曹雪慧，趙東宇，朱丹實，張方方，李鑫芮，勵建榮*

（渤海大學食品科學與工程學院，生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 錦州 121013）

藍莓，學名越橘，屬杜鵑花科（Ericaceae）越橘屬（Vaccinium），富含維生素、花色苷、細菌抑制因子、鞣花酸、類黃酮等藥用保健物質，被譽為“漿果之王”，是一種集營養(yǎng)與保健于一身的藍色漿果，被聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織列為人類五大健康食品之一[1]，但藍莓極易受到機械損傷和微生物侵入。冷凍是延長藍莓保藏的主要方法之一[2]，冷凍能減少微生物的生長繁殖以及抑制酶的活性[3]，延長食品中營養(yǎng)組分、顏色、質地以及風味的保持時間[4]。然而，在冷凍過程中冰晶的形成會破壞食品組織結構的完整性，導致食品在冷凍貯藏期間質量變差、組織結構崩潰、解凍后滴水損失嚴重[5]。通過提高凍結速率實現(xiàn)食品的速凍，能夠使其在冷凍過程中形成較小的冰晶，這些小冰晶相比于慢速冷凍生成的大冰晶對食品組織的傷害更小，從而在一定程度上改善冷凍食品的品質[6]。

汁液流失是食品解凍后質地變軟、口感變差的重要原因，因此研究冷凍食品水分遷移及流失尤為重要。低場核磁共振（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技術能夠快速無損地測定食品中水的狀態(tài)和分布情況，且對食品本身無污染和損害[7]，因此被廣泛應用于測定食品中的水分狀態(tài)。橫向弛豫時間T2為LF-NMR技術的重要參數(shù)之一，它能揭示食品中水分與底物的結合程度[8]。

凍結前滲透脫水預處理作為一種輔助冷凍技術，越來越受到人們關注[9]，它是指先將原料放在高滲透壓的溶液中，使原料中的水部分滲出，滲透液的溶質進入原料[10-11]，待原料達到理想含水率后再將其進行凍結。Kim等[12]將滲透預處理應用于蘋果片的熱風干燥，發(fā)現(xiàn)隨著滲透液濃度的增加和滲透時間的延長，蘋果片的硬度增大。Rincon等[13]在芒果片的干制過程中發(fā)現(xiàn)滲透脫水與冷凍結合顯著提高了芒果片的品質。相關文獻顯示，滲透-凍結與傳統(tǒng)的冷凍方法相比，能更好地保持果蔬的凍藏品質[14]。近年來的研究表明，滲透脫水能夠改善食品的組織結構，并且對果蔬的褐變具有良好的抑制作用[15]。

本實驗以藍莓為研究對象，通過預實驗結果及查閱相關文獻選取質量分數(shù)30%海藻糖溶液[16-17]和海藻糖-氯化鈣溶液為滲透液，蒸餾水為對照，分別對藍莓進行滲透預處理，待其脫水后將藍莓凍結，研究不同滲透液對藍莓凍結特性的影響，為藍莓的冷凍加工技術提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗所用藍莓采摘于遼寧省錦州市龍碩藍莓園，運回實驗室后，挑選無機械損傷、新鮮飽滿、無病蟲害、大小均一的藍莓置于4 ℃冰箱中冷藏，實驗時直接從冰箱中隨機抽取藍莓。

1.2 儀器與設備

CHROMA METER CR-400色彩色差計 日本Minolta公司；UV2550紫外-可見分光光度計 日本SHIMADZU公司；NMI20 LF-NMR儀 上海紐邁電子科技有限公司；TA.XT Plus物性測試儀 英國Stable Micro Systems公司；RC-4迷你型溫度記錄儀 江蘇精創(chuàng)電氣股份有限公司；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；BCD-206ZMZB冰箱 合肥美菱股份有限公司；JA503電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司；PAL-3手持式糖度計 ATAGO（愛拓）中國分公司。

