藍莓流態(tài)化速凍工藝及貯藏品質(zhì)變化規(guī)律*

張慶鋼，陶樂仁，鄧云，鄭志皋，蔡梅艷

1 (上海理工大學(xué)低溫與食品研究所，上海，200093)2 (哈爾濱商業(yè)大學(xué)制冷空調(diào)研究所，黑龍江 哈爾濱，150028)3 (上海交通大學(xué)食品科學(xué)與工程系，上海，200240)

藍莓(Vaccinium corymbosum L. )，通常稱為越橘果，風味獨特，營養(yǎng)豐富［1］?？纱龠M視網(wǎng)膜“桿細胞”生成，改善眼部肌肉疲勞［2］。能防止自由基的氧化作用，具有強力抗氧化和抗過敏功能，可保護腦神經(jīng)不被氧化，穩(wěn)定腦組織功能［3-4］。藍莓屬多水分漿果，果實成熟期在6 ～8 月份的高溫多雨季節(jié)［5］，易腐爛，不宜貯存，因此，采收后長期保存藍莓成為了藍莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一項關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)在貯存藍莓的方法有高氧［6］、氣調(diào)、紫外線照射、殼聚糖涂膜［7］等方式。

流態(tài)化速凍以其凍結(jié)速度快、解凍后食品質(zhì)量高的特點逐漸發(fā)展成為單體速凍食品產(chǎn)品的重要工業(yè)凍結(jié)方法之一［8］。應(yīng)用液氮式流化床速凍藍莓技術(shù)的相關(guān)報道目前在國內(nèi)外尚不多見。本項研究是利用液氮式流化床對藍莓進行速凍，確定工藝參數(shù);利用感官檢驗方法，結(jié)合掃描電鏡(ESEM)對比分析了藍莓在速凍和慢凍條件下，貯藏期間品質(zhì)不同的變化規(guī)律，確定了液氮速凍藍莓的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍莓:采自于上海市青浦現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園，生長條件一致，成熟度達到食用成熟度。分揀工作在冷庫整理間中完成，挑選無病蟲害及機械損傷的藍莓，單顆藍莓的平均直徑為(12 ±2.5)mm。

實驗所需的試劑:2，6-二氯靛酚、纖維素酶、二甲苯、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、六氰合鐵酸鉀、DPPH(2，2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)等，均為化學(xué)純。

1.2 儀器與設(shè)備

NR-C25EM1 冰箱(日本松下)，DS-1 高速組織搗碎機(上海標本模型廠)，101-1 型烘箱(上海市實驗儀器總廠)，TDL-5 離心機(上海安亭科學(xué)儀器廠)，UV-2000 型紫外可見分光光度計 上海尤尼柯儀器有限公司)，ZWA-J 阿貝折光儀(上海光學(xué)儀器廠)，DK-S22 型電熱恒溫水浴鍋(上海精宏實驗設(shè)備有限公司)，F(xiàn)A1604 電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，prova 800 型溫度采集儀，常用玻璃儀器等。

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗裝置

實驗所用液氮流化床速凍機結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 液氮噴霧式流態(tài)化食品速凍機結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of liquid nitrogen fluidized bed

裝置主要由液氮噴淋預(yù)凍與流態(tài)化速凍2 部分組成。其凍結(jié)流程如下:食品經(jīng)過輸送帶的輸送后進入液氮噴淋預(yù)凍段，在該段里液氮由液氮噴嘴5 噴出;預(yù)凍后的食品進入流態(tài)化速凍階段;高壓氮氣瓶1 對液氮灌2 加壓至0.2 ～0.3MPa，由噴嘴12 噴出的霧狀液氮，在風道11 內(nèi)和送風迅速換熱蒸發(fā)，同時將風道11 中的空氣冷卻;被冷卻后的空氣向上經(jīng)過物料，使其在流態(tài)化狀態(tài)下迅速降溫凍結(jié)，完成凍結(jié)后的凍品最終從出料口出料。

1.3.2 速凍方法及條件設(shè)定

將藍莓清洗、晾干。將樣品依據(jù)不同的速凍條件分成10 組(見表1)，在液氮式流化床上速凍。每次實驗用3 個熱電偶感溫探頭分別測3 個不同的藍莓中心溫度，通過prova 800 型溫度采集儀顯示溫度，當中心溫度達到-15℃，實驗結(jié)束，記錄時間和電子秤顯示的液氮罐減少質(zhì)量，即測量出每組樣品凍結(jié)時間及液氮耗量;并對速凍完成的樣品立即進行化學(xué)指標檢測，以確定最佳工藝參數(shù)。將流化床速凍綜合評價值最高的一組抽出部分樣品即刻進行微觀結(jié)構(gòu)檢測，其余樣品貯藏于-25℃冰箱中，用于凍藏期間的品質(zhì)測定。

