江 寧, 戚思影, 韓吉平, 千春錄, 張鐘元, 牛麗影, 孫英杰
(1.揚(yáng)州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇揚(yáng)州 225127; 2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,江蘇南京 210014;3.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,江蘇鎮(zhèn)江 212013)
雙孢蘑菇(A.bisporus)是世界上種植面積最大、產(chǎn)量最豐富的食用菌[1],但新鮮的雙孢蘑菇容易受到機(jī)械損傷和微生物侵襲,并導(dǎo)致一系列品質(zhì)問(wèn)題,例如色澤降低和產(chǎn)生異味,從而影響適銷(xiāo)性和消費(fèi)者的接受度[2]。干燥可以通過(guò)減少水分含量和降低水分活度來(lái)降低酶的活性和抑制微生物的生長(zhǎng),從而延長(zhǎng)產(chǎn)品保質(zhì)期和提高食品安全性。此外,雙孢菇干制品由于質(zhì)量更輕,其運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本得到降低[3-4]。在目前報(bào)道的各種食用菌干燥技術(shù)中,熱風(fēng)干燥由于其操作簡(jiǎn)單和低能耗受到廣泛應(yīng)用[5],但傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥的蘑菇品質(zhì)較差,無(wú)法滿足消費(fèi)者對(duì)高質(zhì)量脫水產(chǎn)品的要求[6]。
為去除產(chǎn)品中水分,并改善其營(yíng)養(yǎng)特性和感官特性,通常會(huì)在農(nóng)產(chǎn)品干燥前進(jìn)行預(yù)處理[7],如熱水燙漂、超聲等。熱水燙漂作為最廣泛應(yīng)用的技術(shù)[8-9],具有許多作用,如熱水燙漂可通過(guò)鈍化過(guò)氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)來(lái)減少酶促褐變并起到顏色保護(hù)的作用[10]。Wang等研究發(fā)現(xiàn),熱水燙煮會(huì)降低新鮮辣椒的品質(zhì),降低PPO和POD的活性[9]。超聲作為非熱處理在食品加工中越來(lái)越受到歡迎。在超聲處理過(guò)程中會(huì)發(fā)生2種主要現(xiàn)象:第1種現(xiàn)象稱(chēng)為“海綿效應(yīng)”,即聲波穿透植物組織并反復(fù)擠壓和釋放材料;第2種現(xiàn)象是空化現(xiàn)象,即氣泡的形成、生長(zhǎng)和破裂,是由于材料中壓力和溫度的突然局部升高而產(chǎn)生的。超聲波會(huì)在物料內(nèi)部形成微觀通道并改變食物特性[11-12]。超聲預(yù)處理對(duì)胡蘿卜組織的結(jié)構(gòu)特征有明顯的影響,并且在內(nèi)部會(huì)形成微通道[13]。超聲與其他處理方法的結(jié)合可以減少處理時(shí)間并提高食品內(nèi)酶的滅活效率。例如,內(nèi)源性酶(如蘑菇PPO、檸檬果膠酯酶、番茄汁果膠甲基酯酶、聚半乳糖醛酸酶和水芹過(guò)氧化物酶)通過(guò)熱超聲處理后顯著滅活[14]。目前,大多數(shù)研究主要集中在超聲或超聲輔助干燥過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型建立[15-16],而超聲、燙漂尤其是超聲與燙漂結(jié)合使用對(duì)熱風(fēng)干燥雙孢菇的風(fēng)味物質(zhì)影響的研究較少。因此,本研究通過(guò)分析干燥速率、微觀結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味成分的變化來(lái)探討超聲、燙漂以及超聲聯(lián)合燙漂的組合預(yù)處理對(duì)熱風(fēng)干燥雙孢菇切片品質(zhì)的影響以期獲得營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、品質(zhì)好的干制雙孢菇,為雙孢菇的精加工開(kāi)辟一條新的途徑。
