真空滲鹽對冷凍蓮藕片品質及熱特性的影響

錢 旻，宋江峰，李大婧,3，劉春泉,3,*，金邦荃

真空滲鹽對冷凍蓮藕片品質及熱特性的影響

錢 旻1,2，宋江峰2，李大婧2,3，劉春泉2,3,*，金邦荃1

（1.南京師范大學金陵女子學院，江蘇 南京 210097；2.江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇 南京 210014；3.國家蔬菜加工技術研發分中心，江蘇 南京 210014）

通過測定真空滲透下不同質量分數NaCl溶液處理前后冷凍蓮藕片質構、色澤與VC及冰點、相變潛熱、表觀比熱等熱特性參數變化，研究真空滲鹽對冷凍蓮藕片品質和熔融相變區熱特性參數的影響。結果表明：4% NaCl調理液有利于改善冷凍蓮藕片的質構和色澤，VC損失相對較少；隨著NaCl質量分數增加，蓮藕片冰點呈線性降低，熔融相變溫區融程變寬，相變潛熱減小，表觀比熱峰值降低，玻璃化轉變溫度T’g提高2.98～4.50℃。

蓮藕片；真空滲鹽；品質；熱特性

蓮藕（Nelumbo nucifera Gaertn）集營養和藥用于一體[1]，由于蓮藕季節性強，采后不耐貯藏，極易褐變，如何提高蓮藕貯藏保鮮品質成為當前研究的熱點。冷凍蓮藕片能有效延長貯藏期，保持其營養、色澤與風味，但在冷凍加工和貯藏過程中仍存在褐變、出現干耗和解凍后組織坍塌等問題，此外，冷凍工藝與冷凍制品低溫相變區的冰點、表觀比熱容和相變潛熱等熱特性參數密切相關，影響凍藏時間和能耗[2]，因此采取恰當的冷凍工藝尤為重要。研究表明，利用NaCl[3-4]、碳水化合物[5-6]等外源物處理，通過束縛自由水活動空間、降低分子的移動性，提高玻璃化轉變溫度T’g，能最大限度提高冷凍制品的質量。由于真空滲鹽具有滲透時間短、護色效果好等特點，本實驗通過真空滲透方法，研究NaCl添加量對冷凍蓮藕片色澤、質地、營養品質及熱特性參數的影響，以期為改善蓮藕凍藏品質提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試蓮藕品種3735購于江蘇南京孝陵衛農貿市場。

比熱測定標準物為藍寶石；NaCl為食品級；2,6-二氯靛酚、草酸、抗壞血酸等試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

QTS質構分析儀 英國CNS Farnell公司；Mettler-Toledo XS105型電子分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；真空干燥器 鹽城玻璃儀器廠；SHZ-D循環水式真空泵 上海東璽制冷儀器設備有限公司；WSC-S型色差儀 上海精密科學儀器有限公司；PE標準液體鋁皿（樣品量為15～17 mg，精確到±0.01 mg）、Diamond DSC-差示掃描量熱儀（該設備溫度標定采用銦的熔融轉變外推起始溫度-156.60 ℃和雙蒸水的熔融轉變外推起始溫度0 ℃進行兩點標定；熱焓標定采用雙蒸水的熔融焓（333.88 kJ/kg）標定，標定速率為10 ℃/min。樣品沖洗氣體為高純度氦氣（純度＞99.999%），冷卻方式為液氮制冷） 美國Perkin-Elmer公司。

1.3 方法

1.3.1 真空滲鹽處理

挑選新鮮、色白、脆嫩的蓮藕洗凈、去皮，切成厚度為5 mm的薄片，用0.4% 檸檬酸、2.0% VC及0.2%六偏磷酸鈉護色30 min，于（98±2）℃燙漂滅酶1～2 min，冷卻后瀝干。取燙漂試樣300 g置于25 ℃、絕對壓力0.003 Pa的真空干燥箱中的料液比為1∶2（m/V），質量分數分別為2%、4%和6%的NaCl調理液滲透處理40 min，瀝干后冷凍貯藏。以未經滲透處理的蓮藕片為對照。

