直流磁場輔助凍結(jié)對西蘭花品質(zhì)的影響

王亞會，邸倩倩，劉斌，宋健飛，吳子健

（1.天津商業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津市制冷技術(shù)重點實驗室，天津300134；2.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津300134）

直流磁場輔助凍結(jié)對西蘭花品質(zhì)的影響

王亞會1，邸倩倩1，劉斌1，宋健飛1，吳子健2

（1.天津商業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津市制冷技術(shù)重點實驗室，天津300134；2.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津300134）

為探究輔助凍結(jié)的直流磁場強(qiáng)度對貯存的西蘭花保鮮品質(zhì)的影響。將西蘭花切成均一大小（花梗長2.0 cm、花球直徑3.0 cm），直流磁場強(qiáng)度分別為0（對比組）、4.6、9.2、18、36 Gs，測定貯藏過程中西蘭花失重率、可溶性固形物、質(zhì)構(gòu)特性、細(xì)胞膜的膜透性以及葉綠素的變化。試驗結(jié)果表明：直流磁場輔助凍結(jié)能夠有效改善西蘭花的貯存品質(zhì)（p＜0.05），綜合考慮其中磁場強(qiáng)度為36 Gs時，西蘭花的貯藏品質(zhì)較優(yōu)。

直流磁場強(qiáng)度；速凍；貯藏品質(zhì)

在低溫貯存期間，如何有效保留貯存果蔬原有的組織結(jié)構(gòu)以及營養(yǎng)成分，盡量維持果蔬的新鮮程度，進(jìn)而滿足消費者需求，是目前食品保鮮技術(shù)亟待解決的重要問題[1]。近年來，人們對高壓、超聲波、微波、電磁場等技術(shù)手段來輔助食品凍結(jié)過程進(jìn)行了大量探索[2-6]，如Artur Wiktor等[7]指出：在對蘋果組織冷凍過程中施加脈沖電場時可縮減3.5%～17.2%的凍結(jié)時間；Shima Shayanfar等[8]研究發(fā)現(xiàn)高壓脈場（1 kv/cm、100個脈沖、4 Hz）可增強(qiáng)胡蘿卜組織的細(xì)胞的滲透性能，減少了凍結(jié)時間，可顯著保持胡蘿卜的硬度和色度；其中只有磁場是目前已經(jīng)投入實際工業(yè)食品冷凍過程的輔助技術(shù)。輔助磁場之所以能夠有效提高貯存果蔬的保存品質(zhì)主要原因在于：首先，輔助磁場可有效地提高水的磁化特性，進(jìn)而提高水的過冷度且降低冰點，張玉春[9]研究發(fā)現(xiàn)0.2 T交變磁場可使水顯示出明顯的磁化特性，水的過冷度增大了1℃，冰點降低了1℃；另外，趙紅霞等[10-11]研究發(fā)現(xiàn)磁場增大水的過冷度有利于提高晶核生成率，進(jìn)而減小成型冰晶的體積，使其更圓滑，分布更均勻。目前利用磁場輔助食品（特別是果蔬）的冷凍過程有很多實施的例子，諸如：婁耀郟等[12]研究發(fā)現(xiàn)磁場對鯉魚不同冷凍階段產(chǎn)生不同的影響，對于冷卻階段影響較小，明顯促進(jìn)相變階段，而對于凍結(jié)階段有延緩作用；高夢祥等[13]研究發(fā)現(xiàn)輔助磁場可有效降低葡萄的腐爛率、脫果率、出糖率等。高夢祥等[14]研究了交變磁場的強(qiáng)度可有效改善草莓的貯存期間的生理指標(biāo)，其中4.22 A/m磁場強(qiáng)度草莓貯藏效果較優(yōu)。

目前磁場輔助冷凍應(yīng)用于蔬菜貯存的研究還較少，且磁場輔助冷凍的效應(yīng)不僅與場強(qiáng)大小、磁場形式等有關(guān)，而且與果蔬的種類也密切相關(guān)。本文主要研究輔助凍結(jié)的直流磁場強(qiáng)度對西蘭花的貯藏品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

西蘭花：天津市北辰區(qū)韓家墅海吉星農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場，每種蔬菜均挑選大小均勻、干凈、完整、無機(jī)械損傷、成熟度一致、無病蟲害的新鮮西蘭花若干。

