竹笋是一种富含维生素、氨基酸、矿物质、膳食纤维等营养物质且脂肪含量较低的天然食品,其中氨基酸含量远高于卷心菜、胡萝卜、洋葱和南瓜等其他蔬菜,被誉为“蔬食第一品”[1-2];但竹笋采摘具有时令性且不易贮藏,因此除小部分竹笋鲜食外,大多数被加工成软罐头[3]。目前业内多采用热杀菌技术来延长保质期,但热杀菌因温度高、受热不均匀等问题极易造成果蔬质地的软化[4-5],严重破坏果蔬罐头的感官品质,直接影响消费者接受度和商品价值。
超高压(ultra-high pressure, UHP)技术是一种非热加工技术,可在室温或更低温度下以100～1 000 MPa压力杀死食品中的病原微生物。与传统热杀菌相比,UHP可在有效杀菌前提下最大限度保留果蔬产品的色泽、质地及营养成分[6-7]。UHP处理腌制大头菜的硬度和弹性始终明显高于热处理(thermal processing, TP),且有效抑制了腌制大头菜中水分及果胶成分的流失[8];与TP相比,UHP处理南瓜也具有更高的硬度及更低的果胶酯化度[9]。质地是评价果蔬产品的关键指标,它除了与加工方法及技术有关外,还受果蔬品种、相关内源酶以及果块大小等自身特性的影响[10]。研究发现加工后的“丁状”黄桃罐头果肉硬度远低于“块状”和“条状”,表明加工过程中果块大小的不同对罐头果肉质地具有显著影响[11]。目前市售竹笋软罐头也多以条状、片状、丁状等形状呈现,但对其研究多集中在杀菌工艺条件优化及风味和营养物质的变化上[12-14],如响应面优化清水笋软罐头热杀菌的最佳温度、时间及pH等参数[15];经蒸汽灭菌后的竹笋软罐头其总糖及蛋白质含量显著下降,二苯并呋喃、呋喃酚、三甲基吡嗪等风味物质含量显著增加[16]。而超高压及热处理等杀菌工艺对不同果块大小竹笋软罐头质地的影响研究尚未见相关报道。
基于此,为了探究UHP及TP对不同果块竹笋软罐头质地的影响,选用罗汉笋为原材料并进行热烫前处理,以排除相关内源酶的影响。通过测定细胞微观结构、相对电导率、汤汁黏度和pH、纤维素和木质素含量、果胶含量及酯化度等相关指标,理清它们与质地变化的关系,以期为改善不同果块竹笋软罐头的质地以及超高压技术替代热杀菌技术进行竹笋软罐头工业化生产提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
实验所用竹笋为罗汉笋,云南昭通市镇雄县碗厂镇。
乙醇、氯仿、甲醇、丙酮、浓硫酸,重庆市钛新化工有限公司;乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid,EDTA),重庆朝友生物科技有限公司;硼氢化钠,重庆骏伟广生物科技有限公司;BaCl2、乙酸钠、Na2CO3、咔唑、NaOH、HCl、酚酞,重庆跃翔化工有限公司。
1.2 仪器与设备
FA1004A电子分析天平,上海精天电子仪器有限公司;DZQ-390型真空包装机,泉州市安尔盛机械有限公司;SHPP-2L型超高压设备,山西力德福科技有限公司;TA.XT Plus质构仪,英国Stable Micro System公司;MCR302型模块化旋转与界面流变仪,奥地利安东帕有限公司;CT-3031型电导率仪,深圳市科迪达电子有限公司;BX53荧光正置显微镜,日本OLYMPUS公司;Phenom Pro扫描电子显微镜,荷兰Phenom World公司;DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器、HZ-ZK8型数显恒温水浴锅,巩义市予华仪器有限责任公司;TGL-18MS高速冷冻离心机,上海卢湘仪仪器有限公司;SCIENTZ-10 ND型真空冷冻干燥机,宁波新芝生物科技股份有限公司;Spectrum 100傅里叶红外光谱仪,美国Perkin Elmer公司。
1.3 实验方法
1.3.1 竹笋软罐头制作流程
挑选→剥壳→清洗→切除笋尖及根部→热烫(100 ℃,10 min)→漂洗冷却→切分→装入聚乙烯高温蒸煮袋中→加入0.4%(质量分数)柠檬酸溶液,料液比为1∶1(g∶mL)→真空密封→超高压/热处理
操作要点:1)切除笋尖及根部:挑选新鲜、无霉烂且大小相对一致的罗汉笋,剥壳清洗后修整,取占笋体3/5的中间部位进行实验;2)漂洗冷却:将热烫后的竹笋立即放入冷水中漂洗,直至竹笋中心温度低于35 ℃;3)切分:将冷却后的竹笋分别切分成半条状、丝状、片状、丁状,具体如图1所示。
图1 竹笋软罐头果块形状示意图
Fig.1 Shape diagram of bamboo shoots in pouches
注:a-单个果块的长度;b-宽度;c-厚度;d-质量。
1.3.2 超高压处理和热处理
超高压处理:将样品置于压力舱中,设置压力600 MPa,保压时间20 min,传压介质为水,样品的初始温度约为20 ℃,在处理过程中温度低于40 ℃。
热处理:将样品在100 ℃的热水下保持20 min后立即冷却至室温。经以上超高压及热处理过后的竹笋软罐头均已达到商业无菌的要求。