1.1 試驗(yàn)材料
新鮮的雙孢菇來(lái)自南京蘇果超市,并于4 ℃冷藏,于2020年12月在揚(yáng)州大學(xué)進(jìn)行試驗(yàn)。在預(yù)處理之前,先將雙孢菇洗凈,去掉莖,并用切片機(jī)將雙孢菇切至5 mm厚。
氣質(zhì)聯(lián)用儀(7890A),購(gòu)自美國(guó)安捷倫科技有限公司;色差儀(WSC-S),購(gòu)自上海精密科學(xué)儀器有限公司;紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(TU-1810),購(gòu)自北京普析通用儀器有限公司;電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9073B5-Ⅲ),購(gòu)自上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司;臺(tái)式高速離心機(jī)(TG16-WS),購(gòu)自長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;掃描電子顯微鏡(Quanta-200),購(gòu)自美國(guó)FEI公司。
1.3.1 雙孢菇預(yù)處理 對(duì)雙孢菇預(yù)處理的參數(shù)見(jiàn)表1。(1)超聲處理:將400 g雙孢菇切片放入8 L蒸餾水的超聲浴中,并在40 min、200 W和 40 kHz 的優(yōu)化參數(shù)下經(jīng)受超聲波處理(US)。(2)熱水燙漂處理:將400 g雙孢菇切片置于90 ℃水溫的超聲浴中3 min(HWB)。(3)US結(jié)合HWB處理;將 400 g 雙孢菇切片放入8 L熱水(90 ℃)中漂燙 3 min,并在40 min、200 W和40 kHz的優(yōu)化參數(shù)下經(jīng)受超聲波處理(US-WHB)。(4)將未經(jīng)任何預(yù)處理的雙孢菇切片用作對(duì)照樣品(CK)。
表1 預(yù)處理參數(shù)
初步結(jié)果表明,200 W、40 min(US)和90 ℃、3 min(HWB)處理在保持優(yōu)質(zhì)熱風(fēng)干燥雙孢菇方面比其他參數(shù)更有效(數(shù)據(jù)未顯示)。因此,本研究選擇了200 W持續(xù)40 min(US)和90 ℃持續(xù)3 min(HWB)。
1.3.2 雙孢菇的干燥 預(yù)處理后,將雙孢菇切片放在電熱恒溫鼓風(fēng)爐中的帶孔托盤(pán)上,并在(65±2) ℃下干燥。每0.5 h稱(chēng)質(zhì)量干燥樣品1次,直至水分含量保持不變。
1.3.3 水分含量的測(cè)定 雙孢菇水分含量的測(cè)定參照Xu等的方法[17]進(jìn)行。
1.3.4 微觀結(jié)構(gòu)的觀察 雙孢菇微觀結(jié)構(gòu)的拍攝參照Krishnan等的方法[18]。使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察干燥雙孢菇的微觀結(jié)構(gòu),將1 mm厚的干燥樣品放在SEM存根上,用金進(jìn)行濺射鍍膜。在高真空條件下以20.0 kV的加速電壓觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)。
1.3.5 色澤的測(cè)定 使用色差儀測(cè)定粉碎后新鮮雙孢菇和干燥雙孢菇的色澤[9]。參照Z(yǔ)hang等的方法[12],并使用以下公式計(jì)算總色差ΔE和褐變指數(shù)BI。
