王 丹， 孫 蕾， 孫家正， 魯墨森

(1.山東省果樹(shù)研究所，山東 泰安 271000;2.山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250000)

桑葚又名桑果，為聚花漿果，是?？粕俾淙~喬木桑樹(shù)的果實(shí)，每年4～6月份成熟。在中國(guó)新疆尤其南疆地區(qū)的桑葚種植面積較廣，品種較多，主要分為白葚、紅葚、黑葚［1-2］。山東省夏津縣黃河故道生態(tài)森林公園，素有小雜果之鄉(xiāng)的美譽(yù)，這里的桑葚以白葚為主，不僅品種獨(dú)一無(wú)二，古葚樹(shù)群的樹(shù)齡、數(shù)量在全國(guó)也是首屈一指，是不可復(fù)制的獨(dú)有資源。1993年，國(guó)家衛(wèi)生部就把桑葚列為既是食品又是藥品的農(nóng)產(chǎn)品之一。桑葚不但味美多汁，而且中醫(yī)認(rèn)為桑葚具有補(bǔ)血滋陰、生津止渴等功效［3］?，F(xiàn)代研究證實(shí)，桑葚不僅含有賴氨酸、組氨酸、VE等多種氨基酸和維生素，還含有鐵、鈣、胡蘿卜素、果糖等成分［4-6］，常吃桑葚能顯著提高人體的免疫力，故桑葚被醫(yī)學(xué)界譽(yù)為21世紀(jì)的最佳保健果品。

桑葚成熟后非常不耐貯藏，皮薄易破，水分含量在70%以上［7］，常溫下12～18 h變色、變味、腐爛，在非凍結(jié)的冷藏條件下，其商品貯藏期也不超過(guò)5 d［8-10］，因此，桑葚的長(zhǎng)期保鮮、延長(zhǎng)供應(yīng)期研究具有學(xué)術(shù)價(jià)值和生產(chǎn)意義。初步研究結(jié)果表明，通過(guò)冷凍儲(chǔ)藏桑葚可達(dá)到周年供應(yīng)并可作為加工原料長(zhǎng)期保藏。本試驗(yàn)試圖研究桑葚在冷凍過(guò)程中的溫度變化，探討其在冷凍過(guò)程中關(guān)鍵溫度點(diǎn)的數(shù)值范圍以及冰點(diǎn)溫度與可溶性固形物含量的相關(guān)性，為進(jìn)一步研究桑葚的凍藏及冰溫貯藏奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

桑葚2012年5月采自山東省夏津縣黃河故道森林公園，果實(shí)品種為白葚。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用自制的熱鍍錫膜銅-康銅熱電偶作為測(cè)溫裝置［11-12］，溫度自動(dòng)記錄時(shí)間間隔1 s，精度為0.1℃，同時(shí)測(cè)頭熱惰性極小、反應(yīng)靈敏，可以最小限度的損壞被測(cè)組織的原始狀態(tài)。利用由LU-R/C2100無(wú)紙記錄儀改制的高靈敏度多通道微伏級(jí)數(shù)據(jù)采集處理器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)，采樣周期為1 s，可以準(zhǔn)確靈敏的記錄溫度的微變過(guò)程，然后通過(guò)相關(guān)軟件將溫度數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上作進(jìn)一步分析處理。以下具體步驟均采用此種方法。

1.2.1 桑葚果實(shí)在凍結(jié)過(guò)程中的溫度測(cè)定 將待測(cè)樣品置于不同待定溫度(－26.4～－18.2℃)的密閉低溫恒溫箱中，測(cè)頭刺入桑葚果實(shí)的果肉處，記錄數(shù)據(jù)。并針對(duì)出現(xiàn)頻率較為高的一類典型曲線進(jìn)一步比較其在不同介質(zhì)溫度下的凍結(jié)曲線，即將桑葚果實(shí)置于同一冰柜(－26.2～－18.6℃)的不同層級(jí)(不同空氣介質(zhì)溫度)下進(jìn)行測(cè)定。

1.2.2 桑葚果實(shí)在解凍過(guò)程中的溫度測(cè)定 將樣品從低溫恒溫箱拿出后，于室溫下自然化凍時(shí)，測(cè)頭刺入桑葚果實(shí)的果肉處測(cè)定。

1.2.3 桑葚果汁在凍結(jié)過(guò)程中的溫度測(cè)定 桑葚果汁冰點(diǎn)溫度的測(cè)定是將果肉放入榨汁鉗進(jìn)行擠壓過(guò)濾取汁，濾液倒入小玻璃試管中，將測(cè)頭懸空深入果汁，注意測(cè)頭不要接觸試管壁，試管口處密封固定。

