張 樂,王趙改,楊 慧,王曉敏,史冠瑩,趙守渙,趙洪源

(河南省農業(yè)科學院農副產品加工研究中心,河南鄭州 450008)

板栗加工過程中褐變控制技術

張 樂,王趙改*,楊 慧,王曉敏,史冠瑩,趙守渙,趙洪源

(河南省農業(yè)科學院農副產品加工研究中心,河南鄭州 450008)

為解決板栗在加工過程中出現的褐變現象,尋找最適合板栗片的護色劑和技術。研究了谷胱甘肽、EDTA-2Na、檸檬酸、植酸和L-半胱氨酸等護色劑以及真空處理技術對板栗片色澤的影響。在單因素實驗基礎上以檸檬酸、L-半胱氨酸、谷胱甘肽為影響因素進行正交實驗,得出最佳復合護色劑為:質量濃度分別為0.8%檸檬酸,0.04%L-半胱氨酸,0.05%谷胱甘肽,此時的護色效果最佳。根據極差分析得出影響板栗色澤的因子依次為L-半胱氨酸>檸檬酸>谷胱甘肽。通過真空處理條件的研究,得出在真空度為0.08 MPa的條件下進行護色處理,可大大縮短護色時間,同時護色效果達到最佳。

板栗,褐變,正交實驗,真空處理

板栗(CastaneamollissimaBlume)亦稱栗子、中國板栗,殼斗科栗屬堅果類植物,原產自中國,已有約3000年的栽培歷史[1]。板栗在我國種植廣泛,產量近100萬t/年,居世界第一[2]。板栗淀粉含量高達70%左右,與糧谷類相當,素有“鐵桿莊稼”的美稱。板栗營養(yǎng)豐富,富含糖類、蛋白質、脂肪、B族維生素等多種營養(yǎng)素。此外,板栗味甘、性溫,健脾補腎、活血化淤、止血止痛、消除濕熱,有一定的藥用價值[3-5]。生鮮板栗在貯藏、運輸過程中極易發(fā)生霉爛、發(fā)芽、生蟲等現象不宜久藏,產后損失量占總產量的35%～50%,因此開發(fā)板栗深加工產品已勢在必行。然而,板栗在加工過程中常出現褐變現象,嚴重影響產品的品質、風味和營養(yǎng)成分,制約板栗的深加工產業(yè)發(fā)展以及增值增效[6]。因此,如何有效解決板栗的褐變問題是當務之急。

針對板栗的褐變問題,學者已經做了相關研究如閻曉軍[7]等采用0.01%亞硫酸鈉及0.01%異抗壞血酸鈉,對板栗仁進行護色預處理制作板栗奶。顧軍[8]等人在板栗罐頭煮制中通過添加0.9% EDTA-2Na、2%檸檬酸、1% NaHSO3組成酶促褐變螯合抑制劑達到護色目的。雖然達到了較好的護色效果,但反應過程中生成的SO2,對人體健康造成損害,受到消費者的質疑。因此,需要進一步研究和開發(fā)綠色健康的護色劑,可以選取和亞硫酸鹽具有相似的理化性質的物質做護色劑。前人已經做了一些研究,如劉麗莉[9]等利用EDTA-2Na對加劇褐變的銅和鐵等金屬離子具有很強的螯合作用,來抑制板栗飲料加工過程中的非酶褐變;如章焰[10]等研究了檸檬酸、抗壞血酸、L-半胱氨酸和氯化鈉對板栗色澤的影響,得到了板栗制蓉過程中的護色工藝。但到目前為止,仍未有抑制板栗褐變的理想試劑,因此尋找護色效果好的綠色安全護色劑,消除板栗褐變的同時保持板栗的色香味及營養(yǎng)物質,是科研工作的重要任務。本文研究了不同護色劑及處理條件對板栗褐變的影響,對其進一步深加工具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

