凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片品質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)的影響

王 遠(yuǎn)， 劉春菊， 劉春泉， 宋江峰， 李大婧

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京210095; 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)

蓮藕( Nelumbo nucifera gaertn.) 屬睡蓮科，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，含碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、鞣酸等多種營(yíng)養(yǎng)元素［1-2］。生藕性寒，可清熱涼血、止血散瘀、生津止渴; 熟藕性溫，有益氣健脾、通便止瀉、養(yǎng)血生肌的功效。因此，蓮藕集營(yíng)養(yǎng)和藥用價(jià)值于一體，是一種藥食同源食品，具有獨(dú)特保健功能［3］。蓮藕在中國(guó)種植面積已達(dá)到5 ×105hm2，是中國(guó)一種重要而特有的水生蔬菜，也是中國(guó)蔬菜出口產(chǎn)量最大的蔬菜品種之一［4］。目前，以蓮藕為原材料加工而成的產(chǎn)品主要是藕汁飲料、藕粉、糖漬藕、鹽漬藕及一些經(jīng)初加工處理的鮮蓮藕制品，國(guó)內(nèi)主要以鮮食蓮藕、藕粉為主要產(chǎn)品［5-6］，鮮食蓮藕占絕大多數(shù)，但蓮藕季節(jié)性強(qiáng)，不易貯藏，容易褐變氧化［7-8］。蓮藕出口產(chǎn)品主要是以糖漬藕、鹽漬藕和速凍藕為主，出口量大，其中大部分屬鹽漬藕，色澤差、風(fēng)味低，脫鹽處理麻煩，因此速凍蓮藕出口銷售量逐年增加，越來(lái)越受消費(fèi)者歡迎，速凍蓮藕不僅營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，且品質(zhì)佳、衛(wèi)生好、賣價(jià)高［9］。

對(duì)于速凍蓮藕來(lái)說(shuō)，凍結(jié)方式和凍結(jié)速率都影響蓮藕的品質(zhì)。食品快速凍結(jié)的目的是盡量保持食品原有的品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)食品的部分玻璃態(tài)凍結(jié)并使其處于部分玻璃態(tài)下，能最大限度保持其色、香、味、形及營(yíng)養(yǎng)成分。凍結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生大冰晶會(huì)對(duì)食品細(xì)胞造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷，因此選擇合適的凍結(jié)方式和速率對(duì)食品后期品質(zhì)至關(guān)重要。本研究通過(guò)分析液氮、超低溫冰箱和普通冰箱3 種凍結(jié)處理后蓮藕片各理化指標(biāo)的變化，探討不同凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片質(zhì)構(gòu)、自由滴度、色澤、維生素C( VC) 和微觀結(jié)構(gòu)的影響，旨在為蓮藕速凍加工凍結(jié)方式的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試蓮藕品種3735，購(gòu)于江蘇省南京市孝陵衛(wèi)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。

2，6-二氯酚靛酚、草酸、碳酸氫鈉、抗壞血酸、乙醇、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等為國(guó)產(chǎn)分析純，EM級(jí)戊二醛由SPI 公司生產(chǎn)。

1.2 主要儀器與設(shè)備

BS-224-S 萬(wàn)分之一天平由賽多利斯科學(xué)儀器( 北京) 有限公司生產(chǎn)，DW-86L286 立式超低溫保存箱為青島海爾特種電器有限公司產(chǎn)品，BC/BD-429H 海爾電冰柜為青島海爾股份有限公司產(chǎn)品，液氮罐由新鄉(xiāng)市新亞低溫容器責(zé)任有限公司生產(chǎn)，MCT-200 精密溫度計(jì)由北京市宇時(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)公司生產(chǎn)，TA.XT Plus 質(zhì)構(gòu)儀由英國(guó)Stable Micro System公司生產(chǎn)，F(xiàn)EI Quanta 200 環(huán)境掃描電子顯微鏡由荷蘭FEI 公司生產(chǎn)，EMITECH K750 臨界點(diǎn)干燥儀由英國(guó)Quorum 公司生產(chǎn)，WSC-S 型色差儀由上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)。

