猕猴桃果脯制作工艺优化

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(1.四川轻化工大学生物工程学院,四川宜宾 644000; 2.四川师范大学生命科学院,四川成都 610101)

猕猴桃(ActinidiachinensisPlanch)又名奇异果,果肉鲜嫩多汁、质地细嫩,口感清香、酸甜可口[1]。猕猴桃果肉含多种氨基酸,还有丰富的锌、铁、钙、磷、硒等多种矿质元素[2-3],其维生素C的含量是柑桔的5～10倍,苹果等水果的15～30倍[4-5],是一种营养价值极高的水果。一颗猕猴桃能提供一个人一日维生素C需求量的两倍多,被誉为“维C之王”[6]。猕猴桃含有的三萜类、多酚、黄酮和多糖等化学成分,具有抗氧化、抗肿瘤、抗辐射、抗感染等药理作用[7-8],还具有提高免疫功能的作用,因此猕猴桃具有极高的营养、医疗、保健等开发利用价值[9]。

猕猴桃属皮薄多汁的水果,且对乙烯敏感,采收时期正值高温季节,果实采摘后极易变软腐烂,严重影响猕猴桃果业的发展[10]。将猕猴桃精深加工,制成果脯,不但可延伸猕猴桃产业链,而且延长了猕猴桃加工产品的保质期及货架期[11]。在猕猴桃果脯工艺研究中,感官评价及还原糖是评价果脯风味和品质的重要指标,目前国内外对还原糖的研究较为普遍,而对猕猴桃果脯中涵盖了还原糖和非还原糖的总糖含量及其变化情况研究较少。猕猴桃果脯的渗糖工艺主要有真空渗糖法、超声渗糖法和微波渗糖法,其中真空渗糖法难以控制果脯的饱满度,超声波渗糖法的安全性无法保证,而微波渗糖方式具有渗糖时间短的优点,且可很大程度上保留果脯的品质和风味,是制作果脯应用较广的方式[12]。因此有必要研究猕猴桃果脯生产过程中总糖及其含量的变化情况,探讨微波渗糖过程中不同处理方式对猕猴桃果脯中总糖含量的影响。

本文利用微波渗糖技术,先研究不同护色剂种类、氯化钙浓度和不同烫漂时间对猕猴桃果脯色度、硬度及总糖含量的影响,再在质量分数为20%的糖液中,探究不同渗糖功率、渗糖时间、干燥时间和干燥温度对猕猴桃果脯总糖含量的影响,并在单因素实验基础上进行Box-Behnken Design响应面试验,结合感官评价确定果脯生产工艺的最佳条件,以期达到优化猕猴桃果脯制作工艺及提升果脯质量的目的。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

猕猴桃 陕西周至县;白砂糖(食品级) 市售;柠檬酸、异抗坏血酸钠、食盐、氯化钙、葡萄糖、浓盐酸、氢氧化钠、甲基红、硫酸铜、次甲基蓝、酒石酸钾钠、亚铁氰化钾 成都市科龙化工试剂厂。

TA-XT plus质构分析仪 英国稳定微系统公司;UltraScan VIS色差仪 美国猎人实验室公司;DHG-9140A电热恒温鼓风干燥箱 上海齐欣科学仪器有限公司;D8023CTL-K4微波炉 佛山市顺德区格兰仕微波炉电器有限公司;Starter 2C pH计 奥豪斯仪器上海有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 猕猴桃果脯制作工艺流程 挑选七成熟猕猴桃,去皮并均匀切成8 mm厚的果片,迅速浸入质量浓度为2 g/L护色剂2 h,之后再浸入一定浓度的氯化钙溶液硬化2 h,在90～95 ℃热水中烫漂一定时间,沥干水分后浸泡在质量分数为20%糖液中,在一定微波功率下渗糖处理一定时间,直至果肉变得晶莹透亮(每10 min间歇并翻面),沥干多余糖液,放入一定温度的烘箱干燥一定时间至猕猴桃果脯表面无粘滞糖液,在干燥通风处自然冷却。

