張曉敏，張尚悅，白 鴿，莊朝月，鄭健蓉，曹雪慧*，勵建榮

（1 渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧錦州 121013 2 海軍大連艦艇學(xué)院航海系 遼寧大連 116018）

藍莓（Vacciniumspp.）又稱越橘、藍漿果，屬杜鵑花科（Ericaceae）越橘屬（Vaccinium）植物，果實色澤誘人，肉質(zhì)細膩，口感酸甜[1]。富含維生素、礦物質(zhì)、多酚、花青素等功能性成分[2]，被稱為“漿果之王”[3]。藍莓中含有豐富的花色苷，具有抗氧化，延緩衰老，抗癌，緩解心血管疾病等優(yōu)點[4-5]。新鮮的藍莓水分含量高[6]，保質(zhì)期相對較短。冷凍是一種有效保留食品顏色、風(fēng)味和營養(yǎng)品質(zhì)的方法，通過降低化學(xué)反應(yīng)速率，抑制微生物和酶的活性，從而延長食品的儲存時間。

浸漬式冷凍（Immersion chilling and freezing，ICF）是通過低溫載冷劑直接與食品接觸，加速傳熱，從而使食品快速冷凍，具有凍結(jié)速率快，所得產(chǎn)品品質(zhì)高的優(yōu)點，得到廣泛認可和應(yīng)用[7]。冰結(jié)晶是影響冷凍食品品質(zhì)的主要因素，冰晶的大小可通過冷凍速率來控制，因此，發(fā)展快速冷凍，提高凍結(jié)速率有重要意義。

食品的浸漬冷凍過程中不僅有熱量的傳遞，也伴隨著溶液溶質(zhì)與食品內(nèi)部水分的相互遷移。Xu 等[17]研究表明，在浸漬冷凍過程中，鈣從冷卻劑向原料組織中遷移，而超聲輔助冷凍又提高了解凍后樣品的鈣含量；超聲波輔助冷凍西蘭花[18]時，冷凍樣品中鈣含量也較高。Zhu 等[19]研究發(fā)現(xiàn)，超聲頻率越高，土豆中總鈣的損失越少。Tian 等[20]也發(fā)現(xiàn)超聲能較好地保留土豆中的鈣。Mehmet 等[21]研究表明，在真空浸漬過程施加超聲，可以增強乳酸鈣和黑胡蘿卜酚在蘋果組織中的滲透。

海藻糖屬于一種非還原性雙糖，由2 分子葡萄糖經(jīng)半縮醛羥基縮合形成，常用作冷凍保護劑，可維持生物膜、蛋白質(zhì)等各種組織在高溫、低溫、干旱脅迫等極端環(huán)境下的穩(wěn)定性[22-23]。Elena 等[24]研究表明，含海藻糖的低溫保護液與脈沖電場相結(jié)合冷凍處理草莓后，草莓細胞活力更高，并且解凍后果肉顏色保持得更好。Ante 等[25]發(fā)現(xiàn)，在凍干酸櫻桃泥時，添加麥芽糖和海藻糖對花青素的保存有積極的作用。Velickova 等[26]將海藻糖與冷馴化冬小麥草提取物（AWWE）的組合作為冷凍保護劑，通過真空浸漬將溶液注入草莓和菠菜中，結(jié)果表明，海藻糖和AWWE 浸漬樣品的細胞活力和質(zhì)地性能最好，與新鮮樣品基本一致。

本研究采用空氣冷凍、鈣溶液協(xié)同海藻糖浸漬冷凍、超聲輔助浸漬冷凍對藍莓進行凍結(jié)處理，研究冷凍對藍莓滲透傳質(zhì)和品質(zhì)的影響，為進一步探究浸漬冷凍過程中載冷劑的滲透傳質(zhì)機理以及提高藍莓凍結(jié)品質(zhì)的新方法提供參考。

1 材料及方法

1.1 原料及試劑

藍莓，品種為伯克利（Berkeley），采摘于遼寧省錦州市龍碩藍莓園。挑選無病蟲害和械損傷、大小均一的新鮮藍莓，為保持其初始溫度一致，放于4 ℃冰箱中冷藏。

無水氯化鈣、無水乙醇，均為分析純級，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；海藻糖，食品級，河南萬邦實業(yè)有限公司。