1.3 方法

1.3.1 分組及預處理

將藍莓從4 ℃的冰箱中取出，隨機分成4 組。其中第一組為新鮮藍莓樣品，直接進行各項指標測定（凍結曲線中鮮樣是未經滲透直接凍結）。其余3 組在40 ℃水浴條件下分別用蒸餾水、質量分數(shù)30%海藻糖以及海藻糖-氯化鈣溶液（海藻糖、氯化鈣質量分數(shù)均為15%）進行滲透處理，浸漬時間為4 h，然后將各處理組藍莓放入-20 ℃冰箱內冷凍。1 個月后將各組藍莓取出，于4 ℃冰箱內復溫12 h進行各項指標測定。

1.3.2 凍結曲線的測定

使用RC-4迷你型溫度記錄儀進行測定。將溫度記錄儀的探頭插入藍莓幾何中心位置，探頭的另一端通過USB插口與電腦相連，記錄藍莓凍結過程中的溫度變化。待藍莓中心溫度為-18 ℃時停止測量。

1.3.3 滴水損失率的測定

取不同滲透-冷凍處理的藍莓，稱質量后立即放入4 ℃冰箱中解凍12 h，然后用濾紙拭去藍莓表面汁液，按下式計算解凍后的滴水損失率[18]。

式中：m1為樣品解凍前的質量/g；m2為樣品解凍后的質量/g。

1.3.4 色差的測定

采用色彩色差計對新鮮和凍融后藍莓的顏色變化進行測定。其中L*值表示亮度，L*值越大亮度越大[19]；a*值表示果實的紅綠偏向，當數(shù)值為負值代表果實偏綠色，當數(shù)值為正值代表果實偏紅色；b*值表示果實的藍黃偏向，當數(shù)值為負值代表果實偏藍色，當數(shù)值為正值代表果實偏黃色；ΔE表示色差值，ΔE值越大表示藍莓的色澤與標準板的顏色差別越大。在每個處理組中取出5 個藍莓，在室溫下解凍，測定其L*、a*、b*和ΔE的數(shù)值，并求出每個處理組的平均值。

1.3.5 可溶性固形物質量分數(shù)的測定

利用手持糖度計測定凍融后藍莓的可溶性固形物質量分數(shù)。

1.3.6 質構的測定

采用質構儀對新鮮和解凍后的藍莓進行T P A測試[20]，測試條件為：探頭型號為P/50；壓縮量30%；測前速率5.00 mm/s；測試速率1.00 mm/s；測后速率5.00 mm/s；觸發(fā)力5 g。

1.3.7 花色苷含量的測定

按照宋德群等[21]的花色苷pH示差法進行測定。

1.3.8 水分分布的測定

采用LF-NMR儀來對水分分布進行測定。主要參數(shù)設置：90°脈沖時間14.00 μs，180°脈沖時間28.00 μs，半回波時間τ為200.00 μs，累加次數(shù)14，重復時間1 000 000 ms，采樣點數(shù)1 024，回波數(shù)為18 000，采樣頻率100 kHz。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)為多次重復的平均值，以平均值±標準差表示。使用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件，通過Duncan’s法在5%水平比較平均值，P＜0.05表示差異顯著；利用Origin 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 滲透預處理對藍莓凍結曲線的影響

圖1 滲透預處理對藍莓凍結曲線的影響Fig. 1 Effect of osmotic pretreatment on freezing curve of blueberry

在凍結過程中，凍結速率是影響冷凍食品品質的重要因素[22]，它與冰晶的大小以及組織的滴水損失有著密切的關系。圖1為藍莓在不同預處理方式下的凍結曲線，揭示了藍莓中心溫度隨凍結時間的變化規(guī)律。從凍結曲線可以看出，海藻糖-氯化鈣處理組的凍結速率最快，而其他3 個處理組并無明顯差異。一般認為凍結速率越快，對食品組織細胞的傷害越小，從而能夠更好地保持凍結食品的品質。從圖1還可以看出，在藍莓凍結的過程中出現(xiàn)了“過冷”現(xiàn)象，此現(xiàn)象在固體凍結過程中是罕見的，這可能是因為果蔬中的水呈一種溶液狀態(tài)，從而導致“過冷”現(xiàn)象的發(fā)生。

表1 滲透預處理藍莓凍結曲線各階段時間分布Table 1 Temporal distribution of different stages of freezing curve of blueberry with osmotic pretreatment

