漂烫对速冻苹果丁过氧化物酶活性及品质的影响

康三江,张永茂,张海燕,张 芳,郑 娅,曾朝珍,张霁红

(甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所,甘肃兰州 730070)

漂烫对速冻苹果丁过氧化物酶活性及品质的影响

康三江,张永茂,张海燕,张 芳,郑 娅,曾朝珍,张霁红

(甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所,甘肃兰州 730070)

为了优化速冻苹果丁漂烫工艺,以新鲜富士苹果(切分为1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm的小丁)为研究对象,采用响应曲面法,建立漂烫时间、漂烫温度、料液比对POD相对酶活影响的二次多元回归数学模型,并分析漂烫对其品质的影响。结果表明:抑制速冻苹果丁POD酶活性的最佳漂烫条件为:漂烫时间4.5 min、漂烫温度92 ℃、料液比1∶11(g/mL);未漂烫速冻苹果丁的ΔE值升高了36.10,感官品质降低了34.46,可溶性固形物、可滴定酸及VC损失率分别为28.25%、17.67%、20.13%,漂烫后速冻苹果丁的ΔE值升高了5.57,感官品质降低了7.27,可溶性固形物、可滴定酸及VC损失率分别为24.42%、10.85%、12.16%。表明漂烫处理较好地保持速冻苹果丁的品质。

漂烫,速冻苹果丁,响应曲面法,过氧化物酶,品质

我国是苹果栽培面积最大和产量最高的国家,分别占世界总面积和总产量的42.5%和48.4%[1]。但由于产后加工能力滞后,新产品、新工艺研发不足,苹果产业的规模化效益还没有完全体现出来,延伸产业链,提高产品附加值成为苹果产业做大做强的关键环节。速冻果蔬是近年来迅速发展的新型果蔬加工制品,它能较好的保持果蔬的色、香、味和新鲜状态,是一种具有发展前景的方便食品[2-3]。苹果内部含有多种酶类,极易引起变色和品质恶化,即使在冻结条件-18～-25 ℃范围内只能作短时间的贮藏,酶仍具有活性,解冻后温度升高其活性加剧,导致褐变和品质下降,所以苹果速冻前需对原料进行预处理来控制其酶促褐变。漂烫是果蔬加工中常用的控制酶促褐变预处理方法[4-6],适度漂烫是速冻加工的关键技术之一,近年来,对漂烫在速冻果蔬加工中能有效破坏酶的活性、稳定色泽、改善产品质地、风味和组织、固定品质等进行了大量的研究[7-11],但有关漂烫对速冻苹果丁过氧化物酶及品质影响的研究尚未见报道。多酚氧化酶(polyphenoloxidase,PPO)和过氧化物酶(peroxidase,POD)是酶促褐变的主要酶源,由于PPO酶经70～90 ℃短时间热处理就足以使它全部失活,而POD酶属于最耐热的酶类,常被用作果蔬漂烫是否充分的指标[12-16],但是完全钝化POD酶耗时较长,且会造成速冻苹果品质劣变。因此,本研究以POD酶相对酶活作为考察指标,以POD酶相对酶活为5%作为漂烫终点[17],利用响应曲面法(response surface methodology,RSM)优化漂烫对速冻苹果POD酶影响的工艺条件,并研究漂烫对其品质的影响,拟为苹果丁速冻加工提供一定的理论依据和应用参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

富士苹果 天水昌盛食品有限公司原料基地,选择色泽均匀,大小均一,成熟度一致,无伤、虫、病害的果实。

D-异抗坏血酸钠、氯化钠为食品级,乙酸、乙酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇6000、Triton X-100、愈创木酚、过氧化氢均为分析纯 中瑞化学试剂公司。

CT3质构仪 美国博勒飞公司;超低温冰箱 青岛海尔集团;CR-400型色差计 日本柯尼卡公司;L93-3智能温度记录仪 杭州路格科技有限公司;ST2118美的电磁炉 美的集团;CARY 100紫外可见分光光度计 美国瓦里安有限公司;TGL-16LM高速冷冻离心机 湖南星科科学仪器有限公司;BL-2200H电子天平 日本岛津公司;SB42L真空充气包装机 上海人民仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 速冻苹果丁加工工艺流程 参考文献[18]

