石芳,廖霞,李福香,杨雅轩,吴素蕊,明建,3*
1(西南大学 食品科学学院,重庆,400715)2(中华全国供销合作总社昆明食用菌研究所,云南 昆明,650223) 3(重庆市特色食品工程技术研究中心,重庆,400715)
松茸(Tricholomamatsutake)是一种高价值的食药兼用菌,不仅菌肉肥厚,味道鲜美,还具有抗肿瘤[1-2]、抗氧化[3]、抗辐射[4]、提高免疫力[5]、预防糖尿病、高血压等疾病的作用[6-7],素有软黄金之称,在日本更被誉为“菌中之王”。松茸是我国出口的重要珍稀食用菌产品之一,其中,云南松茸出口量约占全国出口总量的50%,出口类型主要为鲜松茸和冷藏松茸[8]。松茸含水量高,短时间内就会发生各种生理形态变化,冷冻保藏虽然可以较好地保持松茸原有的品质、风味及营养成分,有效调节季节性、地域性等带来的问题。但冷冻过程中产生的大小不一的冰晶对松茸组织结构造成破坏,解冻过程也会导致营养成分流失,加之冷链体系不完整,特别是由于温度波动,无可避免在运输、销售过程中引起反复冻融,使松茸理化性质改变,降低松茸的食用品质,严重影响了松茸的对外贸易,阻碍松茸产业的发展[9]。
低场核磁共振通过弛豫时间T2的变化从微观角度分析水分子的存在状态及迁移规律[10-11],同时利用核磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)可以直观的了解物料内部水分分布情况,观察物料内部水分廓线特征和变化规律[12]。核磁共振技术因具有测量迅速、准确、无损样品、多角度获取信息等[13]优点,越来越受到食品领域学者的重视。目前,NMR技术已成功应用于肉类干燥及反复冻融过程[14-15]、甘薯冻融过程[16]、果蔬贮藏过程[17]、食用菌干燥过程[18-19]等水分分布及迁移规律的研究。但鲜有研究冻融对食用菌品质的影响,且未见从水分分布及流动特性角度解释其变化的报道。
本文以云南松茸为研究对象,利用LF-NMR技术研究反复冻融处理对松茸水分存在形式的影响,就冻融次数对松茸水分存在形式、色泽、硬度等指标进行相关性分析,探讨反复冻融对松茸品质的影响,以期为优化松茸的贮藏方式提供一定的参考依据。
新鲜松茸由云南昆明食用菌研究所提供,产自云南香格里拉,采摘后24 h内运输至实验室。挑选无虫害、大小一致的松茸子实体,清理掉表面灰尘后,用自封袋包装置于-18 ℃冰柜中冻结12 h,取出置于4 ℃条件下解冻12 h,为1次冻融过程。反复重复上述过程,分别冻融1、2、3、4、5次。
核磁共振成像仪(MesoQMR23-060H),上海纽迈电子科技有限公司;电子天平(MS204S),瑞士梅特勒-托利多公司;冰箱(BCD-1607MPQ),青岛海尔股份有限公司;色度仪(ultraScan PRO)、质构仪(CT-3),美国Hunter Lab公司。
1.3.1 解冻损失率
样品分别在解冻前和解冻后称重,并按照公式(1)计算其解冻损失率。
(1)
式中;m1,解冻前样品的质量,g;m2,解冻后样品的质量,g。
1.3.2 色泽测定
通过测色仪测定反复冻融后松茸的色泽变化,应用L、a*、b*表示色系,每个样品重复测定14次,剔除最大值和最小值后,取其余数值的平均值,结果以平均值±标准偏差表示。
1.3.3 质构测定
测定参数为:探头类型TA44,预测试速度2 mm/s,测试速度1 mm/s,返回速度1 mm/s;循环次数:2次;压缩比30%;测定指标包括硬度、黏性、弹性、咀嚼性、内聚性。
1.3.4 LF-NMR测定
