葉 青 趙武奇 田彥梅 原繼昕 嚴(yán) 林 張昊陽

(1陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院,陜西 西安 710119;2陜西師范大學(xué)國(guó)際商學(xué)院,陜西 西安 710119)

獼猴桃(ActinidiaChinensis)是多年生藤本植物,又名奇異果,被稱為“Vc之王”,其果實(shí)還含有礦物質(zhì)、氨基酸等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),有生津止渴、增強(qiáng)免疫、抗癌、抗突變、健胃消食等多種功效[1-3]。鮮切果蔬制品既保持了果實(shí)原有的外觀、風(fēng)味、口感以及營(yíng)養(yǎng)成分,又滿足了現(xiàn)代人方便、快捷的需求,深受消費(fèi)者喜愛。但果實(shí)鮮切后易受微生物污染而導(dǎo)致腐敗變質(zhì),嚴(yán)重影響其貯藏期[4-5]。因此,尋找一種合適的殺菌方式,在確保食品安全的同時(shí),保持其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量并延長(zhǎng)貨架期已成為鮮切果蔬加工中的熱點(diǎn)問題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),低溫貯藏[6-7]、氣調(diào)包裝[8]、減壓貯藏[9]、涂膜保鮮[10]、超高壓處理[11]、臭氧或臭氧水處理[12]以及離子體殺菌[13]等對(duì)延長(zhǎng)鮮切果蔬的貨架期均有一定的積極作用。微波具有安全性好,穿透力強(qiáng),無毒副作用,對(duì)食品原料中的色素及營(yíng)養(yǎng)成分[14]破壞較小等優(yōu)點(diǎn),對(duì)物料有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的雙重殺菌作用[15],在竹筍[16]、青椒[17]、白蘿卜[18]、石榴籽[19]、草莓[20]、西蘭花[21]、蘋果汁[22-23]、番茄汁[24]、棕櫚果實(shí)[25]等加工中過程中的應(yīng)用取得了一定的效果。目前鮮見使用微波處理鮮切獼猴桃片的報(bào)道。本試驗(yàn)利用響應(yīng)面法優(yōu)化微波處理鮮切獼猴桃片的工藝條件,旨在為鮮切獼猴桃片的生產(chǎn)加工提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗(yàn)選用獼猴桃品種為海沃德,2018年10月釆摘于陜西省西安市周至縣佰瑞獼猴桃研究院種植基地。選取大小形狀均一、成熟度一致、未軟化、無病蟲害、無機(jī)械損傷的獼猴桃。試驗(yàn)前將獼猴桃樣品置于0±0.5℃條件下貯藏。

抗壞血酸,成都市科龍化工試劑廠;碳酸氫鈉,西安化學(xué)試劑廠;碳酸鈣、蔗糖、氫氧化鈉、草酸、石英砂、蒽酮、氯化鈉,天津天力化學(xué)試劑有限公司;平板計(jì)數(shù)瓊脂,北京奧博星生物技術(shù)有限公司。所有試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

BA-224S電子天平,北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀,英國(guó)Stable Micro Systems公司;NS-810色差儀,深圳三恩馳科技有限公司;UV-1800紫外分光光度計(jì),日本島津公司;ORW08S-5Z微波設(shè)備,南京澳潤(rùn)微波科技有限公司;8101手持式阿貝斯折光儀,大連先超科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 鮮切獼猴桃片制備 獼猴桃去皮→切成不同厚度→瀝干→密封包裝→不同參數(shù)微波殺菌處理→4℃條件下貯藏10 d,測(cè)定失重率、硬度、色差值ΔE、可滴定酸(titratable acid,TA)含量、抗壞血酸(vitamin C,Vc)含量、可溶性糖含量、可溶性固形物(total soluble solids,TSS)含量、總酚含量、葉綠素含量及菌落總數(shù),每個(gè)試樣做3次重復(fù),取平均值。

