梨漿充氣冷打工藝的優(yōu)化

張 霞,張 超,馬 越,霍乃蕊,趙曉燕

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué),食品科學(xué)與工程學(xué)院,山西太谷 030801;2.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心、果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工北京市重點實驗室、農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室、農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)(北方)重點實驗室,北京 100097)

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梨漿充氣冷打工藝的優(yōu)化

張 霞1,2,張 超2,馬 越2,霍乃蕊1,*,趙曉燕2

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué),食品科學(xué)與工程學(xué)院,山西太谷 030801;2.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心、果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工北京市重點實驗室、農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室、農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)(北方)重點實驗室,北京 100097)

評價充氣冷打工藝技術(shù)對梨漿品質(zhì)的影響。研究以皇冠梨為原料,將梨漿中菌落總數(shù)、多酚氧化酶、過氧化物酶和果膠甲酯酶殘留率、果漿顏色以及抗壞血酸含量等指標(biāo)賦予不同權(quán)重,進行歸一化計算作為梨漿綜合評價值,以綜合評價值為響應(yīng)值,采用單因素和正交實驗優(yōu)化梨漿充氣冷打工藝。結(jié)果表明:真空環(huán)境和氮氣環(huán)境提高梨漿的綜合品質(zhì),20 ℃的冷打溫度對梨漿綜合品質(zhì)保持最佳,正交實驗分析顯示氣體種類對梨漿品質(zhì)影響最大,滅菌時間次之,滅菌溫度和打漿溫度影響較小,梨漿充氣冷打最佳工藝參數(shù)為:在溫度為10 ℃的真空環(huán)境中打漿,然后在90 ℃下滅菌7 min,此時梨漿的品質(zhì)最佳,綜合評價值為38.21%±1.59%。

皇冠梨,充氣,冷打漿,綜合評價值,氣體種類

梨為薔薇科梨屬植物,多年生落葉喬木,果肉鮮嫩、外形圓潤、深受消費者喜愛[1]。我國梨產(chǎn)量是世界最大的國家之一[2],除鮮食外,主要加工為梨汁和罐頭等產(chǎn)品。梨汁的生產(chǎn)過程中,果皮、果渣、果核等均作為廢棄物進行干燥生產(chǎn)飼料,原料利用率低[3];而梨漿是將整個果實破碎,除去果核和部分果皮,接著預(yù)煮滅酶(溫度80～100 ℃),然后通過打漿機將果肉進一步打漿至需要的粒徑,滅菌灌裝的一種產(chǎn)品,產(chǎn)品原料利用率高達(dá)95%左右,保持果實原始的芳香和營養(yǎng),是梨深加工的新趨勢[4]。但是,該工藝在破碎和打漿的過程中,果實與O2和金屬容器等發(fā)生接觸,使得果實發(fā)生酶促和非酶促褐變[5],同時,破碎和打漿過程中,物料的溫度升高,引起部分營養(yǎng)成分損失。

充氣冷打工藝一方面控制破碎和打漿過程中的溫度和環(huán)境氣體組成,即充氣工藝;另一方面將原料破碎和打漿合并為一個單元操作,即冷打工藝,降低產(chǎn)品的褐變度,保留水果原始的風(fēng)味和營養(yǎng)成分。研究表明將蘋果在氮氣環(huán)境中打漿可以有效抑制蘋果漿的褐變,提高蘋果漿品質(zhì)[6]。本研究采用充氣冷打工藝生產(chǎn)梨漿,評價環(huán)境氣體組成、冷打溫度、滅菌時間和滅菌溫度對梨漿品質(zhì)的影響,并采用正交實驗的方法優(yōu)化充氣冷打工藝參數(shù),以期為梨漿生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

皇冠梨 北京果香四溢超市曙光花園店;營養(yǎng)瓊脂 北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司;氯化鈉 國藥集團化學(xué)試劑有限公司;維生素C (食品添加劑)石藥集團維生藥業(yè);其他試劑 均為國產(chǎn)分析純。

UMC5真空打漿機 德國Stephanmachinery;CM-3700d型分光測色儀 日本柯尼卡美能達(dá)公司;恒溫恒濕培養(yǎng)箱(MMM,德國);UV-1800紫外分光光度計 日本島津儀器有限公司;分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;GI54DW型高壓滅菌鍋 美國致微公司;3-18型高速冷凍離心機 德國賽多利斯公司3-18型;GI54DW型高壓滅菌鍋 美國致微公司;超凈工作臺 北京東聯(lián)哈爾儀器制造有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 菌落總數(shù)測定 菌落總數(shù)依據(jù)食品微生物學(xué)檢驗菌落總數(shù)測定方法(GB4789.2-2010)[8]

