张 霞,张 超,马 越,霍乃蕊,赵晓燕

(1.山西农业大学,食品科学与工程学院,山西太谷 030801;2.北京市农林科学院蔬菜研究中心、果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室、农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室、农业部都市农业(北方)重点实验室,北京 100097)



梨浆充气冷打工艺的优化

张 霞1,2,张 超2,马 越2,霍乃蕊1,*,赵晓燕2

(1.山西农业大学,食品科学与工程学院,山西太谷 030801;2.北京市农林科学院蔬菜研究中心、果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室、农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室、农业部都市农业(北方)重点实验室,北京 100097)

评价充气冷打工艺技术对梨浆品质的影响。研究以皇冠梨为原料,将梨浆中菌落总数、多酚氧化酶、过氧化物酶和果胶甲酯酶残留率、果浆颜色以及抗坏血酸含量等指标赋予不同权重,进行归一化计算作为梨浆综合评价值,以综合评价值为响应值,采用单因素和正交实验优化梨浆充气冷打工艺。结果表明:真空环境和氮气环境提高梨浆的综合品质,20 ℃的冷打温度对梨浆综合品质保持最佳,正交实验分析显示气体种类对梨浆品质影响最大,灭菌时间次之,灭菌温度和打浆温度影响较小,梨浆充气冷打最佳工艺参数为:在温度为10 ℃的真空环境中打浆,然后在90 ℃下灭菌7 min,此时梨浆的品质最佳,综合评价值为38.21%±1.59%。

皇冠梨,充气,冷打浆,综合评价值,气体种类

梨为蔷薇科梨属植物,多年生落叶乔木,果肉鲜嫩、外形圆润、深受消费者喜爱[1]。我国梨产量是世界最大的国家之一[2],除鲜食外,主要加工为梨汁和罐头等产品。梨汁的生产过程中,果皮、果渣、果核等均作为废弃物进行干燥生产饲料,原料利用率低[3];而梨浆是将整个果实破碎,除去果核和部分果皮,接着预煮灭酶(温度80～100 ℃),然后通过打浆机将果肉进一步打浆至需要的粒径,灭菌灌装的一种产品,产品原料利用率高达95%左右,保持果实原始的芳香和营养,是梨深加工的新趋势[4]。但是,该工艺在破碎和打浆的过程中,果实与O2和金属容器等发生接触,使得果实发生酶促和非酶促褐变[5],同时,破碎和打浆过程中,物料的温度升高,引起部分营养成分损失。

充气冷打工艺一方面控制破碎和打浆过程中的温度和环境气体组成,即充气工艺;另一方面将原料破碎和打浆合并为一个单元操作,即冷打工艺,降低产品的褐变度,保留水果原始的风味和营养成分。研究表明将苹果在氮气环境中打浆可以有效抑制苹果浆的褐变,提高苹果浆品质[6]。本研究采用充气冷打工艺生产梨浆,评价环境气体组成、冷打温度、灭菌时间和灭菌温度对梨浆品质的影响,并采用正交实验的方法优化充气冷打工艺参数,以期为梨浆生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

皇冠梨 北京果香四溢超市曙光花园店;营养琼脂 北京奥博星生物技术有限责任公司;氯化钠 国药集团化学试剂有限公司;维生素C (食品添加剂)石药集团维生药业;其他试剂 均为国产分析纯。

UMC5真空打浆机 德国Stephanmachinery;CM-3700d型分光测色仪 日本柯尼卡美能达公司;恒温恒湿培养箱(MMM,德国);UV-1800紫外分光光度计 日本岛津仪器有限公司;分析天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;GI54DW型高压灭菌锅 美国致微公司;3-18型高速冷冻离心机 德国赛多利斯公司3-18型;GI54DW型高压灭菌锅 美国致微公司;超净工作台 北京东联哈尔仪器制造有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 菌落总数测定 菌落总数依据食品微生物学检验菌落总数测定方法(GB4789.2-2010)[8]