1.3.3 硬度测定
竹笋硬度测定参考LI等[6]的方法略作修改。将样品切成5 mm×5 mm×5 mm的规格,采用TA.XT Plus质构仪进行全质构测试(texture profile analysis, TPA)测试,探头P36R,测前速率2 mm/s,测试速率1 mm/s,测后速率2 mm/s;压缩形变70%;数据采集速率400 pps;触发力5 g。每个样品重复测定16次。
1.3.4 汤汁黏度测定
使用MCR302型流变仪对样品进行静态剪切流变测试[17]。测定采用稳态模式,以剪切速率为变量(对数模式),变量范围4.0～63.0 s-1;夹具40 mm平行板;测试间距1 mm;测试温度25 ℃;取点数为7个。样品黏度由7个点取平均所得。
1.3.5 汤汁及果肉中pH测定
汤汁:使用便携式酸度计对汤汁pH直接测定。果肉:称量20 g竹笋于高速匀浆机中搅碎,用纱布过滤,留取匀浆液,用酸度计测定其pH,使用前先用标准缓冲溶液校准。
1.3.6 相对电导率测定
将竹笋切成小丁块,用滤纸擦去表面水分,称取5 g置于小烧杯中,加入20 mL去离子水,于室温下浸泡30 min后,用电导率仪进行测定,记录电导率(R1)。随后用沸水加热30 min,冷却至室温后再次测定,记录电导率(R2)。样品相对电导率[9]的计算如公式(1)所示:
相对电导率
(1)
1.3.7 光学显微镜(light microscopy, LM)分析
将竹笋切成大小合适的正方体块,用50%(体积分数)甲醛-乙酸-乙醇固定液(formaldehyde-acetic acid-ethanol fixative, FAA)固定,酒精梯度脱水,石蜡包埋,修整包埋块,使用超薄切片机制得6 μm半薄切片,番红固绿染色后,用带照相机的光学显微镜观察组织细胞结构[11]。
1.3.8 扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)分析
将竹笋样品切成大小合适的矩形薄片,冷冻干燥后用固定胶将样品黏于双面导电的样品铜台上,进行喷金:真空度10-2～10-3 Torr,溅射电压1.1～1.2 kV,镀膜时间2～3 min,放置10 min后送入电镜观察,选择有代表性的区域拍摄[11]。
1.3.9 细胞壁物质(alcohol insoluble residue, AIR)的提取及果胶各组分的分离
AIR的提取及果胶各组分的分离参考YANG等[8]的方法并略作修改。
AIR的提取:称取竹笋50 g,加入95%乙醇(体积分数,下同)150 mL,匀浆,再用相同体积乙醇冲洗匀浆机,将混合物于100 ℃下加热20 min,冷却后用G4砂芯漏斗过滤。不溶物依次用200 mL 95%的煮沸乙醇及200 mL氯仿与甲醇混合液(体积比1∶1)冲洗,再用丙酮溶液冲洗,直至得到白色粉末状固体,于35 ℃烘箱内烘干,即得到AIR。
果胶组分的分离方法:称取1.000 g的AIR,经100 mL 0.05 mol/L的乙酸钠溶液(pH 6.5)提取4 h得到水溶性果胶(water soluble pectin, WSP);取水不溶性沉淀,以100 mL 0.05 mol/L EDTA(含0.1 mol/L CH3COONa,pH 6.5)溶液于23 ℃抽提6 h,得到螯合性果胶(chelator soluble pectin, CSP);取EDTA不溶残渣,以100 mL 0.05 mol/L Na2CO3加20 mmol/L NaBH4于4 ℃抽提6 h,在20 ℃下重复抽提3 h,得碱溶性果胶(sodium carbonate soluble pectin, NSP)。将以上得到的WSP、CSP、NSP 3种溶液分别用去离子水透析24 h,期间更换3次水。用旋转蒸发仪浓缩透析液,加入4倍体积的95%乙醇,静置,离心,取沉淀真空冷冻干燥50 h,放于-20 ℃避光储藏,待用。
1.3.10 果胶含量测定
果胶含量测定采用咔唑比色法[18]:取1 mL果胶提取液,先后加入0.15%(质量分数)咔唑无水乙醇溶液0.25 mL及浓硫酸6 mL,混匀后立即沸水加热20 min,冷却,暗处放置2 h。以空白试剂为参比在530 nm处测定吸光度。果胶半乳糖醛酸含量与吸光值的对应关系为:y=0.011 3x+0.081 5,R2=0.990 1。结果以每克细胞壁干物质中果胶的质量表示。
1.3.11 纤维素及木质素含量测定
参考杨光等[19]的方法略做修改。
1)纤维素含量测定:称取20 g竹笋,搅碎后置于称量瓶中,烘干至恒重。加200 mL酸性洗涤液和4 mL萘烷试剂,加热回流2 h,用G4砂心漏斗抽滤,并用丙酮洗涤。滤渣转至称量瓶中,烘干至恒重,称重。纤维素含量的计算如公式(2)所示:
(2)
式中:X,纤维素含量,%;m1,样品质量,g;m2,称量瓶质量,g;m3,干燥至恒重后滤渣和称量瓶的总质量,g。
