杜慧慧，李可興，劉采云，李黛妍，周彬，阿布都·沙拉穆，玉米提·依沙克，李保國(guó)

預(yù)處理及解凍方法對(duì)馬鈴薯凍融品質(zhì)的影響

杜慧慧1，李可興2，劉采云1*，李黛妍1，周彬1，阿布都·沙拉穆1，玉米提·依沙克1，李保國(guó)1

（1.上海理工大學(xué) 健康科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200082；2.上海大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，上海 200901）

提高馬鈴薯凍融后的品質(zhì)，為PEF預(yù)處理在蔬菜冷凍領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)。探討預(yù)處理方法（脈沖電場(chǎng)、熱處理）和解凍方法（常溫解凍、水里解凍、冰箱解凍）對(duì)馬鈴薯冷凍–解凍過(guò)程及品質(zhì)的影響，分析冰晶成核溫度、融化溫度、汁液損失比、色澤、硬度等理化指標(biāo)，并通過(guò)低場(chǎng)核磁共振儀分析凍融后樣品不同狀態(tài)下水分間的遷移情況。熱燙和高壓脈沖電場(chǎng)（Pulsed Electric Field，簡(jiǎn)稱(chēng) PEF）預(yù)處理均可顯著降低冷凍時(shí)間、提高冰晶成核溫度。PEF預(yù)處理樣品在最大冰晶體形成帶的滯留時(shí)間相較于對(duì)照組樣品降低了26.3%。在不同解凍方式下，PEF預(yù)處理和熱燙預(yù)處理均可降低馬鈴薯凍融后的汁液損失。在常溫下解凍，對(duì)照組、熱燙組、PEF預(yù)處理組的汁液損失率分別為24.12%、17.39%、15.53%。PEF預(yù)處理和熱燙預(yù)處理可減緩食品在凍融過(guò)程中的顏色和硬度的變化進(jìn)程。PEF預(yù)處理可以改善凍融后馬鈴薯的品質(zhì)，可為PEF在果蔬冷凍領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論參考。

馬鈴薯；脈沖電場(chǎng)；熱燙；冷凍；解凍

馬鈴薯屬于茄科，又稱(chēng)洋芋、土豆等。隨著主糧化進(jìn)程的推進(jìn)，馬鈴薯是繼玉米、大米、小麥后的主要農(nóng)作物。馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)豐富，含有纖維素、蛋白質(zhì)、碳水化合物、礦物質(zhì)、多種維生素，且含有谷物中缺乏的賴(lài)氨酸和色氨酸。新鮮馬鈴薯如果放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則容易發(fā)生腐敗變質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)成分易流失，甚至產(chǎn)生毒素。由于新鮮馬鈴薯不易儲(chǔ)藏，因此冷凍后的馬鈴薯、薯片及各類(lèi)馬鈴薯加工食品中的全粉和薯干等一系列半成品受到消費(fèi)者的廣泛歡迎。聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織將2008年定為“國(guó)際馬鈴薯年”，贊譽(yù)馬鈴薯為被埋沒(méi)的寶貝，“國(guó)際馬鈴薯年”引發(fā)了馬鈴薯研究的新一輪高潮[1]。

冷凍是食品保鮮儲(chǔ)藏技術(shù)中最常用的方法之一。在低溫環(huán)境下，果蔬能夠長(zhǎng)時(shí)間保存。雖然冷凍可以延長(zhǎng)食品的貨架期，同時(shí)起到保鮮作用，但在整個(gè)冷凍過(guò)程中存在“最大冰晶體生成帶”。若在此區(qū)間滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)產(chǎn)生尺寸較大的冰晶，不規(guī)則的冰晶會(huì)損壞細(xì)胞膜及其他細(xì)胞器，導(dǎo)致不良后果的產(chǎn)生，表現(xiàn)為解凍后汁液大量流失。同時(shí)，一些水溶性的營(yíng)養(yǎng)成分也會(huì)隨之流失，從而影響果蔬的品質(zhì)[2]。由于水果和蔬菜的含水率一般較高，因此在冷凍過(guò)程中更易形成大冰晶，導(dǎo)致水果和蔬菜的品質(zhì)下降，如發(fā)生褐變、果汁流失和軟化等[3]。

