楊丹璐 施 依 吳金鴻 葛 宇 李向紅 汪少蕓

(1. 上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院食品科學(xué)與工程專業(yè)，上海 200240；2. 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200233；3. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)與食品工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114；4. 福州大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，福建 福州 350108)

南瓜是一種葫蘆科植物，被認(rèn)為是類胡蘿卜素、抗壞血酸的極好來源，其分別是維生素A和維生素C的前體物質(zhì)。同時(shí)南瓜還是維生素E、鉀離子、鈣離子、膳食纖維、氨基酸和酚類化合物的良好來源[1]，并具有低鈉、低脂、低卡路里的特點(diǎn)[2-3]。國(guó)內(nèi)外已有許多研究[4-6]表明南瓜具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗腫瘤、降血糖、降血脂等作用，能夠有效減少糖尿病、癌癥、心血管疾病等高危疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)，是一種極具開發(fā)價(jià)值的植物。但是目前主要的消費(fèi)形式仍是作為新鮮蔬菜食用，存在易腐爛、難運(yùn)輸、季節(jié)性等問題，而開發(fā)南瓜深加工產(chǎn)品可以很好地解決這些問題。

在中國(guó)，常見的南瓜深加工產(chǎn)品及研究主要集中在南瓜粉、南瓜餅、南瓜脯、南瓜汁及南瓜飲料等[7]，而對(duì)南瓜泥的研究相對(duì)較為少見。國(guó)外已有研究[8]顯示南瓜泥可以保留大部分南瓜原有的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，并且除直接食用外，還能夠作為中間產(chǎn)物進(jìn)一步生產(chǎn)其他產(chǎn)品，極具開發(fā)前景。由于含水量高、酸度低，南瓜泥在貯藏過程中極易受到微生物影響而發(fā)生變質(zhì)，采用熱處理、超高壓等方式進(jìn)行滅菌處理可以減少其變質(zhì)，但會(huì)造成較大的營(yíng)養(yǎng)損失[9-10]。凍藏是保存南瓜泥營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較好的一種加工方式，已有關(guān)于南瓜辣椒復(fù)配果醬[11]、鱷梨泥[12]等冷凍貯藏的研究，但未見關(guān)于冷凍過程南瓜泥品質(zhì)調(diào)控的研究報(bào)道。

南瓜泥是一種不均一的兩相體系，穩(wěn)定性較差，因此在凍融及凍藏儲(chǔ)存過程中容易出現(xiàn)固體收縮、水分析出現(xiàn)象，造成固相與液相分層，形成析水，降低南瓜泥的食用品質(zhì)。研究[13]表明，新添加抗凍劑可減弱這種不利影響。果膠、膠原肽與海藻糖已被證實(shí)具有冷凍保護(hù)作用[14-16]，在前期預(yù)試驗(yàn)中以析水率為指標(biāo)已篩選得到一種由果膠、膠原肽、海藻糖組成的新型復(fù)配抗凍劑配方。試驗(yàn)擬向速凍南瓜泥中添加復(fù)配抗凍劑，研究其對(duì)速凍南瓜泥的品質(zhì)和結(jié)構(gòu)影響，并探究抗凍劑的冷凍保護(hù)作用機(jī)理，以期延長(zhǎng)南瓜泥貨架期并提高其冷凍穩(wěn)定性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

南瓜：艾瑞吉小南瓜，上海艾妮維農(nóng)產(chǎn)品專業(yè)合作社；

果膠：食品級(jí)，浙江博丹衡食品配料有限公司；

膠原肽：食品級(jí)，嘉利達(dá)(遼源)明膠有限公司；

海藻糖：食品級(jí)，日本林源株式會(huì)社；

試劑均為分析純。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

料理一體機(jī)：UM 130型，德國(guó)Stephan公司；

納米粒度zeta電位儀：NanoBrook Omni型，美國(guó)布魯克海文儀器公司；

質(zhì)構(gòu)儀：Universal TA型，上海騰拔儀器科技有限公司；

色差儀：Labscan XE型，美國(guó)HunterLab公司；

掃描電子顯微鏡：Sirion 200型，美國(guó)FEI公司；

激光共聚焦顯微鏡：TCS SP8 STED 3X型，德國(guó)徠卡公司。

1.2 方法

1.2.1 速凍南瓜泥制備 挑選無霉變、無機(jī)械損傷、完全成熟的南瓜作為原料，洗凈，去皮，去瓤，切塊。南瓜塊投入料理一體機(jī)中，開啟鋸齒刀斬拌并加熱至95 ℃，保溫5 min 使之熟化呈泥狀，投入復(fù)配抗凍劑(果膠0.1%+膠原肽0.2%+海藻糖2%)，加壓升溫至120 ℃保持10 min殺菌，冷卻出料。將南瓜泥分為120 g/包，真空密封，于(-36±2) ℃速凍柜速凍2 h，(-20±2) ℃冰箱凍藏0～4周后，于室溫解凍2 h，進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。添加抗凍劑的速凍南瓜泥記為試驗(yàn)組；以不添加抗凍劑的速凍南瓜泥作為空白對(duì)照，記為空白組。

