高壓二氧化碳浸漬速凍胡蘿卜片工藝及產(chǎn)品品質(zhì)的研究

郭蘊(yùn)涵，汪政富，趙翠萍，劉沫茵

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，國(guó)家果蔬加工工程技術(shù)研究中心，農(nóng)業(yè)部果蔬加工開放重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

高壓二氧化碳浸漬速凍胡蘿卜片工藝及產(chǎn)品品質(zhì)的研究

郭蘊(yùn)涵，汪政富*，趙翠萍，劉沫茵

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，國(guó)家果蔬加工工程技術(shù)研究中心，農(nóng)業(yè)部果蔬加工開放重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

研究運(yùn)用高壓二氧化碳浸漬技術(shù)（High pressure carbonic maceration freezing，HPCMF）速凍胡蘿卜片，探討了HPCM凍結(jié)工藝對(duì)胡蘿卜片中心溫度的影響以及四種不同凍結(jié)方式（HPCM、液氮、-80℃、-18℃）凍結(jié)降溫曲線，并且測(cè)定了解凍后胡蘿卜片的pH、色澤、多酚氧化酶（PPO）、過氧化物酶（POD）的殘余酶活及總酚含量（TP）、α-和β-胡蘿卜素含量。結(jié)果表明，HPCM速凍胡蘿卜片工藝參數(shù)條件為反應(yīng)釜設(shè)定壓力6～10MPa、初始溫度5～10℃，保壓時(shí)間5min，卸壓時(shí)間2～4min時(shí)物料中心溫度可以達(dá)到-18℃以下。HPCMF可以很好地保持食品色澤和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)胡蘿卜素的含量，與熱燙處理相比除了pH、RA-POD、α-和β-胡蘿卜素含量有下降（p＜0.05），RA-PPO、總酚含量均沒有顯著變化（p＞0.05），但是在幾種凍結(jié)方式中HPCM凍結(jié)處理保存了最高含量的α-和β-胡蘿卜素。HPCMF技術(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，具有良好的前景。

高壓二氧化碳浸漬速凍（HPCMF），胡蘿卜片，降溫曲線，速凍工藝參數(shù)，酶活，品質(zhì)

Abstract：High pressure carbonic maceration freezing technology（HPCMF） was applied to the quick freezing process of carrot slices.The effect of HPCMF parameters （treatment pressure，initial temperature，retention time and decompression time） and four different freezing curves（HPCMF、liquid nitrogen、-80℃ and-18℃ freezing protocols）were investigated.The results showed that the needed central temperature （-18℃）of carrot slices can be attained when treatment pressure，the initial temperature，retention time and decompression time were 6～10MPa，5～10℃，5min，and 2～4min，respectively.Compared with blanched samples，carrot slices frozen by HPCM presented a noticeable decrease in pH，RA-POD，α-，β-carotene contents（p＜0.05），but this novel technology maintained better color and highest α-，β-carotene contents retention than other three freezing protocols.HPCMF technology can be applied to industrial production which has a good prospect.

Key words：high pressure carbonic maceration freezing；carrot slices；freezing curves；freezing processing parameters；enzymic activity；quality