熱燙是在高溫?zé)崴⒎兴虺赫羝麢C(jī)中進(jìn)行的加熱處理方式，它可以殺滅果蔬中的微生物，同時(shí)可以破壞樣品的酶活性，改變?cè)系慕M織結(jié)構(gòu)，有利于在冷凍和冷凍儲(chǔ)存過(guò)程中保持食品的原有品質(zhì)。熱燙方式也存在一定缺陷，如過(guò)度熱燙易破壞原材料的色澤，降低熱敏性物質(zhì)的含量，同時(shí)也會(huì)破壞果蔬的物理結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致后續(xù)加工食品品質(zhì)的降低[4]。高壓脈沖電場(chǎng)（High-voltage pulsed electric field，簡(jiǎn)稱(chēng)PEF）是一種新型的食品非熱加工技術(shù)，具有能耗低、速度快、無(wú)污染、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，這種非熱加工預(yù)處理方式可使加工食品的品質(zhì)得到較大改善，被廣泛應(yīng)用于食品的冷凍、干燥、有效成分提取等領(lǐng)域[5]。Artur Wiktor等[6]研究表明，與對(duì)照組相比，通過(guò)PEF預(yù)處理可以有效降低蘋(píng)果切片的冷凍時(shí)間，總冷凍時(shí)間約縮短了3.5%～17.2%。段智英[7]研究了PEF預(yù)處理對(duì)紅薯、馬鈴薯、梨的冷凍過(guò)程的影響，發(fā)現(xiàn)果蔬成核溫度可在合適強(qiáng)度的電場(chǎng)處理下顯著降低，且通過(guò)最大冰晶生成帶的時(shí)間隨著成核溫度的降低而變短，同時(shí)果蔬的硬度降低，細(xì)胞結(jié)構(gòu)相對(duì)完整。Jalte等[8]研究了PEF對(duì)馬鈴薯凍干過(guò)程和復(fù)水的影響，以相對(duì)電導(dǎo)率來(lái)評(píng)價(jià)脈沖電場(chǎng)對(duì)細(xì)胞的損傷程度。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)PEF預(yù)處理后，凍干樣品的凍干速率、復(fù)水率和品質(zhì)都有所提高。

解凍是冷凍的逆過(guò)程，是將冷凍原料在一定的溫濕度和通風(fēng)條件下，盡可能完善地恢復(fù)其原有特性，即將細(xì)胞中冰晶融化后恢復(fù)到新鮮狀態(tài)的過(guò)程，是冷凍食品加工前較為重要的環(huán)節(jié)。在解凍過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)顏色的改變、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失和食品成分及組織結(jié)構(gòu)的改變等食品質(zhì)量下降問(wèn)題。王雪松等[9]研究了冷凍竹莢魚(yú)在幾種不同解凍方式下品質(zhì)的變化情況，結(jié)果表明，經(jīng)冷藏解凍后魚(yú)肉在外力作用下保持水分和色澤的能力更強(qiáng)。目前，針對(duì)凍融的研究主要集中在水產(chǎn)品和動(dòng)物產(chǎn)品上，針對(duì)脈沖電場(chǎng)輔助冷凍–解凍技術(shù)在果蔬領(lǐng)域的研究還未見(jiàn)報(bào)道。

這里主要研究脈沖電場(chǎng)和熱燙預(yù)處理，以及傳統(tǒng)的解凍方法（常溫、水里和冰箱）對(duì)馬鈴薯冷凍–解凍時(shí)間，結(jié)晶和融化溫度，解凍后樣品的汁液損失、顏色、質(zhì)構(gòu)，以及水分遷移等方面的影響，旨在優(yōu)化冷凍和解凍過(guò)程，為凍融果蔬的實(shí)際生產(chǎn)加工和流通儲(chǔ)藏提供數(shù)據(jù)支持和理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