1.2 設(shè)備

隧道式速凍機(jī)（SD-100）：天津七星速凍設(shè)備有限公司；臥式水冷磁場發(fā)生器（PEM-260）、特斯拉計（PEX-045USB）：四川綿陽力田磁電科技有限公司；臥式冷藏冷凍轉(zhuǎn)換柜（BC/BD-320HK）：青島海爾股份有限公司；紫外/可見分光光度計（WFZ800-D3B）：北京瑞利分析儀器公司；阿貝折射儀（WYA-2S）：上海申光公司；電子天平（FA2004A）：上海精天電子儀器有限公司；數(shù)據(jù)采集儀（MX100）：日本YOKOGAWA電子公司；電導(dǎo)率儀（DDS-307A）：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；質(zhì)構(gòu)儀（TA.XT.plus）：英國 Stable Micro Systems公司；震蕩培養(yǎng)箱（SPX-100B-D）：上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；離心機(jī)（3-18K）：德國Sigma。

1.3 方法

新鮮西蘭花用消毒后的不銹鋼刀去除葉、柄，放在清水中清洗，用刀切為花梗長約2 cm、直徑約3 cm的小花球，放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的鹽水中浸泡15 min，分別在90℃沸水中熱燙1 min，熱燙后的小花球立即放在流動水槽中進(jìn)行冷卻至1℃～5℃，放置在吸水紙上20 min除去多余的水分。將處理好的蔬菜樣品放置在鏈條上，調(diào)節(jié)直流電源得到 0、4.6、9.2、18、36 Gs 5 種不同的磁場強(qiáng)度并將T型熱電偶放置在樣品的中心，測定果蔬樣品凍結(jié)過程的中心溫度，直至溫度降至-18℃，將不同磁場條件下速凍至-18℃的5種果蔬分別用聚乙烯薄膜袋等量包裝貯藏至-18℃的冰箱中，進(jìn)行為期70 d的貯藏試驗，在貯藏過程中以10 d為一個周期分別測定其汁液流失率、質(zhì)構(gòu)、可溶性固形物、細(xì)胞膜透性、葉綠素以及果蔬細(xì)胞的變化情況，解凍方式采用空氣解凍，即將待測樣品在室溫下（20℃）靜置2 h。

1.4 品質(zhì)指標(biāo)的測量

1.4.1 汁液流失率

采用稱重法，主要儀器：電子天平。

參考劉春泉等[15]的方法并稍作修改。每種果蔬試驗樣本取固定數(shù)量的凍結(jié)貯藏樣本稱重（W1），在20℃的空氣條件下解凍2 h，用吸水紙將解凍流失的汁液除去，再次稱重（W2）。每種處理測定3個樣品，取其平均值。解凍汁液流失率按照下式計算：

式中：TL為汁液流失率，%；W1為解凍前樣品質(zhì)量，g；W2為解凍后樣品質(zhì)量，g。

1.4.2 質(zhì)構(gòu)

使用TA.XT.Plus物性測定儀進(jìn)行測定[16]。選取探頭型號P/2，直徑2 mm。測前速度為2 mm/s，測中速度為0.5 mm/s，測后速度為5 mm/s，測試深度為5 mm，每個處理組均取5個相同的樣本在中心位置進(jìn)行測定，取平均值，硬度單位為：g。

1.4.3 可溶性固形物

采用poket refractometer PAL-1測定。將樣品用打漿機(jī)打漿，三層紗布過濾，取濾液進(jìn)行測定，每次測定10個值，取其平均值。

1.4.4 細(xì)胞膜透性

每種果蔬通過切片機(jī)切成2 mm的薄片，秤取5 g后，用去離子水清洗3次，將50 mL去離子水加入三角瓶中，25℃恒溫，在震蕩培養(yǎng)箱中振蕩浸泡1 h，攪拌均勻后用電導(dǎo)率儀測定浸提液的電導(dǎo)率C1（μs/cm），然后將三角瓶放入沸水浴中煮沸15 min，自然冷卻至25℃，再次測定全滲透率C0（μs/cm）。以初始電導(dǎo)率與全滲電導(dǎo)率的比值作為細(xì)胞質(zhì)膜透性變化的指標(biāo)，每種處理測定3個樣品，取其平均值。

1.4.5 葉綠素

使用95%的乙醇提取，通過分光光度計進(jìn)行比色測量[17]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗采用完全隨機(jī)設(shè)計，每組包括3個重復(fù)樣本。采用SPSS19.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析及Duncan多重比較，顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

圖1所示為西蘭花在貯藏過程中汁液流失率的變化情況。

圖1 西蘭花貯藏過程中汁液流失率變化Fig.1 The change of broccoli’s drip loss during storage

從圖中可以看到在整個貯藏過程中為整體上升的趨勢，在整個貯藏期內(nèi)汁液流失率大小為：18 Gs＞0 Gs＞4.6 Gs＞9 Gs＞36 Gs，36 Gs條件下的西蘭花汁液流失率效果最優(yōu)，且在第40天～70天時尤為顯著，與對照組相較差異性顯著（p＜0.05），而18 Gs顯示出較差的磁場生物效應(yīng)，一直保持了較高的汁液流失率，對于其余各組相互間的差異并不顯著，可能是由于36 Gs下西蘭花的凍結(jié)相變時間是最短的，大大提升了結(jié)晶速率，利于形成較小的冰晶，減小對細(xì)胞膜的損傷，從而對于汁液流失起到一定的抑制作用。

