莲藕(Nelumbo nuciferaGaertn)是睡莲科多年生水生植物的肥大根茎[1],又名藕、荷藕[2]等,是我国种植面积最大的水生蔬菜[3]。莲藕微甜而脆,不仅可供食用还可以作为药用[4],其营养成分丰富[5],还含有膳食纤维、多酚、抗坏血酸[6]、生物碱等物质,具有健脾养胃、止泻利尿[7]等功效。莲藕的加工产品种类多样,其中有盐渍藕片、藕粉、藕条、莲藕发酵糖浆[8]等,随着藕制品加工技术的快速发展,藕汁饮料逐渐进入消费者的视野并受到了广泛欢迎[9]。

莲藕多汁且营养丰富,在20世纪90年代莲藕汁产品便已商业化生产[10]。目前对莲藕汁的研究多集中于加工工艺及优化等方面,如李学红等[11]采用淀粉酶水解工艺,有效解决了莲藕汁加工过程中淀粉沉淀问题;张卓等[12]研究了莲藕、荷叶和红枣复合保健饮料的加工工艺;周佳仪等[13]研究了超高压生鲜莲藕汁的加工技术。在饮料生产中,优质的加工产品离不开适宜的原材料,不同品种原料的品质会直接影响产品质量,因此探究不同品种原料的加工特性显得十分重要[14],目前有关不同品种莲藕加工特性的研究已有报道,王蓓[15]研究了4个莲藕品种对藕汁抗氧化性的影响,杨松等[16]探究了安徽省4个主栽莲藕品种加工成莲藕脆片的适宜性;但关于莲藕品种原料基础数据较少,制汁性能研究也较少,且无法满足莲藕汁及莲藕深加工发展的需要。

本研究对来自湖北莲藕主产区及安徽和山东等地的10种莲藕原料及其制得的莲藕鲜榨汁的品质指标进行测定和分析,采用主成分分析和聚类分析方法对不同品种莲藕鲜榨汁的品质特性进行综合评价,并运用相关性分析方法构建莲藕鲜榨汁品质指标与莲藕原料品种指标之间的关系,筛选出适宜加工制汁的莲藕品种,确定适宜制汁的莲藕品种的共性,以期为后期加工制汁莲藕原料品种的筛选及品种资源选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

10个莲藕品种(2021年12月采收)的具体样品信息如表1。

葡萄糖、福林试剂、没食子酸、氢氧化钠、酒石酸钾钠、盐酸、硫酸(优级纯)、无水乙醇、甲基红、α-萘酚、考马斯亮蓝G- 250、石油醚,国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

DL- 1型万用电炉,北京中兴伟业仪器有限公司;UV- 754N型紫外-可见分光光度计,上海奥普勒仪器有限公司;AL204型分析天平,上海梅特勒- 托利多仪器有限公司;UltraScan PRO型全自动色差仪,美国Hunter Lab 公司;PHS- 3C型pH 计,上海雷磁仪器厂;ST- 16R型高速冷冻离心机,赛默飞世尔科技(中国)有限公司;TA.XT Plus型质构仪,英国Stable Micro Systems公司。

1.3 实验方法

1.3.1 莲藕汁制备

将采收的表面完好(无明显伤口)、大小均匀的莲藕用流动自来水洗净,去节、切片,按莲藕和蒸馏水质量比1∶3放入打浆机中打浆约4 min,将匀浆过800目纱布得莲藕汁,放入干净烧杯中备用。

1.3.2 莲藕原料品质指标测定

1.3.2.1 基本营养成分含量测定

水分含量参考GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》中直接干燥法[17]测定。

淀粉含量参考GB 5009.9—2016《食品中淀粉的测定》中酸水解法[18]测定。

果胶含量根据NY/T 2016—2011《水果及其制品中果胶含量的测定分光光度法》中碱提取方式测定[19]。制得标准曲线方程为y=0.012x-0.005 9,R2=0.999 9。

