新型果蔬漂烫技术研究进展

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(上海交通大学农业与生物学院食品科学与工程系,上海 200240)

果蔬含大量的水分及营养物质,在其采后加工过程中,易受机械损伤和微生物侵害,造成大量腐败变质,从而引起品质和贮藏性能下降[1]。据统计,我国果蔬损耗率高达30%～50%,而发达国家平均损耗率仅7%[2]。为延长果蔬贮藏时间,降低果蔬损耗率,干燥技术被广泛应用于果蔬加工[3]。漂烫是果蔬干燥前的关键步骤,不仅可以灭酶护色,还能有效提高干燥后产品的品质[4]。传统漂烫方法主要采用高温热水以及常压蒸汽进行漂烫,该方法操作简单且应用广泛,但存在一些不足之处,如造成果蔬贮藏品质下降,部分营养成分损失等。马征祥等[5]通过研究不同温度与时间的热水漂烫对杏鲍菇片品质及酶活性的影响,发现高温短时漂烫(95 ℃,15.0 s)具有较好的灭酶效果,然而高温会造成果蔬品质以及贮藏性能的下降。除此之外,研究表明,采用低温处理可以在贮藏过程中降低果实呼吸强度,更好地保持产品质构,而高温漂烫会产生异味,并降低果蔬的贮藏性[6-7]。姜玉等[8]采用声热、微波以及热水三种不同漂烫方式处理毛豆,发现热水处理的样品中维生素C随水分流失程度最严重。

为达到更好的漂烫效果及品质,出现欧姆漂烫、微波漂烫、超声波辅助热处理、射频漂烫等一系列新型漂烫技术。新型漂烫技术弥补了传统热水漂烫的不足,超高温瞬时蒸汽漂烫提高了蒸汽温度,利用其被液化时产生的大量潜热,在更短时间内使酶钝化,保留更好的果蔬品质。声热处理利用超声波增加了酶的热敏性,在更低温度与更短时间内达到相同的灭酶效果。对于新型干法漂烫而言,不以水为介质对物料进行加热,对水溶性营养物质影响较小,且漂烫效率高。红外加热技术通过辐射红外线,物料吸收大量能量后产生共振,从而快速升温加热;而微波则利用电磁场进行快速整体加热,这几种漂烫方法不仅灭酶护色效果佳,还保留了较高的抗氧化活性以及维生素C含量[9]。

本文主要针对近年来出现的新型漂烫技术,包括传统漂烫方法基础上的改进技术(超高温瞬时蒸汽漂烫以及超声波辅助热漂烫)以及新型干法漂烫技术(远红外漂烫、欧姆漂烫、微波漂烫以及射频漂烫),重点介绍其技术原理及相关研究进展,并阐述其在果蔬灭酶护色及品质提升上的优势,为推动其工业化应用提供参考。

1 基于传统漂烫方法的改进技术

1.1 超高温瞬时蒸汽漂烫

超高温蒸汽漂烫以高压蒸汽加热果蔬,是一种新型果蔬软化灭酶漂烫技术。与传统的常压漂烫相比,其蒸汽温度有所提高,且升温较快。除此之外,还能在短时间内使多酚氧化酶失活,通过抑制褐变反应的发生从而减少色泽的劣变[10]。在酶灭活效果上,徐娟等[11]采用响应面分析法,建立了酶灭活时间、蒸汽温度以及载物量之间的关系,研究超高温瞬时漂烫对玛咖过氧化物酶灭活效果的影响,结果表明在130 ℃蒸汽处理54 s后,酶活性下降至4.9%,在较短时间内达到了灭酶效果。在保持果蔬品质上,冯亚超等[12]研究了超高温蒸汽瞬时漂烫对子姜片挥发性物质的影响,研究表明,子姜片经过漂烫后,由于高温破坏了细胞结构,物质发生异构、降解与重排,导致挥发性物质种类与含量上升。Bai等[13]研究了在90～120 ℃温度条件下漂烫无籽葡萄,在110 ℃下漂烫90 s所得到的产品品质最佳,可以更好保留黄绿色泽。除此之外,高温瞬时蒸汽漂烫具有能耗低的特点,可根据不同种类的果蔬改变蒸汽压力与时间来达到特定的要求[14]。通过应用超高温瞬时蒸汽漂烫,对果蔬的后续干燥速率也有所影响,马琴等[15]采用115 ℃,40%相对湿度的超高温瞬时蒸汽漂烫枸杞30 s,后续干燥速率提升了43%。