食品速凍技術(shù)能最大限度地保持食品原有的新鮮程度、色澤風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)成分，是目前國(guó)際公認(rèn)的最佳食品貯藏技術(shù)[1]。以新鮮食品為原料的速凍需要在低溫下30min內(nèi)快速通過最大冰晶帶（-1～-5℃），中心溫度降至-18℃以下，生成的冰晶要小于100μm[2]。而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的速凍食品基本停留在傳統(tǒng)的氟里昂、氨的速凍技術(shù)上，難以滿足生產(chǎn)要求，因此，二氧化碳（CO2）這種環(huán)境友好型、自然的制冷劑，引起了越來越多的關(guān)注[3]。與鼓風(fēng)隧道式凍結(jié)或平板式凍結(jié)相比，液態(tài)CO2速凍裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便，凍結(jié)速度快、凍結(jié)食品品質(zhì)好，幾乎不發(fā)生干耗；與液氮凍結(jié)相比，液態(tài)CO2具有來源廣泛、制造成本低、能耗小的特點(diǎn)[4]。樊建等人采用噴霧式流態(tài)化液態(tài)CO2凍結(jié)雙孢菇，研究了風(fēng)速、食品層高和不同凍結(jié)溫度對(duì)雙孢菇流化狀態(tài)的影響。Peters等使用了CO2噴霧冷凍加工技術(shù)，提供了使食品充滿CO2的可行性[6]。譚熙耀等研究了高壓二氧化碳（HPCD）速凍香菇、雙孢菇的工藝以及凍后產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)，對(duì)速凍工藝的優(yōu)化沒有考慮卸壓因素的影響，對(duì)于凍后食品的品質(zhì)變化也沒有進(jìn)行深入的研究[7-8]。和噴淋凍結(jié)方式相比，HPCM凍結(jié)方式CO2滲透進(jìn)入物料內(nèi)部，隨著壓力釋放物料快速、均勻地凍結(jié)，減少或消除了由內(nèi)外溫差產(chǎn)生的應(yīng)力帶來的產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)的斷裂，使HPCM凍結(jié)方式更加具有研究應(yīng)用的價(jià)值。胡蘿卜（carrot）是一種質(zhì)脆味美、營(yíng)養(yǎng)豐富的家常蔬菜，但外皮保水能力差，易失水而影響新鮮度。胡蘿卜經(jīng)速凍貯藏，可長(zhǎng)期保持原有營(yíng)養(yǎng)成分、風(fēng)味和品質(zhì)，延長(zhǎng)上市時(shí)間，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。因此實(shí)驗(yàn)采用胡蘿卜為速凍蔬菜的代表來研究高壓二氧化碳浸漬速凍技術(shù)（HPCMF）凍結(jié)胡蘿卜片工藝。本實(shí)驗(yàn)在研究胡蘿卜四種不同凍結(jié)方式的基礎(chǔ)上，利用HPCD裝置，研究反應(yīng)釜設(shè)定壓力、初始溫度、保壓時(shí)間和卸壓時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)胡蘿卜片中心溫度的影響，測(cè)定解凍后胡蘿卜片的理化品質(zhì)，為HPCMF的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

新鮮胡蘿卜（品種為五寸參，含水率約為92.1%±0.5%）中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜市場(chǎng)；CO2（純度99.5%）北京分析儀器公司；所用其他試劑 均為分析純。

UV-1800型紫外可見分度計(jì)、LC-20AT型高效液相色譜儀 日本島津SHIMADZU公司；T6型紫外分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；GL-20G-Ⅱ型冷凍離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；868型pH計(jì) 美國(guó)奧立龍公司；HR2860型組織搗碎機(jī) 荷蘭PHILIPS公司；Hunter Lab Scan@XE色差計(jì) 美國(guó)亨特工程公司；VC-306B型Fluke62手持紅外測(cè)溫儀（±1.5%） 深圳海旭儀器儀表有限公司；CH5000-R型無紙記錄儀 北京金萬(wàn)祥自動(dòng)化科技有限公司。

本實(shí)驗(yàn)所用速凍裝置中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的高壓二氧化碳裝置（CAU-HPCD-1，專利號(hào)：ZL200520132590.X），如圖1所示[9]。高壓二氧化碳裝置主要包括CO2氣瓶、過濾器、低溫冷卻槽和CO2高壓調(diào)頻泵。樣品放入反應(yīng)釜內(nèi)，從氣瓶出來的CO2由過濾器過濾除菌，再經(jīng)過低溫冷卻槽降溫液化。在高壓調(diào)頻泵的作用下形成較高壓強(qiáng)的CO2，待反應(yīng)釜溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，開始通入CO2，密封的反應(yīng)釜形成高壓CO2處理環(huán)境，維持恒定壓力和溫度，達(dá)到保壓時(shí)間后卸壓，取出樣品。卸壓時(shí)，液體CO2迅速膨脹汽化，吸收大量熱量，使胡蘿卜片溫度迅速降低，短時(shí)間內(nèi)即可通過最大冰晶生成區(qū)達(dá)到速凍的目的[10]。

圖1 高壓二氧化碳裝置Fig.1 Apparatus of high pressure carbon dioxide

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 凍結(jié)溫度曲線的測(cè)定 將胡蘿卜進(jìn)行選擇、清洗，切成直徑3cm×高度0.5cm的胡蘿卜片，然后在（95±5）℃蒸汽漂燙1min，迅速置于冰水混合物中冷卻5min，瀝干水后進(jìn)行HPCM、液氮、-18、-80℃四種凍結(jié)方法處理。