1.2.2 速凍南瓜泥穩(wěn)定性測(cè)定

(1) 析水率(water separation proportion，WSP)：根據(jù)文獻(xiàn)[13]修改如下：取10 g解凍的南瓜泥樣品裝入離心管中(離心管質(zhì)量為m1)，稱得總重為m2，6 000 r/min離心30 min，除去上清液，離心管與沉淀物稱重為m3，結(jié)果取3次平行試驗(yàn)的平均值。按式(1)計(jì)算析水率：

(1)

式中：

PWS——析水率，%；

m1——離心管質(zhì)量，g；

m2——離心管與南瓜泥總質(zhì)量，g；

m3——離心管與沉淀物總質(zhì)量，g。

(2) 粒徑：參照文獻(xiàn)[17]34。

(3) Zeta電位值：參照文獻(xiàn)[17]26。

1.2.3 速凍南瓜泥品質(zhì)測(cè)定

(1) 質(zhì)構(gòu)：參照文獻(xiàn)[18]。

(2) 色度：參照文獻(xiàn)[19]。

(3) 可溶性固形物含量：用手持糖度儀測(cè)定。

1.2.4 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察 取少量南瓜泥樣品進(jìn)行冷凍干燥，切取干燥的樣品5×5×5 mm3，噴鉑后使其具有導(dǎo)電性，處理后的樣品在200～800倍的放大范圍內(nèi)進(jìn)行觀察、記錄和拍照。

1.2.5 激光共聚焦顯微鏡(CLSM)觀察 使用羅丹明(濃度為1 mg/100 g)和異硫氰酸熒光素(濃度為10 mg/100 g)混合液作為染色劑。取50 μL南瓜泥滴加在載玻片上，再滴加5 μL染色劑，靜置10 min使其反應(yīng)，處理后的樣品在熒光模式下進(jìn)行觀察、記錄和拍照。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS 21.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，用ANOVA分析各組結(jié)果間的差異顯著性，P<0.05表示有顯著差異，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗凍劑對(duì)速凍南瓜泥析水率、粒徑、Zeta電位值的影響

由表1可知，隨著凍藏時(shí)間的增加，南瓜泥析水率增加，表明固液相分離趨勢(shì)增大，穩(wěn)定性與品質(zhì)下降。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，凍藏相同時(shí)間的試驗(yàn)組南瓜泥析水率顯著低于空白組，與Rodriguez-Marin等[13]觀察結(jié)果一致，凍藏過程中果泥的析水率升高，而添加冷凍保護(hù)劑將會(huì)抑制這種趨勢(shì)。凍藏過程中冰晶的重結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷。果膠能夠在速凍南瓜泥中形成凝膠網(wǎng)絡(luò)固定水分子，而膠原肽與海藻糖含有大量羥基等親水基團(tuán)，可以結(jié)合體系中的水與大分子，減少體系中的游離水含量，降低凍藏過程中的冰晶重結(jié)晶，改善析水現(xiàn)象，有效提高速凍南瓜泥穩(wěn)定性。

表1 抗凍劑對(duì)速凍南瓜泥析水率、粒徑、Zeta電位的影響?Table 1 Influence of antifreezes on WSP, particle size and zeta potential value of quick-frozen pumpkin puree during frozen storage (n=3)

泥醬類體系中顆粒粒徑越小，顆粒的沉降速度越慢，則該體系穩(wěn)定性越高。隨著凍藏時(shí)間的增加，南瓜泥平均粒徑有所增加，表明體系穩(wěn)定性降低，原因可能是部分顆粒發(fā)生聚集沉降現(xiàn)象。凍藏4周的試驗(yàn)組平均粒徑顯著小于空白組，表明抗凍劑的添加有助于提高體系穩(wěn)定性，可能是由于抗凍劑的添加提高了體系的空間位阻，使得顆粒分布更均勻，阻止顆粒聚集沉降。

