毛豆热烫护色工艺的研究

孙金才， 于 宁， 张 慜*

（1.宁波海通食品科技有限公司，浙江慈溪315300；2.食品科学与安全国家重点实验室 江南大学，江苏 无锡 214122）

近年来，即食型软包装的方便菜肴以其食用方便、营养丰富、经济实惠等特点，逐渐占领了方便食品的消费市场。目前，市场上出现比较多的还是禽肉类的软罐头，以绿色蔬菜为原料的软罐头因为其加工过程复杂，且运输和贮藏过程中易变色变质，而导致其产品种类较少，产量亦不大[1]。

毛豆中富含蛋白质、脂肪、矿物质以及维生素A、B1、B2、C、E 等多种营养物质，此外，还具有柔糯香甜的口感和特殊的豆香味，可用于家庭饮食、饭店、航空等配餐，是一种深受消费者喜欢的蔬菜[2]。蔬菜加工前的烫漂处理，主要是为了杀灭蔬菜表面的微生物，并起到灭酶的效果，排除组织中的空气，防止氧化作用，降低果蔬中的硝酸盐及软化组织等，保持产品品质的稳定性[3-4]。

绿色蔬菜的主要呈色物质是叶绿素，但其化学性质极不稳定，主要原因是叶绿素分子中的金属元素Mg2+在加热或者酸性条件下极易被H+置换成脱镁叶绿素。因此，保持蔬菜特有的绿色是方便菜肴生产的关键技术之一。目前理想的护绿方法是利用Zn2+、Cu2+、Fe2+等金属离子取代叶绿素中心 Mg2+，获得性质较为稳定的且对人体安全无害的叶绿素铜盐、锌盐、铁盐等[5]。

作者主要是通过确定毛豆烫漂的关键参数、护绿剂的选择以及护绿的工艺参数，来保证毛豆产品在加工和贮藏过程中的品质。

1 材料与方法

1.1 材料

毛豆，购于无锡大润发超市；柠檬酸、醋酸锌、硫酸铜、氯化钙等：均为分析纯试剂。

1.2 仪器和设备

分析天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司产品；电热恒温水浴锅：上海医疗器械五厂产品；pHS-2C酸度计：上海分析仪器厂产品；752紫外可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司生产产品；WSC-S色差仪：上海精密科学仪器有限公司生产产品；SPX型智能生化培养箱：南京实验仪器厂产品。

1.3 试验方法

1.3.1 毛豆中主要营养成分的测定 水分测定：方法参见GB/T5009；粗纤维测定：方法参见GB/T5009；蛋白质测定：双缩脲法[6]；脂肪测定：索氏抽提法；叶绿素测定：采用比色法[7]；维生素C测定：采用2，6-二氯靛酚法。

1.3.2 毛豆护色工艺研究

1）单一护色剂的比较 综合考虑过氧化物酶POD的酶学性质，热烫对营养物质的损失以及工业化生产操作的简便可行性，选取烫漂护绿的温度为100℃。毛豆去荚剥出豆仁，清洗后，分别用不同添加水平的醋酸锌、硫酸铜、抗坏血酸、柠檬酸和氯化钙等护色剂在100℃下热烫2 min。作者对毛豆护绿的评价指标用色泽角Hue Angle来表示，其值为0时为红色，90时表示黄色，180时为绿色，值越大，说明食品的颜色越绿。将烫漂护绿处理后的毛豆放置在37℃保温箱里贮存7 d后再测其色差值（因为刚处理完的毛豆，颜色差别极小），即先用色差计测出样品的L*、a*、b*值，再以下式计算：Hue Angle=tan-1（b*/a*）[6]。

2）响应面法对毛豆护色工艺的优化 经过预处理实验以及护色剂的比较，筛选出护绿效果较好的两种护色剂进行复配护色。利用Box-Behnken的中心组合设计原理，以护绿时间、两种最优护色剂的浓度为自变量，以色泽角Hue Angle为响应值设计了三因素三水平的响应面分析实验。

