真空滲鹽對(duì)冷凍蓮藕片品質(zhì)及熱特性的影響

錢(qián) 旻，宋江峰，李大婧,3，劉春泉,3,*，金邦荃

真空滲鹽對(duì)冷凍蓮藕片品質(zhì)及熱特性的影響

錢(qián) 旻1,2，宋江峰2，李大婧2,3，劉春泉2,3,*，金邦荃1

（1.南京師范大學(xué)金陵女子學(xué)院，江蘇 南京 210097；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇 南京 210014；3.國(guó)家蔬菜加工技術(shù)研發(fā)分中心，江蘇 南京 210014）

通過(guò)測(cè)定真空滲透下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaCl溶液處理前后冷凍蓮藕片質(zhì)構(gòu)、色澤與VC及冰點(diǎn)、相變潛熱、表觀比熱等熱特性參數(shù)變化，研究真空滲鹽對(duì)冷凍蓮藕片品質(zhì)和熔融相變區(qū)熱特性參數(shù)的影響。結(jié)果表明：4% NaCl調(diào)理液有利于改善冷凍蓮藕片的質(zhì)構(gòu)和色澤，VC損失相對(duì)較少；隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，蓮藕片冰點(diǎn)呈線性降低，熔融相變溫區(qū)融程變寬，相變潛熱減小，表觀比熱峰值降低，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度T’g提高2.98～4.50℃。

蓮藕片；真空滲鹽；品質(zhì)；熱特性

蓮藕（Nelumbo nucifera Gaertn）集營(yíng)養(yǎng)和藥用于一體[1]，由于蓮藕季節(jié)性強(qiáng)，采后不耐貯藏，極易褐變，如何提高蓮藕貯藏保鮮品質(zhì)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。冷凍蓮藕片能有效延長(zhǎng)貯藏期，保持其營(yíng)養(yǎng)、色澤與風(fēng)味，但在冷凍加工和貯藏過(guò)程中仍存在褐變、出現(xiàn)干耗和解凍后組織坍塌等問(wèn)題，此外，冷凍工藝與冷凍制品低溫相變區(qū)的冰點(diǎn)、表觀比熱容和相變潛熱等熱特性參數(shù)密切相關(guān)，影響凍藏時(shí)間和能耗[2]，因此采取恰當(dāng)?shù)睦鋬龉に囉葹橹匾?。研究表明，利用NaCl[3-4]、碳水化合物[5-6]等外源物處理，通過(guò)束縛自由水活動(dòng)空間、降低分子的移動(dòng)性，提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度T’g，能最大限度提高冷凍制品的質(zhì)量。由于真空滲鹽具有滲透時(shí)間短、護(hù)色效果好等特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)真空滲透方法，研究NaCl添加量對(duì)冷凍蓮藕片色澤、質(zhì)地、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及熱特性參數(shù)的影響，以期為改善蓮藕凍藏品質(zhì)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試蓮藕品種3735購(gòu)于江蘇南京孝陵衛(wèi)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。

比熱測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)物為藍(lán)寶石；NaCl為食品級(jí)；2,6-二氯靛酚、草酸、抗壞血酸等試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

QTS質(zhì)構(gòu)分析儀 英國(guó)CNS Farnell公司；Mettler-Toledo XS105型電子分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；真空干燥器 鹽城玻璃儀器廠；SHZ-D循環(huán)水式真空泵 上海東璽制冷儀器設(shè)備有限公司；WSC-S型色差儀 上海精密科學(xué)儀器有限公司；PE標(biāo)準(zhǔn)液體鋁皿（樣品量為15～17 mg，精確到±0.01 mg）、Diamond DSC-差示掃描量熱儀（該設(shè)備溫度標(biāo)定采用銦的熔融轉(zhuǎn)變外推起始溫度-156.60 ℃和雙蒸水的熔融轉(zhuǎn)變外推起始溫度0 ℃進(jìn)行兩點(diǎn)標(biāo)定；熱焓標(biāo)定采用雙蒸水的熔融焓（333.88 kJ/kg）標(biāo)定，標(biāo)定速率為10 ℃/min。樣品沖洗氣體為高純度氦氣（純度＞99.999%），冷卻方式為液氮制冷） 美國(guó)Perkin-Elmer公司。

