛豆真空预冷及其对贮藏特性影响的研究鲜见报道。

基于此，在前期的研究基础上发现真空预冷过程中补水可以降低质量损失率，保持较高的品质。本文针对毛豆开展了不同预冷参数的真空预冷试验，考察最佳预冷参数下毛豆贮藏期间品质，如失水率、呼吸强度、硬度、可溶性固形物含量、丙二醛含量等，以期为实际生产提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 原料及处理

新鲜毛豆，在宁夏中卫种植地采摘后放置于恒温箱中迅速送到实验基地。选取色泽绿，嫩荚生长发育粗壮，籽粒饱满，无病菌损害，无机械伤的样品。以预冷终温，补水率及处理量为因素进行正交试验设计优化预冷工艺参数。以最优工艺参数对毛豆进行真空预冷，并结合冷库预冷和不预冷处理(对照组)进行对比分析，预冷结束后, 立即装入PE保鲜袋置于温度 (4±1)℃，湿度90%的冰箱内贮藏21 d，每隔3 d取一次样。每次采样1 kg，每个样品处理重复3次，结果取平均值。

1.2 仪器与设备

XZD-300真空预冷机、QCSC113977冷库,东莞市科美斯科技实业有限公司；TD-45数显糖度计、3051H果蔬呼吸测定仪,浙江托普云农科技股份有限公司；CM-2300分光测色计,日本柯尼卡美能达。

1.3 实验方法

1.3.1 预冷方法

在预实验基础上设定预冷所需参数，并通过数据采集仪实时记录真空预冷过程中毛豆的中心温度变化。同时称取预冷前、后实验样品的质量。并记录真空预冷机显示屏上由压力传感器和热电偶测量的温度、压力。两枚热电偶分别插入豆荚内、插进豆仁内进行测温。

1.3.2 失重率的测定

新鲜毛豆贮藏前质量m1，毛豆贮藏期测定质量m2，试验平行3次。按公式(1)计算失水率:

(1)

1.3.3 呼吸强度的测定

贮藏结束后立刻移入密闭容器放置0.5 h并采用果蔬呼吸测定仪测定， 按公式(2)计算：

果蔬呼吸强度/[mg·(kg·h)-1]=

(2)

式中:a0,测定前密闭容器中CO2质量分数,mg/kg；a,测定后密闭容器中CO2质量分数,mg/kg；V,容器总体积(2 L)；V0,测定温度下CO2摩尔体积(22.4 L/mol)；M,CO2的摩尔质量(44 g/mol)；m,所测定果蔬的质量,kg；t,所测定果蔬呼吸时间,h。

1.3.4 硬度测定

采用硬度计(探头直径3 mm)测定，选取毛豆豆荚凸面依次均匀用力，将硬度计探头垂直压入毛豆体内5 mm，此时记下读数，每组处理随机选取6～10个样品，取其平均值即为毛豆的硬度。

1.3.5 可溶性固形物测定

随机称取待测样5 g研磨至匀浆，双层纱布过滤取汁，采用TD-45数显糖度计测定。每组样品重复3次，取其平均值。

1.3.6 丙二醛含量

采用硫代巴比妥酸法测定，参照陈文烜等[11]的方法。

2 结果与分析

2.1 毛豆真空预冷过程的参数优化

2.1.1 真空预冷毛豆工艺参数的优选

以新鲜毛豆为原料，采用3因素3水平正交实验来优选预冷毛豆的工艺参数，研究了预冷温度，补水量以及处理量对真空预冷毛豆的影响，以期为优化真空预冷毛豆提供理论基础。结果如表1、表2所示，试验表明：最优的预冷参数为预冷温度5 ℃，补水量3%，处理量为2.5 kg。此工艺参数下真空预冷处理后的毛豆品质指标均较优。

表1 三因素三水平正交实验表Table 1 Orthogonal experimental design of three factors and three levels

表2 试验方差分析Table 2 Analysis of test variance

在毛豆表面均匀补水，以替代其内部的水分汽化, 抽真空时水分汽化吸热间接冷却毛豆。补水有助于加快毛豆降温速率；同一预冷终温下，经补水处理的毛豆其失重率较小，到达预冷终点所需时间较短；相同补水处理的毛豆，预冷终温设置越高，预冷所需时间越少。