1.2.2 单因素实验设计

1.2.2.1 护色剂的确定 在氯化钙浓度为0.8 g/L,烫漂时间为140 s的条件下,分别选用质量浓度为2 g/L柠檬酸、氯化钠和异抗坏血酸钠作为护色剂对猕猴桃果片护色处理,并将三种单一护色剂复配为1号混合护色剂:柠檬酸和氯化钠,体积比为1∶1;2号混合护色剂:柠檬酸和异抗坏血酸钠,体积比为1∶1;3号混合护色剂:柠檬酸、氯化钠和异抗坏血酸钠,体积比为1∶1∶1。同时固定糖液质量分数为20%,将果片在480 W微波功率下渗糖40 min,并在100 ℃条件下干燥2 h,以在相同渗糖及干燥条件下无护色剂处理的果脯颜色作为对照,探讨单一护色剂及混合护色剂对产品颜色变化的影响,通过测定L*、a*及b*,计算得出色度C*并结合总糖含量来确定最适护色剂。

1.2.2.2 氯化钙浓度的确定 在制备猕猴桃果脯时,固定护色条件为柠檬酸、氯化钠和异抗坏血酸钠的混合液,体积比例为1∶1∶1,浓度2 g/L,烫漂时间140 s,分别选用质量浓度为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L氯化钙溶液作为硬化剂对猕猴桃果片硬化处理2 h,其他步骤同1.2.2.1。探讨不同浓度的氯化钙对产品硬度变化的影响,通过测定硬度及内聚性并结合总糖含量来确定最适氯化钙浓度。

1.2.2.3 烫漂时间的确定 在90～95 ℃热水中,控制护色条件为柠檬酸、氯化钠和异抗坏血酸钠的混合液,体积比例为1∶1∶1,浓度2 g/L,硬化剂0.8 g/L氯化钙条件下,分别烫漂100、120、140、160、180 s,探讨不同烫漂时间对产品颜色变化的影响,其他步骤同1.2.2.1。通过测定L*、a*及b*,计算得出色度C*并结合总糖含量来确定最佳烫漂时间。

1.2.2.4 渗糖功率的确定 猕猴桃果片经过柠檬酸、氯化钠和异抗坏血酸钠的混合液护色2 h、0.8 g/L氯化钙硬化2 h及90～95 ℃热水烫漂140s后,分别在微波功率为160、320、480、640、800 W的条件下进行渗糖处理,固定渗糖时间40 min,干燥温度90 ℃,干燥时间4 h,探讨不同渗糖功率对产品总糖含量的影响,结合总糖含量与感官评价确定最佳渗糖功率。

1.2.2.5 渗糖时间的确定 按照1.2.2.4处理后的猕猴桃果片在渗糖功率为640 W的条件下,分别进行10、20、30、40、50和60 min的渗糖处理,固定干燥温度90 ℃,干燥时间4 h,探讨不同渗糖时间对产品总糖含量的影响,结合总糖含量与感官评价确定最佳渗糖时间。

1.2.2.6 干燥时间的确定 按照1.2.2.4处理后的猕猴桃果片在微波功率为640 W的条件下渗糖50 min,固定干燥温度90 ℃,分别干燥1、2、3、4、5、6、7 h,探讨不同干燥时间对产品总糖含量的影响,结合总糖含量与感官评价确定最佳干燥时间。

1.2.2.7 干燥温度的确定 按照1.2.2.4处理的猕猴桃果片,固定微波功率640 W,渗糖时间50 min,分别在60、70、80、90、100、110 ℃的烘箱中干燥5 h,探讨不同干燥温度对产品总糖含量的影响,结合总糖含量与感官评价确定最佳干燥温度。