原料→分选→清洗→去皮去核→切分→护色→漂烫→冷却→速冻→包装→冷藏。

1.2.2 样品制备 取经过清洗、去皮、去核处理的新鲜苹果切分为1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm的小丁,按护色液与苹果丁的质量比例为10∶12,将苹果丁浸入配制好的由水、D-异抗坏血酸钠(3∶1000)和氯化钠(20∶1000)组成护色液中,进行抽空处理20 min,真空度0.6～0.7 MPa,按照实验组合设计的漂烫时间、漂烫温度、料液比,将苹果丁置于新鲜沸水中漂烫后,捞出用2～6 ℃的冰水迅速冷却至中心温度10 ℃以下即可,在-30 ℃下快速冻结(30 min内)至-18 ℃,解冻至中心温度达到-5 ℃(以刀能切断为准),测定各项指标。

1.2.3 漂烫条件的单因素实验

1.2.3.1 漂烫时间 速冻苹果料液比为1∶10 g/mL,分别在(92±1)℃温度下漂烫3、4、5、6、7 min,研究不同漂烫时间对速冻苹果POD相对酶活性的影响。

1.2.3.2 漂烫温度 速冻苹果料液比为1∶10 g/mL,分别于72±1、77±1、82±1、87±1、(92±1)℃温度下漂烫5 min,研究不同漂烫温度对速冻苹果POD相对酶活性的影响。

1.2.3.3 料液比 分别将速冻苹果在(92±1)℃温度下按料液比1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14 g/mL漂烫5 min,研究不同料液比对速冻苹果POD相对酶活性的影响。

1.2.4 漂烫对速冻苹果POD相对酶活性影响条件优化 本实验采用Design-Expert 9数据分析软件和Box-Benhnken模型实验设计原理[19-20],选取影响速冻苹果POD酶活性的3个主要因素漂烫时间、漂烫温度、料液比为响应变量,分别以X1、X2、X3来表示,并以+1、0、-1分别代表自变量的高、中、低水平,以速冻苹果丁POD相对酶活Y为响应值进行响应面优化,重复3次,实验因素水平设计见表1。

表1 响应面分析的因素水平编码表

1.2.5 漂烫对速冻苹果丁品质的影响 通过测定鲜苹果丁、不漂烫直接速冻苹果丁、漂烫后速冻苹果丁的色泽、感官品质、可溶性固形物损失率,可滴定酸损失率、VC损失率的变化,研究漂烫对速冻苹果丁品质的影响。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 POD相对酶活的测定 POD酶活性的测定参照曹健康等方法[21],POD相对酶活是指将鲜切苹果丁的POD酶活定位100%,其他处理条件下的酶活与其相比较计算得出相对酶活,重复3次。

1.3.2 色泽测定 采用色差计法测定,ΔE值越小代表色泽褐变度越小,即色泽与鲜苹果色泽越接近。

1.3.3 感官品质评价 根据NY/T 1406-2007《绿色食品 速冻蔬菜》[22]、Q/XLY 0003 S-2012《速冻水果》[23]、GB/T 31273-2014《速冻水果和速冻蔬菜生产管理规范》[24]等标准,由从事食品研究和加工人员制定出速冻苹果感官评定标准如表2。鉴定小组由10个从事食品研究和加工的成员组成,加工好的各样品随机取样,解冻后打开包装将样品置于洁净的白色瓷盘中,在自然光线下品尝鉴评,评定每个样品后,均用清水漱口并间隔10 min再进行评定。

1.3.4 可溶性固形物损失率、可滴定酸损失率、维生素C(Vitamin C,VC)损失率测定 参照曹健康等方法[21],可溶性固形物采用手持折光仪法测定,可滴定酸采用酸碱滴定法测定,VC采用2,6-二氯靛酚法测定;损失率(%)=(原料中该物质含量-速冻苹果中该物质含量)×100/原料中该物质含量×100。

1.4 统计学处理

实验数据采用DPSv7.05和Design-Expert 9版数据分析软件进行分析处理。

表2 速冻苹果丁官品质评定标准

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 漂烫时间对速冻苹果丁POD相对酶活的影响 由图1可知,在烫漂温度为(92±1)℃、烫漂料液比为1∶10 g/mL的情况下,随着漂烫时间的延长,速冻苹果丁POD相对酶活逐渐降低。当漂烫时间为4 min时,速冻苹果丁相对酶活为7.55%;当漂烫时间为7 min时,速冻苹果丁相对酶活仅为1.85%,此时速冻苹果丁色泽变暗,果肉发生软烂现象,表明漂烫过度,因此选择4～6 min作为漂烫对速冻苹果丁POD酶影响的优化条件。