1.2 儀器及設(shè)備

XO-120 L-II 超聲輔助速凍冰柜，南京先歐儀器制造有限公司；TA.XT Plus 物性測試儀，英國Stable Micro Systems 公司；RX9608D-HO-BA 溫度記錄儀，杭州美控自動化技術(shù)有限公司；Evolution 201 紫外-可見分光光度計，美國賽默飛Thermo 公司；NMI 20 型低場核磁共振分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；HH-4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海力辰邦西儀器科技有限公司；RX-TDS 210 電導(dǎo)率儀，杭州美控自動化技術(shù)有限公司；貝克曼庫爾特Allegra 64R 高速冷凍離心機，貝克曼庫爾特商貿(mào)（中國）有限公司；HD-6 型智能水分活度測量儀，無錫市華科儀器儀表有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 分組及處理 隨機從4 ℃冰箱中拿取藍莓并均分為4 組，進行處理。其中，新鮮組（CK 組）為新鮮藍莓樣品，在4 ℃冰箱保存?zhèn)溆?；空氣凍結(jié)組（AF 組）在-20 ℃冰箱中進行空氣凍結(jié)，當藍莓中心溫度達到-18 ℃時，凍結(jié)完成；浸漬凍結(jié)組（IF組）在（-20±1）℃載冷溶液（25%氯化鈣及10%海藻糖）中進行浸漬冷凍，當藍莓中心溫度達到-18℃時，凍結(jié)完成；超聲浸漬凍結(jié)組（UIF）組在（-20±1）℃載冷溶液（25%氯化鈣及10%海藻糖）中進行超聲輔助浸漬冷凍，藍莓中心溫度在0 ℃至-8 ℃時，開啟超聲，工作60 s，間歇60 s，超聲功率96 W，超聲頻率25 kHz，當藍莓中心溫度達到-18 ℃時，凍結(jié)完成。

青海貴南縣中學(xué)教師云丹的父親患肺癌晚期住在曼巴扎倉，活佛說他的父親可能來日不多。于是他特地趕過來最后照顧一下父親。

將凍結(jié)的藍莓放入密封袋，并做好標記，置于-20 ℃冰箱中貯藏72 h，之后將各處理組藍莓從-20 ℃冰箱轉(zhuǎn)移至4 ℃恒溫培養(yǎng)箱中解凍12 h，再對其各項指標進行測定。

1.3.2 凍結(jié)曲線的測定 使用RX9608D-HO-BA溫度記錄儀測定藍莓中心位置在凍結(jié)過程中的溫度變化。

1.3.3 汁液損失測定 參考Diao 等[27]和Cao 等[28]的方法略有修改。取出凍藏的藍莓，立即稱量，稱量后將其放在吸水紙上，置于4 ℃恒溫培養(yǎng)箱中解凍12 h。解凍完成后將藍莓表皮的汁液用濾紙吸干，然后稱重記錄。計算凍融前、后的質(zhì)量差占凍藏樣品質(zhì)量的百分比，即為汁液損失。

1.3.4 水分分布情況的測定 參考Wang 等[29]的方法略有修改。采用低場核磁共振成像進行測定。試驗條件為：重復(fù)時間：1 000 ms、回波時間：1.52 ms、累加次數(shù)：8，圖像大小256×256。

1.3.5 氯化鈣含量的測定 采用絡(luò)合滴定法進行測定[30]。

1.3.6 硬度的測定 參考Xu 等[31]的方法略有修改。利用TA-XT-plus 質(zhì)構(gòu)分析儀對藍莓的硬度進行了測量。試驗條件如下：P/50 探頭，測前、測試及測后速度均為1.00 mm/s，觸發(fā)力5 g，壓縮量30%。

1.3.7 花色苷含量的測定 采用pH 示差法測定藍莓花色苷含量[32]。

1.3.8 細胞膜透性的測定 參考Wang 等[33]方法并略有改動。將藍莓切割為均勻大小的塊狀，加入20 mL 蒸餾水震蕩20 min 后，測定溶液電導(dǎo)率，即為P0；將測后的溶液置于沸水浴中15 min，冷卻至室溫后測定電導(dǎo)率P1。計算相對電導(dǎo)率，表示細胞膜透性大小，即（P0/P1）×100%。

1.3.9 丙二醛含量的測定 參考曹建康等[34]的方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 軟件對數(shù)據(jù)進行分析（P<0.05 為顯著性差異），使用Origin 2018 軟件制圖。數(shù)據(jù)取3 次重復(fù)試驗的平均值，以平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 藍莓凍結(jié)曲線

