烫漂是果蔬加工过程的关键步骤之一,其通过一定强度的热处理以钝化多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)[1] 等酶的活性,从而抑制酶诱导的褐变[2]。 然而烫漂会在一定程度上破坏苹果粒结构完整性,使得苹果粒质构特性降低、营养成分损失,从而导致水果加工与营养品质降低。
物理技术如蒸汽烫漂、微波烫漂或超声辅助烫漂等可通过降低温度或缩短时间减少烫漂对果蔬品质的不利影响,但仍存在诸多不足。 蒸汽烫漂可能导致食品表面过度干燥,影响产品的外观和口感,需要精确控制蒸汽的温度和湿度[3];微波和超声处理使用成本较高。 外源物质添加是改善果蔬热加工品质的主要手段之一,如柠檬酸或抗坏血酸等通过抑制PPO 活性以控制褐变[4-5];另外,在烫漂液中添加糖和糖醇,可以提高细胞的渗透压,减少细胞壁的破坏,从而减少营养物质的流失[6];但是添加过多的糖和糖醇可能会增加产品的甜度,改变其原有的风味且不适宜特定人群食用[7]。 钙盐中的钙离子可与果胶半乳糖醛酸中的自由羧基交联形成稳定的螯合物可溶性果胶(chelate soluble pectin,CSP)[8],以增强细胞壁结构稳定性,从而维持果蔬质地,减少营养物质流失。 然而,过量添加钙盐不仅会导致产品质地因过度交联而硬度过高,还可能引入明显的苦涩或金属味等不良风味,严重影响最终产品的感官品质与接受度[9]。 因此,优化钙盐种类与质量浓度对实现苹果粒质构特性与感官品质间平衡至关重要。
本研究以苹果粒为研究对象,探究了烫漂时间、钙离子种类及质量浓度、浸渍时间对苹果粒硬度及色泽的影响,确定了最佳处理工艺。 并通过探究钙离子对内源酶[PPO、过氧化氢酶(catalase, CAT)]活性、果胶含量及果胶结构的调控规律,初步揭示苹果粒热加工品质改善机制。 研究结果可为改善水果产品热加工品质提供理论依据。
1 材料与试剂
1.1 材料与试剂
选用成熟期相近且果实颜色及规格相近的新疆阿克苏冰糖心苹果,新疆阿拉尔市六团;白砂糖、食盐、柠檬酸、抗坏血酸钙(均为食品级),河南中辰生物科技有限公司;丙酮、乙醇、浓硫酸(均为分析纯),国药集团化学试剂有限公司;Solarbio BC0205 过氧化氢酶试剂盒,北京索莱宝科技有限公司;A136-1-1 多酚氧化酶试剂盒, 南京建成生物工程研究所;BR5000599 螯合物可溶性果胶含量测定试剂盒,杭州邦易化工有限公司。
1.2 仪器与设备
TA-XT2i 质构分析仪,英国Stable Micro Systems公司;HimacCR22 N 高速冷冻离心机,天美仪拓实验室设备有限公司;ZBR-E811 数显恒温水浴锅,常州智博瑞仪器制造有限公司;ctyw2006 切丁器,义乌市玛瑞家居用品有限公司;DZ-30 恒温干燥箱,国光电控设备厂;DZ400 真空包装机,温州卓腾包装机械有限公司;703081 手持式折光仪,浙江陆恒环境科技有限公司;NR60CP + 3nh 精密色差仪,深圳市三恩时科技有限公司;UV-6100S 紫外分光光度计,上海美谱达仪器有限公司;Spark 20M 酶标仪,Nicolet6700 傅里叶变换红外光谱仪,美国Thermo 公司;Empyrean X 射线衍射仪,Malvern Panalytical;Gemini 500 扫描电子显微镜,德国ZEISS 公司。
1.3 实验方法
1.3.1 样品制备