图1 漂烫时间对速冻苹果丁POD相对酶活的影响Fig.1 Effect of blanching time on the relative activity of POD in frozen apple cubes

2.1.2 漂烫温度对速冻苹果丁POD相对酶活的影响 由图2可知,在烫漂时间为5 min、烫漂料液比为1∶10 g/mL的情况下,随着漂烫温度的升高,速冻苹果丁POD相对酶活逐渐降低。当漂烫温度为82 ℃时,速冻苹果丁相对酶活为10.05%;当漂烫温度为92 ℃时,速冻苹果丁相对酶活4.29%,因此选择82～92 ℃作为漂烫对速冻苹果丁POD酶影响的优化条件。

图2 漂烫温度对速冻苹果丁POD相对活性的影响Fig.2 Effect of blanching temperature on the relative activity of POD in frozen apple cubes

2.1.3 料液比对速冻苹果丁POD相对酶活的影响 由图3可知,在烫漂温度(92±1)℃、烫漂时间为5 min的情况下,随着料液比的升高,速冻苹果丁POD相对酶活逐渐降低。当料液比为1∶8时,速冻苹果丁相对酶活为9.54%;当料液比为1∶14时,速冻苹果丁相对酶活降为2.63%,此时速冻苹果丁色泽变暗,果肉发生软烂现象,表明漂烫过度,因此选择1∶8～1∶12作为漂烫对速冻苹果丁POD酶影响的优化条件。

图3 料液比对速冻苹果丁POD相对活性的影响Fig.3 Effect of solid-liquid ratio on the relative activity of POD in frozen apple cubes

2.2 响应面优化实验及分析

表4 回归模型方差分析

注:* 5%显著水平,** 1%显著水平。

2.2.1 实验设计及结果 在单因素实验的基础上,选择漂烫时间、漂烫温度、料液比为影响因素,POD相对酶活为响应值,采用Box-Benhnken实验设计,实验设计及结果见表3。

2.2.2 回归模型的建立与方差分析 利用Design-Expert 9.0.6数据分析软件对所得实验数据进行多元回归分析,得到速冻苹果丁POD相对酶活自变量X1(漂烫时间)、X2(漂烫温度)、X3(料液比)的二次多项回归放成为:

Y=536.77-8.84X1-10.06X2-9.88X3-0.10X1X2-0.35X1X3+0.10X2X3+1.92X12+0.05X22+0.13X32

同时对实验结果进行方差分析,结果见表4。由表4可知,模型p<0.0001,说明该模型极显著,回归方程的相关系数R2=0.991,预测值和实验值之间有较好的相关性,并且失拟项p值为0.9939,无显著性影响(p>0.05),说明该模型对漂烫对速冻苹果丁POD酶工艺优化实验拟合程度较好,可用该回归方程优化漂烫对速冻苹果POD影响的工艺条件。表4中的F值表明:因素的主效应关系为漂烫温度>漂烫时间>料液比,p值表明,X1、X2、X3、X1X3、X2X3、X12、X22在速冻苹果丁漂烫工艺中对POD相对酶活的影响均达到了极显著水平(p<0.01),X1X2和X32达到了显著水平(p<0.05)。

表3 响应面实验设计与结果

2.2.3 响应曲面图分析 为了进一步研究相关变量之间的交互作用以及确定最优点,通过软件绘制响应面曲线图进行可视化的分析,结果见图4～图6。响应曲面图可以直观地反映出各因素交互作用对响应值的影响,响应曲面坡度相对平缓,表明其可以忍受处理条件的变异,不影响到响应值的大小;反之,响应曲面坡度异常陡峭,表明响应值对于处理条件的改变非常敏感。由图可以看出,漂烫时间、漂烫温度和料液比对速冻苹果丁POD相对酶活的影响均极显著,漂烫时间和漂烫温度的交互作用显著,漂烫时间和料液比的交互作用极显著,漂烫温度和料液比的交互作用最显著。在实验考察范围内,随着漂烫时间的延长、漂烫温度的升高以及料液比的增加,POD相对酶活逐渐降低,各因素对速冻苹果丁POD相对酶活的影响由大到小依次为:漂烫温度(X2)>漂烫时间(X1)>料液比(X3),结果与方差分析一样。

图4 漂烫时间与漂烫温度及其交互作用对POD活性的响应曲面图Fig.4 Influence of blanching time,temperature and their cross-interraction on the response surface of the relative activity of POD