1.3 方法

1.3.1 真空滲鹽處理

挑選新鮮、色白、脆嫩的蓮藕洗凈、去皮，切成厚度為5 mm的薄片，用0.4% 檸檬酸、2.0% VC及0.2%六偏磷酸鈉護(hù)色30 min，于（98±2）℃燙漂滅酶1～2 min，冷卻后瀝干。取燙漂試樣300 g置于25 ℃、絕對(duì)壓力0.003 Pa的真空干燥箱中的料液比為1∶2（m/V），質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、4%和6%的NaCl調(diào)理液滲透處理40 min，瀝干后冷凍貯藏。以未經(jīng)滲透處理的蓮藕片為對(duì)照。

1.3.2 品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

脆度與硬度：取滲透處理的冷凍蓮藕片于5 ℃條件下解凍后用QTS質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定，操作模式為質(zhì)地剖面分析（texture profile analysis，TPA）模式，測(cè)試速率0.5 mm/s；色澤：采用WSC-S型色差儀測(cè)定其L*值、a*值和b*值，并按下式計(jì)算總色差值ΔE；VC含量：采用2,6-二氯酚靛法[7]。

1.3.3 相變區(qū)熱特性參數(shù)測(cè)定

利用差示掃描量熱法（differential scanning calorimetry，DSC）對(duì)滲透處理后的蓮藕片進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)需準(zhǔn)備3 個(gè)等質(zhì)量的鋁皿，分別用于待測(cè)樣品、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以及基線空皿。本實(shí)驗(yàn)測(cè)量的溫度范圍為-60～25 ℃，設(shè)置的溫度程序?yàn)椋?）初溫以25 ℃恒溫2 min，以20 ℃/min的降溫速率降至-60 ℃，再恒溫2 min；2）以10 ℃/min的升溫速率升至-10 ℃；3）于-10 ℃恒溫30 min；4）再以10 ℃/min的降溫速率降至-60 ℃，恒溫2 min；5）由-60 ℃升至25 ℃，升溫速率為2 ℃/min。退火溫度為-10 ℃。

1.3.3.1 冰點(diǎn)溫度（θ）的確定

理論上冰點(diǎn)為在升溫曲線上結(jié)晶剛剛?cè)劢馔瓿傻臏囟龋捎跇悠啡诨?，熱流曲線回歸基線是個(gè)漸變過(guò)程，且受樣品量和升溫速率的影響，會(huì)出現(xiàn)不同程度的滯后現(xiàn)象，因此把相變峰溫度確定為蓮藕片的冰點(diǎn)溫度[8]。

1.3.3.2 熔融起始、結(jié)束溫度及相變潛熱的確定

根據(jù)相圖理論，在固-液相變過(guò)程中，當(dāng)固體達(dá)到最低共熔點(diǎn)時(shí)，固體即開(kāi)始融解成飽和鹽溶液，然后冰開(kāi)始融化成水，在DSC曲線上就是曲線從較低的溫度就開(kāi)始緩慢上升偏離基線。由于Onset溫度是吸熱峰的最大斜率與基線相交的溫度，所以O(shè)nset溫度事實(shí)上并非起始融解溫度，因?yàn)樗兴芤旱钠鹗既诮鉁囟染鶠槠渥畹凸踩埸c(diǎn)，但在最低共熔點(diǎn)附近，蓮藕片樣品并未大量吸熱，只有在Onset溫度之后才開(kāi)始大量吸熱，因此把Onset溫度作為熔融起始溫度[9]。同樣，熔融結(jié)束溫度為End溫度。熔融相變前后吸熱峰的最大斜率和基線與吸熱峰所圍成的面積與樣品質(zhì)量之比即為試樣的相變潛熱（ΔH）[10-11]。

1.4 表觀比熱的計(jì)算

采用三線法測(cè)定蓮藕片的表觀比熱[12]，按照下式計(jì)算。

式中：Capp為樣品的表觀比熱/（J/（g·℃））；mstd為標(biāo)準(zhǔn)物的質(zhì)量/mg；ms為樣品的質(zhì)量/mg；DSCs為樣品的熱流信號(hào)/mW；DSCb為空盤(pán)的熱流信號(hào)/mW；DSCstd為標(biāo)準(zhǔn)物的熱流信號(hào)/mW；Cp,std為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的表觀比熱/（J/（g·℃））。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3 次。利用SAS軟件進(jìn)行單因素方差分析及組間差異的Duncan氏多重比較。采用熱分析軟件Proteus進(jìn)行熱特性參數(shù)的數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 真空滲鹽對(duì)冷凍蓮藕片品質(zhì)的影響

2.1.1 質(zhì)構(gòu)

圖1 NaCl對(duì)冷凍蓮藕片質(zhì)構(gòu)特性的影響Fig.1 Effect of NaCl on texture properties of frozen lotus root slices

