马蹄（Chinese water chestnut，CWC）是荸荠的俗称，又叫菩荠、水栗、乌芋，常用其煲水服用，对咽喉炎、百日咳、消食、醒酒等有良好疗效，颇受消费者喜爱[1-2]。马蹄鲜食脆嫩多汁、清甜爽口，熟化香味浓郁[3]，并具有良好的质构热特性[4-5]。由于马蹄个小皮多、削皮麻烦、食用不便、产品单一、种类少、储藏期短，限制了马蹄在食品加工中的应用[6-7]。因此，开发新的马蹄产品十分必要。
随着人们生活节奏的加快，罐头食品因其食用便捷越来越受到消费者的喜爱。目前罐头品种繁多，包括肉类[8]、水产类[9]、果蔬类罐头[10]等。马蹄罐头主要为清水马蹄铁罐头，但马口铁罐质量大、灭菌时间长、耗能大、开启不便、运输和生产成本高，且马蹄罐头在传统蒸制和煮制加工环节中，极易出现“红心”现象，营养物质和风味品质也受到严重破坏，严重影响马蹄产业的发展[11-12]。因此，马蹄罐头的加工工艺研究显得尤为重要。马蹄罐头的风味品质还与灭菌方式、灭菌温度和时间密切相关。高温杀菌是罐头常见的杀菌方式，但灭菌不足易使产品腐败变质；过度灭菌破坏产品色香味、营养和风味[13-14]。因此，研究马蹄罐头关键工艺，对解决马蹄加工产业难题，提高马蹄品质具有重要意义。
即食软罐头是一种新型加工产品，被称为第二代罐头食品，具有质量小、成本低、携带和食用方便、灭菌时间短等优点，还可以较好地保持食品的色香味、营养和风味的优点，更受消费者欢迎[15-17]。目前，关于马蹄软罐头的研究较少。本研究通过探讨护色效果、蒸煮时间和杀菌条件等关键工艺对马蹄软罐头品质的影响，以期研制出一款方便即食、风味优良的马蹄软罐头，为解决马蹄食用不便、产品单一的产业发展难题提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
荸荠、高温耐蒸煮袋、清水马蹄罐头、即食枫糖脆马蹄：市售；氯化钠（食品级）：河南天马食品集团有限公司；抗坏血酸（食品级）：山东鲁维制药有限公司；平板计数琼脂（分析纯）：广东环凯微生物科技有限公司；葡萄糖、硫酸钾、硫酸铜、氢氧化钠、无水乙醇（均为分析纯）：广东光华科技股份有限公司；亚甲基蓝指示剂（分析纯）：天津市大茂化学试剂厂；硼酸（分析纯）：成都市科龙化工试剂厂。
1.2 仪器与设备
CR-400 色彩色差计：柯尼卡美能达（中国）投资有限公司；MS-TS 电子天平：常熟市双杰测试仪器厂；AS-ZOL 真空包装机：泉州安森机电有限公司；YXQLS-50S11 立式压力蒸汽灭菌器、ZD-85 气浴恒温振荡器：上海博迅实业有限公司医疗设备厂；K9860 凯氏定氮仪：海能未来技术集团股份有限公司；KDN-08D 恒温加热消煮炉：上海洪纪仪器设备有限公司；pHS-4C+酸度计：成都世纪方舟科技有限公司；TA.XTPlus 物性测定仪：英国Stable Micro System 公司；C22-RX22H0107电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司；DH-420 恒温培养箱：常州金坛精达仪器制造有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 马蹄软罐头工艺流程
原料挑拣→清洗→去皮与修整→护色→蒸制与煮制→冷却沥水→装袋封口→排气→杀菌→冷却→成品。
1.3.2 操作要点
1）原料挑拣：挑选新鲜、饱满、无病虫害、无腐烂、无破损、大小均一、淀粉含量少、味甜、食用无残渣的马蹄。
2）清洗：用清水洗净马蹄表面的污泥。
3）去皮与修整：用不锈钢削皮刀将马蹄两端削平整，以削尽芽点和蒂头为准，防止荸荠出现红心、蓝心的现象。
4）护色：采用去离子水分别配制0.5%柠檬酸、1.0%氯化钠、0.20%VC 浓度，将去皮后的马蹄完全浸没在复配护色液中护色20 min。
5）蒸制和煮制：水沸腾后将铺有马蹄的蒸笼置于蒸锅上或直接将马蹄浸没水中，盖上锅盖后开始计时。
6）冷却与沥水：将蒸煮后的马蹄置于水中冷却后沥干。
7）装袋封口：将冷却的马蹄装入高温耐蒸煮袋中热封。
8）排气：抽真空处理。