2)木质素含量测定:称取20 g竹笋,搅碎后置于称量瓶中,干燥至恒重。加入30 mL热蒸馏水,冷却后再加入75 mL 86%硫酸(体积分数)溶液,在室温下搅拌2 h,再加500 mL蒸馏水煮沸1 h,用G4砂芯漏斗抽滤,并用热蒸馏水反复冲洗,直至洗液与质量分数10%的BaCl2无白色沉淀产生为止。滤渣转至称量瓶中,烘干至恒重称量。木质素含量的计算如公式(3)所示:
(3)
式中:X,木质素含量,%;m1,样品质量,g;m2,称量瓶质量,g;m3,干燥至恒重后滤渣和称量瓶的总质量,g。
1.3.12 果胶酯化度(degree of esterification, DE)测定
参考ARACHCHIGE等[20]的方法略作修改。准确称取AIR、WSP、CSP各50 mg,加入50 mL不含CO2的去离子水中,完全溶解后加入2～4滴1%(质量分数)酚酞指示剂,用0.05 mol/L NaOH溶液滴定至粉红色,且30 s内不褪色,记录消耗的NaOH溶液体积为V1。然后向溶液中加入20 mL 0.5 mol/L NaOH标准溶液,皂化30 min,用20 mL 0.5 mol/L HCl标准溶液中和,加入2～4滴酚酞指示剂,再用0.05 mol/L NaOH溶液滴定至粉红色,记录记消耗的NaOH溶液体积为V2。DE按公式(4)计算:
(4)
1.3.13 细胞壁物质傅里叶红外光谱(Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR)测定
将干燥好的细胞壁物质于玛瑙研钵中研成粉末,用傅里叶红外光谱仪以4 cm-1的速率在4 000～600 cm-1光谱范围内扫描收集谱峰[20]。
1.4 数据统计与分析
实验设置3个平行,采用Excel处理数据,结果以平均值±标准差来表示。采用Origin 2021软件作图,SPSS 27.0软件进行单因素方差分析,通过Duncan检验进行显著性分析,P<0.05表示差异显著。
2 结果与分析
2.1 超高压及热处理对不同果块竹笋软罐头硬度的影响
如图2所示,竹笋鲜样经热烫处理后硬度下降了26.8%,可能是由于高温下竹笋组织细胞结构的破损以及细胞壁果胶物质的降解所致[21]。与热烫后相比,竹笋经UHP后硬度分别下降了3.2%(半条)、8.6%(丝状)、14.7%(片状)、23.5%(丁状),经TP后硬度分别下降了37.4%(半条)、46.2%(丝状)、52.4%(片状)、64.8%(丁状)。由此可知,加工后竹笋硬度随着果块体积的减小而减小;同一果块大小下,UHP后竹笋硬度始终高于TP后,这一结果与姚佳等[11]的研究结论相似。在UHP/TP前进行了热烫前处理,可排除相关内源酶的影响,UHP/TP后不同果块大小竹笋硬度的变化可能主要与细胞结构、细胞壁物质组成成分的变化有关[22]。
图2 超高压/热处理对不同果块竹笋软罐头硬度的影响
Fig.2 Effect of UHP/TP on hardness of bamboo shoots in pouches with different fruit pieces
注:图中不同小写字母表示不同加工处理样品间差异显著,不同大写字母表示不同果块样品间差异显著(P<0.05)(下同)。
2.2 超高压及热处理对不同果块竹笋软罐头汤汁黏度的影响
如图3所示,热烫组的汤汁黏度远高于鲜样组,这是由于热烫后竹笋细胞结构被破坏,加速细胞内物质的溶出从而导致汤汁黏度升高[23]。与热烫后相比,UHP后罐头汤汁黏度无显著性提高(P>0.05),可能是由于在高压下细胞结构更紧密,抑制了果胶解聚及细胞内物质溶出[24]。UHP后“丁状”汤汁黏度显著高于“半条状”,“丝状”及“片状”之间无显著性差异;TP后汤汁黏度分别提高了8.4%(半条)、16.7%(丝状)、18.5%(片状)、22.6%(丁状),其汤汁黏度随着果块体积的减小而逐渐增大。这可能是由于果块体积越小,比表面积越大,受力和受热接触面积越大,因此溶出的果胶物质越多[11],表现为汤汁黏度的升高。TP后罐头汤汁黏度显著高于UHP,这与高压加工黄桃罐头的研究结论一致[24],即热加工的黄桃罐头糖浆黏度明显高于超高压加工和未加工糖浆。
图3 超高压/热处理对不同果块竹笋软罐头汤汁黏度的影响
Fig.3 Effect of UHP/TP on viscosity of bamboo shoots in pouches with different fruit pieces
2.3 超高压及热处理对不同果块竹笋软罐头汤汁及果肉pH的影响
