板栗加工过程中褐变控制技术

张 乐,王赵改,杨 慧,王晓敏,史冠莹,赵守涣,赵洪源

(河南省农业科学院农副产品加工研究中心,河南郑州 450008)

板栗加工过程中褐变控制技术

张 乐,王赵改*,杨 慧,王晓敏,史冠莹,赵守涣,赵洪源

(河南省农业科学院农副产品加工研究中心,河南郑州 450008)

为解决板栗在加工过程中出现的褐变现象,寻找最适合板栗片的护色剂和技术。研究了谷胱甘肽、EDTA-2Na、柠檬酸、植酸和L-半胱氨酸等护色剂以及真空处理技术对板栗片色泽的影响。在单因素实验基础上以柠檬酸、L-半胱氨酸、谷胱甘肽为影响因素进行正交实验,得出最佳复合护色剂为:质量浓度分别为0.8%柠檬酸,0.04%L-半胱氨酸,0.05%谷胱甘肽,此时的护色效果最佳。根据极差分析得出影响板栗色泽的因子依次为L-半胱氨酸>柠檬酸>谷胱甘肽。通过真空处理条件的研究,得出在真空度为0.08 MPa的条件下进行护色处理,可大大缩短护色时间,同时护色效果达到最佳。

板栗,褐变,正交实验,真空处理

板栗(CastaneamollissimaBlume)亦称栗子、中国板栗,壳斗科栗属坚果类植物,原产自中国,已有约3000年的栽培历史[1]。板栗在我国种植广泛,产量近100万t/年,居世界第一[2]。板栗淀粉含量高达70%左右,与粮谷类相当,素有“铁杆庄稼”的美称。板栗营养丰富,富含糖类、蛋白质、脂肪、B族维生素等多种营养素。此外,板栗味甘、性温,健脾补肾、活血化淤、止血止痛、消除湿热,有一定的药用价值[3-5]。生鲜板栗在贮藏、运输过程中极易发生霉烂、发芽、生虫等现象不宜久藏,产后损失量占总产量的35%～50%,因此开发板栗深加工产品已势在必行。然而,板栗在加工过程中常出现褐变现象,严重影响产品的品质、风味和营养成分,制约板栗的深加工产业发展以及增值增效[6]。因此,如何有效解决板栗的褐变问题是当务之急。

针对板栗的褐变问题,学者已经做了相关研究如阎晓军[7]等采用0.01%亚硫酸钠及0.01%异抗坏血酸钠,对板栗仁进行护色预处理制作板栗奶。顾军[8]等人在板栗罐头煮制中通过添加0.9% EDTA-2Na、2%柠檬酸、1% NaHSO3组成酶促褐变螯合抑制剂达到护色目的。虽然达到了较好的护色效果,但反应过程中生成的SO2,对人体健康造成损害,受到消费者的质疑。因此,需要进一步研究和开发绿色健康的护色剂,可以选取和亚硫酸盐具有相似的理化性质的物质做护色剂。前人已经做了一些研究,如刘丽莉[9]等利用EDTA-2Na对加剧褐变的铜和铁等金属离子具有很强的螯合作用,来抑制板栗饮料加工过程中的非酶褐变;如章焰[10]等研究了柠檬酸、抗坏血酸、L-半胱氨酸和氯化钠对板栗色泽的影响,得到了板栗制蓉过程中的护色工艺。但到目前为止,仍未有抑制板栗褐变的理想试剂,因此寻找护色效果好的绿色安全护色剂,消除板栗褐变的同时保持板栗的色香味及营养物质,是科研工作的重要任务。本文研究了不同护色剂及处理条件对板栗褐变的影响,对其进一步深加工具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

板栗 品种为大板红,由河北美客多食品有限公司提供;柠檬酸、植酸、EDTA-2Na 分析纯 均购自国药集团化学试剂有限公司;谷胱甘肽 分析纯 购自博尚生物;L-半胱氨酸 分析纯 购自北京奥博星生物技术有限责任公司。

ME204E型电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;JG01型去壳机 新沂市精工机械设备厂;Color Quest XE色差仪 美国HunterLab公司;PC150-T4真空干燥器 保定诚信真空设备制造有限公司;SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 实验流程 脱壳→切片→护色→漂洗→色度测定

脱壳:挑选无霉烂、无虫眼的完整的板栗,用去壳机去壳,手工去除红衣。

切片:用不锈钢刀片手工将栗仁切成5 mm左右的板栗片。

护色:按照料液比1 g∶3 mL加板栗片于护色液中(常温)浸泡50 min,进行护色处理。同时用纯水代替护色液,做空白对照。

漂洗:护色处理后,用和护色液相同量的常温清水冲洗板栗片1～2次,待测。

1.2.2 护色工艺单因素实验设计

1.2.2.1 柠檬酸对护色效果的影响 称取100 g板栗片按料液比1 g∶3 mL分别于质量浓度为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的柠檬酸溶液中浸泡50 min,研究不同浓度的柠檬酸对护色效果的影响。

1.2.2.2 植酸对护色效果的影响 称取100 g板栗片按料液比1 g:3 mL分别于质量浓度为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的植酸溶液中浸泡50 min,研究不同浓度的植酸对护色效果的影响。