(1)
式中:L0、a0和b0是新鮮雙孢菇的值。
BI=[100(x-0.31)]/0.172;
(2)
x=(a*+1.75L*)/(5.64L*+a*-3.012b*)。
(3)
式中:L*為亮度/暗度;a*為紅色/綠色;b*為黃色/藍(lán)色。
1.3.6 總糖含量的測(cè)定 干燥雙孢菇的總糖含量使用苯酚-硫酸法[19]測(cè)定。稱(chēng)取250 mg干雙孢菇,放入250 mL錐形瓶中。將50 mL蒸餾水和 15 mL 濃鹽酸加入燒瓶中,在沸水浴中水解3 h。反應(yīng)混合物過(guò)濾后,加入蒸餾水制成250 mL。隨后,移取0.2 mL溶液加入到10 mL的試管中,用蒸餾水配制成1.0 mL體積。加入1.0 mL 5%苯酚溶液,再加入5.0 mL濃硫酸。靜置10 min,拌勻后 30 ℃ 水浴20 min。取適量的反應(yīng)溶液,在490 nm處測(cè)定吸光度。以無(wú)水葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算總糖含量。
1.3.7 總酚含量的測(cè)定 雙孢菇中總酚含量測(cè)定采用Folin-Ciocalteu法[20]。將0.1 mL雙孢菇提取液和GA(標(biāo)準(zhǔn)酚類(lèi)化合物)提取物與0.1 mL Folin Ciocalteu試劑(預(yù)先用蒸餾水稀釋3倍)混合。將溶液在室溫下混合3 min。然后,加入0.3 mL 2%碳酸鈉溶液,并孵化2 h。在760 nm處測(cè)量所有樣品的吸光度,結(jié)果以mg GA當(dāng)量(GAE)/g樣品表示。
1.3.8 ABTS的測(cè)定 ABTS的測(cè)定采用Tsai等的方法[21]并進(jìn)行了一些修改。樣品(0.1 μmL)或參比(Trolox)加入到3.9 mL ABTS+溶液中。使混合物反應(yīng)10 min,然后在734 nm處測(cè)定吸光度。
1.3.9 FRAP的測(cè)定 FRAP的測(cè)定采用Chen等的方法[22]。FRAP試劑由0.1 mol/L乙酸緩沖液(pH值3.6)、10 mmol/L TPTZ和20 mmol/L氯化鐵按體積比10 ∶1 ∶1配制而成。向1 mL樣品中加入約0.5 mL的FRAP試劑,于37 ℃下孵育10 min后,在593 nm處測(cè)定反應(yīng)產(chǎn)物的吸光度。
1.3.10 可溶性糖和多元醇的測(cè)定 雙孢菇中可溶性糖和多元醇的提取采用Vahid等的方法[23]。用50 mL 80%的乙醇水溶液提取雙孢菇粉(600 mg)。將該懸浮液在室溫下振蕩45 min,并通過(guò)Whatman No.4濾紙過(guò)濾。將殘余物用另外的25 mL的80%乙醇洗滌5次。然后將合并的濾液在40 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā),并重新溶解在去離子水中至最終體積為10 mL。將水提取物通過(guò)Millex-HV過(guò)濾器,并在注入高效液相色譜儀之前使用0.45 μm濾膜進(jìn)行過(guò)濾。
HPLC系統(tǒng)包括Shimadzu LC-10ATVP泵、Rheodyne 7725i進(jìn)樣器、20 μL樣品定量環(huán)、Shimadzu RID-10A檢測(cè)器和Sep-NH色譜柱(4.6 m×250 mm,5 μm,Separation Inc.,Norwalk,CT)。流動(dòng)相為乙腈/去離子水,體積比為85 ∶15,流速為1.0 mL/min。使用真實(shí)的糖或多元醇鑒定每種糖或多元醇,并通過(guò)真實(shí)化合物的校準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量。
