馮欣欣，劉幫迪，楊雪峰，金柱鋒，童 穎，江利華

（1.河北工程大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院，北京100125；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后處理重點實驗室，北京 100121；4.杭州創(chuàng)灶莓滿科技有限公司，浙江 杭州 310000；5.浙江藍美生物技術(shù)有限公司，浙江 紹興 312000）

藍莓（Vacciniumspp.）是杜鵑花科越橘屬多年生低灌木，果實富含多酚、花青素、抗壞血酸等生物活性物質(zhì)，具有改善視力、增強免疫力、抗癌、抗氧化、抗衰老等多種醫(yī)療保健價值，被譽為“漿果之王”。20世紀(jì)80年代，藍莓首次被引種到我國，近年來在我國栽培面積和產(chǎn)量得到大幅提升，2011—2021年藍莓種植面積從1.2萬hm2增長至8.77萬hm2，2021年我國藍莓產(chǎn)量高達49.95萬t，已逐步成為我國常見日銷水果[1-2]。藍莓是一種典型的季節(jié)性水果，大部分藍莓品種集中在6—8月成熟，時值夏季高溫多雨季節(jié)，受田間熱的影響，容易導(dǎo)致果實呼吸旺盛、表皮殘留水分，極易遭受微生物的侵染[3]，這也導(dǎo)致新鮮藍莓貯藏周期很短。大量研究指出，藍莓在實驗室低溫貯藏條件下的保鮮期最長僅有不到2周[4]。因此，除了極少部分鮮食藍莓進行直接銷售和短期保鮮外，大多數(shù)藍莓均經(jīng)過冷凍初級加工后進行凍藏，等待后續(xù)加工、儲運和銷售。據(jù)美國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計，美國95%以上機械化生產(chǎn)的藍莓、蔓越莓均通過冷凍技術(shù)進行貯藏。

冷凍技術(shù)是延長藍莓貯藏周期的最重要方式，冷凍處理可以抑制微生物的生長繁殖、果實酶活性和易損營養(yǎng)物質(zhì)的氧化反應(yīng)[5]，極大程度地保持藍莓的感官、食用、銷售和可加工品質(zhì)。在產(chǎn)業(yè)加工上，藍莓多采用普通緩凍（-18～-10℃）的方式進行凍結(jié)，但藍莓是一種典型的大細胞漿果，細胞組織中含水量較高，自由水比例也相應(yīng)較高，冷凍過程中細胞溶液水分凝結(jié)成冰晶[6]，導(dǎo)致凍融后果品的質(zhì)地、色澤、營養(yǎng)風(fēng)味等劣變，不能達到加工標(biāo)準(zhǔn)和食用需求。

脫水冷凍是一種新型的果蔬凍結(jié)貯藏方式，是指先采用不同的物理方式對果蔬進行預(yù)脫水處理，除去果蔬中極少量水分后再進行冷凍，可以提高凍結(jié)速率，使凍結(jié)物料形成的冰晶更細小，降低冷凍冰晶對果蔬細胞組織的損傷破壞[7]。張雅麗等[8]以串枝紅杏為試材，選擇傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥、低溫真空干燥、滲透脫水和冷凍干燥4種不同的脫水預(yù)處理方式對杏果實凍融化后的食用品質(zhì)和加工性能影響進行研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過低溫真空干燥脫水預(yù)處理凍融加工成杏干后，產(chǎn)品在色澤和質(zhì)地上優(yōu)于其他組別。Fong-in等[9]發(fā)現(xiàn)：利用超聲波對荔枝脫水后可以提高荔枝脫水過程中的傳質(zhì)速率，并保持了荔枝在凍融過程中的品質(zhì)，降低了微生物負(fù)荷，使荔枝果實的硬度、可溶性固形物等指標(biāo)得到提高。目前，脫水冷凍技術(shù)已在芒果[10]、獼猴桃[11]、胡蘿卜[12]等果蔬中得到廣泛應(yīng)用，并且有效提升了冷凍果蔬的品質(zhì)。