可溶性固形物為果蔬的重要營養(yǎng)指標(biāo)之一，已知新鮮西蘭花的可溶性固形物值為6.25%，圖2所示為西蘭花在貯藏過程中不同磁場強(qiáng)度條件下的可溶性固形物變化情況。

圖2 西蘭花貯藏過程中可溶性固形物變化Fig.2 The change of broccoli’s soluble solids during storage

在整個貯藏過程中，各組均呈現(xiàn)先降低再增長的趨勢，36 Gs條件下的可溶性固形物含量保持了較高水平，優(yōu)于對照組及其他各組，4.6 Gs和9.2 Gs與對照組差異較?。╬＞0.05），有一定的優(yōu)勢但是有限，18 Gs條件下的西蘭花在此貯藏期間可溶性固形物含量最低，顯示出磁場生物效應(yīng)的閾值性，由圖1可知，貯藏過程中隨著西蘭花逐漸成熟，36 Gs可以有效降低汁液流失，進(jìn)而減少營養(yǎng)成分的流失，最大程度的保證西蘭花的食用價值，從而導(dǎo)致可溶性固形物的積累量增大，相比較而言4.6 Gs和9.2 Gs的生物效應(yīng)不是很顯著，18 Gs反而促進(jìn)了其營養(yǎng)成分流失，這與其較高的汁液流失率是密不可分的。

圖3為西蘭花貯藏過程中細(xì)胞膜透性的變化情況。

圖3 西蘭花貯藏過程中膜透性變化Fig.3 The change of broccoli's membrane permeability during storage

已測得新鮮西蘭花的膜透性值為8.5%，在整個貯藏期間各組西蘭花的膜透性數(shù)值在波動中保持整體增大的趨勢，貯藏終期隨著磁場強(qiáng)度的增大西蘭花的細(xì)胞膜透性分別達(dá)到：85%、90%、84%、88%、82%，可見36 Gs的磁場生物效應(yīng)是比較顯著的，在整個貯藏期間均保持了膜透率的最低值，有效抑制了西蘭花的衰老進(jìn)程，對于保持西蘭花鮮度，延長貯藏周期效果十分顯著，同時可與上述圖1所得結(jié)論相互驗證，出現(xiàn)上述現(xiàn)象可能是由于36 Gs條件下西蘭花相變時間最短，有效抑制了大冰晶的生成，避免細(xì)胞膜增大損傷。

圖4為西蘭花貯藏過程中葉綠素含量變化。

圖4 西蘭花貯藏過程中葉綠素變化Fig.4 The change of broccoli’s chlorophyll during storage

對于西蘭花這種容易黃化的蔬菜來說，葉綠素含量的多少更能直觀地體現(xiàn)其衰老的程度。已測得新鮮西蘭花的葉綠素含量為0.799 mg/g，圖4中所示西蘭花在貯藏過程中葉綠素含量是逐漸降低的趨勢，尤其是貯藏初期經(jīng)過清洗、漂燙速凍后的西蘭花與新鮮西蘭花相比下降幅度較大，原因為清洗和漂燙會對葉綠素造成一定的損傷而使葉綠素被破壞而流失，在前30天的貯藏期內(nèi)各組下降速率是較大的，而在30天之后即貯藏后期其變化浮動相對平緩，整體上呈現(xiàn)葉綠素值平穩(wěn)的狀態(tài)，有效保持了西蘭花的色澤，貯藏終期葉綠素含量值隨著磁場強(qiáng)度的增大分別為（mg/g）：0.233、0.233、0.288、0.228、0.289。在整個貯藏過程中4.6 Gs和18 Gs條件下葉綠素變化曲線在對照組附近波動且差異較小，而9 Gs和36 Gs則在整個貯藏過程中顯示出絕對的優(yōu)勢，保持較高的葉綠素值，使西蘭花在較長的貯藏期內(nèi)保持較好的色澤及新鮮度，這與此磁場條件下低的膜透性和汁液流失率密切相關(guān)的。