取單個(gè)胡蘿卜片（重約5g），把一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)的探針插入胡蘿卜片中央（沿胡蘿卜片最外層往內(nèi)部插入1cm左右），數(shù)字溫度計(jì)連接無紙記錄儀用來記錄在凍結(jié)過程中胡蘿卜片中心溫度的變化。HPCM凍結(jié)卸壓后取出物料，其最終中心溫度采用手持紅外測(cè)溫儀測(cè)定。每個(gè)速凍方式做3個(gè)重復(fù)，取平均值。

1.2.2 HPCM速凍工藝研究 設(shè)定好反應(yīng)釜的初始溫度和設(shè)定壓力，然后將經(jīng)（95±5）℃蒸汽漂燙1min、冰水混合物中冷卻5min瀝干水后的胡蘿卜片（約（30±5）g）放入處理釜中，密閉升壓，達(dá)到設(shè)定壓力后保壓5min后進(jìn)行卸壓操作，在控制面板上對(duì)應(yīng)的溫度顯示界面觀察并記錄產(chǎn)品中心溫度的變化。

改變HPCD處理的反應(yīng)釜設(shè)定壓力、處理時(shí)間和溫度，研究不同HPCM速凍條件對(duì)胡蘿卜片中心溫度的影響。實(shí)驗(yàn)方法如下：控制反應(yīng)釜初溫為10℃、保壓時(shí)間5min，卸壓時(shí)間為4min，反應(yīng)釜設(shè)定壓力為4、6、8、10、12MPa；控制反應(yīng)釜設(shè)定壓力8MPa、保壓時(shí)間5min、卸壓時(shí)間為4min，反應(yīng)釜初溫為5、10、15、20、25℃；控制反應(yīng)釜設(shè)定壓力為8MPa、初溫為10℃，卸壓4min，保壓時(shí)間為0、3、5、7、9min；控制反應(yīng)釜設(shè)定壓力為8MPa、初溫為10℃，保壓5min，卸壓時(shí)間為2、4、6、8、10min。單因素實(shí)驗(yàn)處理水平見表1。各實(shí)驗(yàn)結(jié)果均為3次實(shí)驗(yàn)平均值。

表1 單因素實(shí)驗(yàn)處理水平Table 1 Factors and levels of the single factor test

1.2.3 酶活的測(cè)定方法

1.2.3.1 粗酶液的提取 酶液的提取與測(cè)定參照取Bi等[11]的方法并稍作修改。10g胡蘿卜片與pH=6.8的0.2mol·L-1磷酸鹽緩沖液按照1∶2（w/v）勻漿，并加入1g的交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮（PVPP），漿液在4℃冷庫(kù)中放置10h充分提取，提取液過四層紗布，再將濾液在4℃下8000×g離心20min，所得上清液即為粗酶液。

1.2.3.2 PPO活性的測(cè)定 0.4mL粗酶液與2.4mL0.5mol·L-1的鄰苯二酚（由pH=6.8的0.2mol·L-1磷酸鹽緩沖液配制）在25℃下反應(yīng)，掃描反應(yīng)體系在420nm下的3min的吸光值。反應(yīng)曲線直線部分斜率即為PPO酶活（Abs·min-1）。

PPO殘存酶活（RA-PPO）=解凍后的PPO活性/新鮮胡蘿卜的PPO活性

1.2.3.3 POD活性的測(cè)定 0.4mL的粗酶液與1.6mL 0.05%的愈創(chuàng)木酚（由pH=6.8的0.2mol·L-1磷酸鹽緩沖液配制）在30℃水浴中平衡5min，再加入0.8mL 0.09%的過氧化氫（由pH=6.8的0.2mol·L-1磷酸鹽緩沖液配制），掃描反應(yīng)體系在470nm下5min的吸光值。反應(yīng)曲線直線部分斜率即為POD酶活（Abs·min-1）。

POD殘存酶活（RA-POD）=解凍后的POD活性/新鮮胡蘿卜的POD活性

1.2.4 理化品質(zhì)測(cè)定

1.2.4.1 pH 取20g胡蘿卜和20mL蒸餾水打漿，胡蘿卜汁在4℃下8000×g離心20min，上清液用0.45μm的微孔濾膜過濾，采用pH計(jì)測(cè)定濾液pH。