1.2.2.3 EDTA-2Na对护色效果的影响 称取100 g板栗片按料液比1 g∶3 mL分别于质量浓度为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的EDTA-2Na溶液中浸泡50 min,研究不同浓度的EDTA-2Na对护色效果的影响。

1.2.2.4 谷胱甘肽对护色效果的影响 称取100 g板栗片按料液比1 g∶3 mL分别于质量浓度为0.02%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%的谷胱甘肽溶液中浸泡50 min,研究不同浓度的谷胱甘肽对护色效果的影响。

1.2.2.5L-半胱氨酸对护色效果的影响 称取100 g板栗片按料液比1 g∶3 mL分别于质量浓度0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%的L-半胱氨酸溶液中浸泡50 min,研究不同浓度的L-半胱氨酸对护色效果的影响。

1.2.3 正交实验设计 在单因素实验基础上以柠檬酸、L-半胱氨酸、谷胱甘肽为A、B、C三因素,设计L9(33)正交实验,对护色液配方进行优化,选出最优护色工艺组合和各因素的主次关系。正交实验因素及水平如表1所示:

表1 实验因素及水平Table 1 Experimental factors and levels

1.2.4 真空护色实验设计 为了缩短板栗片的护色时间,提高板栗加工过程中的工作效率,以正交实验得出的最佳复配护色液,对板栗片进行真空护色处理,探究不同真空度下复合护色液的护色效果,确定板栗片护色处理的最适真空度。首先称取50 g板栗片按料液比1 g∶3 mL于真空干燥器中,分别选取真空度为0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.09 MPa条件下进行抽真空护色处理15 min。

1.2.5 色度测定 采用色度测定仪直接测定护色处理过的板栗。先用白板和黑板校正,再测定L值即白度值(L在0～100之间,L=100为白,L=0为暗)[11]。此次实验选取L值来表示不同护色剂在不同浓度条件下处理后板栗的褐变程度,L值越大,说明护色效果越好,反之,越差。每个水平测定四次,并取其平均值,确定最适水平。

1.2.6 数据分析 采用SPSS软件行进数据统计分析,采用Origin 8.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 护色工艺单因素结果分析

2.1.1 柠檬酸对护色效果的影响 不同浓度柠檬酸护色效果如图1所示,可知L值随着柠檬酸浓度的增大而增大,浓度为0.6%时,L值达到最高点,随后L值随着浓度的增大而减小,且与其它浓度均有显著差异(p<0.05)。可能是在柠檬酸浓度为0.6%时,很好的降低了体系pH,抑制了酚类和单宁类的氧化褐变,对板栗的护色效果最好。

图1 不同浓度柠檬酸对护色效果的影响Fig.1 Influence of concentration of citric acid on effectiveness of color-protection 注:图中不同肩标小写字母表示差异显著(p<0.05)。图2～图6同。

2.1.2 植酸对护色效果的影响 不同浓度植酸护色效果如图2所示,可知随着植酸浓度的增大,L值大体上呈上升趋势,在浓度为0.6%～0.8%之间时L值逐渐减小,之后随着浓度的增加L值基本不变。综合考虑,植酸浓度为0.6%时,可能在降低了pH的同时螯合了大量加剧非酶褐变的铜铁离子,从而抑制了板栗褐变,护色效果最佳。但由于植酸本身颜色较黑,在实验过程中发现护色液颜色较深,对板栗片的护色效果有干扰,故不宜做板栗护色液。

图2 不同浓度植酸对护色效果的影响Fig.2 Influence of concentration of phytic acid on effectiveness of color-protection

2.1.3 EDTA-2Na对护色效果的影响 不同浓度EDTA-2Na对护色效果的影响如图3所示,可知随着EDTA-2Na浓度的变化,L值大体上呈上升趋势,在浓度为0.6%～0.8%时,L值逐渐减小,之后随着浓度的增加L值逐渐增大。由于EDTA-2Na与加剧褐变的铜铁等金属离子发生螯合作用,虽然抑制了板栗的褐变,但实验中发现护色液比较浑浊,故不宜做板栗护色液。

图3 不同浓度EDTA-2Na对护色效果的影响Fig.3 Influence of concentration of EDTA-2Na on effectiveness of color-protection

2.1.4 谷胱甘肽对护色效果的影响 不同浓度谷胱甘肽对护色效果的影响如图4所示,可知随着浓度的增加,L值逐渐增大,当谷胱甘肽浓度为0.05%时,L值达到最大,且与其它浓度均有显著差异(p<0.05)。随后L值逐渐减小,浓度为0.15%时降到最低,随后又稍微有所回升。可能谷胱甘肽在浓度为0.05%时能较大程度抑制多酚氧化酶的活性,从而抑制板栗的酶促褐变,对其护色效果最好。

图4 不同浓度谷胱甘肽对护色效果的影响Fig.4 Influence of concentration of glutathione on effectiveness of color-protection