從圖1的凍結曲線可以看出，藍莓的凍結過程有明顯的3 個階段：0～4 ℃曲線較陡，稱為預冷階段；-5～0 ℃時大約80%水分在此階段結冰，此段溫度范圍為最大冰晶生成帶，稱為相變階段；-18～-5 ℃曲線比初步預冷階段平緩，稱為低溫冷卻階段[23]。不同預處理方式下藍莓各冷凍階段時間分布如表1所示，預冷階段以及低溫冷卻階段，各處理組之間沒有出現(xiàn)非常大的差異。第二階段是水向冰的相轉化階段（相變階段），即最大冰晶生成帶。未預處理組和蒸餾水、海藻糖、海藻糖-氯化鈣處理組的相變時間分別為1 360 s和1 306、1 103、886 s?？梢?，海藻糖-氯化鈣處理組比未預處理組時間縮短35%，單一海藻糖滲透脫水預處理組較未預處理組時間也縮短19%。最大冰晶生成帶時間越短，則冰晶生成的體積越小且分布越均勻，可以最大限度地保持冷凍食品的品質以及風味等。從凍結總時間來看，海藻糖-氯化鈣處理組的時間顯著低于其他處理組（P＜0.05）。

2.2 滲透預處理對藍莓滴水損失率的影響

圖2 滲透預處理對藍莓凍融后滴水損失率的影響Fig. 2 Effect of osmotic pretreatment on drip loss during thawing of freeze thawing blueberry

水是果蔬的重要組成成分，細胞持水能力是判定食品品質的一項重要指標。如圖2所示，在相同的凍融環(huán)境中，蒸餾水處理組的藍莓滴水損失率最大，約為23%，原因可能是藍莓含水量較多，凍結過程中蒸餾水處理組最大冰晶生成帶時間長，生成的冰晶較大且分布不均，對藍莓組織結構的破壞較為嚴重。

海藻糖-氯化鈣處理組和海藻糖處理組的藍莓滴水損失率顯著低于蒸餾水處理組（P＜0.05）。其原因可能是滲透過程中，海藻糖、海藻糖-氯化鈣溶液的滲透壓較高，與藍莓果實內部產生了濃度差，藍莓組織細胞發(fā)生部分脫水，經凍結后，因藍莓內部水分含量減少，從而使得最大冰晶生成帶的時間縮短，凍結速率較快，冰晶對組織結構的損傷較小。

海藻糖處理組與海藻糖-氯化鈣處理組相比差異不顯著（P＞0.05），從數(shù)據(jù)來看海藻糖-氯化鈣處理組的滴水損失率略高于海藻糖處理組，這可能是因為在解凍過程中，鈣離子的存在導致失水效率大大加強[24]，從而導致加入氯化鈣后滴水損失率較高；也可能是因為海藻糖的加入增加了藍莓的持水性。

2.3 滲透預處理對凍融藍莓色澤的影響

表2 滲透預處理對凍融藍莓色澤的影響Table 2 Effect of osmotic pretreatment on color of freeze thawing blueberry

色澤是評判食品感官質量的重要依據(jù)。從表2可以看出，經凍融處理后的藍莓L*、a*、b*和ΔE值與鮮樣相比均發(fā)生了一定的變化，其中L*值均顯著低于鮮樣（P＜0.05），ΔE值顯著高于鮮樣（P＜0.05），a*值和b*值也有一定的升高。這表明凍融使得藍莓綠色變淺，黃色加深，亮度發(fā)生一定的下降，色差變大，原因可能是在冷凍過程中，冰晶的生成對藍莓的組織結構產生一定破壞[25]，從而使得顏色發(fā)生不良的變化。

3 個處理組之間的a*值沒有顯著性差異（P＞0.05）。在L*值和ΔE值變化方面，蒸餾水處理組顯著區(qū)別于海藻糖處理組和海藻糖-氯化鈣處理組（P＜0.05），而海藻糖處理組與海藻糖-氯化鈣處理組之間并無顯著性差異，這表明了海藻糖的加入可以在一定程度上保持藍莓的色澤，這可能是因為在凍結時，蒸餾水處理組的凍結速率相比于其他兩個處理組較為緩慢，生成的冰晶體體積較大且分布不均勻，對藍莓組織細胞損害較大，從而使色澤劣變嚴重。對于海藻糖處理組和海藻糖-氯化鈣處理組，在滲透過程中由于部分海藻糖和氯化鈣分子進入到藍莓組織內部，可能對色澤起到一定的保護作用[26]，因此色澤變化較小。海藻糖處理組和海藻糖-氯化鈣處理組中，色澤參數(shù)都不存在顯著性差異（P＞0.05），這說明氯化鈣的加入并沒有對色澤提供更好的保護作用。