1.3.2 響應(yīng)面設(shè)計(jì) 選擇微波功率(A)、微波時(shí)間(B)、切片厚度(C)為影響因素,以獼猴桃切片的失重率、硬度、色澤、菌落總數(shù)及其他品質(zhì)特征指標(biāo)為響應(yīng)值,采用Box-Behnken設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn),見表1。

表1 Box-Behnken設(shè)計(jì)因子與水平Table1 Factors and levels of response surface design

1.3.3 失重率的計(jì)算

式中,M0為鮮樣切片重量,g;M為貯藏10 d后切片重量,g。

1.3.4 硬度的測(cè)定 采用質(zhì)構(gòu)儀穿刺測(cè)試[26]。測(cè)前和測(cè)中速度均為2mm·s-1,測(cè)后返回速度為5mm·s-1。

1.3.5 色差值的測(cè)定 通過色差儀直接測(cè)定L*、a*、b*值,按照公式計(jì)算色差值(ΔE):

式中,L0、a0、b0為鮮樣切片測(cè)定值;L*、a*、b*為貯藏10 d后獼猴桃切片測(cè)定值。

1.3.6 理化指標(biāo)的測(cè)定 TA含量采用酸堿滴定法測(cè)定[27],獼猴桃中TA含量以檸檬酸計(jì);Vc含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測(cè)定[28];可溶性糖含量采用蒽酮試劑法測(cè)定[29];總酚含量采用紫外分光光度法測(cè)定[30];葉綠素含量采用比色法測(cè)定[31];TSS含量采用手持式阿貝斯折光儀測(cè)定[32]。各指標(biāo)測(cè)定時(shí)每片獼猴桃分別測(cè)定,求平均值。并按照公式計(jì)算糖酸比:

1.3.7 菌落總數(shù)的測(cè)定 參照《GB 4789.2-2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》[33]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行因子分析并繪制碎石圖;采用Design-Expert 10軟件設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)并繪制響應(yīng)曲面,建立回歸方程,進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

表2是不同微波處理?xiàng)l件下鮮切獼猴桃片各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定值,1～17號(hào)是按響應(yīng)面設(shè)計(jì)處理的17組試驗(yàn)獼猴桃片貯藏10 d后的結(jié)果,18號(hào)是對(duì)照組(未處理)樣品未經(jīng)貯藏時(shí)各指標(biāo)測(cè)定值,19號(hào)為對(duì)照組(未處理)樣品貯藏10 d后的試驗(yàn)結(jié)果,20號(hào)是最佳工藝條件(微波功率294 W,微波時(shí)間25 s,切片厚度8 mm)處理后獼猴桃片經(jīng)10 d儲(chǔ)藏后的測(cè)試結(jié)果。

2.2 鮮切獼猴桃片品質(zhì)評(píng)價(jià)特征指標(biāo)提取

安全性是食品的必備條件,因此選取菌落總數(shù)作為評(píng)價(jià)鮮切獼猴桃片的主要特征指標(biāo)之一。除菌落總數(shù)外,對(duì)表2中的失重率、硬度、ΔE、TA含量、Vc含量、可溶性糖含量、糖酸比、TSS含量、總酚含量、葉綠素含量共10項(xiàng)鮮切獼猴桃片的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析以提取品質(zhì)評(píng)價(jià)特征指標(biāo)。成分特征值貢獻(xiàn)碎石圖中,線段越陡峭,對(duì)應(yīng)的成分對(duì)變異貢獻(xiàn)率越大;線段越平緩,對(duì)應(yīng)的成分對(duì)變異的解釋越小。圖1中前3個(gè)成分曲線陡峭,第4個(gè)因子之后曲線斜率增加,因而提取前3個(gè)成分為主成分。