1.2.2 酶活性測定 多酚氧化酶(PPO):反應(yīng)底物為40 mmol/L的鄰苯二酚溶液,用pH7.0,濃度為10 mmol/L的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖液配制,置于棕色試劑瓶中,使用前用水浴鍋在37 ℃下保溫。將梨漿稀釋1倍,即:梨漿與NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液各取10 mL,混勻后在4 ℃和10000 r/min下,離心10 min,用移液槍取0.5 mL上清液與3.5 mL鄰苯二酚溶液于比色皿中,迅速混合,在酶動力學(xué)掃描狀態(tài)下,用420 nm波長的分光光度計掃描100 s,酶活計算公式如公式(2)[8-9]。

過氧化物酶(POD):吸取醋酸-醋酸鈉緩沖溶液(0.1 mol/L,pH5.5)20 mL于棕色容量瓶(100 mL)中,加 2.5%(w/v)溶劑為50%乙醇的愈創(chuàng)木酚0.1 mL,輕輕晃動容量瓶,使愈創(chuàng)木酚均勻分散至醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中,取0.1 mL 30%雙氧水加入上述混合溶液,用蒸餾水迅速定容,搖勻,即配成底物溶液。將梨漿稀釋1倍,即:梨漿與醋酸-醋酸鈉緩沖溶液各取10 mL,混勻后在4 ℃和10000 r/min下,離心10 min,用移液槍取0.5 mL上清液與3.5 mL上述底物溶液于比色皿中,迅速混合,在酶動力學(xué)掃描狀態(tài)下,用470 nm波長分光光度計掃描100 s,酶活計算公式如公式(2)[9-10]。

式(2)

式中:ΔA-在420 nm或470 nm波長下吸光度值的變化差;Δt-在420 nm或470 nm波長下時間的變化差;f-樣品稀釋倍數(shù)。

果膠甲酯酶(PME):采用滴定法,23 ℃水浴下,向1%(w/v)果膠溶液(pH7.5,含1 mol/L NaCl)中加入5 mL樣品,用0.1 mol/L NaOH迅速將溶液pH調(diào)至7.5,加入25 μL 0.1 mol/L的NaOH,計時,獲得pH回到7.5所用時間[11]。PME活性(PMEU)和殘存酶活的計算公式如(3)、(4):

式(3)

式(4)

1.2.3 褐變指數(shù)測定 將樣品和pH7.0的磷酸二氫鈉-磷酸氫二鈉緩沖溶液各取15 mL,混勻,4 ℃,10000 r/min離心10 min,取上清液,在420 nm波長下測定吸光度值,用吸光度值表示其褐變指數(shù),吸光度值越大,褐變程度越大[4]。

1.2.4 顏色測定 采用CM-3700d型分光測色儀的反射模式,選用標(biāo)準(zhǔn)D65光源[12-13]。室溫下以標(biāo)準(zhǔn)白色為標(biāo)準(zhǔn),測定L*、a*、b*值,其中,L*表示亮度,L*值越大,色澤越白;a*>0表示物體偏紅,a*<0表示物體偏綠;b*>0表示物體偏黃,b*<0表示物體偏藍(lán)。色差ΔE越大表示梨漿顏色變化越大,根據(jù)通過式(5)計算色差[7]。

(5)

1.2.5 VC測定 取樣品10 g,置于25 mL比色管中,用草酸-EDTA定容并搖勻,取1 mL于比色管中,加1 mL 5%硫酸,0.5 mL偏磷酸-乙酸,加鉬酸銨2 mL,搖勻,用蒸餾水定容,15 min后在705 nm下測吸光度值。同時將VC使用草酸-EDTA溶解,配成1 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液,加入5%硫酸,偏磷酸-乙酸和鉬酸銨,15 min后,在705 nm下測吸光度值,以VC含量為橫坐標(biāo),繪制VC標(biāo)準(zhǔn)曲線,標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示,樣品中VC含量根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算[14-15]。