2.4 滲透預處理對凍融藍莓可溶性固形物質量分數(shù)的影響

圖3 滲透預處理對凍融藍莓可溶性固形物質量分數(shù)的影響Fig. 3 Effect of osmotic pretreatment on soluble solids content of freeze thawing blueberry

由圖3可以看出，不同滲透預處理對凍融藍莓可溶性固形物質量分數(shù)的影響顯著（P＜0.05）。其中蒸餾水處理組藍莓可溶性固形物質量分數(shù)顯著低于鮮樣（P＜0.05），這可能是因為蒸餾水處理組的滲透壓低于藍莓內部組織的滲透壓，導致藍莓組織內部的溶質分子在滲透壓驅動力的影響下，向滲透液中擴散。而海藻糖處理組和海藻糖-氯化鈣處理組藍莓的可溶性固形物質量分數(shù)均高于鮮樣（P＜0.05），這與張芹芹[27]的研究結果類似；原因是滲透液與藍莓組織內部形成濃度差，從而產生一定的滲透壓差，導致一部分海藻糖分子和氯化鈣分子進入到藍莓組織內部，使得藍莓可溶性固形物質量分數(shù)增大。

從圖3還可以看出，與海藻糖處理組藍莓相比，海藻糖-氯化鈣處理組可溶性固形物質量分數(shù)較高。這可能是因為氯化鈣的相對分子質量與海藻糖相比較?。然}相對分子質量為111，海藻糖相對分子質量為342.30），前人的研究表明，隨著溶質分子的分子質量增加，滲透壓減小，質量傳遞速率變小[28]；所以海藻糖-氯化鈣處理組滲透壓較高，導致更多的溶質分子進入到藍莓組織內部，從而使得海藻糖-氯化鈣處理組可溶性固形物質量分數(shù)高于海藻糖處理組。

2.5 滲透預處理對凍融藍莓質構特性的影響

表3 滲透預處理對凍融藍莓質構特性的影響Table 3 Effect of osmotic pretreatment on texture properties of freeze thawing blueberry

質構特性是果蔬品質的重要評判依據(jù)。從表3可以看出，與鮮樣相比，藍莓經凍融后所有質構特性參數(shù)均產生顯著的變化（P＜0.05）。這可能是因為，在凍結過程中，冰晶的形成對藍莓的組織結構造成了破壞，從而使得藍莓的質構特性發(fā)生一定的改變。除了硬度外，各處理組之間在彈性、黏聚性、膠著度、咀嚼度等方面并無明顯的差異。

硬度反映了藍莓從咀嚼到吞咽所需的能量，其數(shù)值越高，藍莓的口感越好。從表3可以看出，蒸餾水和海藻糖處理組與鮮樣藍莓相比硬度分別下降了65.1%和64.0%，表明海藻糖處理組對藍莓硬度的保持略高于蒸餾水處理組，這可能是因為在滲透過程中，由于蒸餾水處理組中的水分子大量擴散到藍莓的組織內部，導致凍結時，最大冰晶生成區(qū)時間較長，產生的冰晶體較大且分布不均，對藍莓組織細胞的損傷較大，從而使得解凍后水分流失較為嚴重，對硬度產生不良影響。

海藻糖-氯化鈣處理組的硬度顯著高于其他兩個處理組（P＜0.05）。一方面，這可能是因為凍結過程中，海藻糖-氯化鈣處理組的最大冰晶生成帶時間最短，生成的冰晶尺寸較小，從而降低了對藍莓組織的機械損傷；另一方面，由于滲透液中含有氯化鈣，滲透過程中一部分氯化鈣分子進入藍莓組織內部，與果膠類物質反應增加了硬度[29]。