1.3.2 品質指標測定

脆度與硬度：取滲透處理的冷凍蓮藕片于5 ℃條件下解凍后用QTS質構儀測定，操作模式為質地剖面分析（texture profile analysis，TPA）模式，測試速率0.5 mm/s；色澤：采用WSC-S型色差儀測定其L*值、a*值和b*值，并按下式計算總色差值ΔE；VC含量：采用2,6-二氯酚靛法[7]。

1.3.3 相變區熱特性參數測定

利用差示掃描量熱法（differential scanning calorimetry，DSC）對滲透處理后的蓮藕片進行測定，實驗需準備3 個等質量的鋁皿，分別用于待測樣品、標準物質以及基線空皿。本實驗測量的溫度范圍為-60～25 ℃，設置的溫度程序為：1）初溫以25 ℃恒溫2 min，以20 ℃/min的降溫速率降至-60 ℃，再恒溫2 min；2）以10 ℃/min的升溫速率升至-10 ℃；3）于-10 ℃恒溫30 min；4）再以10 ℃/min的降溫速率降至-60 ℃，恒溫2 min；5）由-60 ℃升至25 ℃，升溫速率為2 ℃/min。退火溫度為-10 ℃。

1.3.3.1 冰點溫度（θ）的確定

理論上冰點為在升溫曲線上結晶剛剛熔解完成的溫度，但由于樣品融化后，熱流曲線回歸基線是個漸變過程，且受樣品量和升溫速率的影響，會出現不同程度的滯后現象，因此把相變峰溫度確定為蓮藕片的冰點溫度[8]。

1.3.3.2 熔融起始、結束溫度及相變潛熱的確定

根據相圖理論，在固-液相變過程中，當固體達到最低共熔點時，固體即開始融解成飽和鹽溶液，然后冰開始融化成水，在DSC曲線上就是曲線從較低的溫度就開始緩慢上升偏離基線。由于Onset溫度是吸熱峰的最大斜率與基線相交的溫度，所以Onset溫度事實上并非起始融解溫度，因為所有水溶液的起始融解溫度均為其最低共熔點，但在最低共熔點附近，蓮藕片樣品并未大量吸熱，只有在Onset溫度之后才開始大量吸熱，因此把Onset溫度作為熔融起始溫度[9]。同樣，熔融結束溫度為End溫度。熔融相變前后吸熱峰的最大斜率和基線與吸熱峰所圍成的面積與樣品質量之比即為試樣的相變潛熱（ΔH）[10-11]。

1.4 表觀比熱的計算

采用三線法測定蓮藕片的表觀比熱[12]，按照下式計算。

式中：Capp為樣品的表觀比熱/（J/（g·℃））；mstd為標準物的質量/mg；ms為樣品的質量/mg；DSCs為樣品的熱流信號/mW；DSCb為空盤的熱流信號/mW；DSCstd為標準物的熱流信號/mW；Cp,std為標準物質的表觀比熱/（J/（g·℃））。

1.5 數據分析

所有實驗均重復3 次。利用SAS軟件進行單因素方差分析及組間差異的Duncan氏多重比較。采用熱分析軟件Proteus進行熱特性參數的數據分析。

2 結果與分析

2.1 真空滲鹽對冷凍蓮藕片品質的影響

2.1.1 質構

圖1 NaCl對冷凍蓮藕片質構特性的影響Fig.1 Effect of NaCl on texture properties of frozen lotus root slices

脆度與硬度是評估冷凍蓮藕片質構特性的重要指標，本實驗以第一次壓縮時的最大峰值為硬度值，產生的斷裂力為脆度值。如圖1所示，不同質量分數的NaCl滲透處理對冷凍蓮藕片硬度均影響顯著（P＜0.05），隨著NaCl質量分數增加，冷凍蓮藕片硬度呈先上升后緩慢下降的趨勢。經NaCl滲透處理樣品脆度均高于對照組，當NaCl質量分數為2%時，冷凍蓮藕片的脆度顯著（P＜0.05）高于其他處理組，后隨著NaCl質量分數的增加而下降。真空滲鹽有效提高了冷凍蓮藕片的硬度和脆度，且當NaCl質量分數分別為2%、4%時質構較好，原因可能是通過真空滲透作用，NaCl滲入組織細胞內而改變了蓮藕組分的比例，進而影響了冷凍蓮藕片的脆度和硬度[13]。

圖2 NaCl對冷凍蓮藕片L*和ΔE的影響Fig.2 Effect of NaCl on L*and ΔE of frozen lotus root slices