1.3 不同凍結(jié)方式處理

將預(yù)處理的蓮藕片分別用液氮、超低溫冰箱( －60 ℃) 和普通冰柜( －20 ℃) 速凍，待中心溫度降至－18 ℃，完全凍結(jié)后繼續(xù)凍結(jié)30 min，再在超低溫冰箱( －60 ℃) 中各放1 d，5 ℃自然解凍后，測(cè)定各指標(biāo)。

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 質(zhì)構(gòu) 取解凍后蓮藕6 ～10 片，于5 ℃下解凍后用TA.XT Plus 質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定，探頭為P/5N 平底圓柱型探頭，操作模式為TPA 模式，測(cè)前速度2 mm/s，測(cè)試速度0.5 mm/s，下壓距離4 mm，測(cè)后速度2 mm/s，記錄硬度、脆度和咀嚼度，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定6 次，取平均值。

1.4.2 自由滴度 采用解凍自由滴度法［10］測(cè)定。取40 ～50 g 速凍蓮藕片，稱質(zhì)量后立即放入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，加蓋后放入5 ℃冰箱中解凍后取出。用濾紙拭去蓮藕片表面汁液再稱質(zhì)量，計(jì)算減少的質(zhì)量占原有質(zhì)量的百分比，即為自由滴度的值［11］。

1.4.3 VC含量 采用2，6-二氯酚靛法［12］測(cè)定。稱取10 g 5 ℃解凍的蓮藕放在研缽中加入2%草酸溶液研磨成漿，定容至100 ml，搖勻，提取1 h，7 500 r/min離心30 min，取10 ml 上清液用已標(biāo)定的2，6-二氯酚靛酚溶液滴定至粉紅色，30 s 內(nèi)不褪色為終點(diǎn)，記下染料的用量，每個(gè)樣品平行測(cè)定3 次，取平均值，計(jì)算VC含量。

式中:W 為樣品中抗壞血酸含量( mg/g) ; V0為空白滴定所用染料量( ml) ; V1為樣品滴定所用染料量( ml) ;m 為取樣量( g) ;X 為樣品滴定吸取溶液體積( ml) ;V 為樣品溶液定容后的總體積( ml) ; A 為1ml 染料溶液相當(dāng)于抗壞血酸的毫克數(shù)。

1.4.4 色澤 取5 g 5 ℃解凍后的蓮藕打碎，采用WSC-S 型色差儀測(cè)定蓮藕L*、a*和b*值。CIE( 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)照明委員會(huì)) 表色系中的L*為明度，反映樣品的亮度和白度; a*反映樣品紅綠度，正數(shù)代表紅色，負(fù)數(shù)代表綠色;b*反映樣品黃藍(lán)度，正數(shù)代表黃色，負(fù)數(shù)代表藍(lán)色。

1.4.5 微觀結(jié)構(gòu) 取解凍蓮藕片切成4 mm3大小的組織塊，用2.5% 戊二醛( 0.2 mol/L 磷酸緩沖液，pH 7.2) 4 ℃下固定24 h，再用體積分?jǐn)?shù)為20% ～100%乙醇梯度脫水，臨界點(diǎn)干燥，離子濺射噴金，掃描電鏡觀察，以未經(jīng)凍結(jié)的蓮藕鮮樣為對(duì)照，每個(gè)樣品平行測(cè)定3 次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用SAS 軟件進(jìn)行單因素方差分析及Duncan氏多重比較法檢驗(yàn)組間差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 凍結(jié)速率與蓮藕片凍結(jié)狀態(tài)

采用液氮、－60 ℃超低溫冰箱和－20 ℃普通冰箱3 種凍結(jié)方式進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，蓮藕片厚度4 ～6 mm、直徑6 ～7 cm，在－60 ℃超低溫冰箱中蓮藕片通過(guò)最大冰晶生成區(qū)的平均凍結(jié)速率大約為2.04 ℃/min，－20 ℃普通冰箱中蓮藕片通過(guò)最大冰晶生成區(qū)的平均凍結(jié)速率大約為0.61 ℃/min。液氮－196 ℃為超速凍結(jié)［13］，超低溫冰箱終溫為－60 ℃，因此經(jīng)液氮和超低溫冰箱凍結(jié)后蓮藕片處于部分玻璃態(tài)，可以認(rèn)為液氮和超低溫冰箱凍結(jié)是部分玻璃態(tài)凍結(jié)，普通冰箱凍結(jié)為橡膠態(tài)凍結(jié)。

