新型果蔬漂燙技術研究進展

,, ,

(上海交通大學農業與生物學院食品科學與工程系,上海 200240)

果蔬含大量的水分及營養物質,在其采后加工過程中,易受機械損傷和微生物侵害,造成大量腐敗變質,從而引起品質和貯藏性能下降[1]。據統計,我國果蔬損耗率高達30%～50%,而發達國家平均損耗率僅7%[2]。為延長果蔬貯藏時間,降低果蔬損耗率,干燥技術被廣泛應用于果蔬加工[3]。漂燙是果蔬干燥前的關鍵步驟,不僅可以滅酶護色,還能有效提高干燥后產品的品質[4]。傳統漂燙方法主要采用高溫熱水以及常壓蒸汽進行漂燙,該方法操作簡單且應用廣泛,但存在一些不足之處,如造成果蔬貯藏品質下降,部分營養成分損失等。馬征祥等[5]通過研究不同溫度與時間的熱水漂燙對杏鮑菇片品質及酶活性的影響,發現高溫短時漂燙(95 ℃,15.0 s)具有較好的滅酶效果,然而高溫會造成果蔬品質以及貯藏性能的下降。除此之外,研究表明,采用低溫處理可以在貯藏過程中降低果實呼吸強度,更好地保持產品質構,而高溫漂燙會產生異味,并降低果蔬的貯藏性[6-7]。姜玉等[8]采用聲熱、微波以及熱水三種不同漂燙方式處理毛豆,發現熱水處理的樣品中維生素C隨水分流失程度最嚴重。

為達到更好的漂燙效果及品質,出現歐姆漂燙、微波漂燙、超聲波輔助熱處理、射頻漂燙等一系列新型漂燙技術。新型漂燙技術彌補了傳統熱水漂燙的不足,超高溫瞬時蒸汽漂燙提高了蒸汽溫度,利用其被液化時產生的大量潛熱,在更短時間內使酶鈍化,保留更好的果蔬品質。聲熱處理利用超聲波增加了酶的熱敏性,在更低溫度與更短時間內達到相同的滅酶效果。對于新型干法漂燙而言,不以水為介質對物料進行加熱,對水溶性營養物質影響較小,且漂燙效率高。紅外加熱技術通過輻射紅外線,物料吸收大量能量后產生共振,從而快速升溫加熱;而微波則利用電磁場進行快速整體加熱,這幾種漂燙方法不僅滅酶護色效果佳,還保留了較高的抗氧化活性以及維生素C含量[9]。

本文主要針對近年來出現的新型漂燙技術,包括傳統漂燙方法基礎上的改進技術(超高溫瞬時蒸汽漂燙以及超聲波輔助熱漂燙)以及新型干法漂燙技術(遠紅外漂燙、歐姆漂燙、微波漂燙以及射頻漂燙),重點介紹其技術原理及相關研究進展,并闡述其在果蔬滅酶護色及品質提升上的優勢,為推動其工業化應用提供參考。

1 基于傳統漂燙方法的改進技術

1.1 超高溫瞬時蒸汽漂燙

超高溫蒸汽漂燙以高壓蒸汽加熱果蔬,是一種新型果蔬軟化滅酶漂燙技術。與傳統的常壓漂燙相比,其蒸汽溫度有所提高,且升溫較快。除此之外,還能在短時間內使多酚氧化酶失活,通過抑制褐變反應的發生從而減少色澤的劣變[10]。在酶滅活效果上,徐娟等[11]采用響應面分析法,建立了酶滅活時間、蒸汽溫度以及載物量之間的關系,研究超高溫瞬時漂燙對瑪咖過氧化物酶滅活效果的影響,結果表明在130 ℃蒸汽處理54 s后,酶活性下降至4.9%,在較短時間內達到了滅酶效果。在保持果蔬品質上,馮亞超等[12]研究了超高溫蒸汽瞬時漂燙對子姜片揮發性物質的影響,研究表明,子姜片經過漂燙后,由于高溫破壞了細胞結構,物質發生異構、降解與重排,導致揮發性物質種類與含量上升。Bai等[13]研究了在90～120 ℃溫度條件下漂燙無籽葡萄,在110 ℃下漂燙90 s所得到的產品品質最佳,可以更好保留黃綠色澤。除此之外,高溫瞬時蒸汽漂燙具有能耗低的特點,可根據不同種類的果蔬改變蒸汽壓力與時間來達到特定的要求[14]。通過應用超高溫瞬時蒸汽漂燙,對果蔬的后續干燥速率也有所影響,馬琴等[15]采用115 ℃,40%相對濕度的超高溫瞬時蒸汽漂燙枸杞30 s,后續干燥速率提升了43%。