利用CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)脉冲序列测量样品的T2横向弛豫时间,将解冻后的样品置于磁场中心位置的射频线圈的中心,利用FID信号调节共振中心频率,然后进行CPMG脉冲序列扫描试验。其中共振频率为21.7MHz,磁体强度0.55T,线圈直径为60 mm。试验参数为CPMG:主频SF(MHZ)=21;偏移频率O1(kHZ)=76.921;90°脉冲射频脉宽P1(μs)=11.52;180°脉冲射频脉宽P2(μs)=22;信号采样点数TD=252 010;重复采集等待时间TW(ms)=6 000;重复采集次数NS=4;回波时间NECH(ms)=8 000;得到的图形为自由诱导指数,使用迭代寻优的方法将采集到的T2衰减曲线代入弛豫模型中拟合并反演可以得到样品的T2弛豫信息。包括弛豫幅值、峰值及每个峰所占的面积分数等。采用弛豫图中每个组分峰值对应的时间作为T2。
1.3.5 MRI测定
当样品进行完CPMG序列试验后,立即进行MSE成像序列实验,即质子密度成像。样品置于线圈中央,选取3个层面进行成像。试验参数为SFO1=21.769;RFA90(%)=5.7;RFA180(%)=7.8;GxOffest=-40;GyOffest=-90;GzOffest=-50;SCOUT RG(db)=20;图像大小为256×192。
采用SPSS软件对实验数据进行方差分析和相关性分析。相关性分析采用 Pearson法,多重比较采用 Duncan法。
在不同的加工或贮藏条件下,食用菌水分易流失,食用菌自身结构对水分有一定的束缚力,松茸对水分束缚能力与其色泽,硬度等品质密切相关。图1为不同冻融次数下松茸的质量变化。由图1可知,冻融1次后,解冻损失率仅为0.72%,随着冻融次数的增加,解冻损失率显著增加,在冻融5次后,解冻损失率高达27.84%。这可能是由于反复冻融使松茸组织结构受到一定程度的破坏,导致汁液流失。
图1 不同冻融次数对松茸解冻损失率的影响Fig.1 Change in thawing loss of Tricholoma matsutake during freeze-thaw cycles
色泽是影响消费者可接受性和产品市场价值的重要品质属性之一[20]。由表1可知,冻融1次的松茸L值为(37.688±3.857),随着冻融次数的增加,L值呈下降趋势。这可能是因为反复冻融过程中,样品汁液流失过多,引起样品表面光鲜反射率下降,从而使样品亮度减弱[21]。a*值随着冻融次数增加逐渐减小,冻融5次后,a*值为(12.435±1.647)。冻融1次的松茸b*值为(24.636±4.351),冻融5次后,显著下降为(19.590±4.422)。上述结果说明冻融次数对松茸色泽品有一定的影响,且随着冻融次数的增加其色泽变差。
表1 不同冻融次数对松茸色泽的影响Table 1 Change in color parameters of Tricholomamatsutake during freeze-thaw cycles
注:同一列不同小写字母代表差异显著。下同。
表2为反复冻融过程中松茸质构品质的变化,随着冻融次数增加,松茸硬度、黏性和咀嚼性先显著下降(p<0.05),冻融2次的松茸硬度和咀嚼性最低,继续冻融,硬度和咀嚼性有上升的趋势,而黏性值变化不大,是由于多次冻融后松茸水分大量流失,组织结构发生塌陷,重叠,导致松茸质地变硬,咀嚼性增强。弹性和内聚性随着冻融次数的增加略有降低,但没有显著变化。因此可以得知,冻融处理松茸可能引起松茸细胞间结合力减弱,组织受到的破坏越来越多。
表2 不同冻融次数对松茸质构的影响Table 2 Change in texture properties of Tricholoma matsutake during freeze-thaw cycles