1.2.3 响应面试验设计 根据单因素实验结果,相较于渗糖时间、干燥时间和温度,虽然不同渗糖功率对猕猴桃果脯总糖含量有明显影响,但对其果脯外观有较大的负面影响。故根据Box-Behnken Design的中心组合设计原理,在单因素实验基础上,选择渗糖时间(X1)、干燥时间(X2)、干燥温度(X3)三个因素为自变量,猕猴桃果脯总糖含量与感官评价的综合值(Y)为响应值,做3因素3水平的响应面分析试验,试验设计见表1。通过Box-Behnken Design中心试模拟获得最优条件及理论结果,在此最优条件下,测定果脯的实际总糖含量,以此来进行可靠性分析。

表1 Box-Behnken设计试验因素水平Table 1 Facters and levels of Box-Behnken

1.2.4 指标的测定

1.2.4.1 总糖含量测定方法 参考GB/T 10782-2006测定猕猴桃果脯总糖含量。葡萄糖标准滴定溶液:准确称取0.2 g(精确至0.0001 g),经过98～100 ℃干燥至恒重的葡萄糖,加水溶解后置于250 mL的容量瓶中,加入5 mL盐酸,并以水稀释至250 mL,摇匀,定容备用。吸取斐林氏甲液与乙液各5 mL,加水10 mL,玻璃珠数粒,从滴定管滴加约10 mL葡萄糖标准液,控制在2 min内加热至沸,趁沸以每分钟1滴的速度滴加葡萄糖标准溶液,滴定至蓝色退尽为终点。记录消耗葡萄糖标准溶液的体积,同时平行操作三次。计算公式如下:

式(1)

表2 猕猴桃果脯感官评定方法Table 2 Method of sensory evaluation of preserved kiwifruit

式中:A为相当于10 mL斐林氏甲与乙混合液的葡萄糖的质量,单位为克(g);m为葡萄糖的质量,单位为克(g);V为滴定时所消耗葡萄糖溶液的体积,单位为毫升(mL);250为葡萄糖稀释液的总体积,单位为毫升(mL)。

样品的制备:准确吸取10 mL样品滤液,加水30 mL,加入盐酸5 mL,置于水浴锅中,待温度升至68 ℃～70 ℃时,计算时间共转化10 min,然后用流水冷却至室温,全部转移到250 mL容量瓶中,加0.001 g/mL甲基红指示剂2滴,再用0.3 g/mL氢氧化钠溶液中和至中性,用水稀释至刻度,摇匀备用。

预备试验:吸取斐林氏甲液与乙液各5 mL,在电炉上加热至沸,从滴定管中滴入转化好的试液至蓝色变为浅黄色,即为终点,记下滴定所消耗试液的体积。

正式试验:取斐林氏甲液与乙液各5 mL,滴入转化好的试液,较预备实验少1 mL,加热沸腾1 min,再以每分钟30滴的速度滴入试液至终点,记下所消耗试液的体积,同时平行操作两次。计算公式如下:

式(2)

式中:X1为试样中总糖(以葡萄糖计)含量,单位为克每百克(g/100 g);A为10 mL斐林氏甲与乙混合液的葡萄糖的质量,单位为克(g);m为试样的质量,单位为克(g);V为滴定时消耗试液的体积,单位为毫升(mL);6250为稀释倍数。

1.2.4.2 色度测定 采用色差仪测定猕猴桃果脯色度。其中L*表示亮度值(0为黑色,100为白色),L*越大,亮度越好;a*表示绿红值(a*>0为红色,a*<0为绿色),b*表示蓝黄值(b*>0为黄色,b*<0为蓝色),用C*表示色度,C*越大,颜色越好。计算公式如下:

C*=(a*2+b*2)1/2

式(3)