1.2.4.2 色澤的測(cè)定 采用色差儀對(duì)胡蘿卜片的色值進(jìn)行測(cè)定，采用CIELAB表色系統(tǒng)，以反射模式測(cè)定樣品。其中L值表示亮度，范圍在0～100之間，L0值越高表明樣品表面越白。a0＞0表示紅值、a0＜0表示綠值，b0＞0表示黃值、b0＜0表示藍(lán)值。色差值△E反映了色澤的總體變化，△E越大表示顏色變化越大。△E=[（L-L0）2+（a-a0）2+（b-b0）2]1/2式中L0、a0、b0為新鮮胡蘿卜片的值，L、a、b為處理胡蘿卜片的值。每次測(cè)定樣品八個(gè)重復(fù)三個(gè)平行，取平均值[12]。

1.2.4.3 總酚含量的測(cè)定 參考Singleton等[13]的方法，采用Folin-ciocalteu’s法測(cè)定總酚含量并略作修改。取10g胡蘿卜片加入60mL無水甲醇，超聲30min，在4℃下8000×g離心10min，上清液過濾定容至100mL。Folin-ciocalteu試劑用蒸餾水稀釋10倍，取0.4mL樣品提取液與2mL稀釋的Folin-ciocalteu試劑混合后，加入1.8mL 7.5%的Na2CO3溶液，常溫下避光保持1h，用紫外分光光度計(jì)測(cè)定765nm處的吸光值，總酚含量以每100g樣品含有多少克焦性沒食子酸表示。

1.2.4.4 α-和β-胡蘿卜素含量的測(cè)定 參考Hymavathi[14]的提取方法，采用高效液相色譜法測(cè)定α-、β-胡蘿卜素含量。取15g胡蘿卜加入30mL丙酮中，超聲（60W）提取15min，重復(fù)2次合并提取液并定容至100mL。將50mL 25%KOH-甲醇溶液加入到上述提取溶液中混勻，45℃水浴皂化1h后，取出立刻冷卻到室溫。將皂化液移入250mL分液漏斗，加入100mL的石油醚振蕩萃取后靜置分層，水相按上述方法反復(fù)提取，合并有機(jī)相（用水洗至近中性）。有機(jī)相經(jīng)過加入無水Na2SO4的砂芯漏斗過濾脫水，濾液收入500mL燒瓶于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上在（40±2）℃的條件下蒸至近干。用正己烷溶解殘?jiān)⑥D(zhuǎn)移至50mL容量瓶中定容。HPLC條件：乙腈∶甲醇∶二氯甲烷=6∶2∶2（V∶V∶V），等速洗脫，流速1mL·min-1，進(jìn)樣量20μL，波長(zhǎng)445nm，溫度30℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同凍結(jié)方式降溫曲線

圖2 HPCM凍結(jié)曲線Fig.2 Freezing curve of HPCM protocol

圖3 液氮凍結(jié)曲線Fig.3 Freezing curve of liquid nitrogen protocol

圖4 -18℃凍結(jié)曲線Fig.4 Freezing curve of－18℃ protocol

圖5 -80℃凍結(jié)曲線Fig.5 Freezing curve of－80℃ protocol

通過食品凍結(jié)降溫曲線的測(cè)定，可以了解食品凍結(jié)速度和凍結(jié)質(zhì)量。不同凍結(jié)方式的胡蘿卜凍結(jié)曲線如圖2～圖5所示。從凍結(jié)溫度曲線可以看出，四種不同凍結(jié)方式的初階段（從初始溫度到0℃）所經(jīng)歷的時(shí)間不同，LN凍結(jié)最短為3s，-80℃凍結(jié)60s，HPCM凍結(jié)方式是100s左右，-18℃凍結(jié)方式最長(zhǎng)為2～3min，此階段放出的是顯熱，數(shù)值較小，溫差大，所以降溫較快且曲線較陡。而中階段（從凍結(jié)點(diǎn)到-5℃）經(jīng)歷的時(shí)間HPCM和液氮凍結(jié)都為20s左右，-18、-80℃分別為30、5min。四種不同凍結(jié)方式中HPCM和液氮凍結(jié)方式的中階段不明顯，-18、-80℃終階段的曲線都較平坦，表明胡蘿卜的大部分水分在此階段結(jié)成冰，冰的潛熱大，整個(gè)凍結(jié)過程中絕大部分熱量在此階段放出，故降溫慢。終階段是顯熱、潛熱同時(shí)放出，由于數(shù)量不大，故降溫較快，但曲線不及中階段的曲線陡。HPCM冷凍方式的三個(gè)階段區(qū)分不明顯，從通過最大冰晶帶的時(shí)間可以判斷，HPCM、液氮和-80℃凍結(jié)方式屬于快速凍結(jié)，-18℃凍結(jié)方式屬于緩慢凍結(jié)方式。速凍形成的冰晶多且細(xì)小均勻，不會(huì)對(duì)細(xì)胞造成大的機(jī)械損傷。冷凍中未被破壞的組織細(xì)胞，在適當(dāng)解凍后水分能保持在原來的位置，并發(fā)揮原有的作用，有利于保持食品原有的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。緩慢凍結(jié)形成的較大冰晶會(huì)刺傷細(xì)胞，破壞組織結(jié)構(gòu)，解凍后汁液流失嚴(yán)重，影響食品的價(jià)值[15]。