图2为不同冻融次数下松茸的T2弛豫时间反演波谱图。与香菇[18]、双孢菇[22]等食用菌测定结果类似,松茸弛豫图谱中也含有3个峰,T21(0.01~10 ms)代表与蛋白质等大分子表面极性基团紧密结合的结合水,T22(10~10 ms)代表食用菌细胞内与胶体相结合,不能自由运动的不易流动水。T23(100~1 000 ms)代表存在于细胞毛细管中易流动的自由水。T2值的大小代表水分流动性的强弱,T2值越大表示水分流动性越强,反之,T2值越小表示水分与底物结合越紧密[23]。随着冻融次数的增加,反演谱曲线积分面积减少,波峰位置不断前移,说明样品中的水分含量减小,自由度高的水分向自由度低的水分迁移,样品中的水与固质的结合程度增大。
图2 不同冻融次数下松茸自旋-自旋(T2)弛豫时间反演谱Fig.2 Inversion spectrum of transverse relaxation time for Tricholoma matsutake after freeze-thaw cycles注:FD1-FD5代表冻融次数为1-5次。
冻融处理松茸中T21、T22和T23的变化如表3所示。由表3可知,整体而言,随着冻融次数的增加,3种不同状态的水分向短弛豫方向迁移,表明水与底物的结合随着冻融次数的增加而越紧密。T21随着冻融次数的增加呈现先增加后减小的趋势,冻融5次后T21减小为5.790 ms,这是因为冻融导致松茸组织结构破坏,不易流动水向结合水迁移,多次冻融后,水分流失严重,T21值减小;T22显著下降,多次冻融后,由最初的55.176 ms降至冻融5次后的31.606 ms,说明不易流动水的流动性减弱,即不易流动水向结合水方向迁移。T23与解冻损失率的变化趋势一致,冻融2次后,T23由最初的309.099 ms下降为294.308 ms,T23略有下降,但无显著变化,随着冻融次数继续增加显著下降(p<0.05),冻融5次后,T23为208.955 ms。这可能是由于低温导致蛋白质二、三级结构发生改变,与水分子的结合能力随之变化,以及解冻时汁液流失有关[24]。
表3 冻融次数对松茸自旋-自旋弛豫时间的影响Table 3 Change in transverse relaxation time ofTricholoma matsutake during freeze-thaw cycles
不同组分水的峰积分面积在反复冻融过程中的变化如图3 所示,A21、A22和A23分别代表结合水、不易流动水和自由水的峰积分面积。A22峰积分面积幅值最大,说明冻融松茸中主要存在的水分组分为不易流动水,其次是结合水,自由水相对较低。随着冻融次数的增加,A21峰积分面积出现先增加后减小的趋势,说明结合水含量先增加后减少;A22峰积分面积不断下降,A23峰积分面积略有增加,但并不显著。说明反复冻融过程中,主要减少的为不易流动水。因此,松茸不易流动水含量降低可能是松茸解冻损失率增大的主要原因。
图3 冻融次数对松茸峰积分面积的影响Fig.3 Change in peak area of Tricholoma matsutake during freeze-thaw cycles
T2反演谱中各个峰面积占总峰面积的比例可以表示对应的结合水(P21),不易流动水(P22)和自由水(P23)的相对含量[25],冻融过程中不同状态水分相对含量的变化如表4所示。
表4 冻融次数对松茸对不同状态水分相对含量的影响 单位:%