主要材料：馬鈴薯，黃心，山東濰坊市，購(gòu)于大潤(rùn)發(fā)超市。

1.2 儀器與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用儀器與設(shè)備如表1所示。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

選擇新鮮、大小均勻的馬鈴薯，充分清洗，并用廚房紙巾擦拭其表面多余的水分，去皮，采用切片機(jī)將土豆切成均勻、厚度（5.0±0.05）mm、質(zhì)量（4.40±0.10）g、直徑2.7 cm的圓形切片，待用。

1.3.1.1 預(yù)處理

1）對(duì)照組。馬鈴薯經(jīng)清洗、切片后，不做任何處理。

表1 主要儀器與設(shè)備

2）熱燙預(yù)處理。經(jīng)清洗、切片后，將馬鈴薯切片在85 ℃熱水中燙10 min。

3）PEF 預(yù)處理。經(jīng)清洗、切片后，將馬鈴薯切片放入PEF處理室進(jìn)行處理。具體參數(shù)：電場(chǎng)強(qiáng)度為1 000 V/cm，脈寬為20 μs，外部頻率為10 Hz，脈沖群為100 個(gè)，每個(gè)脈沖群有50個(gè)脈沖，PEF=0.1 s，該處理時(shí)間可以確保馬鈴薯細(xì)胞膜完全電穿孔[10]。

1.3.1.2 冷凍

將處理好的馬鈴薯切片直接放入冷柜，并冷凍至樣品中心溫度為?20 ℃。

1.3.1.3 解凍

將冷凍好的樣品拿出，分別采用3種方法對(duì)其進(jìn)行解凍。

1）常溫解凍。把樣品置于遠(yuǎn)離熱源的潔凈燒杯內(nèi)，使用K804型手持多路溫度測(cè)試儀測(cè)量樣品的中心溫度，當(dāng)樣品的中心溫度升至（12±0.05）℃（室溫）時(shí)，即為解凍終點(diǎn)。

2）水里解凍。將常溫純凈水放入燒杯中，將樣品放入燒杯中解凍。使用K804型手持多路溫度測(cè)試儀測(cè)量樣品的中心溫度，當(dāng)樣品中心溫度升至（12±0.05）℃時(shí)，即為解凍終點(diǎn)。

3）冰箱解凍。將樣品放置在冰箱冷藏層中解凍，使用K804型手持多路溫度測(cè)試儀測(cè)量樣品的中心溫度，當(dāng)樣品的中心溫度升至（4±0.05）℃時(shí)，即為解凍終點(diǎn)。

1.3.1.4 保存

將解凍好的樣品瀝水，并采用真空包裝，每份包裝3片樣品，并置于冰箱冷藏室中保存，用于后續(xù)產(chǎn)品品質(zhì)的分析研究。

1.3.2 汁液損失的測(cè)定

用天平測(cè)量樣品的初始質(zhì)量，以及解凍后用廚房紙巾吸去樣品表面水分后的質(zhì)量。通過(guò)式（1）計(jì)算脫水率。

式中：為脫水率，%；為樣品冷凍前的初始質(zhì)量，g；′為樣品解凍后的質(zhì)量，g。

1.3.3 顏色的測(cè)定

采用色差計(jì)測(cè)定樣品的*、*、*，打開(kāi)色差儀，預(yù)熱20～30 min，在黑白板校正后進(jìn)行色差檢測(cè)?？偵钭兓じ鶕?jù)式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：Δ為總色差；*0、*0、*0為初始樣品的亮度值、紅綠值、黃藍(lán)值；*、*、*為解凍后樣品的亮度值、紅綠值、黃藍(lán)值。

1.3.4 硬度的測(cè)定

利用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)新鮮和解凍完成后的馬鈴薯進(jìn)行紋理多面分析，測(cè)定樣品的硬度。參數(shù)如下：探頭為P/36R，測(cè)試距離為樣品厚度的一半（0.25 cm），測(cè)前速度為1 mm/s，測(cè)試速度為1 mm /s，測(cè)后速度為10 mm/s，硬度為5 g。