滲透脫水作為冷凍前的一種預(yù)處理方式，主要通過減少果蔬中的水分含量改變水態(tài)分布，從而保護果蔬的質(zhì)地、色澤等品質(zhì)，增強其營養(yǎng)特性[13]。在滲透脫水過程中，主要涉及兩個物理過程：一是果蔬細胞組織中的水向外滲出；二是外源高滲溶液中的溶質(zhì)滲透到細胞組織中[14]。但藍莓是一種表皮具有蠟質(zhì)層的漿果，而表皮蠟質(zhì)層會阻斷滲透過程中水和溶質(zhì)的傳導(dǎo)，部分研究提出應(yīng)使用一些外源物理手段輔助藍莓滲透脫水的過程。Alfaro等[15]指出：藍莓在液氮中預(yù)處理10 s可增加藍莓表皮的滲透性，有利于藍莓滲透脫水過程中水分子和糖分子的擴散，從而提高藍莓的品質(zhì)。

上述藍莓滲透脫水輔助技術(shù)的研究主要集中在藍莓果脯、果干的加工中，但對于滲透脫水增強冷凍融化藍莓品質(zhì)的研究較少。本試驗以藍莓為研究對象，研究靜置滲透脫水和超聲波輔助滲透脫水兩種滲脫方式對藍莓長時間凍藏和融化后品質(zhì)的影響，以期為冷凍藍莓加工產(chǎn)業(yè)技術(shù)的更新提供基礎(chǔ)的理論數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

新鮮藍莓：直接從北京郊區(qū)采摘園采摘，未經(jīng)過冷藏保鮮。

果糖-葡萄糖溶液：廣州雙橋有限公司；花青素檢測試劑盒：上海信帆生物科技有限公司；POD試劑盒：南京建成生物工程研究所；聚乙二醇（Polyethlene glycol,PEG）、聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinyl pyrrolidone,PVP）、乙酸鈉、三水化合物、鄰苯二酚、Triton X-100、冰乙酸：上海麥克林生化科技有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

LQ-C5002實驗室精密電子天平：深圳市飛亞衡器有限公司；TGL-16gR高速冷凍離心機：上海安亭科學(xué)儀器廠；Rapid-TA質(zhì)構(gòu)儀：上海騰拔儀器科技有限公司；UV-2100紫外可見分光光度計：上?；茖嶒炂鞑挠邢薰荆籔AL-1糖度儀：浙江托普儀器有限公司；DW-86L388J低溫保存冰箱：青島海爾醫(yī)療股份有限公司；BC/BD-300DT調(diào)溫冷藏箱：美菱股份有限公司；A 11 basic液氮研磨機：廣州IKA公司；NR110色差儀：3NH科技有限公司；Nikon D800相機：日本尼康公司；YET-610熱電偶測溫記錄儀：興化市蘇瑪電器儀表有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品的制備及處理

選擇大小一致、外觀無物理損傷的藍莓果實，用清水清洗干凈并瀝干。試驗設(shè)置4個組別，其中普通緩凍組（CK組）、超低溫速凍組（QF組）為對照組，靜置滲透脫水冷凍處理組（OD組）、超聲滲透脫水冷凍處理組（UOD組）為試驗組。

CK組：將新鮮藍莓用聚乙烯包裝袋密封包裝后置于-18℃冰箱冷凍。每袋藍莓200 g，共3袋，下同。

QF組：將新鮮藍莓用聚乙烯包裝袋密封包裝后置于-80℃冰箱冷凍，待樣品完全凍結(jié)后轉(zhuǎn)入-20℃冰箱中保存。

OD組：使用針頭對單個新鮮藍莓進行穿刺，每個藍莓穿刺3個孔，深度為3 mm左右（針頭型號為4.5號），然后將其置于料液比1∶3（g/mL）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的果糖-葡萄糖溶液中滲透脫水6 h（滲透脫水條件為前期預(yù)試驗得出結(jié)果），完成后用蒸餾水清洗果實表面糖液，并用紙巾小心拭干表面水分，之后用聚乙烯包裝袋密封包裝后放入-18℃冰箱中保存。