凍結(jié)速率是影響冷凍產(chǎn)品品質(zhì)的重要原因，快速冷凍產(chǎn)生細小的冰晶，而緩慢冷凍產(chǎn)生較大的冰晶，冰晶越小，食品品質(zhì)越好[35]。因此，冷凍時間短有助于更好地保持冷凍產(chǎn)品的最終品質(zhì)。圖1 是不同冷凍條件下藍莓的凍結(jié)曲線，可以看出，凍結(jié)曲線大致分為3 個階段：1）初步預(yù)冷階段：4～0 ℃，2）相變階段：0～-8 ℃，3）低溫冷凍階段：-8～-18 ℃。從圖中可看出，3 種冷凍方式的凍結(jié)速度有較大差別，與空氣冷凍處理組相比，浸漬冷凍處理的藍莓凍結(jié)時間更短，而超聲波輔助浸漬處理組在這3 個處理組中，冷凍時間最短，可能是由于超聲波產(chǎn)生的空化和微流效應(yīng)，有效增強冷凍介質(zhì)與食品之間的傳熱傳質(zhì)速率，促進多個成核位點的產(chǎn)生，提高成核速率，從而提高冷凍速率[10]。

圖1 藍莓的凍結(jié)曲線Fig.1 The freezing curve of a blueberry

2.2 冷凍對藍莓汁液流失率的影響

汁液流失是評價冷凍樣品質(zhì)量的重要指標之一。如圖2所示，3 種不同冷凍處理對藍莓汁液流失率的影響存在顯著差異（P<0.05），其中AF 處理組藍莓的汁液流失率最高，為15.46%，IF 處理組次之，為11.88%，UIF 處理組的損失最低，為8.26%。這可能是由于超聲波的加入促進藍莓凍結(jié)時產(chǎn)生更細小、分布均勻的冰晶，對果肉細胞組織損傷較小，從而降低了藍莓解凍后的汁液流失。在冷凍過程中，藍莓與含有鈣離子及海藻糖的浸漬液直接接觸，會使部分鈣離子與海藻糖滲入果實內(nèi)部。滲入果實中的鈣離子能夠與藍莓細胞壁中的果膠相互作用形成果膠酸鈣，加強果實細胞壁的穩(wěn)定性，減少汁液損失[36]；同時，海藻糖作為冷凍保護劑，具有維持細胞膜的穩(wěn)定性作用。因此，超聲輔助浸漬冷凍可有效降低藍莓解凍后汁液損失。

圖2 冷凍對藍莓汁液流失的影響Fig.2 Effects of freezing on drip loss of blueberries

2.3 冷凍對藍莓水分分布的影響

利用低場核磁成像及偽彩技術(shù)測得藍莓水分分布如圖3所示，水分含量越高，顯示信號越強，顏色越偏向紅色，反之亦然。從圖3 中可以看出，CK 組的核磁成像圖顏色分布最為均勻，表明新鮮藍莓內(nèi)部水分分布均勻，不同凍結(jié)處理組的圖像，藍莓中心區(qū)域出現(xiàn)了不同程度的綠色，這是由于冷凍過程中冰晶的形成及生長，促使水分向外遷移；浸漬冷凍處理的圖像中出現(xiàn)了綠色區(qū)域，可能是由于浸漬液壓差導(dǎo)致了水分從樣品內(nèi)部向外遷移，相似的結(jié)果在西蘭花[14]、草莓[37]和蘿卜[38]等研究中均有出現(xiàn)。凍結(jié)處理組圖像都呈現(xiàn)出部分紅色聚集分布區(qū)域，這說明經(jīng)凍融后的藍莓局部水分分布不均勻，可能是由于冷凍產(chǎn)生的冰晶對果實組織造成了損傷，隨著液泡中水轉(zhuǎn)變成冰，液泡內(nèi)溶液濃度增加，導(dǎo)致細胞內(nèi)水分通過細胞膜遷移出來，致使水分分布不均，水分流向的區(qū)域水分含量高，呈現(xiàn)紅色。從圖中可以看出，AF 圖像中紅色區(qū)域面積較大，且中心位置出現(xiàn)較大綠色區(qū)域，可能是由于空氣凍結(jié)過程中隨著溫度的降低，藍莓外層水分先形成冰晶，水分從藍莓內(nèi)部向外遷移，導(dǎo)致藍莓中心區(qū)域水分流失，產(chǎn)生較大的綠色區(qū)域，解凍后，冰晶融化，大量的水無法被組織重新吸收，從而出現(xiàn)圖像中紅色區(qū)域。UIF 圖像中紅色區(qū)域面積最小，這表明，超聲在冷凍過程中促進小冰晶的形成，緩解冷凍對果實細胞的損傷，在解凍后，水分遷移小，水分分布均勻，接近新鮮藍莓樣品。

