果蔬保鮮用蓄冷劑的制備與性能研究

盧芳芳，王保營，張 巖，徐 莉，馬得草，郭夢如

(河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，鄭州 河南 450011)

我國果蔬產(chǎn)量位列世界榜首，其中水果約占全球總產(chǎn)量的30%，蔬菜占60%，但是果蔬損失率居高不下，現(xiàn)有的食品冷藏、冷鏈運(yùn)輸能力不足是主要原因之一，這也是我國食品保藏的薄弱環(huán)節(jié)[1，2]。果蔬保鮮蓄冷技術(shù)主要有三種儲能方式：相變儲能、顯熱儲能和化學(xué)反應(yīng)儲能。顯熱儲能釋放能量時(shí)溫度變化不易控制，且儲能密度不夠，應(yīng)用不太廣泛?；瘜W(xué)反應(yīng)儲能的應(yīng)用條件比較苛刻，需要在可逆的化學(xué)反應(yīng)下進(jìn)行。目前應(yīng)用最廣泛的是相變儲能[3]。

相變蓄冷材料的種類有很多種，按照材料的組成分為無機(jī)相變蓄冷材料和有機(jī)相變蓄冷材料。無機(jī)相變蓄冷材料以溶融鹽類、水合共晶鹽類、金屬及其合金等為主，儲量一般比較大，且價(jià)格便宜，但是這類材料存在相分離、過冷等難以克服的缺點(diǎn)從而被限制發(fā)展。有機(jī)相變蓄冷材料以多元醇、醋、脂肪酸、石蠟等有機(jī)物為主，它的優(yōu)點(diǎn)是沒有相分離和過冷現(xiàn)象，且性能穩(wěn)定，無毒，沒有腐燭，缺點(diǎn)是單一有機(jī)材料使用成本較高[4-6]。試驗(yàn)旨在研發(fā)“有機(jī)+無機(jī)”的復(fù)合型蓄冷劑，結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)，克服二者缺點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和材料

甘露醇(AR)為天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。丙三醇(AR)為天津永大化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。氯化鈉(AR)為天津永大化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。羧甲基纖維素鈉(AR)為天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。試驗(yàn)所用主要設(shè)備見表1。

表1 主要試驗(yàn)設(shè)備

1.2 試驗(yàn)方法與過程

1.2.1 蓄冷劑的制備

采用正交試驗(yàn)法，設(shè)計(jì)以2%羧甲基纖維素鈉為增稠劑，對以甘露醇、丙三醇、氯化鈉為主儲能劑的三因素進(jìn)行三水平正交試驗(yàn)，研究三者在蓄冷劑整體中的最佳比例。

試驗(yàn)水平因素如表2所示。

表2 試驗(yàn)水平因素表

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表3，按照表3所示比例配制9種蓄冷劑，于90 ℃水浴環(huán)境下攪拌直至羧甲基纖維素鈉完全溶解，按順序?qū)⑵錁?biāo)號。將9種蓄冷劑放置-16 ℃處理，利用電熱偶測定溫度，每10 min記錄一次數(shù)據(jù)，繪制降溫曲線圖。記錄后將9種溶液置于25 ℃恒溫環(huán)境中，利用電熱偶測定溫度變化，綜合降溫變化曲線，利用極差分析法，最后得出蓄冷劑最優(yōu)配比。

表3 正交試驗(yàn)方案

1.2.2 蓄冷劑保鮮效果的測試

1.2.2.1 處理方法

將購買的櫻桃及時(shí)預(yù)冷2 h以后，挑選無病蟲害的櫻桃900 g分為9組，每組約為100±5g，分別裝入九個泡沫箱，三個箱子為一組平行試驗(yàn)，將櫻桃按如下方法放置在外尺寸為225 mm×120 mm×145 mm的泡沫箱中：(1)將得到的最優(yōu)蓄冷劑配制 2×21.5 g 試樣，在三個裝有100 g櫻桃的泡沫箱左右兩側(cè)，即蓄冷劑在寬高面上各放置一份；(2)將得到的最優(yōu)蓄冷劑配制 2×21.5 g試樣，在三個裝有100 g櫻桃的泡沫箱前后兩側(cè)，即蓄冷劑在長高面上各放置一份；(3)將得到的最優(yōu)蓄冷劑配制 2×21.5 g試樣，在三個裝有100 g櫻桃的泡沫箱頂部和底部，各放置一份。每隔24 h測定櫻桃的pH值、失重率、軟腐率、可溶性固形物并進(jìn)行感官評價(jià)，72 h后結(jié)束測試。

1.2.2.2 pH值

將一定量櫻桃去柄去核并稱重，按質(zhì)量比1：1添加蒸餾水，用榨汁機(jī)打碎，使用酸度計(jì)測定果汁的pH。

1.2.2.3 失重率

櫻桃在儲存過程中的失重情況，主要是由于蒸騰和呼吸作用導(dǎo)致水分的流失，使櫻桃的質(zhì)量減小，果實(shí)表皮皺縮，質(zhì)地下降。嚴(yán)重的失重會使果實(shí)失去食用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值[7]。失重率的測定采用稱重的方法[8]，放入泡沫箱前先對櫻桃進(jìn)行稱重，并記錄。