1.2.2 酶活性测定 多酚氧化酶(PPO):反应底物为40 mmol/L的邻苯二酚溶液,用pH7.0,浓度为10 mmol/L的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲液配制,置于棕色试剂瓶中,使用前用水浴锅在37 ℃下保温。将梨浆稀释1倍,即:梨浆与NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液各取10 mL,混匀后在4 ℃和10000 r/min下,离心10 min,用移液枪取0.5 mL上清液与3.5 mL邻苯二酚溶液于比色皿中,迅速混合,在酶动力学扫描状态下,用420 nm波长的分光光度计扫描100 s,酶活计算公式如公式(2)[8-9]。

过氧化物酶(POD):吸取醋酸-醋酸钠缓冲溶液(0.1 mol/L,pH5.5)20 mL于棕色容量瓶(100 mL)中,加 2.5%(w/v)溶剂为50%乙醇的愈创木酚0.1 mL,轻轻晃动容量瓶,使愈创木酚均匀分散至醋酸-醋酸钠缓冲溶液中,取0.1 mL 30%双氧水加入上述混合溶液,用蒸馏水迅速定容,摇匀,即配成底物溶液。将梨浆稀释1倍,即:梨浆与醋酸-醋酸钠缓冲溶液各取10 mL,混匀后在4 ℃和10000 r/min下,离心10 min,用移液枪取0.5 mL上清液与3.5 mL上述底物溶液于比色皿中,迅速混合,在酶动力学扫描状态下,用470 nm波长分光光度计扫描100 s,酶活计算公式如公式(2)[9-10]。

式(2)

式中:ΔA-在420 nm或470 nm波长下吸光度值的变化差;Δt-在420 nm或470 nm波长下时间的变化差;f-样品稀释倍数。

果胶甲酯酶(PME):采用滴定法,23 ℃水浴下,向1%(w/v)果胶溶液(pH7.5,含1 mol/L NaCl)中加入5 mL样品,用0.1 mol/L NaOH迅速将溶液pH调至7.5,加入25 μL 0.1 mol/L的NaOH,计时,获得pH回到7.5所用时间[11]。PME活性(PMEU)和残存酶活的计算公式如(3)、(4):

式(3)

式(4)

1.2.3 褐变指数测定 将样品和pH7.0的磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲溶液各取15 mL,混匀,4 ℃,10000 r/min离心10 min,取上清液,在420 nm波长下测定吸光度值,用吸光度值表示其褐变指数,吸光度值越大,褐变程度越大[4]。

1.2.4 颜色测定 采用CM-3700d型分光测色仪的反射模式,选用标准D65光源[12-13]。室温下以标准白色为标准,测定L*、a*、b*值,其中,L*表示亮度,L*值越大,色泽越白;a*>0表示物体偏红,a*<0表示物体偏绿;b*>0表示物体偏黄,b*<0表示物体偏蓝。色差ΔE越大表示梨浆颜色变化越大,根据通过式(5)计算色差[7]。

(5)

1.2.5 VC测定 取样品10 g,置于25 mL比色管中,用草酸-EDTA定容并摇匀,取1 mL于比色管中,加1 mL 5%硫酸,0.5 mL偏磷酸-乙酸,加钼酸铵2 mL,摇匀,用蒸馏水定容,15 min后在705 nm下测吸光度值。同时将VC使用草酸-EDTA溶解,配成1 mg/mL标准溶液,加入5%硫酸,偏磷酸-乙酸和钼酸铵,15 min后,在705 nm下测吸光度值,以VC含量为横坐标,绘制VC标准曲线,标准曲线如图1所示,样品中VC含量根据标准曲线计算[14-15]。

图1 VC标准曲线Fig.1 Standard curve of VC

1.3 实验方案的设计

1.3.1 综合评价值的计算 综合评价值(S):基于梨浆产品微生物数量、感官和营养特性,评价梨浆品质的一种方法。综合评价值是以各个指标所测值占对照组相应指标初始值的百分比为响应值,赋予每个指标不同权重,累加各个指标与权重的积作为综合评价值,计算见公式(1),其中菌落总数权重为0.4,褐变度和色差权重分别为0.2、PPO、POD、PME活性权重分别为0.1,VC含量权重为-0.1。因而,对照组的综合评价值为100%,该数值越小,代表其综合品质越好。

