酸芋莖的護脆工藝研究

郭 茵, 盧定環, 農雙寧, 施明月, 嚴曉敏, 謝文佩, 譚 強

（廣西中醫藥大學 食品科學系, 廣西 南寧 530200）

芋梗, 別名芋莖、芋荷桿等, 為天南星科芋屬（Colocasia esculenta（L.）Schott）的葉柄部分[1]。芋頭在東南亞地區被廣泛種植, 在我國的芋頭種植面積高達82 khm2, 每畝產量在2000 kg以上（1畝為0.067 hm2, 下同）, 芋頭及芋頭葉柄資源豐富[2]。芋莖長而肥大, 其中含有多種對人體有益的營養物質, 其膳食纖維含量高達43%, 是優良的膳食纖維資源和天然綠色低糖蔬菜[3]。因為新鮮的芋梗中含有草酸鈣、皂甙, 人們接觸或者食用未經處理的新鮮芋梗時, 會產生皮膚發癢腫脹、癢口等情況[4], 且芋頭葉炳采摘后容易腐爛不耐儲存, 所以芋莖的利用率不高。目前, 為了提高芋莖產品的品質, 增加芋莖利用率, 從消除芋莖刺激性澀味、干燥護色、提取有效成分等方面, 進行了研究。胡望資[2]研究證實熱燙低鹽發酵處理是一種可消除芋莖澀味的方法。還有研究表明, 通過使用四環素可以去除麻口澀味。

將鮮芋莖腌制成酸芋莖是芋梗加工最常見的產品形式, 也是普受大眾喜愛的小菜, 雖然制作方法多樣, 但普遍存在質地綿軟、脆度及口感不佳、產品質量不穩定等問題。蔬菜在腌制過程中, 在各種因素的作用下, 細胞膨壓發生變化, 細胞胞間層中原果膠水解, 從而引起脆度發生變化, 因此在加工過程中常采用控制采收成熟度、利用食鹽抑制有害微生物生長繁殖、合理使用保脆劑等方法進行護脆[5]。

試驗以新鮮芋莖為主要原料, 探究保持酸芋莖脆度的最佳工藝, 為酸芋莖產品護脆提供一種參考方法, 提高芋莖的經濟價值, 有利于芋莖產業綠色發展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試劑

新鮮芋莖、食鹽, 市售；氯化鈣（食品級）, 北京鑫達食品添加劑有限公司提供；醋酸（食品級）, 陽江市陽東區中大食品配料有限公司提供；食用油, 中糧油脂（欽州）有限公司提供。

1.2 儀器與設備

ACS-3 JZ型普通天平, 中山市衡新電子有限公司產品；電子分析天平, 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司產品；CT 3-10 K型質構儀, Brookfield美國博勒飛產品；DHG-9146A型電熱恒溫鼓風干燥箱, 上海精宏實驗設備有限公司產品；恒溫培養箱, 上海一恒科技儀器有限公司產品。

1.3 試驗操作

1.3.1 酸芋莖護脆工藝流程

食鹽水

鮮芋莖→清洗→分段→脫水→裝罐→封口→浸漬→成品。

1.3.2 操作要點

選用新鮮芋莖的中段部分, 洗凈擦干后分成2～3 cm的均勻小段, 烘干至試驗所需水分后分裝至玻璃罐中, 加入食鹽水、醋酸和氯化鈣, 用石頭壓緊芋莖, 密封, 放入30℃[6]恒溫培養箱中浸漬15 d。

1.3.3 芋莖護脆工藝單因素試驗設計

以浸漬15 d, 溫度30℃為固定參數, 分別考查芋莖原料含水量（40%, 45%, 50%, 55%, 60%）、氯化鈣添加量（0.05%, 0.10%, 0.15%, 0.20%, 0.25%）和食鹽添加量（8%, 10%, 12%, 14%, 16%）對芋莖質構特性和感官評分的影響。

1.3.4 酸芋莖護脆工藝優化試驗設計

在單因素的試驗基礎上, 根據Box-benhnken的中心組合原理進行響應面設計, 以氯化鈣添加量、食鹽添加量、原料含水量作為試驗因素, 以感官評分作為響應值, 優化酸芋莖護脆工藝。

酸芋莖護脆工藝優化響應面試驗因素與水平設計見表1。

表1 酸芋莖護脆工藝優化響應面試驗因素與水平設計/%

1.4 考查指標

1.4.1 酸芋莖質構特性的測定

尹爽等人[7]研究發現腌制大頭菜的硬度與脆度具有高度正相關關系, 咀嚼性、彈性、內聚性與硬度呈較好的相關關系, 表明硬度、咀嚼性、內聚性與脆度之間具有相關性。因此, 使用CT3-10 K型質構儀, 在TPA模式下測定硬度、內聚性、咀嚼性來呈現酸芋莖的脆度變化。試驗選用TA-AVJ作為夾具, TA44作為探頭, 測試參數設置條件如下：預測試速度2.00 mm/s, 測試速度1.00 mm/s, 返回速度1.00 mm/s, 觸發點負載5.0 g, 壓縮量50%, 循環次數2次[8-9]。芋莖質構測試盡可能選取大小一致、形狀相似的芋莖塊, 每項質構測試均重復5次, 組間采用鄧肯多重比較（Duncun）。

