热烫方式对胡萝卜浆品质的影响及工艺优化.pdf

第 28 卷第 18 期农 业 工 程 学 报Vol.28No.18 2012 年9 月Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringSep. 2012269 热烫方式对胡萝卜浆品质的影响及工艺优化 刘春霖，陈义伦 ，谢芳超，张 琪 （山东农业大学食品科学与工程学院，泰安 271018） 摘要：为提高胡萝卜制浆的品质，以新鲜东方六寸参胡萝卜为原料，采用高效液相色谱法测定胡萝卜浆中 - 胡 萝卜素含量。比较了热水热烫、蒸汽热烫、维生素 C 热烫、柠檬酸热烫等 4 种不同的热烫方式对胡萝卜浆中 - 胡 萝卜素含量的影响，并用 Box- Behnken 响应面设计法优化热烫处理的工艺条件。结果表明，柠檬酸热烫为最佳热 烫方式，优化得到的柠檬酸热烫工艺条件为：柠檬酸质量分数 1.4%、热烫时间 18 min、热烫温度 84。经验证 在此条件下， - 胡萝卜素质量分数 23.59 mg/kg，与模型预测值吻合，建立的模型可用于工艺预测。因此，本研究 结果可为改善胡萝卜制浆的品质提供技术依据。 关键词：优化，品质调控，浆， - 胡萝卜素，热烫，柠檬酸 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.18.038 中图分类号：TS631.2；TS255.36文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-18-0269-06 刘春霖，陈义伦，谢芳超，等. 热烫方式对胡萝卜浆品质的影响及工艺优化J. 农业工程学报，2012，28(18)： 269274. Liu Chunlin, Chen Yilun, Xie Fangchao, et al. Effects of blanching treatments on quality of carrot pulp and its processing optimizationJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(18): 269274. (in Chinese with English abstract) 0引言 胡萝卜营养丰富、 保健价值高1， 是中国主要的 农产资源之一。胡萝卜浆是经去皮、热烫、打浆、 均质、杀菌等工艺制成的天然产品，以其全面的营 养和较高的产品质量，成为重要的出口产品之一， 也是中国胡萝卜的主要规模化加工产品，胡萝卜浆 中 - 胡萝卜素的含量是影响产品品质的重要因素2。 热烫处理是制取胡萝卜浆的重要环节之一。 热烫 的目的主要是钝化胡萝卜中酶类物质的活性， 特别是 氧化酶类3- 5，防止 - 胡萝卜素的氧化降解及胡萝卜 其他营养成分的破坏；另外可软化胡萝卜组织，改善 胡萝卜汁液的稳定性和风味， 提高出汁率6- 7， 同时有 利于胡萝卜中 - 胡萝卜素的溶出8。丁克芳等9研究 了不同热烫条件对胡萝卜榨汁效果的影响，选取出 汁率、可溶性固形物、pH 值、颜色及稳定性 5 个方 面进行评价，但试验未对胡萝卜素含量的变化进行 研究。车振明等10研究了不同热烫处理工艺对胡萝 卜汁中 - 胡萝卜素保存率的影响，结果表明，质量 收稿日期：2011- 09- 07修订日期：2012- 08- 26 基金项目：泰安市科技发展计划项目（20083049） 作者简介：刘春霖（1987） ，男，山东临沂人，研究方向为果蔬加工。 泰安山东农业大学食品科学与工程学院，271018。 Email： 通信作者：陈义伦（1966） ，男，山东泰安人，副教授，博士，硕 士生导师，主要从事果蔬加工、发酵食品等方面研究。泰安山东农业 大学食品科学与工程学院，271018。Email： 分数 0.4%维生素 C 液对 - 胡萝卜素保存率最好。 陈 晓明11研究了热烫处理对脱水胡萝卜贮藏过程中 - 胡萝卜素含量变化的影响，结果表明，经热烫处理 的脱水胡萝卜与处在相同贮藏条件下未经热烫处理 的对照相比，含有较多的 - 胡萝卜素，但试验只阐 明了热水热烫，未对其他的热烫方式进行研究。本 试验以东方六寸参胡萝卜为原料，比较了热水热烫、 蒸汽热烫、维生素 C 热烫、柠檬酸热烫等 4 种不同 的热烫方式对胡萝卜浆中 - 胡萝卜素含量的影响， 确定了适宜的热烫方式，优化了热烫处理条件，以 期为提高胡萝卜浆产品品质提供技术依据。 1材料与方法 1.1试验材料 东方六寸参胡萝卜： 2010 年 11 月 21 日采于山 东省平邑县万寿蔬菜合作社， 色泽相近， 大小一致， 无机械损伤及自然病害，原料采收后冷藏备用。 