宋珊珊,耿阳阳,冯涛池,胡伯凯,刘亚娜,王纪辉,何佳丽,梁 美,谭化美

(1.遵义医药高等专科学校,贵州遵义 563000;2.贵州省核桃研究所,贵州贵阳 550005;3.贵州省林业科学研究院,贵州贵阳 550005;4.国网济南供电公司,山东济南 250000)

低场(<0.5T)核磁共振(Low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)因其快速、无损、稳定性好、设备成本低、设备体积小等优势被广泛运用于农产品检测分析领域[1]。目前LF-NMR研究、运用最广的是1HLF-NMR。1HLF-NMR检测到的信号T2(横向弛豫时间)能反应样品水分子含量和活跃程度[2],同时T2信号幅度具有变化范围大、对多相态敏感、检测时间短等优势[3];1HLF-NMR信号二维分布(MRI)通过图像颜色、明暗的变化直观反映样品内部水分迁移过程。质地描述分析是一种食品感官分析方法,它能对食品质地、结构体系进行全面分析,质地多方面分析仪(TPA)是其有效手段,目的在于模拟人类牙齿的咀嚼过程,代替人体感官评价,使感官评定更具客观性、准确性,TPA通过力量感元记录挤压过程中板栗的受力情况,由计算公式求得食品质地参数,反应当下食品品质[4]。

板栗(CastaneamollissimaBlume)又称栗子,原产于我国,是壳斗科栗属植物[5],其营养丰富,风味独特,市场需求大。而贵州黔西南州地处黔、滇、桂三省交界处,属典型的低纬度高海拔山区,是板栗的良好种植基地。但因当地板栗成熟时气温较高,采后板栗易发生生理失调和品质劣变,目前做好当地采后板栗保鲜是亟待解决的问题。采后板栗保鲜的研究或关注贮藏环境温度、湿度、气体成分调节,或采用二氧化氯、茶多酚、柠檬酸、山梨酸钾等食品保鲜剂处理板栗达到保鲜效果,同时以板栗中水分、淀粉、水溶性蛋白、酶活性的变化作为衡量板栗贮藏保鲜效果好坏的指标[6-10]。而作为板栗主要化学成分之一的水分在板栗贮藏过程中的动态迁移过程及水分迁移对板栗品质、新鲜度的影响鲜见报道。

因此,本文以黔产仓更板栗为原料,运用LF-NMR技术,分析板栗贮藏过程中横向弛豫时间(T2)及图像(MRI),了解贮藏期间板栗水分含量、状态、活跃程度及水分迁移动态过程;运用TPA检测技术,分析贮藏过程中板栗质地特性硬度、弹性、内聚性、咀嚼性、胶黏性、粘附性,了解贮藏期间板栗品质状态;运用统计学软件分析板栗贮藏过程中水分迁移对板栗品质的影响,为板栗保鲜及新型板栗产品研发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

板栗 贵州省板栗主产区望谟、兴义等地的黔产仓更板栗,待板栗开裂脱壳时,选择大小均匀、成熟度一致并剔除病果、虫果的种子进行采收,采后及时运送到贵州省核桃研究所实验室,置于智能人工气候箱下贮藏(相对湿度70%,温度25 ℃)进行贮藏。

TMS-PRO食品物性分析仪 北京盈盛恒泰科技有限责任公司;NMI20-040V-I低场核磁共振分析仪 纽迈电子科技有限公司;101-2AB电热鼓风干燥箱 北京科伟永兴仪器有限公司;万分之一电子天平 上海佑科仪器。