粗纤维含量参考GB/T 5009.10—2003《植物类食品中粗纤维的测定》[20]测定。

可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G- 250法[21]测定,标准曲线方程为y=0.024 8x+0.002,R2=0.996 3。

1.3.2.2 理化性质测定

1)硬度测定。参考钱文文[22]的方法,稍有改动。将莲藕切成约1 cm厚的藕片,每种莲藕样品均取3片,选取每片藕边缘的上下左右4个位置进行测量。硬度为最大峰值,每组平行实验9次,结果取平均值。

2)藕肉色度测定。将莲藕去皮,切成约1 cm薄片,用色差仪对藕肉直接测定L*、a*、b*,每个样品选取3片,每片选取5个点测定,结果取平均值。

1.3.3 莲藕鲜榨汁品质指标测定

1.3.3.1 加工品质指标测定

1)出汁率测定。采用1.3.1节的制汁方法,按式(1)计算出汁率。

出汁率

(1)

式(1)中,m1、m2、m3分别为莲藕汁、添加的蒸馏水和莲藕的质量,g。

2)悬浮稳定性测定。参考张碧莹[23]的方法,稍做修改。取一定量莲藕鲜榨汁,4 000 r/min 离心15 min,以蒸馏水为空白对照,于625 nm测定样品离心前后的吸光度,按式(2)计算样品悬浮稳定性。

悬浮稳定性

(2)

式(2)中,A前、A后分别为离心前后上清液625 nm处的吸光度。

3)透光率测定。参考文献[23]的方法。

4)总酚含量测定。以没食子酸为标准物,采用Folin-Ciocalteu法测定[24],得标准曲线方程为y=0.123 4x+0.014 1,R2=0.999 6。称取20 g莲藕汁样品,4 000 r/min离心15 min,吸取上清液0.1 mL,加入1.9 mL蒸馏水、1 mL福林酚试剂、1 mL质量分数10% Na2CO3,以未加样品的管为对照,于黑暗条件下孵育2 h,在765 nm处测定吸光度,每组平行实验3次,由标准曲线查得对应的总酚含量。

1.3.3.2 营养及物理性质指标测定

1)可溶性固形物测定。使用手持数显糖度计测定,结果以°Brix表示。

2)pH值测定。使用pH计测定。

3)鲜榨汁色泽测定。使用色差仪测定,取4 mL莲藕鲜榨汁于比色皿中,放置于反射光口,以垂直角度测定L*、a*、b*。

1.4 数据处理

所有指标平行实验3次,数据以平均值±标准偏差表示。采用Excel 2010、SPSS 25.0软件对数据进行处理和分析,采用Origin 2018 软件绘图。

2 结果与分析

2.1 莲藕原料品质指标分析

2.1.1 不同品种莲藕原料基本营养成分分析

莲藕的基本营养成分可作为判定其加工制汁适宜性的依据,不同品种莲藕的基本营养成分见表2。由表2可知,水分的变异系数小于10%,表明品种间差异较小;而淀粉、果胶、粗纤维和可溶性蛋白含量变异系数均大于10%,品种间差异性大。莲藕是一种含水量较高的蔬菜,10种莲藕原料的水分含量均高于80%,其中鄂莲9号的含水量为86.26%,与其他品种差异显著(P<0.05)。淀粉质量比为45.12～97.50 g/kg,与程婷婷等[5]研究的10个产地莲藕的淀粉含量范围(12.50～136.87 g/kg)结果相似,新35的淀粉含量显著高于其他品种。不同品种莲藕原料的果胶质量比为0.32～0.50 g/kg,粗纤维的质量分数为0.59%～0.80%,可溶性蛋白质量比为0.38～0.97 mg/g,其中鄂莲9号的淀粉和粗纤维含量均显著低于其他品种(P<0.05),杭州白莲藕的可溶性蛋白质量比最低,为0.38 mg/g。综合基本营养成分分析结果可得,沔城藕、武植二号和新35的淀粉含量和粗纤维含量高,生食口感较差,可能更适合作为加工藕粉的专用品种。

