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第21卷 第5期 2005年5月 农 业 工 程 学 报 T ransactions of the CSA E Vol . 21 No. 5 M ay 2005 速冻青花菜预处理工艺研究 何国庆,刘 翔,单晓敏 (浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310029) 摘 要:用响应面方法研究青花菜的不同烫漂温度和时间对青花菜品质的影响。试验中比较了在不同浓度CaCl2处理后, 速冻青花菜叶绿素含量和解冻后质构的变化,对现有的预处理生产工艺进行优化。中心组合优化后得出的速冻青花菜最佳 预处理工艺为:烫漂温度96、 烫漂时间2m in、CaCl2浓度0. 8%。 优化前后数值比较:青花菜蕾质构强度提高26. 9%;茎质 构强度提高16. 8%;叶绿素含量提高26. 5%;过氧化物酶酶活降低到生产需要;维生素C、 蛋白质和水分没有显著的变化。 关键词:青花菜;速冻;预处理;过氧化物酶 中图分类号: TS205. 7 文献标识码: A 文章编号: 100226819(2005)0520155204 何国庆,刘 翔,单晓敏.速冻青花菜预处理工艺研究J .农业工程学报, 2005, 21(5): 155- 158. He Guoqing, L iu Xiang, Shan Xiaom in.Pretreatment process of quick2freezing broccoliJ .T ransactions of the CSA E, 2005, 21(5): 155- 158. (in Chinese w ith English abstract) 收稿日期: 2004206202 修订日期: 2004212202 基金项目:国家 “十五” 重大科技攻关项目(2001BA 501A 22) 作者简介:何国庆(1957- ),浙江金华人,副院长,教授,博士生导 师,主要从事食品科学研究。杭州 浙江大学生物系统工程与食品 科学学院, 310029 0 引 言 速冻蔬菜是一种新颖食品,早在20世纪70年代就 在西方发达国家流行,其生产方法是采用低温的快速冻 结,特别是单体结冻(I Q F ), 不但能最大程度地保持蔬 菜原有的营养成分、 色泽、 风味,而且方便、 卫生。30年 来发展速度很快,在发达国家均十分盛行,我国在大中 城市、 北方地区特别是高档宾馆内也开始普遍食用,市 场需求量很大。 青花菜(Broccoli)又称嫩茎花椰菜,是深受人们喜 爱的特种蔬菜之一,属于易腐食品, 30条件下存放 24 h,花蕾即开放,颜色发黄,基本失去商业价值1。要 维持青花菜的周年持久供应,速冻保藏是一种有效途 径。 速冻青花菜的品质取决于原料、 加工处理、 包装3个 环节。 国内外很多学者对青花菜的贮藏保鲜技术进行了 深入研究,已经使新鲜青花菜的保鲜期达到40多天,但 是要周年供应,还是需要速冻加工保鲜技术1,但在青 花菜速冻处理过程中,如果预处理方法不当,不但浪费 能源,还可能影响产品的质量,解冻后质地软烂、 颜色发 黄,影响口感。 在其它蔬菜的加工中,国内外采用的护绿 和保脆的综合措施有N aHSO2浸泡法2,结合CaCl2、 ZnCl2浸泡法 3等。用 0. 5% N aHSO2处理蔬菜时,产品 中会残留对人体有害的二氧化硫4。 目前针对青花菜的 研究主要是品种栽培和采后预冷,对速冻青花菜预处理 加工工艺研究报道很少。 刘升1研究了单因素烫漂条件 对青花菜品质的影响。 在用响应面方法对烫漂温度和烫 漂时间进行优化方面还没有查阅到相关报导。 本研究应用响应面的方法,通过中心优化组合设 计,选择速冻果蔬产品保藏中最敏感的因素过氧化 物酶酶活性为优化因子,比较不同烫漂条件下速冻青花 菜中过氧化物酶酶活的变化,建立了烫漂时间、 烫漂温 度与过氧化物酶酶活的数学回归模型。结合不同浓度 CaCl2溶液对青花菜质构、 叶绿素的影响,在保证速冻青 花菜品质的基础上,获得实验的最佳预处理条件,为速 冻果蔬产品的预处理研究提供了新的研究思路。 