为排除原材料批次差异对实验结果的干扰,本实验采用完全随机化设计,即将每个独立批次获得的材料随机分配至各处理组,确保批次差异均匀分布于所有比较组中,从而在统计分析中将其作为随机误差予以考量。 选取相同规格的苹果去皮后用切丁器切成尺寸为10 mm × 5 mm × 5 mm 的苹果粒,清水漂洗1 ～2 min,漂洗后沥干水分,置于已预热到98 ～100 ℃的烫漂液中处理,烫漂液由1.5 g/L柠檬酸、2. 0 g/L 食盐、100 g/L 白砂糖组成,pH 值为2.3。 (烫漂液中蔗糖可稳定CAT 活性;低质量浓度氯化钠通过离子屏蔽与渗透调节,有助于维持蛋白质构象并减少水煮损失[10];柠檬酸则通过调节pH 与螯合金属离子协同抑制氧化褐变[11],其具体质量浓度由预实验确定)。 热处理完成后的苹果粒放入浸渍液中[料液比1∶2(g∶L)],浸渍液由500 g/L白砂糖及乳酸钙(calcium lactate,CL)、抗坏血酸钙(calcium ascorbate,CA)或葡萄糖酸钙(calcium gluconate,CG)组成,常温浸渍一定时间,浸渍完成后将苹果粒装入真空包装袋中抽气包装,后置于85 ℃水浴中灭菌30 min,冷却后用于以下指标测定。 经相同热处理后仅用蒸馏水浸渍处理的苹果粒作为空白组。
1.3.2 单因素试验
a)烫漂时间确定：烫漂液为柠檬酸添加量1.5 g/L、食盐添加量2 g/L、白砂糖添加量100 g/L。 研究热处理时间为0、3、5、7、9 min 时对苹果粒硬度及色泽的影响。 烫漂结束即密封灭菌,无钙浸渍。
b)钙离子种类的确定：在烫漂处理时间3 min、浸渍液含500 g/L 白砂糖的情况下,研究无钙(Cn),10 g/L CL、CA、CG 对苹果粒硬度及色泽的影响。
c)钙离子质量浓度的确定：在烫漂处理时间3 min、浸渍液含500 g/L 白砂糖及钙离子种类为CA的情况下,研究0、5、7、9、10 g/L CA 对苹果粒硬度及色泽的影响。
d)浸渍时间的确定：在烫漂处理时间3 min、浸渍液含500 g/L 白砂糖及10 g/L CA 的情况下,研究浸渍时间为0、1、3、5、7 h 对苹果粒硬度及色泽的影响。
1.3.3 硬度测定
利用质构仪对苹果粒进行TPA 实验。 测试探头：P/36R,测试前速率2.00 mm/s,测试速率2.00 mm/s,测试后速率5.00 mm/s,形变量50%,间隔时间3 s,每个样品做3 次平行实验,结果取平均值。
1.3.4 色泽测定
将色差仪放置在平稳的桌面上,开机预热10 min;用仪器配套的标准白板校准,校准成功后测量试样。将待测样品置于白纸上,仪器测量口径垂直平稳地完全覆盖在试样的待测区域上,确保贴合良好无漏光,记录试样的颜色值,每个样品做6 次平行实验,结果取平均值。 ΔE 计算如公式(1)所示：
式中：L*,亮度;a*,红绿度;b*,黄蓝度。 ΔL*、Δa*、Δb*,实验组与空白组L*、a*、b*的差值。
1.3.5 苹果粒工艺优化后品质评价
1.3.5.1 总糖
采用苯酚-硫酸法,配制质量浓度为0、10、20、30、40、50 μg/mL 的葡萄糖标准溶液,往标准管中分别加入50 g/L 苯酚溶液0.8 mL,在20 s 内迅速加入浓硫酸5 mL,摇匀(逐管操作)放置10 min 后,放入25 ℃水浴锅保温10 min;于490 nm 处比色,以零管做参比,测定吸光度,以糖含量为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。 取1 g 工艺优化后苹果粒样品匀浆加纯水定容至1 L,取2 mL 样液至25 mL 刻度试管中,加入50 g/L 苯酚溶液0.8 mL,在20 s 内迅速加入浓硫酸5 mL,摇匀放置10 min 后,放入25 ℃水浴锅保温10 min;于490 nm 处比色,测定吸光度。 根据公式及标准曲线,测定总糖含量。 重复测量3 次,结果取平均值。 计算如公式(2)所示：
式中：c,糖质量浓度,μg/mL;f,稀释倍数。
1.3.5.2 总酸度
