真空預(yù)冷毛豆參數(shù)優(yōu)化及其對貯藏特性的影響

張曉娟,劉貴珊*,余江泳,李曉瑞,張浩楠

1(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川，750021)2(寧夏大學(xué) 物理與電子電子工程學(xué)院，寧夏 銀川，750021)

毛豆是指豆莢飽滿、莢及籽粒呈翠綠色時采收食用的菜用大豆[1]，富含優(yōu)質(zhì)蛋白、營養(yǎng)素和膳食纖維，同時含低聚糖等保健成分以及具有特殊的豆香味[2]。對于保護心腦血管和控制血壓頗有益處，是公認(rèn)的無公害安全健康食品[3]。但是，新鮮的毛豆含水量大，代謝旺盛，易脫水萎蔫，因此，在室溫儲存時易受到病原體的侵染而褐變、發(fā)霉腐爛，從而減緩了其感官品質(zhì)和食用價值，某種程度上影響了毛豆工業(yè)的蓬勃發(fā)展。目前，預(yù)冷技術(shù)在整個冷鏈中保持毛豆采后品質(zhì)具有積極的作用。

真空預(yù)冷被廣泛認(rèn)為是最佳預(yù)冷萵苣、菠菜、花椰菜和其他葉菜等園藝產(chǎn)品的冷卻技術(shù)。它是在真空條件下蒸發(fā)果蔬中的部分水分，并減少采后熱量變化延長其儲存貨架期的預(yù)冷方式[4]。相較于傳統(tǒng)的降溫技術(shù)，它具有冷卻速率快、冷卻均勻、高效等優(yōu)點[5-6]，因而已成為果蔬田間采收后降低田間熱、快速抑制呼吸強度的重要工序。目前，國內(nèi)外很多學(xué)者也探討了真空預(yù)冷技術(shù)在提高果蔬貯藏品質(zhì)方面的作用。KONGWONG等[7]發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷有效延緩了抗壞血酸和總?cè)~綠素含量的損失，抗氧化活性和酚類物質(zhì)的含量都得到了較好的保留，研究發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷是延長小萵苣貨架期和品質(zhì)的最有效的方式。TIAN等[8]發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷可維持西蘭花的葉綠素、維生素C和還原糖水平，并在貯存期內(nèi)可較好地維持其感官特性。錢驊等[9]發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷可延緩西蘭花貯藏期Vc含量，可滴定酸含量的下降，較好地保持其感官品質(zhì)。段宙位等[10]發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷處理對澳芒儲藏期間質(zhì)量維持具備良好的作用，并能減緩澳芒貯存過程中營養(yǎng)品質(zhì)和感官品質(zhì)的下降，從而達到延長貯藏期的效果。綜上所述，真空預(yù)冷處理對果蔬采后品質(zhì)具有積極作用，然而到目前為止針對毛豆真空預(yù)冷及其對貯藏特性影響的研究鮮見報道。

基于此，在前期的研究基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷過程中補水可以降低質(zhì)量損失率，保持較高的品質(zhì)。本文針對毛豆開展了不同預(yù)冷參數(shù)的真空預(yù)冷試驗，考察最佳預(yù)冷參數(shù)下毛豆貯藏期間品質(zhì)，如失水率、呼吸強度、硬度、可溶性固形物含量、丙二醛含量等，以期為實際生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 原料及處理

新鮮毛豆，在寧夏中衛(wèi)種植地采摘后放置于恒溫箱中迅速送到實驗基地。選取色澤綠，嫩莢生長發(fā)育粗壯，籽粒飽滿，無病菌損害，無機械傷的樣品。以預(yù)冷終溫，補水率及處理量為因素進行正交試驗設(shè)計優(yōu)化預(yù)冷工藝參數(shù)。以最優(yōu)工藝參數(shù)對毛豆進行真空預(yù)冷，并結(jié)合冷庫預(yù)冷和不預(yù)冷處理(對照組)進行對比分析，預(yù)冷結(jié)束后, 立即裝入PE保鮮袋置于溫度 (4±1)℃，濕度90%的冰箱內(nèi)貯藏21 d，每隔3 d取一次樣。每次采樣1 kg，每個樣品處理重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.2 儀器與設(shè)備

XZD-300真空預(yù)冷機、QCSC113977冷庫,東莞市科美斯科技實業(yè)有限公司；TD-45數(shù)顯糖度計、3051H果蔬呼吸測定儀,浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司；CM-2300分光測色計,日本柯尼卡美能達。