式中，w%為失重率，W為樣品的原始質(zhì)量，Wi為每次測定樣品的質(zhì)量。

1.2.2.4 可溶性固形物

果品的可溶性固形物是指其果實(shí)汁液中能溶于水的糖、酸、維生素、礦物質(zhì)等，可溶性固形物含量的高低直接反映了果品成熟度，是判斷采收時(shí)間和耐藏性的重要指標(biāo)。測試時(shí)用紗布包裹樣品，將果汁濾出，用膠頭滴管吸取一定量的果汁，滴在折射儀上，測定可溶性固形物的含量[9]。

1.2.2.5 軟腐率

軟腐率是直接判斷水果貯藏效果的指標(biāo)之一，櫻桃的貨架期比較短，在貯藏過程中由于其呼吸作用、細(xì)菌腐敗等影響，果實(shí)極易腐爛，果實(shí)表面會出現(xiàn)一系列的變化[10]。由于櫻桃果實(shí)較小，果實(shí)表面褐變面積達(dá)到1/3即認(rèn)為不能食用，視為腐爛水果。

1.2.2.6 感官評價(jià)

水果的外觀是顧客購買時(shí)的首要考慮因素，也是評價(jià)水果新鮮程度的重要指標(biāo)之一。櫻桃感官評定表，采用裘紀(jì)瑩[11]的櫻桃感官評價(jià)方法并加以改進(jìn)。感官評價(jià)由接受過專門培訓(xùn)的五人進(jìn)行評判，對櫻桃的色澤、香味、質(zhì)地進(jìn)行打分，結(jié)果取平均分。

表6 櫻桃的感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 蓄冷劑制備

2.1.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果的分析采用綜合評分法[12]，綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)劣排序后，給出分值并加以權(quán)數(shù)，最后得出一個綜合排名，加權(quán)系數(shù)的大小由指標(biāo)的重要程度來決定。

圖1、圖2是9種蓄冷劑降溫、升溫曲線圖。櫻桃的低溫儲藏溫度為-1～1 ℃。降溫圖中，50 min時(shí)多數(shù)蓄冷劑溫度在這個區(qū)間，因此在降溫圖中50 min處做比較。升溫圖中，50 min時(shí)多數(shù)蓄冷劑溫度為10～15 ℃，在升溫圖中在50 min處做比較。根據(jù)各蓄冷劑降溫曲線圖中50 min處的溫度高低和各蓄冷劑升溫曲線圖中50 min處的溫度高低給蓄冷劑判分，溫度最低即降溫最快的蓄冷劑給9分，溫度最高即降溫最慢的給1分；升溫最慢的給9分，最快的給1分。由于在實(shí)際運(yùn)輸過程中，升溫速率的重要程度大于降溫速率，因此升溫速率以1.5倍計(jì)算，即權(quán)數(shù)為1.5，而降溫速率的權(quán)數(shù)設(shè)為1。

圖1 蓄冷劑降溫曲線圖

圖2 蓄冷劑升溫曲線圖

如圖1、圖2所示，在降溫圖中50 min時(shí)，九種蓄冷劑排序依次為5>4>2>7>3>1>9>6>8，升溫圖中50 min時(shí)，九種蓄冷劑排序依次為4>3>8>6>2>7>9>5>1，加以權(quán)數(shù)，得分結(jié)果如表4所示。

表4 綜合評分法得分結(jié)果

2.1.2 極差分析

甘露醇：K1=5.5+14.5+17=37

K2=21.5+12+11=44.5

K3=12+11.5+7.5=31

RA=44.5-31=13.5

丙三醇：K1=5.5+21.5+12=39

K2=14.5+12+11.5=38

K3=17+11+7.5=25.5

RB=39-25.5=13.5

氯化鈉：K1=5.5+11+11.5=18

K2=14.5+21.5+7.5=43.5

K3=17+12+12=41

RC=43.5-18=25.5

因?yàn)镽C>RB=RA，所以三個因素影響主次關(guān)系是C>B=A，最佳配比是A2B1C2。

2.1.3 最優(yōu)配比驗(yàn)證

按照得到的最優(yōu)配比配制一定量蓄冷劑，記錄其升溫曲線以及降溫曲線，與正交試驗(yàn)中升降溫速率排名前三的樣品進(jìn)行比較。按照綜合評分法對四種蓄冷劑進(jìn)行打分，最優(yōu)配比組標(biāo)記為試驗(yàn)組10。如圖3、4所示，在降溫50 min時(shí)，四種蓄冷劑排序依次為10>4>2>3，升溫50 min時(shí)，四種蓄冷劑排序依次為4>10>3>2，排名最高的給4分，最低的給1分，加權(quán)得分結(jié)果如表5所示。從表5可以看出，通過極差分析所得出最優(yōu)配比“試驗(yàn)組10”的得分為8.5分，9次正交試驗(yàn)中效果最好的“試驗(yàn)組4”得分為8分，最優(yōu)配比的升降溫效果符合極差分析結(jié)果。