9）杀菌：将密封好的马蹄软罐头放入立式压力蒸汽灭菌器中进行灭菌。
10）冷却：为保障产品状态和营养物质不流失，杀菌后立即冷却，冷却后及时擦干水分。
1.3.3 马蹄软罐头关键工艺条件试验
1.3.3.1 不同蒸煮时间对马蹄软罐头的影响
以白度值和感官评分为考察指标，将护色后的马蹄分别蒸制和煮制5、6、7、8、9 min，研究不同蒸煮时间对马蹄软罐头品质的影响。
1.3.3.2 马蹄软罐头护色单因素试验
在最佳蒸制条件下，以白度值和感官评分为考察指标，在室温（25 ℃）下分别考察柠檬酸浓度、氯化钠浓度、抗坏血酸浓度和护色时间4 个因素对马蹄软罐头产品感官品质和白度值的影响，确定最佳工艺的单因素水平，试验设计如表1 所示。考察某一单因素时，其他固定因素为柠檬酸浓度0.5%、氯化钠浓度1.0%、抗坏血酸浓度0.20%、护色时间20 min。
表1 单因素水平设计
Table 1 Levels of single factors
水平柠檬酸浓度/% 氯化钠浓度/% 抗坏血酸浓度/% 护色时间/min 10.30.80.1010 20.40.90.1515 30.51.00.2020 40.61.10.2525 50.71.20.3030
1.3.3.3 正交试验设计
根据单因素试验结果，以白度值和感官评分为考察指标，选取柠檬酸浓度、氯化钠浓度、抗坏血酸浓度和护色时间4 个因素进行L9（34）正交试验，正交试验因素水平设计见表2。
表2 正交试验因素水平设计
Table 2 Factors and levels of orthogonal test
水平因素A 柠檬酸浓度/%D 护色时间/min 10.415 20.520 30.625 B 氯化钠/浓度%C 抗坏血酸浓度/%0.90.15 1.00.20 1.10.25
1.3.3.4 灭菌工艺试验
马蹄软罐头属于低酸性食品，灭菌工艺参考刘翔[18]的方法并稍作修改，将制备好的马蹄软罐头分别在115 ℃温度下灭菌8、10、15 min，121 ℃温度下灭菌8、10、12 min，研究不同灭菌条件对产品品质的影响。
1.3.3.5 对比试验
购买市售清水马蹄罐头和即食枫糖脆马蹄，与本试验最优工艺条件下制备的马蹄软罐头进行感官评分、pH 值和白度值对比。
1.3.4 马蹄软罐头指标检测
1.3.4.1 感官评分
组织10 名食品专业的老师和学生对马蹄软罐头的气味、色泽、质地、滋味进行品评，评分为百分制。统计结果，去掉最低分与最高分，结果取平均值。根据文献[3]和GB/T 13212—1991《清水荸荠罐头》制定评分标准。具体评分标准见表3。
表3 马蹄软罐头感官评分标准
Table 3 Sensory evaluation criteria for soft canned CWC
指标评分标准分值气味风味好，有浓郁的马蹄清香味18～25（25）风味较差，马蹄清香味略淡11～<18风味差，无香味，但无异味0～<11色泽色泽好，颜色为均匀的乳白色18～25（25）色泽好，微黄色表面略带白色且基本均匀11～<18色泽差，有黑心、红心且有多处褐点0～<11质地质地脆度适中14～20（20）较脆或较软糯7～<14过脆或过较糯0～<7滋味咀嚼时，口感清脆爽口且香甜适口22～30（30） 咀嚼时，清香滋味和甜味良好且略带纤维渣状感 13～<22咀嚼时，无清香滋味和甜味并有明显的纤维渣状感 0～<13
1.3.4.2 白度值测定
参考段秋霞等[19]的方法并稍作修改，采用色彩色差计测定马蹄表面的白度值，每组样品重复测定5 次取平均值。
1.3.4.3 菌落总数检测
菌落总数检测按照GB 4789.26—2013《食品安全国家标准食品微生物学检验商业无菌检验》中的方法进行测定。
1.3.4.4 pH 值测定
参照GB 5009.237—2016《食品安全国家标准食品pH 值的测定》，用pH 计进行测定，当数据显示稳定之后，记录数值并重复试验取平均值。
1.3.4.5 质构测定
利用物性测定仪，参考NY/T 2009—2011《水果硬度的测定》测定硬度，选取P2 探头，设定测前速度5 mm/s，测试速度2 mm/s，测后速度5 mm/s，穿刺距离5 mm。