1.3.11 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定 稱(chēng)取1.5 g經(jīng)預(yù)處理后的雙孢菇,并放入50 mL螺旋口的樣品瓶中,加入12 mL去離子水和3 g NaCl后,采用聚四氟乙烯墊片密封,用電磁攪拌器在60 ℃水浴平衡,然后將提取頭插入樣品中吸附5 min,解析40 min。
色譜柱為安捷倫HP-5ms非極性毛細(xì)管柱(60 m×250 μm×0.25 μm);流速1.0 mL/min,不分流;程序的初始溫度為40 ℃。以3 ℃/min的速率升溫至90 ℃后保持5 min,然后升溫至260 ℃后保持1 min。入口溫度:250 ℃;離子源溫度為 230 ℃;四極溫度為150 ℃。電離EI模式,電子能量是 70 eV,電壓350 V,界面溫度280 ℃,質(zhì)譜掃描范圍50~450 AMU/SEC。
從NIST08數(shù)據(jù)庫(kù)中定性檢索后,采用同一積分參數(shù)的峰面積歸一化方法對(duì)各組分進(jìn)行定量分析。
試驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù),并使用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件分析結(jié)果。組間統(tǒng)計(jì)學(xué)比較采用單因素方差分析(ANOVA)。數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。在5%水平下,均數(shù)差異被認(rèn)為是顯著的。使用Qrigin 2016制圖。
2.1 不同預(yù)處理對(duì)雙孢菇水分含量的影響
由圖1可見(jiàn),在所有樣品中,雙孢菇的水分含量在干燥的前期均迅速降低,但當(dāng)干燥時(shí)間大于3 h后,下降速率逐漸減小。此外,US-HWB處理的雙孢菇干燥時(shí)間最短,其次是HWB、US和CK。當(dāng)濕基的水分含量小于5 mL時(shí),US-HWB樣品所需的時(shí)間為5.5 h,比HWB樣品的時(shí)間減少8.33%,比US樣品的時(shí)間減少15.38%,比未經(jīng)預(yù)處理的樣品減少26.67%。因此,US-HWB技術(shù)制備雙孢菇,能耗最少,效率最高。Jiang等也報(bào)道了類(lèi)似的結(jié)果,他們發(fā)現(xiàn)燙漂處理和超聲處理可以縮短白菜的脫水時(shí)間[8]。US能提高雙孢菇的干燥速度可能歸因于海綿(一系列快速的交替壓縮和膨脹)和超聲波的空化作用。HWB加強(qiáng)雙孢菇的干燥過(guò)程可能是因?yàn)镠WB能降低細(xì)胞膜和細(xì)胞壁對(duì)水分運(yùn)動(dòng)的抵抗力。此外,HWB處理雙孢菇的干燥時(shí)間比US處理的時(shí)間短,這表明在選定的強(qiáng)度范圍內(nèi),在加速雙孢菇的對(duì)流干燥方面,熱燙比超聲更有效。由圖1可知,US-HWB處理的雙孢菇表現(xiàn)出最高的干燥效率,這是因?yàn)橐环矫鎁S誘導(dǎo)了固體基質(zhì)中水分子空化的形成,另一方面HWB改變了雙孢菇的質(zhì)地,從而大大改善了干燥過(guò)程中的傳質(zhì)性能。
雙孢菇切片的微觀結(jié)構(gòu)變化可能是由于水分遷移和細(xì)胞破裂所致,導(dǎo)致雙孢菇細(xì)胞不同程度收縮和結(jié)構(gòu)塌陷。由圖2-a可見(jiàn),CK呈現(xiàn)出不明顯的多孔聚合物結(jié)構(gòu)、層狀纖維和塌陷的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu),這表明CK結(jié)構(gòu)在干燥過(guò)程中細(xì)胞遭到破壞。與CK相比,用超聲處理的雙孢菇顯微圖像顯示出明顯的多孔細(xì)胞結(jié)構(gòu)。這可能是因?yàn)槌曨A(yù)處理具有在雙孢菇內(nèi)部形成微觀結(jié)構(gòu)、擴(kuò)大雙孢菇表面空隙的作用。