2.1.2 不同品种莲藕原料理化特性分析

不同品种莲藕原料理化特性分析见表3。由表3可知,不同品种莲藕原料的理化特性存在显著性差异(P<0.05),硬度、藕肉a*值和藕肉b*值的变异系数均大于10%,表明品种间外观差异明显。10种莲藕的硬度为39.85～61.26 N,其中鄂莲9号(61.26 N)和新35(59.12 N)莲藕的硬度均明显高于其他品种(P<0.05),但浠水巴河莲藕硬度最小,仅为39.85 N。色差仪测得的L*值表示藕肉的明暗度,由表3可看出,鄂莲5号和鄂莲11号的L*值均大于80,表明这2种莲藕的藕肉亮度最高;鄂莲9号、杭州白莲藕和新35的藕肉亮度并无显著差异,但其他品种间的藕肉亮度差异较大,这可能与莲藕的生长环境有关,也有研究指出藕肉亮度与褐变度密切相关[25]。a*值表示藕肉的红绿程度,表3中仅有鄂莲5号的藕肉a*值为负值,说明此时期该品种的藕肉偏绿;其他品种的藕肉a*值均为正值,即藕肉偏向红色,这可能与莲藕品种的成熟度有关。

2.1.3 不同品种莲藕原料品质指标相关性分析

不同品种莲藕原料各项品质指标的相关性分析结果见表4。莲藕的水分含量与淀粉、果胶及可溶性蛋白含量之间呈极显著负相关(r<-0.590),与粗纤维含量呈显著负相关(r=-0.386)。藕肉a*值与藕肉b*值呈极显著正相关(r=0.697)。可溶性蛋白含量与硬度呈显著负相关(r=-0.372),表明莲藕可溶性蛋白含量越高,则硬度就越小。淀粉含量与可溶性蛋白及果胶含量呈极显著正相关(r>0.495),与粗纤维含量呈显著正相关(r=0.375)。

纤维素和果胶是细胞壁的主要组成成分,果蔬质地特性与细胞壁物质含量的变化有关[26],且淀粉含量与莲藕质地密切相关[22]。谢玮[27]研究发现,莲藕经过热处理后,细胞壁被破坏,使得细胞中水溶性物质溶出,导致组织软化,硬度降低,即淀粉、果胶和粗纤维含量越高,莲藕在蒸煮后越粉糯。

2.2 莲藕鲜榨汁品质特性分析

2.2.1 不同品种莲藕鲜榨汁加工品质分析

不同品种莲藕鲜榨汁加工品质指标测定结果见表5。由表5可知,出汁率和透光率的变异系数均小于10%,表示品种间差异不大;但悬浮稳定性和总酚含量的变异系数均大于10%,表明这2个指标在品种间有较大的变异性。出汁率是衡量果实是否适合加工制汁的重要指标之一,10种莲藕的出汁率为58.36%～70.88%,其中庐江花香藕和杭州白莲藕的出汁率均高于70%,且与其他品种的出汁率具有显著性差异(P<0.05),沔城藕的出汁率最低。悬浮稳定性与透光率决定了鲜榨汁的外观品质,其中沔城藕悬浮稳定性最低,鄂莲6号最高,透光率分布在86.46%～94.84%,其中鄂莲6号最小,杭州白莲藕最大。莲藕中含有丰富多样的多酚类物质,且这些物质极易与对应的酚酶发生酶促褐变,导致藕汁色泽发生变化,从而影响莲藕的加工品质特性。由表5可知,品种间总酚的质量浓度差异显著(P<0.05),其中沔城藕总酚质量浓度最高,为289.72 μg/mL,武植二号次之,鄂莲5号最小。杭州白莲藕的出汁率高,透光率好,总酚含量较低,更适合作为加工制汁的品种。