2.2 高壓二氧化碳凍結(jié)實(shí)驗(yàn)

影響HPCD處理效果的因素主要有壓強(qiáng)、溫度、時(shí)間、處理系統(tǒng)、氣體組分、CO2狀態(tài)、卸壓速率、循環(huán)處理、添加劑和攪拌等，其中幾乎在所有的文獻(xiàn)中都研究了壓強(qiáng)、溫度和時(shí)間對(duì)處理物料的影響。

Mohammad研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)保持果蔬質(zhì)量而言，-18、-24℃都為較好的貯藏溫度，但從節(jié)約能源、凍結(jié)食品品質(zhì)和成本考慮，胡蘿卜凍結(jié)的最終中心溫度應(yīng)低于貯藏溫度（-18℃）。如果果蔬凍結(jié)的最終中心溫度高于-18℃，可能會(huì)出現(xiàn)食品的緩慢凍結(jié)，組織內(nèi)部未凍結(jié)的水分會(huì)生成大而不均勻的冰晶，從而導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)破壞、蛋白質(zhì)變性、汁液流失增加、褐變等現(xiàn)象，影響速凍食品的外觀和食用品質(zhì)[16]。因此，在探討HPCM新型速凍胡蘿卜片工藝時(shí)以最終中心溫度能否到達(dá)-18℃為標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.1 反應(yīng)釜設(shè)定壓力對(duì)速凍胡蘿卜片的影響 由圖6可知，物料一定的情況下，反應(yīng)釜的壓力在4～8MPa時(shí)，胡蘿卜片的最終中心溫度溫隨壓力的增加而顯著下降，而大于8MPa時(shí)胡蘿卜片的終溫變化不明顯。這可能是因?yàn)榉磻?yīng)釜壓力控制CO2的溶解速率和CO2在介質(zhì)中的溶解性，因此，較高的壓強(qiáng)提高了CO2的溶解程度從而促進(jìn)了浸泡在液態(tài)CO2中胡蘿卜片的酸化。可是當(dāng)壓力大于8MPa時(shí)CO2溶解在媒介中達(dá)到飽和，CO2汽化使部分CO2液體形成了干冰包裹住胡蘿卜片表面，反而阻礙了溫度的進(jìn)一步降低，胡蘿卜片的中心溫度就不會(huì)再無限下降了[17]。因此，合理的反應(yīng)釜設(shè)定壓力為6～10MPa。

圖6 反應(yīng)釜設(shè)定壓力對(duì)胡蘿卜片中心溫度的影響Fig.6 Effect of treatment pressure on central temperature of carrot slices

2.2.2 初始溫度對(duì)速凍胡蘿卜片的影響 總的來說，反應(yīng)釜初始溫度越低，胡蘿卜片的終溫越低，由圖7可知，在反應(yīng)釜初始溫度高于15℃時(shí)產(chǎn)品的終溫已經(jīng)難以保證達(dá)到速凍需要溫度。較高的溫度有利于CO2的擴(kuò)散和溶解，卻不利于速凍食品的品質(zhì)。同時(shí)，從操作方便、成本投入（水、電費(fèi)等）方面考慮，在保證速凍食品質(zhì)量的前提下應(yīng)適當(dāng)提高反應(yīng)釜的初始溫度來降低制冷的消耗[18]。因此，反應(yīng)釜初始溫度的合理范圍為5～10℃。

圖7 初始溫度對(duì)胡蘿卜片中心溫度的影響Fig.7 Effect of initial temperature on central temperature of carrot slices

