不同预处理对干制双孢菇品质及风味的影响

2023-02-17戚思影韩吉平千春录张钟元牛丽影孙英杰

江苏农业科学 2023年2期

江宁，戚思影，韩吉平，千春录，张钟元，牛丽影，孙英杰

(1.扬州大学食品科学与工程学院，江苏扬州 225127； 2.江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏南京 210014；3.江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江 212013)

双孢蘑菇(A.bisporus)是世界上种植面积最大、产量最丰富的食用菌[1]，但新鲜的双孢蘑菇容易受到机械损伤和微生物侵袭，并导致一系列品质问题，例如色泽降低和产生异味，从而影响适销性和消费者的接受度[2]。干燥可以通过减少水分含量和降低水分活度来降低酶的活性和抑制微生物的生长，从而延长产品保质期和提高食品安全性。此外，双孢菇干制品由于质量更轻，其运输和储存成本得到降低[3-4]。在目前报道的各种食用菌干燥技术中，热风干燥由于其操作简单和低能耗受到广泛应用[5]，但传统热风干燥的蘑菇品质较差，无法满足消费者对高质量脱水产品的要求[6]。

为去除产品中水分，并改善其营养特性和感官特性，通常会在农产品干燥前进行预处理[7]，如热水烫漂、超声等。热水烫漂作为最广泛应用的技术[8-9]，具有许多作用，如热水烫漂可通过钝化过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)来减少酶促褐变并起到颜色保护的作用[10]。Wang等研究发现，热水烫煮会降低新鲜辣椒的品质，降低PPO和POD的活性[9]。超声作为非热处理在食品加工中越来越受到欢迎。在超声处理过程中会发生2种主要现象：第1种现象称为“海绵效应”，即声波穿透植物组织并反复挤压和释放材料；第2种现象是空化现象，即气泡的形成、生长和破裂，是由于材料中压力和温度的突然局部升高而产生的。超声波会在物料内部形成微观通道并改变食物特性[11-12]。超声预处理对胡萝卜组织的结构特征有明显的影响，并且在内部会形成微通道[13]。超声与其他处理方法的结合可以减少处理时间并提高食品内酶的灭活效率。例如，内源性酶(如蘑菇PPO、柠檬果胶酯酶、番茄汁果胶甲基酯酶、聚半乳糖醛酸酶和水芹过氧化物酶)通过热超声处理后显著灭活[14]。目前，大多数研究主要集中在超声或超声辅助干燥过程的动力学模型建立[15-16]，而超声、烫漂尤其是超声与烫漂结合使用对热风干燥双孢菇的风味物质影响的研究较少。因此，本研究通过分析干燥速率、微观结构、营养成分和风味成分的变化来探讨超声、烫漂以及超声联合烫漂的组合预处理对热风干燥双孢菇切片品质的影响以期获得营养价值高、品质好的干制双孢菇，为双孢菇的精加工开辟一条新的途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

新鲜的双孢菇来自南京苏果超市，并于4 ℃冷藏，于2020年12月在扬州大学进行试验。在预处理之前，先将双孢菇洗净，去掉茎，并用切片机将双孢菇切至5 mm厚。

1.2 试剂及仪器

气质联用仪(7890A)，购自美国安捷伦科技有限公司；色差仪(WSC-S)，购自上海精密科学仪器有限公司；紫外-可见分光光度计(TU-1810)，购自北京普析通用仪器有限公司；电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9073B5-Ⅲ)，购自上海新苗医疗器械制造有限公司；台式高速离心机(TG16-WS)，购自长沙湘仪离心机仪器有限公司；扫描电子显微镜(Quanta-200)，购自美国FEI公司。

1.3 试验方法

1.3.1 双孢菇预处理对双孢菇预处理的参数见表1。(1)超声处理：将400 g双孢菇切片放入8 L蒸馏水的超声浴中，并在40 min、200 W和 40 kHz 的优化参数下经受超声波处理(US)。(2)热水烫漂处理：将400 g双孢菇切片置于90 ℃水温的超声浴中3 min(HWB)。(3)US结合HWB处理；将 400 g 双孢菇切片放入8 L热水(90 ℃)中漂烫 3 min，并在40 min、200 W和40 kHz的优化参数下经受超声波处理(US-WHB)。(4)将未经任何预处理的双孢菇切片用作对照样品(CK)。

表1 预处理参数

初步结果表明，200 W、40 min(US)和90 ℃、3 min(HWB)处理在保持优质热风干燥双孢菇方面比其他参数更有效(数据未显示)。因此，本研究选择了200 W持续40 min(US)和90 ℃持续3 min(HWB)。