并比较 了优化出的烫漂工艺与原始烫漂工艺(浙江中大新迪国 际食品有限公司)对青花菜蛋白质含量、 维生素C和水 份的影响情况。 1 材料和方法 1. 1 原料 新鲜青花菜(绿黛,中大食品厂原料基地提供 ), 切 割成朵,选取花蕾半径在3. 54. 0 cm、 茎半径0. 5 1. 0 cm的青花菜作试验材料。 1. 2 主要仪器设备 6RMA急冻机(Frigoscandia公司)、t2xt2i数码质 构仪(Textpress公司)、hw s12数显恒温水浴(上海迪博 实验仪器设备制造厂)、w fz2uv2102pc紫外可见分光光 度计(unico尤尼柯公司)、LXT2II B离心机(Sonet公 司)、GR I NDER2M IXER粉碎机(河北南皮机械制造有 限公司)。 1. 3 处理方法 1. 3. 1 烫漂处理 取新鲜切割好、 经过清洗的青花菜20 g,按照优化 试验组合设计烫漂时间 (0. 5 2. 5 m in)和温度 (80 100)不同,在水浴中进行烫漂,然后蒸馏水中冷却。 1. 3. 2 CaCl2护色保脆处理 按1. 3. 1方法确定的适宜烫漂温度和时间,随即抽 取经烫漂处理后青花菜样品若干,分别在浓度为0. 4%、 0. 6%、0. 8%、1. 0%、1. 2%的CaCl2溶液中浸泡5m in, 取出沥干水分,速冻,冻藏5。 1. 4 冻结、 冻藏条件 平板冻结,在6RMA急冻机内进行,结冻温度 551 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. - 40,鼓风强制空气对流,冻结时间30 m in,冻藏温 度- 18。 1. 5 检测方法 1. 5. 1 最大抗压强度测定 冻结后青花菜在- 18温度下保藏一周,然后在 4条件下解冻。然后用质构仪测定青花菜茎和花蕾部 分的最大抗压强度。试验重复9组,舍弃测定数值最大 和最小值各一,取平均值(下同)。 1. 5. 2 叶绿素含量测定 选取待测样品青花菜花苞0. 5 g,用80%丙酮溶液 抽提,定容到10mL ,测652 nm处吸光度,根据公式(1) 计算样品叶绿素总量6。 Ct=D6521000?34. 5(1) 式中 Ct 样品总叶绿素含量,m g?L;D652 样 品丙酮抽提液在652 nm处的吸光值。 1. 5. 3 过氧化物酶活含量测定 样品用GR I NDER2M IXER粉碎机粉碎,取粉碎过 的青花菜1 g,加pH6. 0磷酸缓冲液提取2次,定容到 10mL。 取1mL酶液3000 r? m in离心10m in,备用。 取 1. 5% (W? V)愈创木酚溶液(溶剂为50%乙醇 ) 1 mL 、 0. 5% (W? V)过氧化物溶液0. 75 mL ,移入2. 5 mL比 色皿, 30水浴3m in后做反应底物,再加0. 5mL备用 酶液,于470 nm处测初始1 m in内吸光值变化 A,吸 光值增加0. 001定义为一个酶活单位(u?g ), 重复3次 取平均值5。 1. 5. 4 蛋白质含量测定 考马斯亮蓝G2250法测定。取烫漂过的样品用 GR I NDER2M IXER粉碎机粉碎,取粉碎过的青花菜 1 g,加5 mL磷酸缓冲液(pH 7. 0),在冰浴中碾匀,再 在4000 r?m in离心10 m in,将上清液倒入10 mL容量 瓶。再向渣中加入2 mL磷酸缓冲液,悬浮, 4000 r?m in 离心10m in,合并上清液,定容到刻度。取具塞试管,加 入1 mL样品提取液和5 mL考马斯亮蓝G2250试剂, 常温放置3 m in,在595 nm下比色 (1 h 内完成比色反 应) 5。 1. 5. 5 维生素C含量测定 取烫漂过的样品用GR I NDER2M IXER粉碎机粉 碎,取粉碎过的青花菜2. 5 g,加5 mL 2%草酸溶液提 取,定容到25 mL ,取10 mL , 3000 r?m离心10 m in,取 滤液5 mL ,用标定的2, 62二氯酚靛酚溶液滴定呈粉红 色,并在15 s内不褪色为终点,记下染料的用量(重复3 次,取平均值)。