1.4.2 酸芋莖感官評價測定

由10名食品專業人員組成感官評價小組, 對酸芋莖進行感官評價。

酸芋莖護脆工藝試驗感官評價指標見表2。

表2 酸芋莖護脆工藝試驗感官評價指標

1.5 數據分析

運用Excel 2010、Desgin Expert 8.0.6和IBM SPSS Statistics 26軟件進行試驗數據處理與分析作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 芋莖原料含水量對酸芋莖護脆效果的影響試驗結果

芋莖含水量對酸芋莖護脆效果的影響見表3。

表3 芋莖含水量對酸芋莖護脆效果的影響

由表3可知, 在一定含水量范圍內, 隨著芋莖含水量的增大, 酸芋莖的硬度和感官評分都是先增大后減小, 內聚性和咀嚼性則沒有明顯的變化規律。影響植物脆性的主要因素有植物細胞壁的原果膠變化、植物細胞膨壓和植物組織結構等[10-12]。當芋莖含水量為40%時, 芋莖烘干失水過多, 細胞膨壓下降, 細胞壁、細胞形態遭到破壞。因此, 酸芋莖色澤較暗淡, 硬度較差, 芋莖組織軟化, 脆度減弱, 纖維感重, 感官評分較低；當含水量處于50%時, 雖然芋莖失水細胞膨壓下降, 但細胞壁原果膠等變化不大, 在適宜鹽溶液下仍可恢復芋莖細胞滲透平衡, 細胞膨壓回升, 此時的酸芋莖色澤均勻, 組織結構較為致密, 軟硬適中, 脆度較好, 感官評分較高；當芋莖含水量為60%時, 芋莖的細胞膨壓受影響小, 組織結構較為致密, 但芋莖含水量過高, 導致腌制不夠透徹, 芋莖不夠酸脆, 稍許麻口, 感官評分較低。綜上所述, 芋莖含水量范圍為45%～55%, 酸芋莖護脆效果相對較好。

2.1.2 氯化鈣添加量對酸芋莖護脆效果的影響試驗結果

氯化鈣添加量對酸芋莖護脆效果的影響見表4。

表4 氯化鈣添加量對酸芋莖護脆效果的影響

由表4可知, 在一定的氯化鈣添加量范圍內, 隨著氯化鈣添加量的增大, 酸芋莖咀嚼性和感官評分先增大后減小, 硬度上升到一定程度后趨于穩定, 內聚性變化程度較小。當氯化鈣添加量為0.05%時, 芋莖細胞失水細胞皺縮、細胞膨壓下降, 芋莖脆性減弱, 氯化鈣濃度偏低, 激活的果膠甲酯酶較少, 細胞間凝膠作用弱, 酸芋莖組織結構松散, 酸芋莖硬度與咀嚼性偏低, 脆度下降, 感官評分低；當氯化鈣添加量為0.15%時, 氯化鈣濃度適中, 激活果膠甲酯酶, 芋莖細胞間凝膠作用強, 酸芋莖硬度和咀嚼性適宜, 色澤均勻, 酸脆可口, 感官評分較高；當氯化鈣添加量為0.25%時, 凝膠作用變化不大, 酸芋莖硬度較穩定, 但氯化鈣添加過量, 影響細胞膨壓, 且使酸芋莖帶苦味, 硬化過度, 纖維感重, 口感較差。綜上所述, 氯化鈣添加量范圍在0.10%～0.20%時, 酸芋莖護脆效果及品質較好。

2.1.3 食鹽添加量對酸芋莖護脆效果的影響試驗結果

食鹽添加量對酸芋莖護脆效果的影響見表5。

由表5可知, 在一定的食鹽添加量范圍內, 隨著食鹽添加量的升高, 酸芋莖的硬度、咀嚼性和感官評價呈先上升后下降的趨勢, 而內聚性則變化不大。當食鹽添加量為12%時, 鹽溶液濃度適中, 抑制了有害微生物繁殖生長, 減少酸芋莖因微生物生長繁殖而造成的酸軟腐敗、脆性減弱, 抑制果膠酶等細胞酶活性, 減少細胞結構被酶解, 酸芋莖脆度保持較好, 感官評價色澤均一, 酸脆可口, 感官評分較高；當食鹽添加量為16%時, 鹽溶液濃度過高, 酸芋莖細胞原生質層出現嚴重皺縮、損壞, 細胞組織結構被嚴重破壞, 細胞膨壓下降, 質構測定硬度和咀嚼性相對下降, 芋莖脆度減弱, 且咸度太高, 味道較差, 感官評分低。綜上分析, 高鹽溶液有利于芋莖護脆, 但鹽溶液濃度過高, 則會使芋莖咸味過重, 風味不佳, 且成本消耗升高。綜合考慮, 食鹽添加量范圍為10%～14%時, 酸芋莖護脆效果及品質較好。