1.3.4.6 蛋白质测定
参考GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法进行测定。
1.3.4.7 还原糖测定参考GB 5009.7—2016《食品安全国家标准食品中还原糖的测定》中的方法进行测定。
1.4 数据处理
所有样品均设3 个重复试验操作（除特别说明外），运用IBM SPSS Statistics 25、Origin 8.5 和Excel 2016 进行数据处理分析和图形绘制。
2 结果与分析
2.1 不同蒸煮时间对马蹄软罐头品质的影响
果蔬护色方法有化学法和物理法，蒸煮加工是典型的物理护色法，此方法不仅可以钝化果蔬中的酶达到防止果蔬褐变的效果，还可提升产品香味[20-21]。蒸煮时间对马蹄的品质有很大的影响，时间过短马蹄过脆且香味不明显；时间过长马蹄中的营养物质和风味遭到破坏，使产品出现红心、黑心现象[3，12]。不同蒸煮制时间对马蹄软罐头品质的影响见图1。
图1 不同蒸煮制时间对马蹄软罐头品质的影响
Fig.1 Effects of different steaming or boiling time on the quality of soft canned CWC
由图1 可知，当柠檬酸浓度0.5%、氯化钠浓度1.0%、抗坏血酸浓度0.20%、护色时间20 min 时，马蹄在蒸制和煮制7 min 时感官评分均达到最高，且蒸制感官评分和白度值均优于煮制，此时，马蹄果肉颜色均匀、无红心、硬度适中，继续延长蒸制时间，马蹄的清香味和甜味变淡，感官评分下降。此结果与詹歌等[22]和Nie 等[23]的研究结果一致。综上，马蹄最佳蒸制时间为7 min。
2.2 不同柠檬酸浓度对马蹄软罐头品质的影响
不同柠檬酸浓度对马蹄软罐头品质的影响见图2。
图2 不同柠檬酸浓度对马蹄软罐头品质的影响
Fig.2 Effects of different citric acid concentrations on the quality of soft canned CWC
由图2 可知，随着柠檬酸浓度的增加，马蹄软罐头的感官评分先升后降，在浓度为0.5%时感官评分最高，此时马蹄软罐头色泽洁白、清香可口、脆度适中；马蹄软罐头的白度值随柠檬酸浓度的增加而增大，当浓度达到0.6%时可品尝到淡淡的酸味，这是因为柠檬酸本身为酸性，能使溶液pH 值降低，从而使体系中O2溶解度降低[24]，同时，柠檬酸中的羰基可与多酚氧化酶中的铜离子产生较强的螯合作用，从而在一定程度上抑制多酚氧化酶的活性，抑制马蹄发生酶促褐变。但是柠檬酸浓度过大，会使马蹄口感出现酸味[25-26]。因此，综合感官评分和白度值的结果，选择柠檬酸浓度为0.4%、0.5%、0.6%进行正交试验。
2.3 不同氯化钠浓度对马蹄软罐头品质的影响
适量的氯化钠能有效防止产品褐变，提升风味[27]。不同氯化钠浓度对马蹄软罐头品质的影响见图3。
图3 不同氯化钠浓度对马蹄软罐头品质的影响
Fig.3 Effect of different sodium chloride concentrations on the quality of soft canned CWC
由图3 可知，氯化钠浓度在0.8%～0.9%范围内，感官评分和白度值随氯化钠浓度增加而升高，继续增加氯化钠浓度，白度值持续升高，但感官评分呈下降的趋势，这是由于人们对咸味的接受程度较差，所以感知能力较强[28]，当氯化钠浓度超过1.0%时，感官评分人员品尝到淡淡的咸味，马蹄原有的清香味变淡，故感官评分开始下降。综合感官评分和白度值的结果，选取氯化钠浓度为0.9%、1.0%、1.1%进行正交试验。
2.4 不同抗坏血酸浓度对马蹄软罐头品质的影响
抗坏血酸是食品中非常重要的防腐护色剂，不仅能保持食品外观色泽和风味质地，延缓食品腐败变质，且安全卫生无副作用[29]。不同抗坏血酸浓度对马蹄软罐头品质的影响见图4。
图4 不同抗坏血酸浓度对马蹄软罐头品质的影响
