董晶寅,易軍鵬*,李欣,段續(xù),2,任廣躍,2,李琳琳,李璐瑤,汪俊領(lǐng),韓羽欣,高炎
1(河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,河南 洛陽,471000)2(糧食儲藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心,河南 鄭州,450001)
經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后的食品會被賦予獨(dú)特的風(fēng)味,提高營養(yǎng)價(jià)值,并具備一定的保健作用,如促進(jìn)消化,調(diào)節(jié)腸道菌群,降低膽固醇等[1]。其中備受消費(fèi)者喜愛的發(fā)酵食品——酸菜,在中國已有數(shù)百年的歷史。CISKA等[2]發(fā)現(xiàn)酸菜貯藏過程中部分營養(yǎng)物質(zhì)會不斷發(fā)生變化,酸菜的口感和風(fēng)味也會不斷發(fā)生改變,因此酸菜產(chǎn)品普遍存在保質(zhì)期短、質(zhì)量和風(fēng)味不穩(wěn)定以及包裝貯運(yùn)消耗較大等問題。
干燥技術(shù)是大規(guī)模食品保鮮處理不可缺少的技術(shù)之一。但是,相較于其他原料,用于食品的干燥方法不僅要高效和經(jīng)濟(jì),而且應(yīng)最大程度的保留原材料的風(fēng)味、營養(yǎng)、色澤和質(zhì)地[3-4]。微波真空冷凍干燥技術(shù)[5](microwave vacuum freeze-drying,MFD)這一新型干燥技術(shù)在食品干燥領(lǐng)域有著突出表現(xiàn)。研究表明經(jīng)微波真空冷凍干燥處理后的物料在風(fēng)味方面也能更好地保存,如姜唯唯等[6]將芒果通過不同方式干燥后得出微波真空冷凍干燥技術(shù)在風(fēng)味、色澤、口感等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)干燥技術(shù);HUANG等[7]通過對比真空冷凍干燥和微波真空冷凍干燥對秋葵干制品品質(zhì)的影響得出后者更能保障干制品的品質(zhì);FERENCZI等[8]通過對比熱風(fēng)干燥和微波真空冷凍干燥技術(shù)對蘋果品質(zhì)的影響,同樣證實(shí)了微波真空冷凍干燥技術(shù)能耗更低、對蘋果營養(yǎng)物質(zhì)保留率更高,是一種更優(yōu)秀的干燥技術(shù)。易軍鵬等[9]的研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)微波真空冷凍干燥處理后的酸菜中微生物活性明顯降低,經(jīng)干燥處理后的酸菜不僅可以降低貯運(yùn)成本,同時(shí)更方便于將酸菜加工成調(diào)味粉,為酸菜的進(jìn)一步深加工提供了方向。而微波真空冷凍干燥技術(shù)對酸菜的風(fēng)味影響尚不明確。
因此本文以酸菜為原料,采用微波真空冷凍干燥技術(shù)對新鮮酸菜進(jìn)行脫水處理,研究不同的干燥條件(微波功率和真空度)對酸菜風(fēng)味成分的影響,旨在為生產(chǎn)高品質(zhì)的酸菜干制品提供理論基礎(chǔ)。
酸菜,北大荒親民有機(jī)食品有限公司;乳酸、乙酸、蘋果酸、檸檬酸、焦谷氨酸、富馬酸、5′-胞苷酸(5′-CMP)、5′-鳥苷酸(5′- GMP)、5′-肌苷酸(5′-IMP)、5′-腺苷酸(5′-AMP)標(biāo)準(zhǔn)品,上海源葉生物有限公司;氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品,德國曼默博爾公司;其余試劑均為分析純,國產(chǎn)。
