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《食品科学》:河南科技大学任广跃教授等:不同预处理方式对热风干燥黄花菜褐变及干燥特性的影响
2023-05-27作者:来源:责任编辑:食品界 字体A+AA-
黄花菜热量低,蛋白质、维生素和矿物质含量高,具有健脑、抗衰老、抗抑郁和利尿消肿等功能,被认为是一种兼具蔬菜特性和保健食品功效的药食同源食品。黄花菜收获期为6—8月,此时正处于高温多雨的季节,新鲜黄花菜不耐贮藏,不及时加工处理会发生褐变腐败,造成很大的资源浪费。研究表明,将新鲜黄花菜贮藏至24 d时,好花率仅为30.77%。因此,大多情况下黄花菜以干制品形式食用。脱水黄花菜具有与新鲜花蕾不同的风味和质地,且干黄花菜中的钙、铁、磷、锰和灰分等无机氯化钠含量均高于新鲜黄花菜。然而黄花菜在干制过程中发生的褐变现象影响了干制品的外观色泽与品质,黄花菜在干燥之前需进行预处理以保证产品的品质。
河南科技大学食品与生物工程学院的楚倩倩、任广跃*等采用柠檬 酸、碳酸氢钠、氯化钠等护色液对黄花菜进行预处理,并通过热风进行干燥,测定经预处理后黄花菜干制品的复水比、硬度、咀嚼性、色泽、褐变度等指标,并采用扫描电子显微镜(SEM) 观察黄花菜表面的微观结构,通过傅里叶变换红外光谱 (FTIR)分析预处理对样品结构的影响;同时进行主成分分析,探究不同预处理方式对热风干燥黄花菜褐变及干燥特性的影响,以期为黄花菜深加工提供一定的理论和技术参考。
由图1可知,经预处理的样品干燥至安全水分含量 (质量分数15%)以下的时间皆短于对照组,热烫可使细胞原生质发生凝固、失水,从而与细胞壁分离,增加细胞膜的透性,有利于细胞组织内水分蒸发,加快干燥速度。其中经0.2 g/100 mL柠檬酸溶液处理的样品干燥 速率最快,这是因为柠檬酸溶液强化了干燥过程中的内部传质,有助于增加样品细胞膜的通透性,导致水分扩 散速率增加。其次为1.0 g/100 mL氯化钠溶液处理组,可能是由于氯化钠的渗透作用导致黄花菜细胞质壁分离,引起脱水,从而使其干燥时间缩短,也可能是氯化钠的分子尺寸较小,因此渗透系数较大,传质较快。
2、预处理对黄花菜复水比的影响
由图2可知,在不同预处理条件中,1.0 g/100 mL氯化钠溶液处理后干黄花菜的复水比最高,其次是0.2 g/100 mL的柠檬酸溶液处理样品,可能是由于氯化钠类物质能改变植物细胞膜的通透性,从而使样品的复水能力较强。而0.2 g/100 mL的柠檬酸溶液处理样品干燥后组织结构较完整致密,内部空隙较小,力学强度较高,所以复水能力略低于氯化钠溶液处理样品。0.1 g/100 mL柠檬酸溶液处理样品的复水能力不如0.2 g/100 mL柠檬酸溶液处理样品,但两者差异不显著。
3、预处理对黄花菜色泽与褐变度的影响
由表1可知,不同预处理条件下黄花菜的色泽具有显著性差异(P<0.05),从综合色差指标ΔE来看,相对于新鲜黄花菜,0.2 g/100 mL柠檬酸溶液处理干燥黄花菜ΔE最小,其次为0.1 g/100 mL柠檬酸溶液处理组,应用柠檬酸溶液预处理后,黄花菜的色泽明显更接近商品(市售黄花菜)色泽,亮度L*值更接近于新鲜黄花菜,黄蓝度b*值也相对较大,可能是叶绿素在酸性条件下卟啉环中的镁离子被氢离子取代形成脱镁叶绿素所致。酸性物质会破坏叶绿体中色素所处的微碱性环境并直接与叶绿体中的色素接触,导致叶绿素的分子结构遭到破坏,类胡萝卜素在叶绿素分解后呈现,褪去了黄花菜的绿色而使其呈黄色。对照组ΔE最大,由此可见,不同护色液预处理对黄花菜均能起到一定的护色作用。
由图3可知, 0.2 g/100 mL碳酸氢钠溶液处理的黄花菜褐变度最大, 可能是因为弱碱性物质促进了羰氨反应或抗坏血酸的氧化褐变,而酸性条件对非酶促褐变抑制能力较强,即柠檬酸作为非酶褐变抑制剂,通过降低黄花菜的环境 pH值来抑制非酶褐变,从而使样品的褐变度较低。氯化钠也能较好地抑制黄花菜在干燥过程中的褐变现象,可能是氯化钠在一定程度上可排除样品中的氧气,在一定程度上隔绝了酚类底物与氧气接触。综上所述,0.2 g/100 mL的柠檬酸溶液控制褐变的效果良好。
4、预处理对黄花菜褐变相关底物的影响
预处理对黄花菜中黄酮及多酚含量的影响
由图4可知,经柠檬酸溶液处理的样品中黄酮含量较高,经0.2 g/100 mL碳酸氢钠溶液处理的样品中黄酮含量较低,1.0 g/100 mL氯化钠溶液处理组与对照组黄酮含量差异不显著。0.2 g/100 mL碳酸氢钠溶液处理的样品中黄酮含量最少,可能是由于组织结构被破坏导致内容物流出,也可能是多酚、黄酮等物质作为褐变底物与酶结合生成褐变产物,从而导致其含量较少。