取工艺优化后的苹果粒组织1 g,匀浆用纯水配制成1 g/L 样品,75 ～85 ℃水浴加热30 min,冷却备用。 取50 mL 样液于250 mL 锥形瓶中,加入酚酞指示剂3 滴,用0.05 mol/L NaOH 标准溶液滴定至微红色且在30 s 内不褪色,记录消耗的NaOH 标准溶液的体积。 重复测量3 次,结果取平均值。 计算如公式(3)所示：
式中：X,每100 mL 样品中酸的含量,g/100 mL;c,NaOH 标准溶液的物质的量浓度,mol/L;V1,NaOH 的用量,mL;V2,空白实验时NaOH 溶液的用量,mL;m,样品的体积,mL;F,样品的稀释倍数;K,换算为主要酸的系数。
1.3.5.3 糖酸比
总糖含量与总酸度的比值。
1.3.5.4 可溶性固形物(total soluble solids, TSS)
称取3 g 左右优化后的苹果粒固体,匀浆;匀浆后的样品置于1.5 mL 尖嘴离心管中,4 000 r/min、20 ℃离心10 min,取上清液待用。 手持式折光仪用纯水调零,取待测样品1 ～2 滴,重复测量3 次,结果取平均值。
1.3.6 影响热处理品质机制初步探究
1.3.6.1 PPO
取0.2 g 苹果粒固体样品,按试剂盒方法提取组织样本粗酶液,用分光光度计在420 nm 波长处测定吸光度,根据试剂盒提供的计算公式计算样品中的PPO 活性(U/g)。 重复测量3 次,结果取平均值。
1.3.6.2 CAT
取0.1 g 苹果粒固体样品,按试剂盒方法制备组织样本,用酶标仪在240 nm 波长处测定吸光度,根据试剂盒提供的计算公式计算样品中的CAT 活性(U/g)。 重复测量3 次,结果取平均值。
1.3.6.3 果胶含量
取0.3 g 苹果粒固体样品,按试剂盒提供的方法提取CSP,采用咔唑比色法测定果胶含量,用分光光度计在530 nm 波长处测定吸光度,根据试剂盒提供的计算公式计算样品中的CSP 含量(mg/g)。 重复测量3 次,结果取平均值。
1.3.6.4 果胶结构
参考Muhidinov 等[12]的方法并稍加修改,将样品置于冷冻干燥机中干燥48 h 后研磨成粉末,样品采用ATR 模式在傅里叶红外光谱仪内进行扫描。 样品记录在400 ～4 000 cm-1使用128 次扫描,距离2 cm-1光谱分辨率。 压力控制装置确保样品和粉末之间的良好接触。
1.3.6.5 纤维素结构
样品置于冷冻干燥机中干燥48 h 后研磨成粉末,采用X 衍射射线光谱仪进行扫描。 样品记录在衍射角2θ 为5° ～60°,扫描电压40 kV,电流40 mA。纤维结晶度(Crl)计算如公式(4)所示：
式中：I200,2θ =22.5°峰强度;Iam,2θ =18°峰强度。
1.3.6.6 微观结构
样品冷冻干燥48 h 后研磨成粉末,用双面导电胶固定在样品台上,溅射镀膜仪喷金2 ～3 min,测试电压5 kV,置于SEM 观察台上,在放大倍数为500、1 000下进行观察。
1.4 数据处理
采用Microsoft Excel 2021 软件对数据进行处理,SPSS 25.0 软件进行差异显著性分析。 用OriginPro25绘图。
2 结果与分析
2.1 烫漂时间、钙盐种类及质量浓度、浸渍时间对苹果粒硬度、色泽的影响
质构特性是评价热处理水果食用品质的主要指标之一。 加热过程通过降解果胶分子破坏细胞壁结构,从而使水果质地软化。 因此,改善水果热加工质地稳定性对于维持其口感极为重要。 由图1-a 可知,与未烫漂组相比,98 ℃烫漂处理苹果粒硬度显著降低,色泽显著改善,但不同烫漂处理组间色泽(表1)无明显差异。 因此,综合考虑经济成本,确定98 ℃烫漂3 min 为烫漂处理条件。 细胞壁结构和组分改变是导致果实软化的内在因素[13],钙盐如氯化钙中的钙离子可与果胶酸交联[14],增加细胞壁的稳定性,从而降低果蔬软化程度。 鉴于有机钙与无机钙相比具有更高的生物利用度,研究了CL、CA、CG 不同种类有机钙对苹果粒硬度与色泽的影响,结果如图1-b 所示。 CA 组、CL 组及CG 组处理的苹果粒硬度显著高于Cn 组,分别提高了63.4%、19.8%、24.1%,其中CA 组硬度最高为9.8 N。 钙种类对苹果粒硬度改善效果差异可能与钙盐的溶解度和电离能力有关[15]。CA 的溶解度大于CL 与CG,因而CA 电离出的钙离子含量多,可与更多的果胶结合,从而CA 浸渍的苹果粒硬度最高。