滴定过程不超过2 m in 6。 1. 5. 6 水分含量测定 干燥法测定水分含量 (105 烘干至恒重) 6。 1. 6 数据处理 用统计分析软件SA S?Statistic V ersion6. 12对试 验数据进行分析。用学生检验(t2test)检验回归系数的 显著性。多项式模型方程拟合的性质由确定系数R 2 描 述,用F2test检验其统计学上的显著性。 2 结果和讨论 2. 1 不同烫漂时间和烫漂温度对青花菜品质的影响 选取因素X1(烫漂温度,)和X2(烫漂时间,m in) 作为优化因子,经过中心优化组合设计,考虑到酶活在 速冻青花菜保藏中的重要性,取酶活作为主要考察指 标。根据两因子对Y1(处理样品酶活)影响进行中心组 合试验设计,X1(烫漂温度,)的中心水平为90,X2 (烫漂时间,m in)的中心水平为1. 5m in,其试验设计和 结果见表1。 表1 烫漂温度和时间对处理样品酶活的 中心优化组合设计及其结果 Table 1 Experi mental design and results of two full factorial central composite designs of blanching temperature and treatment ti me on peroxidase activity of sample 处理X1x1? X2x2?m inY1?ug- 1 1110012. 514 2-180-10. 53010 309001. 593 409001. 534 5090+ 1. 4142. 9178 6090-1. 4140. 092834 709001. 575 8-1. 4147501. 53010 9+ 1. 414104. 1401. 515 1009001. 544 111100-10. 5228 12-18012. 5618 1309001. 532 1409001. 598 注:X1=(x1- 90) ?10;X2=(x2- 1. 5) ?1。 对表1中的中心组合试验设计结果进行响应面回 归分析和模型的方差检验,分析结果见表2和表3。 表2 二次回归模型的方差分析 Table 2 A nova of the second2order regression model for enzyme activity 回归自由度总平方和确定系数F值显著水平 线性2125782150. 6560. 190. 00 平方项246134690. 2422. 080. 00 交互项111859210. 0611. 350. 01 总回归5183776050. 9635. 180. 00 从表2中的二次回归模型的方差分析结果可以看 出,该模型能很好地解释试验数据的变异性。 单因子、 因 子的平方和交互因子对酶活的影响都极显著。 模型的确 定系数R 2 = 0. 96,意味着该模型能解释96%试验数据 的变异性。从表3中模型的失拟性方差分析可以看出, 该模型是稳定的,能很好地预测实际烫漂过程中酶活的 变化。 表3 回归模型的失拟性方差分析 Table 3 A nova of lack2of2fit for the regression model 残差自由度平方和均方F值显著水平 失拟性683196213866070. 770. 10 纯误差23918. 501959. 25 总误差8835880104485 651农业工程学报2005年 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 由响应面回归分析结果可得二次拟合回归方程 (1): Y= 66974-1254. 68X1-7408. 53X2+ 54. 45X1X2+ 5. 99X 2 1+ 566. 37X 2 2(1) 对响应面回归方程进行最大值求导,求得在 96. 03烫漂温度、1. 94 m in烫漂时间下,模型预测的 酶活处于最低点。 采用响应面方法对二次回归模型进行 作图,见图1。从图中也可以得出,模型存在极值。 