式(1)

式中:S为综合评价值,Rn为指标所测值,Rn0为指标初始值,Wn为指标权重。

表2 环境气体组成对梨浆S的影响
Table 2 Effect of gas on S of the pear puree

气体组成PPO(U)POD(U)PME(U)VC(mg/100g)ΔE褐变度微生物log(CFU)S(%)平均值鲜梨浆056089526×10-4389/02203191000010000空气042063396×10-4454482044018815777空气038054365×10-4446467039218815030空气052068402×10-4472484048818816427(15745±699)a真空024026334×10-466725203320797818真空032031346×10-468028903560798226真空021019321×10-466122303080797460(7835±383)b氮气015018266×10-4744141902441088394氮气019023289×10-4813942602521088506氮气012015243×10-4708840502361088188(8363±161)b

注:色差的R0为3,在此基础上,所测指标值小于等于3的均按3处理。

1.3.2 单因素实验 充气冷打浆工艺:将新鲜皇冠梨在4 ℃冷库贮藏24 h,去皮去核,转运至洁净空间,称取梨肉1500 g,倒入真空打浆机,加入10.5 g VC(使用20 mL蒸馏水溶解),根据需要在锅体内充入氮气或者抽真空,接着按设定好的温度参数打浆,打浆3 min,继而在设定的温度和时间内灭菌,然后迅速排气,打开锅盖,用灭菌后的玻璃棒快速搅拌并于标记好的无菌袋罐装,快速封口,每袋300 g,使用冷却水迅速将梨浆温度降低至4 ℃。

单因素实验设计如下:环境气体组成:10 ℃打浆3 min,80 ℃灭菌5 min,环境气体分别为:空气、真空(0.01 MPa)以及氮气(99%);冷打温度:真空打浆3 min,打浆温度分别为:5、10、15、20、25和30 ℃,在80 ℃灭菌5 min;灭菌温度:真空10 ℃打浆3 min,灭菌5 min,灭菌温度分别为70、75、80、85和90 ℃;灭菌时间:真空10 ℃打浆3 min,80 ℃灭菌,灭菌时间分别为1、3、5、7和9 min。

1.3.3 正交实验 以气体组成、打浆温度、灭菌温度和灭菌时间4个因素做4因素3水平的正交实验,在单因素实验的基础上,采用正交实验对充气冷打梨浆工艺进行优化,实验因素、水平见表1,以S作为响应值,3次重复测定取其平均值。

表1 因素水平设计表
Table 1 Design of factors and levels

水平因素A气体组成B打浆温度(℃)C灭菌温度(℃)D灭菌时间(min)1空气108052抽真空158573氮气20909

1.4 数据处理与统计

实验所有数据均重复三次,计算平均值和标准偏差,使用统计分析软件DPS v7.05进行处理,Ducan’s新复极差法进行显著性分析(p<0.05),图像绘制采用Origin 8.0软件(美国Origin Lab Corporation公司)。

2 结果与分析

2.1 环境气体组成对梨浆综合评价值的影响

梨浆品质可以从颜色、风味、营养等多方面进行评定,前期研究中,产品品质评价依据主要根据工艺的目的进行确定,比如:灭菌工艺主要根据产品中微生物数量评价、护色工艺主要根据产品褐变度评价、灭酶工艺主要根据产品的残留酶活进行评价[4,7,17-22]等。本研究认为梨浆生产需要解决降低微生物数量、抑制褐变和降低酶活性等多重目标,单一评价微生物数量、或褐变度、或残留酶活,均不能全面反应梨浆品质,因而提出采用综合评价值(S)反映梨浆品质。该综合评价值对与产品品质相关的指标赋予不同权重,比如微生物数量关系产品的安全性和稳定性,赋予0.4的权重,而对品质影响小的指标赋予较低的权重,因此,综合评价值可以更加客观的显示整个工艺流程对梨浆品质的影响。