2.2.2 不同品种莲藕鲜榨汁营养价值及物理性质分析

对10种莲藕鲜榨汁的营养价值及物理性质指标进行统计分析,结果见表6。可溶性固形物影响着果汁的口感和滋味,10个品种莲藕鲜榨汁中可溶性固形物含量在5.84～8.03°Brix,其中,鄂莲5号和鄂莲9号的可溶性固形物含量大于8°Brix,武植二号最小,仅为5.84°Brix。所测10个品种莲藕鲜榨汁的pH值在5.58～6.56,沔城藕的最大,为6.56,显著高于其他品种鲜榨汁的pH值。果汁色泽与外观密切相关,是衡量果汁品质的重要指标。不同品种莲藕鲜榨汁色泽存在显著性差异(P<0.05),L*值代表亮度,L*值越大表示色泽越明亮;a*值越大,说明藕汁色泽越偏红,相反则偏绿;b*值代表黄蓝度。鄂莲5号鲜榨汁L*值明显高于其他品种,且a*值和b*值是10个品种中相对较小的,即鄂莲5号鲜榨汁色泽明亮,颜色更偏绿色和蓝色,鄂莲6号和鄂莲11号鲜榨汁色泽次之。

2.2.3 不同品种莲藕鲜榨汁品质指标相关性分析

莲藕鲜榨汁的9项品质指标的相关性分析结果见表7。鲜榨汁的L*值与a*值、b*值、pH值呈极显著负相关(r<-0.720),与透光率呈显著负相关(r=-0.438);pH值与可溶性固形物含量呈显著负相关(r=-0.409),与总酚含量呈极显著正相关(r=0.615),即鲜榨汁中可溶性固形物含量越高,pH值越小,总酚含量就越低;鲜榨汁中总酚含量与悬浮稳定性呈极显著负相关(r=-0.463),与透光率呈显著正相关(r=0.444),表明鲜榨汁中总酚含量越高,悬浮稳定性就越差,但透光率会越好。

2.3 莲藕鲜榨汁品质的主成分分析

对10个品种莲藕鲜榨汁的9项品质指标的原始数据进行Z标准化处理后,再进行主成分提取分析,结果见表8。成分载荷矩阵见表9。按照特征值大于1的原则[28],共提取出3个主成分,累计方差贡献率达到88.279%,能代表鲜榨汁品质指标的绝大部分信息,因此,可用前3个主成分代表9个品质指标对不同品种莲藕鲜榨汁品质进行评价与判断。

由表8和表9可知,第一主成分的方差贡献率为48.948%,以鲜榨汁L*值、a*值、b*值和pH值的影响为主,其中L*值在第一主成分上呈负向分布,a*值、b*值和pH值在第一主成分上呈正向分布,第一主成分主要反映了藕汁的色泽指标;第二主成分的方差贡献率为22.088%,主要综合了可溶性固形物、悬浮稳定性、透光率的信息,在一定程度上主要反映了藕汁的外观指标;第三主成分的方差贡献率为17.243%,决定其大小的指标主要是出汁率、总酚,载荷值分别为-0.827、0.863,该成分主要反映了藕汁的加工品质指标。

旋转在6次迭代后已收敛。

2.4 主成分综合评价

以3个主成分因子对应的方差贡献率与累计方差贡献率的比值作为权重进行加权求和[29],得到综合得分(F)评价模型[式(3)]。

(3)

式(3)中,F1、F2、F3分别为各品种在提取出来的3个主成分上的得分,F为综合得分。

10个品种莲藕鲜榨汁主成分得分及排名见表10。综合得分越高,说明莲藕鲜榨汁综合品质越好。由表10可知,杭州白莲藕的综合得分最高,为1.34,其次是浠水巴河莲藕、鄂莲9号、庐江花香藕,分别为0.86、0.86、0.84。鄂莲5号、鄂莲6号和鄂莲11号排名靠后,表明这3个品种莲藕鲜榨汁综合品质较差。