图1 温度和时间对酶活影响的响应面图 Fig. 1 Three2di mensional response surface graph for the effects of temperature and treatment ti me on enzyme activity 本试验中,酶活检测值 A=0的烫漂条件是 96、1. 96 m in,有研究表明,经烫漂处理后,蔬菜的生 理生化活动可以基本得到控制,有效阻止生理代谢引起 品质劣化进程,也遏止了微生物的腐蚀活动和正常的酶 促反应7,一般认为,果蔬中抗热性最强的酶为过氧化 物酶,可在8095温度下一定时间内失去活性8。适 当的烫漂有利于叶绿素的保持,这是由于高温钝化了叶 绿素酶的活性,防止叶绿素被酶催化生成脱镁叶绿素。 在抑制酶活的同时,烫漂还能去掉部分可溶性含氮物 质,去掉辛辣涩味,软化纤维组织,便于烹饪加工9。 2. 2 不同浓度CaCl2溶液处理对速冻青花菜质构和叶 绿素含量的影响 CaCl2溶液处理的主要目的是对青花菜进行保脆 和护色。首先考察了不同浓度的CaCl2溶液(m?v)对青 花菜质构的影响。从表4可以看出,没经过CaCl2溶液 处理的速冻青花菜在解冻以后的质构明显不如经过处 理后的样品。 虽然经过处理的样品在质构上有了大幅度 的提升,但是CaCl2溶液浓度超过0. 8%以后,随浓度 的增大, CaCl2对样品的质构影响效果不明显,样品的 茎部分质构基本稳定在23. 7 N左右,花蕾部分质构基 本在4. 5 N左右。 表4 不同浓度CaCl2处理对速冻青花菜叶绿素含量影响结果 Table 4 Effects of different CaCl2concentrations on chlorophyll content of quick freezed broccoli 青花菜 茎质构3?N 青花菜 蕾质构3?N 叶绿素 含量3?mgL- 1 新鲜30. 57a6. 24a10. 72a 对照18. 92b3. 56b5. 55b CaCl20. 4%21. 38b4. 28a6. 65b CaCl20. 6%21. 46b4. 41a7. 00b CaCl20. 8%23. 71a4. 43a8. 49a CaCl21. 0%23. 78a4. 56a7. 13b CaCl21. 2%23. 69a4. 79a7. 08b 注:同列标有相同字母的差异不显著(P 0. 05)。 从表4中可以看出CaCl2溶液处理后,速冻过的样 品在解冻后叶绿素含量均比不经CaCl2溶液处理的高。 其中, 0. 8% CaCl2溶液处理的样品中叶绿素含量最高, 最接近新鲜青花菜中叶绿素含量。方差分析结果表明, 在95%显著水平上, 0. 8% CaCl2溶液处理后的结果与 其他处理和对照相比具有显著性差异。0. 8% CaCl2溶 液之后,随着CaCl2溶液浓度的升高,叶绿素含量反而 有所下降,其具体原因有待进一步研究。 从表4的结果中,可以得到CaCl2溶液处理对青花 菜冷冻保藏的品质有比较明显的提高,从质构和叶绿素 试验结果来看,以0. 8% CaCl2溶液处理效果最理想。 2. 3 工艺优化前后青花菜品质比较 为了验证试验中优化出的烫漂工艺与原始烫漂工 艺对青花菜品质影响的差别,比较了两种工艺在处理青 花菜后的品质差别,试验结果见表5。 表5 原烫漂工艺与优化后烫漂工艺对青花菜品质的影响比较 Table 5 Comparison of the effects of the controlw ith the opti m ized process for the blanching on the quality of broccoli 最大抗压强度?N (蕾) 最大抗压强度?N (茎) 叶绿素 ?mgL- 1 酶活 维生素C ?mg (100 g )- 1 蛋白质 ?g (100 g )- 1 含水率 ?% 新鲜6. 24a32. 79a8. 97a3010a96. 7a4. 21a91. 2a 原烫漂工艺3. 49b18. 95b5. 55c 0b 63. 