1.2.4.3 硬度测定 质构仪条件:选用尖型探头P/2,负载单元4500 g,测前速率1.00 mm/s;测试速率0.50 mm/s;触发值5.0 g;返回速率10.00 mm/s;穿刺距离5.000 mm。其中硬度为第一次压缩时的最大峰值;内聚性表示测试样品经过第一次压缩变形后所表现出来的对第二次压缩的相对抵抗能力[13]。

1.2.4.4 感官评定 参照国标NY/T436-2009感官评价部分制定评分标准,选择12人组成品评小组,通过感官对产品的色泽、滋味、外形等进行评分,取平均值。具体评分标准见表2。

1.2.4.5 综合值的计算 根据单因素实验结果,利用综合值对猕猴桃果脯进行响应面优化,即对猕猴桃果脯采取客观评价与主观评价相结合的方法,可使猕猴桃果脯得到较合理的评价。综合值为总糖含量权重取0.5与感官评价权重取0.5的和(综合值=总糖含量×0.5+感官评价×0.5)。

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 不同护色剂对猕猴桃果脯护色效果及总糖含量的影响 由如图1所示,与未做护色处理的果脯相比,单一护色剂氯化钠、异抗坏血酸钠和柠檬酸处理后的猕猴桃果脯L*值分别提高了26.66%、23.51%、9.41%,C*值变化十分显著(P<0.05),分别提高了181.57%、150.53%、127.04%,但总糖却有所下降;而混合护色剂处理后的猕猴桃果脯L*值、C*值与总糖含量均高于未做护色处理的果脯,其中3号混合护色剂处理后的猕猴桃果脯的L*值、C*值、总糖含量差异显著(P<0.05),分别提高了34.67%、207.07%、14.09%。原因可能是氯化钠既能护色,氯化钠中的钠离子又能增加果脯细胞膜的渗透性,在与其他两种都具有护色效果的溶液混合作用后,其护色效果则更为明显;并且三种护色剂共同作用时,也更好地破坏了多酚氧化酶并抑制了它的活性[14-15],故选择3号混合护色剂最佳。

图1 护色剂对猕猴桃果脯总糖含量及色度影响Fig.1 Effects of protectants on the total sugar content and color of preserved kiwifruit注:图中不同小写字母表示同一指标间 差异显著(P<0.05);图2～图7同。

2.1.2 氯化钙浓度对猕猴桃果脯硬度及总糖含量的影响 由图2所示,随着氯化钙质量浓度增加,果脯的硬度、内聚性及总糖含量也随之增加;当氯化钙质量浓度达到0.8 g/L后,猕猴桃果脯的硬度、内聚性变化不显著(P>0.05),总糖含量显著升高(P<0.05),适当浓度的氯化钙在改善果脯质构的同时,也大大增加了细胞膜的通透性,使得果脯在渗糖过程中效果明显,总糖含量升高。然而浓度过高的氯化钙使果脯质构变得过硬,同时色泽暗淡,干燥时严重影响果脯的形态,且根据GB 2760-2014规定氯化钙最大使用量要小于1.0 g/L,故选择质量浓度为0.8 g/L氯化钙。

图2 氯化钙浓度对猕猴桃果脯总糖含量及硬度影响Fig.2 Effect of CaCl2 concentration on total sugar content and hardness of preserved kiwifruit

2.1.3 烫漂时间对产品颜色及总糖含量的影响 由图3所示,随着烫漂时间的增加,果脯的L*值、C*值与总糖含量也逐渐增加,当烫漂时间为140 s时,L*值与C*值最高,分别为39.94和8.92,可能适当的烫漂可使猕猴桃果片中的酚酶失活;继续增加烫漂时间后,L*值与C*值逐渐下降,其总糖含量变化也不显著(P>0.05),可能过度的烫漂易煮烂果片,影响口感,故选择最佳烫漂时间为140 s。

图3 烫漂时间对猕猴桃果脯总糖含量及色度影响Fig.3 Effect of blanching time on the total sugar content and color of preserved kiwifruit