果蔬罐头pH与产品口感风味以及保质期息息相关,高温条件下果胶极易发生β-消除反应,且反应速率随着pH的增加而增加,直接影响果蔬质地[25]。如表1所示,汤汁pH随着果块体积的减小而增大,果肉pH逐渐减小,原因可能是随着果块体积的减小,竹笋与溶液的接触面积增大,促进了汤汁中介质与果肉细胞物质成分的酸碱中和,从而导致汤汁pH的升高及果肉pH的降低[26]。TP后的汤汁pH显著大于UHP,表明高温会导致细胞内物质的加速溶出。研究表明荔枝罐头在高压加工后其糖液pH变化与果肉pH密切相关,当糖液最初pH低于果肉pH时,超高压处理后糖液pH会上升,反之则下降,这可能是果肉中的成分溶出后分散到糖液中或与糖液的介质发生酸碱平衡反应所致[26]。
表1 超高压/热处理对不同果块竹笋软罐头汤汁及果肉pH的影响
Table 1 Effect of UHP/ TP on pH of soup and pulp of bamboo shoots in pouches with different fruit pieces
果块形状汤汁果肉鲜样热烫UHPTP鲜样热烫UHPTP半条3.75±0.01dD3.90±0.02cD3.94±0.01bD4.09±0.01aC5.36±0.01aA4.74±0.02bA4.41±0.02cA4.43±0.01cA丝状3.82±0.01dC3.95±0.01cC4.02±0.01bC4.10±0.01aC5.30±0.01aB4.72±0.01bAB4.39±0.01cA4.36±0.01dB片状3.92±0.01dB3.99±0.03cB4.04±0.01bB4.15±0.01aB5.25±0.01aC4.69±0.02bB4.38±0.01cAB4.32±0.01dC丁状3.97±0.01dA4.04±0.01cA4.08±0.01bA4.19±0.01aA5.16±0.02aD4.65±0.01bC4.36±0.01cB4.28±0.01dD
注：表中不同小写字母表示不同加工处理样品间差异显著,不同大写字母表示不同果块样品间差异显著(P<0.05)(下同)。
2.4 超高压及热处理对不同果块竹笋软罐头相对电导率的影响
相对电导率可评估细胞膜的完整性,细胞膜破损越严重,细胞离子流出越多,相对电导率就越高[27]。如图4所示,竹笋鲜样的相对电导率较低,为19.7%,这是由于完整的半透膜只允许少量的离子通过[28]。经热烫处理后其相对电导率上升至52.9%,表明经热烫后细胞膜通透性增强,细胞结构遭到破坏,进一步印证了上述硬度及汤汁黏度的变化,此结果与HU等[9]的研究结果相似。与热烫相比,UHP及TP后半条状、丝状、片状、丁状果肉相对电导率分别上升了1.5%、5.9%、11.1%、13.0%和6.4%、14.1%、18.4%、23.5%,表明TP对细胞的破坏性远大于UHP,且果块体积越小,高温、高压对细胞膜的破坏越严重。
图4 超高压/热处理对不同果块竹笋软罐头相对电导率的影响
Fig.4 Effect of UHP/TP on the relative conductivity of bamboo shoots in pouches with different fruit pieces
2.5 超高压及热处理后不同果块竹笋软罐头的光学显微镜分析
细胞是果蔬组织的基本结构,其结构形态、空间排列和膜完整性与果蔬质地密切相关[29]。如图5所示,新鲜竹笋细胞排列紧密有序,细胞之间自然连接,无分散现象。经热烫后细胞膜损伤,细胞吸水膨胀且边缘棱角消失,细胞间隙增多,说明热烫后细胞胞间层溶解,胞间压力减小,从而导致果肉质地的软化[30]。UHP后细胞排列更加紧密且棱角分明,呈现出较为规则的六边形,不同果块之间细胞形态无明显差异。研究表明超高压会导致大部分新鲜果蔬(如蓝莓[31]、红辣椒[32]、胡萝卜[28]、南瓜[33]等)细胞结构形态以及细胞间隙的显著变化。由于新鲜果蔬细胞完好无损,当受到外力影响时易发生变形及结构紊乱,而热烫后竹笋组织细胞已经受损,再受压力作用时细胞形态变化较小[8]。经TP后细胞呈现无规则形状,细胞边界模糊,细胞间隙进一步增大,其中丁状果肉细胞损伤程度最大。在高温条件下果胶易发生β-消除反应而致细胞壁果胶物质降解,细胞间黏着性下降引起细胞分离,表现为果蔬质地软化[5,34]。光学显微结构的结果与硬度及相对电导率变化结果相一致。
a-鲜样;b-热烫;c-半条;d-丝状;e-片状;f-丁状
图5 超高压/热处理对不同果块竹笋软罐头果肉光学显微结构的影响(×50)
Fig.5 Effect of UHP/ TP on microstructure of bamboo shoots in pouches with different fruit size (×50)
注:下标1-超高压;下标2-热处理,下同。
2.6 超高压及热处理后不同果块竹笋软罐头的扫描电镜分析
如图6所示,新鲜竹笋横切面薄壁细胞排列规则且紧密,热烫后该孔状结构变形,细胞壁支撑强度下降,这与热烫处理后桃的微观结构变化相似[35]。UHP后半条状、丝状果肉细胞边缘清晰且棱角分明,片状、丁状果肉细胞产生一些片状附着在表面,且细胞壁开始出现褶皱、弯曲现象,这可能是导致片状及丁状果肉在UHP后硬度大幅度下降的原因之一。胡萝卜经600 MPa高压处理后,出现细胞膜折叠及细胞排列无规则现象,但细胞间隙无显著变化,且细胞分离较少[36]。TP后果肉细胞结构被严重破坏,由于果胶物质的溶解与转化,细胞壁发生明显的塌陷[23-34],其中丁状果肉细胞破坏最为严重,与光学显微镜所观察到的现象相一致。