由表3可知,通過主成分分析提取的3個(gè)成分的方差貢獻(xiàn)率分別為55.247%、16.588%和9.860%,累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了81.694%,表明能夠用這3個(gè)成分表達(dá)鮮切獼猴桃片品質(zhì)指標(biāo)的絕大部分信息。因而,將評(píng)價(jià)鮮切獼猴桃片品質(zhì)的指標(biāo)壓縮為3個(gè)。

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表3 成分分析解釋總變量Table3 Total variance explained of com ponent analysis

表4 旋轉(zhuǎn)成分矩陣Table4 Rotated componentmatrix of factor analysis

利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行最大方差法分析,得到旋轉(zhuǎn)成分矩陣。由表4可知,與第一個(gè)主成分最相關(guān)的指標(biāo)有糖酸比、TA含量、Vc含量、TSS含量、可溶性糖含量和葉綠素含量,體現(xiàn)了獼猴桃鮮切片的風(fēng)味特征和營(yíng)養(yǎng)特征;第二個(gè)主成分與ΔE、失重率相關(guān)性最強(qiáng),體現(xiàn)了鮮切獼猴桃片的色澤特征和貯藏品質(zhì);第三個(gè)主成分與硬度最相關(guān),體現(xiàn)了鮮切獼猴桃片的質(zhì)地特征。將每個(gè)主成分中載荷系數(shù)最大(以絕對(duì)值計(jì))的指標(biāo)選為特征指標(biāo),提取糖酸比、ΔE、硬度3個(gè)指標(biāo)作為鮮切獼猴桃片的品質(zhì)特征指標(biāo)。

2.3 響應(yīng)面回歸模型的建立與分析

通過Design-Expert 10軟件進(jìn)行回歸模型分析,分別得到鮮切獼猴桃片的糖酸比(Y1)、ΔE(Y2)、硬度(Y3)和菌落總數(shù)(Y4)與微波處理工藝之間的多項(xiàng)式模型:

由表5可知,各特征指標(biāo)建立的模型P值均小于0.05,且失擬項(xiàng)均不顯著,表明所得回歸模型可信度較高,可用于微波處理鮮切獼猴桃片的試驗(yàn)預(yù)測(cè)。各參數(shù)對(duì)糖酸比影響的大小順序依次是C＞A＞B,C、AB、A2和B2對(duì)糖酸比均有極顯著影響;各參數(shù)對(duì)ΔE影響的大小順序依次是A＞C＞B,A2對(duì)ΔE有極顯著影響,A對(duì)ΔE有顯著影響;各參數(shù)對(duì)硬度影響的大小順序依次是C＞A＞B,C對(duì)硬度有極顯著影響,AC和C2對(duì)硬度有顯著影響;各參數(shù)對(duì)菌落總數(shù)影響的大小順序依次是A＞C＞B,A對(duì)菌落總數(shù)有極顯著影響。

表5 糖酸比、ΔE、硬度、菌落總數(shù)的回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果Table5 Test of significance for regression equation coefficients of ratio of sugar to acid,ΔE,hardness,and total bacterial count

2.4 參數(shù)間交互作用分析

響應(yīng)曲面圖可以直觀地反映出各參數(shù)之間的交互作用,曲面圖拋物面越明顯,參數(shù)之間的交互作用越強(qiáng),反之則越弱。圖2為微浸時(shí)間25 s時(shí),切片厚度和微波功率對(duì)硬度的響應(yīng)曲面圖。當(dāng)獼猴桃切片厚度和微波時(shí)間一定時(shí),隨著微波功率的增加,硬度呈增大趨勢(shì)。在微波時(shí)間和微波功率一定時(shí),隨著切片厚度的增加,硬度呈增大的趨勢(shì)。

圖3為獼猴桃切片厚度為10 mm時(shí),微波功率和微波時(shí)間對(duì)糖酸比的交互作用曲面圖。當(dāng)微波時(shí)間和獼猴桃切片厚度一定時(shí),隨著微波功率的增大,糖酸比表現(xiàn)為先減小后增加的趨勢(shì)。當(dāng)微波功率和切片厚度一定時(shí),隨著微波時(shí)間的延長(zhǎng),糖酸比呈先減小后趨于平緩的趨勢(shì)。