试剂： - 胡萝卜素标准品（阿拉丁试剂）；硅 胶（200300 目，试剂级）；维生素 C、柠檬酸、 氢氧化钠、石油醚（6090）、丙酮、二氯甲烷， 均为分析纯；乙腈、甲醇为色谱纯。 1.2主要仪器 HH- S 恒温水浴锅（江苏省金坛市正基仪器有 限公司）；HH- 2 数显恒温水浴锅（国华电器有限 公司）；SHB- III 循环水式多用真空泵（郑州长城 科工贸有限公司）；电子天平（上海精天电子仪器 农业工程学报2012 年 270 有限公司） ； 旋转蒸发仪 （上海爱朗仪器有限公司） ； 层析柱（天津市盛玻仪器有限公司）；STI501 型高 效液相色谱（赛智科技（杭州）有限公司）。 1.3试验方法 1.3.1胡萝卜浆加工工艺流程 胡萝卜 清洗 碱液去皮 冲洗 修整 切 块 热烫 打浆 胡萝卜浆。 新鲜胡萝卜经自来水清洗后，在 95，质量 分数为4%的氢氧化钠溶液12中保持1.5 min去皮， 迅速用自来水冷却并冲洗干净， 对洗净的胡萝卜进 行修整， 并切成 11.5 cm2的小块， 热烫后按料水 比 3:1 的比例，用康达牌奶昔机打成匀浆，得胡萝 卜浆。 1.3.24 种不同热烫处理方式 1）蒸汽热烫处理 在 100， 分别进行 5、 10、 15、 20、 25、 30 min 的蒸汽热烫。 2）热水热烫处理 在 100， 分别进行 5、 10、 15、 20、 25、 30 min 的热水热烫。 3）维生素 C 热烫处理 在 100，用质量分数分别为 0.1%、0.3%、 0.5%、0.7%、0.9%、1.1%的维生素 C 溶液热烫处 理 15 min。 4）柠檬酸热烫处理 在100， 用质量分数分别为0.5%、 1.0%、 1.5%、 2.0%、2.5%、3.0%的柠檬酸溶液热烫处理15 min。 1.3.3柠檬酸热烫单因素试验 1）在热烫时间 15 min，柠檬酸添加量 1.0%的 条件下，分别进行 75、80、85、90、95、100的 柠檬酸热烫； 2）在添加质量分数为 1.0%柠檬酸，热烫温度 100的条件下， 分别进行 5、 10、 15、 20、 25、 30 min 的柠檬酸热烫； 3）同 1.3.2 中的 4）柠檬酸热烫处理。 1.3.4柠檬酸热烫响应面试验设计 利用 Design Expert 7.0 软件对柠檬酸热烫条件 进行优化，设计 3 因素 3 水平 Box- Behnken 响应面 试验，试验因素与水平见表 1。 表 1柠檬酸热烫试验响应面设计因素与水平 Table 1Factors and levels of response surface design in citric acid blanching experiment 水平 柠檬酸添加量 A/% 时间 B/min温度 C/ - 11.01080 01.52090 12.030100 1.4测定方法 1.4.1-胡萝卜素提取纯化工艺流程 胡萝卜浆（50 g） 石油醚提取（200 mL） 提取液旋转蒸发至干 少量石油醚复溶 干法上 样 过硅胶柱 石油醚+丙酮（80+20 mL）混合液 洗脱 - 胡萝卜素（定容至 25 mL）。 1.4.2-胡萝卜素测定方法 1） - 胡萝卜素检测方法 高效液相色谱法。色谱条件为：色谱柱： SpherisorbC18柱 4.6 mm（内径） 150 mm；流动相 体积比：甲醇：乙腈：二氯甲烷=60:30:1013；紫外 检测器波长：450 nm；流速：1.0 mL/min；进样量： 5 L。 2） - 胡萝卜素含量计算方法 采用外标法，根据得到的标准物质色谱峰面积 与被测组分的色谱峰面积进行比较，求得被测组分 的含量。 X= AV C mA 样 标 标 式中，X 为试样 - 胡萝卜素质量分数，mg/kg；V 为 定容后的体积，mL；C标为 - 胡萝卜素标准溶液的 浓度，g/mL；m 为试样的质量，g；A标为标准物 质的峰面积；A样为试样的峰面积。 2结果与分析 2.1不同热烫处理方式对胡萝卜浆中-胡萝卜 素含量的影响 测定4种热烫处理方式对胡萝卜浆中 - 胡萝卜 素含量的影响，结果如图 1。 第 18 期刘春霖等：热烫方式对胡萝卜浆品质的影响及工艺优化 271 注： 图 a、 b 热烫温度 100； 图 c、 d 热烫温度 100， 热烫时间 15 min。 图1不同热烫处理方式对胡萝卜浆中 - 胡萝卜素含量的影响 Fig.1Effects of different blanching methods on - carotene content of carrot pulp 由图 1a 可知，随着热烫时间的延长， - 胡萝卜 素的含量先上升，继而下降，原因可能为物料经蒸 汽热烫处理钝化了部分酶活，使 - 胡萝卜素降解减 少； - 胡萝卜素含量下降可能是由于高温热烫时间 过长，造成 - 胡萝卜素部分分解所致，这与图 1b 热水热烫结果一致。