环境气体组成对梨浆综合评价值的影响如表2数据所示,环境气体组成对梨浆综合评价值有显著性差异(p<0.05),其中,氮气和真空环境处理无显著性差异(p>0.05),真空处理的综合评价值最低,为78.35%±3.83%,真空环境对梨浆的品质具有很好的保护作用。由于原始数据较多,后续结果中的原始数据不再一一列出。

2.2 打浆温度对梨浆综合评价值的影响

图2显示打浆温度对梨浆综合评价值的影响,可以发现10、25 ℃和30 ℃无显著性差异(p>0.05),5、15 ℃和20 ℃打浆存在显著性差异(p<0.05),20 ℃时综合评价值S最低,为50.19%±0.03%,原因可能在于低温提高VC保留率,降低酶活残留率,降低产品褐变率。研究发现过氧化物酶与风味的劣化有直接关系[9],多酚氧化酶和过氧化物酶的最适温度分别为30～32 ℃和25～28 ℃,故低温打浆可在降低褐变的同时减少风味损失[23],提高梨浆综合评价值。

图2 打浆温度对梨浆综合评价值的影响Fig.2 Effect of beating temperature on S of the pear puree注:标有不同小写字母者表示组间差异显著(p<0.05)，图3、图4同。

2.3 灭菌温度对梨浆综合评价值的影响

图3显示灭菌温度对梨浆综合评价值的影响。不同灭菌温度对产品影响之间存在显著性差异(p<0.05),80 ℃综合评价值S为78.07%±4.79%,为最优灭菌温度,85 ℃S值突然增加,可能是因为高温发生的褐变反应主要是非酶促褐变,有美拉德反应、焦糖化等反应,高温条件下最易发生反应,这是因为还原性糖和氨基酸反应,生成的产物经不同阶段后形成黑精色素,也可能是因为在打浆过程中梨浆的糖类物质因受热脱水和分解,缩合生成粘稠状的黑褐色物质。与贮藏温度对浓缩苹果汁[24]、香蕉汁[25]非酶褐变的影响研究一致。

图3 灭菌温度对梨浆综合评价值的影响Fig. 3 Effect of pasteurization temperatureon S of the pear puree

2.4 灭菌时间对梨浆综合评价值的影响

由图4可知,在灭菌时间为7 min时,梨浆综合评价值最低,为47.5%±1.65%,原因可能在于在相同条件下,时间越长,酶活性残余率越低,综合评价值降低,而随着时间继续延长,酶活性残留率未发生显著性变化[19-22],而褐变率提高、VC含量损失最佳,因而综合评价值升高。

图4 灭菌时间对梨浆综合评价值的影响Fig. 4 Effect of pasteurization time on S of the pear puree

2.5 正交实验结果

表3显示6号处理梨浆综合评价值S最低,为42.7%±3.38%,其次是7号,为58.2%±2.97%,通过极差分析,气体类型和灭菌时间对梨浆综合评价值的影响极显著,4个因素对梨浆品质的影响顺序为:气体类型>灭菌时间>灭菌温度>打浆温度。由单因素实验结果可知,打浆温度对梨浆综合评价值有一定的影响,在20 ℃时,综合评价值S最低,可见正交实验中存在交互作用,由于交互作用的影响,打浆温度在对梨浆品质的影响中作用较小。实验中获得综合评价值S最好的组合为A2B1C3D2,即:气体种类为抽真空、打浆温度为10 ℃、灭菌时间为90 ℃、灭菌时间为7 min。经实验测得该组合综合评价值S为38.2%±1.59%。

表3 正交实验结果
Table 3 Result of orthogonal test

实验号1A2B3C4DS(%)11111(152.8±6.46)a21222(137.4±4.42)c31333(143.4±3.09)b42123(117.3±7.20)d52231(89.8±7.29)f62312(42.7±3.38)h73132(58.2±2.97)g83213(105.1±4.74)e93321(155.2±6.26)abK1433328300397K2249332410238K3318341291365k1144109100132k28311013679.4k310611397122极差61.34.3339.653.2优方案A2B1C3D2(38.2±1.59)

