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食源科技(1号)
 
 
通豆6号大豆响应面法微波烫漂工艺的优化
唐明霞1,2, 陈惠1, 袁春新1,2, 汪凯华1, 顾志华1
(1.江苏沿江地区农业科学研究所,江苏如皋226541;2.南通市农副产品加工技术协会,江苏南通226001)
摘要:为探讨微波功率和烫漂时间对大豆加工品质的影响,获取大豆微波烫漂的最佳工艺,采用响应面法对微波处理后大豆的过氧化物酶(POD)、硬度及叶绿素保留率进行研究。结果表明,当微波功率为750W、烫漂时间为50s时,大豆的硬度为1610.2g,叶绿素保留率为91.55%,POD相对活性为3.91%,与模型预测值基本符合。说明利用响应面法优化微波烫漂工艺是可行的,微波烫漂时间(50s)与功率(750W)组合方案具有实际应用价值,可为微波烫漂在大豆速冻加工中的应用提供理论依据。
关键词:大豆;微波烫漂;响应面法;中心组合设计
中图分类号:S565.109    文献标识码:A     文章编号:1000-4440(2013)04-0870-06


  大豆为豆科,大豆属一年生草本植物,属于蝶形花科大豆属,又叫黄豆,中国古称菽。大豆是豆科植物中最富有营养而又易于消化的食物,是植物蛋白质最丰富且最廉价的来源。蛋白质在大豆中含量约为40%,远高于其他豆类,比禾谷类小麦、稻米、玉米高2~3倍。鲜食大豆采摘后容易变质,尤其在高温季节,风味、色泽、口感和营养价值会迅速下降,影响商品性。
  速冻果蔬可长期贮藏,并能较大程度地保持果蔬原有的色泽、风味和维生素,且食用方便,也能对市场的淡旺季有调节作用。在速冻加工工艺中的关键环节是烫漂,烫漂处理有利于保持速冻产品品质的稳定性。与传统烫漂方法(热水处理和蒸气烫漂)相比,微波漂烫具有热穿透力强、加热速度快、营养物质损失少、能耗低和易于控制等优点而被广泛研究和应用。
  通豆6号是2007年通过江苏省农作物品种审定委员会审定,成为江苏省审定的首批鲜食夏大豆新品种。2008年获得国家植物新品种权保护(公告号:CNA004931E)。它是采用系统育种方法育成的大荚大粒、高产、优质、综合性状优良的鲜食夏大豆新品种,鲜籽百粒重70.2g(鼓粒鲜籽百粒重90g左右),出仁率52.3%;食煮口感品质香甜柔嫩,是适合速冻加工的优良品种。干籽粒椭圆形、种皮淡绿色、淡褐脐、子叶黄色。2003年经国家农业部谷物品质检测中心检测:蛋白质41.88%,油脂含量20.97%,18种氨基酸含量39.28%。
  本试验拟采用响应面法(RSM)对微波处理后大豆的POD活性、叶绿素保留率及硬度进行分析,从而获取最佳的微波功率与时间组合,为微波烫漂速冻加工提供理论依据。

  1 材料与方法
  1.1原料处理
  将通豆6号的新鲜大豆去壳,豆仁清洗后称取100g,置于微波炉专用盒内进行微波处理,微波前加入1%NaCl溶液,可以防止大豆在微波处理时萎蔫及褐变,1%NaCl与大豆比为2g:1mL,经处理过的大豆用冰水进行冷却。微波功率为600W,微波烫漂时间分别为0s、30s、60s、90s、120s、150s和180s。选取最佳微波时间,微波功率分别为500W、600W、700W、800W、900W。

  1.2设备与仪器
  NJL07-3型实验专用微波炉(中国南京杰全微波设备有限公司产品),TA.XTPlus物性分析仪(英国SMS公司产品),DS-1型高速组织捣碎机(上海标本模型厂产品),UV-2100紫外可见分光光度计[尤尼柯(上海)仪器有限公司产品]。