UOD組：使用與OD組相同的處理方法將新鮮藍莓穿刺后放入燒杯（樣品和滲透溶液的比例為1∶3）中，然后將其置于25℃、超聲頻率40 kHz條件下超聲波輔助滲透脫水2 h（超聲滲透脫水條件為前期預(yù)試驗得出結(jié)果），完成后用蒸餾水清洗果實表面糖液，并用紙巾小心拭干表面水分，之后用聚乙烯包裝袋密封包裝后放入-18℃冰箱中保存。

各組藍莓凍藏1個月后取出，于（25±0.5）℃室溫下解凍4 h后進行各項指標(biāo)的測定。

1.2.2 凍結(jié)曲線的繪制

使用YET-610熱電偶測溫記錄儀進行測定。將探針插入藍莓物料中心，同時放入冰箱并記錄溫度變化，待溫度下降至-18℃時停止監(jiān)測。QF組每隔3 s記錄1次數(shù)據(jù)，其他組每隔1 min記錄1次數(shù)據(jù)。

1.2.3 測定項目與方法

1.2.3.1 汁液流失率

參考陳童等[16]的方法測定。藍莓從冰箱中取出后稱重并記錄，室溫下解凍4 h后小心拭去表面水分再次稱重，每組重復(fù)測試5次。按照下列公式計算汁液流失率。

式中：m1為解凍前樣品質(zhì)量，g；m2為解凍后樣品質(zhì)量，g。

1.2.3.2 硬度

凍融后藍莓質(zhì)構(gòu)用Rapid-TA質(zhì)構(gòu)儀進行測定。測定條件：探頭型號為P/10柱形探頭；模式為TPA；壓縮量為30%；測試速率為1 mm/s；觸發(fā)點負(fù)荷為100 g。每組樣品選取15個果實進行測定。

1.2.3.3 色澤

使用色差儀對不同組別和新鮮藍莓樣品的色澤參數(shù)（L*、a*、b*值）進行測定。其中L*代表亮度值，a*代表紅綠值，b*代表黃藍值。

1.2.3.4 可溶性固形物含量

使用PAL-1糖度儀進行測定。取20 g藍莓果實，用紗布包裹擠壓出汁，測定汁液中的可溶性固形物含量。

1.2.3.5 花青素含量

使用花青素檢測試劑盒進行測定。

1.2.3.6 過氧化物酶（POD）活性

使用POD試劑盒進行測定。

1.2.3.7 多酚氧化酶（PPO）活性

參考劉幫迪等[17]的方法，并稍作修改。以每克鮮重藍莓果實樣品每分鐘吸光度變化增加1時為1個多酚氧化物酶活性單位，以ΔOD420/（min·g）表示。重復(fù)測定3次。

式中：△OD420為反應(yīng)混合液的吸光度變化值；△t為酶促反應(yīng)時間，min；V為樣品提取液總體積，mL；Vs為測定時所取樣品提取液體積，mL；m為樣品質(zhì)量，g。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)為多次測定后的平均值，采用SPSS中ANOVA及Duncan’s對不同處理組之間的差異進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 脫水預(yù)處理對藍莓冷凍性能的影響

速凍是一種使食品快速凍結(jié)的保藏方法，它可以使物料迅速通過最大冰晶生成帶，當(dāng)凍結(jié)速率越快時，冰晶形成的冰核越細小，從而對凍結(jié)物料的品質(zhì)影響越小[18]。物料的凍結(jié)曲線可以分為3個階段：預(yù)冷階段（4～0℃）、相變階段（-1～-5℃）和低溫冷卻階段（-5～-18℃）[19]。如圖1所示，藍莓在不同處理方式下的凍結(jié)曲線中，QF組凍結(jié)速率最快，總凍結(jié)時間最短，其次依次為OD、UOD、CK組。由圖1中還可以看出，各處理組在凍結(jié)過程中出現(xiàn)了過冷現(xiàn)象。大量的試驗結(jié)果證明，過冷是果蔬冷凍結(jié)晶過程中一種常見的熱物理學(xué)特性，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與冰核的生長速率、物料的尺寸大小、環(huán)境溫度等相關(guān)[20]。藍莓過冷和凍結(jié)過程各階段的相關(guān)參數(shù)如表1所示。在預(yù)冷階段，各處理組的預(yù)冷時間存在明顯的差異，其中CK組的預(yù)冷時間最長。CK、QF、OD、UOD處理組的相變時間分別為1 202.60、436.60、856.40、989.00 s，QF組相變時間最短，UOD組和OD組的相變時間比CK組分別縮短了28.8%和17.8%。這說明滲透脫水預(yù)處理縮短了藍莓的相變時間，可以更快地通過最大冰晶帶，形成細小的冰晶，減少對細胞組織結(jié)構(gòu)的破壞?？們鼋Y(jié)時間的排序為：CK＞UOD＞OD＞QF。