相對濕度、壓力以及時間等是影響超高溫瞬時蒸汽漂燙效果的主要因素。杜志龍等[16]研究了胡蘿卜漂燙后復水性能以及色澤的變化,結果表明濕度較高時,復水性能較好,且復水后的色澤較佳。謝龍等[17]研究漂燙后紅棗品質發現,相對濕度的升高能加快還原糖的轉化,明亮度有所下降,且紅色有所加深。通過近年研究可見,超高溫瞬時漂燙能在短時間內達到較好的滅酶效果,與傳統蒸汽漂燙以及熱水漂燙相比較,漂燙后產品品質較好,但可能會造成質構塌陷和果蔬軟化。

1.2 超聲波輔助熱處理

超聲波輔助熱處理(聲熱處理)是在一定溫度下對果蔬漂燙加以超聲波輔助的處理方法。聲熱處理的漂燙通過兩個階段對酶進行鈍化,第一階段在超聲波作用下使酶穩定性下降,但仍有催化能力,熱效應依然對酶失活起主導作用;第二階段隨超聲波在媒介中傳播時間增長,空化氣泡形成并爆破產生瞬間的高溫、高壓以及沖擊波,使得酶熱敏性增強,在熱條件下酶會迅速失去催化能力,達到漂燙效果[18]。近年來有不少學者研究聲熱處理對果蔬漂燙效果及品質的影響,Gamboa-Santos等[19-20]采用超聲波輔助熱處理(40～70 ℃)來對胡蘿卜進行漂燙,研究發現,在60 ℃條件下過氧化物酶(POD)活性下降至6.7%,漂燙過程對產品中的總酚物質破壞較小,且漂燙后具有較好的復水性能。Ren等[21]研究發現,超聲波輔助(20 kHz,70 ℃,1.0～3.0 min)漂燙凍干洋蔥可提高生物活性物質保留率以及抗氧化活性。在護色性能方面,超聲波輔助熱處理具有一定優勢。馬瑞等[22]研究了超聲波輔助熱處理對黃花菜干制品色澤的影響,處理后的樣品褐變程度顯著降低,采用90 ℃,0.4 W/cm2的處理色澤與營養物質保留率最佳。王海鷗等[23]采用400 W超聲波輔助,在80 ℃條件下漂燙牛蒡片,研究發現超聲波輔助熱處理的護色性能較好,且僅次于護色液。

然而超聲波輔助熱處理仍存在處理溫度較高的問題,采用常溫超聲波漂燙對果蔬品質能有進一步的提升。劉宗博等[24]通過比較傳統漂燙、超聲波漂燙以及常溫超聲波漂燙三種不同預處理方式對雙孢菇干制品質構、色澤以及維生素C等品質因素的影響,發現采用常溫超聲波漂燙可有效提高護色性能,復水比以及營養物質保留率。除此之外,將超聲波輔助熱處理聯合浸漬處理,也可進一步改善漂燙后果蔬樣品的品質。周新麗等[25]研究發現將超聲波輔助熱處理聯合抗壞血酸(超聲波強度0.29 W/mL,1%抗壞血酸,60 ℃)對胡蘿卜進行預處理,可以在保證滅酶效果的基礎上,顯著提高胡蘿卜樣品中的維生素C的保留率,且較為溫和的溫度不會破壞胡蘿卜原有的結構。因此超聲波輔助熱處理是一種有效的漂燙方法,除了可以降低酶滅活所需要的熱處理強度,并縮短漂燙時間,與此同時,還可以與其他方法如抗壞血酸浸漬相結合,以達到更好的漂燙效果,并提高漂燙后果蔬品質。