圖1 VC標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of VC

1.3 實驗方案的設(shè)計

1.3.1 綜合評價值的計算 綜合評價值(S):基于梨漿產(chǎn)品微生物數(shù)量、感官和營養(yǎng)特性,評價梨漿品質(zhì)的一種方法。綜合評價值是以各個指標(biāo)所測值占對照組相應(yīng)指標(biāo)初始值的百分比為響應(yīng)值,賦予每個指標(biāo)不同權(quán)重,累加各個指標(biāo)與權(quán)重的積作為綜合評價值,計算見公式(1),其中菌落總數(shù)權(quán)重為0.4,褐變度和色差權(quán)重分別為0.2、PPO、POD、PME活性權(quán)重分別為0.1,VC含量權(quán)重為-0.1。因而,對照組的綜合評價值為100%,該數(shù)值越小,代表其綜合品質(zhì)越好。

式(1)

式中:S為綜合評價值,Rn為指標(biāo)所測值,Rn0為指標(biāo)初始值,Wn為指標(biāo)權(quán)重。

表2 環(huán)境氣體組成對梨漿S的影響
Table 2 Effect of gas on S of the pear puree

氣體組成PPO(U)POD(U)PME(U)VC(mg/100g)ΔE褐變度微生物log(CFU)S(%)平均值鮮梨漿056089526×10-4389/02203191000010000空氣042063396×10-4454482044018815777空氣038054365×10-4446467039218815030空氣052068402×10-4472484048818816427(15745±699)a真空024026334×10-466725203320797818真空032031346×10-468028903560798226真空021019321×10-466122303080797460(7835±383)b氮氣015018266×10-4744141902441088394氮氣019023289×10-4813942602521088506氮氣012015243×10-4708840502361088188(8363±161)b

注:色差的R0為3,在此基礎(chǔ)上,所測指標(biāo)值小于等于3的均按3處理。

1.3.2 單因素實驗 充氣冷打漿工藝:將新鮮皇冠梨在4 ℃冷庫貯藏24 h,去皮去核,轉(zhuǎn)運至潔凈空間,稱取梨肉1500 g,倒入真空打漿機,加入10.5 g VC(使用20 mL蒸餾水溶解),根據(jù)需要在鍋體內(nèi)充入氮氣或者抽真空,接著按設(shè)定好的溫度參數(shù)打漿,打漿3 min,繼而在設(shè)定的溫度和時間內(nèi)滅菌,然后迅速排氣,打開鍋蓋,用滅菌后的玻璃棒快速攪拌并于標(biāo)記好的無菌袋罐裝,快速封口,每袋300 g,使用冷卻水迅速將梨漿溫度降低至4 ℃。

單因素實驗設(shè)計如下:環(huán)境氣體組成:10 ℃打漿3 min,80 ℃滅菌5 min,環(huán)境氣體分別為:空氣、真空(0.01 MPa)以及氮氣(99%);冷打溫度:真空打漿3 min,打漿溫度分別為:5、10、15、20、25和30 ℃,在80 ℃滅菌5 min;滅菌溫度:真空10 ℃打漿3 min,滅菌5 min,滅菌溫度分別為70、75、80、85和90 ℃;滅菌時間:真空10 ℃打漿3 min,80 ℃滅菌,滅菌時間分別為1、3、5、7和9 min。

1.3.3 正交實驗 以氣體組成、打漿溫度、滅菌溫度和滅菌時間4個因素做4因素3水平的正交實驗,在單因素實驗的基礎(chǔ)上,采用正交實驗對充氣冷打梨漿工藝進行優(yōu)化,實驗因素、水平見表1,以S作為響應(yīng)值,3次重復(fù)測定取其平均值。

表1 因素水平設(shè)計表
Table 1 Design of factors and levels

水平因素A氣體組成B打漿溫度(℃)C滅菌溫度(℃)D滅菌時間(min)1空氣108052抽真空158573氮氣20909

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

實驗所有數(shù)據(jù)均重復(fù)三次,計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差,使用統(tǒng)計分析軟件DPS v7.05進行處理,Ducan’s新復(fù)極差法進行顯著性分析(p<0.05),圖像繪制采用Origin 8.0軟件(美國Origin Lab Corporation公司)。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境氣體組成對梨漿綜合評價值的影響

