高温灭菌前热浸处理对白萝卜硬度及细胞壁物质的影响

车再全，夏延斌*，任 美，雷 辰

（湖南农业大学 食品科学技术学院，湖南 长沙 410128）

白萝卜属于根茎类蔬菜，可增强机体免疫力，含有丰富的维生素、蛋白质、钙、铁等，在我国一直有“小人参”的美誉。随着中式菜肴受到世界各地人的喜爱，中式菜肴的工业化生产成为了一种新需求。白萝卜和肉制品混合加工是中式菜肴中的一类典型美食，该类食品属于非酸性食品，加工成货架商品前需经过高温杀菌。高温可以杀灭微生物，提高蔬菜中营养成分的可利用性等，但是高温同时也会破坏植物材料细胞半透膜和细胞间的结构，导致细胞压力和细胞间粘黏作用丧失，细胞分离，脆度丧失和变软[1]。加工蔬菜的软烂程度是影响其能否被消费者接受的重要指标，通常情况下，白萝卜高温杀菌后将过熟而软烂，因此影响产品的销售。

热预处理可以提高蔬菜的硬度及脆度[2]，MCFEETERS R F等[3]研究发现，甘薯在罐装前在63 ℃热浸90 min后再经历其他加工过程，硬度能够增加2～7倍。林志明等[4]发现选择合适的温度长时间热浸可以增加7种罐装蔬菜的坚实度。目前关于蔬菜产品的灭菌一般采用巴氏灭菌法，避免蔬菜软烂的研究也主要集中在改进贮藏技术上，关于热浸对高温灭菌后蔬菜坚实度的影响的研究还比较少。为提高白萝卜在高温条件下的硬度，本研究将模拟蔬菜与肉制品混合加工时的杀菌温度，对白萝卜进行高温灭菌，灭菌前对白萝卜进行热浸处理，测定不同条件下热浸处理对白萝卜高温杀菌后硬度的影响及细胞壁中水溶性果胶和螯合性果胶的变化，以及硬度与果胶含量之间的相关性，避免白萝卜在高温条件下过熟软烂影响其口感，提高白萝卜罐头的品质，为白萝卜与肉制品混合加工时的工艺设计提供有益的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

白萝卜：购于湖南农业大学生鲜市场；

半乳糖醛酸、透析袋（截留分子质量3 500 u）：北京索莱宝科技有限公司；乙醇（分析纯）：安徽安特食品股份有限公司；硫酸（优级纯）、三氯甲烷（分析纯）、丙酮（分析纯）：衡阳市凯信化工试剂有限公司；咔唑（纯度96%）：上海晶纯生化科技股份有限公司；甲醇（分析纯）、无水乙酸钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；1,2-环乙二胺四乙酸（1,2-cyclohenane diamine tetraacetic acid，CDTA）：天津市化学试剂研究所；氢氧化钾（分析纯）：天津市风船化学试剂科技有限公司；锌粉：广州省台山市化工厂。

1.2 仪器与设备

TA-XT2i型质构分析仪：英国Stable Micro System公司；722s型分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；DHG-9240A型电热鼓风干燥箱：上海飞跃实验仪器有限公司；RE52CS-1型旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；DFD-100型恒温水浴锅：东方电工机械厂；DFD-700分析天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司；CP214高温高压灭菌锅：上海申安医疗机械厂。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

（1）挑选：选择长约36 cm，质量约1 kg、新鲜、无机械损伤的白萝卜。

（2）萝卜切分：将萝卜清洗去皮后，用特制的木塞穿孔器挤压无皮萝卜，取木塞穿孔器内芯的萝卜，统一处理为1.25 cm×3 cm的圆柱形萝卜条。

（3）热浸处理：根据预试验结果，选择45 ℃、55 ℃、65 ℃条件下，分别热浸25 min、45 min、65 min、85 min、105 min，热浸完成后立即凉水浴约26 ℃冷却30 min。

（4）高温杀菌：用未热浸处理的萝卜作对照，将不同热处理的样品分别装罐，在121 ℃灭菌15 min（模拟与肉制品混合加工时的杀菌温度），常温冷却。

1.3.3 硬度测定

将灭菌后的白萝卜条切分成长度为1 cm，直径为1.25 cm的圆柱体，置于质构仪下对样品进行硬度测试。采用质构分析仪检测，测试模式：质地多面剖析法（texture profile analysis，TPA）；探头：P36R；测前速度：2.0 mm/s；测试速度：1 mm/s；测后速度：1 mm/s；压缩比例：70%；感应力：5 g；两次间隔：3 s；每个处理样品测定12次，取平均值。