1.3.5 冷凍-解凍溫度曲線(xiàn)

將溫度記錄儀傳感器探頭插入馬鈴薯的幾何中心位置，記錄樣品在冷凍和解凍全過(guò)程的溫度變化情況，每隔3 s自動(dòng)記錄，并繪制凍融曲線(xiàn)。

1.3.6 冷凍、解凍時(shí)間的確定

當(dāng)冷凍溫度降至?5 ℃時(shí)，食品體系內(nèi)80%的水就已結(jié)冰，因此食品凍結(jié)過(guò)程中的大部分水分是在最大冰晶體生成帶（0～?5 ℃）凍結(jié)。在凍融過(guò)程中，樣品在最大冰晶體生成帶所滯留的時(shí)間（Δf）、冰晶成核溫度（f）、解凍時(shí)在穩(wěn)定期所需時(shí)間（Δt）、冰晶融化溫度（t）如圖1所示。

1.3.7 水分分布的測(cè)定

通過(guò)低磁場(chǎng)NMR技術(shù)測(cè)量解凍后樣品的水分分布。將樣本切成1 cm3的立方體后置于核磁管底部，經(jīng) 32 ℃水浴15 min后擦干試管外壁，放在磁體箱中，按照機(jī)器步驟操作，收集弛豫信息。弛豫試驗(yàn)：采用CPMG（Carr-Purcell-Meibom-Gill）脈沖串采集樣品的橫向弛豫時(shí)間。試驗(yàn)參數(shù)：光譜寬度（SW）為100 kHz，重復(fù)采樣時(shí)間（TR）為4 500 ms，重復(fù)掃描次數(shù)（NS）為8，回波數(shù)量（Echocount）為16 000。

圖1 馬鈴薯樣品冷凍-解凍溫度曲線(xiàn)

1.3.8 數(shù)據(jù)分析

利用T-invfit反演軟件對(duì)通過(guò)低磁場(chǎng)核磁共振儀測(cè)量獲得的自由感應(yīng)指數(shù)衰減曲線(xiàn)進(jìn)行反演擬合，可以得到解壓后的多分量弛豫圖。實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次，并用Origin 2020b和Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及繪圖。采用SPSS26軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，顯著性分析在Duncan測(cè)試的<0.05檢驗(yàn)水平下進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)處理對(duì)冷凍/解凍過(guò)程的影響

果蔬的凍結(jié)過(guò)程包括初步冷卻、結(jié)晶和最終冷卻階段[11]。在結(jié)晶階段，當(dāng)樣品溫度逐漸降至冰點(diǎn)時(shí)，內(nèi)部水分開(kāi)始形成冰晶，在形成冰晶的過(guò)程中釋放出的潛熱使溫度逐漸升至凍結(jié)點(diǎn)附近。隨著溫度的降低，大的冰晶開(kāi)始形成，釋放的潛熱大，溫度下降較慢，曲線(xiàn)呈現(xiàn)平緩趨勢(shì)[12]。由圖2可知，在冷凍過(guò)程中，熱燙預(yù)處理組和PEF預(yù)處理組的樣品中心溫度由10 ℃降至?20 ℃所需時(shí)間分別為2 521 s和2463 s，均顯著低于對(duì)照組（2 710 s），通過(guò)最大冰晶體形成帶所滯留的時(shí)間（Δf）分別為1 222 s（對(duì)照）>932 s（熱燙）>901 s（PEF）。Jalte等[8]研究表明，當(dāng)PEF作用于馬鈴薯，使其細(xì)胞破損率=0.98時(shí)，馬鈴薯的幾何中心溫度從0 ℃降至?25 ℃所需的時(shí)間可以降低近25%。PEF對(duì)樣品的凍結(jié)有促進(jìn)作用，可能因施加了外部電場(chǎng)，使得不同水分子之間的氫鍵被破壞，水分子從自然隨機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶?chǎng)矢量狀態(tài)，在同一位置形成了致密的核?？梢?jiàn)電場(chǎng)可以提高成核速率，加快冰晶的成型，形成小的冰晶，從而減少對(duì)食品的破壞[13]。熱燙可以去除細(xì)胞間隙中的空氣，同時(shí)也可破壞植物細(xì)胞壁，使組織變軟，從而加速冷凍過(guò)程中結(jié)晶的生成[14]。