板栗 品種為大板紅,由河北美客多食品有限公司提供;檸檬酸、植酸、EDTA-2Na 分析純 均購自國藥集團化學試劑有限公司;谷胱甘肽 分析純 購自博尚生物;L-半胱氨酸 分析純 購自北京奧博星生物技術有限責任公司。

ME204E型電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;JG01型去殼機 新沂市精工機械設備廠;Color Quest XE色差儀 美國HunterLab公司;PC150-T4真空干燥器 保定誠信真空設備制造有限公司;SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長城科工貿有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗流程 脫殼→切片→護色→漂洗→色度測定

脫殼:挑選無霉爛、無蟲眼的完整的板栗,用去殼機去殼,手工去除紅衣。

切片:用不銹鋼刀片手工將栗仁切成5 mm左右的板栗片。

護色:按照料液比1 g∶3 mL加板栗片于護色液中(常溫)浸泡50 min,進行護色處理。同時用純水代替護色液,做空白對照。

漂洗:護色處理后,用和護色液相同量的常溫清水沖洗板栗片1～2次,待測。

1.2.2 護色工藝單因素實驗設計

1.2.2.1 檸檬酸對護色效果的影響 稱取100 g板栗片按料液比1 g∶3 mL分別于質量濃度為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的檸檬酸溶液中浸泡50 min,研究不同濃度的檸檬酸對護色效果的影響。

1.2.2.2 植酸對護色效果的影響 稱取100 g板栗片按料液比1 g:3 mL分別于質量濃度為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的植酸溶液中浸泡50 min,研究不同濃度的植酸對護色效果的影響。

1.2.2.3 EDTA-2Na對護色效果的影響 稱取100 g板栗片按料液比1 g∶3 mL分別于質量濃度為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的EDTA-2Na溶液中浸泡50 min,研究不同濃度的EDTA-2Na對護色效果的影響。

1.2.2.4 谷胱甘肽對護色效果的影響 稱取100 g板栗片按料液比1 g∶3 mL分別于質量濃度為0.02%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%的谷胱甘肽溶液中浸泡50 min,研究不同濃度的谷胱甘肽對護色效果的影響。

1.2.2.5L-半胱氨酸對護色效果的影響 稱取100 g板栗片按料液比1 g∶3 mL分別于質量濃度0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%的L-半胱氨酸溶液中浸泡50 min,研究不同濃度的L-半胱氨酸對護色效果的影響。

1.2.3 正交實驗設計 在單因素實驗基礎上以檸檬酸、L-半胱氨酸、谷胱甘肽為A、B、C三因素,設計L9(33)正交實驗,對護色液配方進行優(yōu)化,選出最優(yōu)護色工藝組合和各因素的主次關系。正交實驗因素及水平如表1所示:

表1 實驗因素及水平Table 1 Experimental factors and levels

1.2.4 真空護色實驗設計 為了縮短板栗片的護色時間,提高板栗加工過程中的工作效率,以正交實驗得出的最佳復配護色液,對板栗片進行真空護色處理,探究不同真空度下復合護色液的護色效果,確定板栗片護色處理的最適真空度。首先稱取50 g板栗片按料液比1 g∶3 mL于真空干燥器中,分別選取真空度為0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.09 MPa條件下進行抽真空護色處理15 min。

1.2.5 色度測定 采用色度測定儀直接測定護色處理過的板栗。先用白板和黑板校正,再測定L值即白度值(L在0～100之間,L=100為白,L=0為暗)[11]。此次實驗選取L值來表示不同護色劑在不同濃度條件下處理后板栗的褐變程度,L值越大,說明護色效果越好,反之,越差。每個水平測定四次,并取其平均值,確定最適水平。

1.2.6 數據分析 采用SPSS軟件行進數據統計分析,采用Origin 8.0軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 護色工藝單因素結果分析

2.1.1 檸檬酸對護色效果的影響 不同濃度檸檬酸護色效果如圖1所示,可知L值隨著檸檬酸濃度的增大而增大,濃度為0.6%時,L值達到最高點,隨后L值隨著濃度的增大而減小,且與其它濃度均有顯著差異(p<0.05)。可能是在檸檬酸濃度為0.6%時,很好的降低了體系pH,抑制了酚類和單寧類的氧化褐變,對板栗的護色效果最好。