微波真空冷凍干燥機(jī)如圖1所示,實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)[10];1260型高效液相色譜儀,美國安捷倫科技有限公司;A300型氨基酸自動(dòng)分析儀,德國曼默博爾有限公司;H1850R型高速冷凍離心機(jī),湖南湘儀離心機(jī)有限公司;KQ-500DE型超聲波清洗機(jī),昆山市超聲儀器有限公司;JJ223BC型電子天平,常熟市雙杰測試儀器廠。
圖1 微波真空冷凍干燥設(shè)備圖Fig.1 Diagram of microwave vacuum freeze-drying equipment
1.3.1 干燥方法
參考易軍鵬等[9]的干燥方法,并稍加修改。將酸菜瀝干切絲(5 mm×2 mm)平鋪于物料盤內(nèi),鋪料厚度為5 mm,每盤酸菜裝載量為100 g。待微波真空冷凍干燥機(jī)冷阱溫度下降到-40 ℃后,設(shè)置微波功率(1~4 W/g)和真空度(100~400 Pa),將物料盤放入干燥箱開始干燥。干燥過程中,每隔30 min記錄物料重量,直至酸菜質(zhì)量穩(wěn)定不變時(shí)認(rèn)為達(dá)到干燥終點(diǎn),結(jié)束干燥,將酸菜取出后密封保存。每組干燥試驗(yàn)平行操作3次,干燥數(shù)據(jù)取平均值。
1.3.2 微波冷凍干燥工藝條件對酸菜風(fēng)味影響的單因素試驗(yàn)
(1)微波功率:固定真空度250 Pa,微波功率分別設(shè)置為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 W/g。
(2)真空度:固定微波功率2.5 W/g,真空度分別設(shè)置為100、150、200、300、350、400 Pa。
參考XIONG等[11]的檢測方法,取酸菜0.5 g(以干重計(jì))放入燒杯,加10 mL超純水,經(jīng)打漿處理,漩渦振蕩30 s后,在300 W, 40 kHz的條件下超聲處理15 min,結(jié)束后靜置10 min。在4 ℃ 8 000 r/min的條件下離心20 min,收集上清液,沉淀再次離心取上清液,合并兩次上清液并用超純水定容至20 mL,用超純水稀釋至適宜濃度,經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后置入進(jìn)樣瓶。
檢測方法:色譜柱為Venusil MP C18(2)(4.6 mm×250 mm×5 μm);流動(dòng)相為0.01 mol/L磷酸二氫鉀(A)(用1 mol/L磷酸調(diào)至pH=2.8)和甲醇(B),等度洗脫[V(A)∶V(B)=90∶10],洗脫時(shí)間20 min;流速為0.8 mL/min;柱溫25 ℃;進(jìn)樣量10 μL;采用紫外檢測器,檢測波長為210 nm。采用外標(biāo)法進(jìn)行定量分析,通過與乳酸、乙酸、檸檬酸、蘋果酸、焦谷氨酸和富馬酸標(biāo)準(zhǔn)品制備的標(biāo)準(zhǔn)曲線對照,計(jì)算出樣品中有機(jī)酸的含量,結(jié)果以干基計(jì)。
參考陳麗花等[12]的核苷酸提取方法,取酸菜0.5 g(以干重計(jì))放入燒杯,加15 mL超純水,煮沸。冷卻至室溫后,在300 W 40 kHz的條件下超聲15 min,在4 ℃ 8 000 r/min條件下離心10 min,收集上清液,沉淀再次離心取上清液,合并2次上清液并用超純水定容至20 mL。用超純水稀釋至適宜濃度,經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后置入進(jìn)樣瓶。