5b 3. 64b 91. 8a 优化烫漂工艺4. 43b22. 14b7. 02b 0b 65. 7b 3. 87b 91. 4a 3同列标有相同字母的差异不显著(P 0. 05);原烫漂工艺:烫漂温度100、 烫漂时间2 m in,无添加剂处理;优化烫漂工艺:烫漂温度96、 烫漂 时间1. 96 m in, 0. 8% CaCl2处理。 从表5中可以看出,优化的预处理工艺在质构上有 了比较大的改善,叶绿素保存上有了显著的提高,但在 维生素C、 蛋白质及水分比较上并没有明显的改变。 适当浓度的CaCl2溶液处理对速冻青花菜的质构 和叶绿素保持都有一定的正面效应,这可能是烫漂过程 中,钙离子置换了叶绿素中的镁离子,生成比较稳定的 叶绿素钙盐,有效的保持了叶绿素;钙离子还与果胶酸 反应生成果胶酸钙的凝胶,防止果胶酶催化果胶酸生成 水溶性果胶,从而达到保脆的作用。 3 结论和讨论 1) 从本试验可以看出,在青花菜预处理过程中,烫 751 第5期何国庆等:速冻青花菜预处理工艺研究 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 漂温度、 时间和CaCl2浓度都对青花菜的最终品质有明 显的影响。 2) 试验得出速冻青花菜预处理优化后工艺为:烫 漂温度96、 烫漂时间2m in、CaCl2浓度0. 8% (m?v)。 3) 本试验建立了烫漂时间、 烫漂温度与过氧化物 酶酶活的数学回归模型,能较好的预测过氧化物酶的酶 活。 依照本试验优化后的烫漂工艺,过氧化物酶酶活检 测值为0。有研究表明,在蔬菜的热烫终了还残留一些 过氧化物酶的活性,这些速冻蔬菜的质量会更好10。 Bottcher指出,过氧化物酶的完全钝化意味着热烫过 度,为了得到更好的产品质量,他提出热烫花菜至保留 2. 9%8. 2%过氧化物酶活性为最佳11。因此,本试验 的热烫优化结果并非最佳工艺,还可以在热烫时间、 青 花菜茎粗、 料水比等方面进行进一步优化。 参 考 文 献 1 刘 升.烫漂、 添加剂处理、 冻结和冻藏方法对速冻青花菜 品质的影响J .制冷学报, 1996, (1): 32- 37. 2 王文生,王美华.几种预处理方法对甜椒干制品产量及质 量的影响J .山西农业大学学报, 1999, 19(1): 22- 24. 3 林志民,檀金钟.热烫处理对罐藏蔬菜的质构和颜色的影 响J .食品与发酵工业, 1994, (4): 8- 15. 4 凌关庭,王亦云,唐述潮.食品添加剂手册(上) M ,北京: 化学工业出版社, 1989, 389- 390. 5 Gorm ley R, W alshe T, Hussey K, et al .The effect of fluctuating vs . constantfrozenstoragetemperature regi mes on some quality parameters of selected food prod2 ucts J .Journal of A gricultural and Food Chem istry. 1991, 35, 190- 200. 6 张志良.植物生理学试验指导M .北京:高等教育出版 社, 2001: 97- 102. 7 林志民,檀金钟,郭心耕,等.速冻蘑菇热烫处理对其酶活 性、 产品得率和色泽的影响J .福州大学学报, 2003, 31, (2): 257- 260. 8 华泽钊,李云飞,刘宝林.食品冷冻冷藏原理与设备M . 北京:机械工业出版社, 1999: 12- 13. 9 陈学平.果蔬产品加工工艺M .北京:中国农业出版社, 1997: 35- 37. 10林志民.速冻蔬菜热烫处理的研究J .福州大学学报(自 然科学版), 1998, (5): 110- 113. 11 Brttcher H.Enzyme remaining residual activity of peroxi2 daseJ . 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