a-鲜样;b-热烫;c-半条;d-丝状;e-片状;f-丁状
图6 超高压/热处理对不同果块竹笋软罐头果肉显微结构的影响(×5 000)
Fig.6 Effect of UHP/ heat treatment on microstructure of bamboo shoots in pouches with different fruit pieces(×5 000)
2.7 超高压及热处理后果胶各组分含量以及纤维素、木质素含量的变化
根据果胶聚合物之间的溶解度可将果胶分为WSP、CSP、NSP[37]。WSP通过非共价键和非离子键松散地结合到细胞壁上,CSP可以与二价离子(如Ca2+、Mg2+)形成稳定的网状结构,NSP是通过共价酯键附着在细胞壁上的聚合物果胶。如图7-a～图7-c所示,竹笋鲜样果胶多糖的组成为WSP(31.29%)、CSP(17.72%)、NSP(50.99%),其中NSP在竹笋果胶中含量最高。经热烫后CSP、NSP显著降低,WSP显著增加,表明热烫过程中发生了果胶解聚反应,从而导致质地软化[18]。经UHP后,CSP下降,NSP升高,WSP没有显著性变化,表明CSP与NSP之间发生转化,这与SUN等[38]的研究结论相似;经TP后,WSP显著升高,CSP及NSP显著下降;此时,丁状果肉含有较高的WSP和较低的CSP,半条状则与之相反。CSP含有大量离子交联,这有利于加强细胞壁的黏附力,更多的CSP和更少的WSP使细胞组织联系得更紧密,果蔬质地得到保持或加强,反之则导致质地软化[39]。这可能是UHP样品质地优于TP的原因之一,也是竹笋软罐头果块越小加工后硬度就越小的关键因素。
a-WSP;b-CSP;c-NSP;d-SWSP;e-纤维素;f-木质素
图7 超高压/热处理对不同果块竹笋软罐头果胶、纤维素、木质素含量的影响
Fig.7 Effect of UHP/TP on the pectin, cellulose and lignin content of bamboo shoots in pouches with different fruit pieces
汤汁水溶性果胶(water soluble pectin in syrup,SWSP)含量变化如图7-d所示。不同加工处理后SWSP由高到低表现为:TP>UHP>热烫>鲜样,表明经UHP/TP后SWSP均显著升高,且TP后SWSP远高于UHP,这同样是由于高温热处理对果肉细胞的破坏作用更大所引起的,与此前的分析结果一致。不同果块SWSP由高到低为:丁状>片状>丝状>半条,这是由于比表面积的增大,受力和受热接触面积增大,溶出的果胶增多所导致,由此细胞壁支撑力度下降,引发宏观上果肉质地软化[11]。由图7-e和图7-f显示,加工方法及果块大小对竹笋纤维素、木质素无显著性影响,表明二者不是引起竹笋软罐头加工过程中硬度变化的关键因素。
2.8 超高压及热处理对AIR及各组分果胶酯化度的变化
酯化度可表征果胶内酯键的断裂程度,直接影响果蔬组织的质地[37]。如图8-a所示,新鲜竹笋DE为47.33%,属于低甲氧基果胶,经热烫后下降为41.87%,这与高温漂烫后芦笋果胶DE变化相似[28]。与热烫相比,UHP及TP后竹笋DE均有所下降,表明在高温及高压条件下,竹笋细胞结构发生破坏,细胞壁多糖解聚,促使果胶甲酯基的水解导致DE下降;不同果块大小之间DE无明显差异,UHP后DE为31.33%～32.36%,TP后DE为34.53%～37.21%,UHP后DE显著低于TP。WSP及CSP酯化度如图8-b和图8-c所示,由于NSP在提取过程中发生了皂化反应因此未进行测定。竹笋鲜样WSP、CSP的DE分别为59.10%、33.04%,经热烫后分别下降为52.88%、27.07%;经UHP及TP后2种果胶DE均显著下降,UHP后WSP、CSP的DE值分别为39.35%～40.49%、16.17%～18.37%;TP后WSP、CSP的DE值分别为46.39%～46.83%、21.20%～22.50%,UHP后的WSP、CSP果胶酯化度始终低于TP;果块大小对2种果胶DE没有显著性影响。这一结果与AIR酯化度变化结果相一致。类似研究报道腌制大头菜经超高压和热处理后酯化度均下降,且超高压处理样品拥有更低的酯化度以及更好的质地[8]。研究表明较低的酯化度使果胶更易与组织中的金属离子螯合形成稳定的网络结构,有利于维持果蔬的质地[40],这可能也是UHP比TP更能保持竹笋硬度的原因。
a-AIR酯化度;b-WSP酯化度;c-CSP酯化度
图8 超高压/热处理对不同果块竹笋软罐头果胶酯化度的影响