相对湿度、压力以及时间等是影响超高温瞬时蒸汽漂烫效果的主要因素。杜志龙等[16]研究了胡萝卜漂烫后复水性能以及色泽的变化,结果表明湿度较高时,复水性能较好,且复水后的色泽较佳。谢龙等[17]研究漂烫后红枣品质发现,相对湿度的升高能加快还原糖的转化,明亮度有所下降,且红色有所加深。通过近年研究可见,超高温瞬时漂烫能在短时间内达到较好的灭酶效果,与传统蒸汽漂烫以及热水漂烫相比较,漂烫后产品品质较好,但可能会造成质构塌陷和果蔬软化。

1.2 超声波辅助热处理

超声波辅助热处理(声热处理)是在一定温度下对果蔬漂烫加以超声波辅助的处理方法。声热处理的漂烫通过两个阶段对酶进行钝化,第一阶段在超声波作用下使酶稳定性下降,但仍有催化能力,热效应依然对酶失活起主导作用;第二阶段随超声波在媒介中传播时间增长,空化气泡形成并爆破产生瞬间的高温、高压以及冲击波,使得酶热敏性增强,在热条件下酶会迅速失去催化能力,达到漂烫效果[18]。近年来有不少学者研究声热处理对果蔬漂烫效果及品质的影响,Gamboa-Santos等[19-20]采用超声波辅助热处理(40～70 ℃)来对胡萝卜进行漂烫,研究发现,在60 ℃条件下过氧化物酶(POD)活性下降至6.7%,漂烫过程对产品中的总酚物质破坏较小,且漂烫后具有较好的复水性能。Ren等[21]研究发现,超声波辅助(20 kHz,70 ℃,1.0～3.0 min)漂烫冻干洋葱可提高生物活性物质保留率以及抗氧化活性。在护色性能方面,超声波辅助热处理具有一定优势。马瑞等[22]研究了超声波辅助热处理对黄花菜干制品色泽的影响,处理后的样品褐变程度显著降低,采用90 ℃,0.4 W/cm2的处理色泽与营养物质保留率最佳。王海鸥等[23]采用400 W超声波辅助,在80 ℃条件下漂烫牛蒡片,研究发现超声波辅助热处理的护色性能较好,且仅次于护色液。

然而超声波辅助热处理仍存在处理温度较高的问题,采用常温超声波漂烫对果蔬品质能有进一步的提升。刘宗博等[24]通过比较传统漂烫、超声波漂烫以及常温超声波漂烫三种不同预处理方式对双孢菇干制品质构、色泽以及维生素C等品质因素的影响,发现采用常温超声波漂烫可有效提高护色性能,复水比以及营养物质保留率。除此之外,将超声波辅助热处理联合浸渍处理,也可进一步改善漂烫后果蔬样品的品质。周新丽等[25]研究发现将超声波辅助热处理联合抗坏血酸(超声波强度0.29 W/mL,1%抗坏血酸,60 ℃)对胡萝卜进行预处理,可以在保证灭酶效果的基础上,显著提高胡萝卜样品中的维生素C的保留率,且较为温和的温度不会破坏胡萝卜原有的结构。因此超声波辅助热处理是一种有效的漂烫方法,除了可以降低酶灭活所需要的热处理强度,并缩短漂烫时间,与此同时,还可以与其他方法如抗坏血酸浸渍相结合,以达到更好的漂烫效果,并提高漂烫后果蔬品质。

2 新型干法漂烫技术

2.1 远红外漂烫技术

红外加热是一种通过红外线辐照并以电磁波形式产生热能的加热方式。红外主要分为三个波段:近红外(0.75～2.5 μm)、中红外(2.5～25 μm)和远红外(25～300 μm),而红外加热技术在食品中的应用以远红外辐射为主。远红外加热技术主要通过辐射红外线,物料吸收大量能量后产生共振,使得分子间相互摩擦从而达到快速升温加热的作用[26]。远红外加热技术现已被广泛研究并应用于食品杀菌、灭酶以及干燥中[27]。

远红外加热可作为一种新型漂烫技术,张琥等[28]通过测定多酚氧化酶活性来研究远红外灭酶的机理,研究表明在热效应的作用下,多酚氧化酶的α-螺旋向无规则卷曲以及β-转角转化而导致失活;而在非热效应方面,红外辐射通过使β-折叠相对含量下降,从而加速了酶的失活。远红外漂烫具有升温速率快且热损伤较低的特点。李树君等[29]将远红外漂烫(辐照强度4.0 kW/m2,2.5 min)与传统漂烫方法(100 ℃,4.0 min)进行比较,远红外漂烫可在更短的时间内达到相同的灭酶效果。在果蔬品质方面,Guiamba等[30]研究发现,采用高温短时(90 ℃,2.0 min)抑或低温长时(65 ℃,10.0 min)的远红外漂烫芒果,处理后样品的维生素C与β-胡萝卜素保留率均高于传统漂烫。吴本刚等[31]采用15.0 cm 辐照距离处理莴苣6.0 min,并与冷冻干燥相结合,处理后酶活下降20%,维生素C保留率为70%。Vishwanathan等[32]将蒸汽、热水与远红外漂烫应用于胡萝卜片灭酶工艺中,其中远红外漂烫后的胡萝卜片具有更好的复水性能以及维生素C保留率,相较于传统漂烫方法,其热损伤程度较低。