許多研究已表明,由于超聲輻射產(chǎn)生的空化效應(yīng),組織和細(xì)胞遭到破壞以及微通道的形成[16,24]。經(jīng)過(guò)HWB預(yù)處理后,干燥的雙孢菇表面緊縮,細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)嚴(yán)重塌陷。這可能是由于HWB過(guò)程中材料結(jié)構(gòu)的軟化、體積收縮、膜通透性增加以及對(duì)雙孢菇內(nèi)部結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞所致。此外,圖2-d表明用超聲聯(lián)合燙漂預(yù)處理的干雙孢菇顯微圖像呈現(xiàn)出一種介于超聲預(yù)處理和燙漂預(yù)處理之間的狀態(tài),且微觀結(jié)構(gòu)與圖2-c相似,這可能是因?yàn)樵谶x定超聲和燙漂參數(shù)范圍內(nèi),燙漂處理對(duì)雙孢菇組織結(jié)構(gòu)的影響更大。
顏色是影響消費(fèi)者接受度和產(chǎn)品市場(chǎng)接受度的關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)之一。最高的L*值和最低的色差(ΔE)值通常被認(rèn)為是干制食用菌顏色質(zhì)量的行業(yè)基準(zhǔn)[25]。由表2可見(jiàn),US處理后雙孢菇的L*值最高,為26.48,US-HWB處理的雙孢菇ΔE值最低,為29.63,而未經(jīng)處理的雙孢菇L*值最低,ΔE值最高,這表明采用US和US-HWB處理可以更好地保護(hù)樣品的顏色。US-HWB處理的雙孢菇色澤更佳,這可能是因?yàn)楦邷貙?duì)一些酶存在滅活作用從而抑制了酶促反應(yīng)。BI代表棕色的純度,是涉及酶促或非酶促褐變過(guò)程中的重要參數(shù)。與對(duì)照組樣品的BI值(65)相比,超聲、燙漂處理的雙孢菇分別下降了10.77%、13.85%。BI值的這些變化可能是由于通過(guò)美拉德反應(yīng)(MR)或酚類(lèi)化合物的氧化而形成的棕色聚合物的出現(xiàn)。
表2 不同預(yù)處理對(duì)雙孢菇表面色澤的影響
由表3可知,經(jīng)預(yù)處理的雙孢菇可溶性糖含量明顯低于CK(P<0.05)。未經(jīng)預(yù)處理的雙孢菇可溶性糖含量最高,為1.23 mg/g,而US-HWB組含量最低,為1.12 mg/g。這可能是因?yàn)闋C漂過(guò)程中較高的溫度下美拉德反應(yīng)的發(fā)生,此外水分的減少導(dǎo)致某些營(yíng)養(yǎng)成分如可溶性糖的流失。
表3 不同預(yù)處理對(duì)雙孢菇營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響
對(duì)照組、US、HWB、US-HWB處理的多酚含量分別為1.290%、1.730%、1.265%、1.268%。HWB和US-HWB處理的雙孢菇多酚含量顯著低于US組,這可能是因?yàn)榉宇?lèi)物質(zhì)由于其熱敏性易在高溫下降解,這與Huang等的研究結(jié)果[14]類(lèi)似。在不同的預(yù)處理?xiàng)l件下,可溶性固形物含量變化的趨勢(shì)并不明顯,對(duì)照、US、HWB、US-HWB分別為 1.340 4%、1.340 6%、1.337 8%、1.33 9%。超聲處理組可溶性固形物含量高于其他處理組。