表1顯示南瓜泥體系中的Zeta電位為負(fù)值，說明南瓜泥顆粒帶負(fù)電荷。隨著凍藏時(shí)間的增加，南瓜泥Zeta電位絕對(duì)值下降，表示體系中顆粒間的相互排斥力減小，穩(wěn)定性降低，顆粒傾向于聚集，與粒徑觀測(cè)結(jié)果一致。凍藏相同時(shí)間，試驗(yàn)組Zeta電位絕對(duì)值顯著高于空白組，表示抗凍劑的添加能夠提高體系穩(wěn)定性，防止顆粒聚集。由于空間位阻、氫鍵與電荷是決定Zeta電位值大小的重要因素[17]30-31，抗凍劑中的果膠為陰離子多糖，帶負(fù)電荷，可以與南瓜泥中的大分子結(jié)合提供負(fù)表面電荷，同時(shí)果膠碳鏈較長(zhǎng)，且能夠形成凝膠結(jié)構(gòu)，有助于提高顆粒間的空間位阻，在顆粒間提供更高的能壘，從而增大體系中顆粒間靜電排斥力，進(jìn)而提高速凍南瓜泥穩(wěn)定性。

2.2 抗凍劑對(duì)速凍南瓜泥色度的影響

由表2可知，隨著凍藏時(shí)間的增加，空白組南瓜泥L*值略微下降(亮度變暗)，與Gliemmo等[19]觀察到的結(jié)果一致，主要是由于凍藏期間發(fā)生了非酶促褐變反應(yīng)以及β-胡蘿卜素的氧化和異構(gòu)化，而試驗(yàn)組南瓜泥在4周時(shí)間內(nèi)未觀察到顯著性變化?？瞻捉M和試驗(yàn)組的a*值均有顯著性下降，而b*值有不顯著的略微下降，表明南瓜泥在凍藏過程中出現(xiàn)紅色和黃色的損失，且紅色損失高于黃色，Gliemmo等[20]也觀察到類似結(jié)果，分析這主要是由于β-胡蘿卜素具有高度不飽和結(jié)構(gòu)而不穩(wěn)定，發(fā)生氧化反應(yīng)導(dǎo)致降解，進(jìn)而失去顏色。同時(shí)，由表2還可以發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組的L*值低于空白組，a*值、b*值高于空白組，可能是由于添加的果膠為黃褐色粉末，同時(shí)添加海藻糖與膠原肽增加了體系中可溶性糖含量和氨基酸含量，可能會(huì)在凍藏期間加劇褐變，導(dǎo)致亮度更暗、顏色偏紅黃。

表2 抗凍劑對(duì)速凍南瓜泥色度的影響?Table 2 Influence of antifreezes on color of quick-frozen pumpkin puree during frozen storage (n=3)

L*值、a*值、b*值的下降導(dǎo)致速凍南瓜泥的△E值隨著凍藏時(shí)間的增加而升高，但是有研究[21]指出在許多產(chǎn)品的視覺感知中，△E值>2才能產(chǎn)生顯著差異，因此試驗(yàn)中的速凍南瓜泥凍藏4周期間不會(huì)產(chǎn)生肉眼可觀察到的顏色變化。凍藏相同時(shí)間的試驗(yàn)組△E小于空白組，表明抗凍劑能抑制速凍南瓜泥在凍藏過程中的顏色降解程度，提高產(chǎn)品品質(zhì)，具有冷凍保護(hù)作用。

2.3 抗凍劑對(duì)速凍南瓜泥質(zhì)構(gòu)、可溶性固形物含量的影響

由表3可知，隨凍藏時(shí)間的增加，速凍南瓜泥硬度下降，可能是由于南瓜泥出現(xiàn)析水現(xiàn)象，進(jìn)行相同程度的壓縮所需的力更小。同時(shí)可以觀察到內(nèi)聚性隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，表明南瓜泥內(nèi)部凝聚性下降，與硬度觀測(cè)結(jié)果一致，呈現(xiàn)體系品質(zhì)下降的趨勢(shì)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組南瓜泥硬度下降程度為7.57%，小于空白組的(12.92%)，凍藏相同時(shí)間的試驗(yàn)組內(nèi)聚性顯著高于空白組，表明抗凍劑的添加有利于提高南瓜泥品質(zhì)穩(wěn)定性。

由表3還可知，可溶性固形物含量隨凍藏時(shí)間的增

表3 抗凍劑對(duì)速凍南瓜泥質(zhì)構(gòu)特性、可溶性固形物含量的影響?Table 3 Influence of antifreezes on texture parameters and total soluble solid of quick-frozen pumpkin puree during frozen storage (n=3)

加逐漸下降，可能是由于凍藏過程中發(fā)生褐變反應(yīng)而消耗部分糖，導(dǎo)致總糖含量下降[22]。凍藏相同時(shí)間的試驗(yàn)組可溶性固形物含量高于空白組，同時(shí)凍藏4周后試驗(yàn)組下降幅度為6.83%，小于空白組的(15.07%)，可能是因?yàn)榧尤牒Ｔ逄鞘乖囼?yàn)組可溶性固形物含量提升，而且抗凍劑具有冷凍保護(hù)作用，減緩凍藏過程中品質(zhì)下降。