脆度與硬度是評(píng)估冷凍蓮藕片質(zhì)構(gòu)特性的重要指標(biāo)，本實(shí)驗(yàn)以第一次壓縮時(shí)的最大峰值為硬度值，產(chǎn)生的斷裂力為脆度值。如圖1所示，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl滲透處理對(duì)冷凍蓮藕片硬度均影響顯著（P＜0.05），隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，冷凍蓮藕片硬度呈先上升后緩慢下降的趨勢(shì)。經(jīng)NaCl滲透處理樣品脆度均高于對(duì)照組，當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，冷凍蓮藕片的脆度顯著（P＜0.05）高于其他處理組，后隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而下降。真空滲鹽有效提高了冷凍蓮藕片的硬度和脆度，且當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、4%時(shí)質(zhì)構(gòu)較好，原因可能是通過(guò)真空滲透作用，NaCl滲入組織細(xì)胞內(nèi)而改變了蓮藕組分的比例，進(jìn)而影響了冷凍蓮藕片的脆度和硬度[13]。

圖2 NaCl對(duì)冷凍蓮藕片L*和ΔE的影響Fig.2 Effect of NaCl on L*and ΔE of frozen lotus root slices

2.1.2 色澤由圖2可知，隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，亮度L*值逐漸增加，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到6%時(shí)，亮度（L*）值增加顯著（P＜0.05）?？偵睿é）能反映真空滲鹽后樣品與對(duì)照之間的顏色差異，ΔE值越大說(shuō)明處理后試樣色澤變化越明顯，與對(duì)照差異越大。由圖2還可看出，真空滲鹽處理使冷凍蓮藕片產(chǎn)生了色澤變化，隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，L*值升高即蓮藕片亮度增加而ΔE逐漸減小，說(shuō)明在質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時(shí)，a*值、b*值與對(duì)照的差異變小?？梢?jiàn)，適當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl有利于保持冷凍蓮藕片的色澤，當(dāng)真空滲鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，冷凍蓮藕片ΔE較小，護(hù)色效果較好。

2.1.3 VC含量

圖3 NaCl對(duì)冷凍蓮藕片VC含量的影響Fig.3 Effect of NaCl on VC content of frozen lotus root slices

由圖3可知，經(jīng)真空滲鹽處理后冷凍蓮藕片的VC含量較對(duì)照組差異顯著（P＜0.05），VC含量均下降30%左右，其中經(jīng)4% NaCl處理樣品的VC損失較小，但各質(zhì)量分?jǐn)?shù)間差異不顯著（P＞0.05）。真空滲透過(guò)程導(dǎo)致了VC的損失，這與竹文禮等[14]研究結(jié)論一致。

2.2 真空滲鹽對(duì)蓮藕片熱特性參數(shù)的影響

圖4為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaCl處理的試樣在經(jīng)過(guò)降溫退火后的DSC升溫曲線，在升溫曲線上各試樣都出現(xiàn)了明顯的吸熱熔融峰，且隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，蓮藕片熔融相變區(qū)逐漸向低溫方向偏移，從-1.28～2.08 ℃降低到了-10.97～-3.52 ℃，熔融程從4.13 ℃增加到7.45 ℃，峰值與峰面積逐漸變小。Y軸表示表觀比熱，低溫區(qū)（-25～-10 ℃）隨著溫度的升高，表觀比熱變化不大，繼續(xù)升溫，表觀比熱急劇增大，當(dāng)達(dá)到冰點(diǎn)時(shí)，表觀比熱達(dá)到最大值（表1），相變結(jié)束后，冰晶完全轉(zhuǎn)變成水，進(jìn)一步升溫不存在相變潛熱的影響，因此表觀比熱變化不大[4]，NaCl的滲透不僅改變了組織細(xì)胞中各成分的比例，同時(shí)與其中的水分等以氫鍵或離子鍵結(jié)合而改變了水合作用，從而影響了試樣的表觀比熱[15]。

圖4 NaCl對(duì)蓮藕片熔融相變區(qū)DSC曲線的影響Fig.4 Effect of NaCl on DSC of lotus roots during the transition of melting phase

隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加，蓮藕片冰點(diǎn)溫度從2.08 ℃下降到-4.82 ℃，冰點(diǎn)逐漸下降，采用線性回歸，得到NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)（X，%）與冰點(diǎn)（θ）的關(guān)系為θ=-1.185X+2.17，R2=0.992 2，隨著冰點(diǎn)下降，對(duì)應(yīng)的相變潛熱從234.33 J/g下降到93.41 J/g，其原因可能是由于Na+、Cl-與蓮藕片中的自由水結(jié)合導(dǎo)致熔融過(guò)程中可熔融的水分減少，從而使蓮藕片熔融過(guò)程的冰點(diǎn)向低溫方向移動(dòng)，相變潛熱降低，表觀比熱減小，這有利于通過(guò)最大冰晶形成區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)快速凍結(jié)。另外，NaCl的添加使融程增加即冰溫區(qū)域變寬，有利于低溫貯藏和運(yùn)輸[16]，故NaCl可作為冰點(diǎn)降低劑以確保蓮藕片的貯運(yùn)品質(zhì)。