2.5 微波處理鮮切獼猴桃片最佳工藝參數(shù)的確定及驗(yàn)證

糖酸比代表鮮切獼猴桃片的風(fēng)味特征,其數(shù)值過大獼猴桃風(fēng)味偏甜,且味道單調(diào),數(shù)值過小口感過酸,食用品質(zhì)差[34],糖酸比為5～7的果實(shí)酸甜可口[35]。ΔE數(shù)值越小說明貯藏后的獼猴桃片與鮮樣色差越小,色澤保持度越高,外觀品質(zhì)越好。硬度越大說明獼猴桃片未軟化,食用品質(zhì)越好。因此,以糖酸比為5～7、ΔE值最小、硬度最大、菌落總數(shù)最小作為優(yōu)化目標(biāo),應(yīng)用Design-Expert 10軟件的綜合優(yōu)化功能,對(duì)微波處理鮮切獼猴桃片的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得到最佳工藝參數(shù)為:微波功率293.8 W、微波時(shí)間25.2 s、切片厚度8.0 mm。考慮到實(shí)際條件,調(diào)整為:微波功率294 W、微波時(shí)間25 s、切片厚度8 mm。在此工藝條件下處理的鮮切獼猴桃片在4℃貯藏10 d后的試驗(yàn)結(jié)果見表2中第20組數(shù)據(jù),可以看出,微波處理的鮮切獼猴桃片貯藏10 d后食用品質(zhì)明顯比對(duì)照組好,菌落總數(shù)為2.68×104CFU·g-1,低于腐敗水平臨界值(105CFU·g-1)[36-37]。

由表6可知,在最優(yōu)工藝參數(shù)下特征指標(biāo)和菌落總數(shù)的實(shí)際測(cè)定值與理論預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差均小于5%,表明得到的回歸模型可信度高,可用于預(yù)測(cè)微波處理鮮切獼猴桃片的各項(xiàng)指標(biāo)。

3 討論

3.1 微波對(duì)鮮切獼猴桃片的殺菌效果

本研究?jī)?yōu)化得到的最佳工藝條件下鮮切獼猴桃片的菌落總數(shù)為2.68×104CFU·g-1,明顯低于對(duì)照組的菌落總數(shù)(7.63×107CFU·g-1),說明微波處理可有效抑制獼猴桃鮮切片儲(chǔ)藏過程中微生物的生長(zhǎng)繁殖,且在儲(chǔ)藏第10天,最佳工藝條件下鮮切獼猴桃片的菌落總數(shù)未超過105CFU·g-1,符合衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)要求[38],這與馬曉玉等[39]對(duì)微波處理哈密瓜的研究結(jié)果相似。微波殺菌效果明顯較優(yōu),這是由于微波具有“熱效應(yīng)”和“非熱效應(yīng)”雙重殺菌作用,且微波能夠深入獼猴桃內(nèi)部進(jìn)行加熱,受熱更均勻,殺菌更徹底。

表6 回歸方程預(yù)測(cè)效果Table6 Prediction effect of regression equation

3.2 微波對(duì)鮮切獼猴桃片食用品質(zhì)的影響

微波處理能夠有效地保持鮮切獼猴桃片的外觀品質(zhì)。在最佳工藝參數(shù)條件下,ΔE為3.53,而對(duì)照組為8.51,說明微波處理可有效降低貯藏過程中獼猴桃片的色澤變化,這與張少穎等[40]利用微波處理蘋果汁的研究結(jié)果類似。微波處理的樣品中葉綠素含量大多介于4.00～8.00μg·g-1之間,而未經(jīng)微波處理的對(duì)照組葉綠素含量為3.21μg·g-1,處理后葉綠素含量低于未處理樣品,但高于對(duì)照組,分析原因,可能是微波處理使果肉細(xì)胞組織受到損傷,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)酸與葉綠素接觸的機(jī)會(huì)增多,且組織也生成了新的有機(jī)酸,在大量有機(jī)酸存在的條件下,葉綠素脫鎂生成脫鎂葉綠素,導(dǎo)致鮮切片綠色變淺,甚至變?yōu)楹稚慕姑撴V葉綠素[41]。