表1 加工条件对苹果粒色泽的影响
Table 1 Effects of processing conditions on color of apple kernels
组别L*a*b*ΔE烫漂0 min 79.31 ±2.23a5.13 ±1.17a10.33 ±4.02b/烫漂3 min 79.06 ±0.62a2.32 ±0.17b18.28 ±1.66a8.44烫漂5 min 80.24 ±0.67a1.97 ±0.32b 12.79 ±1.86ab 4.11烫漂7 min 78.23 ±0.60a2.82 ±0.19b 17.29 ±0.78ab 7.41烫漂9 min 79.65 ±0.76a2.03 ±0.27b 13.21 ±1.67ab 4.24 Cn80.21 ±0.57a2.46 ±0.21b8.48 ±1.24b/CL77.60 ±0.68b3.68 ±0.39b12.30 ±1.25b4.78 CA77.87 ±0.94b5.28 ±0.57a25.25 ±2.65a 17.16 CG78.04 ±0.59b2.71 ±0.46b12.49 ±1.58b4.56 0 g/L CA 81.67 ±0.40ab 2.78 ±0.06a6.00 ±0.88d/5 g/L CA 82.15 ±0.35ab 2.43 ±0.27a12.51 ±1.40c6.54 7 g/L CA82.83 ±1.23a2.79 ±0.33a 13.58 ±1.57bc 7.66 9 g/L CA80.37 ±0.84b2.83 ±0.33a 19.59 ±1.85ab 11.66 10 g/L CA 80.22 ±0.57b2.94 ±0.33a18.42 ±1.33a 12.50浸渍0 h77.63 ±0.95c0.56 ±0.09a11.23 ±1.27b/浸渍1 h80.94 ±0.47b 0.41 ±0.14ab 16.61 ±1.22a6.32浸渍3 h81.67 ±0.31b 0.26 ±0.10ab 14.45 ±0.89ab 5.17浸渍5 h82.40 ±0.38ab 0.10 ±0.12b15.87 ±1.65a6.67浸渍7 h83.84 ±0.48a0.20 ±0.05b11.11 ±1.79b6.23
注：不同小写字母表示不同处理组内同一指标有显著性差异(P ＜0.05)。
图1 烫漂时间、钙种类及质量浓度、浸渍时间对苹果粒硬度的影响
Fig.1 Effects of blanching time, calcium type and mass concentration, and soaking time on hardness of apple kernels
注：不同小写字母表示不同处理组间有显著性差异(P ＜0.05)(下同)。