圖1 不同濃度檸檬酸對護色效果的影響Fig.1 Influence of concentration of citric acid on effectiveness of color-protection 注:圖中不同肩標小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。圖2～圖6同。

2.1.2 植酸對護色效果的影響 不同濃度植酸護色效果如圖2所示,可知隨著植酸濃度的增大,L值大體上呈上升趨勢,在濃度為0.6%～0.8%之間時L值逐漸減小,之后隨著濃度的增加L值基本不變。綜合考慮,植酸濃度為0.6%時,可能在降低了pH的同時螯合了大量加劇非酶褐變的銅鐵離子,從而抑制了板栗褐變,護色效果最佳。但由于植酸本身顏色較黑,在實驗過程中發(fā)現護色液顏色較深,對板栗片的護色效果有干擾,故不宜做板栗護色液。

圖2 不同濃度植酸對護色效果的影響Fig.2 Influence of concentration of phytic acid on effectiveness of color-protection

2.1.3 EDTA-2Na對護色效果的影響 不同濃度EDTA-2Na對護色效果的影響如圖3所示,可知隨著EDTA-2Na濃度的變化,L值大體上呈上升趨勢,在濃度為0.6%～0.8%時,L值逐漸減小,之后隨著濃度的增加L值逐漸增大。由于EDTA-2Na與加劇褐變的銅鐵等金屬離子發(fā)生螯合作用,雖然抑制了板栗的褐變,但實驗中發(fā)現護色液比較渾濁,故不宜做板栗護色液。

圖3 不同濃度EDTA-2Na對護色效果的影響Fig.3 Influence of concentration of EDTA-2Na on effectiveness of color-protection

2.1.4 谷胱甘肽對護色效果的影響 不同濃度谷胱甘肽對護色效果的影響如圖4所示,可知隨著濃度的增加,L值逐漸增大,當谷胱甘肽濃度為0.05%時,L值達到最大,且與其它濃度均有顯著差異(p<0.05)。隨后L值逐漸減小,濃度為0.15%時降到最低,隨后又稍微有所回升。可能谷胱甘肽在濃度為0.05%時能較大程度抑制多酚氧化酶的活性,從而抑制板栗的酶促褐變,對其護色效果最好。

圖4 不同濃度谷胱甘肽對護色效果的影響Fig.4 Influence of concentration of glutathione on effectiveness of color-protection

2.1.5L-半胱氨酸對護色效果的影響 不同濃度的L-半胱氨酸對護色效果的影響如圖5所示,可知隨著濃度的增加,L值逐漸增大,在濃度為0.04%時,L值達到最大,且與其它濃度均有顯著差異(p<0.05)。其護色效果最好,隨后L值逐漸減小,濃度為0.06%降到最低,隨后又稍微有所回升。L-半胱氨酸可以與酶促褐變的中間產物醌生成穩(wěn)定的無色物質,從而抑制次級反應,阻止黑色素的生成,對其的護色效果最好[12]。

圖5 不同濃度L-半胱氨酸對護色效果的影響Fig.5 Influence of concentration of L-cysteine on effectiveness of color-protection

2.2 正交實驗結果分析

2.2.1 直觀分析 正交實驗設計與結果如表2所示,由極差R值分析可知,影響板栗色澤的因子主次順序為:B>A>C,即L-胱氨酸對板栗護色效果影響最大,其次是檸檬酸和谷胱甘肽。根據實驗結果及K值得出最佳護色劑復合為:A3B2C2即質量濃度為檸檬酸0.8%,L-胱氨酸0.04%,谷胱甘肽0.05%時護色效果最佳。