檢測方法:色譜柱為Ultimate XB-C18 (5 mm×4.6 mm×250 μm);流動(dòng)相:甲醇水溶液(含0.04 %磷酸及0.7 %三乙胺);等度洗脫,洗脫時(shí)間25 min,流速0.8 mL/min;柱溫35 ℃;進(jìn)樣量10 μL;采用紫外檢測器,檢測波長255 nm。分別檢測5′-GMP、5′-AMP、5′-CMP和 5′-IMP標(biāo)準(zhǔn)品的出峰時(shí)間及峰面積,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中相應(yīng)物質(zhì)含量。結(jié)果以干基計(jì)。
參考盧曉爍等[13]的方法并稍加改動(dòng),稱取樣品0.5 g(以干重計(jì)),加入質(zhì)量濃度為10 g/L磺基水楊酸4 mL和質(zhì)量濃度為10 g/L的EDTA-2Na 2 mL,混合后漩渦振蕩20 s,靜置10 min后超聲30 min,靜置過夜后打漿,將酸菜漿在12 000 r/min的條件下離心20 min,取上清液,用0.02 mol/L鹽酸溶液定容至25 mL,經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后待測。
TAV是指樣品中呈味物質(zhì)的濃度與其閾值濃度的比值,TAV高則表明該呈味物質(zhì)對滋味貢獻(xiàn)率大,反之則小[14]。通過測得的不同干燥條件下所得酸菜樣品中有機(jī)酸、核苷酸和游離氨基酸含量計(jì)算TAV,找出對酸菜滋味有顯著貢獻(xiàn)的成分。計(jì)算如公式(1)所示:
(1)
式中:C1為呈味物質(zhì)的含量,mg/g;C2為呈味閾值,mg/g。
EUC值又稱味精當(dāng)量,EUC值通過鮮味氨基酸(Asp,Glu)和5′-核苷酸計(jì)算得到。計(jì)算如公式(2)所示:
Y=∑aibi+1 218(∑aibi)(∑ajbj)
(2)
式中:Y為樣品的EUC值,g MSG/100 g;ai為每個(gè)鮮味氨基酸的濃度,g/100 g,干重計(jì);bi為各鮮味氨基酸相對于味精的鮮味濃度(Asp=0.077,Glu=1);aj為每個(gè)鮮味5′-核苷酸,如鳥苷酸(5′-GMP)、肌苷酸(5′-IMP)、黃苷酸(5′-XMP)或腺苷酸(5′-AMP)的濃度,g/100 g,干重計(jì);bj為各鮮味5′-核苷酸相對于IMP的RUC值(5′-IMP=1,5′-GMP=2.3,5′-XMP=0.61,5′-AMP=0.18),1 218為基于單位g/100 g的協(xié)同常數(shù)[15]。
利用Excel軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,采用Origin 2022 b軟件進(jìn)行圖形繪制,采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn),顯著水平為P<0.05,以不同字母代表其顯著性。
酸菜干燥曲線有2個(gè)明顯不同的階段:含水率快速下降階段和含水率下降平緩階段。干燥初期,酸菜處于較低溫度,去除水分子的主要方式是升華,并且干燥初期酸菜中水分含量較高,對微波的吸收率高,水分子摩擦更為劇烈,能更快的升華脫除[16]。DUAN等[17]在對比雙胞菇不同升華干燥時(shí)發(fā)現(xiàn),采用微波冷凍干燥對雙胞菇進(jìn)行處理時(shí),雙胞菇中約為55%的水分子通過升華去除,之后水分子的去除方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎舭l(fā)為主,升華為輔,且內(nèi)部液態(tài)水分蒸發(fā)需經(jīng)歷由內(nèi)部到表面遷移的過程,致使干燥速率降低。由干燥速率曲線可知,在對酸菜進(jìn)行干燥時(shí),同樣是當(dāng)水分去除約55%后干燥速率停止增長并逐漸減緩。該結(jié)果與DUAN等[17]和趙夢月等[18]研究雙胞菇和山茱萸微波真空冷凍干燥的結(jié)果相近。