微波處理能夠有效地保持鮮切獼猴桃片的營(yíng)養(yǎng)成份及風(fēng)味物質(zhì)。最佳工藝參數(shù)與對(duì)照組條件下的Vc含量分別為40.68 mg·100g-1和30.43 mg·100g-1,最優(yōu)條件下Vc保存率高,這和王近近等[42]有關(guān)微波處理枇杷果汁的研究結(jié)果相似。微波處理可以提高Vc保存率,這是因?yàn)槲⒉ㄌ幚磉^程中氧化酶類均勻受熱,活性得到充分抑制,減少Vc的氧化。微波處理的鮮切獼猴桃片中總酚含量介于1.53～1.72之間,與新鮮樣品相比變化不明顯,說明微波處理后的獼猴桃鮮切片在貯藏過程中總酚含量較穩(wěn)定,這與楊文晶等[43]和費(fèi)莉娟等[44]的結(jié)論一致,這是由于微波加熱抑制了酶的活性,減少了酚類物質(zhì)的氧化,同時(shí)微波處理有助于結(jié)合態(tài)酚類物質(zhì)的釋放。對(duì)照組的糖酸比約是新鮮樣品的2.8倍,而最佳工藝參數(shù)處理的獼猴桃片糖酸比約是新鮮樣品的2.1倍,微波處理可以抑制儲(chǔ)藏過程中鮮切獼猴桃片可溶性糖含量的增加和TA含量的減少,這可能是由于微波處理減緩了細(xì)胞的呼吸作用。綜上,微波處理對(duì)獼猴桃鮮切片的風(fēng)味品質(zhì)能起到較為有效的保持作用。

目前,延長(zhǎng)果蔬貯藏期的方式主要是使用防腐劑和保鮮劑[45],但防腐劑的使用會(huì)影響果蔬的質(zhì)量安全。微波處理鮮切果蔬污染少、安全好、無毒副作用,順應(yīng)了果蔬安全、天然、無毒害、便捷的發(fā)展潮流。因此,微波處理鮮切果蔬具有極大的應(yīng)用潛力,不僅能夠帶來較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,而且符合綠色生產(chǎn)理念,具有很高的潛在價(jià)值。為了進(jìn)一步提升鮮切獼猴桃片的品質(zhì),可在微波處理的基礎(chǔ)上使用輔助手段如復(fù)合保鮮劑[46]、生物源保鮮劑[47]、護(hù)色[48]、包裝改良[49]等。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,獼猴桃鮮切片的品質(zhì)特征指標(biāo)為糖酸比、ΔE、硬度,以此建立的獼猴桃鮮切片品質(zhì)特征指標(biāo)及菌落總數(shù)指標(biāo)的回歸模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05),可用于分析和預(yù)測(cè)微波處理參數(shù)對(duì)獼猴桃鮮切片品質(zhì)特征指標(biāo)及菌落總數(shù)的影響;微波處理獼猴桃鮮切片的最佳工藝參數(shù)為:微波功率294 W、微波時(shí)間25 s、獼猴桃鮮切片厚度8 mm,在此工藝條件下對(duì)鮮切獼猴桃片進(jìn)行處理,能有效減緩獼猴桃鮮切片硬度下降,保持果實(shí)的外觀、風(fēng)味品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),抑制鮮切獼猴桃片中微生物的生長(zhǎng)繁殖,延長(zhǎng)貯藏期。