注:表格中标有不同小写字母者表示组间差异显著(p<0.05)。

3 结论

研究建立梨浆综合评价值计算方法,其中菌落总数权重为0.4,褐变度和色差权重分别为0.2、PPO、POD、PME活性权重分别为0.1,VC权重为-0.1。因而,对照组的综合评价值为100%,该数值越小,代表其综合品质越好。结果表明:真空和氮气环境可以提高梨浆的综合品质,20 ℃的冷打温度对梨浆综合品质保持最佳,其中气体种类对梨浆品质影响最大,灭菌时间次之,灭菌温度和打浆温度影响较小,梨浆的最佳工艺参数为:在温度为10 ℃的真空环境中冷打浆,在90 ℃下灭菌7 min,此时梨浆的品质最佳,综合评价值为38.21%±1.59%。

[1]李军义. 甘肃河西干旱区皇冠梨栽培技术[J]. 福建农业,2015,06:72.

[2]王宇霖. 从世界苹果、梨生产及发展趋势与国际贸易看我国苹果、梨产业存在的问题[J]. 河北农业科学果树学报,2001,18(3):127-132.

[3]李丽梅,赵哲,何近刚,等. 不同品种梨果实酚类物质和抗氧化性能分析[J]. 食品科学,2014,35(17):83-88.

[4]姜龙波,温升南,李燕杰,等. 梨的液氮排氧打浆防褐变研究[J]. 食品科学,2009,30(24):448-450.

[5]Oliveira A,Coelho M,Alexandre E M C,et al. Effect of modified atmosphere on phytochemical profile of pasteurized peach purees[J]. LWT-Food Science and Technology,2015(64):520-527.

[6]王兴东,赵江. 氮气的包装功效以及相关检测[J]. 包装工程,2007,28(9):213-214.

[7]柳青,赵晓燕,张超,等. 超高压处理对草莓汁贮藏期微生物及品质的影响[J]. 中国食品学报,2014,14(11):111-117.

[8]李灿明,何李,许洪高,等. 超高压技术在鲜榨桃加工中的应用[J]. 食品科技,2012,37(8):83-86.

[9]包海蓉,王华博. 草莓冻藏过程中多酚氧化酶、过氧化物酶及维生素C的变化研究[J]. 食品科学,2005,26(8):434-436.

[10]廖小军,徐增慧,智先. 热处理对苹果果胶甲酯酶和多酚氧化酶活性影响[J]. 新余高专学报,2009,14(3):5-9.

[11]Kimball D A. In Citrus processing-Quality control and technology[M]. New York:Van Nostrand Reinhold,1991.117-125.

[12]郭晓晖,方国姗,李富华,等. 超高压处理对草莓果浆品质的影响[J]. 食品科学,2012,33(21):121-126.

[13]Oliveira A,Coelho M,Alexandre P,et al. Influence of fresh and processed fruit quality attributes on peach puree consistency index[J]. LWT-Food Science and Technology,2012(45):123-131.

[14]赵晓梅,江英,吴玉鹏,等. 果蔬中VC含量测定方法的研究[J]. 食品科学,2006,27(3):197-199.

[15]Liu Hui,Cao Jiankang,Jiang Weibo. Evaluation and comparison of vitamin C,phenolic compounds,antioxidant properties and metal chelating activity of pulp and peel from selected peach cultivars[J]. LWT-Food Science and Technology,2015(63):1042-1048.

[16]ALIFDALINO S,Ming J S,MOHAMMED F. Thermosonication for polyphenoloxidase inactivation in fruits:Modeling the ultrasound and thermal kinetics in pear,apple and strawberry purees at different temperatures[J]. Journal of Food Engineering,2015(165):133-140.

