超高压和热处理酸辣藕丁菜肴品质变化及货架期预测

高悦，江依，赖璐莹，潘思轶，徐晓云，刘凤霞

(华中农业大学 食品科技学院，环境食品学教育部重点实验室，湖北 武汉，430070)

莲藕多产于长江三角洲等地带，是我国非常受消费者喜爱的水生蔬菜[1]，藕的主要营养组成包括20%的碳水化合物、1%的粗蛋白质、0.1%的粗脂肪以及0.5% 的粗纤维，并且含有丰富的人体所需的天然矿物成分钙、磷、铁等，以及胡萝卜素、VB1、VB2、VC等[2]。我国莲藕产量高，品质好，按口感品质可分为粉藕和脆藕。粉藕含水量低、淀粉含量高，适宜炖、蒸食，如湖北名菜排骨藕汤；脆藕含水量高、淀粉含量低、含糖量高、粗纤维含量低，口感脆嫩，适宜炒食为主，如三丁炒藕[3]。

随着我国科学技术革新化、食品加工工业化及相关技术的迅猛发展，传统中式菜肴正向着标准化、规格化和商品化蓬勃发展[4-8]。中国农业科学院农产品加工研究所针对目前中式菜肴产品机械化生产程度低、保质期短的问题，建立中式菜肴传统工艺与自动化生产线相耦合的加工工艺，完成了从原料到终端软包装产品的标准化、工业化生产，推动了中式菜肴传统而落后的手工操作向现代工业化生产方式的转变[9]。

然而，目前传统的食品加工方式仍以热杀菌为主，操作过程中普遍存在传热和散热慢等缺点，加上较长的加工时间，对食品的感官和营养成分会造成较大的损失[10]。高压加工等非热处理技术可以保持食品的原始风味、味道和颜色，因为小分子质量物质，如糖、色素、挥发性风味化合物不受这些加工技术的影响[11-12]。超高压技术是一种重要的非热加工技术，是指将食物置于密封的弹性材料或是放入无菌压力系统中，利用 100～1 000 MPa的压力处理，其处理过程采用液态化的介质，可以实现高效、均匀及瞬时杀菌[13-17]。然而，目前超高压处理对传统中式菜肴品质调控及其贮藏期品质变化的科学研究较少，探究不同处理对酸辣藕丁菜肴品质变化的科学研究更未见报道。

本研究以莲藕为原料，比较分析超高压和热处理对酸辣藕丁杀菌前后和贮藏过程中色泽和质构的变化，并利用恒温加速破坏性试验，预测超高压和热处理酸辣藕丁菜肴包的货架期，以期为传统热杀菌和新型非热杀菌技术应用于我国传统中式菜肴工业化生产提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

市售新鲜莲藕，购于湖北省武汉市洪山区南湖大道悦活里生活广场，选取颜色偏白、大小形状一致、无病虫害的新鲜莲藕，处理前放入4 ℃ 冰箱贮藏。

NaOH、NaCl均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；3M Petrifilm 6406菌落总数测试片、3M Petrifilm 6414 大肠菌群测试片、3M Petrifilm 6417霉菌酵母测试片，明尼苏达矿业制造(上海)国际贸易有限公司。

1.2 仪器与设备

CP512电子分析天平，奥豪斯仪器(上海有限公司)；TA-XT plus质构仪，北京微讯超技科技有限公司；BCD-219D冰箱，青岛海尔股份有限公司；YS3010色差仪，深圳市三恩驰科技有限公司；HPX-9082MBE电热恒温培养箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；SPX-150BIII生化培养箱，天津市泰斯特仪器有限公司；DG500 双室真空包装机，武汉鼎工科技有限公司；FY50反压高温蒸煮锅，上海三申医疗器械有限公司；HPP.L2-600/2超高压设备，华泰森淼生物工程技术有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品制备

将挑选好的莲藕洗净去皮、去除藕节及受损伤变色的部位，切成2.0 cm×1.5 cm×1.0 cm的长方体，立即放入浓度为5%/1L的白醋水中，防止藕丁褐变，切好的藕丁作为空白样品。用电子天平称量藕丁200.0 g、干辣椒1.5 g、蒜蓉3.0 g、盐2.0 g、糖2.0 g、白醋30.0 g，大豆油30.0 g、水50.0 g、鸡精0.5 g和芝麻油1.0 mL，备用。

