一种提高果蔬贮藏稳定性的方法与流程

本发明属于果蔬贮藏
技术领域：
，具体涉及一种提高果蔬贮藏稳定性的方法。
背景技术：
：在食品工业中，玻璃化转变温度(Tg)通常被用来预测食品贮藏的稳定性。食品处于玻璃态以下会降低或者抑制引起食品质量恶化的所有受扩散控制的反应的速率。此时，食品的质构、酶活及微生物活动等各方面理化性质都很稳定，非常利于食品品质的维持。果蔬材料被认为是水分增塑的天然聚合物，组织中水分含量和水分活度的变化与材料Tg的变化密切相关。三者有机结合可以有效地预测食品的贮藏期，选择最佳的食品贮藏加工条件。因此，目前，这一温度已经成为国内外食品加工和贮藏研究领域的热点。另外，果蔬组织中通常含有70％～90％的水分，主要分布于液泡、细胞质和细胞间隙以及细胞壁结构中。水分在组织中分布部位不同，其在加工过程中的行为表现也不同。因此，组织中水分状态的改变同样会影响到组织的玻璃化转变，进而影响食品的贮藏稳定性。较好地了解在实际加工条件下组织中水分状态与玻璃化转变间的关系对蔬菜贮藏、加工条件改善及品质控制具有一定的指导意义。目前，热风干燥技术是传统的、应用广泛的食品干燥技术。因此，本研究主要选取热风干燥方法获得不同含水状态的胡萝卜组织，通过数理统计的方法构建胡萝卜水分状态与玻璃化转变间的定量关系。技术实现要素：发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种提高果蔬贮藏稳定性的方法，通过降低果蔬半结合水的弛豫行为，来提高果蔬玻璃化转变温度Tg，从而提高果蔬贮藏稳定性。技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种提高果蔬贮藏稳定性的方法：在果蔬干燥过程中，通过降低果蔬半结合水的弛豫行为，来提高果蔬玻璃化转变温度Tg，从而提高果蔬贮藏稳定性。所述的果蔬的含水率≤0.41g/gdrymatter。所述的果蔬在50～60℃下热风干燥。所述的果蔬为胡萝卜。有益效果：与现有技术相比，本发明通过DSC技术获得了热风干燥胡萝卜在不同含水状态下的玻璃化转变规律。胡萝卜含水率较高(Xw,4.15≥Xw≥1.01g/gdrymatter)时，液泡中自由水占主导地位，样品的含水率虽然不同，其Tg基本相同，其值为-48.4±1.04℃。当胡萝卜含水率≤0.41g/gdrymatter，在50℃和60℃下，随样品细胞质和细胞间隙中半结合水的T22降低了12.4ms和11.8ms，其Tg分别提高了6.79℃和22.7℃。相关分析进一步显示，热风干燥胡萝卜中Tg与T22呈现负线性相关关系。这些结果显示在热风干燥胡萝卜中，降低半结合水的弛豫行为可作为提高Tg的有效手段。这将对蔬菜贮藏、加工条件改善及品质控制具有一定的指导意义。附图说明图1是胡萝卜干基含水率(Xw)随热风干燥时间的变化结果图；图2是热风干燥胡萝卜(70℃，10h)典型的DSC热流曲线图；图3是热风干燥对胡萝卜液泡中自由水的弛豫时间(T23)与玻璃化转变温度(Tg)的影响结果图；其中，Tgo和Tge：玻璃化转变的起始和结束温度；图4是热风干燥对胡萝卜液泡中自由水的相对信号强度(M23)与玻璃化转变温度(Tg)的影响结果图；其中，Tgo和Tge：玻璃化转变的起始和结束温度；图5是热风干燥对胡萝卜细胞质和细胞间隙中半结合水的弛豫时间(T22)与玻璃化转变温度(Tg)的影响结果图；图中，Tgo和Tge：玻璃化转变的起始和结束温度；图6是热风干燥对胡萝卜细胞质和细胞间隙中半结合水的相对信号强度(M22)与玻璃化转变温度(Tg)的影响结果图；图中，Tgo和Tge：玻璃化转变的起始和结束温度。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。以下实施例中所使用的材料为：新鲜的胡萝卜产于上海本地，于11月购自上海市闵行区沧源农贸市场。所有材料均当天采摘，保持大小一致、色泽鲜亮、无任何物理损伤。从采摘后到样品处理前不超过12h。以下实施例中所使用的统计分析为：采用SASv9.1软件对所获得的数据进行统计分析。利用线性回归和通径分析方法分析水分状态和Tg之间的定量关系，建立其对应的线性回归方程。实施例1取胡萝卜洗净、晾干后，切成直径为32±2mm，厚度为6±1mm的切片，将样品单层平铺于鼓风干燥箱(质量负荷为10kg～15kg)的干燥网上，分别在不同的热风温度(50℃、60℃和70℃)下进行干燥处理，至干基含水率低于0.20g/gdrymatter。每隔两个小时取样分析。循环风维持干燥温度的恒定(±1℃)及干燥箱中每个角落温度的均一性(±2.5％)。1)干基含水率和干物质含量测定：30g样品(起始重量，W1)在105℃下烘干至恒重(W2)，干基含水率(Xws，g/gdrymatter)，湿基含水率(Xw，g/gtotal)和干物质含量(Xs，g/g)由以下公式计算。