梨漿品質(zhì)可以從顏色、風(fēng)味、營養(yǎng)等多方面進行評定,前期研究中,產(chǎn)品品質(zhì)評價依據(jù)主要根據(jù)工藝的目的進行確定,比如:滅菌工藝主要根據(jù)產(chǎn)品中微生物數(shù)量評價、護色工藝主要根據(jù)產(chǎn)品褐變度評價、滅酶工藝主要根據(jù)產(chǎn)品的殘留酶活進行評價[4,7,17-22]等。本研究認(rèn)為梨漿生產(chǎn)需要解決降低微生物數(shù)量、抑制褐變和降低酶活性等多重目標(biāo),單一評價微生物數(shù)量、或褐變度、或殘留酶活,均不能全面反應(yīng)梨漿品質(zhì),因而提出采用綜合評價值(S)反映梨漿品質(zhì)。該綜合評價值對與產(chǎn)品品質(zhì)相關(guān)的指標(biāo)賦予不同權(quán)重,比如微生物數(shù)量關(guān)系產(chǎn)品的安全性和穩(wěn)定性,賦予0.4的權(quán)重,而對品質(zhì)影響小的指標(biāo)賦予較低的權(quán)重,因此,綜合評價值可以更加客觀的顯示整個工藝流程對梨漿品質(zhì)的影響。

環(huán)境氣體組成對梨漿綜合評價值的影響如表2數(shù)據(jù)所示,環(huán)境氣體組成對梨漿綜合評價值有顯著性差異(p<0.05),其中,氮氣和真空環(huán)境處理無顯著性差異(p>0.05),真空處理的綜合評價值最低,為78.35%±3.83%,真空環(huán)境對梨漿的品質(zhì)具有很好的保護作用。由于原始數(shù)據(jù)較多,后續(xù)結(jié)果中的原始數(shù)據(jù)不再一一列出。

2.2 打漿溫度對梨漿綜合評價值的影響

圖2顯示打漿溫度對梨漿綜合評價值的影響,可以發(fā)現(xiàn)10、25 ℃和30 ℃無顯著性差異(p>0.05),5、15 ℃和20 ℃打漿存在顯著性差異(p<0.05),20 ℃時綜合評價值S最低,為50.19%±0.03%,原因可能在于低溫提高VC保留率,降低酶活殘留率,降低產(chǎn)品褐變率。研究發(fā)現(xiàn)過氧化物酶與風(fēng)味的劣化有直接關(guān)系[9],多酚氧化酶和過氧化物酶的最適溫度分別為30～32 ℃和25～28 ℃,故低溫打漿可在降低褐變的同時減少風(fēng)味損失[23],提高梨漿綜合評價值。

圖2 打漿溫度對梨漿綜合評價值的影響Fig.2 Effect of beating temperature on S of the pear puree注:標(biāo)有不同小寫字母者表示組間差異顯著(p<0.05)，圖3、圖4同。

2.3 滅菌溫度對梨漿綜合評價值的影響

圖3顯示滅菌溫度對梨漿綜合評價值的影響。不同滅菌溫度對產(chǎn)品影響之間存在顯著性差異(p<0.05),80 ℃綜合評價值S為78.07%±4.79%,為最優(yōu)滅菌溫度,85 ℃S值突然增加,可能是因為高溫發(fā)生的褐變反應(yīng)主要是非酶促褐變,有美拉德反應(yīng)、焦糖化等反應(yīng),高溫條件下最易發(fā)生反應(yīng),這是因為還原性糖和氨基酸反應(yīng),生成的產(chǎn)物經(jīng)不同階段后形成黑精色素,也可能是因為在打漿過程中梨漿的糖類物質(zhì)因受熱脫水和分解,縮合生成粘稠狀的黑褐色物質(zhì)。與貯藏溫度對濃縮蘋果汁[24]、香蕉汁[25]非酶褐變的影響研究一致。

圖3 滅菌溫度對梨漿綜合評價值的影響Fig. 3 Effect of pasteurization temperatureon S of the pear puree

2.4 滅菌時間對梨漿綜合評價值的影響

由圖4可知,在滅菌時間為7 min時,梨漿綜合評價值最低,為47.5%±1.65%,原因可能在于在相同條件下,時間越長,酶活性殘余率越低,綜合評價值降低,而隨著時間繼續(xù)延長,酶活性殘留率未發(fā)生顯著性變化[19-22],而褐變率提高、VC含量損失最佳,因而綜合評價值升高。