1.3 實驗方法

1.3.1 預(yù)冷方法

在預(yù)實驗基礎(chǔ)上設(shè)定預(yù)冷所需參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)采集儀實時記錄真空預(yù)冷過程中毛豆的中心溫度變化。同時稱取預(yù)冷前、后實驗樣品的質(zhì)量。并記錄真空預(yù)冷機顯示屏上由壓力傳感器和熱電偶測量的溫度、壓力。兩枚熱電偶分別插入豆莢內(nèi)、插進豆仁內(nèi)進行測溫。

1.3.2 失重率的測定

新鮮毛豆貯藏前質(zhì)量m1，毛豆貯藏期測定質(zhì)量m2，試驗平行3次。按公式(1)計算失水率:

(1)

1.3.3 呼吸強度的測定

貯藏結(jié)束后立刻移入密閉容器放置0.5 h并采用果蔬呼吸測定儀測定， 按公式(2)計算：

果蔬呼吸強度/[mg·(kg·h)-1]=

(2)

式中:a0,測定前密閉容器中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù),mg/kg；a,測定后密閉容器中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù),mg/kg；V,容器總體積(2 L)；V0,測定溫度下CO2摩爾體積(22.4 L/mol)；M,CO2的摩爾質(zhì)量(44 g/mol)；m,所測定果蔬的質(zhì)量,kg；t,所測定果蔬呼吸時間,h。

1.3.4 硬度測定

采用硬度計(探頭直徑3 mm)測定，選取毛豆豆莢凸面依次均勻用力，將硬度計探頭垂直壓入毛豆體內(nèi)5 mm，此時記下讀數(shù)，每組處理隨機選取6～10個樣品，取其平均值即為毛豆的硬度。

1.3.5 可溶性固形物測定

隨機稱取待測樣5 g研磨至勻漿，雙層紗布過濾取汁，采用TD-45數(shù)顯糖度計測定。每組樣品重復(fù)3次，取其平均值。

1.3.6 丙二醛含量

采用硫代巴比妥酸法測定，參照陳文烜等[11]的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 毛豆真空預(yù)冷過程的參數(shù)優(yōu)化

2.1.1 真空預(yù)冷毛豆工藝參數(shù)的優(yōu)選

以新鮮毛豆為原料，采用3因素3水平正交實驗來優(yōu)選預(yù)冷毛豆的工藝參數(shù)，研究了預(yù)冷溫度，補水量以及處理量對真空預(yù)冷毛豆的影響，以期為優(yōu)化真空預(yù)冷毛豆提供理論基礎(chǔ)。結(jié)果如表1、表2所示，試驗表明：最優(yōu)的預(yù)冷參數(shù)為預(yù)冷溫度5 ℃，補水量3%，處理量為2.5 kg。此工藝參數(shù)下真空預(yù)冷處理后的毛豆品質(zhì)指標(biāo)均較優(yōu)。

表1 三因素三水平正交實驗表Table 1 Orthogonal experimental design of three factors and three levels

表2 試驗方差分析Table 2 Analysis of test variance

在毛豆表面均勻補水，以替代其內(nèi)部的水分汽化, 抽真空時水分汽化吸熱間接冷卻毛豆。補水有助于加快毛豆降溫速率；同一預(yù)冷終溫下，經(jīng)補水處理的毛豆其失重率較小，到達預(yù)冷終點所需時間較短；相同補水處理的毛豆，預(yù)冷終溫設(shè)置越高，預(yù)冷所需時間越少。

2.1.2 毛豆在真空預(yù)冷過程中溫度-壓力的變化

圖1為預(yù)冷終溫為5 ℃的毛豆真空預(yù)冷過程, 降溫過程中毛豆不同部位有溫差, 豆仁內(nèi)降溫較為緩慢, 且預(yù)冷后期降溫幅度較低。第150 s左右時,真空室壓力開始急劇下降, 在此過程中, 毛豆表面水分及內(nèi)部水分汽化蒸發(fā), 溫度持續(xù)下降；第650 s起, 預(yù)冷槽基本處于恒壓狀態(tài)，但溫度仍緩慢降低直到770 s左右, 預(yù)冷過程基本結(jié)束。

毛豆豆莢堅硬且表面茸毛豐富，形態(tài)凹凸不平，因此在實際降溫過程中各部分存在一定溫差。毛豆的外果皮部分由富有營養(yǎng)的薄壁細胞組成，水分含量高；而內(nèi)部主要是含水量低而淀粉含量高的種子[12-13]。由于真空室是一個密閉絕熱的空間，毛豆水分蒸發(fā)產(chǎn)生的潛熱由其本身提供。水分蒸發(fā)的同時，會降低其表面及內(nèi)部的溫度，同時造成水分的缺失，毛豆豆莢與豆仁間產(chǎn)生水分梯度和溫度梯度，因此預(yù)冷過程中兩者存在一定溫差。