在确定CA 为合适钙盐质构改良剂基础上,进一步研究了CA 添加量对苹果粒硬度的影响。 如图1-c所示,5 ～10 g/L CA 组的硬度显著高于Cn 组(5.5 N),其中10 g/L 组的硬度相较于Cn 组提高了74.7%,且显著高于5 ～9 g/L 组硬度,与Lara 等[16]研究结果一致。 结合色泽(表1),CA 的a*、b*值显著高于CL、Cn、CG 三组;而在不同CA 质量浓度处理中,10 g/L CA 组L*、a*值与9、5、0 g/L CA 组均无显著差异,b*值显著高于7、5、0 g/L CA 组别,ΔE 值均大于3,说明各实验处理组与无钙(Cn) 组色差明显。 Xu等[17]研究表明,CA 中游离的抗坏血酸可以抑制酶促褐变,故CA 的加入不仅能维持苹果粒的口感还能改善色泽,赋予苹果粒良好的感官品质。 另外,CA 质量浓度越高,苹果粒的b*值有显著差异,这与抗坏血酸及其盐的还原性有关,抗坏血酸及其盐通过还原醌类中间体并降低体系氧化还原电位,阻断了棕色聚合物的生成[11]。 在此基础上,进一步研究了浸渍时间对苹果粒硬度的影响。 如图1-d 所示,随着浸渍时间增加,浸渍处理组苹果粒的硬度均显著高于浸渍0 h组硬度(5.8 N),其中浸渍1 h 组的硬度(9.6 N)相较于浸渍0 h 组提高了65.8%,但与浸渍3、5、7 h 组硬度无显著差异。 结合色泽表现(表1)分析,浸渍0 h组的L*值显著低于浸渍1 ～7 h 各处理组(P ＜0.05);浸渍1 h 组与浸渍3 ～7 h 组在L*值上无显著差异,a*值在1 ～7 h 组整个区间内均保持稳定。 仅就b*值而言,浸渍1 h 组显著高于浸渍7 h 组(P ＜0.05),而在3 ～5 h 组无显著差异。 因此,确定苹果粒浸渍1 h 为最佳浸渍条件。 综上所述,确定苹果粒最佳的加工条件为98 ℃烫漂3 min,10 g/L CA 常温浸渍1 h。
2.2 苹果粒品质评价
在确定苹果粒最佳工艺条件基础上,进一步探究了其加工品质,结果如图2-a ～图2-d 所示。 相较于空白组,经优化处理的苹果粒总糖含量、糖酸比值、TSS 含量分别提高了4.5 倍、5 倍、5 倍,而总酸含量与空白组无显著差异(P ＞0.05)。 这说明优化工艺后的苹果粒能提高总糖含量、糖酸比和TSS 含量,明显提升苹果粒加工品质。
图2 苹果粒品质评价：总糖、总酸度、糖酸比、TSS
Fig.2 Apple kernels quality evaluation：total sugar, total acidity, sugar-acid ratio, TSS
注：*表示空白组与处理组有显著性差异(P ＜0.05)。
2.3 影响热加工品质机制初步探索
2.3.1 烫漂时间对PPO、CAT 活性的影响
PPO 会引起果蔬的酶促褐变,影响色泽;CAT 可以通过清除过氧化氢,维持细胞内的氧化还原平衡,防止发生氧化还原反应,从而抑制褐变的发生。 因此,PPO 和CAT 活性变化可揭示烫漂影响苹果粒色泽的作用机制。 由图3-a 所示,随着烫漂时间延长,PPO 活性不同程度降低(82.5% ～92.5%),烫漂3 min的PPO 活性为2.6 U/g,相较于未烫漂组,PPO 活性下降88. 1%。 烫漂处理会降低CAT 活性[18](图3-b),其中烫漂3 min 组CAT 活性与未烫漂组无显著差异,但进一步延长烫漂时间(5 ～9 min)CAT 活性显著降低(P ＜0.05)。 结果表明,烫漂3 min 组在降低PPO 活性的同时,仍能保持一定CAT 活性,从而可维持氧化还原平衡以抑制酶促褐变,这与Lou 等[18]研究结果一致。 在烫漂液中加入的蔗糖或盐能提高去折叠活化能和形成稳定氢键网络,从而加固了CAT的天然构象稳定[10],但延长烫漂时间会破坏CAT 结构稳定性[19],导致其活性降低。
图3 烫漂时间对苹果粒PPO、CAT 活性的影响
Fig.3 Effects of blanching time on activities of PPO and CAT in apple kernels
2.3.2 钙种类、质量浓度及浸渍时间对苹果粒果胶含量的影响