1.3.2 双孢菇的干燥预处理后，将双孢菇切片放在电热恒温鼓风炉中的带孔托盘上，并在(65±2) ℃下干燥。每0.5 h称质量干燥样品1次，直至水分含量保持不变。

1.3.3 水分含量的测定双孢菇水分含量的测定参照Xu等的方法[17]进行。

1.3.4 微观结构的观察双孢菇微观结构的拍摄参照Krishnan等的方法[18]。使用扫描电子显微镜(SEM)观察干燥双孢菇的微观结构，将1 mm厚的干燥样品放在SEM存根上，用金进行溅射镀膜。在高真空条件下以20.0 kV的加速电压观察样品的微观结构。

1.3.5 色泽的测定使用色差仪测定粉碎后新鲜双孢菇和干燥双孢菇的色泽[9]。参照Zhang等的方法[12]，并使用以下公式计算总色差ΔE和褐变指数BI。

(1)

式中：L0、a0和b0是新鲜双孢菇的值。

BI=[100(x-0.31)]/0.172；

(2)

x=(a*+1.75L*)/(5.64L*+a*-3.012b*)。

(3)

式中：L*为亮度/暗度；a*为红色/绿色；b*为黄色/蓝色。

1.3.6 总糖含量的测定干燥双孢菇的总糖含量使用苯酚-硫酸法[19]测定。称取250 mg干双孢菇，放入250 mL锥形瓶中。将50 mL蒸馏水和 15 mL 浓盐酸加入烧瓶中，在沸水浴中水解3 h。反应混合物过滤后，加入蒸馏水制成250 mL。随后，移取0.2 mL溶液加入到10 mL的试管中，用蒸馏水配制成1.0 mL体积。加入1.0 mL 5%苯酚溶液，再加入5.0 mL浓硫酸。静置10 min，拌匀后 30 ℃ 水浴20 min。取适量的反应溶液，在490 nm处测定吸光度。以无水葡萄糖为标准，计算总糖含量。

1.3.7 总酚含量的测定双孢菇中总酚含量测定采用Folin-Ciocalteu法[20]。将0.1 mL双孢菇提取液和GA(标准酚类化合物)提取物与0.1 mL Folin Ciocalteu试剂(预先用蒸馏水稀释3倍)混合。将溶液在室温下混合3 min。然后，加入0.3 mL 2%碳酸钠溶液，并孵化2 h。在760 nm处测量所有样品的吸光度，结果以mg GA当量(GAE)/g样品表示。

1.3.8 ABTS的测定 ABTS的测定采用Tsai等的方法[21]并进行了一些修改。样品(0.1 μmL)或参比(Trolox)加入到3.9 mL ABTS+溶液中。使混合物反应10 min，然后在734 nm处测定吸光度。

1.3.9 FRAP的测定 FRAP的测定采用Chen等的方法[22]。FRAP试剂由0.1 mol/L乙酸缓冲液(pH值3.6)、10 mmol/L TPTZ和20 mmol/L氯化铁按体积比10 ∶1 ∶1配制而成。向1 mL样品中加入约0.5 mL的FRAP试剂，于37 ℃下孵育10 min后，在593 nm处测定反应产物的吸光度。

1.3.10 可溶性糖和多元醇的测定双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%的乙醇水溶液提取双孢菇粉(600 mg)。将该悬浮液在室温下振荡45 min，并通过Whatman No.4滤纸过滤。将残余物用另外的25 mL的80%乙醇洗涤5次。然后将合并的滤液在40 ℃旋转蒸发，并重新溶解在去离子水中至最终体积为10 mL。将水提取物通过Millex-HV过滤器，并在注入高效液相色谱仪之前使用0.45 μm滤膜进行过滤。

HPLC系统包括Shimadzu LC-10ATVP泵、Rheodyne 7725i进样器、20 μL样品定量环、Shimadzu RID-10A检测器和Sep-NH色谱柱(4.6 m×250 mm，5 μm，Separation Inc.，Norwalk，CT)。流动相为乙腈/去离子水，体积比为85 ∶15，流速为1.0 mL/min。使用真实的糖或多元醇鉴定每种糖或多元醇，并通过真实化合物的校准曲线进行定量。

1.3.11 挥发性风味物质的测定称取1.5 g经预处理后的双孢菇，并放入50 mL螺旋口的样品瓶中，加入12 mL去离子水和3 g NaCl后，采用聚四氟乙烯垫片密封，用电磁搅拌器在60 ℃水浴平衡，然后将提取头插入样品中吸附5 min，解析40 min。