[17]宋莲军,唐贵芳,赵秋艳,等. 富士苹果多酚氧化酶的提取及特性的研究[J]. 浙江农业科学,2009,4(42):789-793.

[18]李忠光,龚明. 植物多酚氧化酶活性测定方法的改进[J]. 云南师范大学学报,2005,25(1):44-45.

[19]刘文山,肖凯军,郭祀远. 苹果多酚氧化酶的提取及其抑制作用的研究[J]. 现代食品科技,2006,22(4):82-84.

[20]易建华,朱丹,朱振宝. 不同微波预处理对苹果汁褐变特性的影响[J]. 食品工业科技,2014,35(14):264-267.

[21]刘延吉,宋思源,田晓艳. 南果梨果汁生产中的褐变类型[J]. 北方园艺,2012(15):169-171.

[22]王成荣,王然,杨增军,等. 莱阳梨汁加工中非酶褐变影响因素的研究[J]. 食品科学,1997,18(3):36-40.

[23]Burdurlu H S,Karadeniz F. Effect of storage on non-enzymatic browning of apple juice concentrates[J]. Food Chemistry,2003,80(2):91-97.

[24]王素雅,王璋. 香蕉汁储藏过程中非酶褐变的研究[J]. 食品科学,2005,26(12):81-85.

[25]张薇,李汴生. 超高压和热灭菌对芒果原浆品质影响的比较[J]. 食品工业科技,2010,4(55):104-108.

[26]Oliweira A,Pintado M,Almeida D P F. Phytochemical composition and antioxidant activity of peach as affected by pasteurization and storage duration[J]. LWT-Food Science and Technology,2012(49):202-207.

[27]Chiang P J,Tseng M J,He Z S,et al. Automated counting of bacterial colonies by image analysis[J]. Journal of Microbiological Methods,2015(108):74-82.

[28]Saeeduddin M,Abid M,Jabbar S,et al. Quality assessment of pear juice under ultrasound and commercial pasteurization processing conditions[J]. LWT-Food Science and Technology,2015(64):452-458.

Optimization of inflatable and cold processing of pear pulp

ZHANG Xia1,2,ZHANG Chao2,MA Yue2,HUO Nai-rui1,*,ZHAO Xiao-yan2

(1.Shanxi Agricultural University,College of Food Science and Engineering,Taigu 030801,China; 2.Beijing Vegetable Research Center,Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences;Beijing Key Laboratory of Fruits and Vegetable Storage and Processing;Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops(North China),Ministry of Agriculture;Key Laboratory of Urban Agriculture(North),Ministry of Agriculture,50 Zhanghua Road,Haidian District,Beijing 100097,China)

The inflatable and cold processing was applied to pear pulp(Huangguanpear)to inhibit their browning and to improve their quality. The comprehensive evaluation value was the summary of the normalized and weighted total number of colonies,the activities of polyphenol oxidase,peroxidase,pectin methyl esterase,color and ascorbic acid,which were used to reflect the comprehensive quality of the pear pulp. The vacuum and nitrogen conditions were the best to hold the overall quality of the pear pulp. The gas type was the key factor for the comprehensive evaluation value the pear pulp. The optimum parameter of the inflatable and cold processing was:beating at 10 ℃ in vacuum and pasteurizated at 90 ℃ for 7 min with the comprehensive evaluation value of 38.21%±1.59%.

Huangguanpear;inflatable;cold beating;comprehensive evaluation value;gas type

2016-05-12

张霞(1989-)，女，硕士研究生，研究方向：食品加工新技术， E-mail：zhangxia1005@sina.cn。

*通讯作者:霍乃蕊(1972-)，女，博士，教授，主要从事生物技术与食品安全方面的教学与科研工作，E-mail：tgnrhuo@163.com。

国家现代农业科技城成果惠民科技示范工程(Z151100001015017);北京市农林科学院科技创新能力建设专项新学科培养(KJCX20140204 & KJCX20140111-21);果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室(Z141105004414037)。

TS201

B

1002-0306(2016)23-0211-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.23.031