使用电磁炉炒制藕丁，锅烧热后倒入油，放入辣椒段、蒜蓉煸香，倒入藕丁，同时加入少量水，翻炒2 min，再放入盐、醋、糖和剩余水，继续翻炒3 min收汁，装盘冷却，炒制后的藕丁作为热处理前样品。经超高压杀菌的样品在炒制前用沸水热烫5 min，以钝化多酚氧化酶，防止藕丁褐变，热烫后炒制的样品作为超高压处理前样品。

称取冷却的酸辣藕丁30 g于蒸煮袋中，加入汤汁5 mL，于真空包装机内抽真空并热封，封口条件为：抽真空时间20 s，热封时间30 s。

1.3.2 热处理

参考唐文婷等[18]的方法，对杀菌条件稍作改进。考虑到要杀死细菌芽孢和霉菌孢子，因此将热杀菌温度设置为121 ℃，处理时间20 min。

1.3.3 超高压处理

参考姚佳[10]的方法，对杀菌条件略作改进。将真空封好的藕丁放置到压力处理舱中，设定时间和压力参数，在室温下处理样品。设备以水为传压介质，升压速率大约为133 MPa/min，设压力舱初始温度为25 ℃，根据压致升温速率3 ℃/100MPa，当压力为500 MPa时，压力舱温度为40 ℃。考虑到要达到商业无菌，因此设定的压力及时间参数为500 MPa/10 min。

1.3.4 感官评定

酸辣藕丁感官评分标准见表1，酸辣藕丁汤汁感官评分标准见表2。为模拟消费者进食的状态，更加契合产品食物温度，故将藕丁样品水浴加热至60～70 ℃再进行评定。感官评定小组由15位(6男9女)经筛选和培训后的感官评定人员组成，将各组样品按照3位数随机编号，并按照随机顺序提供给每位评定人员。评定结果取15人的平均值，分值为5作为酸辣藕丁菜肴可接受度的限值，即当可接受度评分小于5时，认为产品感官已达消费者难以接受的程度。

表1 酸辣藕丁评分标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of sour and hot lotus root

表2 汤汁感官评分标准Table 2 Criteria for sensory evaluation of liquid

1.3.5 色度的测定

采用YS3010型色差仪在室温下测定处理好的藕丁色度，分别测量样品的L*值、a*值和b*值，并根据公式计算样品的总色差ΔE*值。每袋藕丁中选取3～5个藕丁进行重复试验，共取3袋藕丁，测试结果取平均值。计算如公式(1)所示：

(1)

1.3.6 质构的测定

参考MIGLIO等[19]和陈亭[3]的方法，并略作修改。将处理好的藕丁采用TA-XT plus质构分析仪分别测量藕丁的硬度、脆度和紧实度。

测试条件如下：测试模式为Compression，圆柱形探头的规格为P/2，探头位移10.00 mm，触发力5.00 g，测前速度1.00 mm/s，测试速度1.00 mm/s，返回速度10.00 mm/s。每袋藕丁中选取3～5个藕丁进行重复试验，共取3袋藕丁，测试结果取平均值。

1.3.7 微生物的测定

参考池福敏等[20]的方法，并略作修改。取5 g藕丁样品，放于45 mL生理盐水中，制备一定稀释梯度的样液，分别使用3M Petrifilm 6406菌落总数测试片、3M Petrifilm 6414 大肠菌群测试片和3M Petrifilm 6417霉菌酵母测试片用于检测每个样品中的菌落总数、大肠菌群和霉菌酵母数量，每次抽样3袋，每个指标重复测定3次。菌落总数和大肠菌群培养24 h后用放大镜记录数据，霉菌酵母培养48～72 h后用放大镜记录数据。

1.3.8 货架期的测定

参考迟恩忠[21]的方法，并略作修改。根据ASLT原理，将制好的酸辣藕丁样品分别放置在温度为57 ℃和67 ℃，相对湿度45%的培养箱中贮藏，每2 d测1次样品，每次抽样3袋，检测指标包括质构变化、色度值和微生物数量，根据ASLT法中的Q10模型预测出酸辣藕丁菜肴的货架期。

为了得到确切的Q10，采用公式(2)和公式(3)计算：

(2)

(3)

式中：QS(T1)为特定温度T1下测量样品的货架期；QS(T2)为特定温度T2下测量样品的货架期；ΔT为T1和T2的温度差。

1.4 数据处理

每个样品重复测定3次，平行测定3次，采用Excel 2013、Origin 9进行数据和绘图处理，并利用SPSS 25.0软件进行单因素方差(ANOVA)检验，P<0.05表示差异性显著。