2.2 不同凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片質(zhì)構(gòu)的影響

由圖1 可以看出，不同凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片質(zhì)構(gòu)有不同程度的影響，其中液氮和超低溫冰箱凍結(jié)的蓮藕片脆度、硬度和咀嚼度下降率分別為15%、10%和10%左右，兩者差異不顯著( P ＞0.05) ，而經(jīng)普通冰箱凍結(jié)的蓮藕片脆度、硬度和咀嚼度的下降率是液氮和超低溫冰箱的2 倍左右，說(shuō)明部分玻璃態(tài)凍結(jié)在很大程度上保持了蓮藕片原有的質(zhì)構(gòu)特性。凍結(jié)過(guò)程造成質(zhì)構(gòu)下降的主要原因是快速降溫體積不均勻收縮，細(xì)胞水分外滲引起脫水損傷，以及水結(jié)成冰體積膨脹對(duì)細(xì)胞造成機(jī)械損傷。蓮藕片水分含量高、質(zhì)地脆嫩，液氮和超低溫冰箱快速凍結(jié)有利于形成大量均勻、細(xì)小的冰晶，水快速結(jié)成冰，細(xì)胞水分不外滲，內(nèi)外滲透壓差小，對(duì)細(xì)胞造成的損傷小，所以對(duì)蓮藕片質(zhì)構(gòu)破壞較小，但液氮超快速凍結(jié)使蓮藕片產(chǎn)生內(nèi)外溫差，形成大量冰晶，體積急劇膨脹，使部分蓮藕片產(chǎn)生凍裂現(xiàn)象［11，14］。

圖1 凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片質(zhì)構(gòu)的影響Fig.1 Effects of different freezing methods on textures of lotus root slices

2.3 不同凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片自由滴度的影響

自由滴度反映了樣品的持水能力，自由滴度越大，樣品的持水能力越差。由圖2 可以看出，凍結(jié)速率快有利于保持蓮藕片的持水能力，防止解凍后的汁液過(guò)度流失。但液氮超速凍結(jié)后蓮藕片被凍裂，細(xì)胞被擠壓損傷，水分外滲、汁液易流失，因此其自由滴度高于超低溫冰箱凍結(jié)的蓮藕片。

圖2 凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片自由滴度的影響Fig.2 Effects of different freezing methods on free titer of lotus root slices

2.4 不同凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片VC含量的影響

如圖3 所示，經(jīng)液氮和－60 ℃超低溫冰箱凍結(jié)，VC損失10%左右，－20 ℃普通冰箱凍結(jié)的VC損失20%。VC是果蔬加工中最易被破壞的維生素，盡管蓮藕片處于低溫下，仍有氧氣和部分酶活性存在，致使VC可能被部分氧化損失［15］。冰晶分布與液態(tài)水分布影響解凍時(shí)細(xì)胞吸收水分的能力，冰晶細(xì)小對(duì)細(xì)胞壁的損傷程度就小，解凍時(shí)冰晶融化的水分就能迅速被細(xì)胞吸收而不發(fā)生汁液流失，從而減少VC損失，達(dá)到果蔬品質(zhì)的可逆性［16］。液氮和－60℃超低溫冰箱凍結(jié)的蓮藕片冰晶分布均勻、細(xì)小，對(duì)細(xì)胞的損傷小，因此VC損失相對(duì)較小，但液氮超速凍結(jié)使蓮藕片產(chǎn)生斷裂，故VC損失較－60 ℃超低溫冰箱凍結(jié)大，但差異不顯著。普通冰箱的凍結(jié)速度慢，晶核緩慢形成，使得生成的冰晶大小和分布不均勻，細(xì)胞破壞程度大，解凍時(shí)汁液流失嚴(yán)重，VC損失相對(duì)較大［16］。

圖3 凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片VC含量的影響Fig.3 Effects of different freezing methods on VC content of lotus root slices