每组三次重复测定。Xs＝1-Xw(3)在食品工业中，通常是以湿基含水率来表示组织材料的含水率。然而，在干燥过程中，材料的总重会因材料中水分的脱除而逐渐降低，而绝对干物质的质量则一直保持不变，因此，在干燥过程中以干基含水率来表示组织材料的含水率比较精确。如图1所示，胡萝卜的干基含水率随热风干燥时间增加逐渐降低。干燥温度不同，胡萝卜含水率降至安全含水率(≤0.20g/gdrymatter)的时间不同。在50℃、60℃和70℃时，胡萝卜的含水率分别经过14h、10h和10h降至0.12g/gdrymatter、0.11g/gdrymatter和0.05g/gdrymatter。2)NMR技术是一项非接触、非破坏性的新型方法，其能够利用(横向)驰豫时间(T2)与成像技术得到生物组织内部不同状态水分的分布情况。T2的大小可用来表明组织中水分的流动性大小。T2长意味着组织与水分间的结合度小，水分的流动性大，容易被脱出，反之，T2短表明组织中水分流动性小，较难被脱除。本实施例以此来了解干燥过程中胡萝卜组织中水分状态及迁移情况。据已有的报道，果蔬组织中水分状态通常可分为三种。第一种是自由水，T2最长，对应T23，位于细胞液泡中的水分，流动性最强，可以与液泡中的糖类、其它小分子物质等结合。第二种是半结合水，T2适中，对应T22，位于细胞质和细胞间隙中的水分，流动性适中，可与胞内酶、细胞骨架物质以及黏度高的细胞质结合。第三种是结合水，T2最短，对应T21，位于细胞壁中的水分，流动性最弱，可结合在细胞壁多糖类物质(如果胶、半纤维素等细胞壁成分)的羟基上。弛豫时间越长，水分的流动性越强。T23、T22和T21对应的相对信号强度M23、M22和M21分别代表了自由水、半结合水和结合水的相对含量。本实施例中，新鲜胡萝卜的T2反演谱主要分为T22和T23两个区间，分别为3–50ms和60–1000ms，而并未检测到T21，意味着胡萝卜组织中结合水的含量非常少。因此，本实施例中只对组织中自由水和半结合水的状态作进一步分析。核磁共振(NMR)分析：用NMR分析软件中的CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)分析检测样品的横向弛豫时间(Τ2)。将约2g样品放入10mm直径的样品管中，样品要低于射频线圈活动区。序列参数设置为：主频SF1为23MHz，采样点数TD为420022，重复时间TR为3500ms，累加次数为8次，90°脉冲时间P90为16.5μs，180°脉冲时间P180为33.0μs，回波时间T为105μs，回波数EchoCount为10000。每组重复三次测试，每次重复采集三次信号。差式扫描量热仪(DSC)分析：采用DSC204F1差式扫描量热仪分析热风干燥样品的玻璃化转变温度。称取约10mg样品密封在标准铝坩埚中，置于样品台上，在氮气(50mL/min)吹扫保护下，进行测试。程序设定为：从上样温度(室温)以10℃/min的降温速率降温至-60℃，在-60℃处平衡6min，最后从-60℃以20℃/min的升温速率升温至40℃，获取DSC曲线。运用DSC配置的TA通用软件计算玻璃化转变起始(Tgo)、中间(Tgm)和结束(Tge)温度(图2)。Tgm用作Tg。每组处理重复三次测定。如图1所示，处于新鲜样品和热风干燥样品(50℃、60℃和70℃，12h、6h和4h)之间的所有样品具有高含水率(7.82≥Xw≥1.01g/gdrymatter)。如图3和图4NMR结果分析显示，样品在高含水率(7.82≥Xw≥1.01g/gdrymatter)时，液泡内自由水(流动性最大的水分)占主导地位，其对应的T23和M23随干燥进行呈衰减趋势。具体地说，新鲜样品液泡中自由水的T23为682ms，在50℃、60℃和70℃干燥下分别降至123ms、171ms和134ms(图3)。同样，新鲜样品中自由水的M23为2150，在50℃、60℃和70℃干燥下分别降至188、268和366(图4)。这些结果显示液泡中自由水的流动性最大，干燥过程中最容易被脱除。这是因为自由水的丧失导致液泡收缩，液泡溶液浓度升高，细胞壁和质膜间的多糖积累，进而造成自由水的弛豫行为降低，T23缩短。温度越高，自由水脱除越快。组织中自由水在50℃、60℃和70℃下分别经过14h、8h和6h全部被脱除。本实施例同时分析了样品在高含水率7.82≥Xw≥1.01g/gdrymatter时，即液泡中自由水占主导地位时，其Tg的变化情况(图3、4)。