2 结果与分析

2.1 不同处理对酸辣藕丁微生物数量的影响

不同处理样品微生物数量见表3，经121 ℃/20 min热处理和500 MPa/10 min超高压处理后的藕丁样品均未检测出微生物，说明2种处理方式的杀菌效果均符合要求。

表3 不同杀菌方式处理酸辣藕丁菜肴包微生物数量 单位：CFU/mL

通过每2 d对57 ℃ 和67 ℃的藕丁样品测定，贮藏过程中经超高压和热处理的酸辣藕丁均未检出上述微生物。说明121 ℃/20 min热处理和500 MPa/10 min超高压处理的杀菌效果满足商业无菌条件。

2.2 不同处理前后酸辣藕丁色泽和质构的变化

2.2.1 色泽的变化

颜色是决定水果和蔬菜产品质量的重要指标之一，也是决定产品好坏的重要因素[15]。图1显示的是2种杀菌方法处理前后酸辣藕丁色度的变化结果。从图1可以看出，炒制和热烫预处理后藕丁L*值显著变小，可能原因是藕丁在预处理加热过程中发生了美拉德反应，生成深色物质，导致藕丁亮度降低[22]，或是由于残余多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)引发藕丁褐变，使亮度降低[23]。上述样品再经过热和超高压杀菌处理，热杀菌后藕丁的L*值变化不显著，而超高压杀菌后藕丁L*值显著增加，这与朱云龙等[24]的研究结果一致，可能是经超高压杀菌后藕丁细胞透性提高，少部分淀粉发生糊化，L*值上升。

a*值代表红绿色值，a*值越大表示藕丁越红，b*值代表黄蓝色值，b*值越大表示藕丁越黄。由图1可知，炒制和热烫预处理后的藕丁a*值和b*值均增加，表明藕丁颜色变深，再经热杀菌后，藕丁a*值和b*值均进一步增加，表明藕丁褐变程度加剧，可能原因是藕丁在121 ℃ 杀菌温度下美拉德反应加剧。但超高压杀菌后藕丁的a*值和b*值均减小，且低于空白值，这与张红敏[25]在200 MPa条件下处理鲜切胡萝卜的研究结果一致，其原因可归为超高压对果蔬内源酶的钝化作用[26]。

ΔE*代表样品的总色差，反映样品的变色程度。2种杀菌方式处理后藕丁的ΔE*值均具有显著性(P<0.05)，但超高压处理的ΔE*值最小，即变化程度最低，表明超高压处理能够很好的保持甚至改善果蔬制品的色泽。王琦等[27]采用450 MPa/10 min的条件对杏鲍菇片进行超高压处理，从测得的ΔE*结果来看，超高压处理的杏鲍菇片整体色泽要比热炒的杏鲍菇片整体色泽更接近于空白鲜样。已有研究表明，超高压处理对果蔬中内源酶的钝化和高压均质化可以溶解果蔬细胞中的着色物质，从而保持果蔬制品的色泽[26]。

图1 不同处理方式对酸辣藕丁菜肴色泽的影响Fig.1 Effects of different sterilization methods on the color of hot and sour diced lotus roots注：不同小写字母表示处理方式之间有显著性差异(P<0.05)(下同)

2.2.2 质构的变化

图2显示的是2种杀菌方法处理前后酸辣藕丁质构的测定结果。与空白相比，热和超高压杀菌对藕丁的硬度、脆度、紧实度均有显著影响(P<0.05)，即2种杀菌方式都对藕丁的质构造成了影响。空白藕丁的硬度为(632.60±20.85) g，经热和超高压处理后，藕丁的硬度分别为(562.50±19.90) g和(486.32±26.99) g，表明超高压较热杀菌可更好地保持藕丁的硬度。姚佳[10]采用100、300和500 MPa的超高压条件对莴笋进行处理，结果发现莴笋片的硬度和脆度都高于100 ℃ 热处理莴笋的硬度和脆度。DEROECK等[28]研究发现，相比于热处理，高压协同高温处理的胡萝卜的果胶甲酯化程度显著降低，质构显示出最小的软化现象，且细胞间的黏附变化很小。已有研究表明，超高压处理使细胞壁和中胶层的结构发生变化，会促进细胞壁果胶多糖发生酶促和非酶促反应，导致藕丁硬度和脆度的下降[29]。超高压处理后，果蔬制品的果胶含量没有显著变化，但是热处理会导致果蔬的细胞膨压损失，加速果胶从细胞壁中溶出，细胞壁果胶在高温下发生β-消除反应，加快了果胶的降解[30]。因此超高压处理后藕丁的质构比热处理后的更优异。