2.5 不同凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片色澤的影響

凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片色澤的影響如圖4 所示，經(jīng)凍結(jié)后，蓮藕片L*基本不受影響;凍結(jié)速率越慢，蓮藕片a*越大，顏色發(fā)紅，不同凍結(jié)方式對(duì)a*影響差異顯著( P ＜0.05) ;b*隨凍結(jié)速率的減小而變大，蓮藕片顏色發(fā)黃，特別在凍結(jié)速率較慢時(shí)明顯變黃。從整體色澤看，液氮和－60 ℃超低溫冰箱凍結(jié)后蓮藕片顏色基本保持不變，－20 ℃普通冰箱凍結(jié)的蓮藕片顏色暗黃。

2.6 不同凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖4 凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片色澤的影響Fig.4 Effects of different freezing methods on color of lotus root slices

利用掃描電子顯微鏡觀察不同凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果如圖5 所示。可以看出蓮藕片鮮樣的細(xì)胞壁和細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整，細(xì)胞質(zhì)飽滿，但組織切口處細(xì)胞壁斷裂，細(xì)胞膜受損，部分與細(xì)胞壁分離，可能是樣品前處理對(duì)蓮藕樣品組織造成的影響。液氮和超低溫冰箱凍結(jié)的蓮藕片細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整，細(xì)胞排列整齊，但速凍仍使細(xì)胞膜受損，細(xì)胞間隙改變，胞內(nèi)汁液部分流失［17］。普通冰箱凍結(jié)蓮藕片細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，細(xì)胞被壓扁變形，細(xì)胞質(zhì)溶出，細(xì)胞壁降解收縮。主要原因是凍結(jié)速率較慢，蓮藕片中心與表面溫差小，冰晶首先在細(xì)胞組織外產(chǎn)生，細(xì)胞組織內(nèi)部的水分仍以液相形式存在，在壓差作用下，細(xì)胞組織內(nèi)部水分外滲，使大部分水凍結(jié)于細(xì)胞間隙，形成分布不均勻的大冰晶，大冰晶對(duì)細(xì)胞壁形成擠壓，使細(xì)胞變形壓扁破裂，細(xì)胞質(zhì)溶出，導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)明顯損傷。細(xì)胞壁和組織結(jié)構(gòu)完整性對(duì)果蔬的質(zhì)地起主導(dǎo)作用［18］。綜上所述凍結(jié)過(guò)程對(duì)蓮藕片的質(zhì)地影響最大，凍結(jié)速率較慢時(shí)，細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁受損嚴(yán)重，細(xì)胞質(zhì)溶出導(dǎo)致質(zhì)地下降，營(yíng)養(yǎng)成分流失。

3 結(jié)論

比較3 種不同凍結(jié)方式對(duì)蓮藕片質(zhì)構(gòu)、自由滴度、VC、色澤和微觀結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)凍結(jié)速率越快對(duì)蓮藕片的品質(zhì)影響越小，特別是對(duì)質(zhì)構(gòu)、色澤的影響，液氮和超低溫冰箱凍結(jié)屬于部分玻璃態(tài)凍結(jié)，與普通冰箱相比有明顯的優(yōu)勢(shì)，超低溫冰箱凍結(jié)后蓮藕片的質(zhì)構(gòu)、自由滴度、VC保持最好，液氮速凍的蓮藕片色澤最佳，但液氮的超快速凍結(jié)使蓮藕片產(chǎn)生凍裂現(xiàn)象，普通冰箱凍結(jié)后的蓮藕片汁液流失最為嚴(yán)重，色澤下降最大。

液氮和超低溫冰箱凍結(jié)的蓮藕片細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整，細(xì)胞排列整齊;普通冰箱凍結(jié)蓮藕片細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，細(xì)胞被壓扁變形，細(xì)胞質(zhì)溶出，細(xì)胞壁降解收縮。凍結(jié)速率較慢會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁嚴(yán)重受損，細(xì)胞質(zhì)溶出，質(zhì)地下降，營(yíng)養(yǎng)成分流失，因此凍結(jié)過(guò)程對(duì)蓮藕片的質(zhì)地影響較大。

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