色谱柱为安捷伦HP-5ms非极性毛细管柱(60 m×250 μm×0.25 μm)；流速1.0 mL/min，不分流；程序的初始温度为40 ℃。以3 ℃/min的速率升温至90 ℃后保持5 min，然后升温至260 ℃后保持1 min。入口温度：250 ℃；离子源温度为 230 ℃；四极温度为150 ℃。电离EI模式，电子能量是 70 eV，电压350 V，界面温度280 ℃，质谱扫描范围50～450 AMU/SEC。

从NIST08数据库中定性检索后，采用同一积分参数的峰面积归一化方法对各组分进行定量分析。

1.4 数据处理

试验进行3次重复，并使用SPSS 22.0统计软件分析结果。组间统计学比较采用单因素方差分析(ANOVA)。数据以“平均值±标准差”表示。在5%水平下，均数差异被认为是显著的。使用Qrigin 2016制图。

2 结果与分析

2.1 不同预处理对双孢菇水分含量的影响

由图1可见，在所有样品中，双孢菇的水分含量在干燥的前期均迅速降低，但当干燥时间大于3 h后，下降速率逐渐减小。此外，US-HWB处理的双孢菇干燥时间最短，其次是HWB、US和CK。当湿基的水分含量小于5 mL时，US-HWB样品所需的时间为5.5 h，比HWB样品的时间减少8.33%，比US样品的时间减少15.38%，比未经预处理的样品减少26.67%。因此，US-HWB技术制备双孢菇，能耗最少，效率最高。Jiang等也报道了类似的结果，他们发现烫漂处理和超声处理可以缩短白菜的脱水时间[8]。US能提高双孢菇的干燥速度可能归因于海绵(一系列快速的交替压缩和膨胀)和超声波的空化作用。HWB加强双孢菇的干燥过程可能是因为HWB能降低细胞膜和细胞壁对水分运动的抵抗力。此外，HWB处理双孢菇的干燥时间比US处理的时间短，这表明在选定的强度范围内，在加速双孢菇的对流干燥方面，热烫比超声更有效。由图1可知，US-HWB处理的双孢菇表现出最高的干燥效率，这是因为一方面US诱导了固体基质中水分子空化的形成，另一方面HWB改变了双孢菇的质地，从而大大改善了干燥过程中的传质性能。

2.2 不同预处理对双孢菇微观结构的影响

双孢菇切片的微观结构变化可能是由于水分迁移和细胞破裂所致，导致双孢菇细胞不同程度收缩和结构塌陷。由图2-a可见，CK呈现出不明显的多孔聚合物结构、层状纤维和塌陷的细胞壁结构，这表明CK结构在干燥过程中细胞遭到破坏。与CK相比，用超声处理的双孢菇显微图像显示出明显的多孔细胞结构。这可能是因为超声预处理具有在双孢菇内部形成微观结构、扩大双孢菇表面空隙的作用。许多研究已表明，由于超声辐射产生的空化效应，组织和细胞遭到破坏以及微通道的形成[16，24]。经过HWB预处理后，干燥的双孢菇表面紧缩，细胞壁结构严重塌陷。这可能是由于HWB过程中材料结构的软化、体积收缩、膜通透性增加以及对双孢菇内部结构的严重破坏所致。此外，图2-d表明用超声联合烫漂预处理的干双孢菇显微图像呈现出一种介于超声预处理和烫漂预处理之间的状态，且微观结构与图2-c相似，这可能是因为在选定超声和烫漂参数范围内，烫漂处理对双孢菇组织结构的影响更大。

2.3 不同预处理对双孢菇表面色泽的影响

颜色是影响消费者接受度和产品市场接受度的关键质量参数之一。最高的L*值和最低的色差(ΔE)值通常被认为是干制食用菌颜色质量的行业基准[25]。由表2可见，US处理后双孢菇的L*值最高，为26.48，US-HWB处理的双孢菇ΔE值最低，为29.63，而未经处理的双孢菇L*值最低，ΔE值最高，这表明采用US和US-HWB处理可以更好地保护样品的颜色。US-HWB处理的双孢菇色泽更佳，这可能是因为高温对一些酶存在灭活作用从而抑制了酶促反应。BI代表棕色的纯度，是涉及酶促或非酶促褐变过程中的重要参数。与对照组样品的BI值(65)相比，超声、烫漂处理的双孢菇分别下降了10.77%、13.85%。BI值的这些变化可能是由于通过美拉德反应(MR)或酚类化合物的氧化而形成的棕色聚合物的出现。