Fig.8 Effect of UHP/TP on the esterification of pectin of bamboo shoots in pouches with different fruit pieces
2.9 超高压及热处理对AIR结构影响的FTIR分析
如图9所示,各处理组在谱图峰形上不存在显著性差异,表明加工方法及果块大小对AIR官能团组成影响不大。3 600～3 000 cm-1范围的宽峰为果胶内—OH的伸缩振动峰;2 941 cm-1附近的弱吸收峰是果胶C—H键的伸缩振动峰;1 738 cm-1处吸收峰为果胶羧羰基和酯羰基中C
O的伸缩振动峰;1 625 cm-1处吸收峰为果胶自由羧基中CO的伸缩振动峰;1 029 cm-1附近范围波动则来源于纤维素和半纤维素中CO的伸缩振动。1 625和1 738 cm-1处特征峰可用于表征果胶类型为高酯果胶或低酯果胶[41-42]。竹笋AIR在1 625 cm-1处有较强吸收峰,1 738 cm-1处吸收峰相对明显减弱,表明该竹笋所含果胶属于低甲氧基果胶,与此前分析结论一致。与TP相比,UHP后竹笋AIR果胶在1 625 cm-1处的峰强度明显增强,在1 738 cm-1处的峰强度减弱,表明UHP竹笋拥有更低的酯化度。当果块大小不同时,AIR在1 625 cm-1、1 738 cm-1两处吸收峰强度上表现出无规律的增大或减小,与酯化度分析有所差异,原因可能是由于AIR中除了果胶外,还包含纤维素,半纤维素,木质素等,各种键变化的综合结果导致了不同果块处理组间官能团相对含量存在差异[9]。
图9 超高压/热处理对不同果块竹笋软罐头细胞壁物质的FTIR分析
Fig.9 FTIR analysis of UHP/TP on cell wall material of bamboo shoots in pouches with different fruit pieces
3 结论
UHP及TP对不同果块竹笋软罐头的质地均有较大的影响。UHP/TP后竹笋细胞结构遭到破坏,导致相对电导率、汤汁黏度及pH升高,竹笋硬度下降,且TP后竹笋硬度始终低于UHP;果块越小受加工影响就越大,竹笋硬度越低。UHP/TP后,不同果块竹笋的纤维素、木质素含量未发生显著变化,但果胶含量差异显著:TP后WSP、CSP分别显著高于和低于UHP,TP后果胶降解更多;加工后CSP、NSP和WSP、SWSP随着果块体积的减小而分别降低和升高,即果块越小,果胶降解越多。UHP及TP后果胶DE均下降,但果块大小对果胶DE无显著影响。FTIR分析显示加工方法及果块大小对细胞壁物质官能团组成影响不显著。综上,经UHP/TP后,“半条状”果块质地保持最佳;“半条状”可适用于在消耗量大且需长期储藏时使用,其余3种果块大小硬度偏低,为了不影响产品品质及口感适宜即食或短期储藏使用。相比于TP,UHP后竹笋质地保持效果更好且口感最佳,具有较好的应用前景。
[1] 汤彩碟, 张甫生, 杨金来, 等.非热加工技术在竹笋保鲜及加工中的应用研究进展[J].食品与发酵工业, 2022, 48(4):307-313.TANG C D, ZHANG F S, YANG J L, et al.Application of non-thermal processing technologies in bamboo shoots preservation and processing[J].Food and Fermentation Industries, 2022, 48(4):307-313.
[2] SATYA S, BAL L M, SINGHAL P, et al.Bamboo shoot processing:Food quality and safety aspect (a review)[J].Trends in Food Science &Technology, 2010, 21(4):181-189.
[3] 邓丽琴. 竹笋制品加工工艺及质量控制[J].食品安全导刊, 2021(19):136-137.DENG L Q.Processing technology and quality control of bamboo shoot products[J].China Food Safety Magazine, 2021(19):136-137.
[4] KAMAT S S, DASH K K, BALASUBRAMANIAM V M.Quality changes in combined pressure-thermal treated acidified vegetables during extended ambient temperature storage[J].Innovative Food Science &Emerging Technologies, 2018, 49:146-157.