圖1 不同處理下藍莓果實的凍結(jié)曲線Fig.1 Freezing curves of blueberry fruits under different treatments

表1 不同處理方式下藍莓果實冷凍參數(shù)Table 1 Freezing parameters of blueberry fruits under different treatments 單位：s

2.2 脫水預(yù)處理對凍融后藍莓果實汁液流失率的影響

汁液流失現(xiàn)象是冷凍物料在凍藏融化后最明顯的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象極大地影響食品的食用加工品質(zhì)，并使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)隨汁液流失大量流出。與緩凍技術(shù)相比，速凍技術(shù)可以更好地抑制汁液流失[21]。細胞持水能力的強弱與汁液流失率相關(guān)，汁液流失率越低，細胞持水能力較強，證明了果蔬細胞受冷凍冰晶的破壞越小，凍融后的果蔬口感越佳、品質(zhì)越好。脫水預(yù)處理對藍莓汁液流失率的影響如圖2所示。QF組的汁液流失率最低，約為1.74%，這是因為QF組在超低溫下凍結(jié)，其凍結(jié)速率快，形成的冰晶體細小且能夠均勻地分布在細胞組織中，在解凍時可減少汁液的流失。OD組的汁液流失率顯著低于CK組（P＜0.05），這是由于糖分子的滲入可作為冷凍保護劑進入藍莓組織內(nèi)部，對藍莓果實組織中的水分子起到了一定的束縛作用，增強了藍莓果實的持水力[22]。UOD組的汁液流失率與CK組之間無顯著性差異，可能是超聲波輔助脫水雖然加速了傳質(zhì)，提高了脫水效率（OD組滲透脫水時間6 h，UOD組滲透脫水時間2 h），但是使藍莓細胞組織結(jié)構(gòu)遭到破壞。Zhang等[23]研究表明，受超聲波的影響，櫻桃番茄的細胞壁結(jié)構(gòu)變得疏松，細胞會形成微孔通道，造成組織內(nèi)孔隙增大，降低細胞持水能力。

圖2 脫水預(yù)處理對藍莓果實汁液流失率的影響Fig.2 Effects of dehydration pretreatments on drip loss of blueberry fruits

2.3 脫水預(yù)處理對凍融后藍莓果實硬度的影響

硬度是衡量凍融后藍莓品質(zhì)的一項重要指標(biāo)。由圖3可以看出，CK組和UOD組果實的硬度無顯著性差異，但均顯著低于QF組和OD組（P＜0.05），這主要是由于冷凍前預(yù)處理和冷凍對藍莓細胞造成了較大的損傷，藍莓細胞中果膠降解，凍融后使藍莓細胞壁中鈣離子流失，支撐細胞的物理強度下降，導(dǎo)致凍融后藍莓硬度下降[24]。OD組果實硬度較CK組提高了23.64 g，二者間呈顯著性差異（P＜0.05）。這說明靜置滲透脫水預(yù)處理（OD處理）對藍莓果實細胞的破壞力更小，且糖分子進入到細胞組織內(nèi)部有利于藍莓果實硬度的保持。

圖3 脫水預(yù)處理對藍莓果實硬度的影響Fig.3 Effects of dehydration pretreatments on firmness of blueberry fruits