1.3.3 毛豆热烫灭酶工艺研究 过氧化物酶POD的提取：取10 g原料，在预先冷却后的研钵内加10 mL 0.1 mol/L磷酸缓冲液，pH值7.0，用少量石英砂在冰浴中研磨10 min，浸泡30 min，然后加40 mL的0.1 mol/L磷酸缓冲液，pH值为7.0，将过氧化物酶溶出，用4层纱布过滤。在滤液中加入0.5 g活性炭脱色，用双层纱布过滤，再用滤纸过滤，滤液保存于4℃冰箱中备用[7]。

POD相对残余酶活的测定：主要通过测定酶液在430 nm处吸光度的变化。反应混合液包括2.6 mL 0.05 mol/L的磷酸钠缓冲液 （pH为7.0）和0.1 mL的粗酶液。酶活力单位以每g毛豆每分钟0.001吸光度的变化来表示，即一个酶活力单位=1×10-3/（min·g），用处理过的毛豆酶活比未处理的样品，即为相对残余酶活。

烫漂灭酶效果测定：在优化的复合护色剂浓度下，优化的时间内，100℃下每隔30 s测定POD酶活，并计算相对残余酶活，来研究护绿同时的热烫灭酶效果。

2 结果与讨论

2.1 毛豆中主要营养成分

由毛豆的主要营养成分（表1）可知，毛豆的营养物质丰富，蛋白质质量分数高达13.8%，且富含粗纤维（4.2%），可促进人体的消化吸收。毛豆中叶绿素的质量分数在4.9 mg/hg左右，是评价毛豆褐变的重要指标，它的变化决定了毛豆的外观色泽和食用价值，因此，毛豆的烫漂护色主要是为了保护叶绿素，以增加其食用价值。

表1 毛豆的主要营养成分Tab.1 Main nutrient content of green bean

2.2 毛豆护色工艺结果

2.2.1 单一护色剂的比较结果 通过对不同添加水平的醋酸锌（0.01%、0.03%、0.05%、0.07%）、硫酸铜（0.01%、0.02%、0.03%、0.04%）、抗坏血酸（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%）、 柠檬酸 （0.05%、0.10%、0.15%、0.20%）和氯化钙（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%）的护绿效果比较，结果由图1可知，醋酸锌和抗坏血酸的整体护色效果要好于其他3种护色剂。这可能是由于抗坏血酸可将体系中的醌类物质还原成酚，并可作为多酚氧化酶中铜分子的螯合剂，起到竞争性抑制剂的作用；而醋酸锌的Zn2+具有络合作用，取代叶绿素中的Mg2+，生成稳定的锌衍生物，使毛豆保持稳定的绿色。硫酸铜浓度较低时，护色效果不明显，较高的浓度虽然有一定的护色效果，但因为是限量元素，所以与Zn2+相比，优先考虑后者。柠檬酸的作用机理是调节反应体系的pH值，并有螯合铜离子的作用，但单因素实验中单独使用柠檬酸护色的效果并不是很好，这与刘军波等的研究一致[8]。氯化钙的Ca2+能与细胞壁上的果胶酸作用形成果胶酸钙，增加组织的硬度，从而组织液泡中的组织液外泄到细胞质中与酶类接触，降低褐变程度[9]，但氯化钙的单独使用效果也不明显，可能是在热烫条件下，细胞壁已经严重破坏不能再有效防止组织液外渗造成的。

2.2.2 响应面法对毛豆护色工艺的优化结果 通过进行的单一护色剂对比实验得出，护色效果较好的两种护色剂分别是醋酸锌和抗坏血酸，较优的添加水平分别在0.05%和0.15%左右。对毛豆的护色工艺条件应用Box-Behnken设计了三因素三水平的响应面实验，在烫漂温度为100℃时，以护绿时间、醋酸锌质量分数和抗坏血酸质量分数为自变量，分别以编码自变量 X1，X2，X3来表示，并以+1，0，-1分别代表自变量的高、中、低水平，以色泽角Hue Angle为响应值，利用响应曲面法分别建立了毛豆护色工艺的数学模型，通过3D图探讨了各因素间的交互作用，以期找到各因素的最佳浓度。实验设计的因素及水平如表2所示。在表2的基础上，用软件Design Expert7.1进行实验设计，实验设计及结果如表2、表3所示，方差分析见表4。