Fig.4 Effects of different ascorbic acid concentrations on the quality of soft canned CWC
由图4 可知，抗坏血酸浓度低于0.20%时，感官评分和白度值随着抗坏血酸浓度的增加而升高，当抗坏血酸浓度超过0.20%时，感官评分开始下降，这是由于抗坏血酸浓度达到一定浓度时，开始渗入马蹄组织中，改变了马蹄原有的滋味，导致感官评分开始下降。综合感官评分和白度值的结果，选取抗坏血酸浓度为0.15%、0.20%、0.25%进行正交试验。
2.5 不同护色剂及护色时间对马蹄软罐头品质的影响
不同护色剂及护色时间对马蹄软罐头品质的影响见图5。
图5 不同护色剂及护色时间对马蹄感官评分和白度值的影响
Fig.5 Effects of different color fixatives and different color retention time on the sensory score and whiteness of soft canned CWC
A.感官评分；B.白度值。
由图5A 可知，随着护色时间的延长，3 种护色剂的感官评分先升后降，护色时间为20 min 时感官评分均达到最高，此时马蹄软罐头的色泽和滋味均最佳，继续延长护色时间，感官评分下降，这可能是护色液浸入马蹄果肉，使得产品口感下降。由图5B 可知，当护色时间在0～20 min 范围内，3 种护色液的白度值随护色时间延长而逐渐升高，护色时间达到20 min 后趋于平缓。因此，综合白度值和感官评分的结果，选择护色时间15、20、25 min 进行正交试验。
2.6 正交试验结果与分析
护色正交试验结果如表4 所示。
表4 正交试验结果
Table 4 Orthogonal test results
试验号A 柠檬酸浓度时间白度值感官评分1 111168.87 86.75 2 122268.92 86.00 3 133366.86 80.75 4 212369.24 89.50 5 223168.93 88.25 6 231269.77 82.00 7 313269.49 81.00 8 321366.62 84.00 9 332170.00 86.25 K1204.65 207.60 205.26 207.80 K2207.94 204.47 208.16 208.18 K3206.11 206.63 205.28 202.72 k168.2269.2068.42 69.27 k269.3168.1669.39 69.39 k368.7068.8868.43 67.57 R11.091.040.971.82 B 氯化钠浓度C 抗坏血酸浓度D 护色白度值因素主次D＞A＞B＞C优方案A2B1C2D2 K1253.5 257.25 252.75 261.25 K2259.75 258.25 261.75 249.00 K3251.25 249.00 250.00 254.25 k184.5085.7584.25 87.08 k286.5886.0887.25 83.00 k383.7583.0083.33 84.75 R22.833.083.924.08感官评分因素主次D＞C＞B＞A优方案A2B2C2D1
由表4 可知，当以白度值为评价指标时，通过极差分析可知，各因素的主次顺序为D（护色时间）＞A（柠檬酸浓度）＞B（氯化钠浓度）＞C（抗坏血酸浓度），最优组合为A2B1C2D2，即0.5%柠檬酸、0.9%氯化钠、0.20%VC、护色时间20 min；当以感官评分为评价指标时，各因素主次顺序为D（护色时间）>C（抗坏血酸浓度）＞B（氯化钠浓度）＞A（柠檬酸浓度），最优组合为A2B2C2D1，即0.5%柠檬酸、1.0%氯化钠、0.20%抗坏血酸和护色时间15 min。
2.7 验证试验
将方案A2B1C2D2、A2B2C2D1 与正交试验表中感官评分最高的第4 组（A2B1C2D3）和白度值效果最佳的第9 组（A3B3C2D1）进行验证比较。验证试验结果见表5。
表5 验证试验结果
Table 5 Verification test results
?