2.4 脫水預(yù)處理對凍融后藍莓果實色澤的影響

藍莓樣品凍融后果肉色澤的變化如表2和圖4所示。試驗發(fā)現(xiàn)：新鮮藍莓果肉顏色偏黃，亮度高。經(jīng)過凍融后，CK組的藍莓果肉中出現(xiàn)明顯的褐變現(xiàn)象，通過L*值可以看出，CK組明顯高于OD和UOD組。這是因為CK組藍莓在冷凍、解凍過程中因溫度的波動變化細胞被破壞，細胞內(nèi)易褐變物質(zhì)接觸氧氣和相關(guān)酶的可能性加大，導(dǎo)致酶促褐變[25]。OD和UOD組均沒有發(fā)現(xiàn)褐變的現(xiàn)象，這與Fan等[26]的研究結(jié)果相似，可能是因為糖液中含有的葡萄糖對藍莓果實的褐變起到了抑制作用。各處理組的a*值分布區(qū)間在10～33，均為正值，即藍莓果肉的顏色偏紅。

表2 脫水預(yù)處理對凍融后藍莓果實色澤的影響Table 2 Effects of dehydration pretreatments on color of freezing-thawing blueberry fruits

圖4 藍莓樣品經(jīng)過脫水預(yù)處理和冷凍融化后的外觀變化Fig.4 Appearance changes of blueberry samples after dehydration pretreatments and freezing-thawing process

試驗還發(fā)現(xiàn)，由于藍莓是一種表皮富含花青素的果實，果皮被破壞同樣容易造成花青素內(nèi)滲的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在QF組中十分明顯。雖然張方方[27]的研究指出，超低溫速凍對藍莓細胞結(jié)構(gòu)的傷害小，對藍莓果皮的色澤保護優(yōu)于普通緩凍，但是本研究發(fā)現(xiàn)超低溫速凍對藍莓果肉的色澤會帶來不利影響。QF組的b*值顯著低于其他3個組（P＜0.05），從圖4可以看出，QF組顏色呈現(xiàn)飽和的深紫色。這都證明了QF組雖然在凍融過程中阻止了細胞內(nèi)水分和溶質(zhì)外滲，但向果肉細胞內(nèi)的滲透現(xiàn)象卻比OD和UOD組明顯。由此可見，OD和UOD處理均可以有效緩解藍莓凍融過程中氧化褐變和色素內(nèi)滲的問題。

2.5 脫水預(yù)處理對凍融后藍莓果實可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物是指食品中所有溶解于水的化合物總稱，主要包括糖、酸、維生素、礦物質(zhì)等，是果蔬的重要品質(zhì)之一。如圖5所示，OD組藍莓果實可溶性固形物含量顯著高于其他處理組（P＜0.05），這是因為果糖-葡萄糖溶液的滲透壓高于藍莓組織內(nèi)部，形成了滲透壓差，糖分子受到壓力的驅(qū)動作用進入藍莓細胞組織中，提高了可溶性固形物含量[28]。Nowacka等[29]證實了使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61.5%的蔗糖溶液對蔓越莓進行滲透脫水預(yù)處理，較其他處理組顯著提高了蔓越莓的可溶性固形物含量。CK組、QF組和UOD組之間果實的可溶性固形物含量無顯著差異。UOD組果實的可溶性固形物含量比OD組低1.38個百分點，這說明UOD的高強度超聲處理容易導(dǎo)致在滲透過程中溶質(zhì)外溢損失和細胞破壞后隨汁液流失的損失。

圖5 脫水預(yù)處理對凍融藍莓果實可溶性固形物含量的影響Fig.5 Effects of dehydration pretreatments on soluble solids contents in blueberry fruits after freezing-thawing process