圖1 毛豆真空預(yù)冷過程中溫度-壓力變化曲線Fig.1 Temperature-pressure curve of soybean during vacuum precooling

2.2 真空預(yù)冷對貯藏期間毛豆品質(zhì)的影響

2.2.1 真空預(yù)冷對貯藏期內(nèi)毛豆失重率的影響

采后蔬菜的失重率是衡量其失水程度生理代謝的重要因素，失重率升高，水分含量越低，導(dǎo)致毛豆易出現(xiàn)萎縮、發(fā)黃變軟等現(xiàn)象，從而影響其新鮮度。由圖2可知，隨著貯藏期的延長，各處理組失水率均呈現(xiàn)增加的趨勢，在貯藏初期真空預(yù)冷、冷庫預(yù)冷和對照組毛豆的失重率分別為0.4%、0.5%和0.7%，差異不顯著。這是因為毛豆呼吸消耗有機物質(zhì)，同時蒸發(fā)作用致使水分流失。在貯藏過程中失重率逐漸增加，至第21天時，真空預(yù)冷、冷庫預(yù)冷和對照組的失重率分別為3.6%、4.2%和4.3%，差異顯著(P<0.05)。這可能是經(jīng)真空預(yù)冷處理的毛豆，呼吸作用減弱，延緩了細胞持水能力的下降，從而保持其較高的水分含量。因此，真空預(yù)冷處理可以有效地抑制毛豆失重率的上升，這與郭奇亮等[14]關(guān)于萵筍葉真空預(yù)冷的研究結(jié)果相似。

2.2.2 真空預(yù)冷對貯藏期內(nèi)毛豆呼吸強度的影響

呼吸強度是衡量蔬菜耐貯性的一項重要指標(biāo)。隨著呼吸強度的增加，其營養(yǎng)物質(zhì)的消耗速率增大，從而使成熟過程加快，貯藏性降低。由圖3可知，真空預(yù)冷后毛豆貯藏過程中呼吸強度均明顯低于冷庫預(yù)冷和對照組，且隨著貯藏時間延長，其差異性越顯著(P<0.05)。其原因可能是真空預(yù)冷毛豆降溫速率顯著高于其他2組，能有效抑制其呼吸強度。貯藏結(jié)束時，真空預(yù)冷處理后的毛豆呼吸強度由初始值192.30 mg/(kg·h)下降為53.91 mg/(kg·h)，下降了71.9%；冷庫預(yù)冷后的呼吸強度由初始值238.84 mg/(kg·h)下降為67.90 mg/(kg·h)，下降了71.6%；對照組呼吸強度則下降為67.90 mg/(kg·h)，下降了69.4%，表明真空預(yù)冷處理可有效降低毛豆的田間熱從而延緩其呼吸速率變化。這與趙維琦等[15]關(guān)于西蘭花的真空預(yù)冷研究結(jié)果相似。

圖2 真空預(yù)冷處理毛豆貯藏期間失重率的變化Fig.2 Changes of vacuum precooling treatment on weight loss rate of soybean during storage

圖3 真空預(yù)冷處理毛豆貯藏期間呼吸強度的變化Fig.3 Changes of vacuum precooling treatment on respiratory strength of soybean during storage注：不同小字母表示顯著相關(guān), P<0.05(下同)

2.2.3 真空預(yù)冷對貯藏期內(nèi)毛豆硬度的影響

蔬菜硬度是衡量其品質(zhì)及商品屬性的重要因素，在蔬菜貯存過程中硬度與呼吸代謝、酶活性、激素以及溫度變化等關(guān)系密切[16]。貯藏時間會影響毛豆果膠含量，從而直接影響毛豆的硬度[17]。由圖4可知，隨著貯藏期的增加毛豆硬度呈下降趨勢，且真空預(yù)冷處理樣品比對照組變化緩慢(P<0.05)。這是因為隨著貯藏期延長，預(yù)冷導(dǎo)致代謝速率降低，而呼吸速率的降低會進一步促進代謝速率的降低，并限制驅(qū)動組織軟化或增韌所需的能量，從而抑制毛豆硬度的變化。貯藏結(jié)束時真空預(yù)冷處理后的毛豆硬度由初始值13.58 kg/cm2下降為9.08 kg/cm2，下降了33.1%；冷庫預(yù)冷處理后的毛豆硬度由初始值13.22 kg/cm2下降為8.77 kg/cm2，下降了33.6%；對照組硬度則下降為8.77 kg/cm2，下降了39.4%，這說明真空預(yù)冷處理有效保持了蔬菜的硬度，在一定程度上可以維持蔬菜的口感，保鮮效果明顯。這與王青等[18]關(guān)于椒真空預(yù)冷的研究結(jié)果相似。