[5] LU Y, ZHAO S M, JIA C H, et al.Textural properties of Chinese water chestnut (Eleocharis dulcis) during steam heating treatment[J].Foods, 2022, 11(9):1175.
[6] LI X L, XING Y G, SHUI Y R, et al.Quality of bamboo shoots during storage as affected by high hydrostatic pressure processing[J].International Journal of Food Properties, 2021, 24(1):656-676.
[7] 任书凝, 宋永程, 李缘, 等.超高压和热处理对沙棘-哈密瓜复合果汁品质的影响[J].食品与发酵工业, 2023, 49(2):195-201.REN S N, SONG Y C, LI Y, et al.Effects of ultra-high pressure and heat treatment on the quality of seabuckthorn-Hami melon compound juice[J].Food and Fermentation Industries, 2023, 49(2):195-201.
[8] YANG Z X, DUAN X K, YANG J Y, et al.Effects of high hydrostatic pressure and thermal treatment on texture properties of pickled kohlrabi[J].LWT, 2022, 157:113078.
[9] HU X N, MA T, AO L, et al.Effect of high hydrostatic pressure processing on textural properties and microstructural characterization of fresh-cut pumpkin (Cucurbita pepo)[J].Journal of Food Process Engineering, 2020, 43(4):e13379.
[10] GOKUL NATH K, PANDISELVAM R, SUNIL C K.High-pressure processing:Effect on textural properties of food- A review[J].Journal of Food Engineering, 2023, 351:111521.
[11] 姚佳, 孔民, 胡小松, 等.高静压杀菌对不同形状果块的黄桃罐头质地的影响[J].农业工程学报, 2013, 29(S1):275-285.YAO J, KONG M, HU X S, et al.Effects of high hydrostatic pressure sterilization on texture of yellow peach in pouch with different shapes[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(S1):275-285.
[12] BADWAIK L S, BORAH P K, BORAH K, et al.Influence of fermentation on nutritional compositions, antioxidant activity, total phenolic and microbial load of bamboo shoot[J].Food Science and Technology Research, 2014, 20(2):255-262.
[13] PHUNGAMNGOEN C, EADMUSIK S, AICHAYAWANIT S.Influence of sterilize condition and storage time of canned bamboo shoot in yanang juice[J].Italian Journal of Food Science, 2018, 30:24-29.
[14] PALOMBINI F L, NOGUEIRA F M.Bamboo Science and Technology[M].Singapore:Springer Nature Singapore, 2023.
[15] 刘翔, 叶麟, 申光辉, 等.响应面法优化清水竹笋软罐头加工工艺研究[J].食品工业, 2018, 39(5):119-123.LIU X, YE L, SHEN G H, et al.Process optimization of soft canned bamboo shoots by response surface methodology[J].The Food Industry, 2018, 39(5):119-123.
[16] TANG J J, ZHANG Z X, ZHENG S L, et al.Changes of main nutrient components and volatile flavor substances in processing of canned bamboo shoots[J].Fermentation, 2021, 7(4):293.
[17] TIAN H X, XIONG J J, YU H Y, et al.Characterize the physicochemical properties and microstructure of pectin from high-pressure and thermal processed cloudy hawthorn (Crataegus pinnatifida) juice based on acid heating extraction[J].Food Chemistry, 2023, 407:135199.
[18] 黄欢, 王绍帆, 韩育梅.超高压处理对鲜切马铃薯质地及细胞壁多糖含量的影响[J].食品工业科技, 2020, 41(2):258-266.HUANG H, WANG S F, HAN Y M.Effect of ultra high pressure treatment on the texture and cell wall polysaccharide content of fresh-cut potato[J].Science and Technology of Food Industry, 2020, 41(2):258-266.
[19] 杨光, 王丹丹, 李琴, 等.不同贮藏温度对雷竹笋品质的影响[J].食品与发酵工业, 2017, 43(5):233-239.YANG G, WANG D D, LI Q, et al.Different storage temperature on the quality of Phyllostachys praecox[J].Food and Fermentation Industries, 2017, 43(5):233-239.
[20] ARACHCHIGE M P M, MU T H, MA M M.Structural, physicochemical and emulsifying properties of sweet potato pectin treated by high hydrostatic pressure and/or pectinase:A comparative study[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 2020, 100(13):4911-4920.
[21] ANDO Y, HAGIWARA S, NABETANI H.Thermal inactivation kinetics of pectin methylesterase and the impact of thermal treatment on the texture, electrical impedance characteristics and cell wall structure of Japanese radish (Raphanus sativus L.)[J].Journal of Food Engineering, 2017, 199:9-18.
[22] RANGANATHAN K, SUBRAMANIAN V, SHANMUGAM N.Effect of thermal and nonthermal processing on textural quality of plant tissues[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2016, 56(16):2 665-2 694.
[23] YAO Y S, WEI X J, PANG H Y, et al.Effects of radio-frequency energy on peroxidase inactivation and physiochemical properties of stem lettuce and the underlying cell-morphology mechanism[J].Food Chemistry, 2020, 322:126753.