图 1c 表明，随着维生素 C 添 加量的增多， - 胡萝卜素含量呈逐渐上升趋势，这 是由于维生素 C 具有抗氧化作用14， 它能与自由基 反应阻断或阻止氧对反应链的攻击而保护 - 胡萝 卜素15。图 1d 表明，随着柠檬酸添加量的增多， - 胡萝卜素的含量先上升，后下降，原因可能为柠檬 酸作为一种重要的酸化剂和螯合剂，能与促进氧化 的微量金属离子螯合，促进离子钝化16- 18，从而保 护 - 胡萝卜素；随着柠檬酸添加量的继续增多，溶 液酸性增强， - 胡萝卜素在酸性较强的条件下不稳 定，造成含量的下降。车振明等10研究了不同热烫 处理工艺对胡萝卜汁中 - 胡萝卜素保存率的影响， 结果表明，质量分数 0.4%维生素 C 液对 - 胡萝卜 素保存率为 96.15%，高于质量分数 0.5%柠檬酸液 对 - 胡萝卜素的保存率。这与本试验结果有所差 异，原因可能是热烫温度、热烫时间、维生素 C 添 加量、柠檬酸添加量的不同等造成；此外，胡萝卜 汁和胡萝卜浆的状态不同也可能引起结果的差异， 具体原因需要进一步研究。 综合比较以上 4 种不同的热烫处理方式，可知 经柠檬酸热烫处理，胡萝卜浆中 - 胡萝卜素的含量 最高。 2.2柠檬酸热烫对胡萝卜浆中 - 胡萝卜素含量的 影响 测定柠檬酸热烫时间、热烫温度对胡萝卜浆中 - 胡萝卜素含量的影响，结果如图 2。 注：图 a 柠檬酸质量分数 1.0%，热烫温度 100；图 b 柠檬酸质量分数 1.0%，热烫时间 15 min。 图 2热烫时间和温度对 - 胡萝卜素含量的影响 Fig.2Effects of blanching temperature and time on - carotene content 由图 1d 表明，在柠檬酸热烫处理中，随着柠 檬酸添加量的增多， - 胡萝卜素的含量先上升，后 逐渐下降，柠檬酸质量分数在 1.5%左右为宜。由图 2a 可知，在柠檬酸热烫处理中，随着热烫时间的延 长， - 胡萝卜素的含量先上升后下降，热烫时间在 20 min 左右为宜，原因可能是由于高温热烫时间过 长，造成部分 - 胡萝卜素分解所致。图 2 b 表明， 随着热烫温度的升高， - 胡萝卜素的含量先上升继 而下降，热烫温度在 90左右为宜，原因可能是热 烫温度过高， - 胡萝卜素在高温条件下不稳定，部 分 - 胡萝卜素分解所致。 2.3柠檬酸热烫响应面试验 2.3.1柠檬酸热烫条件的优化 利用 Box- Behnken 响应面试验设计进行 3 因素 3 水平试验，优化柠檬酸热烫条件，结果 见表 2。 农业工程学报2012 年 272 表 2Box- Behnken 试验设计与响应值 Table2Box- Behnken experimental design and response values 试验号 柠檬酸添加量 A/% 时间 B/min温度 C/ - 胡萝卜素质 量分数 /(mg kg- 1) 10(1.5)- 1(10)- 1(80)22.44 2- 1(1.0)1(30)0(90)20.16 31(2.0)0(20)1(100)19.67 411020.11 510- 121.21 601- 121.35 700023.02 8- 10- 122.79 900022.87 100- 1119.43 1100023.02 12- 10116.21 1300023.59 141- 1020.32 1501118.91 1600023.65 17- 1- 1020.56 利用 Design Expert 7.0 软件， 根据回归分析结果 得到相应的 2 因素间交互作用响应曲面图，如图 3。 a. 柠檬酸添加量和热烫时间的交互作用响应曲面图 b. 柠檬酸添加量和热烫温度的交互作用响应曲面图 c. 热烫时间和热烫温度的交互作用响应曲面图 注：图aC温度编码值=0；图bB时间编码值=0；图cA柠檬酸添加量编码值=0。 图 3试验因素交互作用的响应曲面图 Fig.3Responsesurfaceplotofexperimentalfactorsinteraction 由图 3a 可知，当热烫时间和柠檬酸添加量处于 低水平时， 随着热烫时间的延长和柠檬酸添加量的增 多， - 胡萝卜素的含量呈上升趋势，当热烫时间过长 或柠檬酸添加量过多时， - 胡萝卜素的含量反而降 低。