2.6 脫水預(yù)處理對凍融后藍莓花青素含量的影響

花青素是一類廣泛存在于植物中的水溶性色素，屬于生物類黃酮物質(zhì)。研究表明，花青素是強有效的抗氧化劑，也是天然有效的自由基清除劑，具有保護視力、抗癌、軟化血管等功效[30]。與黑枸杞、桑葚等相比，藍莓中花青素含量相對較高，且主要存在于藍莓表皮[31]。由圖6可知，QF組和UOD組之間的花青素含量無顯著性差異，分別為24.16 U/g和24.14 U/g，它們均顯著高于其他處理組（P＜0.05）。雖然在對色澤的研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)QF組出現(xiàn)花青素內(nèi)滲現(xiàn)象，但是并沒有對花青素造成損失，QF處理依舊對花青素有良好的保持效果。OD組花青素含量顯著低于QF和UOD組，而顯著高于CK組（P＜0.05），這可能是長時間滲透脫水，糖液與藍莓組織內(nèi)部的滲透壓差對藍莓表皮有一定的破壞作用，導(dǎo)致藍莓果實表皮花青素流失。

圖6 脫水預(yù)處理對凍融藍莓花青素含量的影響Fig.6 Effects of dehydration pretreatments on anthocyanins contents in blueberry fruits after freezing-thawing process

2.7 脫水預(yù)處理對凍融后藍莓果實過氧化物酶和多酚氧化酶活性的影響

POD和PPO是果蔬體內(nèi)普遍存在的氧化還原酶，這兩種酶會作用于果蔬原料中的內(nèi)源性多酚物質(zhì)，使其氧化生成醌類物質(zhì)，再聚合成黑色素，嚴(yán)重影響果蔬的營養(yǎng)、風(fēng)味及外觀品質(zhì)，降低可食用性，進而影響生化代謝反應(yīng)[32-33]。因此，抑制POD、PPO等氧化還原酶活性是大量果蔬加工中的重點研究方向之一。由圖7和圖8可以看出，UOD組和CK組果實的POD和PPO活性均顯著高于其他兩個處理組（P＜0.05），可能是這兩個組的藍莓在超聲預(yù)處理、冷凍、融化過程中細胞組織受到損傷，破壞了細胞器內(nèi)膜，使得POD和PPO由結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)，活性迅速升高[34]。OD組果實的POD和PPO活性最低，分別為1.89ΔOD470/（min·g）和0.14ΔOD420/（min·g）。試驗結(jié)果表明：OD處理可以有效抑制藍莓果實的POD和PPO活性，同時保持細胞組織結(jié)構(gòu)的完整性，最大程度地提高凍融后藍莓的新鮮度。這可能與OD組果實可溶性固形物含量高有關(guān)。

圖7 脫水預(yù)處理對凍融藍莓果實POD活性的影響Fig.7 Effects of dehydration pretreatments on POD activities of blueberry fruits after freezing-thawing process

圖8 脫水預(yù)處理對凍融藍莓果實PPO活性的影響Fig.8 Effects of dehydration pretreatments on PPO activities of blueberry fruits after freezing-thawing process

3 結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過OD和UOD滲透脫水處理后的凍融藍莓果實的各項指標(biāo)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用的普通緩凍（CK）。但UOD處理會活化藍莓果實的POD、PPO活性，增加加工果實被氧化的可能性；同時破壞果實的細胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致汁液流失率增高、硬度下降、可溶性固形物損失。OD組在藍莓的質(zhì)地、色澤、可溶固形物等指標(biāo)上優(yōu)于UOD組，但對花青素的保護能力不足，長時間滲透脫水導(dǎo)致花青素?fù)p失。研究結(jié)果表明：OD處理由于保護了果實更完整的外觀和食用品質(zhì)，更適用于果脯、速凍整果加工需求的藍莓凍藏；UOD處理能更好地保留花青素，接近能耗大、成本高的QF處理，適用于藍莓花青素提取原料的長時間儲藏。該結(jié)果為藍莓加工業(yè)原料凍藏提供了基礎(chǔ)性的研究結(jié)果和理論分析。但有關(guān)滲透脫水和凍藏過程中花青素?fù)p失因素的分析及深入探究滲透脫水改變藍莓物料在冷凍過程中的熱物理學(xué)特性變化，有待今后通過試驗進一步完善。