1.3.4 细胞壁物质中水溶性成分、螯合性成分的分离及测定

根据文献[5]和[6]修改如下：取10 g处理完成的样品，加入45 mL体积分数为95%的乙醇匀浆，再用相同体积的乙醇清洗匀浆机，将混合物一并放入沸水中煮沸30 min，冷却至室温过滤，取沉淀加45 mL体积分数为95%的乙醇再次洗涤，残渣用氯仿∶甲醇=2∶1（V/V）混合液45 mL溶解10 min，最后用丙酮45 mL清洗沉淀，过滤，取沉淀于35 ℃烘干至质量恒定，该物质即为细胞壁物质（alcohol-insoluble residue，AIR）。接着称取0.05 g的AIR，加入45 mL去离子水，沸水浴5 min，冷却后过滤，滤液定容至50 mL即得水溶性成分。再向上部分残渣中加入45 mL用0.1 mol/L醋酸钠（pH 6.5）配制成50 mmol/L的CDTA溶液，在25 ℃搅拌6 h后用滤纸过滤，得到的滤液用去离子水透析24 h，每隔6 h换一次透析液，内液即为CDTA可溶性成分。果胶的测定采用咔唑法。

2 结果与分析

2.1 不同热浸处理条件下白萝卜经过高温灭菌后的硬度变化

硬度是用来评价果蔬品质最重要的指标之一[7-8]，与果蔬的组织结构直接相关。不同热浸处理条件下白萝卜经过高温灭菌后的硬度变化如图1所示。

图1 白萝卜在不同热浸条件下高温灭菌后的硬度变化Fig.1 Changes of hardness after high temperature sterilization under different blanching condition

由图1可知，经过45 ℃、55 ℃、65 ℃的热浸处理的样品在高温灭菌后的硬度随着热浸时间的延长总体呈现上升的趋势，未经过热浸的样品在121 ℃灭菌15 min后，硬度为372.1 g，比相同灭菌条件下经过热浸处理的样品低。说明在高温灭菌前对白萝卜进行适宜的热浸处理能够提高白萝卜灭菌后的硬度，这与LEE C Y等[9]的研究结果一致。

从总体的趋势来看，45 ℃、65 ℃处理时，硬度随时间上升的趋势比较缓和，55 ℃热浸处理时的硬度变化幅度比较大，热浸85 min时，硬度比未处理的样品增加了132.8%，分析出现这个现象的原因可能和果胶甲酯酶的活性有关，HOU W C等[10]研究发现果胶甲酯酶能够催化果胶分子中的甲氧基水解，还能催化半乳糖醛酸的酰基转移到其他羟基上，因此果胶分子间形成了新的酯键，提高了组织的硬度。SILA D N等[11]研究显示，果蔬的质构特性很大程度上取决于细胞壁中果胶物质的组成和含量。高温处理会导致果蔬中的高分子量果胶聚糖增溶[12]，黏合细胞的果胶物质会发生β-消除反应，导致细胞间的黏合性降低，细胞分离，蔬菜软化。而适宜的热浸处理能够能够提高灭菌后白萝卜的硬度说明热浸处理能够热浸处理能够改变细胞壁中果胶物质的组成和含量缓解高温造成的白萝卜软烂。实验结果表明，55 ℃热浸处理85 min的效果较好。

2.2 不同热浸处理条件下白萝卜经过高温灭菌后细胞壁中果胶组分变化

鞠长发等[13]发现果蔬在加工贮存中，质构软化、坚固性下降主要是由于细胞壁结构及组分的变化所导致。细胞壁是植物细胞特有的结构，果胶质是细胞壁中间层的主要成分，水溶性果胶主要是与细胞壁通过非离子键或非共价键交联的果胶；螯合性果胶主要是离子交联性果胶[14]，果蔬经过热处理后会导致果胶的含量发生变化。

2.2.1 不同热浸处理条件对白萝卜高温灭菌后水溶性果胶含量的影响

不同热浸处理条件对白萝卜高温灭菌后水溶性果胶含量的影响，结果如图2所示。

图2 白萝卜在不同热浸条件下高温灭菌后水溶性果胶的变化Fig.2 Changes of water-soluble pectin after high temperature sterilization under different blanching condition