2.1.2 毛豆在真空预冷过程中温度-压力的变化

图1为预冷终温为5 ℃的毛豆真空预冷过程, 降温过程中毛豆不同部位有温差, 豆仁内降温较为缓慢, 且预冷后期降温幅度较低。第150 s左右时,真空室压力开始急剧下降, 在此过程中, 毛豆表面水分及内部水分汽化蒸发, 温度持续下降；第650 s起, 预冷槽基本处于恒压状态，但温度仍缓慢降低直到770 s左右, 预冷过程基本结束。

毛豆豆荚坚硬且表面茸毛丰富，形态凹凸不平，因此在实际降温过程中各部分存在一定温差。毛豆的外果皮部分由富有营养的薄壁细胞组成，水分含量高；而内部主要是含水量低而淀粉含量高的种子[12-13]。由于真空室是一个密闭绝热的空间，毛豆水分蒸发产生的潜热由其本身提供。水分蒸发的同时，会降低其表面及内部的温度，同时造成水分的缺失，毛豆豆荚与豆仁间产生水分梯度和温度梯度，因此预冷过程中两者存在一定温差。

图1 毛豆真空预冷过程中温度-压力变化曲线Fig.1 Temperature-pressure curve of soybean during vacuum precooling

2.2 真空预冷对贮藏期间毛豆品质的影响

2.2.1 真空预冷对贮藏期内毛豆失重率的影响

采后蔬菜的失重率是衡量其失水程度生理代谢的重要因素，失重率升高，水分含量越低，导致毛豆易出现萎缩、发黄变软等现象，从而影响其新鲜度。由图2可知，随着贮藏期的延长，各处理组失水率均呈现增加的趋势，在贮藏初期真空预冷、冷库预冷和对照组毛豆的失重率分别为0.4%、0.5%和0.7%，差异不显著。这是因为毛豆呼吸消耗有机物质，同时蒸发作用致使水分流失。在贮藏过程中失重率逐渐增加，至第21天时，真空预冷、冷库预冷和对照组的失重率分别为3.6%、4.2%和4.3%，差异显著(P<0.05)。这可能是经真空预冷处理的毛豆，呼吸作用减弱，延缓了细胞持水能力的下降，从而保持其较高的水分含量。因此，真空预冷处理可以有效地抑制毛豆失重率的上升，这与郭奇亮等[14]关于莴笋叶真空预冷的研究结果相似。

2.2.2 真空预冷对贮藏期内毛豆呼吸强度的影响

呼吸强度是衡量蔬菜耐贮性的一项重要指标。随着呼吸强度的增加，其营养物质的消耗速率增大，从而使成熟过程加快，贮藏性降低。由图3可知，真空预冷后毛豆贮藏过程中呼吸强度均明显低于冷库预冷和对照组，且随着贮藏时间延长，其差异性越显著(P<0.05)。其原因可能是真空预冷毛豆降温速率显著高于其他2组，能有效抑制其呼吸强度。贮藏结束时，真空预冷处理后的毛豆呼吸强度由初始值192.30 mg/(kg·h)下降为53.91 mg/(kg·h)，下降了71.9%；冷库预冷后的呼吸强度由初始值238.84 mg/(kg·h)下降为67.90 mg/(kg·h)，下降了71.6%；对照组呼吸强度则下降为67.90 mg/(kg·h)，下降了69.4%，表明真空预冷处理可有效降低毛豆的田间热从而延缓其呼吸速率变化。这与赵维琦等[15]关于西兰花的真空预冷研究结果相似。

图2 真空预冷处理毛豆贮藏期间失重率的变化Fig.2 Changes of vacuum precooling treatment on weight loss rate of soybean during storage

图3 真空预冷处理毛豆贮藏期间呼吸强度的变化Fig.3 Changes of vacuum precooling treatment on respiratory strength of soybean during storage注：不同小字母表示显著相关, P<0.05(下同)