冻融1次后,松茸中不易流动水所占比例达91.728%,结合水占比为7.556%,自由水占比为0.715%。说明自由水在冻融1次后,几乎全部流失。伴随着冻融次数的增加,结合水的含量出现先增加后减少的趋势,这可能是因为T21增大,与底物结合较紧密的水自由度增加,因此结合水的含量有所提升,但多次冻融后,随着汁液的流失,其含量最终降低。不易流动水含量虽然减少,但其所占比例却表现出交替减少-增加。说明反复冻融过程对不易流动水的影响较大。冻融2次后,不易流动水的含量下降,这可能是由于冻融过程中松茸组织结构受到一定程度的破坏,部分不易流动水向结合水方向移动,冻融5次后,不易流动水的相对含量增加可能是由于冻融使的松茸总体水分含量下降,不易流动水所占的比例上升。自由水含量随冻融次数的增加而增加,但反复冻融2次至冻融5次之间,自由水相对含量无明显变化。
核磁共振成像是一种无损、非侵入性、高效、准确的现代分析技术,可以对食品加工过程的控制及贮藏过程的生理生化反应等进行跟踪研究[26]。王水晶[27]利用低场核磁共振及其成像技术探究了牛肉糜水分分布情况及迁移规律,研究发现,随着贮藏时间的延长和反复冻融次数的増加,牛肉中水分的存在状态发生变化,不易流动水所占比例逐渐降低,自由水比例増加,说明牛肉中的水分发生了迁移。图4为不同冻融次数下松茸氢质子的质子密度成像图,代表内部总水分的含量,质子密度越大,信号量越强,水分含量就越高,直观地表现为图像颜色越白亮,反之,颜色越暗,则水分含量越低[28]。从质子密度成像图可知,松茸水分主要分布在子实体中间部分,且较为均匀。随着冻融次数的增加,图像中间颜色越来越暗,说明冻融造成水分不断流失,C为松茸最外层的成像图,随着冻融次数的增加,其颜色变化最为明显,菌柄失水较菌伞严重,冻融5次后,菌柄部分区域已无自由水存在。
图4 不同冻融次数下松茸核磁共振成像图Fig.4 Nuclear magnetic resonance imagings of Tricholoma matsutake during freeze-thaw cycles注:1-5分别表示冻融1~5次;A-C表示松茸3个不同层面。
表5为不同冻融次数的松茸与测定品质指标之间的相关性分析,由表可知,冻融次数与T22、T23、a*、b*和解冻损失率的相关系数分别为-0.973、-0.988、-0.963和0.977,极显著相关(p<0.01);说明冻融次数对T2的影响较大,冻融改变了松茸内部不同水分组分的分布情况,可能是因为冻融导致细胞破裂,使松茸内部结构发生了改变,KIDMOSE[28]在冷冻胡萝卜结构变化的研究中得出类似的结论。冻融次数与L值和b*相关系数分别为-0.920和-0.945,显著相关(p<0.05);与硬度、黏性、弹性、咀嚼性、内聚性无显著相关性。T21与解冻损失率无显著相关性,T22、T23与解冻损失率极显著相关(p<0.01)。说明水分的弛豫时间越长,其保水性越差。此外,T23与L值、a*、b*显著相关,说明自由水的减少是影响色泽品质的重要参数之一。
表5 冻融次数与测定指标之间的相关性分析Table5 Correlation between indexes considered and freeze-thaw cycles
注:n=5,**表示差异极显著(p<0.01);*表示差异显著(p<0.05)。
NMR测定结果表明,松茸中存在3种组分水,冻融处理引起T2弛豫时间波峰位置不断前移,自由度高的水分向自由度低的水分迁移,从而引起各组分水的峰积分面积发生变化,整个变化过程中,A22的峰积分面积一直最大,说明不易流动水的含量始终最高。MRI成像图中得知,松茸水分主要集中在子实体中间部分,冻融处理引起菌柄失水较菌盖严重。
冻融处理使松茸水分的分布状态及其组分相对含量的变化是引起品质变化的原因,反复冻融使松茸解冻损失率不断增加,色泽变差,多次冻融使松茸结构塌陷,重叠,导致硬度先减小后增大。相关性分析结果表明,冻融次数与T22、T23、a*、b*和解冻损失率极显著相关(p<0.01)。T22、T23与a*、b*和解冻损失率显著相关(p<0.05)。因此,应用LF-NMR对物料水分状态及组分含量的测定可以作为预测松茸品质的参考指标。