2.1.4 渗糖功率对产品总糖含量及感官评分的影响 由图4所示,当渗糖功率为160～640 W时,随着渗糖功率的增加,果脯总糖含量也随之增加;当渗糖功率超过640 W后,猕猴桃果脯总糖含量有所下降,原因可能是大功率的渗糖使果脯组织受到严重破坏,汁液溢出导致总糖含量下降。从感官评价来看,随着渗糖功率的增加,猕猴桃果脯的感官评分越来越高,在640 W的条件下,果脯的感官评分显著高于前几个功率下的果脯(P<0.05);当渗糖功率为800 W时,猕猴桃果脯脯体干瘪缺乏水分,且渗糖时间还未达到40 min时,果片已经脆化,无法再继续渗糖。结合总糖含量和感官评价,故选择最佳渗糖功率为640 W。鉴于猕猴桃果脯的总糖及感官评分均为上升趋势,当渗糖功率达到640 W后无显著变化,且大功率的渗糖无法使渗糖时间达到40 min,不能保证实验过程控制单一变量,影响实验数据的合理性,故渗糖功率不再作为自变量进行响应面的优化。

图4 渗糖功率对猕猴桃果脯总糖含量及感官评价的影响Fig.4 Effects of osmotic sugar power on total sugar content and sensory evaluation of preserved kiwifruit

2.1.5 渗糖时间对产品总糖含量及感官评分的影响 由图5所示,随着渗糖时间的增加,果脯的总糖含量也随之增加。在果脯加工过程中,渗糖处理是一个重要的环节,脯体渗糖不足,不仅影响果脯在后续加工过程中的干燥效果,还会缩短果脯的储藏时间,影响果脯质量;相反,过度渗糖则会使得猕猴桃果脯含糖量过高,GB/T 10782-2006规定果脯类食品总糖含量要小于或等于85%。根据图5中总糖含量趋势来看,果脯的总糖含量总体呈递增趋势,渗糖时间达到60 min时最高,而从感官上来看果脯已褐变严重,脯体质构变硬。综合考虑,选择最佳渗糖时间为50 min。

图5 渗糖时间对猕猴桃果脯总糖含量及感官评价的影响Fig.5 Effects of sugar infiltration time on total sugar content and sensory evaluation of preserved kiwifruit

2.1.6 干燥时间对产品总糖含量及感官评分的影响 由图6所示,干燥时间在1～5 h期间,猕猴桃果脯总糖含量缓慢增加,而在干燥时间达到5 h后总糖含量显著增加(P<0.05),原因在于干燥时间在1～5 h期间,还未达到果脯中水分蒸发的时间,此时果脯中水分含量比例高,总糖含量比例低;干燥时间达到5 h后,果脯预热完毕,水分逐渐蒸发,总糖含量也随之显著增加;根据图6总糖趋势来看,随着干燥时间的增加,总糖总体呈递增趋势,在干燥时间为7 h时,总糖含量最高,而结合感官评价来看,此时果脯水分丧失严重,组织皱缩干瘪,对果脯颜色等带来不利影响[16]。综合考虑国标中总糖的规定含量及成本等方面,选择最适干燥时间为5 h。

图6 干燥时间对猕猴桃果脯总糖含量及感官评价的影响Fig.6 Effects of drying time on total sugar content and sensory evaluation of preserved kiwifruit

2.1.7 干燥温度对产品总糖含量及感官的影响 由图7所示,干燥温度在60～70 ℃时,猕猴桃果脯总糖含量显著增加(P<0.05),当干燥温度升高到70 ℃后,猕猴桃果脯总糖含量缓慢增加,有文献研究表明干燥温度对果脯中总糖含量影响较小[17],而结合感官评价来看,当干燥温度低于80 ℃时,果脯湿软粘手,而超过80 ℃后,果脯不规则皱缩,颜色偏暗,且干燥温度太高也会导致果脯碳化,故选择80 ℃为猕猴桃果脯的最佳干燥温度。