从图中可以看出，样品含水率在7.82≥Xw≥4.32g/gdrymatter(50℃、60℃和70℃，干燥时间≤4h、2h和2h)时，DSC热流曲线上未检测出玻璃化转变现象，在0℃附近冰融化的吸热峰远远超出其玻璃化转变，因而Tg被忽略。其它样品含水率在1.01g/gdrymatter≤Xws≤4.15g/gdrymatter时，发生部分玻璃化转变，并且不同含水率样品测得的Tg值基本相同，其值为-48.4±1.04℃，玻璃化转变均起始于-51.7±1.40℃，结束于-44.8±1.39℃。这是因为样品的Tg主要受体系内溶液的水分含量和溶液黏度变化两个因素共同作用的影响。组织含水率高时，体系内溶液为稀溶液，黏度非常小，黏度对玻璃化转变的影响甚微，水分含量则成为影响Tg的主要因素，因此使得检测样品的Tg基本相同。如图5、6所示，相对于样品中自由水的变化，半结合水的变化比较复杂。这主要由于半结合水是组织内亲附于胞内酶、细胞骨架物质及黏度高的细胞质等胞内物质成分表面的水分，而这些物质在干燥过程中会发生各种变化，因此造成半结合水的变化比较复杂。在大部分自由水被脱除前半结合水不会被脱除。样品半结合水对应的T22和M22在50℃下干燥6h和在60℃和70℃下干燥2h时呈现上升趋势。上升趋势可能因为干燥过程中水分缓慢被除去，造成胞内葡萄糖、果糖等糖类成分的浓度增加，使得流动性大的自由水迁向半结合水。另外，营养物质及酶等胶体成分的降解释放出半结合水，也会造成半结合水增大。随后，T22和M22出现下降趋势，这一方面可能由于随干燥时间继续延长，半结合水与胞内胶体结合更紧密甚至继续向结合水迁移。另一方面可能因为半结合水随干燥进行也会向外迁移为流动性更大的自由水，进而被脱除。随后，在50℃、60℃和70℃下半结合水分别在14h、8h和6h时出现急剧增加，此时对应几乎全部自由水被脱除，因此，可以看出，半结合水此时的增加可能由一部分自由水向半结合水迁移引起的。最后，因半结合水随干燥的进行向外迁移为自由水被逐渐去除，或者向内迁移为结合更为紧密的结合水而逐渐下降。根据NMR结果分析，组织中自由水在50℃、60℃和70℃下分别经过14h、8h和6h全部被脱除。在此同时，半结合水出现显著升高。这些结果显示当在50℃、60℃和70℃下干燥时间≥14h、≥8h和≥6h时，样品的含水率≤0.41,g/gdrymatter，样品中占主导地位的水分变为细胞质和细胞间隙中的半结合水。如图5、6所示，在半结合水开始占主导地位的关键时间(14h、8h和6h)，Tg明显升高。样品的含水率不同，其Tg明显不同。样品的Tgo、Tg和Tge值随着半结合水的减少而升高(图5、6)。这主要归因于水分的增塑作用。水的玻璃化转变温度为-135℃，非常低，因此，它可作为一种强力的增塑剂。水分的增塑作用主要体现在两个方面：一方面，水的分子量远小于果蔬体系内糖、蛋白质和脂肪等其他物质成分的分子量，较易活动，能够非常容易地为大分子链段运动提供自由体积，从而使体系的Tg降低；另一方面，当水与其它物质成分相溶后，它会同这些物质分子上的极性基团相互作用，减弱其本身分子间的氢链作用，进而降低其刚性，增强其柔性，最终表现为较低的Tg。在60℃和70℃下，随样品中T22分别降低了12.4和11.8ms以及含水率降低了0.30g/gdrymatter和0.05g/gdrymatter，Tgo值分别提高了5.65℃和23.26℃，而Tg值分别提高了6.79℃和22.7℃。表1热风干燥胡萝卜水分状态和玻璃化转变温度间相关系数相关系数TgoTgTgeT22-0.935**-0.922**-0.899**M22-0.698*-0.698*-0.689**表示显著相关(P<0.05)；**表示显著相关(P<0.01)。图5、6中曲线直观地显示了样品在低含水率(Xw≤0.41g/gdrymatter)时，其Tg随半结合水对应的T22、M22和Xw降低而升高的趋势。相关分析进一步显示了它们之间存在的定量关系。样品的Tgo、Tg和Tge与T22(P<0.01)和M22(P<0.05)显著负相关。此外，通过线性回归分析和通径分析得出玻璃化转变温度与T22和M22的拟合关系式。回归方程式分别为：Tgo＝-5.64-1.23T22(R2＝0.810；P<0.01)；Tg＝-11.72-1.31T22(R2＝0.850；P<0.01)；Tge＝-18.72-1.40T22(R2＝0.874；P<0.01)。通径分析方程式为：Tgo＝-0.899T22(R2＝0.810；P<0.01)；Tg＝-0.922T22(R2＝0.850；P<0.01)；Tge＝-0.935T22(R2＝0.874；P<0.01)。可见，T22与Tg呈显著负线性相关。半结合水的T22与其M22相比，T22对Tg的贡献更大，半结合水的弛豫行为对胡萝卜的Tg在干燥过程中的变化起关键性作用。当前第1页1 2 3