1.2.4 空氣介質(zhì)溫度的測(cè)定 將測(cè)頭懸空于低溫恒溫箱的一定位置，并將其固定以防止測(cè)頭觸碰到低溫恒溫箱內(nèi)壁上。

1.2.5 可溶性固形物含量和含水量的測(cè)定 利用阿貝折射儀2WAJ測(cè)定可溶性固形物含量，每個(gè)試樣重復(fù)3次。

含水量為果實(shí)冷凍之前的質(zhì)量與凍后經(jīng)干燥箱烘干之后的質(zhì)量之比，重復(fù)3次。

2 結(jié)果

2.1 桑葚果實(shí)在凍結(jié)過(guò)程中的溫度變化曲線

通過(guò)桑葚千余條凍結(jié)曲線的歸類總結(jié)，在－26.4～－18.2℃介質(zhì)溫度條件下，共得出3種比較典型的凍結(jié)曲線。圖1A是桑葚凍結(jié)中較為為典型的一類曲線，可以分為 3個(gè)階段:在 －23.4～－18.2℃空氣介質(zhì)溫度中，首先是初始階段，樣品從初溫11.1℃經(jīng)387 s到達(dá)過(guò)冷點(diǎn)(a)－6.1℃，在過(guò)冷點(diǎn)(a)冰核開(kāi)始形成，此階段為釋放顯熱階段，降溫速率快，曲線較陡;中間階段，由過(guò)冷點(diǎn)(a)－6.1℃經(jīng) 22 s急速上升至第一個(gè)拐點(diǎn)(b)－4.6℃即初始冰點(diǎn)，此階段是潛熱釋放階段，a點(diǎn)與b點(diǎn)的溫度差值反映了過(guò)冷現(xiàn)象的顯著性，此后，溫度呈小幅下降，此過(guò)程中最為集中、曲線最平緩的溫度點(diǎn)為平衡冰點(diǎn)(c)，當(dāng)曲線斜率開(kāi)始明顯增大、溫度大幅下降時(shí)，結(jié)冰過(guò)程完成，中間階段結(jié)束，在此階段，冰晶大量生成，正在凍結(jié)部分潛熱釋放的速率與已凍結(jié)部分冷卻的速率不分上下，因此，溫度曲線比較平緩，或呈一定斜率的下降趨勢(shì)，而且隨空氣介質(zhì)溫度升高曲線愈趨向于平緩;終階段，d點(diǎn)即終止冰點(diǎn)之后，顯熱釋放，溫度加速下降，最終接近空氣介質(zhì)溫度。圖1B經(jīng)初始冰點(diǎn)(b)后，進(jìn)入了一段明顯較陡的下降階段，隨后以較為平緩的趨勢(shì)緩慢下降。圖1C反映的是無(wú)過(guò)冷點(diǎn)出現(xiàn)的一類曲線，此類情況在桑葚的凍結(jié)試驗(yàn)中出現(xiàn)的頻率較少。

基于圖 1(A)類型出現(xiàn)的頻率較高，在－26.2～－18.6℃范圍內(nèi)冰柜的不同層級(jí)(不同空氣介質(zhì)溫度梯度)分別進(jìn)行測(cè)定，從圖2中可以看出，介質(zhì)溫度越低，過(guò)冷點(diǎn)與冰點(diǎn)越早出現(xiàn)，最大冰晶生成區(qū)越早結(jié)束，即凍結(jié)速率越快，而且中間階段隨介質(zhì)溫度的降低，有平緩逐漸變陡的趨勢(shì);介質(zhì)溫度越高，過(guò)冷點(diǎn)與冰點(diǎn)的溫度差即過(guò)冷現(xiàn)象越顯著。

圖1 桑葚果實(shí)的幾種典型凍結(jié)曲線Fig.1 Typical freezing curves of mulberry

圖2 不同空氣介質(zhì)溫度下桑葚果實(shí)的凍結(jié)曲線Fig.2 Freezing curves of mulberry fruit at different temperatures of air

表1反映的是不同空氣介質(zhì)溫度中多次測(cè)得的凍結(jié)參數(shù)的平均值?？梢园l(fā)現(xiàn)，空氣介質(zhì)溫度越低，過(guò)冷點(diǎn)及冰點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間越早;過(guò)冷點(diǎn)溫度、平衡冰點(diǎn)溫度隨空氣介質(zhì)溫度的降低有升高趨勢(shì)，且過(guò)冷點(diǎn)與平衡冰點(diǎn)溫度的差值隨空氣介質(zhì)溫度的下降逐漸減小。

表1 桑葚果實(shí)在不同介質(zhì)溫度中的凍結(jié)參數(shù)Table 1 Freezing parameters of mulberry fruit in different temperature of static air conditions

2.2 桑葚果實(shí)在解凍過(guò)程中溫度變化曲線

由圖3可以看出，解凍過(guò)程呈現(xiàn)幾個(gè)斜率不同的平滑曲線段，首先，剛拿出低溫恒溫箱時(shí)，隨空氣介質(zhì)溫度的急速上升，桑葚果實(shí)內(nèi)部溫度的升溫幅度也較大，當(dāng)氣溫達(dá)到最高不變時(shí)，桑葚果實(shí)內(nèi)部溫度的升溫速度略微放緩，當(dāng)桑葚果實(shí)內(nèi)部溫度通過(guò)0℃一小段時(shí)間后，升溫又開(kāi)始加速，直至到達(dá)一定溫度后保持不變。