圖4 滅菌時間對梨漿綜合評價值的影響Fig. 4 Effect of pasteurization time on S of the pear puree

2.5 正交實驗結(jié)果

表3顯示6號處理梨漿綜合評價值S最低,為42.7%±3.38%,其次是7號,為58.2%±2.97%,通過極差分析,氣體類型和滅菌時間對梨漿綜合評價值的影響極顯著,4個因素對梨漿品質(zhì)的影響順序為:氣體類型>滅菌時間>滅菌溫度>打漿溫度。由單因素實驗結(jié)果可知,打漿溫度對梨漿綜合評價值有一定的影響,在20 ℃時,綜合評價值S最低,可見正交實驗中存在交互作用,由于交互作用的影響,打漿溫度在對梨漿品質(zhì)的影響中作用較小。實驗中獲得綜合評價值S最好的組合為A2B1C3D2,即:氣體種類為抽真空、打漿溫度為10 ℃、滅菌時間為90 ℃、滅菌時間為7 min。經(jīng)實驗測得該組合綜合評價值S為38.2%±1.59%。

表3 正交實驗結(jié)果
Table 3 Result of orthogonal test

實驗號1A2B3C4DS(%)11111(152.8±6.46)a21222(137.4±4.42)c31333(143.4±3.09)b42123(117.3±7.20)d52231(89.8±7.29)f62312(42.7±3.38)h73132(58.2±2.97)g83213(105.1±4.74)e93321(155.2±6.26)abK1433328300397K2249332410238K3318341291365k1144109100132k28311013679.4k310611397122極差61.34.3339.653.2優(yōu)方案A2B1C3D2(38.2±1.59)

注:表格中標(biāo)有不同小寫字母者表示組間差異顯著(p<0.05)。

3 結(jié)論

研究建立梨漿綜合評價值計算方法,其中菌落總數(shù)權(quán)重為0.4,褐變度和色差權(quán)重分別為0.2、PPO、POD、PME活性權(quán)重分別為0.1,VC權(quán)重為-0.1。因而,對照組的綜合評價值為100%,該數(shù)值越小,代表其綜合品質(zhì)越好。結(jié)果表明:真空和氮氣環(huán)境可以提高梨漿的綜合品質(zhì),20 ℃的冷打溫度對梨漿綜合品質(zhì)保持最佳,其中氣體種類對梨漿品質(zhì)影響最大,滅菌時間次之,滅菌溫度和打漿溫度影響較小,梨漿的最佳工藝參數(shù)為:在溫度為10 ℃的真空環(huán)境中冷打漿,在90 ℃下滅菌7 min,此時梨漿的品質(zhì)最佳,綜合評價值為38.21%±1.59%。

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Optimization of inflatable and cold processing of pear pulp

ZHANG Xia1,2,ZHANG Chao2,MA Yue2,HUO Nai-rui1,*,ZHAO Xiao-yan2

(1.Shanxi Agricultural University,College of Food Science and Engineering,Taigu 030801,China; 2.Beijing Vegetable Research Center,Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences;Beijing Key Laboratory of Fruits and Vegetable Storage and Processing;Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops(North China),Ministry of Agriculture;Key Laboratory of Urban Agriculture(North),Ministry of Agriculture,50 Zhanghua Road,Haidian District,Beijing 100097,China)

The inflatable and cold processing was applied to pear pulp(Huangguanpear)to inhibit their browning and to improve their quality. The comprehensive evaluation value was the summary of the normalized and weighted total number of colonies,the activities of polyphenol oxidase,peroxidase,pectin methyl esterase,color and ascorbic acid,which were used to reflect the comprehensive quality of the pear pulp. The vacuum and nitrogen conditions were the best to hold the overall quality of the pear pulp. The gas type was the key factor for the comprehensive evaluation value the pear pulp. The optimum parameter of the inflatable and cold processing was:beating at 10 ℃ in vacuum and pasteurizated at 90 ℃ for 7 min with the comprehensive evaluation value of 38.21%±1.59%.

Huangguanpear;inflatable;cold beating;comprehensive evaluation value;gas type

2016-05-12

張霞(1989-)，女，碩士研究生，研究方向：食品加工新技術(shù)， E-mail：zhangxia1005@sina.cn。

*通訊作者:霍乃蕊(1972-)，女，博士，教授，主要從事生物技術(shù)與食品安全方面的教學(xué)與科研工作，E-mail：tgnrhuo@163.com。

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技城成果惠民科技示范工程(Z151100001015017);北京市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新能力建設(shè)專項新學(xué)科培養(yǎng)(KJCX20140204 & KJCX20140111-21);果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工北京市重點實驗室(Z141105004414037)。

TS201

B

1002-0306(2016)23-0211-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.23.031