圖2 解凍方法及預(yù)處理方法對(duì)樣品中心溫度隨時(shí)間變化的影響

由圖2可知，在預(yù)處理方式一致的情況下，解凍時(shí)間的順序?yàn)楸浣鈨?常溫解凍>水中解凍（圖2a、b、c）。常溫解凍是利用空氣與樣品表面進(jìn)行熱量傳遞，水里解凍是利用水進(jìn)行熱量傳遞，冰箱解凍主要通過(guò)樣品表面水蒸氣凝固的熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)[15]?？諝鉄醾鲗?dǎo)率遠(yuǎn)小于水的熱傳導(dǎo)率，所以常溫和冰箱解凍的時(shí)間比水里解凍的時(shí)間長(zhǎng)[16]。對(duì)于常溫解凍（圖2a），PEF可以顯著降低解凍時(shí)間，這與Wiktor等[6]的研究結(jié)果一致，其研究表明，在未進(jìn)行任何處理的情況下蘋(píng)果的解凍時(shí)間需要2 060.10 s，但使用PEF（100脈沖，5 kV/cm）處理后，蘋(píng)果的解凍時(shí)間為1 508.40 s，總解凍時(shí)間減少了約26.8%。

2.2 預(yù)處理對(duì)冰晶成核和融化溫度的影響

不同的預(yù)處理方法和解凍方式對(duì)馬鈴薯冷凍過(guò)程中結(jié)晶溫度及解凍過(guò)程中冰晶融化溫度的影響如表2所示。對(duì)于冷凍過(guò)程中的結(jié)晶溫度，采用PEF預(yù)處理和熱燙預(yù)處理都可顯著提高結(jié)晶成核溫度，分別為?0.47、?0.23 ℃，而對(duì)照組的結(jié)晶成核溫度為?1.63 ℃。PEF可以促進(jìn)樣品中水分子的極化，增強(qiáng)水分子的動(dòng)能，減少相變所需時(shí)間，提高相變溫度，從而加速水分的結(jié)晶[17]。熱燙有助于破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞壁，減少細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)移動(dòng)和傳熱阻力，從而提高冰晶成核溫度[18]。解凍方式對(duì)冰晶融化溫度呈現(xiàn)顯著性影響，冰箱解凍和水里解凍的冰晶融化溫度顯著高于常溫解凍。預(yù)處理和解凍方式存在協(xié)同作用，可以明顯提高冰晶融化溫度，從而減少冰晶融化時(shí)間，降低能耗，提高產(chǎn)品的品質(zhì)。如經(jīng)PEF預(yù)處理，在常溫、水里和冰箱等解凍過(guò)程中，樣品的冰晶融化溫度分別為?1.57、?0.97、?0.83 ℃，均低于對(duì)照組。