2 新型干法漂燙技術

2.1 遠紅外漂燙技術

紅外加熱是一種通過紅外線輻照并以電磁波形式產生熱能的加熱方式。紅外主要分為三個波段:近紅外(0.75～2.5 μm)、中紅外(2.5～25 μm)和遠紅外(25～300 μm),而紅外加熱技術在食品中的應用以遠紅外輻射為主。遠紅外加熱技術主要通過輻射紅外線,物料吸收大量能量后產生共振,使得分子間相互摩擦從而達到快速升溫加熱的作用[26]。遠紅外加熱技術現已被廣泛研究并應用于食品殺菌、滅酶以及干燥中[27]。

遠紅外加熱可作為一種新型漂燙技術,張琥等[28]通過測定多酚氧化酶活性來研究遠紅外滅酶的機理,研究表明在熱效應的作用下,多酚氧化酶的α-螺旋向無規則卷曲以及β-轉角轉化而導致失活;而在非熱效應方面,紅外輻射通過使β-折疊相對含量下降,從而加速了酶的失活。遠紅外漂燙具有升溫速率快且熱損傷較低的特點。李樹君等[29]將遠紅外漂燙(輻照強度4.0 kW/m2,2.5 min)與傳統漂燙方法(100 ℃,4.0 min)進行比較,遠紅外漂燙可在更短的時間內達到相同的滅酶效果。在果蔬品質方面,Guiamba等[30]研究發現,采用高溫短時(90 ℃,2.0 min)抑或低溫長時(65 ℃,10.0 min)的遠紅外漂燙芒果,處理后樣品的維生素C與β-胡蘿卜素保留率均高于傳統漂燙。吳本剛等[31]采用15.0 cm 輻照距離處理萵苣6.0 min,并與冷凍干燥相結合,處理后酶活下降20%,維生素C保留率為70%。Vishwanathan等[32]將蒸汽、熱水與遠紅外漂燙應用于胡蘿卜片滅酶工藝中,其中遠紅外漂燙后的胡蘿卜片具有更好的復水性能以及維生素C保留率,相較于傳統漂燙方法,其熱損傷程度較低。

除此之外,遠紅外滅酶可聯合其它預處理方法來彌補食品加工中的不足,如遠紅外同步滅酶脫水不僅可以達到較好的滅酶效果,還可同時達到預脫水的目的,起到一定程度的干燥作用。遠紅外同步滅酶脫水已被研究應用于胡蘿卜片以及馬鈴薯中[33-34]。遠紅外漂燙技術也存在一些不足之處,由于遠紅外線波長較短,穿透深度有限,只能作用于果蔬表面,無法處理體積較大的果蔬,且存在一定的加熱不均勻性的問題。

2.2 歐姆漂燙技術

歐姆加熱技術是一種利用物料的電阻特性,通過在兩端加以電場,使物料本身在導電時將電能轉化為熱能的加熱方法,具有加熱速率快、容易控制且加熱均勻性較好的特點,其在食品加工中主要被研究應用于殺菌、解凍、淀粉糊化以及漂燙等方面[35]。