由圖2的干燥曲線可知,在同一干燥真空度下,隨微波功率的升高,酸菜的干基含水率下降速度加快。微波功率為4 W/g時(shí),酸菜干燥速率的最大值為7.72 g/(g·min),干燥所需時(shí)間為150 min。與微波功率1 W/g相比,干燥時(shí)間縮短了16.7%(180 min),干燥速率最大值增大了23.3%[6.26 g/(g·min)]。由圖3可知,在相同微波功率下,干燥腔內(nèi)壓強(qiáng)降低對干燥進(jìn)程同樣有加速作用。真空度為100 Pa的條件下,酸菜干燥速率的最大值為7.5 g/(g·min),至干燥終點(diǎn)所需要的時(shí)間為160 min。與真空度400 Pa相比,干燥時(shí)間縮短了11.1%(180 min),干燥速率最大值增大了17.9%[6.36 g/(g·min)]。綜上所述,在不考慮干燥能耗及對酸菜中營養(yǎng)物質(zhì)損耗的前提下,提高微波功率和真空度均可縮短干燥時(shí)間。
a-干基含水率;b-干燥速率圖2 微波功率對酸菜干基含水率及干燥速率的影響Fig.2 Effect of microwave power on moisture content and drying rate of sauerkraut
a-干基含水率;b-干燥速率圖3 真空度對酸菜干基含水率和干燥速率的影響Fig.3 Effect of vacuum on moisture content and drying rate of sauerkraut
有機(jī)酸是乳酸菌發(fā)酵過程中產(chǎn)生的主要代謝產(chǎn)物,也是酸菜獨(dú)特風(fēng)味的主要來源[19],同時(shí)還可以反映酸菜的穩(wěn)定性和新鮮度[20]。如表1、表2所示,酸菜中的有機(jī)酸以乳酸(76.61 mg/g干重)、乙酸(60.25 mg/g干重)和檸檬酸(30.88 mg/g干重)為主。這與馬藝熒等[20]對發(fā)酵120 d的酸菜的檢測結(jié)果一致,但其報(bào)道的含量數(shù)值遠(yuǎn)低于本研究,原因在于兩者計(jì)算有機(jī)酸含量的基準(zhǔn)不同,本研究以干重表示有機(jī)酸含量,而對比研究將有機(jī)酸含量表示為濕重。以濕重計(jì)算,本研究所得乳酸含量為5.47 mg/g,僅為馬藝熒等[20]報(bào)道的乳酸含量的1/3,而乙酸(4.30 mg/g)和檸檬酸(2.21 mg/g)含量與其報(bào)道一致。這種差異是發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵菌種不同的作用結(jié)果。乳酸含量較低,乙酸占比較高,會使得酸菜的尖酸味突出[20]。
表1 不同微波功率對酸菜有機(jī)酸含量的影響 單位:g/g干重
表2 不同真空度對酸菜有機(jī)酸含量的影響 單位:mg/g干重
經(jīng)微波真空冷凍干燥處理后,酸菜的有機(jī)酸總量、乳酸、檸檬酸和焦谷氨酸含量均顯著增高。LI等[21]研究表明,冷凍干燥和微波干燥均可有效促進(jìn)有機(jī)酸的釋放,使杏鮑菇中的總酸量和檸檬酸含量顯著增加。RODRIGUEZ-CAMPOS 等[22]也指出日曬干燥1 d后,發(fā)酵可可中的乳酸、檸檬酸和蘋果酸含量均有所增加。如表1、表2所示,經(jīng)微波真空冷凍干燥處理后,乙酸的含量顯著降低,并隨微波功率的升高,干制酸菜中的乙酸含量逐降低。這與微波真空干燥后斑玉蕈的風(fēng)味表現(xiàn)一致,其乙酸含量僅為新鮮樣品的48.9%,這可能是由于微波輻射導(dǎo)致有機(jī)酸結(jié)構(gòu)破壞[23]。經(jīng)微波真空冷凍干燥處理后,酸菜中的乳酸與乙酸含量較新鮮酸菜約提升2倍,這使得酸菜的尖酸味大大降低,柔和酸感增加,而蘋果酸和檸檬酸含量的增高,豐富了酸菜的柔和酸感,提升了酸菜的口感[20]。綜上所述,微波真空冷凍干燥可以提升酸菜的特征性酸味,有機(jī)酸的總含量隨著微波功率的提升呈現(xiàn)先提升后減少的趨勢,且在3 W/g時(shí)有機(jī)酸含量最高,而隨著真空度的升高則不斷提升。