1.2 实验方法

1.2.1 板栗表型性状分析 板栗壳厚、仁重测定方法:《中国果树志·板栗·榛子卷》[11],板栗数:80 个(>30 个)。

出仁率(%)=(仁果重/单栗重)×100

1.2.2 板栗水分迁移动态分析 板栗水分含量测定:GB 5009.3-2016第一法。

板栗水分相态分布及迁移变化:在贮藏0、7、14、21、28 d时取样[12],将板栗去壳、去红衣后,置于核磁共振仪中测定水分含量和成像。实验参数:共振频率23.3127 MHz,磁体强度0.5 T,线圈直径为60 mm,磁体温度为32±0.01 ℃。成像:FOV Read=100 mm,FOV Phase=100 mm,TR=1500 ms,TE=20 ms,Slices=7;Slice Width=3 mm,Averages=4,K空间大小192×256。弛豫分析——CPMG序列:SW=100 kHz,TW=2000 ms,P1=12.52 us,P2=25.04 us,RFD=0.3 ms,RG1=20,DRG1=1,PRG=1,NS=4,TE=0.10 ms,NECH=5000。

1.2.3 板栗质地分析 在贮藏0、7、14、21、28 d时另取同一批次板栗[12],将板栗去壳、去红衣后,置于TMS-PRO食品物性分析仪的载物台上进行质构分析试验,每次试验,板栗排放位置、朝向一致,重复试验取平均值。参照范新光等[12]的方法,并根据试验需要调整,具体参数设置如下:圆盘到零点的距离为30 mm,圆盘直径50 mm,下压速度为60 mm/min,当下压力反馈为0.5 N时记录,测试深度(形变量)为30%。通过TPA软件计算,由测得的质构特征曲线上得到TPA参数:

硬度:以第一循环的压力最大值表示,反映了果肉的致密程度和坚实程度[13-14]],单位N。

弹性:变性样品除去压力后,变形前后高度或体积比率[1],反映果实经压缩变形后,去除压力后能恢复的程度[14]。

表1 板栗表型性状分析

内聚性:两次循环峰面积之比,反映果实组织细胞间结合力的大小,观察果实保持完整性的指标[15]。

咀嚼性:咀嚼性=硬度×弹性×内聚性,将固体样品咀嚼成能吞咽时所需能力[16],反映果实在口腔中被咀嚼的抵抗能力,单位N。

胶黏性:胶黏性=硬度×内聚力,反映果实挤压过程中的黏性程度,单位N。果实内部的黏性程度。

粘附性:探头与样品接触时用以摆脱两者表面间吸引力所必需的力[17]。果实与接触物的黏性程度。

1.3 数据处理

每个指标做9次重复,用Microsoft Office Excel 2007统计分析所有试验数据,计算标准误并作图;用IBM SPSS Statistics 22.0 进行多重比较(LSD)和相关性分析。

表2 板栗失水过程弛豫时间及峰面积信息

2 结果与分析

2.1 板栗表型性状分析

对黔产仓更板栗样品进行表型性状分析,结果如表1:黔产仓更板栗单栗重为17.600±4.981 g,仁果重为14.701±4.360 g,出仁率为83.168%,出壳厚(边)为0.654±0.056 mm,壳厚(底)为1.360±0.072 mm。与徐阳等[18]研究构建的板栗-铁皮石斛、板栗-覆盆子、板栗-白芨、板栗-三叶青4 种新型栗药种植模式及纯林板栗中单栗重(10.720±2.940 g)、仁果重(7.360±1.740 g),出仁率(68.657%)，刘国彬等[19]采于北京怀柔、房山和密云的‘怀丰’、‘慕田峪6 号’、‘北庄8 号’、‘良乡1 号’和‘高岭1 号’板栗品种仁果重(10.030±0.980 g)以及曹均等[20]研究的北京市密云县等地区本土农家板栗仁果重(12.930±1.890 g)相比,黔产仓更板栗具有单栗重、仁果重、出仁率高的特点。

2.2 板栗水分迁移动态分析

2.2.1 板栗贮藏过程中水分含量变化分析 由图1可知:新鲜板栗含水量为46.09%,此时红衣和栗仁紧密贴合,难以剥落,板栗脆性好;随着贮藏时间的延长,水分含量呈显著性降低(P<0.05),缩水使得红衣和板栗仁间出现空隙,便于红衣剥落,板栗由脆变为硬;贮藏时间超过21 d后水分含量变化不显著(P>0.05)。