图1 单一护色剂不同添加水平的热烫效果Fig.1 Blanching effect of adding a single color protection agent at different levels

表3 实验设计及结果Tab.3 Experimental designs and results

续表3

表4 响应面的方差分析Tab.4 ANOVA of response surface methodology

利用Design Expert7.1软件对实验结果进行多元二次回归方程拟合，得到Hue Angle（Y）对编码自变量 X1，X2，X3的二次多项回归方程：

然后对该回归方程进行了方差分析，结果表明，该模型 P 值（prob＞F）为 0.000 1，说明该模型的显著性较高；3因素对Hue Angle影响排序为醋酸锌质量分数＞抗坏血酸质量分数＞护绿时间；该模型决定系数R2=0.987 3，失拟项不显著（P值为0.221 3），信噪比（Adeq Precision）=20.835，这表示方程的拟合性和可信度均较高，可用于分析和预测毛豆护色效果。CV（Y的变异系数）表示实验的精确度，CV值越高，实验的可靠性越低，设计实验中CV=2.59%，较低，说明实验操作可信。综上说明回归方程为毛豆护色工艺提供了一个合适的模型[10-11]。

由回归方程应用Design Expert7.1软件进行分析作响应曲面图，如图2、3和4所示。通过该组图即可对任何两因素交互影响护色效果的效应进行分析。

图2 护绿时间和醋酸锌质量分数对Hue angle影响的响应面图Fig.2 Response surface curve for Hue angle showing interaction between colorprotection timeand concentration of zinc acetate

图3 护绿时间和抗坏血酸质量分数对Hue angle影响的响应面图Fig.3 Response surface curve for Hue angle showing interaction between colorprotection timeand concentration of ascorbic acid

图4 抗坏血酸浓度和醋酸锌质量分数对Hue angle影响的响应面图Fig.4 Response surface curve for Hue angle showing interaction between concentration of ascorbic acid and concentration of zinc acetate

由图2、3和4可知，回归模型存在稳定点（即最大值），然后将回归方程分别对因素X1、X2、X3求偏导，令导数等于0，得到的最佳值：X1=-0.068；X2=0.348；X3=-0.180；Y=60.804， 即： 护绿时间 2.93 min，醋酸锌质量分数0.06%，抗坏血酸质量分数0.14%，预测色泽角Hue Angle的理论最大值为160.804。

为了比较预测值与实际值之间的接近程度，以上面三因素的最佳值进行验证实验，5个平行样测得Hue Angle接近，平均值为160.232，与预测值十分相近，表明预测值和实验值之间有较好的拟合性，说明该模型的可信度较高。

2.3 毛豆烫漂灭酶结果

烫漂的作用之一是钝化毛豆中酶的活性，抑制酶促褐变。在毛豆中，与酶促褐变有关的酶主要是过氧化物酶 （POD）和多酚氧化酶 （PPO），POD比PPO更耐热，所以将POD的活性作为判断毛豆中酶是否失活的标准，只要彻底抑制了POD的活性，就可以有效地防止酶促褐变的发生[12]。由图5可以看出，在优化的复合护绿液浓度下，2 min左右，POD酶已失活，所以，护绿时间延长至3 min时，在保持毛豆色泽的同时，还能使POD酶全部失活，以防止酶促褐变。

图5 热烫过程中POD残余酶活的变化Fig.5 Peroxide residual activity in the process of blanching

3 结语

在毛豆加工的预处理过程中，复合护色剂的护绿效果优于单一护色剂。通过相应曲面优化法得到最佳的护绿工艺为护绿温度100℃、护绿时间3 min、醋酸锌质量分数为0.06%、抗坏血酸质量分数0.14%，并且在此条件下，过氧化物酶彻底失活，保证了产品的色泽稳定性，为实际生产提供一定的科学依据。

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