图7 干燥温度对猕猴桃果脯总糖含量及感官评价的影响Fig.7 Effects of drying temperature on total sugar content and sensory evaluation of preserved kiwifruitt

2.2 响应面试验结果

2.2.1 试验设计与方差分析 利用响应面对试验结果进行分析,结果见表3、表4。

表3 Box-Behnken响应面设计以及试验结果Table 3 Box-Behnken design and experimental results

利用Design expert 8.0软件对表3中的数据进行二次多元回归拟合,得到猕猴桃果脯综合值(Y)对自变量渗糖时间(X1)、干燥温度(X2)和干燥时间(X3)的二次多元回归模型为:

注:*P<0.05,差异显著;**P<0.01,差异极显著。

图8 渗糖时间和干燥时间的交互作用对猕猴桃果脯综合值的影响Fig.8 Effects of interaction between sugar infiltration time and drying time on the comprehensive value of preserved kiwifruit

图9 渗糖时间和干燥温度的交互作用对猕猴桃果脯综合值的影响Fig.9 Effects of interaction between sugar infiltration time and drying temperature on the comprehensive value of preserved kiwifruit

2.2.2 因素间的交互影响 根据多元线性回归方程,运用Design expert 8.0软件对试验结果进行响应面分析,其结果如图8～图10所示。

图10 干燥温度和干燥时间的交互作用对猕猴桃果脯综合值的影响Fig.10 Effects of interaction between drying temperature and drying time on the comprehensive value of preserved kiwifruit

图9中的渗糖时间和干燥温度的相互作用对猕猴桃果脯综合值的影响较大,表现为三维图中曲线陡峭,二维图中等高线近似椭圆;而图8中渗糖时间和干燥时间与图10中的干燥温度和干燥时间的交互作用对猕猴桃果脯综合值的影响较小,表现为三维图中曲线圆滑,二维图中等高线近似圆形,响应值变化较小。

通过响应面法分析出猕猴桃果脯的最佳制备条件:渗糖时间48.03 min,干燥时间4.98 h,干燥温度79.43 ℃,在此条件下,制作出的猕猴桃果脯理论综合值为74.6027。考虑到实际操作的可行性,将渗糖时间修正为48 min,干燥时间5 h,干燥温度80 ℃,进行试验验证,猕猴桃果脯实际综合值为75.41,与理论值的相对误差为1.1%,说明模型可靠。

3 结论

猕猴桃果脯的最佳护色条件为柠檬酸、氯化钠和异抗坏血酸钠的混合液,其体积比例为1∶1∶1,浓度2 g/L;硬化剂为0.8 g/L氯化钙;烫漂时间140 s,与未经护色硬化处理的猕猴桃果脯相比,混合护色液及硬化剂能有效提高猕猴桃果脯的色度及硬度。在单因素的基础上,通过Box-Behnken Design响应面法分析得出各因素对猕猴桃果脯综合值影响程度为:渗糖时间>干燥温度>干燥时间;优化后的最佳制备条件为:渗糖时间48 min,干燥时间5 h,干燥温度80 ℃。在该条件下,猕猴桃果脯总糖含量与感官评价的实际综合值为75.41,与预测值74.60符合较好。通过一段时间的自然放置,未经护色、硬化、烫漂及渗糖干燥处理的果脯褐变严重,皱缩明显,且易腐烂变质,不易储藏;而经过本实验优化处理后的果脯果肉饱满,脯体晶莹透亮,口感绵软有嚼劲,酸中带甜,耐储藏,放置一段时间后果脯表面还会起一层薄薄的糖霜。由此可得,优化猕猴桃果脯的生产工艺,可明显提升猕猴桃果脯的质量及储藏效果。本实验在不添加着色剂、防腐剂及其他食品添加剂的条件下,通过工艺优化保证了猕猴桃果脯的口感与品质,为健康、绿色果脯的工业生产提供了一定参考。