图1 板栗在贮藏过程中含水量的变化

2.2.2 板栗贮藏过程中水分迁移动态分析 在板栗LF-NMR测定结果图2、表2中,横向弛豫时间T2反映了样品内部氢质子的自由度及其所受束缚力的大小,并成反比[21],即横向弛豫时间T2越长,水分活跃度越高,流动性越强,但所受束缚力越小,与样品内部其他成分相互作用力弱。将驰豫峰进行积分得到对应的驰豫峰面积,驰豫峰面积越大,水分含量越高。

图2 板栗失水过程T2弛豫谱

图3 板栗水分成像图

由图2与表2可知,板栗主要含有三种水分相态:T21-结合水,T22-不易流动水,T23-自由水。通过水-离子、水-偶极、水-氢键等作用力与板栗中非水成分紧密缔合的板栗结合水T21主要集中在板栗胚中,在贮藏前14 d,水分不断流失,板栗胚为了保持自身活性,会与淀粉、蛋白质等非水成分紧密结合,使结合水所受束缚力不断增强,水分活跃度逐渐降低,检测到的结合水横向弛豫时间T2不断左移[22]。14 d后结合水T21横向弛豫时间稳定不变(0.011 ms),表明14 d后板栗结合水处于相对稳定的状态,无外迁趋势;结合水T21含量变化A21先减少后增加,总体呈减少趋势。表明板栗水分流失,组织内部结构受到破坏,结合水中结合能力相对较弱的部分邻近水、多层水转化为不易流动水T22使得结合水含量降低,同时部分不易流动水T22转化为结合水,降低了结合水减少的幅度。不易流动水T22在贮藏前14 d,横向弛豫时间右移,A22大幅度降低,说明贮藏前14 d内不易流动水受板栗内部束缚力小、水分活跃度高及流动性强,不断转化为结合水和自由水。主要存在于板栗肥大子叶中的自由水T23不断流失到外部环境中,受到板栗内部的束缚力逐渐减小,T23横向弛豫时间T2右移,A23减少;同时部分不易流动水向自由水区域迁移,使得A23含量增加,横向弛豫时间T2左移。

2.2.3 板栗水分迁移核磁共振成像图 本次实验采集板栗的矢状面成像,该成像当样品含水量高,信号强时,样品成像与背景成像都很清晰,当样品含水少时,样品成像和背景成像同时弱化,达到样品成像与背景成像同时呈现样品含水量的效果。图3从左到右依次为失水0、7、14、21、28 d的成像图。

由图3可知:中间光亮区域是板栗胚,外围是板栗肥大的子叶。新鲜板栗胚水分成像图较板栗子叶成像图光亮,结合板栗失水过程T2弛豫谱,板栗子叶中主要是自由水,板栗胚中结合水和不易流动水含量高。板栗子叶自由水含量高,自由水流失速度快,所以28 d后,板栗子叶水分信号成像只能隐约可见,而板栗胚成像清晰。符合种子对胚的自我保护,便于胚来年发芽成苗的规律。

2.3 贮藏期间板栗质构分析

2.3.1 贮藏期间板栗硬度的变化 硬度是指板栗发生形变所需外力,反应板栗致密坚硬的程度。由图4可知:新鲜板栗硬度为174.80 N,此时板栗给人硬、脆的口感;随着贮藏时间延长,板栗硬度显著先减少后增加(P<0.05),这可能跟板栗水分含量有关,鲜见相关研究报道,后续进行板栗水分与板栗硬度相关性分析。

图4 板栗在贮藏过程中硬度的变化

2.3.2 贮藏期间板栗弹性的变化 弹性反映去除压力后,板栗恢复的程度。由图5可知:贮藏前21 d,板栗弹性显著性降低(P<0.05),这是由于板栗在贮藏过程中严重失水,细胞萎缩失去原有恢复力;继续贮藏,板栗弹性无显著变化(P>0.05)。