對(duì)產(chǎn)品抗氧化活性的評(píng)估一般需要2種或更多種分析方法。本研究選用了ABTS+和FRAP清除測(cè)定法來(lái)測(cè)定不同預(yù)處理雙孢菇的抗氧化能力。由表4可知,與CK相比,超聲處理組雙孢菇具有較高的抗氧化活性,而熱處理組雙孢菇的抗氧化能力較低。超聲處理可能會(huì)破壞細(xì)胞壁,使雙孢菇結(jié)合酚釋放,增加了可生物利用的抗氧化劑化合物的儲(chǔ)備。然而熱處理盡管在一定程度上破壞細(xì)胞壁,釋放抗氧化合物,但較高的溫度也會(huì)導(dǎo)致雙孢菇中的多酚被破壞。與燙漂組相比,超聲聯(lián)合燙漂處理雙孢菇的ABTS+清除能力顯著增加,這可能是因?yàn)槌曁幚砜梢云茐臒崽幚砦茨芷茐牡募?xì)胞壁,使酚類(lèi)物質(zhì)游離出來(lái)。
表4 不同預(yù)處理對(duì)雙孢菇抗氧化性能的影響
2.6 不同預(yù)處理對(duì)雙孢菇可溶性糖和多元醇含量的影響
由表5可知,與CK相比,超聲預(yù)處理的雙孢菇甘露醇含量較高,而燙漂和超聲聯(lián)合燙漂預(yù)處理的較低。超聲處理組甘露醇含量的增加可能是由于超聲處理過(guò)程中產(chǎn)生的熱效應(yīng),即樣品溫度(40 ℃)的升高促進(jìn)酶的活化,從而促進(jìn)了大分子糖類(lèi)的代謝,最終導(dǎo)致了甘露醇含量的增加。燙漂和超聲聯(lián)合燙漂處理雙孢菇中甘露醇含量的降低可能是由于較高的溫度(90 ℃)引起熱敏性物質(zhì)的熱分解所致。但與CK相比,處理組的D-果糖、肌醇含量水平呈下降趨勢(shì),這可能是由于在熱處理過(guò)程中發(fā)生了美拉德反應(yīng),導(dǎo)致果糖和多元醇等總可溶性糖減少了。
表5 不同預(yù)處理對(duì)雙孢菇可溶性糖和多元醇含量的影響
2.7 不同預(yù)處理對(duì)雙孢菇揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量的影響
由表6可知,通過(guò)GC-MS初步鑒定出總共45種主要揮發(fā)性化合物。所有這些揮發(fā)性成分均歸類(lèi)為以下幾類(lèi):醇類(lèi)化合物(12)、醛類(lèi)和酮類(lèi)(8)、酯類(lèi)(5)、其他(20)。在對(duì)照、超聲、燙漂、超聲聯(lián)合燙漂處理的雙孢菇中分別鑒定出了24、27、23、21種成分。
由表6可知,醇類(lèi)物質(zhì)是雙孢菇中的主要揮發(fā)性風(fēng)味成分。揮發(fā)性化合物主要來(lái)自不飽和脂肪酸的化學(xué)或酶促氧化作用,以及與蛋白質(zhì)、肽和游離氨基酸的進(jìn)一步相互作用。其他揮發(fā)性化合物是由游離氨基酸的Strecker降解和美拉德反應(yīng)引起的[26]。4種預(yù)處理的雙孢菇醇類(lèi)物質(zhì)的相對(duì)含量分別為48.64%、73.85%、62.61%、56.33%。其中超聲處理組中醇類(lèi)物質(zhì)相對(duì)含量最高,在這些揮發(fā)性物質(zhì)中,1-辛烯-3-醇是主要的揮發(fā)性物質(zhì)。1-辛烯-3-醇也被稱(chēng)為蘑菇醇,是蘑菇中發(fā)現(xiàn)的主要揮發(fā)性物質(zhì)[25],帶有強(qiáng)烈的草本色調(diào),具有強(qiáng)烈、甜美和泥土味,使產(chǎn)品具有甜美的草味。此外在4種處理下的雙孢菇中還檢測(cè)到了3-辛酮。3-辛酮散發(fā)著甜美、水果、泥土、奶酪的香氣以及奶酪和蘑菇的味道[25],對(duì)雙孢菇的風(fēng)味有著重要貢獻(xiàn)。
表6 不同預(yù)處理對(duì)雙孢菇揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類(lèi)和含量的影響
表6(續(xù))
超聲預(yù)處理的雙孢菇呈現(xiàn)出的L*值較高,褐變值較低,抗氧化能力以及總酚含量最高,此外,該處理下的雙孢菇中甘露醇和海藻糖含量較高,其微觀結(jié)構(gòu)具有明顯孔狀結(jié)構(gòu),且排列均勻。超聲預(yù)處理的雙孢菇特征性風(fēng)味物質(zhì)(醇類(lèi)物質(zhì)、1-辛稀-3醇)相對(duì)含量高于其他2個(gè)處理組。