原因可能为热烫时间过长，胡萝卜的内部组织遭 到严重破坏，导致胡萝卜中 - 胡萝卜素的部分分解； 当柠檬酸添加量过多时，热烫溶液的 pH 值过低，过 酸的环境造成 - 胡萝卜素的分解，含量降低。图 3b 表明，当柠檬酸添加量和热烫温度处于较低水平时， 随着热烫温度的升高和柠檬酸添加量的增多， - 胡萝 卜素的含量均呈上升趋势，当柠檬酸添加量和热烫 温度处于较高水平时，随着热烫温度和柠檬酸添加 量的升高， - 胡萝卜素的含量迅速下降。 原因可能为 - 胡萝卜素在温度过高的条件下不稳定， 导致部分分 解，而温度相对较低的条件钝化了部分氧化酶， 使 - 胡萝卜素降解减少； 当柠檬酸添加量过多时， - 胡萝卜素在过酸的环境中性质不稳定，容易分 解。由图 4c 可知，当热烫时间和热烫温度处于中 间水平时， - 胡萝卜素的含量处于较高水平，热烫 时间过长或过短， 热烫温度过高或过低， 都会导致 - 胡萝卜素含量的降低。吴远远等19研究结果表 明， 脂溶性的营养成分可以被相对固定于植物细胞 膜内，热烫处理不会造成 - 胡萝卜素的流失，含量 减少极有可能是 - 胡萝卜素分解所致。 2.3.2回归模型方差分析 采用 Design Expert 7.0 软件对响应值与各因素 进行多元回归拟合，得到以 - 胡萝卜素含量为目标 函数 Y 的回归方程 222 =23.23+0.20 - 0.28 - 1.70 +0.47+ 1.26+0.14- 1.75- 1.19- 1.51 YABCAB ACBCABC （1） 式中，Y 为 - 胡萝卜素含量，mg/kg；A 为柠檬酸添 加量，%；B 为时间，min；C 为温度，。 对所得数据进行回归分析，结果如表 3 所示。 由表 3 可知， F回归=22.65F0.05(9,4)=6.00， P=0.0002 0.01， 表明模型极显著； FLf=4.06F0.05(9,3)=8.81， P=0.10480.05，表明失拟项不显著，说明各因素 值与响应值之间的关系可以用该模型来表示，模型 成立。决定系数 R2=0.9668，说明 - 胡萝卜素的实 测值与预测值之间具有较好的拟合度。校正决定系 数 R2Adj=0.9241，说明模型误差小，准确度高。回 归方程的一次项C对 - 胡萝卜素含量的线性效应显 著，一次项影响顺序为 CBA，即温度时间 柠檬酸添加量；二次项 A2、B2和 C2对 - 胡萝卜素 含量的曲面效应显著；柠檬酸添加量和热烫温度 （P=0.0026）的交互作用显著，温度和时间、柠檬酸 添加量和时间的交互作用都不显著。 对回归方程（1）求一阶偏导数，解方程组后 第 18 期刘春霖等：热烫方式对胡萝卜浆品质的影响及工艺优化 273 得 A=0.18，B=0.16，C=0.64，由此可确定柠 檬酸热烫的最佳条件为：柠檬酸添加量 1.41%、热 烫时间 18.4 min、热烫温度 83.6，预测 - 胡萝卜 素质量分数为 23.78 mg/kg。为便于操作，选取柠檬 酸添加量 1.4%、热烫时间 18 min、热烫温度 84， 在此条件下进行 3 次验证试验， - 胡萝卜素质量分 数平均值为 23.59 mg/kg，与理论预测值较为吻合， 说明采用响应面法优化得到的柠檬酸热烫条件参 数准确、可靠，所建模型正确、可行。 表 3回归模型方差分析结果 Table 3Analysis of variance for regression model 变异来源 自由度平方和均方F 值P 值显著性 模型962.116.9022.650.0002 A10.320.321.040.3423 B10.620.622.020.1980 C123.0223.0275.560.0001 AB19.02E- 003 9.02E- 0030.0300.8682 AC16.356.3520.850.0026 BC10.0810.0810.270.6215 A2112.9412.9442.480.0003 B215.975.9719.590.0031 C219.589.5831.430.0008 残差72.130.30 失拟项31.600.534.060.1048 误差项40.530.13 总和1664.24 注：A 为柠檬酸添加量；B 为时间；C 为温度。 3结论 1）对热水热烫、蒸汽热烫、维生素 C 热烫、 柠檬酸热烫等 4 种热烫方式处理胡萝卜的研究表 明，采用柠檬酸热烫处理，胡萝卜浆中 - 胡萝卜素 含量较高，是适宜胡萝卜浆加工的热烫处理方式； 柠檬酸热烫处理有利于胡萝卜素的溶出、减少胡萝 卜素的氧化降解，提高胡萝卜浆品质。 