2.5 不同品种莲藕鲜榨汁品质指标聚类分析

以莲藕鲜榨汁品质指标为依据,采用组间联接法和平方欧氏距离[30]对10个莲藕品种进行Q型[31]聚类分析,原始数据采用Z得分形式,结果见图1。由图1可知,当平方欧氏距离为15时,10个莲藕品种被划分为4类,第Ⅰ类包括鄂莲5号、鄂莲6号和鄂莲11号,此聚类结果聚集了鲜榨汁的可溶性固形物含量高、悬浮稳定性大和色泽亮度大的品种,且此聚类结果的综合得分F均小于0(表10),表明此类莲藕鲜榨汁综合品质较差;第Ⅱ类包括庐江花香藕、浠水巴河莲藕、鄂莲9号、杭州白莲藕和新35,第Ⅱ类还可分为2个亚类,第1亚类为庐江花香藕和浠水巴河莲藕,第2亚类包括鄂莲9号、杭州白莲藕和新35,此类聚类结果与主成分分析综合得分较高的品种基本一致,说明这几个品种莲藕鲜榨汁综合品质特征相似,更适合作为加工制汁的品种;第Ⅲ类仅包括武植二号,其综合得分排名较靠后,此类莲藕原料含水量相对较低,硬度大,粗纤维含量高,更适合作为加工莲藕脆片的原料[16];沔城藕单独聚为第Ⅳ类,其淀粉含量高,出汁率和悬浮稳定性较低,可能更适合作为加工藕粉的原料。

2.6 莲藕鲜榨汁品质指标与莲藕原料品质指标的相关性分析

将莲藕鲜榨汁品质指标与莲藕原料品质指标进行相关性分析,见图2。出汁率与莲藕原料的水分含量呈显著正相关(r=0.394),而与果胶含量呈显著负相关(r=-0.459),与淀粉含量呈极显著负相关(r=-0.531),表明高淀粉和果胶含量会降低莲藕的出汁率。鲜榨汁的色泽亮度L*值与莲藕含水量呈显著负相关(r=-0.429),而与淀粉和可溶性蛋白含量呈显著正相关(r>0.360),与藕肉的L*值呈极显著正相关(r=0.924)。鲜榨汁的红绿度a*值和黄蓝度b*值均与莲藕含水量呈显著正相关(r>0.410),而与藕肉L*值呈极显著负相关(r<-0.660),且鲜榨汁a*值与莲藕的淀粉和粗纤维含量呈极显著负相关(r<-0.500)。鲜榨汁中可溶性固形物含量与藕肉a*值呈显著正相关(r=0.431)。有研究表明,随着莲藕成熟度的增加,所有品种莲藕肉均开始偏红[22],可推测莲藕成熟度越高,可溶性固形物含量就越高。鲜榨汁的pH值与莲藕果胶含量呈显著正相关(r=0.383),悬浮稳定性与莲藕的硬度呈显著负相关(r=-0.390),说明莲藕硬度越小,制得的鲜榨汁悬浮稳定性越大。鲜榨汁的透光率与莲藕硬度呈显著正相关(r=0.366),而与藕肉L*值呈显著负相关(r=-0.399)。结合2.5节聚类分析结果,综合理化特性、营养成分等方面考虑,认为藕肉亮度小、淀粉含量低和出汁率高的品种更适合制汁。

3 结 论

用于深加工的原料品种在一定程度上决定着深加工产品的品质,深加工制汁不仅要求原料色泽鲜艳,还需营养丰富且多汁[32]。因此,本研究对10种莲藕原料的基本营养成分、理化指标以及制得的莲藕鲜榨汁的加工品质指标和营养价值及物理性质指标进行了探究分析。结果表明:不同品种莲藕原料品质指标间及其制得的莲藕鲜榨汁的品质指标间均存在显著性差异(P<0.05)。鄂莲5号、鄂莲6号和鄂莲11号藕肉亮度偏高;而杭州白莲藕和鄂莲9号水分含量较高,但两者藕肉亮度偏低,且淀粉和果胶含量较低。经过相关性分析发现,莲藕的水分含量与淀粉和果胶含量间均存在负相关关系。10种莲藕分别制得的鲜榨汁在9个品质指标间均存在显著性差异,其中庐江花香藕和杭州白莲藕出汁率最高且总酚含量低,沔城藕的总酚含量最高,但其悬浮稳定性差且出汁率低。