图2 不同处理方式对酸辣藕丁菜肴质构的影响Fig.2 Effects of different sterilization methods on the texture of hot and sour diced lotus roots

2.3 不同处理的酸辣藕丁在贮藏过程中色泽和质构的变化

2.3.1 色泽的变化

由图3可知，经121 ℃/20 min热处理和500 MPa/10min超高压处理的藕丁在不同温度贮藏条件下，L*值呈明显的下降趋势，说明藕丁的亮度不断降低，色泽不断变暗。在57 ℃和67 ℃贮藏至20 d时，超高压和热杀菌藕丁的L*值分别下降了8.5%、19.3%和16.1%、28.1%，表明相同贮藏时间内，67 ℃贮藏的藕丁比57 ℃贮藏的藕丁L*值下降得快，热杀菌藕丁比超高压藕丁L*值下降得快，在贮藏期间内，超高压处理藕丁L*值始终高于热处理藕丁，说明超高压处理藕丁亮度较好。张林玉等[31]在探究超高压和热杀菌腌渍红椒在4 ℃和25 ℃贮藏过程中表观色泽的变化时，发现各处理组样品的L*值都随着贮藏时间的延长而逐渐下降，贮藏时间越长，下降幅度越大，且 25 ℃贮藏条件下变化幅度大于4 ℃，贮藏期内，超高压杀菌红椒样品的L*值下降幅度比热杀菌小，这与本试验的研究结果一致。韩杨[32]探究超高压杀菌对贮藏期间黄椒汁颜色变化时也得出超高压处理黄椒汁的色泽好于热杀菌的结论。这可能是蒸煮袋经杀菌后密封性降低，有氧气进入，使藕中多酚类物质被氧化，导致藕丁颜色变深[33]。

图3 热处理和超高压处理的藕丁在贮藏过程中L*值的变化Fig.3 Changes of L* value of lotus root treated by heat and ultra-high pressure during storage

由图4和图5可知，藕丁的a*值和b*值呈现上升趋势，表明在贮藏过程中藕丁的红色和黄色逐渐加深，且温度越高，a*值和b*值上升越快。热处理藕丁在贮藏期间a*值和b*值远高于超高压处理的藕丁，这与汪薇等[34]的研究结果一致，可能原因是高温贮藏使藕丁中的VC发生降解或是美拉德反应加剧，使藕丁褐变程度增大。

图4 热处理和超高压处理的藕丁在贮藏过程中a*值的变化Fig.4 Changes of a* value of lotus root treated by heat and ultra-high pressure during storage

图5 热处理和超高压处理的藕丁在贮藏过程中b*值的变化Fig.5 Changes of b* value of lotus root treated by heat and ultra-high pressure during storage

由图6可以看出随着贮藏时间的增加，藕丁的ΔE*值越来越高，ΔE*值表示色泽的变化程度，表明藕丁褐变程度不断加剧。热处理藕丁较超高压处理藕丁总色差变化大，温度越高，ΔE*值变化越大，说明温度对藕丁的色差影响较大。故可推测，贮藏温度是影响酸辣藕丁色泽、品质和货架期的关键因素。

有研究表明，藕丁的褐变可能是热杀菌处理引发果蔬中糖和蛋白发生美拉德反应，或是果蔬中的VC和多酚等小分子物质发生降解，从而生成褐色效应引起褐变[35]，SADILOVA等[36]探究添加糖和抗坏血酸对草莓汁褐变指数的影响时发现草莓汁中添加果糖的褐变程度最强，褐变度达到77.2%，分析原因是除色素降解外，还可能是果糖和草莓汁中游离氨基酸发生美拉德反应所致。其次，也可能是藕丁发生了酶促反应，由于PPO的耐热性和耐压性较强[25]，杀菌处理可能没有使其完全灭活，从而影响藕丁在贮藏过程中的色泽，但酶促反应不是导致藕丁在贮藏过程中褐变的主要原因。

图6 热处理和超高压处理的藕丁在贮藏过程中ΔE*值的变化Fig.6 Changes of ΔE* value of lotus root treated by heat and ultra-high pressure during storage

