高压二氧化碳保鲜双孢蘑菇的工艺优化

李　静,李顺峰,田广瑞,王安建,刘丽娜,袁青丽

(1.河南省农科院农副产品加工研究所,河南郑州 450002;2.河南农业大学食品科学技术学院,河南郑州 450002)



高压二氧化碳保鲜双孢蘑菇的工艺优化

李静1,李顺峰1,田广瑞1,王安建1,刘丽娜1,袁青丽2

(1.河南省农科院农副产品加工研究所,河南郑州 450002;2.河南农业大学食品科学技术学院,河南郑州 450002)

为了优化高压二氧化碳(high pressure carbon dioxide,HPCD)保鲜双孢蘑菇的工艺,在单因素实验基础上,采用响应面法分析HPCD处理压力、处理时间和处理温度对双孢蘑菇硬度和颜色的影响并对其进行优化。结果表明,HPCD保鲜双孢蘑菇的最佳工艺条件为:处理压力0.3 MPa,处理时间3 min,处理温度17℃;与对照相比,该条件HPCD处理后的双孢蘑菇可以更好的保持其硬度和颜色,低温贮藏8 d后的硬度为191.7 N(提高了18.85%),褐变指数(BI)为33.13(降低了16.80%)。因此,HPCD技术可以应用于双孢蘑菇的贮藏保鲜,具有良好的前景。

双孢蘑菇,高压二氧化碳,硬度,颜色

刚采收的双孢蘑菇含水量高达90%以上,呼吸代谢旺盛,由于菇体表面无保护组织,不能阻止外界的物理伤害、微生物侵染及水分散失,极易发生失水、褐变、开伞、软化、甚至腐烂等品质劣变现象,比市场中的其他新鲜果蔬货架期短,常温仅能保存1～3 d[1-4]。硬度的快速下降是双孢蘑菇采后货架期短和易受真菌侵染的主要原因之一,而褐变是导致双孢蘑菇感官品质降低的重要因素[3-5]。研究表明,双孢蘑菇采后的褐变主要是酶促褐变,其控制方法多以化学方法为主,虽然该法具有操作简单、成本低、效果好的优点,但仍存在不稳定、滥用等问题,尤其是亚硫酸盐等化学药剂普遍存在高残留、人体健康危害和环境污染等问题[4-8]。随着人们生活水平和安全意识的不断提高,对食品安全和品质的要求也越来越高,绿色环保的保鲜技术成为人们的研究热点。研究发现高压二氧化碳(high pressure carbon dioxide,HPCD)在低温条件下能有效杀菌和钝化酶的活性[9-10],从而抑制果蔬及其产品的品质劣变,目前已有HPCD处理用于果汁、鲜切果蔬褐变控制和保鲜的相关报道[9-14],但未见将该处理用于双孢蘑菇采后品质控制的报道。

本文将HPCD应用于双孢蘑菇的保鲜,在研究HPCD处理的压力、时间和温度对双孢蘑菇硬度和颜色等感官品质影响的基础上,对双孢蘑菇的HPCD处理条件进行优化,旨在为双孢蘑菇保鲜提供理论依据和新的技术方法。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

双孢蘑菇洛阳奥达特食用菌技术开发有限公司,采收后分层放入贮运保鲜箱预冷20 h后立即运回实验室冷藏。选取大小、成熟度一致、颜色洁白、无开伞、无病虫害和机械损伤的蘑菇进行实验。

FA2004C分析天平上海越平科学仪器有限公司;SHZ-B水浴恒温振荡器上海博远实业有限公司医疗设备厂;H2050R高速冷冻离心机湘仪离心机仪器有限公司;UV1800 型紫外分光光度计日本岛津公司;Color Flex EZ色差仪美国Hunterlab公司;TMS-Pro质构仪美国FTC公司;高压二氧化碳装置由实验室定制。

1.2实验方法

1.2.1样品处理分别将双孢蘑菇放入HPCD装置反应釜中,抽真空后按设定的条件分别处理,处理完毕后缓慢释放CO2至完全,将处理完的样品置于4℃条件下贮藏8 d后测定硬度、颜色等指标。

HPCD处理条件:处理温度和压力分别为20℃和0.3 MPa时,考察处理时间1、3、5 min对双孢蘑菇贮藏效果的影响;处理温度为20℃时,考察0.1、0.3、0.5 MPa压力条件下处理3 min对双孢蘑菇贮藏效果的影响;处理压力为0.3 MPa时,考察10、20、30℃温度条件下处理3 min对双孢蘑菇贮藏效果的影响。

1.2.2硬度测定采用美国Food Technology Corporation(FTC)公司生产的质构仪TMS-Pro对双孢蘑菇进行全质构分析(TPA),测定参数如下:直径5 cm的圆柱形平板探头,压缩程度为30%,测试速率为1.0 mm·s-1,触发力为0.3 N。室温下进行检测,每组处理12个重复。