表1 U10(104)混合均勻試驗方案Table 1 U 10 (104)uniform experimental design

1.3.3 慢速凍結(jié)及保藏

將2 kg 清洗、晾干的藍莓均勻盛入2 個鐵盤(300 mm ×250 mm)，放進-18℃冰箱進行慢速凍結(jié)。測溫方式同1.3.2，當中心溫度達到-15℃時凍結(jié)結(jié)束。立即對慢速凍結(jié)樣品進行微觀結(jié)構(gòu)檢測，將剩余樣品貯藏于-25℃冰箱中，用于凍藏期間的品質(zhì)測定。

1.4 檢測項目與方法

1.4.1 化學(xué)指標

VC含量的測定采用2，6-二氯靛酚滴定法［9］;水分損失率的測定采用稱重法;可溶性固形物的測定采用GB12295 -1990［10］方法測定，用相對含量表示;花青素含量的測定參考文獻配制緩沖溶液，通過示差法［13］測定;2，2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH)自由基清除率參考文獻［14 -15］方法，在517 nm 處測定該溶液的吸光值A(chǔ)A及DPPH 乙醇溶液的吸光值A(chǔ)B，樣品清除自由基的能力用清除率表示，清除率/%=［(AB-AA)/AB］×100;還原力的測定依據(jù)參考文獻［16］檢測方法，在700nm 處測定其吸光值，吸光值越大表示還原力越強(以上清液做空白)。所有檢測均重復(fù)3 次，取其平均值。

1.4.2 微觀結(jié)構(gòu)檢測

利用環(huán)境掃描電鏡(Quanta FEG，F(xiàn)EI)觀察經(jīng)不同方法冷凍、冷藏后的藍莓微觀結(jié)構(gòu)，樣品分為新鮮(4℃冷藏、24 h)、-18℃慢速凍結(jié)、流化床速凍，每組檢測3 個樣。檢測前將凍結(jié)樣品統(tǒng)一在4℃恒溫箱中解凍0.5 h。為了提高觀測效果，樣品在觀察前經(jīng)過脫水、凍干、噴金等前處理過程［17］，掃描電鏡在20 kV 的加速電壓、放大500 倍條件下進行觀測。

1.4.3 感官檢驗

-18℃慢速凍結(jié)樣品、流化床速凍樣品分別在第20、40、60、90、120、150 和180 天進行感官檢驗。評價指標分別是:外部顏色、內(nèi)部顏色、硬度和外觀，評價標準如表2 所示。每次檢驗由相同3 位經(jīng)過培訓(xùn)的評分者進行。每位評分者對每個指標抽檢3 次后給出一個分值，3 個評分者的平均值作為最終評價結(jié)果。

表2 藍莓感官檢驗評價標準Table 2 Sensory test evaluation criterion of blueberries

1.5 統(tǒng)計分析

用Matlab7.0 軟件對數(shù)據(jù)進行回歸處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同條件藍莓速凍時間與液氮耗量的研究

表3 為10 組不同工藝條件下，藍莓液氮式流態(tài)化速凍的凍結(jié)時間和液氮消耗量的實驗測量結(jié)果。

從表3 可知，凍結(jié)溫度在-30 ～-50℃時，隨著溫度的降低，藍莓速凍時間縮短。液氮耗量受床層高度的影響顯著，即受藍莓質(zhì)量的影響顯著。雖然不能直接看出液氮耗量與凍結(jié)溫度的影響關(guān)系，但隨著凍結(jié)溫度的降低，單位時間的液氮耗量在增加。

表3 藍莓流態(tài)化速凍時間及液氮耗量Table 3 Quick-frozen time and liquid nitrogen consumptionfor quick-freezing blueberries in LN2-spraying fluidized freezer

2.2 不同速凍工藝參數(shù)對藍莓品質(zhì)和功能活性的影響

表4 為藍莓在不同條件液氮流化床速凍后的品質(zhì)指標檢測結(jié)果。在藍莓所有的10 組實驗中，失水率變化范圍在0.41% ～2.71%;還原力的變化范圍在1.9 ～2.9;而花青素在-30 ～-50℃的低溫下穩(wěn)定性較好，差別亦不大。每項指標的標準差可以反映數(shù)值相對于平均值的離散程度，將標準差與平均值相比，其數(shù)值大小可以反映不同凍結(jié)條件對該指標的影響程度。從而便可比較不同凍結(jié)條件對不同指標影響程度:失水率(0.562)＞Vc(0.164)＞可溶性固形物(0.143 )＞ 花青素(0.115)≈還原力(0.118)≈DPPH 清除率(0.112)。