2.3.2 质构的变化

藕丁在贮藏期间的质构变化如表4所示。与空白相比，热处理藕丁硬度约下降69%，贮藏至第30天时硬度约下降74%。GREVE等[37]研究表明热处理藕丁硬度下降可能原因是细胞膨压损失，细胞壁果胶在高温下发生降解，细胞与细胞间发生分离[38]。与空白相比，超高压处理后藕丁硬度约下降16%，贮藏至第12天时硬度约下降39%～46%。BASAK等[39]研究超高压对多种果蔬质构的影响时，发现压力对果蔬的质构有双重作用，压力升高时会使果蔬造成质地损失，但后续果蔬的质构会有所恢复。相比于热处理，超高压对藕丁硬度影响较小，这与黄欢等[40]的研究结果一致，可能原因是超高压处理温度较低，时间较短，藕丁细胞的果胶分解较少[41]。

表4 不同处理条件下酸辣藕丁在贮藏期内质构的变化Table 4 Changes in texture of hot and sour lotus roots during storage at different sterilization methods

与空白藕丁脆度相比，随着贮藏时间的延长，热处理藕丁脆度逐渐下降，贮藏至第30天时，脆度下降了77%，并且有显著变化(P<0.05)。研究表明，热处理使藕丁组织弹性增大，细胞膨压被完全破坏，导致脆度下降[37]。与空白藕丁脆度相比，超高压处理藕丁脆度下降较缓慢，贮藏至第12天时，脆度下降了47%～55%。与热处理导致脆度下降原理不同的是，超高压处理是细胞发生破裂，细胞的完整性被破坏，而热处理是使藕丁细胞分散[42]。

与空白藕丁紧实度相比，随着贮藏时间的延长，热处理藕丁紧实度逐渐下降，说明藕丁细胞抵抗外力压迫和破碎的能力下降，表明热处理使藕丁的细胞组织松散，导致藕丁紧实度降低。超高压处理的藕丁紧实度逐渐下降，且下降幅度较大，可能是由于超高压处理导致藕丁细胞体积压缩，生物高分子立体结构受到破坏，引起氢键、离子键和疏水键等非共价键变化以及蛋白质、淀粉等大分子变性，对细胞结构造成损伤，导致藕丁的紧实度降低[40]。

2.4 货架期的计算

由微生物检测结果可知，经不同处理的藕丁在贮藏过程中均未检测出微生物，酸辣藕丁菜肴包也并未发生由微生物引起的腐败现象，由此可见，微生物的生长并不是决定酸辣藕丁菜肴包货架期的关键因素。因此，组织感官评定小组每天对酸辣藕丁菜肴的色泽进行评定，初步认为当ΔE*值达到22.3时，酸辣藕丁可以确定已经达到了消费者无法接受的色度，即酸辣藕丁菜肴包达到了其货架期。

a-空白藕丁;b-杀菌前藕丁;c-ΔE*值为22.3的藕丁图7 藕丁处理前后的照片Fig.7 Photos of lotus root before and after treatment

由藕丁总色差ΔE*值计算可知，热杀菌藕丁在57 ℃ 贮藏条件下贮藏至第20 天时，67 ℃贮藏条件下贮藏至第8天时，达到保质期；超高压杀菌藕丁在57 ℃贮藏条件下贮藏至第30 天时，67 ℃ 贮藏条件下贮藏至第12天时，达到保质期。

由公式(2)和公式(3)计算可得，25 ℃ 下热杀菌酸辣藕丁的保质期QS(25 ℃)=560 d ，25 ℃ 下超高压酸辣藕丁的保质期QS(25 ℃)=563 d。

3 结论

本文采用超高压和热处理2种杀菌方式处理酸辣藕丁菜肴包，比较分析酸辣藕丁在杀菌前后和贮藏期间微生物、色泽和质构的变化，发现超高压杀菌和热杀菌均可以用于保证中式菜肴工业化生产的微生物安全性，但在相同贮藏期条件下，超高压处理酸辣藕丁的色泽和质构特性均优于热处理藕丁。相比于传统的热杀菌方式，将超高压技术应用于传统中式菜肴工业化生产中，不但能降低原料在加工过程中营养成分的损失，而且很大程度保护原料加工前后的色泽，避免过度热加工对果蔬类原料质构造成的影响。本试验研究为酸辣藕丁菜肴包的工业化以及传统热杀菌和新型非热杀菌技术应用于我国传统中式菜肴工业化生产提供了理论基础和实际指导。

然而，在探究酸辣藕丁在贮藏过程中色泽和质构的变化时发现，虽然超高压和热处理酸辣藕丁最终的货架期相近，但贮藏过程中不同处理的藕丁质构变化不同。因此在后续试验研究中，可以进一步从细胞结构、果胶成分等方面探究藕丁质构变化的机制。