2.1.5L-半胱氨酸对护色效果的影响 不同浓度的L-半胱氨酸对护色效果的影响如图5所示,可知随着浓度的增加,L值逐渐增大,在浓度为0.04%时,L值达到最大,且与其它浓度均有显著差异(p<0.05)。其护色效果最好,随后L值逐渐减小,浓度为0.06%降到最低,随后又稍微有所回升。L-半胱氨酸可以与酶促褐变的中间产物醌生成稳定的无色物质,从而抑制次级反应,阻止黑色素的生成,对其的护色效果最好[12]。

图5 不同浓度L-半胱氨酸对护色效果的影响Fig.5 Influence of concentration of L-cysteine on effectiveness of color-protection

2.2 正交实验结果分析

2.2.1 直观分析 正交实验设计与结果如表2所示,由极差R值分析可知,影响板栗色泽的因子主次顺序为:B>A>C,即L-胱氨酸对板栗护色效果影响最大,其次是柠檬酸和谷胱甘肽。根据实验结果及K值得出最佳护色剂复合为:A3B2C2即质量浓度为柠檬酸0.8%,L-胱氨酸0.04%,谷胱甘肽0.05%时护色效果最佳。

表2 正交实验设计及结果Table 2 Orthogonal experiment design and result

表3 正交实验结果方差分析Table 3 Orthogonality analysis of variance test results

2.2.2 方差分析 方差分析结果如表3所示,可知方差分析结果与极差分析基本一致,即影响板栗色泽的因子主次顺序为:L-半胱氨酸>柠檬酸>谷胱甘肽。由F0.05(2,2)=19通过比较各因素的F值可知,三因素在0.05显著水平上影响均不显著。

2.2.3 验证实验 按照最佳复配护色液A3B2C2即质量浓度为柠檬酸0.8%,L-胱氨酸0.04%,谷胱甘肽0.05%时对板栗片进行护色处理,亮度值L达72.362,进一步验证了复配工艺的可行性。

2.3 真空护色结果分析

以上述实验得出的最佳复配护色液,研究不同真空度下复合护色液的护色效果,结果如图6所示,由图可知随着真空度的增加,L值不断增大,即护色效果越来越显著,当真空度达到 0.08 MPa时,L值达到最大值,说明此时的护色效果最佳。之后,随着真空度的增加,L逐渐减小,护色效果减弱。可得出短时间内在真空度为0.08 MPa时,复合护色剂对板栗片的护色效果最佳。这可能是因为真空处理可以辅助促进护色液进入细胞组织,缩短处理时间,从而起到护色效果。但真空度过大白度值反而降低,可能是由于对细胞膜质等结构造成了不可逆的伤害。

3 结论

本研究以单因素实验为基础,选取柠檬酸、L-半胱氨酸和谷胱甘肽进行正交实验,得出柠檬酸质量浓度为0.8%,L-胱氨酸0.04%,谷胱甘肽0.05%进行复配时,对板栗片的护色效果最佳,验证实验亮度值达72.362。通过对板栗片真空护色处理条件的探究,得出在真空度为0.08 MPa的工艺条件下,复合护色剂的护色效果最佳。本研究为解决板栗加工过程中发生褐变的问题提供了理论依据,为缩短板栗护色工艺的时间、提高板栗制品的附加值和生产效率提供了理论基础。

图6 不同真空度对护色效果的影响Fig.6 Influence of vacuum degree on effectiveness of color-protection

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Browning control technology of Chinese chestnut during the processing

ZHANG Le,WANG Zhao-gai*,YANG Hui,WANG Xiao-min, SHI Guan-ying,ZHAO Shou-huan,ZHAO Hong-yuan

(Agricultural Products Processing Center,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450008,China)

In order to solve the browning phenomenon during the processing of Chinese chestnut and find the optimal color fixatives and technology,the effects of glutathione,EDTA-2Na,citric acid,L-cysteine and vacuum treatment on the color and luster of Chinese chestnut were studied. On the basis of single factor experiment,the orthogonal experiment was carried out with citric acid,L-cysteine and glutathione as the influencing factors. The optimal color fixatives compound was established as follows:0.8% of mass concentration of citric acid,0.04% ofL-cysteine,0.05% of glutathione. According to the range analysis,the order of the factors affecting the color of chestnut wereL-cysteine>citric acid>glutathione. Through the research of vacuum treatment conditions,it was concluded that the color protection treatment under the condition of vacuum degree was 0.08 MPa,which can greatly reduce the color protection time,and at the same time the color protection effect was the best.

Chinese chestnut;browning;orthogonal experiment;vacuum treatment

2016-10-08

张乐(1987-)，女，硕士，研究实习员，研究方向：农产品贮藏与加工，E-mail：zhangle825@163.com。

*通讯作者:王赵改(1980-)，女，博士，副研究员，研究方向：农产品贮藏与加工，E-mail：zgwang1999@126.com。

2015年河南省财政预算项目(20157814)；2015年河南省重点科技攻关项目(152102210386)；2016年产粮大省奖励资金农业科技创新项目(ycm201513122)；2017年河南省超级产粮大省奖励资金扶持粮油项目(ycy20177612)。

TS255.1

B

1002-0306(2017)07-0199-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.030