表2 不同预处理对双孢菇表面色泽的影响

2.4 不同预处理对双孢菇营养物质的影响

由表3可知，经预处理的双孢菇可溶性糖含量明显低于CK(P<0.05)。未经预处理的双孢菇可溶性糖含量最高，为1.23 mg/g，而US-HWB组含量最低，为1.12 mg/g。这可能是因为烫漂过程中较高的温度下美拉德反应的发生，此外水分的减少导致某些营养成分如可溶性糖的流失。

表3 不同预处理对双孢菇营养物质的影响

对照组、US、HWB、US-HWB处理的多酚含量分别为1.290%、1.730%、1.265%、1.268%。HWB和US-HWB处理的双孢菇多酚含量显著低于US组，这可能是因为酚类物质由于其热敏性易在高温下降解，这与Huang等的研究结果[14]类似。在不同的预处理条件下，可溶性固形物含量变化的趋势并不明显，对照、US、HWB、US-HWB分别为 1.340 4%、1.340 6%、1.337 8%、1.33 9%。超声处理组可溶性固形物含量高于其他处理组。

2.5 不同预处理对双孢菇抗氧化性能的影响

对产品抗氧化活性的评估一般需要2种或更多种分析方法。本研究选用了ABTS+和FRAP清除测定法来测定不同预处理双孢菇的抗氧化能力。由表4可知，与CK相比，超声处理组双孢菇具有较高的抗氧化活性，而热处理组双孢菇的抗氧化能力较低。超声处理可能会破坏细胞壁，使双孢菇结合酚释放，增加了可生物利用的抗氧化剂化合物的储备。然而热处理尽管在一定程度上破坏细胞壁，释放抗氧化合物，但较高的温度也会导致双孢菇中的多酚被破坏。与烫漂组相比，超声联合烫漂处理双孢菇的ABTS+清除能力显著增加，这可能是因为超声处理可以破坏热处理未能破坏的细胞壁，使酚类物质游离出来。

表4 不同预处理对双孢菇抗氧化性能的影响

2.6 不同预处理对双孢菇可溶性糖和多元醇含量的影响

由表5可知，与CK相比，超声预处理的双孢菇甘露醇含量较高，而烫漂和超声联合烫漂预处理的较低。超声处理组甘露醇含量的增加可能是由于超声处理过程中产生的热效应，即样品温度(40 ℃)的升高促进酶的活化，从而促进了大分子糖类的代谢，最终导致了甘露醇含量的增加。烫漂和超声联合烫漂处理双孢菇中甘露醇含量的降低可能是由于较高的温度(90 ℃)引起热敏性物质的热分解所致。但与CK相比，处理组的D-果糖、肌醇含量水平呈下降趋势，这可能是由于在热处理过程中发生了美拉德反应，导致果糖和多元醇等总可溶性糖减少了。

表5 不同预处理对双孢菇可溶性糖和多元醇含量的影响

2.7 不同预处理对双孢菇挥发性风味物质含量的影响

由表6可知，通过GC-MS初步鉴定出总共45种主要挥发性化合物。所有这些挥发性成分均归类为以下几类：醇类化合物(12)、醛类和酮类(8)、酯类(5)、其他(20)。在对照、超声、烫漂、超声联合烫漂处理的双孢菇中分别鉴定出了24、27、23、21种成分。

由表6可知，醇类物质是双孢菇中的主要挥发性风味成分。挥发性化合物主要来自不饱和脂肪酸的化学或酶促氧化作用，以及与蛋白质、肽和游离氨基酸的进一步相互作用。其他挥发性化合物是由游离氨基酸的Strecker降解和美拉德反应引起的[26]。4种预处理的双孢菇醇类物质的相对含量分别为48.64%、73.85%、62.61%、56.33%。其中超声处理组中醇类物质相对含量最高，在这些挥发性物质中，1-辛烯-3-醇是主要的挥发性物质。1-辛烯-3-醇也被称为蘑菇醇，是蘑菇中发现的主要挥发性物质[25]，带有强烈的草本色调，具有强烈、甜美和泥土味，使产品具有甜美的草味。此外在4种处理下的双孢菇中还检测到了3-辛酮。3-辛酮散发着甜美、水果、泥土、奶酪的香气以及奶酪和蘑菇的味道[25]，对双孢菇的风味有着重要贡献。