表5 食鹽添加量對酸芋莖護脆效果的影響

2.2 響應面優化酸芋莖護脆工藝

2.2.1 響應面試驗設計結果與分析

依據單因素試驗確定氯化鈣添加量、食鹽添加量、含水量的取值范圍, 以感官評分為參考指標, 利用Design Exper 8.0.6軟件中的Box-behnken模式設計響應面試驗。

響應面試驗設計及結果見表6, 響應面二次多項回歸模型方差分析見表7。

表6 響應面試驗設計及結果

運用Design Exper 8.0.6對表6響應面試驗數據進行多元回歸擬合分析, 得到酸芋莖的感官評分（Y）對氯化鈣添加量（A）、食鹽添加量（B）和含水量（C）的二次多項回歸模型方程為：Y=81.92-1.86A+0.54B-2.53C-0.25AB-0.87AC+2.87BC-5.91A2-3.81B2-3.78C2。由表8可知, 酸芋莖響應面回歸模型極顯著（p=0.0034, p＜0.01）, 方程決定系數R2=0.9253, 校正決定系數R2Adj=0.8292, 失擬項不顯著（p=0.1504, p＞0.05）, 表明酸芋莖響應面回歸模型可信度高, 與試驗數據擬合程度較好, 誤差較小, 可靠性高, 可運用該回歸模型確定最佳工藝條件。由F值大小可判斷氯化鈣添加量、食鹽添加量和原料含水量這3個因素對酸芋莖感官評價影響程度[13]。由表7可知, 3個因素對Y影響程度由大到小依次為C、A、B, 其中二次項A2、B2、C2影響極顯著（p＜0.01）, 一次項A、C和交互項BC影響顯著（p＜0.05）, 表明食鹽添加量和含水量對酸芋莖的感官評分有交互作用。

表7 響應面二次多項回歸模型方差分析

2.2.2 響應面交互作用分析

根據此二次多項回歸方程, 做出各因素交互作用對酸芋莖感官評分影響的響應面3D圖及等高線圖。

氯化鈣添加量和食鹽添加量交互作用對酸芋莖感官評分影響的等高線圖及響應面圖見圖1, 含水量和氯化鈣添加量交互作用對酸芋莖感官評分影響的等高線圖及響應面圖見圖2, 含水量和食鹽添加量交互作用對酸芋莖感官評分影響的等高線圖及響應面圖見圖3。

圖2 含水量和氯化鈣添加量交互作用對酸芋莖感官評分影響的等高線圖及響應面圖

圖3 含水量和食鹽添加量交互作用對酸芋莖感官評分影響的等高線圖及響應面圖

由圖1可知, 在一定范圍內, 響應面均呈向上凸起的鍋蓋形狀, 響應面向上凸起越明顯、越尖銳, 因素值從低水平到適宜水平條件時, 響應值增長越快, 后隨著因素值水平變化響應值迅速減小；等高線形狀越接近橢圓形, 說明相應兩因素交互作用對相應考查指標影響越強[14-15]。由圖1可知, 因素A與B的等高線形狀和因素A與C的等高線形狀均近似圓形, 說明氯化鈣添加量與食鹽添加量交互作用、氯化鈣添加量與含水量交互作用對酸芋莖感官評價影響較小, 因素B與C的等高線形狀接近橢圓形, 所以食鹽添加量與芋莖含水量交互作用對酸芋莖感官評價影響較大。

圖1 氯化鈣添加量和食鹽添加量交互作用對酸芋莖感官評分影響的等高線圖及響應面圖

2.2.3 酸芋莖護脆最優工藝條件驗證試驗

通過Design Expert 8.0.6軟件處理試驗數據, 得出酸芋莖護脆最優工藝條件為氯化鈣添加量0.14%, 食鹽添加量11.90%, 芋莖原料含水量48.31%, 感官評價預測值為82.4分。考慮實際應用性, 將最優工藝條件修正為氯化鈣添加量0.14%, 食鹽添加量11.90%, 芋莖含水量48.0%, 依據此工藝條件進行3次平行驗證試驗, 酸芋莖的感官評分均大于或等于82.0分, 感官評分平均值為82.3分, 近似預測值。因此, 表明響應面分析法優化得出的回歸模型符合實際, 可供酸芋莖護脆工藝參考。

3 結論

通過試驗研究表明影響酸芋莖護脆因素的主次順序為芋莖含水量＞氯化鈣添加量＞食鹽添加量, 酸芋莖護脆最優工藝條件參數為氯化鈣添加量0.14%, 食鹽添加量11.90%, 芋莖含水量48.0%, 該條件下酸芋莖護脆效果最優, 硬度適中, 咀嚼性、內聚性良好, 芋莖組織結構緊密, 口感脆爽、酸芋莖色澤均勻、無澀味、不麻口、咸酸適宜、酸脆可口, 風味獨特, 可為酸芋莖的實際生產提供指導。