2.2.3 保壓時(shí)間對(duì)速凍胡蘿卜片的影響 從圖8可知，保壓時(shí)間為0～5min時(shí)，胡蘿卜片的中心溫度隨著保壓時(shí)間的增加而不斷下降，大于5min后保持穩(wěn)定的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)?，在保壓過程中，時(shí)間越長(zhǎng)CO2滲透進(jìn)入物料內(nèi)部越充分，在卸壓的過程時(shí)汽化吸熱使物料降溫更充分，但是二氧化碳滲透程度在5min以上時(shí)達(dá)到飽和，因此再增加保壓時(shí)間物料終溫也不會(huì)有明顯變化。因此，保壓時(shí)間選擇在5min比較合理。

圖8 保壓時(shí)間對(duì)胡蘿卜片中心溫度的影響Fig.8 Effect of retention time on central temperature of carrot slices

2.2.4 卸壓時(shí)間對(duì)速凍胡蘿卜片的影響 卸壓時(shí)HPCM速凍處理的物料中心溫度從內(nèi)到外均勻地降低，內(nèi)外溫差比較小，會(huì)使由內(nèi)外溫差產(chǎn)生的應(yīng)力帶來的傷害減小，而液氮速凍處理物料的內(nèi)外溫差比較大，當(dāng)液氮接觸物料從表面開始凍結(jié)會(huì)造成物料的表面碎裂，這些現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)中可以清楚地觀察到。從圖9可知，卸壓時(shí)間在2～4min時(shí)可以保證達(dá)到食品凍結(jié)需要的溫度，而超過4min時(shí)胡蘿卜片終溫卻難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。這可能是因?yàn)槔碚撋显谝欢〞r(shí)間內(nèi)卸壓越快HPCM速凍胡蘿卜片中心溫度降溫越快；卸壓過慢的時(shí)候，反應(yīng)釜與環(huán)境存在的熱交換可能會(huì)使反應(yīng)釜內(nèi)溫度難以降到標(biāo)準(zhǔn)溫度。

圖9 卸壓時(shí)間對(duì)胡蘿卜片中心溫度的影響Fig.9 Effect of decompression time on central temperature of carrot slices

綜上所述，HPCM凍結(jié)方式速凍胡蘿卜片時(shí)合理的工藝條件應(yīng)為：反應(yīng)釜設(shè)定壓力為6～10MPa，反應(yīng)釜初始溫度范圍為5～10℃，壓時(shí)間選擇5min，卸壓時(shí)間范圍選為2～4min，在這種條件下可以達(dá)到速凍標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 不同凍結(jié)方式對(duì)胡蘿卜片理化品質(zhì)的影響

從表2可知，四種凍結(jié)方式解凍后胡蘿卜片pH顯著下降（p＜0.05），HPCM凍結(jié)方式處理的胡蘿卜片pH和-18℃、液氮、-80℃凍結(jié)方式相比顯著偏低，這可能是因?yàn)镠PCM處理過程中CO2溶于胡蘿卜片表面形成碳酸，碳酸進(jìn)一步解離出H+，使胡蘿卜片解凍后pH低于其他凍結(jié)方式處理組[19]。

解凍后HPCM凍結(jié)處理與-80℃、液氮凍結(jié)處理L值沒有顯著差異，-18℃凍結(jié)處理后L值顯著低于其他處理組。與熱燙組相比除了-18℃凍結(jié)組a值出現(xiàn)上升其他處理組均是微微下降，b值除了HPCM組沒有顯著性變化其他處理組均顯著上升（p＜0.05）。L、a、b值的變化與Mastrocolad[20]研究結(jié)果相似，L、a值的下降主要是由于酶的不完全鈍化以及解凍后VC、胡蘿卜素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失[21-22]。加工過程中由褐變導(dǎo)致的總色差的穩(wěn)定程度是決定產(chǎn)品是否被接受的重要指標(biāo)[23]，解凍以后總色差△E＞3時(shí)顏色的變化就可以觀察到，除了HPCM組其他處理組均△E＞3表明其處理后胡蘿卜片的顏色發(fā)生顯著性變化。HPCM速凍處理胡蘿卜片顏色變化不明顯可能是和降溫的均勻性以及速凍過程中對(duì)組織結(jié)構(gòu)的破壞比較小有密切的關(guān)系。