2.2.4 漂烫工艺条件的确定以及回归模型的验证 通过响应面优化分析,得到各因素最优条件为漂烫时间4.68 min、漂烫温度91.51 ℃、料液比1∶10.55,在此条件下的POD相对酶活为5.01%。为检验所建回归模型的准确性和合理性,采用最优漂烫条件进行实验验证,重复3次,同时为了实际操作方便,将最优工艺参数修正为漂烫时间4.5 min、漂烫温度92 ℃、料液比1∶11(g/mL),实际得到的POD相对酶活为4.96%,理论值和实际值的相对误差较小,说明采用Box-Benhnken模型优化得到的速冻苹果丁POD酶的工艺参数准确可靠,具有一定的实践指导意义。

表5 漂烫对速冻苹果丁品质的影响

图5 漂烫时间与料液比及其交互作用对POD活性的响应曲面图Fig.5 Influence of blanching temperature,solid-liquid ratio and their cross-interraction on the response surface of the relative activity of POD

图6 漂烫温度与料液比及其交互作用对POD活性的响应曲面图Fig.6 Influence of blanching time,solid-liquid ratio and their cross-interraction on the response surface of the relative activity of POD

2.3 漂烫对速冻苹果丁品质的影响

由表5可知,与鲜苹果丁相比,未漂烫速冻苹果丁的ΔE值为46.22,升高了36.10,感官品质为58.16,降低了34.46,可溶性固形物、可滴定酸及VC损失率分别为28.25%、17.67%、20.13%;漂烫后速冻苹果丁的ΔE值为15.69,升高了5.57,感官品质为85.35,降低了7.27,可溶性固形物、可滴定酸及VC损失率分别为24.42%、10.85%、12.16%,这是由于漂烫增强了冻结时细胞对冰晶体积膨胀的忍耐性[25-26],从而保证了速冻苹果丁品质。因此,漂烫处理能较好地保持速冻苹果丁的品质。

3 结论

抑制速冻苹果丁POD酶活性的最佳漂烫条件为:漂烫时间4.5 min、漂烫温度92 ℃、料液比1∶11,此条件下,POD相对酶活最低,为4.96%。

与鲜苹果丁相比,未漂烫速冻苹果丁的ΔE值升高了36.10,感官品质降低了34.46,可溶性固形物、可滴定酸及VC损失率分别为28.25%、17.67%、20.13%;漂烫后速冻苹果丁的ΔE值升高了5.57,感官品质降低了7.27,可溶性固形物、可滴定酸及VC损失率分别为24.42%、10.85%、12.16%,由此可见,漂烫处理能较好地保持速冻苹果丁的品质。

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Effect of blanching on peroxidase activity and the qualities of quick-frozen apple cubes

KANG San-jiang,ZHANG Yong-mao,ZHANG Hai-yan,ZHANG Fang,ZHENG Ya,ZENG Chao-zhen,ZHANG Ji-hong

(Agricultural product storage and processing research Institute,Gansu Academy of Agricultural Science,Lanzhou 730070,China)

In order to optimize the blanching process of quick-frozen apple cubes,taking fresh Fuji apples as the research object(divided apple into.15 cm×1.5 cm×1.5 cm cubes),and response surface methodology as analysis method. A multiple quadratic regression model between POD activity and blanching time,blanching temperature,solid-liquid ratio were established. The results showed that the optimum blanching process were found to be 4.5 min,92 ℃,and 1∶11 g/mL for blanching time,blanching temperature and solid-liquid ratio respectively. Under these conditions,the relative POD activity was 4.96%.In the unblanching frozen group,the ΔE value for unblanching apple cubes was increased by 36.10,the sensory evaluation was decreased by 34.46,the loss rates of soluble solid,titratable acid and vitamin C were 28.25%,17.67%,20.13% respectively for. The ΔE value was increased by 5.57,sensory evaluation was decreased by 7.27,the loss rates of soluble solid,titratable acid and vitamin C were 24.42%,10.85%,12.16% respectively for quick-frozen and blanching apple cubes. These results suggested that the qualities of frozen apple cubes can be preserved by optimized blanching treatment.

blanching;quick-frozen apple;response surface methodology;peroxidase;quality

2015-03-25

康三江(1977-)，男，本科，副研究员，研究方向：果蔬精深加工，E-mail:kang58503@163.com。

现代农业产业技术体系建设专项(CARS-28)；甘肃省科技重大专项计划资助项目(1203NKDA016-4)。

TS255.3

A

1002-0306(2015)23-0333-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.061