图5 板栗在贮藏过程中弹性的变化

2.3.3 贮藏期间板栗内聚性的变化 内聚性反映组织细胞之间结合力的大小[20]。由图6可知:新鲜板栗内聚性为0.71;贮藏7 d后,内聚性显著性降低(P<0.05),这是因为板栗失水导致细胞结构受到损伤,细胞内部结合力降低;7～21 d板栗持续失水,板栗多糖和蛋白质发生降解,生成小分子物质填充水分流失区域,平衡内部结合力，因此板栗内聚性无显著性变化(P>0.05);贮藏21 d之后,板栗失水严重,内部结构受到严重破坏,板栗内聚性显著性降低(P<0.05)[23]。

图6 板栗在贮藏过程中内聚性的变化

2.3.4 贮藏期间板栗咀嚼性的变化 咀嚼性是果实硬度、弹性和内聚性在口中的综合体现,反映果实从整体到能吞咽时所需力的大小。由图7可知:试验板栗咀嚼性在贮藏期间,先减小后增加;新鲜板栗和贮藏28 d板栗咀嚼性无显著性差异(P>0.05);贮藏7 d板栗咀嚼性出现最小值,此时板栗失去部分水,果实内部结构也不再完整紧密所致。

图7 板栗在贮藏过程中咀嚼性的变化

表3 板栗水分含量与质构特性的相关性

2.3.5 贮藏期间板栗胶粘性的变化 胶粘性反映果实内部的黏性程度。由图8可知:板栗胶粘性在贮藏期间,先减小后增加;新鲜板栗和贮藏28 d板栗胶粘性无显著性差异(P>0.05);贮藏7 d板栗胶粘性出现最小值,这样的变化趋势和咀嚼性很相似,后续进行相关性分析。

图8 板栗在贮藏过程中胶粘性的变化

2.3.6 贮藏期间板栗粘附性的变化 粘附性反映果实与接触物的黏性程度。姚慧对板栗特性的研究结果表明:板栗粘附性与支链淀粉呈正相关[24]。板栗失水,使板栗淀粉呈先富集再降解的状态,所以贮藏板栗粘附性有先增加后减少的趋势[25-26],当贮藏天数为14 d时,板栗粘附性最强,最易与接触物黏住。

图9 板栗在贮藏过程中粘附性的变化

2.4 水分含量与质构特性的相关性分析

由表3可知:实验用仓更板栗水分含量与板栗质构指标内聚性、弹性呈正显著相关(P<0.05,相关系数为0.892、0948),说明板栗含水量对板栗品质的影响主要体现在影响板栗内聚性及弹性,而内聚性反映组织细胞内结合能力、弹性反映去除压力后板栗的恢复程度,说明板栗含水量越高,仓更板栗内部结合越紧密,抗挤压能力越强;随着板栗水分流失,板栗内部组织结构受到破坏,板栗内聚性、弹性降低,板栗品质下降。而水分中结合水与板栗品质指标无显著相关性,说明板栗中结合水的变化对板栗品质无显著性影响。相反,板栗水分中不易流动水与板栗内聚性、弹性呈正显著相关(P<0.05,相关系数为0.883、0.955),自由水与板栗弹性呈正显著相关(P<0.05,相关系数为0.956),表明调控板栗不易流动水、自由水能改变板栗内聚性及弹性,其含量越高,板栗内聚性高、弹性好、新鲜度高,品质好。所以在仓更板栗保质保鲜过程中,调控板栗不易流动水与自由水的含量、比例是应该考虑的因素。

3 结果与讨论

本研究结果表明,黔产仓更板栗与纯林板栗、新型栗药板栗相比,具有仁果重,出仁率高的特点。适宜区域化、规模化种植。仓更板栗贮藏期间,水分流失,水分相态发生变化,板栗中不易流动水部分转化为结合水保护板栗胚结构,部分转化为自由水,补充板栗自由水流失区域,稳定板栗内部结构。板栗不易流动水降低板栗内部组织细胞结合力及弹性。板栗自由水流失使板栗发生皱缩,降低板栗弹性。板栗是典型的顽拗性种子,含水量是决定其保存的重要因素[26],而本研究分析贮藏板栗含水量与质构特性相关性表明,板栗含水量对板栗内聚性及弹性有显著性影响。因此,深入研究板栗脱水敏感性和安全含水量将是板栗保鲜、保质的关键因素,需要进一步研究攻关。