2.4 SEM觀察

南瓜泥主要由細(xì)胞碎片與糖、淀粉、可溶性果膠和纖維混合在一起，懸浮于連續(xù)相中，與番茄醬類似，有研究[23]表明番茄醬體系能形成比較松散的果膠網(wǎng)狀物，但顆粒間作用很弱，難以從SEM圖像上觀察到明顯的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。如圖1所示，南瓜泥也呈片層狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，但難以觀察到明顯的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中的空洞是由冰晶升華后造成的，在凍藏過程中游離水會(huì)發(fā)生結(jié)晶、重結(jié)晶而產(chǎn)生大的冰晶顆粒，并由此給南瓜泥結(jié)構(gòu)帶來不可逆的損壞，導(dǎo)致解凍后水分析出?？瞻捉M南瓜泥表面較粗糙，重疊在一起，不規(guī)則分布，沒有連續(xù)性；凍藏4周后表面更為粗糙，且出現(xiàn)更多空洞，以及明顯的斷裂絲狀結(jié)構(gòu)，表明在凍藏過程中南瓜泥體系中產(chǎn)生了大冰晶，對(duì)結(jié)構(gòu)造成了較大損傷。試驗(yàn)組南瓜泥表面相對(duì)平整光滑，體系分布較為連續(xù)；凍藏4周后表面變得粗糙，但是未發(fā)現(xiàn)明顯斷裂結(jié)構(gòu)，空洞較空白組少，表明凍藏對(duì)結(jié)構(gòu)的損害作用較小。這可能是由于抗凍劑有親水性基團(tuán)的存在，能夠加強(qiáng)分子與南瓜泥樣品之間的結(jié)合能力，增強(qiáng)樣品整體的穩(wěn)定性。

圖1 速凍南瓜泥SEM觀察圖像Figure 1 Observation of quick-frozen pumpkin puree during frozen storage

2.5 CLSM觀察

由圖2可知，大分子呈顆粒狀分散在整個(gè)南瓜泥體系中，凍藏0周時(shí)顆粒較為分散，分布均勻。凍藏4周后，空白組南瓜泥中顆粒出現(xiàn)一定程度的聚集，其中出現(xiàn)大面積無顆粒填充的黑色空洞，可能是凍藏過程中形成的大冰晶解凍后形成，與SEM觀察結(jié)果一致，大冰晶融化形成的空洞將對(duì)南瓜泥結(jié)構(gòu)造成一定損傷。凍藏過程中由于體系中顆粒出現(xiàn)聚集，將導(dǎo)致平均粒徑的增大以及沉降趨勢(shì)的增大，對(duì)體系穩(wěn)定性帶來不利影響。試驗(yàn)組也觀察到類似現(xiàn)象，凍藏4周出現(xiàn)少量聚集現(xiàn)象，但明顯優(yōu)于空白組，大分子分布仍較為均勻，表明加入抗凍劑能改善凍藏過程中的南瓜泥結(jié)構(gòu)損傷，提高體系穩(wěn)定性，對(duì)南瓜泥存在冷凍保護(hù)作用。

圖2 速凍南瓜泥CLSM觀察圖像Figure 2 Observation of quick-frozen pumpkin puree during frozen storage

3 結(jié)論

通過在速凍南瓜泥中加入復(fù)配抗凍劑(果膠0.1%+膠原肽0.2%+海藻糖2%)，可顯著提升速凍南瓜泥在凍藏過程中的穩(wěn)定性并減緩品質(zhì)劣化趨勢(shì)，主要體現(xiàn)在減緩析水率、平均粒徑的升高趨勢(shì)以及L*值、a*值、b*值、硬度、內(nèi)聚性、可溶性固形物含量、Zeta電位絕對(duì)值的降低趨勢(shì)，并且能夠有效保護(hù)速凍南瓜泥的超微結(jié)構(gòu)，提高大分子分布的均勻性。綜上所述，抗凍劑的添加對(duì)速凍南瓜泥的品質(zhì)具有較大影響，其機(jī)理可能是通過抗凍劑的親水基團(tuán)與游離水結(jié)合，減少凍藏過程中的大冰晶對(duì)整體結(jié)構(gòu)及大分子構(gòu)象的破壞作用，同時(shí)通過分子間作用力與空間位阻作用提高體系內(nèi)的靜電排斥力，阻止顆粒聚集，提高體系穩(wěn)定性，增強(qiáng)速凍南瓜泥品質(zhì)。后續(xù)可加強(qiáng)有關(guān)速凍南瓜泥加工工藝以及微生物指標(biāo)變化的研究。