CSP 是由低甲氧基果胶组成,并且能用螯合剂如咪唑试剂溶解的离子结合在细胞间层上的果胶[20],能够与钙盐形成“钙桥”,有助于维持苹果粒热稳定性[21]。 钙盐种类、质量浓度及浸渍时间对苹果粒CSP 含量影响如图4-a ～图4-c 所示。 结果表明,钙种类、质量浓度和浸渍时间可显著影响CSP 含量。其中,CA 处理的CSP 含量显著高于Cn、CL 及CG 组(P ＜0.05),而CL、CG 组与Cn 组的CSP 含量无显著差异。 CA 电离出的钙离子含量高于CL 及CG 组,因而CA 处理可诱导更多CSP 的形成,使其热稳定性增强。 随着CA 质量浓度增加,CSP 含量也随之增加。相较于Cn 组,5、7、9、10 g/L 组CSP 含量分别提升了43%、81%、130%、150%。 钙离子质量浓度的增加使得与低甲氧基果胶形成的“钙桥”数量增加[21]。 本研究观察到,CSP 含量随浸渍时间的变化并非线性,这揭示了钙离子与果胶的结合是一个复杂动态过程。 这与许欢等[22]研究结果较为一致。 在浸渍初期,钙离子与低甲氧基果胶快速交联形成“蛋箱”结构,促进CSP 生成。 然而,随着时间延长,可能由于过度交联导致网络过于致密,阻碍了CSP 的溶出。 5 h 时CSP 的下降,可能与果胶-钙网络经历“交联度松弛”与重组阶段有关[22];至7 h,网络可能达到新的动态平衡,这表明存在一个最佳的交联时间窗口。
图4 钙种类、质量浓度及浸渍时间对苹果粒CSP 的影响
Fig.4 Effects of calcium type, mass concentration, and soaking time on apple kernels’ CSP
2.3.3 钙种类、质量浓度对苹果粒果胶结构的影响
傅里叶红外光谱可通过吸收带强度或位置变化来确定分子间相互作用。 由图5-a 所示,Cn、CL、CA、CG 组在3 277 cm-1 处均有一个较宽的特征峰,这是由O—H 伸缩振动引起的,2 938 cm-1 处的峰是CH2基团中的C—H 拉伸振动[23],可归因于果胶半乳糖醛酸中的甲酯基团的存在[24];1 734、1 641 cm-1 的吸收峰分别对应甲酯化羧基的C==O 和羧酸根离子反对称C==O 伸缩振动[25],即属于果胶组分中的酯化羧基和游离羧基,经过CL、CA、CG 组处理后1 734 cm-1 的吸收峰强度减弱,CL、CG 组1 641 cm-1 的吸收峰消失、CA 组1 641 cm-1的吸收峰强度减弱,说明酯化羧基和游离羧基含量减少,可能是游离羧基与钙离子结合;1 500 cm-1以下的峰是C—O 伸缩、C—C 伸缩等多种振动耦合区,被视为果胶的“指纹”区域,1 423 cm-1处存在羧基的对称伸缩振动[26],1 039 cm-1 附近的峰对应果胶中连接2 个半乳糖醛酸的糖苷键。 如图5-b所示,相较于Cn 组,5、7、9、10 g/L CA 处理组样品1 735 cm-1处的甲酯化羧基峰消失,1 645 cm-1 处游离羧基C==O 峰减弱,是CA 影响样品原有结构的直接证据,说明CA 的钙离子利用热烫创造的条件,进入组织的钙离子能够更充分地与细胞壁中的果胶分子形成CSP,形成致密、稳定的“蛋箱”结构。 图5-a中1 734 cm-1处吸收峰面积低于1 641 cm-1处,说明苹果粒中的果胶为低甲氧基果胶,而低甲氧基果胶中非甲酯化的半乳糖醛酸上的自由羧基能与钙离子结合形成“蛋箱”结构,这种结构不仅直接增强了细胞壁的机械强度,还显著降低了热诱导的果胶解聚与溶解,从而提高了苹果粒的热稳定性[27]。
图5 钙种类、质量浓度对苹果粒FTIR 的影响
Fig.5 Effects of calcium type and mass concentration on FTIR of apple kernels
2.3.4 钙种类、质量浓度对苹果粒纤维素多糖结构的影响