  1.3方法
  1.3.1 硬度测定
  由物性分析仪TA.XTPlus测定,探头采用NDP/VB,记录第一次压缩时的最大峰值。
  1.3.2 叶绿素含量的测定
  采用双波法测定。将大豆清洗整理,称取5.0g左右至研钵中,加入少量碳酸钙中和细胞溶液中的有机酸,再加入80%的丙酮,研磨成匀浆。在玻璃漏斗底部垫一小团脱脂棉,将匀浆通过脱脂棉过滤到100mL的容量瓶中,用80%的丙酮冲洗残渣使之无色,再用80%的丙酮定容到100mL,即得叶绿素的80%丙酮提取液,在测定时适当稀释一定的倍数。以80%的丙酮溶液作空白,分别于663nm、645nm处测定吸光度,代入方程:总叶绿索含量(mg/g)=(20.2×A645+8.02×A663)×V×n/lOOm。其中n:稀释倍数;m:称取的样品重量(g);V:提取液体积(mL);A645:样品管在645nm处的吸光值;A663:样品管在663nm处的吸光值。
  大豆叶绿素保留率=处理后大豆的总叶绿素含量/新鲜大豆的总叶绿素含量×100%

  1.3.3 过氧化物酶活性测定
  采用邻苯二胺法测定。取样品50g,加入50mL磷酸盐缓冲溶液(50mmol/L,pH7.0),研磨成匀浆后,于10000g离心10min。取0.1mL上清液,分别加入2.6mL磷酸盐缓冲溶液(0.1mol/L,pH7.0),0.1mL邻苯二胺-乙醇,0.2mL 10mol/L H2O2。以酶液在470nm波长下每分钟吸光度的变化值表示POD活性大小。
  POD活力=(ΔA470×D)(0.01×Fw×t)
  POD相对活性=POD活力(处理)/POD活力(新鲜)×100%
  式中:ΔA470:样品管在470nm处吸光值的变化;D:稀释倍数;Fw:样品鲜重(g);t:加过氧化氢到最后一次读数时间(min)。

  1.3.4 数据处理
  指标重复测3次,数据由SPSSl7统计分析,图由Origin8.0绘制。

  2 结果
  2.1微波烫漂时间对大豆POD相对活性、硬度及叶绿素保留率的影响
  如图1所示,随着微波烫漂时间的增加,大豆POD相对活性迅速下降,烫漂时间超过60s时变化较小,150s时为0,在0s至150s之间差异显著(P<0.05)。Botteher的研究指出,POD完全钝化,意味着烫漂过度,当蔬菜保持2.9%~8.2%POD活性时冷冻品质较好。由图l可知,当微波烫漂时间在50s至80s之间时,大豆的POD相对活性在上述范围内。
  经过烫漂后,大豆的硬度会降低,变化值越小越有利于保持质地品质。由图2可知,随着微波烫漂时间的延长,大豆的硬度逐渐降低,不同烫漂时间之间差异显著(P<O.05)。当烫漂时间在90s与150s之间时,硬度降低速度较快,150s后降低速度减慢,当烫漂时间达180s时,其硬度仅为未处理的50.7%。
  在烫漂工艺中,叶绿素保留率对速冻产品的色泽有着重要作用。一般认为:叶绿素保留率越高,速冻产品的色泽品质越好。由图3可知,随着微波烫漂时间的增加,叶绿素的保留率逐渐下降,不同烫漂时间之间差异均显著(P<0.05)。当时间超过90s时,保留率下降较快;当时间为180s时,其保留率为70.63%。
  综上,微波烫漂时间对POD相对活性、硬度及叶绿素保留率影响较大。