运用主成分分析法将莲藕鲜榨汁的9个品质指标综合成3个主成分,代表了鲜榨汁品质指标88.279%的信息,并得到了莲藕鲜榨汁品质指标的综合得分,综合得分排名前4的莲藕品种分别是杭州白莲藕、浠水巴河莲藕、鄂莲9号和庐江花香藕。通过聚类分析将10种莲藕分为4类,综合排名前4的莲藕品种被聚为第Ⅱ类。进一步通过对莲藕鲜榨汁的品质指标与莲藕原料品质指标间的相关性分析发现,藕肉亮度小、淀粉含量低和出汁率高的原料更适合加工制汁,而这正是第Ⅱ类莲藕原料所具有的理化和加工特性。综合本研究结果,确定杭州白莲藕、浠水巴河莲藕、鄂莲9号和庐江花香藕更适合作为加工制汁的专用品种。本研究希望为专用制汁莲藕品种的选择和育种提供参考。在后续的研究中,将进一步增加对研究对象的种类及其成熟度的筛选,以期促进莲藕加工产业的发展。

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Juice Processing Suitability Evaluation for Different Varieties of Lotus Root

SUN Haijuan1,2, LI Jie2,*, LIU Yiman3, WANG Liping1, YAN Shoulei2

(1.College of Horticulture and Forestry Sciences, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China;2.College of Food Science and Technology/Aquatic Vegetables Preservation and Processing Technology Engineering Center of Hubei Province, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China;3.Institute of Forestry &Fruit Tree, Wuhan Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430070, China)

Abstract: In order to explore the suitability of different varieties of lotus root for juice processing, ten representative lotus root varieties were selected as experimental materials, the physicochemical indexes and basic nutritional composition of lotus root raw materials were determined, and the processing quality, nutritional value and physical properties of the lotus root fresh juice were analyzed. The quality of lotus root fresh juice was comprehensively evaluated by combining principal component analysis and cluster analysis methods. The results showed that there were significant differences (P<0.05) in all quality indicators of the ten lotus root raw materials and their fresh juices, and the nine quality indicators of lotus root fresh juices was reduced to three factors by principal component analysis, with a cumulative contribution of 88.279%. Ten species of lotus roots were divided into four categories by cluster analysis, the first category being Elian No.5, Elian No.6 and Elian No.11, the second category being Lujiang floral lotus root, Xishui Bahe lotus root, Elian No.9, Hangzhou white lotus root and Xin 35, the third category being Wuzhi No.2, and the fourth category being Miancheng lotus root. Further correlation analysis of the quality indexes of lotus root fresh juice with the quality indexes of lotus root raw materials revealed that varieties with small brightness of lotus root, low starch content and high juice yield were more suitable for juice processing. Therefore, Hangzhou white lotus root, Xishui Bahe lotus root, Elian No.9 and Lujiang floral lotus root were more suitable as special varieties for juice processing.

Keywords: lotus root varieties; fresh juice; quality evaluation; principal component analysis; cluster analysis

中图分类号: TS255.2

文献标志码: A

doi:10.12301/spxb202200636

文章编号:2095-6002(2023)02-0164-11

引用格式:孙海娟,李洁,刘义满,等. 不同品种莲藕加工制汁适宜性评价[J]. 食品科学技术学报,2023,41(2):164-174.

SUN Haijuan, LI Jie, LIU Yiman, et al. Juice processing suitability evaluation for different varieties of lotus root[J]. Journalof Food Science and Technology, 2023,41(2):164-174.

收稿日期: 2022-06-14

基金项目: 湖北省技术创新专项- 重大项目(2017ABA071)。

Foundation: Technology Innovation Project of Hubei Province (2017ABA071).

第一作者: 孙海娟,女,硕士研究生,研究方向为农产品加工与贮藏。

*通信作者: 李 洁,女,副教授,博士,主要从事农产品加工与贮藏方面的研究。

(责任编辑:张逸群)