X 射线衍射可以检测纤维素多糖的结晶类型和结晶指数,晶体状态在图谱上表现为尖锐的窄衍射峰,而非晶体状态则表现为宽峰[26]。 纤维素能以不同的晶型存在,最常见的是纤维素I 和纤维素Ⅱ,纤维素I 是天然纤维素的晶型,在2θ =22.6° 处有一个特征峰,而纤维素Ⅱ通常通过碱处理或再生过程获得且图谱不同[28],而纤维素的结晶强度越强说明细胞壁的热稳定性越强。 如图6-a、图6-b 所示,钙种类及质量浓度浸渍处理下样品的强度和峰型均存在差异。经CL 处理后,其XRD 结果与Cn 组一致为宽峰,说明样品内的纤维素多糖为无定形非晶态结构;CA 与CG处理组有尖锐的衍射峰,说明其具有一定结晶度,为半晶态结构。 同时,所有样品在2θ =22.5° 的峰较为明显,说明样品具有一定结晶度且存在纤维素I 晶型。而CA 与CG 组在19.2°、25.2° 明显的峰可能归因于分子结构的差异,包括单糖组成、糖苷键连接、分子质量等[29]。 另外CA 处理的结晶度为14.6%,大于CG 组处理的结晶度(10.3%)及Cn 组结晶度(3.8%)。 10 g/L CA 处理组呈现尖锐的衍射峰,明显区别于低质量浓度CA 组(0 ～9 g/L)的宽峰,表明低质量浓度CA 条件下纤维素多糖主要为非晶态结构,而10 g/L CA 处理显著提高了纤维素的结晶度。 该变化可归因于钙离子与果胶分子中游离羧基形成的稳定“蛋箱”交联结构[27]。 该果胶网络作为细胞壁中的强化基质,能够固定并约束纤维素微纤丝的空间分布,抑制其在热或水分作用下的无序移动与松弛,从而使微纤丝排列更为紧密有序[30]。 这种排列有序性的提升增强了纤维素分子链间的范德华力与氢键作用,在XRD 图谱中直接表现为结晶度指数的升高。 因此,10 g/L CA处理不仅通过离子交联稳定了果胶组分,也通过调控纤维素超分子组装状态,共同增强了细胞壁的宏观刚性、热稳定性及其对硬度的维持能力。
图6 钙种类、浓度对苹果粒XRD 的影响
Fig.6 Effects of calcium type and mass concentration on XRD of apple kernels
2.3.5 微观结构
工艺优化前后苹果粒微观结构有较大差异,SEM放大倍数为500、1 000 倍结果如图7 所示。 空白组苹果粒微观结构呈现片状、层状堆叠的结构,具有明显的孔隙和间隙,比表面积大,结构更为破碎,表面粗糙且存在一些褶皱和起伏,片层边缘有轻微卷曲[31]。这可能是因为烫漂热处理使得苹果果胶组分的降解。处理组苹果粒微观结构呈现大面积的片状结构,表面平滑且具有平行条纹纹理,结构紧密,表明钙盐处理能有效抑制热处理过程中水分迁移与结构塌陷,最终提升了苹果粒的热稳定性。
图7 空白组和处理组的微观结构
Fig.7 Microstructure of blank and processing groups
3 结论
本研究以苹果粒为研究对象,系统揭示了热烫与钙盐浸渍协同调控苹果粒热加工品质的作用机制,并确立了最适加工工艺。 结果表明,98 ℃烫漂3 min 可显著钝化PPO,而较大程度保持了CAT 活性。 10 g/L CA 常温浸渍1 h 硬度相对于Cn 组提升63.7%,显著高于其他钙处理组,这主要是由于CA 处理促进了离子交联果胶网络的形成,并提高了细胞壁纤维素的结晶度,从而增强了细胞壁的热稳定性与微观结构。 基于上述机制,最终构建的“热烫-钙渍”协同工艺使苹果粒色泽与质构品质显著改善。 相较于空白组,经工艺优化的苹果粒硬度、总糖含量、糖酸比及可溶性固形物含量分别提升4 倍、4.5 倍、5 倍、5 倍,而总酸含量无显著变化。 本研究结果可为开发色泽与质地兼顾的果蔬热加工产品提供参考。
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