與熱燙處理相比，除了-18℃凍結(jié)方式使解凍以后胡蘿卜片的殘余酶活顯著上升，其他凍結(jié)處理POD殘余酶活顯著下降（p＜0.05），PPO殘余酶活沒有太大的變化。多酚氧化酶（PPO）、過氧化物酶（POD）是引起果蔬酶促褐變的主要原因，HPCM、-80℃和液氮凍結(jié)方式屬于速凍，在保證細(xì)胞完整性的情況下較好的保存胡蘿卜片中鈍化的PPO、POD活性，從而有效抑制了褐變反應(yīng)。-18℃凍結(jié)方式屬于緩慢冷凍，形成的冰晶大而且不均勻，在解凍過程中會(huì)損傷胡蘿卜組織結(jié)構(gòu)從而導(dǎo)致殘余PPO和POD被激活，進(jìn)而發(fā)生褐變、黃化現(xiàn)象[24]，這和結(jié)果中解凍后-18℃凍結(jié)組殘余的PPO和POD活性最高是一致的。

總酚含量變化與熱燙胡蘿卜相比，除了-18℃速凍方式處理解凍后含量上升外其他凍結(jié)方式處理均下降，主要是因?yàn)槎喾邮敲复俜磻?yīng)的底物，雖然凍結(jié)過程中酶活受到了抑制但是反應(yīng)一直進(jìn)行所以總酚含量在不斷下降；-18℃處理組總酚含量的上升可能是由于凍結(jié)過程中機(jī)械損傷和組織破壞誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的酚類化合物含量上升來抵御外界環(huán)境的變化和微生物入侵[25]，所以總酚含量較其他組表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。

胡蘿卜素含量在解凍后均呈現(xiàn)下降現(xiàn)象，除了HPCM速凍方式處理保存了高達(dá)74.3%的α-胡蘿卜素含量和89.8%的β-胡蘿卜素含量，-80℃冰箱也保存了較高的α-胡蘿卜素含量外，其他速凍處理解凍后α-、β-胡蘿卜素含量均顯著性下降。這種現(xiàn)象可能一方面HPCM速凍過程中胡蘿卜片處于CO2的環(huán)境中沒有與空氣接觸氧化反應(yīng)緩慢，其他速凍處理在光和氧氣存在的環(huán)境中加速了氧化反應(yīng)的速度；另一方面隨著壓力升高胡蘿卜素比較穩(wěn)定，所以8MPa條件下卸壓不會(huì)加速對(duì)胡蘿卜素含量的萃取[26-27]。HPCM速凍處理胡蘿卜素含量的高保存率也表明了HPCM對(duì)物料組織結(jié)構(gòu)造成的損傷會(huì)比較小，能較好的保存營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。不過，由于食品是復(fù)雜的體系，總酚含量的變化與殘余酶活甚至營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（VC）、色素（胡蘿卜素）變化的關(guān)系還需要進(jìn)一步地驗(yàn)證研究。

3 結(jié)論

3.1 HPCM速凍胡蘿卜片可以達(dá)到冷凍食品的需要溫度（-18℃），是一種快速、高效的凍結(jié)方式。

3.2 HPCM凍結(jié)胡蘿卜片的工藝參數(shù)為反應(yīng)釜設(shè)定壓力為6～10MPa，初始溫度為5～10℃，保壓時(shí)間5min，卸壓時(shí)間為2～4min左右，此時(shí)胡蘿卜片的中心溫度均達(dá)到要求。

3.3 解凍以后的胡蘿卜片品質(zhì)HPCM凍結(jié)方式pH、RA-POD、α-、β-胡蘿卜素含量顯著下降（p＜0.05），總色差變化最小，可以較好保持食品顏色；總酚含量與熱燙胡蘿卜相比變化不明顯。但是HPCM凍結(jié)處理α-、β-胡蘿卜素含量有最高的保存率（分別為74.3%、89.8%），可以較好地保存營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

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Study on high pressure carbonic maceration（HPCM）freezing process and quality of carrot slices

GUO Yun-han，WANG Zheng-fu*，ZHAO Cui-ping，LIU Mo-yin
（Key Laboratory of Fruits and Vegetables Processing，Ministry of Agriculture，National Engineering Research Center for Fruits and Vegetables Processing，College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China）

TS255.1

B

1002-0306（2012）16-0240-06

2012－02－27 *通訊聯(lián)系人

郭蘊(yùn)涵（1987-），女，碩士，主要從事果蔬冷凍和干燥方面的研究。

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（2011AA100802）；低溫果蔬制品加工關(guān)鍵技術(shù)與裝備開發(fā)及示范 （2011BAD39B01）；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（2012CB720805）。