除此之外,远红外灭酶可联合其它预处理方法来弥补食品加工中的不足,如远红外同步灭酶脱水不仅可以达到较好的灭酶效果,还可同时达到预脱水的目的,起到一定程度的干燥作用。远红外同步灭酶脱水已被研究应用于胡萝卜片以及马铃薯中[33-34]。远红外漂烫技术也存在一些不足之处,由于远红外线波长较短,穿透深度有限,只能作用于果蔬表面,无法处理体积较大的果蔬,且存在一定的加热不均匀性的问题。

2.2 欧姆漂烫技术

欧姆加热技术是一种利用物料的电阻特性,通过在两端加以电场,使物料本身在导电时将电能转化为热能的加热方法,具有加热速率快、容易控制且加热均匀性较好的特点,其在食品加工中主要被研究应用于杀菌、解冻、淀粉糊化以及漂烫等方面[35]。

欧姆加热技术作为新型漂烫方法,可缩短灭酶时间并达到较好的护色效果。赵武奇等[36]利用欧姆加热处理猕猴桃浆,研究了欧姆加热特性以及灭酶效果,发现加热速率随电场增强而上升,而电场强度对物料电导率影响较小,除此之外还建立了多酚氧化酶以及过氧化物酶失活率的模型,为后续研究欧姆加热灭酶工艺提供了参考。Aniesrani等[37]采用15.0～20.0 V/cm的电场强度,在80～100 ℃条件下处理椰子水,其中pH、可滴定酸度以及颜色没有显著性差异,但随着漂烫时间的增长,多酚氧化酶(PPO)酶活显著下降。研究表明,采用欧姆漂烫蔗汁[38-39],不仅可以缩短灭酶时间,同时可保留更好的品质,且低强度电场显著影响了酶灭活的生化反应。在护色性能与品质方面,Guida等[40]研究了欧姆加热漂烫洋蓟固液混合物,并与传统热水漂烫(100 ℃)进行比较,欧姆漂烫(24.0 V/cm)处理后的洋蓟颜色和品质更佳,且酚类与蛋白质损失较小。Bhat等[41]研究了欧姆漂烫后苦瓜汁中总酚含量与颜色的变化,与传统方法(90 ℃,5.0 min)相比较,欧姆漂烫(80 ℃,4.0 min)后产品总酚含量较高,并且保留了更多的绿色。

欧姆漂烫对果蔬后续加工过程也有一定影响,Sarang等[42]通过利用欧姆漂烫酱料中的固形物如菇类、豆芽以及栗子等,提高了物料中的离子含量,改变了酱料的导电性能,由此提高了后续加工的加热均匀性。除此之外,欧姆漂烫对渗透脱水有正向作用,Allali等[43]研究了欧姆漂烫(85 ℃,3.0 min)后的果蔬在渗透脱水中的传质效率,结果显示其传质效率以及有效扩散率都有所提高,固形物含量从20.3%提高至68.0%。欧姆漂烫具有加热均匀且快速,对食品品质影响较小等优点,同时也具有一定的局限性。由于欧姆漂烫原理是利用物料自身的电导特性进行加热,因此不适用于加热导电性能较差、极低水分或干燥食品,如食品中含有非电解质气体、液体或非金属固体等部分则无法被加热,欧姆漂烫适用于液体以及固液混合物。

2.3 微波漂烫技术

微波加热是一种利用介电损耗原理,采用高频电场进行加热的方法,物料通过吸收电磁波(300 MHz～300 GHz)使极性分子相互作用,而由内产生热量[44]。微波辅助技术在食品工业中已有广泛应用,主要应用于微波辅助干燥、烘焙以及萃取等方面[45]。除此之外,微波还可应用于漂烫处理中,作为一种新型的果蔬漂烫方法。

微波漂烫技术具有穿透能力强,升温速率快,且对营养物质影响较小的特点,近年来被广泛研究与应用。在灭酶效果的研究中,吴秋昊等[46]测定了微波、远红外以及热风方法处理后的核桃仁中脂氧合酶、过氧化物酶以及过氧化氢酶的活性,其中微波漂烫(385 W,3.0 min)灭酶效率高且效果最佳。白青云等[47]在100～600 W微波功率漂烫牛蒡片5～25 s,其中在最优条件(微波功率380 W,漂烫时间14 s)下PPO酶活性为20 U/g,有效抑制了褐变。在品质研究方面,Ruiz-Ojeda等[48]采用微波漂烫(650～900 W)的方法处理绿豆,发现其灭酶所需时间短(150 s)且维生素C保留率高于传统漂烫(48%),在650 W条件下可达64%。Delfiya等[49]采用微波漂烫(0.0～3.0 min)处理胡萝卜片,研究发现随着微波处理时间的增长,漂烫后的胡萝卜片复水性能以及胡萝卜素含量有所提高,同时对产品质构和颜色的影响也较小。