由图5可知, 不同条件预处理对样品中多酚含量影响具有显著差异, 0.2 g/100 mL柠檬酸溶液处理的样品中多酚含量最高, 0.1 g/100 mL柠檬酸溶液组多酚含量最低,可能是由于柠檬酸在控制多酚氧化酶的活性方面具有双向性,一方面柠檬酸的弱酸性降低了样品的pH值,从而影响了多酚氧化酶的活性,有效抑制了酶促褐变及酚类、黄酮的降解;另一方面柠檬酸络合金属离子的作用提高了多酚氧化酶的活力。
预处理对黄花菜中5-羟甲基糠醛含量的影响
由图6可知,对照组的5-羟甲基糠醛含量最高,为20.93 μg/g,这说明预处理条件均能在一定程度上抑制羰氨反应的进行。经 0.2 g/100 mL柠檬酸溶液处理样品中5-羟甲基糠醛含量最低,为13.27 μg/g。综上,经柠檬酸和氯化钠溶液处理的样品所产生5-羟甲基糠醛含量较少,非酶褐变的程度较轻,成品的外观色泽较好。
5、预处理对黄花菜微观结构的影响
由图7可知,经不同预处理黄花菜表面结构具有较大的差异,相对于对照组,0.1 g/100 mL柠檬酸溶液处理黄花菜表面皱缩程度不均一,有可能是浓度较低导致;0.2 g/100 mL柠檬酸溶液的表面紧实均一,皱缩程度正常;0.2 g/100 mL碳酸氢钠溶液处理黄花菜表面破损最严重,有可能是因为碱性溶液破坏了细胞膜的通透性;1.0 g/100 mL氯化钠溶液处理黄花菜的表面有较多的物质析出,可能是氯化钠溶液浸泡黄花菜后其在表面产生了结晶,又或是氯化钠改变了细胞膜的通透性,从而导致内容物的流出。除对照组外,碳酸氢钠溶液处理的样品表面有明显破损,内容物流出,这可能是导致0.2 g/100mL碳酸氢钠溶液处理样品中黄酮、多酚等生物活性成分含量减少的原因,也可能是导致0.2 g/100mL碳酸氢钠溶液处理样品复水能力较弱的原因,而其他条件的预处理样品无明显破裂。
6、预处理对黄花菜质构特性的影响
由图8可知,0.2 g/100 mL柠檬酸溶液处理的样品硬度与对照组最为接近,0.1 g/100 mL柠檬酸溶液处理的样品硬度最高,0.2 g/100 mL碳酸氢钠溶液处理的样品硬度较低。
0.2 g/100 mL 柠檬酸溶液处理的样品咀嚼性与对照组最为接近,1.0 g/100 mL的氯化钠溶液处理样品咀嚼性最大,0.2 g/100 mL碳酸氢钠溶液处理样品的咀嚼性最小,可能是由于碳酸氢钠破坏了样品的组织纤维结构,导致复水后的黄花菜韧性降低。
7、预处理对黄花菜粉末结构的影响
如图9所示,在3 400 cm-1附近,样品产生—OH 和N—H的伸缩振动,说明样品中可能存在蛋白质、纤维素等化合物;所有样品在2 920 cm-1处均显示出较强的吸收带,其由饱和C—H的伸缩振动引起,表明经预处理的样品膜透性与对照组相比未发生较大的改变;各样品 中1 640 cm-1 处强吸收谱带是由C=O的收缩振动引起, 这表明总蛋白的构象并未发生较大的改变;1 540 cm-1附近的吸收带是由C—N和N—H的伸缩振动和弯曲振动引起。在1 050 cm-1处较强的吸收带由C—C和C—O 伸缩振动引起,说明样品可能存在多糖类碳水化合物。
8、干燥黄花菜指标相关性分析和主成分分析结果
如表2所示,褐变度与色差的相关性最大,其次为与多酚含量,5-羟甲基糠醛含量与色差的相关性最大,咀嚼性与硬度的相关性最大,即多酚含量和5-羟甲基糠醛含量对色泽与褐变度的影响较大。
如表3所示,在5 个预处理条件的8 个品质指标中提取了2 个主成分,2 个主成分的累计方差贡献率达到88.493%,可代表所有指标的大部分信息,综合表现黄花菜的质地品质特征,可作为对黄花菜选优、评价的综合指数。第1主成分包括多酚含量、褐变度与色差,其特征值为4.313,方差贡献率为53.916%,代表全部信息的 53.916%,是最主要的主成分;第2主成分包括硬度、5-羟甲基糠醛含量,其特征值为2.766,方差贡献率为34.577%。
结 论
本实验探究了不同预处理方式对热风干燥黄花菜褐变及干燥特性的影响,抑制褐变效果方面:蒸汽烫漂> 热水烫漂;0.2 g/100 mL柠檬酸溶液>0.1 g/100 mL柠檬酸溶液>1.0 g/100 mL氯化钠溶液>0.2 g/100 mL碳酸氢钠溶液。0.1 g/100 mL柠檬酸溶液处理的样品外观色泽较好,但硬度较高;0.2 g/100 mL碳酸氢钠溶液处理的样品色差和褐变度较大,复水能力较弱;1.0 g/100 mL氯化钠溶液处理的样品干燥速率较快,复水能力比较强,但咀嚼性较大,硬度较小。在追求良好外观品质和较高营养价值的条件下,2 min蒸汽烫漂后经0.2 g/100 mL柠檬酸溶液处理的样品最符合标准,其外观良好,褐变程度较低,生物活性物质保存率较高。经相关性分析可得,多酚、5-羟甲基糠醛含量与色泽、褐变度高度相关,咀嚼性与硬度相关性最大。后续判断预处理方式对黄花菜干制品品质的影响可从其褐变度及硬度的变化等方面进行着重研究。