5′-核苷酸對食品的鮮味呈現(xiàn)有重要作用。LEKSRISOMPONG等[24]的研究表明,5′-AMP可以產(chǎn)生甜味,并能抑制酸澀、苦味。當(dāng)5′-核苷酸存在時(shí),會與鮮味氨基酸之間存在相互作用,成倍放大鮮味[25]。如表3所示,新鮮酸菜中5′-核苷酸的含量為0.451 mg/g干重,與肖雋霏等[26]所檢測的4種酸菜的5′-核苷酸含量值為同一數(shù)量級范圍。由表3、表4可知,主要的呈鮮核苷酸5′-肌苷酸和5′-鳥苷酸在酸菜的4種5′-核苷酸中含量最高,對酸菜進(jìn)行微波真空冷凍干燥后,5′-核苷酸的總量增高至0.565~0.719 mg/g干重。這一現(xiàn)象可能是因?yàn)楦稍镞^程中酸菜溫度升高引起的,酸菜經(jīng)預(yù)凍后溫度較低,隨著干燥進(jìn)程的進(jìn)行溫度會不斷升高,酸菜中的5′-磷酸二酯酶及磷酸單酯酶的活性也逐漸升高,分解RNA并生成的5′-核苷酸[27]。因此,微波真空冷凍干燥可以提升酸菜中5′-核苷酸的含量,提升酸菜的鮮味。
表3 不同微波功率條件下酸菜5′-核苷酸含量 單位:mg/g干重
表4 不同真空度條件下酸菜5′-核苷酸含量 單位:mg/g干重
游離氨基酸(free amino acids,FAAs)是普遍存在于生物體中的重要有機(jī)物,氨基酸會參與機(jī)體的生理生化反應(yīng),包括新陳代謝和信號傳遞,同時(shí)也是重要的風(fēng)味成分,在食品風(fēng)味中起著至關(guān)重要的作用[28]。酸菜FAAs含量如表5、表6所示,新鮮酸菜中的FAAs總量為31.45 mg/g干重(濕重為2.246 mg/g),與肖雋霏等[26]測得的結(jié)果相近。其中,Asp含量(11.58 mg/g干重)最高,占總FAAs的36.8%。根據(jù)氨基酸所提供的口感特征不同,FAAs分為酸味、甜味、苦味、無味4種[29]。新鮮酸菜中酸味氨基酸含量最高,占總含量的40.19 %,苦味和甜味氨基酸次之,分別占總含量的31.60%和20.95%。
表5 不同微波功率條件下酸菜氨基酸含量 單位:mg/g干重
表6 不同真空度條件下酸菜氨基酸含量 單位:mg/g干重
酸菜經(jīng)干燥后FAAs總量較新鮮酸菜降低,且除Asp、Glu、Ser外,其余氨基酸含量均有所降低。Glu和Asp含量增加可能是酸菜中的谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶水解Gln和Asn產(chǎn)生Glu和Asp所致,該過程為核苷酸的合成提供必需的氮,因此干燥中氨基酸的分解代謝也是5′-核苷酸含量增加的重要原因之一[30-31]。Asp和Glu均屬于酸味氨基酸,酸菜經(jīng)干燥后酸味氨基酸含量占比增高至FAAs總量的48.65%~51.86%,苦味和甜味氨基酸降至FAAs總量的25.07%~27.52%和18.02%~22.23%。綜上所述,微波真空冷凍干燥處理可以提升酸菜的酸味氨基酸含量,而苦味和甜味氨基酸含量降低,使酸菜的特征性酸味更加突出。
通常情況下當(dāng)TAV>1時(shí),認(rèn)為該物質(zhì)對酸菜的呈味有貢獻(xiàn),而TAV<1時(shí),該物質(zhì)將被視為對呈味僅起到了協(xié)調(diào)作用并沒有直接貢獻(xiàn),由此可以確定酸菜中主要的呈味的物質(zhì)[32]。