2）根据响应面中心组合试验及回归模型分析 可知：热烫温度、时间、柠檬酸添加量是影响胡萝 卜浆中 - 胡萝卜素含量的 3 个重要因素，影响大小 依次为：温度时间柠檬酸添加量；柠檬酸添加 量和热烫温度的交互作用显著。 3）通过 Box- Behnken 中心组合试验设计，结合 实际操作，优化得到柠檬酸热烫条件：柠檬酸质量分 数1.4%、热烫时间18min、热烫温度84，在此条件 下， - 胡萝卜素质量分数平均值为23.59mg/kg。 参考文献 1郭宽，胡云峰，李喜宏，等. 同品种胡萝卜切分加工 物理性能研究J. 食品科学，2004，25(11)：184187. Guo Kuan, Hu Yunfeng, Li Xihong, et al. The study of defferent varieties of carrots physical property in fresh- cut processingJ. Food Science, 2004, 25(11): 184187. (in Chinese with English abstract) 2Lemmens L, Tib ck E, Svelander C, et al. Thermal pretreatments of carrot pieces using different heating techniques:EffectonqualityrelatedaspectsJ. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2009, 10(4): 522529. 3Tijskens L M M, Rodis P S, Hertog M L A T M, et al. Activity of peroxidase during blanching of peaches, carrots and potatoesJ. JFood Eng, 1997, 34(4): 355370. 4Zheng Hong, Lu Hongfei. Effect of microwave pretreatment on the kinetics of ascorbic acid degradation and peroxidase inactivation in different parts of green asparagus(Asparagus officinalis L.)during water blanchingJ. Food Chemistry, 2011, 128(4): 10871093. 5Chantaro P, Devahastin S, Chiewchan N. Production of antioxidant high dietary fiber powder from carrot peelsJ. LWT- FoodScienceandTechnology,2008,41(10):19871994. 6Vora H M, Kyle W S, Small D M. Activity, localisation and thermal inactivation of deteriorative enzymes in Australian carrot(Daucus carota L)varietiesJ. J Sci Food Agric, 1999, 79(8): 11291135. 7Ben- Shalom N, Plat D, Levi A, et al. Influence of pH treatment on pectic substances and firmness of blanched carrotsJ. Food Chemistry, 1992, 44(4): 251254. 8Mayer- Miebach E, Spie W E L. Influence of cold storage and blanching on the carotenoid content of Kintoki carrotsJ. J Food Eng, 2003, 56(2/3): 211213. 9丁克芳，刘仲桥. 不同热烫条件对胡萝卜榨汁效果的 影响J. 饮料工业，2002，5(1)：1215. Ding Kefang, Liu Zhongqiao. Effect of different blanching treatments on extraction of carrot juiceJ. The Beverage Industry,2002,5(1):1215.(inChinesewithEnglishabstract) 10 车振明，朱秀灵. 