2.2.3 真空预冷对贮藏期内毛豆硬度的影响

蔬菜硬度是衡量其品质及商品属性的重要因素，在蔬菜贮存过程中硬度与呼吸代谢、酶活性、激素以及温度变化等关系密切[16]。贮藏时间会影响毛豆果胶含量，从而直接影响毛豆的硬度[17]。由图4可知，随着贮藏期的增加毛豆硬度呈下降趋势，且真空预冷处理样品比对照组变化缓慢(P<0.05)。这是因为随着贮藏期延长，预冷导致代谢速率降低，而呼吸速率的降低会进一步促进代谢速率的降低，并限制驱动组织软化或增韧所需的能量，从而抑制毛豆硬度的变化。贮藏结束时真空预冷处理后的毛豆硬度由初始值13.58 kg/cm2下降为9.08 kg/cm2，下降了33.1%；冷库预冷处理后的毛豆硬度由初始值13.22 kg/cm2下降为8.77 kg/cm2，下降了33.6%；对照组硬度则下降为8.77 kg/cm2，下降了39.4%，这说明真空预冷处理有效保持了蔬菜的硬度，在一定程度上可以维持蔬菜的口感，保鲜效果明显。这与王青等[18]关于椒真空预冷的研究结果相似。

图4 真空预冷处理毛豆贮藏期间硬度的变化Fig.4 Changes of vacuum precooling treatment on hardness of soybean during storage

2.2.4 真空预冷对贮藏期内毛豆可溶性固形物含量的影响

可溶性固形物可以反映出毛豆在贮藏过程中的品质变化，同时也是蔬菜成熟和老化的标准之一。由图5可知，预冷方式对贮藏过程毛豆可溶性固形物影响差异不显著(P>0.05)，且随着储藏期的增加呈现先升高后降低的趋势。这是因为毛豆采摘后机体内依旧进行着生命活动，纤维素等大分子物质在其后熟过程中被分解为小分子的糖等物质。而在贮藏9 d后，由于毛豆成熟度的上升，需要消耗糖类来维持自身新陈代谢，果胶酸等大分子物质的分解速率低于葡萄糖等小分子物质的损耗速度，从而造成了可溶性固形物含量的降低。因此，通过抑制呼吸速率和生理代谢的作用，真空预冷处理可减缓毛豆的可溶性固形物含量的变化。这与吴德慧等[19]关于有机杭白菜真空预冷的研究结果相似。

图5 真空预冷处理毛豆贮藏期间可溶性固形含量的变化Fig.5 Changes of vacuum precooling treatment on soluble solid content in soybean during storage

2.2.5 真空预冷对贮藏期内毛豆丙二醛含量的影响

植物组织在逆境下遭遇损害或衰老时通常诱发膜脂过氧化作用，丙二醛是膜脂过氧化的最终降解物，其含量可作为判断植物体遭遇逆境危害的标准[20-21]。由图6可知，储藏前期真空预冷、冷库预冷和对照组丙二醛含量分别为0.18、0.28和0.30 μmol/g，随着贮藏期的增加，各处理组毛豆的丙二醛含量均提高，且差异显著(P<0.05),产生这种趋势的原因主要是因为贮藏期间毛豆含水量依旧保持较高水平，代谢旺盛，导致其表面黄化、衰老，此时丙二醛可以与组织中的蛋白质、核酸等大分子物质反应，改变其分子构型，或使之产生交联反应，从而遗失生物功能[22]。贮藏18 d时这种增加趋势增大，真空预冷、冷库预冷和对照组MDA含量分别为0.58、1.01和1.20 μmol/g ，在贮藏过程中真空预冷处理后的毛豆丙二醛含量始终最低，且变化幅度小，说明其细胞膜受损程度低于冷库预冷和对照组，从而表明真空预冷对于延缓毛豆衰老有明显的优势。这与刘欢等[23]关于刺嫩芽的真空预冷研究结果相似。

图6 真空预冷处理毛豆贮藏期间丙二醛含量的变化Fig.6 Changes of vacuum precooling treatment on MDA content in green soybean during storage

3 结论

新鲜果蔬采后自身存在田间热以及呼吸热，加快了其在储藏期间生物特性变化，从而降低了果蔬的新鲜度和贮藏品质。因此，采用真空预冷技术是延长果蔬货架期的关键。本文先确定了毛豆的较优真空预冷工艺参数为：预冷温度5 ℃，补水量3%，处理量为2.5 kg。在此工艺参数下真空预冷处理的毛豆对后期贮藏品质具有积极作用，能有效抑制毛豆失水率和丙二醛含量的增加，而对可溶性固形物含量影响较小。综上所述，在适宜的预冷参数下进行真空预冷并储藏在特定低温条件下可明显提升毛豆贮藏品质，并延长其货架期。