1.2.3颜色评价用Hunterlab ColorFlex EZ色差仪测定双孢蘑菇盖的CIE L*(白/黑)、a*(红/绿)、b*(黄/蓝),仪器用标准白板(L*=94.11;a*=-1.08;b*=2.13)校正,每组处理12个重复。反映颜色变化褐变指数(BI)[8]的计算公式如下:

BI=100×(x-0.31)/0.172

式(1)

其中:x=(a*+1.75L*)/(5.645L*+a*-3.012b*)。

1.2.4响应面优化实验设计在单因素实验的基础上,根据Box-Beknhen中心组合实验设计原理,以双孢蘑菇低温贮藏8 d后的硬度和BI为响应值,以HPCD处理压力、时间和温度为影响因素,设计三因素三水平响应面分析实验(表1),对双孢蘑菇的HPCD处理工艺条件进行优化,确定最佳处理条件。

表1　响应面分析实验因素与水平表

1.2.5数据处理所有实验都进行3次平行,实验结果用平均值±标准偏差表示,采用SPSS 17.0 软件进行ANOVA分析(显著性水平p<0.05),采用SigmaPlot12.5软件作图。

2　结果与分析

2.1不同压力二氧化碳处理对双孢蘑菇硬度和色泽的影响

硬度是反映双孢蘑菇品质、代谢和水分变化的重要指标,硬度的快速下降是双孢蘑菇采后货架期短和易受真菌侵染的主要原因之一,颜色是消费者判断双孢蘑菇是否可接受的重要参数[3-5],本实验从测定的亮度(L*)和褐变指数(BI)等指标来反映双孢蘑菇的颜色变化。

图1　不同压力二氧化碳处理对双孢蘑菇低温贮藏期间硬度变化的影响Fig.1　Effect of different pressure of HPCD on firmness change of button mushrooms during low temperature storage

在20℃条件下采用不同压力的二氧化碳处理双孢蘑菇3 min,结果如图1和表2所示。从图1可以看出,双孢蘑菇的硬度随贮藏时间的延长呈逐渐下降趋势,然而与对照相比,HPCD短时处理保持双孢蘑菇硬度的效果并不明显,且处理之间无显著差异(p>0.05),仅在贮藏后期比对照略硬一些。双孢蘑菇的软化可能与采后蘑菇表面细菌酶引起的细胞壁降解和内源性自溶素活性的增强有关[15]。假单胞菌属(Pseudomonads)细菌等微生物能够分解细胞内基质和减小中央液泡,导致部分细胞破裂和丧失膨压,进而使蘑菇变软[8];研究发现高浓度二氧化碳短期预处理能够显著抑制葡萄、杏、桃、甜樱桃和草莓等果实贮藏过程中的后熟软化进程,保持果实硬度,这与较高的二氧化碳处理浓度抑制了病原菌和生理导致的软化有关[16-21],而HPCD处理同样能够减少果蔬表面微生物数量的增加[10]。因此,0.3 MPa二氧化碳短时处理能够抑制这种由微生物诱导的软化,可能与其降低了双孢蘑菇表面微生物数量有关。从表2可以看出,双孢蘑菇的L*值随着贮藏时间的延长逐渐下降,而BI则逐渐上升。对照的L*值下降速度较快,贮藏8 d后L*值从87.34降到77.61,而其他处理贮藏2 d后L*值的波动不大。0.3 MPa二氧化碳短时处理的双孢蘑菇贮藏8 d后的L*值高于对照且存在显著差异(p<0.05)。从短期护色效果来看,HPCD短时处理对双孢蘑菇的护色效果并不理想,0.1 MPa(p>0.05)和0.3 MPa(p<0.05)二氧化碳短时处理的双孢蘑菇的BI在贮藏6 d后才低于对照,而0.5 MPa二氧化碳短时处理的双孢蘑菇的BI仅在贮藏8 d后略低于对照且无显著差异(p>0.05),这可能与处理破坏了双孢蘑菇的细胞结构有关。综合L*、BI等指标来看,0.3 MPa二氧化碳短时处理对双孢蘑菇的护色效果较好,贮藏8 d后的L*高于对照、而BI低于对照,且存在显著差异(p<0.05)。综合考虑不同压力二氧化碳对双孢蘑菇贮藏期间硬度和颜色变化的影响,在20℃条件下选择0.3 MPa二氧化碳处理双孢蘑菇为宜。