  2.2微波功率对POD相对活性、叶绿素保留率及硬度的影响
  微波功率在0W与500W之间时,POD相对活性快速下降。当功率为800W时,POD相对活性仅为0.83%。根据Bottcher的研究,此时已属于烫漂过度。当微波功率在600~750W时效果较好(图4)。随着功率的增加,大豆的硬度也逐渐降低。当功率大于800W时,硬度降低速度明显增加;达900W时,硬度仅为未处理的69.4%(图5)。随着功率的增大,叶绿素保留率逐渐下降,当功率大于700W时,叶绿素保留率的下降速度明显增加(图6)。当功率为900W时,叶绿素保留率仅为84.11%。POD相对活性、叶绿素保留率及硬度在不同微波功率之间差异显著(P<0.05)。
图2 微波烫漂时间对大豆硬度的影响
注:不同字母表示不同烫漂时间处理间差异显著(P<0.05)。
图3 微波烫漂时间对叶绿素保留率的影响
注:不同字母表示不同微波功率处理间差异显著(P<0.05)。
图4 微波功率对POD活性的影响
注:不同字母表示不同微波功率处理间差异显著(P<0.05)。
图5 微波功率对大豆硬度的影响
注:不同字母表示不同微波功率处理间差异显著(P<0.05)。
图6 微波功率对叶绿素保留率的影响
  2.3响应面优化大豆的烫漂工艺
  2.3.1 中心组合设计试验结果
  根据单因素试验结果,将微波功率设为550~650W,时间设为60-80s。采用软件Design expert(version 8.0.5)中的中心组合设计原理,设计2因素3水平试验,见表l。
  利用Design Expert软件对表2的数据进行分析,分别获得硬度Y1(g)、叶绿素保留率Y2(%)、POD相对活性Y3(%)对自变量微波时间A(s)、微波功率B(W)的二元回归方程(1)、方程(2)和方程(3)。
Yl=1642.65-25.85A-26.52B+13.08AB-6.28A2-15.28 B2   (1)
Y2=91.8-1.21A-1.76B+0.15AB+0.lA2-0.082B2                   (2)
Y3=4.78-2.16A-3.57B+0.29AB+0.46A2+0.37B2                   (3)
  模型方程(1)极显著相关(P为0.0006),相关校正系数R2为0.9320,Aaj-R2为0.8834。方程(2)极显著相关(P<0.0001),相关校正系数R2为0.9711,Adj-R2为0.9504。方程(3)极显著相关(P<0.0001),相关校正系数R2为0.9984,Adj-R2为0.9973。说明各因子系数均有意义,3个模型拟合程度良好,试验误差小,试验模型合适。

  2.3.2 大豆烫漂的最佳条件优化
  为使大豆在烫漂后,POD相对活性较低,同时能最大程度地保持其硬度和叶绿素含量,利用Design Expert软件,通过对三方程模拟寻优,结果如图7所示。当A、B编码值分别为-l、1,即微波时间50s、微波功率750W时,可得到最佳响应值(Y),即Y1(硬度)为1607.4g,Y2(叶绿素保留率)为91.30%,Y3(POD相对活性)为3.91%。在这条件下进行验证试验,3次平行试验结果:Y1(硬度)的均值为1610.2g,相对误差为0.18%;Y2(叶绿素保留率)为91.55%,相对误差为0.46%;Y3(POD相对活性)为3.91%,相对误差为0.25%。这表明响应面法优化蚕豆微波烫漂的方案是可行的。


  3 讨论

  在单因素微波时间对POD相对活性的试验中,前60s时大豆POD活性下降迅速,当时间为60s时下降为原来的4.84%,60s后则变化较小,到150s时POD相对活性为0。这与David等的研究一致。过氧化物酶热失活的双相过程指的是POD分子中含有耐热程度不同的部分,其中不耐热部分在热处理时很快失活,而耐热部分则缓慢失活。
  目前,在大豆烫漂的研究中,通过POD残余量来确定大豆热水烫漂的时间。研究表明在温度为94~96℃时,最佳烫漂时间为60s;李初英等对95C-13和香水豆2个品种的青豆荚试验结果表明:鲜毛豆荚在92℃、94℃、96℃、98℃和100℃5个温度下烫漂80-100s后,豆荚及豆粒颜色翠绿,豆中的脂肪氧化酶失活,无生腥昧、口感好。
  近年来,微波烫漂的研究也逐渐增多。霍文兰等的研究表明,经微波烫漂处理后的苦菜营养成分(糖、维生素C、蛋白质及钙)有所降低,但仍明显高于传统的热水烫漂法;微波烫漂后的叶菜营养物质(可溶性糖、抗坏血酸和蛋白质)的损失量比经热水漂烫处理后的损失量小;微波烫漂后黑毛豆仁的豆类清香风味保持良好。这些研究从营养、风味的角度表明,微波烫漂比传统烫漂具有更大的优势。本试验对大豆经微波处理后的硬度、叶绿素保留率及POD相对活性等3个指标综合研究表明:利用响应面法优化微波时间(50s)与功率(750W)组合方案是可行的,且具有实际应用价值。
 
 
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