2.3 預(yù)處理對(duì)解凍后樣品汁液損失的影響

汁液損失率可以體現(xiàn)冷凍樣品的持水能力，反映樣品在冷凍解凍后的風(fēng)味變化和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失情況[19]。在長(zhǎng)時(shí)間的解凍過(guò)程中，冰晶破壞了細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞的保水能力下降，進(jìn)而導(dǎo)致汁液流失[20]。由圖3可知，在不同的解凍方式下，相較于未處理樣品（對(duì)照組），經(jīng)過(guò)熱燙預(yù)處理和 PEF 預(yù)處理后樣品的汁液損失率都顯著下降（<0.05）。對(duì)于常溫解凍，未處理樣品、熱燙預(yù)處理樣品和PEF預(yù)處理樣品解凍后的汁液損失率分別為24.12%、17.39%、15.53%。熱燙預(yù)處理使得樣品表面的淀粉類(lèi)物質(zhì)部分糊化，在表面形成了隔水層，因此在解凍后汁液損失率下降[21]。經(jīng)PEF處理后，食品微觀粒子之間的弱相互作用得到加強(qiáng)，即食品中水分子與非水分子的相互作用得到加強(qiáng)，這在一定程度上降低了水分子向外滲透的能力，減緩了汁液的流失。同時(shí)，PEF提高了果蔬的成核溫度（表2），且在較短時(shí)間內(nèi)通過(guò)最大冰晶體形成帶（圖2），形成了小的冰晶，減少了對(duì)果蔬細(xì)胞的機(jī)械損傷，進(jìn)而降低了汁液損失率。在相同預(yù)處理下，經(jīng)冰箱解凍后汁液損失率明顯低于常溫解凍和水中解凍（<0.05）（圖3）。這是因?yàn)樵诒浣鈨鰲l件下溫度較低，且整個(gè)過(guò)程較溫和，可以有效降低生化反應(yīng)強(qiáng)度，抑制微生物的繁殖，細(xì)胞組織的損傷較小，故冰箱解凍的汁液損失率最低[22]。采用水里解凍會(huì)在解凍過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行復(fù)水作用，細(xì)胞膨脹，導(dǎo)致汁液損失率較低。李璐倩等[23]采用幾種不同解凍方法處理牦牛肉，并對(duì)處理后的牦牛肉質(zhì)量特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，經(jīng)靜水解凍后樣品的汁液損失率明顯低于微波解凍、常溫空氣解凍和冷藏解凍。

2.4 預(yù)處理對(duì)解凍后樣品總色差的影響

顏色是用于評(píng)價(jià)食品質(zhì)量的基本參數(shù)之一，顏色影響著消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的接受程度。這里的顏色變化通過(guò)總色差Δ進(jìn)行分析，Δ越小，說(shuō)明樣品解凍后的顏色越接近新鮮樣品[24]。如圖4所示，對(duì)于常溫解凍和冰箱解凍，相較于未處理樣品，PEF預(yù)處理和熱燙預(yù)處理可以顯著降低解凍后樣品的總色差Δ。對(duì)于常溫解凍，未處理樣品、熱燙預(yù)處理樣品和PEF預(yù)處理樣品的Δ分別為18.5、7.99、6.67。PEF預(yù)處理導(dǎo)致的電穿孔現(xiàn)象可顯著縮短冷凍和解凍時(shí)間，從而減緩樣品在解凍過(guò)程中因氧化反應(yīng)等導(dǎo)致的顏色變化。Li等[25]也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)PEF預(yù)處理后，大西洋三文魚(yú)解凍后的Δ為4.48，明顯低于未處理樣品（6.61）。熱燙處理可以鈍化樣品中的酶，減少冷凍和解凍過(guò)程中氧化反應(yīng)的發(fā)生，故可減緩顏色的變化。對(duì)于水里解凍，相較于未處理樣品，熱燙預(yù)處理和PEF預(yù)處理樣品的Δ降低不顯著（>0.05）。這可能由于水里解凍時(shí)樣品與空氣的接觸時(shí)間較短，較大的色差變化可能由樣品長(zhǎng)時(shí)間暴露于空氣中發(fā)生了氧化作用所致。采用冰箱解凍時(shí)，雖然解凍時(shí)間較長(zhǎng)，但低溫解凍能在一定程度上抑制氧化，且可減少與空氣接觸的時(shí)間，同時(shí)不會(huì)因瞬間溫度的上升而破壞酶活性，因此相較于常溫解凍，其樣品總色差改變較小。

表2 預(yù)處理方法和解凍方法對(duì)冰晶成核和融化溫度的影響

Tab.2 Effect of pretreatment methods and thawing methods on ice crystal nucleation and melting temperatures of potato