表2　不同压力二氧化碳处理对双孢蘑菇低温贮藏期间颜色变化的影响

注:数值以平均值±标准偏差表示,n=12;同列不同字母表示差异显著(p<0.05),表3、表4同。

2.2不同处理时间对双孢蘑菇硬度和色泽的影响

在20℃条件下采用0.3 MPa二氧化碳分别处理双孢蘑菇1、3、5 min,结果如图2和表3所示。从图2可以看出,贮藏初期,各处理的硬度均低于对照,这可能与高压处理对双孢蘑菇组织的损伤有关;随着贮藏时间的延长,各处理保持双孢蘑菇硬度的效果逐渐显现,尤其是在贮藏后期,处理之后的双孢蘑菇硬度下降缓慢,与对照之间存在显著差异(p<0.05),这可能与高压二氧化碳降低了双孢蘑菇表面微生物数量有关。随着HPCD处理时间的延长,双孢蘑菇的硬度呈先上升后下降的趋势,各处理之间的差异并不显著(p>0.05),但是处理3 min的效果略好于其他处理。从表3可以看出,双孢蘑菇的L*值随着贮藏时间的延长逐渐下降,而BI则逐渐上升。对照的L*值下降速度较快,贮藏8 d后L*值从87.34降到77.61,在贮藏初期,各处理的L*值低于对照,而BI却高于对照;而贮藏末期(8 d)，各处理组L*值显著高于对照(p<0.05)，而BI值显著低于对照(p<0.05)。随着HPCD处理时间的延长,双孢蘑菇的L*值呈先上升后下降的趋势,BI则呈先下降后上升的趋势,各处理之间的差异并不显著,但是处理3 min的效果略好于其他处理。综合硬度、L*、BI等指标来看,0.3 MPa二氧化碳处理双孢蘑菇的3 min的保鲜效果较好,因此在20℃条件下选择0.3 MPa二氧化碳处理双孢蘑菇3 min为宜。

图2　0.3 MPa二氧化碳处理不同时间对双孢蘑菇低温贮藏期间硬度变化的影响Fig.2　Effect of different time of 0.3 MPa HPCD on firmness change of button mushrooms during low temperature storage

表3　0.3 MPa二氧化碳处理不同时间对双孢蘑菇低温贮藏期间颜色变化的影响

2.3不同处理温度对双孢蘑菇硬度和色泽的影响

分别在10、20、30℃条件下采用0.3 MPa二氧化碳处理双孢蘑菇3 min,结果如图3和表4所示。从图3可以看出,10、20℃条件下的处理对双孢蘑菇硬度的保持效果较好,尤其是在贮藏后期显著优于对照,但两者之间无显著差异(p>0.05);而30℃条件下的处理效果较差,显著低于对照(p<0.05),这可能与较高温度加速了双孢蘑菇的衰老有关。从表4可以看出,双孢蘑菇的L*值随着贮藏时间的延长逐渐下降,而BI则逐渐上升。对照的L*值下降速度较快,贮藏8 d后L*值从87.34降到77.61,在贮藏初期,各处理的L*值低于对照,而BI却高于对照;而贮藏末期(8 d)10、20℃处理组L*值显著高于对照(p<0.05)，BI显著低于对照(p<0.05)。随着贮藏时间的延长,到贮藏后期各处理的L*值均高于对照,BI则低于对照,尤其是贮藏8 d时,各处理的L*值和BI与对照之间存在显著差异(p<0.05)。与硬度相似,10、20℃条件下的处理对双孢蘑菇的护色效果较好,尤其是在贮藏后期显著优于对照,但两者之间无显著差异(p>0.05);而30℃条件下的处理护色效果较差,与对照无显著差异(p>0.05)。综合硬度L*、BI等指标来看,10、20℃条件下0.3 MPa二氧化碳处理双孢蘑菇的3 min的保鲜效果较好,考虑到处理成本问题,选择20℃为适宜的处理温度。

图3　0.3 MPa二氧化碳条件下不同处理温度对双孢蘑菇低温贮藏期间硬度变化的影响Fig.3　Effect of different temperature of 0.3MPa HPCD on firmness change of button mushrooms during low temperature storage

表4　0.3 MPa二氧化碳条件下不同处理温度对双孢蘑菇低温贮藏期间颜色变化的影响

2.4响应面实验结果与分析

2.4.1响应面实验方案与结果在单因素实验的基础上,根据Design Expert V8.0.6软件的Box-Beknhen中心组合实验设计原理,以双孢蘑菇低温贮藏8 d后的硬度和BI为响应值,设计三因素三水平响应面分析实验,对双孢蘑菇的HPCD处理压力、时间、温度进一步优化,实验设计及结果见表5。

表5　Box-Behnken实验设计与结果

2.4.2响应面实验方差分析利用Design Expert V8.0.6软件对表5的实验数据进行二次多项回归拟合,获得双孢蘑菇硬度和BI回归模型:

硬度=191.1+1.81A+4.45B-5.01C-4.23AC-0.15BC-10.11A2-10.64B2-9.81C2

式(2)

BI=33.21+1.35A+0.80B+1.88C+1.13AB+0.10AC-0.15BC+2.78A2+0.27B2+3.91C2

式(3)

表6和表7分别为硬度和BI回归模型方差分析结果。从表中可以看出两个模型回归均显著(p<0.01),R2分别为0.9654和0.9685,且失拟项均不显著,这说明两个模型与实际实验拟合程度较好,可用上述回归方程描述各因子与响应值的关系,对双孢蘑菇的HPCD处理工艺进行预测。从表6的F值可以看出所选因素对双孢蘑菇硬度影响从强到弱依次为:C、A、B,在总的作用因素中B、C、AC、A2、B2、C2的差异显著(p<0.05);从表7的F值可以看出所选因素对双孢蘑菇BI影响从强到弱依次为:C、A、B,在总的作用因素中A、B、C、AB、A2、C2的差异显著(p<0.05)。

表6　硬度回归模型方差分析

通过Design Expert V8.0.6软件分析预测双孢蘑菇的最大硬度预测值为192.4 N,此时的工艺条件为二氧化碳压力0.33 MPa,处理时间3.42 min,处理温度17.10℃;双孢蘑菇的最小BI预测值为32.40,此时的工艺条件为二氧化碳压力0.29 MPa,处理时间1.00 min,处理温度为17.40℃。综合考虑硬度和BI得到的优化条件为二氧化碳压力0.29 MPa,处理时间3.19 min,处理温度17.57℃,此时的硬度和BI分别为191.9 N和33.01。为了便于操作,将工艺进行适当处理为:二氧化碳压力0.3 MPa,处理时间3 min,处理温度17℃,进行3次验证实验,结果显示,双孢蘑菇的硬度和BI分别为(191.7±0.4)N和33.13±0.09,与预测值相差不大,说明方程与实际情况拟合良好,充分验证了所建模型的正确性,说明响应面法适用于HPCD处理双孢蘑菇工艺参数的优化。

实验表明,双孢蘑菇的高密度二氧化碳处理最佳工艺为:二氧化碳压力0.3 MPa,处理时间3 min,处理温度17℃,该条件下,双孢蘑菇可以较好的保持其硬度和颜色,低温贮藏8 d后的硬度为191.7 N,比对照高18.85%,而BI为33.13,比对照低16.80%。

表7　BI回归模型方差分析

3　结论

单因素实验中,经HPCD处理过的双孢蘑菇在低温贮藏8 d,其硬度和褐变指数(BI)均显著优于对照。这说明HPCD处理对双孢蘑菇具有一定的保鲜效果。

响应面分析得出的最佳工艺条件为:二氧化碳压力0.3 MPa,处理时间3 min,处理温度17℃,该条件下,双孢蘑菇可以较好的保持其硬度和颜色;低温贮藏8 d后的硬度为191.7 N,比对照高18.85%,而BI为33.13,比对照低16.80%。

本文研究结果初步提示HPCD技术可以应用于双孢蘑菇的贮藏保鲜,为双孢蘑菇的贮藏保鲜提供了一种新的途径,具有良好的前景,但其保鲜机理还有待进一步的研究。

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Optimization of high pressure carbon dioxide treatment on button mushroom(Agaricus bisporus)preservation

LI Jing1,LI Shun-feng1,TIAN Guang-rui1,WANG An-jian1,LIU Li-na1,YUAN Qing-li2

(1.Institute of Agro-products Processing,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China; 2.Collage of Food Science and Technology,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)

In order to optimize the high pressure carbon dioxide(HPCD)treatment on button mushroom(Agaricus bisporus)preservation,the effects of treatment pressure,time and temperature on the firmness and color of button mushroom were studied.Moreover,on the basis of single-factor test,response surface methodology was used to optimize the conditions of button mushroom preservation.The results showed that the optimum HPCD treatment conditions of treatment pressure,time and temperature were 0.3 MPa,3 min and 17℃,respectively.Under these conditions,the firmness and color of button mushroom can be maintained better than control.After storage 8 d at low temperature,the firmness and BI of button mushroom were 191.7 N(increased by 18.85%)and 33.13(decreased by 16.80%),respectively.Thus,HPCD technology can be applied to button mushroom preservation which has a good prospect.

button mushroom;high pressure carbon dioxide;firmness,color

2015-08-07

李静(1981-)，女，博士，副研究员，研究方向：农产品贮藏及加工，E-mail：ruochenjl@163.com。

河南省农业科学院科研发展专项资金项目(20148409)。

TS255.3

A

1002-0306(2016)07-0226-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.07.035