2.6 滲透預處理對凍融藍莓花色苷含量的影響

圖4 滲透預處理對凍融藍莓花色苷含量的影響Fig. 4 Effect of osmotic pretreatment on the content of anthocyanins in freeze thawing blueberry

花色苷含量是藍莓中一項重要的營養(yǎng)指標。由圖4可知，經凍融后，藍莓的花色苷含量較鮮樣顯著降低（P＜0.05），這可能是因為凍結過程中冰晶的生成對花色苷造成一定的損害。

從圖4還可以看出，海藻糖-氯化鈣處理組花色苷含量顯著高于蒸餾水和海藻糖處理組（P＜0.05），這可能是因為氯化鈣的添加對藍莓的花色苷產生一定的保護作用，而海藻糖處理組與蒸餾水處理組花色苷的含量并無顯著差異（P＞0.05），說明在滲透-凍融過程中，蒸餾水處理組與海藻糖處理組對花色苷的保護效果差別不大。

2.7 滲透預處理對凍融藍莓水分分布的影響

圖5 滲透預處理對凍融藍莓的橫向弛豫時間T2的影響Fig. 5 Effect of osmotic pretreatment on transverse relaxation time T2 of freeze thawing blueberry

LF-NMR的原理是原子核在外加磁場的作用下產生一定的振動并發(fā)生能級躍遷，它的一個重要應用就是能夠快速且無損測定食品中水分的動態(tài)信息[30-31]。其橫向弛豫時間T2能夠反映出水分的流動性，T2值越小表明水分與組織結合得越緊密，流動性越差，T2值越大則表明流動性越好，峰面積能夠反映水分含量的高低。圖5是不同預處理組藍莓的T2反演圖譜，經凍融后，滲透處理組藍莓與鮮樣相比，橫向弛豫時間T2均發(fā)生了一定的左移，且峰面積變小，這可能是因為凍結過程中冰晶的形成對藍莓組織結構造成了一定的機械損傷，從而使得部分自由水流失。

表4 滲透預處理對凍融藍莓橫向弛豫時間T2及峰面積S的影響Table 4 Effect of osmotic pretreatment on transverse relaxation time T2 and peak area S of freeze thawing blueberry

一般認為T21、T22、T23分別為細胞壁水、細胞質水和液泡水[32]。由表4可知，經凍融后，3 個處理組凍融藍莓與鮮樣相比，T21、T22、T23值均顯著下降（P＜0.05），表明藍莓經滲透-凍融處理后，藍莓果實中水的流動性變差。蒸餾水、海藻糖、海藻糖-氯化鈣處理組的T23值分別為180.23、100.65、165.65 ms，可以看出海藻糖處理組的T23值顯著低于另外兩個處理組（P＜0.05），并且海藻糖處理組T21和T22值也在一定程度上低于另外兩組。從表4還可以看出，所有滲透處理組與鮮樣相比，S23均有一定程度的下降，S22均有一定程度的上升，這表明解凍后滲透處理組的藍莓水分從液泡向細胞質進行了遷移，這可能是因為在凍結過程中，冰晶的生成對液泡膜造成了一定的損壞，導致水分從液泡流向細胞質，從而使得一部分水分從果肉中滲出，這樣就產生了滴水損失。

3 結 論

在藍莓的凍結過程中，海藻糖-氯化鈣處理組相變時間顯著短于其他3 組，表明該處理方式可以提高藍莓在凍結過程中的相變速率，對凍結藍莓的品質具有很好的保持作用。海藻糖、海藻糖-氯化鈣處理組藍莓的可溶性固形物質量分數(shù)均高于鮮樣，說明在滲透的過程中，藍莓與滲透液發(fā)生了質量交換，滲透液中的溶質進入到藍莓內部。在凍融處理后，藍莓的硬度、花色苷含量都有一定程度的下降，主要是由于凍結過程中，藍莓的組織結構遭到冰晶的破壞，細胞內容物流出。水分分布方面表明藍莓經滲透-凍融處理后，藍莓果實中水的流動性變差。綜合以上結果的分析，海藻糖-氯化鈣預處理更有利于藍莓凍藏過程中品質的保持。本實驗初步對藍莓的生理及物性指標進行了測定，后續(xù)將進一步對滲透處理藍莓的感官品質進行深入研究。