圖4 真空預(yù)冷處理毛豆貯藏期間硬度的變化Fig.4 Changes of vacuum precooling treatment on hardness of soybean during storage

2.2.4 真空預(yù)冷對貯藏期內(nèi)毛豆可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物可以反映出毛豆在貯藏過程中的品質(zhì)變化，同時也是蔬菜成熟和老化的標(biāo)準(zhǔn)之一。由圖5可知，預(yù)冷方式對貯藏過程毛豆可溶性固形物影響差異不顯著(P>0.05)，且隨著儲藏期的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。這是因為毛豆采摘后機體內(nèi)依舊進行著生命活動，纖維素等大分子物質(zhì)在其后熟過程中被分解為小分子的糖等物質(zhì)。而在貯藏9 d后，由于毛豆成熟度的上升，需要消耗糖類來維持自身新陳代謝，果膠酸等大分子物質(zhì)的分解速率低于葡萄糖等小分子物質(zhì)的損耗速度，從而造成了可溶性固形物含量的降低。因此，通過抑制呼吸速率和生理代謝的作用，真空預(yù)冷處理可減緩毛豆的可溶性固形物含量的變化。這與吳德慧等[19]關(guān)于有機杭白菜真空預(yù)冷的研究結(jié)果相似。

圖5 真空預(yù)冷處理毛豆貯藏期間可溶性固形含量的變化Fig.5 Changes of vacuum precooling treatment on soluble solid content in soybean during storage

2.2.5 真空預(yù)冷對貯藏期內(nèi)毛豆丙二醛含量的影響

植物組織在逆境下遭遇損害或衰老時通常誘發(fā)膜脂過氧化作用，丙二醛是膜脂過氧化的最終降解物，其含量可作為判斷植物體遭遇逆境危害的標(biāo)準(zhǔn)[20-21]。由圖6可知，儲藏前期真空預(yù)冷、冷庫預(yù)冷和對照組丙二醛含量分別為0.18、0.28和0.30 μmol/g，隨著貯藏期的增加，各處理組毛豆的丙二醛含量均提高，且差異顯著(P<0.05),產(chǎn)生這種趨勢的原因主要是因為貯藏期間毛豆含水量依舊保持較高水平，代謝旺盛，導(dǎo)致其表面黃化、衰老，此時丙二醛可以與組織中的蛋白質(zhì)、核酸等大分子物質(zhì)反應(yīng)，改變其分子構(gòu)型，或使之產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，從而遺失生物功能[22]。貯藏18 d時這種增加趨勢增大，真空預(yù)冷、冷庫預(yù)冷和對照組MDA含量分別為0.58、1.01和1.20 μmol/g ，在貯藏過程中真空預(yù)冷處理后的毛豆丙二醛含量始終最低，且變化幅度小，說明其細胞膜受損程度低于冷庫預(yù)冷和對照組，從而表明真空預(yù)冷對于延緩毛豆衰老有明顯的優(yōu)勢。這與劉歡等[23]關(guān)于刺嫩芽的真空預(yù)冷研究結(jié)果相似。

圖6 真空預(yù)冷處理毛豆貯藏期間丙二醛含量的變化Fig.6 Changes of vacuum precooling treatment on MDA content in green soybean during storage

3 結(jié)論

新鮮果蔬采后自身存在田間熱以及呼吸熱，加快了其在儲藏期間生物特性變化，從而降低了果蔬的新鮮度和貯藏品質(zhì)。因此，采用真空預(yù)冷技術(shù)是延長果蔬貨架期的關(guān)鍵。本文先確定了毛豆的較優(yōu)真空預(yù)冷工藝參數(shù)為：預(yù)冷溫度5 ℃，補水量3%，處理量為2.5 kg。在此工藝參數(shù)下真空預(yù)冷處理的毛豆對后期貯藏品質(zhì)具有積極作用，能有效抑制毛豆失水率和丙二醛含量的增加，而對可溶性固形物含量影響較小。綜上所述，在適宜的預(yù)冷參數(shù)下進行真空預(yù)冷并儲藏在特定低溫條件下可明顯提升毛豆貯藏品質(zhì)，并延長其貨架期。