[24] 张甫生, 赵君, 陈芳, 等.高静压加工对黄桃罐头品质的影响[J].农业工程学报, 2011, 27(6):337-343.ZHANG F S, ZHAO J, CHEN F, et al.Effects of high hydrostatic pressure processing on quality of yellow peaches in pouch[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2011, 27(6):337-343.
[25] CHRISTIAENS S, VAN BUGGENHOUT S, KEN H B, et al.Process-structure-function relations of pectin in food[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2016, 56(6):1021-1042.
[26] 朱悦夫. 超高压处理对果蔬结构及品质的影响[D].广州:华南理工大学, 2017.ZHU Y F.The effect of high pressure processing on texture and quality of fruits and vegetables[D].Guangzhou:South China University of Technology, 2017.
[27] ZHANG C Y, HU C C, SUN Y N, et al.Blanching effects of radio frequency heating on enzyme inactivation, physiochemical properties of green peas (Pisum sativum L.) and the underlying mechanism in relation to cellular microstructure[J].Food Chemistry, 2021, 345:128756.
[28] SUN Y X, KANG X L, CHEN F, et al.Mechanisms of carrot texture alteration induced by pure effect of high pressure processing[J].Innovative Food Science &Emerging Technologies, 2019, 54:260-269.
[29] PAN H B, LI M, LIU T, et al.Multi-microscopy techniques combined with FT-IR spectroscopy reveals the histological and biochemical causes leading to fruit texture difference in oriental melon (Cucumis melo var.makuwa Makino)[J].Food Chemistry, 2023, 402:134229.
[30] PACIULLI M, RINALDI M, RODOLFI M, et al.Effects of high hydrostatic pressure on physico-chemical and structural properties of two pumpkin species[J].Food Chemistry, 2019, 274:281-290.
[31] PACIULLI M, MEDINA MEZA I G, RINALDI M, et al.Improved physicochemical and structural properties of blueberries by high hydrostatic pressure processing[J].Foods, 2019, 8(7):272.
[32] HERN
NDEZ-CARRI
N M, HERNANDO I, SOTELO-D
AZ I, et al.Use of image analysis to evaluate the effect of high hydrostatic pressure and pasteurization as preservation treatments on the microstructure of red sweet pepper[J].Innovative Food Science &Emerging Technologies, 2015, 27:69-78.
[33] RINALDI M, DHENGE R, RODOLFI M, et al.Understanding the impact of high-pressure treatment on physico-chemical, microstructural, and microbiological aspects of pumpkin cubes[J].Foods, 2023, 12(6):1280.
[34] AN N N, LV W Q, LI D, et al.Effects of hot-air microwave rolling blanching pretreatment on the drying of turmeric (Curcuma longa L.):Physiochemical properties and microstructure evaluation[J].Food Chemistry, 2023, 398:133925.
[35] 刘园, 肖广健, 陈飞, 等.热烫方式对桃微观结构、酶促褐变及相关品质的影响[J].食品工业科技, 2021, 42(20):183-190.LIU Y, XIAO G J, CHEN F, et al.Effects of blanching methods on microstructure, enzymatic browning and related quality of peach[J].Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(20):183-190.
[36] TREJO ARAYA X I, SMALE N, ZABARAS D, et al.Sensory perception and quality attributes of high pressure processed carrots in comparison to raw, sous-vide and cooked carrots[J].Innovative Food Science &Emerging Technologies, 2009, 10(4):420-433.
[37] LIU J N, BI J F, MCCLEMENTS D J, et al.Impacts of thermal and non-thermal processing on structure and functionality of pectin in fruit- and vegetable- based products:A review[J].Carbohydrate Polymers, 2020, 250:116890.
[38] SUN Y X, YAO J, ZHANG L, et al.New evidence on pectin-related instantaneous pressure softening mechanism of asparagus lettuce under high pressure processing[J].Food Science and Technology International=Ciencia y Tecnologia De Los Alimentos Internacional, 2019, 25(4):337-346.
[39] CHEN F, CHEN Y Y, WANG Y R, et al.High pressure processing improves the texture quality of fermented minced pepper by maintaining pectin characteristics during storage[J].Journal of Food Science, 2022, 87(6):2427-2439.
[40] PICOT-ALLAIN M C N, RAMASAWMY B, EMMAMBUX M N.Extraction, characterisation, and application of pectin from tropical and sub-tropical fruits:A review[J].Food Reviews International, 2022, 38(3):282-312.
[41] QIN Z, LIU H M, LV T T, et al.Structure, rheological, thermal and antioxidant properties of cell wall polysaccharides from Chinese quince fruits[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2020, 147:1146-1155.
[42] 李泽林, 方敏瑞, 沈晋如, 等.超声辅助山荆子果胶提取工艺优化及其结构特性分析[J].中国食品添加剂, 2022, 33(7):182-189.LI Z L, FANG M R, SHEN J R, et al.Optimization of ultrasound-assisted extraction of pectin from Malus rockii Rehad.and its structural characteristics[J].China Food Additives, 2022, 33(7):182-189.