注：不同字母代表樣品間存在顯著差異（<0.05)；相同字母代表樣品間不存在顯著差異（>0.05）。

圖3 預(yù)處理方法和解凍方法對(duì)馬鈴薯凍融后汁液損失的影響

注：不同字母代表樣品間存在顯著差異（<0.05）；相同字母表示樣品間不存在顯著差異（>0.05）。

圖4 預(yù)處理方法和解凍方法對(duì)馬鈴薯樣品凍融后顏色總色差的影響

注：不同字母代表樣品間存在顯著差異（<0.05）；相同字母表示樣品間不存在顯著差異（>0.05）。

2.5 預(yù)處理對(duì)解凍后樣品硬度的影響

硬度受到解凍后樣品的持水能力及結(jié)構(gòu)完整性的影響[26]。預(yù)處理方法和解凍方式對(duì)解凍后樣品硬度的影響如表3所示，PEF預(yù)處理和熱燙預(yù)處理可以顯著降低解凍后樣品的硬度（<0.05）。對(duì)于常溫和水里解凍，熱燙預(yù)處理樣品的硬度低于PEF預(yù)處理樣品，冰箱解凍反之。PEF預(yù)處理增加了細(xì)胞膜的通透性，降低了細(xì)胞膨壓，導(dǎo)致硬度減小[6]。熱燙預(yù)處理使樣品內(nèi)部組織軟化、滲透性增強(qiáng)，熱燙會(huì)對(duì)細(xì)胞壁和細(xì)胞間的膠體高分子造成不同程度的傷害，減弱了細(xì)胞間的結(jié)合力，降低了可溶性固形物含量，從而降低了樣品的硬度[27]。解凍方式的不同也會(huì)導(dǎo)致解凍后樣品的硬度不同，如表3所示。對(duì)于未處理樣品，在水里解凍和冰箱解凍后，樣品的硬度顯著高于常溫解凍。對(duì)于熱燙預(yù)處理，在水里解凍后樣品的硬度最低。對(duì)于PEF預(yù)處理，經(jīng)水里解凍和冰箱解凍后樣品的硬度都顯著低于常溫解凍（<0.05）。這可能是由于水里解凍和冰箱解凍方式在解凍過(guò)程中降低了細(xì)胞間的結(jié)合力，因而質(zhì)地較軟[9]。

2.6 預(yù)處理對(duì)樣品水分分布的影響

樣品在冷凍前及經(jīng)不同方法（常溫解凍、水里解凍和冰箱解凍）解凍后的橫向弛豫時(shí)間2反演圖譜如圖5所示。2指樣品水分中的H質(zhì)子自旋核在外加磁場(chǎng)受到射頻脈沖刺激后，系統(tǒng)內(nèi)部達(dá)到橫向熱平衡所需的時(shí)間[28]。果蔬中的水分常分為3種狀態(tài)，即自由水、結(jié)合水和半結(jié)合水。其中，0～10 ms時(shí)為結(jié)合水（21），10～100 ms為半結(jié)合水（22），100～1 000 ms為自由水（23）。對(duì)于未處理樣品，經(jīng)PEF和熱燙預(yù)處理后，3種水分狀態(tài)都發(fā)生了左移。因?yàn)樵隈R鈴薯的水分分布中，以自由水狀態(tài)存在的水分占比（80%）較大，所以可以用其弛豫時(shí)間23作為水分自由度的判斷指標(biāo)。如圖5所示，通過(guò)對(duì)比弛豫時(shí)間發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組中新鮮樣品、常溫解凍、水里解凍和冰箱解凍的23分別為464.16、266.61、265.61、305.72 ms；在熱燙預(yù)處理組中，新鮮樣品、常溫解凍、水里解凍和冰箱解凍后樣品的23分別為305.39、231.01、265.61、200.923 ms；在PEF預(yù)處理組中，新鮮樣品、常溫解凍、水里解凍和冰箱解凍后樣品的23分別為232.01、174.75、265.94、201.92 ms。預(yù)處理樣品的23顯著低于對(duì)照組，說(shuō)明經(jīng)熱燙預(yù)處理或PEF預(yù)處理后，樣品中的水分發(fā)生了遷移，結(jié)合水的締合程度更高，從而降低了冷凍和解凍過(guò)程中汁液的損失率[29]。這也是解凍后預(yù)處理樣品的汁液損失低于對(duì)照組的原因。