圖5所示為西蘭花在貯藏過程中的硬度變化。

圖5 西蘭花貯藏過程中硬度變化Fig.5 The change of broccoli’s firmness during storage

硬度值的大小代表了西蘭花的腐爛變質(zhì)的程度，反映出其品質(zhì)的保持程度，在0 d～50 d的貯藏過程中各組西蘭花整體呈現(xiàn)較平緩的下降趨勢，在第50天時，各組的硬度值隨磁場強(qiáng)度的增大分別為：424、463、401、459、550 g，相比于初始值分別降低了：26.5%、37.4%、29.5%、10.7%、6%，差異顯著（p＜0.05），其中36 Gs效果尤其顯著，有效抑制西蘭花硬度值的下降，延緩其腐爛變質(zhì)的進(jìn)度，進(jìn)而延長貯藏期。雖然在第50天后硬度值均有所回升，尤其是對照組硬度值反彈相對較大，究其原因為隨著貯藏時間的延長，西蘭花隨著汁液流失及營養(yǎng)成分的損失相應(yīng)的韌性增加，從而對硬度值的測定產(chǎn)生干擾，而此時的硬度值越大，說明韌性的影響程度越大。

圖6所示為西蘭花貯藏過程中的咀嚼度變化。

圖6 西蘭花貯藏過程中咀嚼度變化Fig.6 The change of broccoli’s chewiness during storage

已測得新鮮西蘭花的咀嚼度值為175，可見經(jīng)過速凍處理后各組咀嚼度顯著降低，整體來看在貯藏過程中各組西蘭花經(jīng)歷了先降低再增大的趨勢，在第0～50天隨著貯藏期的延長，各組咀嚼度不斷下降，尤其在第10天～第30天時對照組下降程度明顯，說明對照組在磁場輔助凍結(jié)后的貯藏期內(nèi)不能夠很好地保持其良好的口感，品質(zhì)下降快，咀嚼度值低說明果蔬的軟化程度明顯，口感上不具有原本的風(fēng)味，加速腐化變質(zhì)的進(jìn)程，而36 Gs條件下對于保持西蘭花的風(fēng)味具有優(yōu)勢明顯，在50 d～70 d的貯藏過程中出現(xiàn)了增長的趨勢，原因為由于貯藏過程中汁液流失逐漸增大，西蘭花水分流失較多，纖維化明顯，從而在咀嚼時需要更多的能量，此時咀嚼度值的大小與西蘭花品質(zhì)成反比，在此期間36 Gs和9.2 Gs同樣顯示出了絕對的優(yōu)勢。

3 結(jié)論

通過對不同磁場強(qiáng)度輔助凍結(jié)之后西蘭花的試驗研究發(fā)現(xiàn)：西蘭花經(jīng)過不同的磁場強(qiáng)度輔助凍結(jié)之后在貯藏過程中各生理指標(biāo)發(fā)生了顯著變化。磁場輔助凍結(jié)對于西蘭花貯藏過程中品質(zhì)保持具有明顯效果，磁場效應(yīng)顯著。磁場生物效應(yīng)存在閾值，綜合考慮36 Gs磁場輔助凍結(jié)利于在較長的貯藏期間保持西蘭花較高的營養(yǎng)品質(zhì)。果蔬的構(gòu)成復(fù)雜且差異較大，不同果蔬的磁場生物效應(yīng)也會有一定的差異，仍需大量的試驗深入探究其作用機(jī)理。

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Effects of Direct-current Magnetic-field-assisted Freezing on Broccoli Quality

WANG Ya-hui1，DI Qian-qian1，LIU Bin1，SONG Jian-fei1，WU Zi-jian2
（1.College of Mechanical Engineering，Tianjin University of Commerce，Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology，Tianjin 300134，China；2.College of Biotechnology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，Tianjin 300134，China）

Effects of direct-current magnetic field （DCMF），which assists freezing，on the quality of stored broccoli were evaluated.In this research，selected broccoli was cut into the same size，the pedicel length andflower ball diameter of which are 2.0 cm and 3.0 cm respetively，is taken as experiment material，strengths of DCMF are set as 0（control group），4.6，9.2，18，36 Gs，and variation of weight loss rate，soluble solids，texture&structure，cell membrane permeability and chlorophyll content was observed.Results showed that DCMF could significantly improve quality of stored broccoli（p ＜ 0.05）.The comprehensive consideration of 36 Gsstrenth magnetic field could results in better stored-quality broccoli.

direct-current magnetic field strength；quick-freeze；storage quality

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.21.037

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）專項（201303083-1-4）；天津市科技支撐（142CZDNC00016）；果蔬產(chǎn)地商品化處理技術(shù)及裝備研發(fā)示范（2017YFD0401305）

王亞會（1991—），女（漢），碩士在讀，研究方向：主要從事熱質(zhì)傳遞與強(qiáng)化傳熱研究。

2017-09-03