表2 正交實驗設計及結果Table 2 Orthogonal experiment design and result

表3 正交實驗結果方差分析Table 3 Orthogonality analysis of variance test results

2.2.2 方差分析 方差分析結果如表3所示,可知方差分析結果與極差分析基本一致,即影響板栗色澤的因子主次順序為:L-半胱氨酸>檸檬酸>谷胱甘肽。由F0.05(2,2)=19通過比較各因素的F值可知,三因素在0.05顯著水平上影響均不顯著。

2.2.3 驗證實驗 按照最佳復配護色液A3B2C2即質量濃度為檸檬酸0.8%,L-胱氨酸0.04%,谷胱甘肽0.05%時對板栗片進行護色處理,亮度值L達72.362,進一步驗證了復配工藝的可行性。

2.3 真空護色結果分析

以上述實驗得出的最佳復配護色液,研究不同真空度下復合護色液的護色效果,結果如圖6所示,由圖可知隨著真空度的增加,L值不斷增大,即護色效果越來越顯著,當真空度達到 0.08 MPa時,L值達到最大值,說明此時的護色效果最佳。之后,隨著真空度的增加,L逐漸減小,護色效果減弱?？傻贸龆虝r間內在真空度為0.08 MPa時,復合護色劑對板栗片的護色效果最佳。這可能是因為真空處理可以輔助促進護色液進入細胞組織,縮短處理時間,從而起到護色效果。但真空度過大白度值反而降低,可能是由于對細胞膜質等結構造成了不可逆的傷害。

3 結論

本研究以單因素實驗為基礎,選取檸檬酸、L-半胱氨酸和谷胱甘肽進行正交實驗,得出檸檬酸質量濃度為0.8%,L-胱氨酸0.04%,谷胱甘肽0.05%進行復配時,對板栗片的護色效果最佳,驗證實驗亮度值達72.362。通過對板栗片真空護色處理條件的探究,得出在真空度為0.08 MPa的工藝條件下,復合護色劑的護色效果最佳。本研究為解決板栗加工過程中發(fā)生褐變的問題提供了理論依據,為縮短板栗護色工藝的時間、提高板栗制品的附加值和生產效率提供了理論基礎。

圖6 不同真空度對護色效果的影響Fig.6 Influence of vacuum degree on effectiveness of color-protection

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Browning control technology of Chinese chestnut during the processing

ZHANG Le,WANG Zhao-gai*,YANG Hui,WANG Xiao-min, SHI Guan-ying,ZHAO Shou-huan,ZHAO Hong-yuan

(Agricultural Products Processing Center,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450008,China)

In order to solve the browning phenomenon during the processing of Chinese chestnut and find the optimal color fixatives and technology,the effects of glutathione,EDTA-2Na,citric acid,L-cysteine and vacuum treatment on the color and luster of Chinese chestnut were studied. On the basis of single factor experiment,the orthogonal experiment was carried out with citric acid,L-cysteine and glutathione as the influencing factors. The optimal color fixatives compound was established as follows:0.8% of mass concentration of citric acid,0.04% ofL-cysteine,0.05% of glutathione. According to the range analysis,the order of the factors affecting the color of chestnut wereL-cysteine>citric acid>glutathione. Through the research of vacuum treatment conditions,it was concluded that the color protection treatment under the condition of vacuum degree was 0.08 MPa,which can greatly reduce the color protection time,and at the same time the color protection effect was the best.

Chinese chestnut;browning;orthogonal experiment;vacuum treatment

2016-10-08

張樂(1987-)，女，碩士，研究實習員，研究方向：農產品貯藏與加工，E-mail：zhangle825@163.com。

*通訊作者:王趙改(1980-)，女，博士，副研究員，研究方向：農產品貯藏與加工，E-mail：zgwang1999@126.com。

2015年河南省財政預算項目(20157814)；2015年河南省重點科技攻關項目(152102210386)；2016年產糧大省獎勵資金農業(yè)科技創(chuàng)新項目(ycm201513122)；2017年河南省超級產糧大省獎勵資金扶持糧油項目(ycy20177612)。

TS255.1

B

1002-0306(2017)07-0199-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.030