歐姆加熱技術作為新型漂燙方法,可縮短滅酶時間并達到較好的護色效果。趙武奇等[36]利用歐姆加熱處理獼猴桃漿,研究了歐姆加熱特性以及滅酶效果,發現加熱速率隨電場增強而上升,而電場強度對物料電導率影響較小,除此之外還建立了多酚氧化酶以及過氧化物酶失活率的模型,為后續研究歐姆加熱滅酶工藝提供了參考。Aniesrani等[37]采用15.0～20.0 V/cm的電場強度,在80～100 ℃條件下處理椰子水,其中pH、可滴定酸度以及顏色沒有顯著性差異,但隨著漂燙時間的增長,多酚氧化酶(PPO)酶活顯著下降。研究表明,采用歐姆漂燙蔗汁[38-39],不僅可以縮短滅酶時間,同時可保留更好的品質,且低強度電場顯著影響了酶滅活的生化反應。在護色性能與品質方面,Guida等[40]研究了歐姆加熱漂燙洋薊固液混合物,并與傳統熱水漂燙(100 ℃)進行比較,歐姆漂燙(24.0 V/cm)處理后的洋薊顏色和品質更佳,且酚類與蛋白質損失較小。Bhat等[41]研究了歐姆漂燙后苦瓜汁中總酚含量與顏色的變化,與傳統方法(90 ℃,5.0 min)相比較,歐姆漂燙(80 ℃,4.0 min)后產品總酚含量較高,并且保留了更多的綠色。

歐姆漂燙對果蔬后續加工過程也有一定影響,Sarang等[42]通過利用歐姆漂燙醬料中的固形物如菇類、豆芽以及栗子等,提高了物料中的離子含量,改變了醬料的導電性能,由此提高了后續加工的加熱均勻性。除此之外,歐姆漂燙對滲透脫水有正向作用,Allali等[43]研究了歐姆漂燙(85 ℃,3.0 min)后的果蔬在滲透脫水中的傳質效率,結果顯示其傳質效率以及有效擴散率都有所提高,固形物含量從20.3%提高至68.0%。歐姆漂燙具有加熱均勻且快速,對食品品質影響較小等優點,同時也具有一定的局限性。由于歐姆漂燙原理是利用物料自身的電導特性進行加熱,因此不適用于加熱導電性能較差、極低水分或干燥食品,如食品中含有非電解質氣體、液體或非金屬固體等部分則無法被加熱,歐姆漂燙適用于液體以及固液混合物。

2.3 微波漂燙技術

微波加熱是一種利用介電損耗原理,采用高頻電場進行加熱的方法,物料通過吸收電磁波(300 MHz～300 GHz)使極性分子相互作用,而由內產生熱量[44]。微波輔助技術在食品工業中已有廣泛應用,主要應用于微波輔助干燥、烘焙以及萃取等方面[45]。除此之外,微波還可應用于漂燙處理中,作為一種新型的果蔬漂燙方法。

微波漂燙技術具有穿透能力強,升溫速率快,且對營養物質影響較小的特點,近年來被廣泛研究與應用。在滅酶效果的研究中,吳秋昊等[46]測定了微波、遠紅外以及熱風方法處理后的核桃仁中脂氧合酶、過氧化物酶以及過氧化氫酶的活性,其中微波漂燙(385 W,3.0 min)滅酶效率高且效果最佳。白青云等[47]在100～600 W微波功率漂燙牛蒡片5～25 s,其中在最優條件(微波功率380 W,漂燙時間14 s)下PPO酶活性為20 U/g,有效抑制了褐變。在品質研究方面,Ruiz-Ojeda等[48]采用微波漂燙(650～900 W)的方法處理綠豆,發現其滅酶所需時間短(150 s)且維生素C保留率高于傳統漂燙(48%),在650 W條件下可達64%。Delfiya等[49]采用微波漂燙(0.0～3.0 min)處理胡蘿卜片,研究發現隨著微波處理時間的增長,漂燙后的胡蘿卜片復水性能以及胡蘿卜素含量有所提高,同時對產品質構和顏色的影響也較小。

除此之外,微波還可作為漂燙的輔助方法,Phahom等[50]采用微波輔助蒸汽漂燙植物葉,研究發現漂燙4.0 min時,葉子中的生物活性物質復原性最佳,且水分擴散率也有所提高。將微波與熱水漂燙或蒸汽漂燙相結合的方法已得到廣泛研究與應用[51-52],采用傳統漂燙完成最初階段的升溫,加以微波輔助可使果蔬內部溫度升高達到漂燙效果,具有更好的經濟性。Srimagal等[53]將油酸乙酯與微波漂燙相結合,降低了質構皺縮,漂燙后樣品品質有所提高。然而微波也存在一定缺陷,雖微波漂燙技術可實現對果蔬內外同時受熱,但微波波長較短,穿透深度小,加熱均勻性較差,不適用于加熱體積較大的物料,因此對于提高微波均勻性有待更加深入的研究。