表4 藍莓液氮流化床速凍品質(zhì)指標檢測結(jié)果Table 4 Quality indexes test results of blueberries’quick frozen in liquid nitrogen fluidized bed

2.3 權(quán)重設(shè)置及回歸分析

實際生產(chǎn)中6 個實驗指標的重要程度不一樣。對于大多數(shù)經(jīng)冷凍冷藏的藍莓，作為普通加工原料，保證Vc、可溶性固型物、失水率等指標較優(yōu)，已基本可保證藍莓質(zhì)量。原料如有特殊要求，也可關(guān)注其他指標。根據(jù)實際生產(chǎn)要求采用主觀賦權(quán)法進行不同權(quán)重的設(shè)置，然后根據(jù)計算所得的綜合值進行回歸分析，以確定藍莓適宜的液氮流化床速凍工藝。

計算各指標觀測值的評分值y＇ij:設(shè)每個指標的最大值yjmax對應(yīng)y＇ij=100 分，最小值yjmin對應(yīng)y＇ij=0 分

計算加權(quán)綜合指標值計算:yi*= ∑wj·y＇ij

對越小越好的指標前為“-”號，綜合指標越大越好。

對U10(104)均勻?qū)嶒灥腣c、花青素、還原力、可溶性固型物、失水率和DPPH 評分。然后依據(jù)不同凍結(jié)條件對不同指標影響程度，對上述6 項指標進行分值權(quán)重，Vc、花青素、還原力、可溶性固型物、失水率和DPPH 分別按2. 5、1、1、2、2. 5、1進行加權(quán)(把失水率與Vc 認為同等重要)，加權(quán)后可得綜合值，見表5。

回歸結(jié)果:

表5 U10(104)均勻?qū)嶒灳C合評價結(jié)果Table 5 Evaluation values of experimental results

復(fù)相關(guān)系數(shù)R= 0.999 2，F(xiàn)=731.346 7 顯著水平P =0.028 6 ＜0.05，因此回歸方程顯著。由回歸結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Y 與X12無關(guān)。經(jīng)過軟件計算，當X1= -40，X2= 4.5，X3= 3.6 時，Y 取得最大值。與10 組實驗中的第3 組條件吻合。最大值為Y=47.733，與實測評分值相差0.83%。從而得到凍結(jié)溫度為-40℃，風機風速4.5 m/s，床層高度3.6 cm 為最佳參數(shù)組合。

2.4 微觀結(jié)構(gòu)比較

圖2 顯示了新鮮(4℃冷藏)、流化床速凍和-18℃慢速凍結(jié)條件下的藍莓近表皮部位微觀結(jié)構(gòu)。從結(jié)果看出，新鮮(4℃冷藏)的藍莓表皮與內(nèi)部組織界線不明顯，表皮平整。流化床速凍的藍莓，表皮與內(nèi)部組織界線較明顯，表皮較平整。-18℃凍結(jié)的藍莓，表皮與內(nèi)部組織輕微脫離，界線很明顯，表皮不平整，且有少量細胞破裂。說明液氮式流化床速凍，能夠迅速在食品表面形成薄的、具有一定強度的冰膜外殼，這可以提高脆弱食品的機械強度。同時，也不易發(fā)生食品黏連。

圖2 藍莓近皮部位剖面掃描電鏡(ESEM)圖Fig.2 Picture of Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM)of blueberries’section parts near the skin

圖3 顯示了新鮮(4℃冷藏)、流化床速凍和-18℃慢速凍結(jié)條件下的藍莓內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)。新鮮(4℃冷藏)的藍莓內(nèi)部組織質(zhì)地均勻、致密，無變形、斷裂現(xiàn)象。流化床速凍的藍莓，內(nèi)部組織質(zhì)地較均勻、致密，局部略有變形、斷裂現(xiàn)象。 -18℃凍結(jié)的藍莓，內(nèi)部組織質(zhì)地不均勻、較疏松，局部組織崩塌。說明液氮式流化床速凍，食品與冷卻介質(zhì)充分接觸，凍結(jié)速度快，冰結(jié)晶體積小，對食品內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞小。