由图2可知，白萝卜经过45 ℃、55 ℃、65 ℃的热浸处理高温灭菌后的水溶性果胶含量随着热浸时间的延长呈下降趋势，其中在45 ℃热浸温度条件下，白萝卜中水溶性果胶含量始终高于55 ℃、65 ℃热浸处理。高温条件下水溶性果胶的含量会上升与细胞壁完整性被破坏有关，果蔬中原果胶在多聚半乳糖醛酸酶的作用下降解为水溶性果胶，研究表明水溶性果胶增多说明果蔬中果胶质发生了降解，导致细胞之间的黏合力下降，果蔬出现软化[15]。相较于未处理的样品，经过适宜热浸处理后的样品水溶性果胶含量有所下降，这说明热浸处理能够增加热不稳定多糖物质的稳定性，一定程度上阻止了果胶物质被分解，减少细胞壁被破坏的程度。

2.2.2 不同热浸处理条件对白萝卜高温灭菌后螯合性果胶含量的影响

不同热浸处理条件对白萝卜高温灭菌后螯合性果胶含量的影响，结果如图3所示。

图3 白萝卜在不同热浸条件下高温灭菌后的螯合性果胶的变化Fig.3 Changes of chelating pectin after high temperature sterilization under different blanching condition

在果蔬组织内部，螯合性果胶比水溶性果胶内部结合力大，因此螯合性果胶含量高时，果胶的的稳定性较好，内部果胶得到了一定的保护，不易降解[15]。由图3可知，经过3个温度热浸处理的白萝卜灭菌后细胞壁中的螯合性果胶比未热浸处理高温灭菌后的样品有不同程度的提高，可能是由于去甲酯化的果胶与内源性的金属离子交联形成螯合性果胶，抑制了果胶发生β-消除降解的解聚反应，一定程度上提高了果胶的热稳定性。螯合性果胶随着热浸时间的增长而增加，可能是由于内源性金属离子需要一定时间才能扩散到中胶层，相比于其他条件，当热浸时间达到85 min时，55 ℃热浸处理的白萝卜中螯合性果胶含量最大，为4.53%；85 min后螯合性果胶含量略有下降的趋势，可能是由于内源性金属离子有限，金属离子与果胶聚糖连接的聚合物达到饱和，随着热浸时间的进一步延长，热处理对细胞的伤害加大。因此，选择在55 ℃热浸处理85 min对于需要经过高温的白萝卜来说硬度得到最大的保留。

2.2.3 相关性分析

相关性分析是考察变量之间的线性关系的一种统计方法。不同温度热浸处理白萝卜高温灭菌后硬度和细胞壁果胶物质含量的相关性结果如图4所示。

由图4可知，在45 ℃、55 ℃、65 ℃热浸处理不同时间条件下高温灭菌后，水溶性果胶与硬度之间的线性相关系数R2分别为0.913、0.909、0.920；螯合性果胶与硬度之间的线性相关系数R2分别为0.938、0.942、0.938，说明水溶性果胶和螯合性果胶的含量与硬度之间表现出较好的相关性，且硬度与水溶性果胶含量呈负相关性，与螯合性果胶含量呈正相关性。比较3个温度条件下2种果胶和硬度之间的相关性，可知螯合性果胶与硬度之间的相关性高于水溶性果胶与硬度之间的相关性，可以推测螯合性果胶的改变对于硬度的变化起着重要作用，说明在适宜的热浸处理下可以提高高温灭菌后白萝卜中螯合性果胶含量。

图4 在45 ℃(A)、55 ℃(B)、65 ℃(C)热浸条件下硬度与细胞壁果胶的相关性分析Fig.4 The correlation analysis between hardness and pectin in cell wall materials after high temperature sterilization during blanching in water at 45 ℃(A)、55 ℃(B)、65 ℃(C)

3 结论

本试验研究不同热浸处理对白萝卜高温灭菌后的硬度及细胞壁物质的影响，发现适宜的热浸处理可以提高白萝卜高温灭菌后的坚固性，尤其在55 ℃处理85 min后效果最为显著；且适当的热浸处理可以降低高温灭菌后白萝卜细胞壁中水溶性果胶的含量，增加螯合性果胶的含量，热浸处理保护了果胶结构，使其不易降解。在不同热浸温度下高温灭菌后2种果胶含量与白萝卜硬度之间都呈现出较好的相关性，而螯合性果胶与硬度之间的相关性大于水溶性果胶，可以推测细胞壁中螯合性果胶的含量对白萝卜的硬度变化有着重要作用，这为以白萝卜为原料的中式菜肴的工业化生产提供了参考。

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