表3 預(yù)處理方法和解凍方法對(duì)凍融后馬鈴薯硬度的影響

Tab.3 Effect of pretreatment methods and thawing methods on hardness of potato after freezing-thawing

圖5 預(yù)處理和解凍方法對(duì)馬鈴薯橫向弛豫時(shí)間的影響

解凍方法和預(yù)處理方法對(duì)馬鈴薯凍融后自由水峰面積的影響如圖6所示。不同2的積分面積可以表示對(duì)應(yīng)水分狀態(tài)的絕對(duì)含量[30]。解凍方法對(duì)凍融后樣品中自由水的分布無(wú)顯著性影響，但是預(yù)處理方法對(duì)凍融后自由水的峰面積有著顯著影響。如PEF預(yù)處理樣品的自由水峰面積明顯高于未處理樣品和熱燙預(yù)處理樣品（圖6）。說(shuō)明PEF預(yù)處理可以改變馬鈴薯的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，有利于解凍后樣品中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，增大了毛細(xì)血管力，從而束縛了水分，減少了水分損失，這與凍融后汁液的損失結(jié)果（圖3）一致。

圖6 解凍方法和預(yù)處理方法對(duì)馬鈴薯凍融后自由水峰面積的影響

注：不同字母代表樣品間存在顯著差異（<0.05）；相同字母表示樣品間不存在顯著差異（>0.05）。

3 結(jié)論

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，PEF預(yù)處理和熱燙預(yù)處理均可改善馬鈴薯凍融后的品質(zhì)。經(jīng)PEF預(yù)處理的樣品在最大冰晶體滯留的時(shí)間低于熱燙預(yù)處理樣品，同時(shí)在常溫解凍、水里解凍和冰箱解凍情況下，PEF預(yù)處理樣品凍融后的汁液損失率和色差值均低于熱燙預(yù)處理樣品。此研究證明，PEF預(yù)處理作為新型的非熱加工預(yù)處理方法能夠替代傳統(tǒng)熱燙預(yù)處理，改善凍融后馬鈴薯的品質(zhì)，可為PEF在果蔬冷凍領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論參考。

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Effect of Pretreatment and Thawing Method on Freezing and Thawing Quality of Potato

DU Hui-hui1, LI Ke-xing2,LIU Cai-yun1*,LI Dai-yan1,ZHOU Bin1,SHALAMU·Abdu1,YISHAKE·Yumiti1,LI Bao-guo1

(1. School of Health Science and Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200082, China; 2.School of Life Sciences, Shanghai University, Shanghai 200901, China)

The work aims to improve the quality of potato after freezing and thawing and provide theoretical basis for the application of PEF pretreatment in vegetable freezing. The effect of pretreatment methods (pulse electric field and blanching) and thawing methods (room temperature thawing, water thawing and refrigerator thawing) on potato freezing-thawing process and quality was discussed, the physicochemical indicators such as ice crystal nucleation temperature, melting temperature, water loss ratio, color, hardness, etc. were analyzed and the migration of water at different states of samples after freezing and thawing was analyzed by low field nuclear magnetic resonance analyzer. Blanching and PEF (Pulsed Electric Field) pretreatment could significantly reduce the freezing time and increase the ice crystal nucleation temperature. Moreover, the retention time of PEF pretreated samples in the maximum ice crystal formation zone was 26.3% lower than that of the control group. PEF pretreatment and blanching pretreatment could both reduce the water loss of potato after different thawing methods. For room temperature thawing, the water loss ratio of untreated, blanching pretreated and PEF pretreated samples were 24.12%, 17.39% and 15.53% respectively. At the same time, PEF pretreatment and blanching pretreatment could also reduce the color change and hardness change of food during freezing and thawing. PEF pretreatment can improve the quality of potato after freezing and thawing, which provides theoretical reference for the application of PEF in the field of vegetable freezing.

potato; pulsed electric field; blanching; freezing; thawing

TS255.36

A

1001-3563(2023)17-0041-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.17.006

2023-02-13

國(guó)家自然科學(xué)基金（32001816）

責(zé)任編輯：彭颋