圖3 極差分析最優(yōu)配比與正交試驗(yàn)前三種最優(yōu)配比升溫比較

圖4 極差分析最優(yōu)配比與正交試驗(yàn)前三種最優(yōu)配比降溫比較

表5 綜合評分法得分結(jié)果

2.2 蓄冷劑保鮮效果

2.2.1 pH值

圖5為儲藏的過程中，各平行組中櫻桃pH值的變化情況。從圖中可以看出，在儲存期內(nèi)，果實(shí)整體pH值隨時(shí)間是升高趨勢，這是由于在儲藏過程中，櫻桃果實(shí)消耗內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)，Vc的含量逐漸減少，使果實(shí)酸性逐漸下降[13]。與不放蓄冷劑的空白對照組相比，3組放有蓄冷劑組的pH值增速明顯較低，在三種擺放方式中，增速最慢的是“前后擺放”組，這說明“前后擺放”的方式更有利于延緩櫻桃果實(shí)的衰老。

圖5 不同擺放方式對櫻桃pH值的影響

2.2.2 失重率

如圖6所示，有蓄冷劑的三組樣品失重情況明顯低于空白對照組，這說明蓄冷劑所營造的低溫環(huán)境可以在一定程度上抑制櫻桃的呼吸作用，從而降低其失重率。而在三組不同擺放方式的實(shí)驗(yàn)組中，失重率最低的是“前后擺放”組，“左右擺放”和“上下擺放”也能降低櫻桃的失重率，但是二者效果不如“前后擺放”組。這說明“前后擺放”組的保鮮效果要略高于其余兩組。

圖6 不同擺放方式對櫻桃失重率的影響

2.2.3 可溶性固形物

可溶性固形物的含量是水果果實(shí)的一項(xiàng)重要營養(yǎng)指標(biāo)，反應(yīng)了水果在貯藏過程中營養(yǎng)物質(zhì)的變化，果實(shí)成熟度越高可溶性固形物含量就越高，櫻桃在成熟采摘以后可溶性固形物含量呈上升趨勢(圖7)?？瞻讓φ战M的可溶性固形物含量的上升速度明顯快于其他有蓄冷劑的三組。而在三種不同擺放方式中，“前后擺放”組的上升速度略小于其余兩組，這說明“前后擺放”組能抑制可溶性固形物含量的上升。

圖7 不同擺放方式對櫻桃可溶性固形物含量的影響

2.2.4 軟腐率

如圖8所示，隨著貯藏時(shí)間的增長，櫻桃的軟腐率在逐漸上升，空白對照組的上升速度比較明顯，“前后擺放”組的軟腐率略低于“上下擺放”組，這說明“前后擺放”更能降低櫻桃的軟腐情況。

圖8 不同擺放方式對櫻桃軟腐率的影響

2.2.5 感官評價(jià)

如圖9所示，櫻桃的感官評價(jià)分值隨著時(shí)間增長不斷下降，主要是對櫻桃的色澤、香味、質(zhì)地進(jìn)行打分?！翱瞻讓φ铡苯M的感官評價(jià)下降十分明顯，在第二天時(shí)已經(jīng)下降至2分，基本喪失食用價(jià)值，其余有蓄冷劑的三組樣品比較，“前后擺放”組的感官分值下降較為緩慢，在第三天時(shí)感官評價(jià)仍為3分，具有一定食用價(jià)值，說明“前后擺放”組更能較好地保持櫻桃的感官品質(zhì)。

圖9 不同擺放方式對櫻桃感官評價(jià)的影響

綜合測定櫻桃的pH值、感官評價(jià)、失重率、軟腐率和可溶性固形物含量五個指標(biāo)，可以得知“前后擺放”的保鮮效果最佳，pH值上升最為緩慢，軟腐率也最低(22.7%)，失重率僅為1.14%，可溶性固形物含量上升速度和感官評價(jià)下降速度也最低。分析三種擺放方式，造成“前后擺放”的保鮮效果最好的原因，可能是由于泡沫箱是一個長方體形狀，而此種擺放方式蓄冷劑的輻射面積最廣，能較好的保證低溫環(huán)境。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果證明，甘露醇、丙三醇、氯化鈉在蓄冷劑中所占的最佳比例分別為為：7%、6%、6%。以櫻桃為實(shí)驗(yàn)材料，研究該蓄冷劑在泡沫箱內(nèi)的擺放位置對保鮮效果的影響。在三組擺放方式中，“前后擺放”即蓄冷劑在泡沫箱的長高面上的保鮮效果最好，優(yōu)于其他兩種擺放方式。