胡萝卜制汁过程中 - 胡萝卜素保存 率的研究J. 食品与发酵工业，2006，32(6)：5659. Che Zhenming, Zhu Xiuling. Research on - carotene retention rate in carrot juice processJ. Food and Fermentation Industries, 2006,32(6):5659.(inChinesewithEnglishabstract) 11 陈晓明. 热烫处理抑制脱水胡萝卜维生素的损失和色 泽变化J. 食品研究与开发，2008，29(3)：6365. Chen Xiaoming. Inhibitory effects of blanching on vitamin loss and browning of dehydrated carrotsJ. Food Research and Development, 2008, 29(3): 6365. (in Chinese with English abstract) 12 陶佳喜. 酸化软煮法制取胡萝卜汁的工艺J. 农业工 程学报，2004，20(5)：228230. Tao Jiaxi. Technology for processing carrot juice using acidifying and cooking- softening methodJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2004, 20(5): 228230. (in Chinese with English abstract) 13 赵厚民，徐慧，周小平. 螺旋藻中 - 胡萝卜素高效液 相色谱测定方法的研究J. 中国野生植物资源，2005， 24(3)：4345. 农业工程学报2012 年 274 Zhao Houmin, Xu Hui, Zhou Xiaoping. Study on HPLC Method for Detecting - Carotene In Spirulina platensisJ. Chinese Wild Plant Resources, 2005, 24(3): 4345. (in Chinese with English abstract) 14 张静，曹炜，曹艳萍，等. 红枣汁中维生素 C 热降解的 动力学研究J. 农业工程学报，2008，24(6)：295298. Zhang Jing, Cao Wei, Cao Yanping, et al. Thermal degradation kinetics of vitamin C in jujube juiceJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(6): 295298. (in Chinese with English abstract) 15 蔡奕文，赵谋明，彭志英. 枸杞鲜果制汁过程中 - 胡 萝卜素保存率的研究J. 食品与发酵工业，1998， 25(1)：3235. Cai Yiwen, Zhao Mouming, Peng Zhiying. Retention of - carotene during juice processing of lycium fresh fruitJ. Food and Fermentation Industries, 1998, 25(1): 3235. (in Chinese with English abstract) 16 郑小林，吴小业. 柠檬酸处理对采后芒果保鲜效果的 影响J. 食品科学，2010，31(18)：381384. Zheng Xiaolin, Wu xiaoye. Preservative effect of citric acid treatment on storage of mango fruits at room temperatureJ. Food Science, 2010, 31(18): 381384. (in Chinese with English abstract) 17 Pao S, Petracek P D. Shelf life extension of peeled oranges by citric acid treatmentJ. Food Microbiology, 1997, 14(5): 485491. 18 刘程. 食品添加剂实用大全M. 北京：北京工业大学 出版社，2004：3954