除此之外,微波还可作为漂烫的辅助方法,Phahom等[50]采用微波辅助蒸汽漂烫植物叶,研究发现漂烫4.0 min时,叶子中的生物活性物质复原性最佳,且水分扩散率也有所提高。将微波与热水漂烫或蒸汽漂烫相结合的方法已得到广泛研究与应用[51-52],采用传统漂烫完成最初阶段的升温,加以微波辅助可使果蔬内部温度升高达到漂烫效果,具有更好的经济性。Srimagal等[53]将油酸乙酯与微波漂烫相结合,降低了质构皱缩,漂烫后样品品质有所提高。然而微波也存在一定缺陷,虽微波漂烫技术可实现对果蔬内外同时受热,但微波波长较短,穿透深度小,加热均匀性较差,不适用于加热体积较大的物料,因此对于提高微波均匀性有待更加深入的研究。

2.4 射频漂烫技术

射频加热是一种间接的电物理加热方法,将能量转化为电磁辐射,射频波(3 kHz～300 MHz)可引起物料内部带电离子振荡和极性分子转动,这些离子和分子在物料内部的高速运动产生摩擦,从而在内部产生热量。因此,射频加热具有快速和整体加热的独特优势,且射频波与微波相比,波长更长,因而穿透深度更大。射频加热技术在食品工业中已有研究和应用,如解冻、杀菌、杀虫以及干燥等方面[54]。近年来也有部分研究将射频加热技术作为一种新型漂烫技术用于果蔬的灭酶护色。

射频漂烫技术具有穿透深度大,加热效率高,灭酶护色效果好,可实现对物料内外同时加热的特点。Zhang等[55]研究了射频漂烫(11.0～13.0 cm)处理土豆,射频灭酶处理(85 ℃)后的土豆中酶活性显著下降,土豆丁及土豆泥酶活分别下降至3.24%及3.54%,达到了较好的灭酶效果并具有较好的贮藏稳定性,然而过高的射频处理温度会导致土豆色度及质构显著变化。张永迪等[56]采用射频漂烫苹果片来研究灭酶护色效果以及射频漂烫对苹果片理化性质和微观结构的影响,研究发现115 mm极板间距处漂烫苹果片可在95 s内,温度从22 ℃上升至95 ℃,多酚氧化酶液体升温较快,且酶灭活效率高;在护色性能方面,随着漂烫温度升高,护色效果更好;分析其漂烫前后理化性质与微观结构的变化得到结论,随射频加热温度升高,硬度有所减小,且升温速率越快,对苹果细胞破坏越小。

然而射频漂烫技术在加热均匀性上仍存在一定不足,对物料的均匀性要求较高,适用于加热形状大小均匀的物料。Jiao等[57]研究了不同容器大小及样品厚度对射频的加热均匀性的影响,发现靠近容器边缘的物料温度较高,并易产生过热点,对于较小的容器而言,靠近上极板以及下极板处物料温度更加均匀,而对于较大的容器,靠近中心处的物料加热更加均匀。除此之外,已有部分研究考虑采用辅助方法来提高射频加热均匀性,结果表明，通过蒸气浴保温、盐水浸渍以及加以搅拌等方法可以有效提高加热均匀性[58-60]。

3 结论与展望

本文综述了新型果蔬漂烫技术,包括传统漂烫方法基础上改进的一些新技术(超高温瞬时蒸汽漂烫和超声波辅助热漂烫)和新型干法漂烫技术(远红外漂烫、欧姆漂烫、微波漂烫以及射频漂烫)的研究进展。新型漂烫技术与传统漂烫方法相比,具有加热效率高、灭酶护色效果好、对产品品质破坏较小的优点。其中干法漂烫技术不利用热水/蒸汽作为加热介质,不仅可降低能耗,也减少了废水的产生,水溶性营养物质损失较少,产品品质较好,在工业应用中具有良好的前景。但新型漂烫技术也存在一些问题需要更深入的研究,如改善加热均匀性是这些新型加热漂烫技术所需要面对的共同问题。目前大部分的新型漂烫技术仍处在实验室研究阶段,解决这些新型漂烫技术中存在的不足之处,对这些新型漂烫技术的商业化推广应用具有重要的意义。