不同干燥條件處理后的酸菜干制品中呈味成分的TAV結(jié)果如表7、表8所示。有機(jī)酸對酸菜的風(fēng)味貢獻(xiàn)最大,其中乳酸和乙酸TAV最高,為酸菜風(fēng)味作出貢獻(xiàn)最大,檸檬酸、蘋果酸、焦谷氨酸次之,而富馬酸的TAV<1,對酸菜的風(fēng)味僅有協(xié)調(diào)作用。5′-核苷酸的TAV值較低,但5′-核苷酸與鮮味氨基酸之間存在呈鮮作用,因此在酸菜風(fēng)味中同樣有明顯貢獻(xiàn)[25]。氨基酸中Asp、Glu、Ala、Phe、Arg、His的TAV>1,為酸菜的風(fēng)味做出貢獻(xiàn),根據(jù)氨基酸所提供風(fēng)味劃分,呈酸味氨基酸對酸菜風(fēng)味貢獻(xiàn)最大,呈甜味氨基酸對風(fēng)味貢獻(xiàn)最小。
表7 不同微波功率條件下酸菜TAV變化Table 7 Variation of TAV of sauerkraut under different microwave power conditions
表8 不同真空度條件下酸菜TAV變化Table 8 Variation of TAV of sauerkraut under different vacuum degree conditions
鮮味是衡量食品風(fēng)味的重要標(biāo)準(zhǔn)之一[15],等鮮濃度對酸菜風(fēng)味產(chǎn)品的評價(jià)和開發(fā)具有極其重要的研究意義。與新鮮酸菜EUC值(10.24)相比,不同干燥條件下,干燥酸菜的EUC值均升高,這是因?yàn)槲⒉ㄕ婵绽鋬龈稍飳?dǎo)致酸菜中5′-核苷酸和Asp、Glu含量均有所升高,而Asp和Glu與5′-核苷酸具有呈鮮作用[25],從而導(dǎo)致酸菜的EUC值增高。盧曉爍等[13]通過對干燥香菇的EUC值的研究發(fā)現(xiàn),提升解析干燥階段的溫度會使香菇的鮮味強(qiáng)度顯著提升。酸菜經(jīng)微波真空冷凍干燥處理后,鮮味強(qiáng)度的變化可能與干燥過程中的溫度變化有關(guān)。由圖4所示,在相同的真空度條件下,隨著微波功率的增加,酸菜的EUC值呈先上升后下降趨勢,而當(dāng)微波功率保持不變,真空度逐漸增加時(shí),酸菜的EUC則呈上升趨勢。說明較高的微波功率會對酸菜的鮮味成分造成損害,使其保留更加困難;而較高的真空度則能夠較好的保留酸菜的鮮味成分。綜上所述,對酸菜進(jìn)行微波真空冷凍干燥時(shí),降低微波功率、提高真空度可以更好地保留酸菜的鮮味。
圖4 不同干燥條件下酸菜的EUC值Fig.4 The EUC value of Sauerkraut in different drying conditions
微波真空冷凍干燥技術(shù)具備真空冷凍干燥有效保留產(chǎn)品風(fēng)味和品質(zhì)的優(yōu)點(diǎn),還能縮短干燥時(shí)間,提高干燥效率,因而近年來在食品干燥方面有著很好的表現(xiàn)。本研究將其應(yīng)用于酸菜干燥,并通過改變干燥條件,對酸菜的主要呈味成分進(jìn)行分析,得出以下結(jié)論。采用微波真空冷凍干燥對酸菜進(jìn)行干燥加工同樣體現(xiàn)出其高效的技術(shù)特點(diǎn),微波功率的提升和降低干燥腔內(nèi)壓強(qiáng)均能提高酸菜的干燥效率;微波真空冷凍干燥對酸菜中非揮發(fā)性呈味成分,如有機(jī)酸、5′-核苷酸、FAAs的含量均有顯著影響;干燥后酸菜中的有機(jī)酸和5′-核苷酸含量顯著增加,且微波功率和真空度均起到了積極的作用;對酸菜FAAs分析結(jié)果顯示,經(jīng)干燥處理后酸菜中的FAAs含量低于新鮮酸菜,但對酸菜中的酸味氨基酸含量具有明顯的提升作用,使酸菜的特征性酸味更加突出;對酸菜的TAV值和EUC值分析發(fā)現(xiàn),較高的真空度對酸菜的口味豐富度和鮮味濃度均有積極影響,而過高的微波功率則會導(dǎo)致酸菜的鮮味濃度降低。因此,為保證酸菜干制品有較好的風(fēng)味,可以采用降低微波功率并提升真空度的方法。