圖3 桑葚果實(shí)凍結(jié)-解凍曲線Fig.3 Freezing-thawing curves of mulberry fruit

2.3 桑葚果汁在凍結(jié)過(guò)程中溫度變化曲線

從圖4可以看出，與果實(shí)一樣，果汁的凍結(jié)曲線同樣分為3個(gè)階段。一方面，果汁的冰點(diǎn)一般在－4.5℃以上，較果實(shí)高;另外，在低于－12℃的空氣介質(zhì)溫度中，果汁的過(guò)冷現(xiàn)象不夠明顯;另一方面，在一定空氣介質(zhì)溫度下，不同桑葚汁液的凍結(jié)曲線差異性不顯著，這也是區(qū)別于桑葚果實(shí)的一個(gè)方面，原因可能是桑葚活組織的復(fù)雜性決定了其個(gè)體差異性，而打成汁液后組織結(jié)構(gòu)遭到破壞，因此，組織內(nèi) 部的差異被掩蓋。

表2反映了桑葚汁液多次凍結(jié)過(guò)程測(cè)得的參數(shù)平均值。可以看到，與果實(shí)一樣，汁液的過(guò)冷點(diǎn)與平衡冰點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間隨空氣介質(zhì)溫度的降低提前到來(lái)。與果實(shí)不同的是，桑葚汁液過(guò)冷溫度與平衡冰點(diǎn)溫度以及兩者的差值在空氣介質(zhì)溫度不同的情況下并沒(méi)有出現(xiàn)顯著變化，且果汁過(guò)冷現(xiàn)象均較果實(shí)不明顯。

表2 桑葚果汁在不同空氣介質(zhì)溫度下的凍結(jié)參數(shù)Table 2 Freezing parameters of mulberry juice at different temperatures of air

2.4 果實(shí)平衡冰點(diǎn)溫度與可溶性固形物含量、含水量的關(guān)系

圖5、圖6分別反映的是桑葚的平衡冰點(diǎn)溫度與可溶性固形物含量、含水量的關(guān)系。果實(shí)的可溶性固形物含量為9%～26%，含水量為72% ～88%，冰點(diǎn)溫度為 －3.0～ －7.5℃，平衡冰點(diǎn)溫度與可溶性固形物含量呈負(fù)相關(guān)、與含水量呈正相關(guān)。將可溶性固形物含量、含水量(x)與平衡冰點(diǎn)溫度(Y)進(jìn)行線性回歸，其相關(guān)系數(shù)R2分別為0.312 5、0.222 7，由此可見(jiàn)，無(wú)論從可溶性固形物含量、含水量、平衡冰點(diǎn)溫度，桑葚都表現(xiàn)了較大的個(gè)體差異性。

圖5 平衡冰點(diǎn)溫度與可溶性固形物含量的相關(guān)性Fig.5 Correlation between freezing point and soluble solid content

圖6 冰點(diǎn)溫度與含水量的相關(guān)性Fig.6 Correlation between freezing point and water content

3 討論

介質(zhì)溫度的差異導(dǎo)致桑葚凍結(jié)速率的不同，從凍結(jié)曲線上可以看出，隨介質(zhì)溫度降低，過(guò)冷點(diǎn)及冰點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間越早，最大冰晶生成區(qū)趨勢(shì)越陡，越提早結(jié)束;另外，介質(zhì)溫度越高，過(guò)冷現(xiàn)象越顯著。

果汁與果實(shí)的差異性，即死組織與活組織的區(qū)別，可能是由于活組織的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)對(duì)凍結(jié)有一定阻礙作用，而相反，死組織可能由于機(jī)械損傷或凍融損傷等因素，細(xì)胞遭到破壞，因此較容易凍結(jié)，冰點(diǎn)溫度也較活組織高。

桑葚的平衡冰點(diǎn)溫度、可溶性固形物含量、含水量的個(gè)體差異較大，這可能是與桑葚的固有特點(diǎn)決定的，桑葚個(gè)體較小，使光照面積差異明顯，導(dǎo)致成熟度等指標(biāo)有很大區(qū)別。另外，桑葚平衡冰點(diǎn)溫度與可溶性固形物含量、含水量呈現(xiàn)一定相關(guān)性，但不顯著，與前人的研究存在一定差別［13-15］，這說(shuō)明其平衡冰點(diǎn)溫度除與可溶性固形物含量有關(guān)外，果實(shí)的某些生理狀態(tài)、組織結(jié)構(gòu)以及生化指標(biāo)同樣構(gòu)成了果實(shí)冷凍的特點(diǎn)，這些問(wèn)題都還有待深入研究。

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