2.5 貯藏期間樣品的感官檢驗結(jié)果

表6 為各組藍莓在貯藏期間的感官檢驗評分結(jié)果。從表6 中可以看出，只有內(nèi)部顏色開始階段2 組樣品差別不大，其余指標同階段流態(tài)化速凍樣品均優(yōu)于冰箱慢凍樣品。2 組樣品的外部顏色和硬度2 個指標變化規(guī)律相似，前90 d 均變化緩慢，且2 組樣品的評分結(jié)果差別不大;90 d 后品質(zhì)迅速下降，且差別變大。2 組樣品的內(nèi)部顏色和外觀2 個指標評分結(jié)果近似隨時間等速下降。

3 結(jié)論

(1)液氮式流態(tài)化速凍藍莓適宜的工藝條件為，凍結(jié)溫度-40℃，風機風速4.5 m/s，床層高度3.6 cm。

圖3 藍莓內(nèi)部組織掃描電鏡(ESEM)圖Fig.3 Picture of Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM)of blueberries’internal organization

表6 感官檢驗評分結(jié)果Table 6 Score of sensory test

(2)環(huán)境掃描電鏡(ESEM)顯示了液氮式流化床速凍藍莓的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)在致密性、均勻性和破壞性上優(yōu)于-18℃冰箱慢速凍結(jié)。說明藍莓采用液氮式流化床速凍的可行性與優(yōu)越性。

(3)對貯藏期間的藍莓采取感官檢驗，結(jié)果表明外部顏色、內(nèi)部顏色、硬度和外觀品質(zhì)等指標同階段流態(tài)化速凍樣品均優(yōu)于冰箱慢凍樣品。

［1］ Stojanovic J，Silva J L. Influence of osmotic concentration，continuous high frequency ultrasound and dehydration on antioxidants，colour and chemical properties of rabbiteye blueberries［J］. Food Chemistry，2007，101:898 -906.

［2］ 孫波，Bekhit A E D，王坤波，等. 不同品種藍莓提取物抗氧化作用的研究［J］. 食品科學(xué)，2007，28(10):61 -63.

［3］ Skrede G，Wrolstad R E，Dust R W. Changes in anthocyanins and phenolics during juice processing of highbush blueberries (Vaccinium corymbosum L.)［J］. Journal of Food Science，2000，65:357 -364.

［4］ Youdim K A，Shukitt H B，Martin A，et al. Short-term dietary supplementation of blueberry polyphenolics:beneficial effects on aging brain performance and peripheral tissue function［J］. Nutritional Neuroscience，2000，3:383-397.

［5］ 孫貴寶. 草莓與藍莓果實貯藏保鮮技術(shù)初探［J］. 保鮮與加工，2002，2(4):20 -22.

［6］ Zhang Yong-hua，Yang Zhen-feng，Chen Xue-hong，et al.Effect of high oxygen atmospheres on fruit decay and quality in Chinese bayberries，strawberries and blueberries［J］. Food Control，2008，19:470 –474.

［7］ 朱麟，凌建剛. 國內(nèi)外藍莓保鮮技術(shù)研究進展［J］. 食品與發(fā)酵工業(yè)，2011，37(11):173 -176.

［8］ Khairullah A. and Singh R P. Optimization of fixed and fluidized bed freezing processes［J］. International Journal of Refrigeration，1991，14:176 -181.

［9］ 陳文烜，郜海燕，陳杭君，等. 減壓貯藏對軟溶質(zhì)水蜜桃采后生理和品質(zhì)的影響［J］. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2010，41(9):108 -112.

［10］ GB 12295 -1990. 水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的測定［S］.

［11］ 李穎暢. 藍莓花色苷提取純化及生理功能研究［D］.沈陽:沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

［12］ Penelope Perkins V，Collins J K，Howard L. Blueberry fruit response to postharvest application of ultraviolet radiation［J］. Postharvest Biology and Technology，2008，47(3):280 -285.

［13］ 霍琳琳，蘇平，呂英華. 分光光度法測定桑葚總花色苷含量的研究［J］. 釀酒，2005，32(4):88 -89.

［14］ Burda S，Oleszek W. Antioxidant and antiradical activities of flavonoids［J］. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2001，49(6):2 774 -2 779.

［15］ 高暢，程大海，高欣，等. 藍莓果渣提取物總酚含量及抗氧化活性研究［J］. 植物研究，2010，30(2):253 -256.

［16］ Halici M，Odabasoglu F，Suleyman H，et al. Effects of water extract of usnea longissima on antioxidant enzyme activity and mucosal damage caused by indomethacin in rats［J］. Phytomedicine，2005，12(9):656 -662.

［17］ Allan-wojtas P M，F(xiàn)omey C F，Carbyn S E，et al. Microstructural indicators of quality-related characteristics of blueberries-an integrated approach［J］. Lebensm.-Wiss.u.-Technol.，2001，34:23 -32.