圖3 冷凍對藍莓水分分布的影響Fig.3 Effect of freezing on water distribution in blueberries

2.4 冷凍對鈣遷移量的影響

鈣是細胞壁成分之一，在果膠之間形成交叉橋，形成果膠酸鈣復(fù)合物，這些結(jié)構(gòu)賦予細胞壁抗性并防止其降解[39]。鈣浸漬溶液不僅可以維持產(chǎn)品質(zhì)量，還可提高食品中鈣含量，因此鈣鹽廣泛應(yīng)用于果蔬加工。圖4所示是冷凍對藍莓鈣含量的影響，IF 及UIF 處理組與CK 相比，藍莓整果與果肉中鈣含量都存在顯著差異（P＜0.05）；而AF 與CK 處理組間藍莓中鈣含量無顯著性差異（P＞0.05），UIF 處理組整果和果肉中鈣含量最高，分別為0.244%，0.228%，IF 處理組鈣含量次之，分別為0.211%，0.187%。這是由于冷凍過程中藍莓與含氯化鈣的浸漬液直接接觸，在冷凍過程中有部分浸漬液滲入藍莓果實內(nèi)部，導(dǎo)致藍莓中鈣含量升高。超聲輔助冷凍，雖然超聲波作用提高了凍結(jié)速率，縮短了藍莓與浸漬液的接觸時間，但由于超聲波能促進溶液中溶質(zhì)與果實中水分之間的滲透作用，因此，UIF 處理組及IF 處理組與CK 及AF處理組相比，鈣含量有顯著升高，而UIF 處理組鈣含量更高。

圖4 冷凍對藍莓整果（a）及果肉（b）鈣含量的影響Fig.4 Effect of freezing on calcium content in whole fruit（a）and pulp（b）of blueberry

2.5 冷凍對藍莓硬度的影響

凍品的質(zhì)地與冷凍過程中形成的冰晶大小有關(guān)，與大冰晶相比，小尺寸冰晶的形成對細胞微觀結(jié)構(gòu)的破壞更小，質(zhì)地保存的更好[40]。圖5 主要從藍莓凍融后硬度值來反映其質(zhì)地變化。如圖所示，與CK 組相比，凍融后藍莓的硬度顯著降低（P＜0.05），各處理組間存在顯著差異（P＜0.05）。凍融后藍莓的硬度值大小為UIF 處理組＞IF 處理組＞AF處理組，表明在冷凍過程中，浸漬冷凍能夠有效保留冷凍食品的硬度值，而超聲波的加入促進更小尺寸冰晶的產(chǎn)生，對藍莓組織產(chǎn)生的損傷更小，解凍后，硬度值更高。同時，IF 及UIF 處理組中，樣品直接與浸漬液接觸，浸漬液中氯化鈣及海藻糖會附著及滲透進樣品。鈣離子可與果膠交聯(lián)，對維持質(zhì)地有顯著的作用[39]；海藻糖通過保護脂膜的完整性，降低體系中水分的流動，抑制大冰晶的形成[41]，在一定程度上對食品質(zhì)地起到了冷凍保護的作用。

圖5 冷凍對藍莓硬度的影響Fig.5 Effect of freezing on firmness of blueberries

2.6 冷凍對藍莓花色苷含量的影響

藍莓果實中含有豐富的花色苷，如圖6所示，各處理組間花色苷含量具有顯著性差異（P＜0.05）。冷凍處理后，與CK 組相比藍莓花色苷含量顯著降低（P＜0.05），表明冷凍處理導(dǎo)致藍莓花色苷有不同程度的損失。3 種冷凍方式中，IF 處理組花色苷含量最高，這表明冷凍過程中海藻糖的加入有利于花色苷的保留，可能是由于海藻糖在藍莓表面形成了一層薄膜，可有效阻止花色苷氧化；而在凍結(jié)過程中輔以超聲波卻導(dǎo)致花色苷含量損失較大，這可能是超聲波空化作用產(chǎn)生的自由基攻擊花色苷，發(fā)生反應(yīng)[17]，導(dǎo)致花色苷含量損失。冷凍后花色苷損失還有一個原因是可能是由于在凍結(jié)過程中，冰晶產(chǎn)生對藍莓組織造成損傷，在解凍后藍莓產(chǎn)生汁液損失，導(dǎo)致花色苷流失。從實際結(jié)果來看，超聲波對花色苷的影響較大，因此，需進一步優(yōu)化超聲強度等參數(shù)。