對(duì)于高水分果蔬，玻璃化溫度是指最大凍結(jié)濃縮溶液發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度即部分玻璃化溫度T’g。在DSC掃描過(guò)程中，當(dāng)試樣發(fā)生相變時(shí)，熱流曲線會(huì)出現(xiàn)一個(gè)臺(tái)階變化，此時(shí)的溫度即為T(mén)’g，一般來(lái)說(shuō)，玻璃化轉(zhuǎn)變是一個(gè)溫度區(qū)域，在該溫度區(qū)域內(nèi)，試樣的理化性質(zhì)隨著相變而發(fā)生，所以，該溫度區(qū)域的起始溫度，中點(diǎn)溫度和結(jié)束溫度都可以作為T(mén)’g，但在果蔬中最重要的變化是趨向于在中后期發(fā)生的[17]，因此本實(shí)驗(yàn)取中點(diǎn)溫度作為T(mén)’g來(lái)討論。

表1 NaCl對(duì)蓮藕片熱特性的影響Table 1 Effect of NaCl on thermal properties of lotus root slices

真空滲鹽對(duì)蓮藕片T’g的影響結(jié)果見(jiàn)表1，未經(jīng)真空滲鹽處理的蓮藕片T’g為-29.11 ℃，隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，T’g逐漸升高，經(jīng)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaCl真空滲透后T’g分別提高了2.98、3.80 ℃和4.50 ℃，可能是由于真空下NaCl滲透到蓮藕片細(xì)胞組織內(nèi)替代了部分水，Na+、Cl-與部分自由水作用使得部分自由水束縛成結(jié)合水，自由水比例降低，減小了分子鏈段活動(dòng)所需的空間，因此蓮藕片T’g升高[13]。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)討論了真空滲透NaCl對(duì)冷凍蓮藕片品質(zhì)及熔融相變區(qū)熱特性的影響，結(jié)果表明，真空滲鹽有利于改善冷凍蓮藕片的質(zhì)構(gòu)和色澤，但真空滲透過(guò)程導(dǎo)致VC部分損失，4% NaCl真空滲透處理較利于保持冷凍蓮藕片的品質(zhì)。真空滲鹽對(duì)蓮藕片的冰點(diǎn)、熔融相變溫區(qū)、相變潛熱、表觀比熱等熱特性參數(shù)和T’g影響較大，隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，蓮藕片的冰點(diǎn)不斷降低，熔融相變溫區(qū)變寬，相變潛熱變小，表觀比熱峰值降低，部分玻璃化溫度提高，添加一定量的NaCl，有利于降低凍藏能耗、提升冷凍蓮藕片品質(zhì)。

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Effect of Vacuum Salt Permeation on Quality and Thermal Properties of Frozen Lotus Root Slices

QIAN Min1,2, SONG Jiang-feng2, LI Da-jing2,3, LIU Chun-quan2,3,*, JIN Bang-quan1
(1. Ginling College, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China; 2. Institute of Farm Product Processing, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 3. National Research and Development Center for Vegetable Processing, Nanjing 210014, China)

The objective was to investigate the effect of vacuum salt permeation on the quality and thermo-physical properties of frozen lotus root slices. The changes in texture, color, vitamin C and freezing point, latent heat of phase transition, apparent specific heat and partial glass transition temperature (T’g) of lotus root were determined. The results showed that 4% NaCl maintained the texture and color of lotus roots slices with less loss of vitamin C. As the concentration of NaCl increased, the freezing point decreased, phase-transition temperature range shifted to a wider range, both latent heat and apparent specific heat decreased, and T’gincreased by 2.98-4.50 ℃.

lotus roots; vacuum salt permeation; qualities; thermo-physical properties

TS255.36

A

1002-6630（2014）17-0114-04

10.7506/spkx1002-6630-201417023

2013-08-26

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目（CX（13）3082）

錢(qián)旻（1989—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工與保藏。E-mail：qianmin.0512@163.com

*通信作者：劉春泉（1959—），男，研究員，碩士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品精深加工及產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)。E-mail：liuchunquan2009@163.com