2.4 射頻漂燙技術

射頻加熱是一種間接的電物理加熱方法,將能量轉化為電磁輻射,射頻波(3 kHz～300 MHz)可引起物料內部帶電離子振蕩和極性分子轉動,這些離子和分子在物料內部的高速運動產生摩擦,從而在內部產生熱量。因此,射頻加熱具有快速和整體加熱的獨特優勢,且射頻波與微波相比,波長更長,因而穿透深度更大。射頻加熱技術在食品工業中已有研究和應用,如解凍、殺菌、殺蟲以及干燥等方面[54]。近年來也有部分研究將射頻加熱技術作為一種新型漂燙技術用于果蔬的滅酶護色。

射頻漂燙技術具有穿透深度大,加熱效率高,滅酶護色效果好,可實現對物料內外同時加熱的特點。Zhang等[55]研究了射頻漂燙(11.0～13.0 cm)處理土豆,射頻滅酶處理(85 ℃)后的土豆中酶活性顯著下降,土豆丁及土豆泥酶活分別下降至3.24%及3.54%,達到了較好的滅酶效果并具有較好的貯藏穩定性,然而過高的射頻處理溫度會導致土豆色度及質構顯著變化。張永迪等[56]采用射頻漂燙蘋果片來研究滅酶護色效果以及射頻漂燙對蘋果片理化性質和微觀結構的影響,研究發現115 mm極板間距處漂燙蘋果片可在95 s內,溫度從22 ℃上升至95 ℃,多酚氧化酶液體升溫較快,且酶滅活效率高;在護色性能方面,隨著漂燙溫度升高,護色效果更好;分析其漂燙前后理化性質與微觀結構的變化得到結論,隨射頻加熱溫度升高,硬度有所減小,且升溫速率越快,對蘋果細胞破壞越小。

然而射頻漂燙技術在加熱均勻性上仍存在一定不足,對物料的均勻性要求較高,適用于加熱形狀大小均勻的物料。Jiao等[57]研究了不同容器大小及樣品厚度對射頻的加熱均勻性的影響,發現靠近容器邊緣的物料溫度較高,并易產生過熱點,對于較小的容器而言,靠近上極板以及下極板處物料溫度更加均勻,而對于較大的容器,靠近中心處的物料加熱更加均勻。除此之外,已有部分研究考慮采用輔助方法來提高射頻加熱均勻性,結果表明，通過蒸氣浴保溫、鹽水浸漬以及加以攪拌等方法可以有效提高加熱均勻性[58-60]。

3 結論與展望

本文綜述了新型果蔬漂燙技術,包括傳統漂燙方法基礎上改進的一些新技術(超高溫瞬時蒸汽漂燙和超聲波輔助熱漂燙)和新型干法漂燙技術(遠紅外漂燙、歐姆漂燙、微波漂燙以及射頻漂燙)的研究進展。新型漂燙技術與傳統漂燙方法相比,具有加熱效率高、滅酶護色效果好、對產品品質破壞較小的優點。其中干法漂燙技術不利用熱水/蒸汽作為加熱介質,不僅可降低能耗,也減少了廢水的產生,水溶性營養物質損失較少,產品品質較好,在工業應用中具有良好的前景。但新型漂燙技術也存在一些問題需要更深入的研究,如改善加熱均勻性是這些新型加熱漂燙技術所需要面對的共同問題。目前大部分的新型漂燙技術仍處在實驗室研究階段,解決這些新型漂燙技術中存在的不足之處,對這些新型漂燙技術的商業化推廣應用具有重要的意義。