圖6 冷凍對藍莓花色苷含量的影響Fig.6 Effect of freezing on anthocyanin content in blueberry

2.7 對藍莓細胞膜透性的影響

相對電導(dǎo)率是衡量細胞膜透性的重要方式。如圖7所示，經(jīng)冷凍處理后藍莓的細胞膜滲透率都大幅升高，與CK 處理組相比具有顯著性差異（P＜0.05）。凍結(jié)處理后，AF 處理組、IF 處理組和UIF 處理組細胞膜透性分別為63.23%，61.14%和54.65%，UIF 處理組最低，較CK 處理組相比增長35.04%。其中，空氣冷凍與浸漬冷凍處理組之間無顯著性差異（P＞0.05），而超聲輔助冷凍與其它兩組存在顯著差異（P＜0.05）。這表明與空氣凍結(jié)相比，浸漬冷凍雖然提高了凍結(jié)速率，但可能由于藍莓樣品直接與低溫載冷溶液接觸，在濃度差的作用下，增加了滲透壓，導(dǎo)致載冷溶液中溶質(zhì)與藍莓組織中水分相互滲透遷移，增加細胞膜的透過率，對藍莓細胞膜造成了損傷，解凍后使電解質(zhì)不斷滲出，導(dǎo)致細胞膜滲透率與空氣凍結(jié)沒有顯著性差異（P＞0.05）。在浸漬冷凍過程中加入超聲，加速了凍結(jié)速率，縮短與載冷溶液的接觸時間；同時，在超聲波作用下能產(chǎn)生更加細小，分布均勻的冰晶，對藍莓組織及細胞膜的破壞程度更小，從而在解凍后細胞內(nèi)電解質(zhì)外滲少，相對電導(dǎo)率較低。并且，海藻糖作為冷凍保護劑，可保護細胞脂膜的完整性，故UIF 處理組細胞膜滲透率較低。

圖7 冷凍對藍莓細胞膜滲透率的影響Fig.7 Effect of freezing on cell membrane permeability of blueberry

2.8 冷凍對藍莓丙二醛含量的影響

丙二醛是膜脂過氧化的主要產(chǎn)物之一，含量可作為衡量冷害脅迫程度的指標，丙二醛的積累對果實細胞膜及細胞壁造成一定的損傷[42]。如圖8所示，經(jīng)冷凍處理后藍莓果實中丙二醛含量顯著升高，各處理組之間丙二醛含量具有顯著差異（P＜0.05）。UIF 處理組藍莓果實中丙二醛含量最低，為9.15 nmol/g FW，與CK 處理組相比，升高11.82%；AF 處理組，丙二醛含量最高，為9.78 nmol/g FW，與CK 處理組相比，升高19.46%；IF 處理組較CK處理組丙二醛含量升高14.90%，這表明海藻糖作為冷凍保護劑能夠有效保護細胞結(jié)構(gòu)，維持植物細胞膜的完整性[41]。同時，浸漬冷凍加快凍結(jié)速率，能有效降低對細胞脂膜的損傷，降低脂膜過氧化，減緩丙二醛的累積。在冷凍過程中加入超聲波，使冷凍速率更快，同時產(chǎn)生更加細小均勻的冰晶，降低對藍莓組織損傷，有效緩減藍莓膜脂過氧化程度，維持果實細胞膜的完整性[42]，降低丙二醛含量。

圖8 冷凍對藍莓丙二醛含量的影響Fig.8 Effect of freezing on malondialdehyde content in blueberry

3 結(jié)論

本試驗研究超聲輔助冷凍對藍莓滲透傳質(zhì)的影響，結(jié)果表明：在25 kHz，96 W 超聲條件下，與空氣冷凍和浸漬冷凍相比，超聲輔助冷凍縮短了藍莓的凍結(jié)時間，解凍后藍莓的汁液流失率較低，水分分布更均勻，更接近于新鮮藍莓內(nèi)部水分分布；與新鮮藍莓相比，浸漬冷凍及超聲輔助冷凍處理組藍莓中鈣含量顯著升高；超聲作用下藍莓硬度得到了更好的保存；但花色苷含量較浸漬冷凍有較高的損失；同時，超聲在一定程度上抑制了細胞膜透性及丙二醛含量的升高。

綜上所述，超聲輔助冷凍不僅可以提高冷凍速率，降低脂膜過氧化，維持細胞膜的完整性，還可以促進溶液溶質(zhì)與食品內(nèi)水分互相滲透傳質(zhì)，但還需進一步優(yōu)化超聲功率，從而在達到快速冷凍，保持良好冷凍藍莓品質(zhì)的基礎(chǔ)上，降低藍莓花色苷的損失。