由表5 可知，方案A2B1C2D3 的感官评分（90.50）高于其他3 个方案，白度值（69.78）总体表现较佳，故最佳方案为A2B1C2D3，即马蹄软罐头最佳的护色条件为柠檬酸0.5%、氯化钠0.9%、抗坏血酸0.20%和护色时间为25 min。
2.8 不同灭菌条件对马蹄软罐头品质的影响
不同灭菌条件对马蹄软罐头品质的影响见图6。
图6 不同灭菌条件对马蹄软罐头品质的影响
Fig.6 Effects of different sterilization conditions on the quality of soft canned CWC
将各灭菌条件下的马蹄软罐头均在37 ℃下恒温保藏10 d，进行商业无菌检测，菌落总数为0，且均无胀袋现象，pH 值变化小于0.5，结果说明均符合罐头商业无菌标准。由图6 可知，从白度值上来看，各灭菌条件对马蹄色泽影响不大；从感官评分上来看，可知在灭菌温度115 ℃灭菌时间为8 min 的条件下，马蹄软罐头的感官评分最高为88.70，此时口感脆爽，清甜多汁。所以最佳的灭菌条件是115 ℃、8 min。
2.9 马蹄软罐头与清水马蹄罐头、即食枫糖脆马蹄的对比
3 种马蹄产品的白度值、感官评分、pH 值对比见表6。
表6 3 种马蹄产品的白度值、感官评分、pH 值的对比
Table 6 Comparison of whiteness，pH and sensory score among three CWC products
?
由表6 可知，3 种罐头产品的白度值相差不大，均属于低酸性食品。从感官评分来看，马蹄软罐头的感官评分优于清水马蹄罐头和即食枫糖脆马蹄，其感官特点在于马蹄软罐头颜色白净、硬度适中、香甜可口，具有浓郁的马蹄风味、即食枫糖脆马蹄添加了白砂糖和0.5%枫树糖浆，口感甜腻，马蹄原有的清香风味被糖浆掩盖；清水马蹄罐头甜味和香味较淡，基本无马蹄清香风味，故其感官评分较低。
2.10 马蹄软罐头质量指标的测定
在最佳工艺条件下研制的马蹄软罐头的感官评分和白度值分别为90.50 和69.78；马蹄软罐头pH 值为6.1，通常pH 值大于4.6 的罐头产品称为低酸性食品，pH 值小于4.6 的罐头产品称为酸性食品[30]，因此此产品属于低酸性食品；硬度的平均值为30 294.86 N，在此工艺下马蹄形状完好，硬度适中、清甜爽口；蛋白质平均含量为0.92%；还原糖平均含量为1.097%，是主要的能量来源；经过商业无菌检测，马蹄软罐头的菌落数量为0，在此工艺下制备的产品达到商业无菌标准，符合食品卫生要求。
3 结论
本研究探讨不同护色剂复配条件、蒸煮时间和灭菌条件等关键工艺对马蹄软罐头色泽和感官品质的影响，研制了一款方便即食、风味独特的新型马蹄软罐头。结果表明：马蹄软罐头最佳蒸制时间为7 min，护色时间为25 min、复合护色剂最优组合为柠檬酸0.5%、氯化钠0.9%、抗坏血酸0.20%、最佳灭菌条件为115 ℃、8 min。在此工艺条件下制作出来的马蹄软罐头与清水马蹄罐头和即食枫糖脆马蹄对比，马蹄软罐头色泽洁白、口感清脆爽口、硬度适中，具有马蹄特有的浓郁风味，白度值为69.78，感官评分为90.50。此工艺条件大大缩短并降低了灭菌时间和温度，产品达到商业无菌标准，符合食品卫生要求。
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