2.1.2 色澤由圖2可知，隨著NaCl質量分數的增加，亮度L*值逐漸增加，當質量分數達到6%時，亮度（L*）值增加顯著（P＜0.05）。總色差（ΔE）能反映真空滲鹽后樣品與對照之間的顏色差異，ΔE值越大說明處理后試樣色澤變化越明顯，與對照差異越大。由圖2還可看出，真空滲鹽處理使冷凍蓮藕片產生了色澤變化，隨著NaCl質量分數的增加，L*值升高即蓮藕片亮度增加而ΔE逐漸減小，說明在質量分數增加時，a*值、b*值與對照的差異變小。可見，適當質量分數的NaCl有利于保持冷凍蓮藕片的色澤，當真空滲鹽質量分數為4%時，冷凍蓮藕片ΔE較小，護色效果較好。

2.1.3 VC含量

圖3 NaCl對冷凍蓮藕片VC含量的影響Fig.3 Effect of NaCl on VC content of frozen lotus root slices

由圖3可知，經真空滲鹽處理后冷凍蓮藕片的VC含量較對照組差異顯著（P＜0.05），VC含量均下降30%左右，其中經4% NaCl處理樣品的VC損失較小，但各質量分數間差異不顯著（P＞0.05）。真空滲透過程導致了VC的損失，這與竹文禮等[14]研究結論一致。

2.2 真空滲鹽對蓮藕片熱特性參數的影響

圖4為不同質量分數NaCl處理的試樣在經過降溫退火后的DSC升溫曲線，在升溫曲線上各試樣都出現了明顯的吸熱熔融峰，且隨著NaCl質量分數的增加，蓮藕片熔融相變區逐漸向低溫方向偏移，從-1.28～2.08 ℃降低到了-10.97～-3.52 ℃，熔融程從4.13 ℃增加到7.45 ℃，峰值與峰面積逐漸變小。Y軸表示表觀比熱，低溫區（-25～-10 ℃）隨著溫度的升高，表觀比熱變化不大，繼續升溫，表觀比熱急劇增大，當達到冰點時，表觀比熱達到最大值（表1），相變結束后，冰晶完全轉變成水，進一步升溫不存在相變潛熱的影響，因此表觀比熱變化不大[4]，NaCl的滲透不僅改變了組織細胞中各成分的比例，同時與其中的水分等以氫鍵或離子鍵結合而改變了水合作用，從而影響了試樣的表觀比熱[15]。

圖4 NaCl對蓮藕片熔融相變區DSC曲線的影響Fig.4 Effect of NaCl on DSC of lotus roots during the transition of melting phase

隨著NaCl質量分數逐漸增加，蓮藕片冰點溫度從2.08 ℃下降到-4.82 ℃，冰點逐漸下降，采用線性回歸，得到NaCl質量分數（X，%）與冰點（θ）的關系為θ=-1.185X+2.17，R2=0.992 2，隨著冰點下降，對應的相變潛熱從234.33 J/g下降到93.41 J/g，其原因可能是由于Na+、Cl-與蓮藕片中的自由水結合導致熔融過程中可熔融的水分減少，從而使蓮藕片熔融過程的冰點向低溫方向移動，相變潛熱降低，表觀比熱減小，這有利于通過最大冰晶形成區，從而實現快速凍結。另外，NaCl的添加使融程增加即冰溫區域變寬，有利于低溫貯藏和運輸[16]，故NaCl可作為冰點降低劑以確保蓮藕片的貯運品質。

對于高水分果蔬，玻璃化溫度是指最大凍結濃縮溶液發生玻璃化轉變時的溫度即部分玻璃化溫度T’g。在DSC掃描過程中，當試樣發生相變時，熱流曲線會出現一個臺階變化，此時的溫度即為T’g，一般來說，玻璃化轉變是一個溫度區域，在該溫度區域內，試樣的理化性質隨著相變而發生，所以，該溫度區域的起始溫度，中點溫度和結束溫度都可以作為T’g，但在果蔬中最重要的變化是趨向于在中后期發生的[17]，因此本實驗取中點溫度作為T’g來討論。

表1 NaCl對蓮藕片熱特性的影響Table 1 Effect of NaCl on thermal properties of lotus root slices

真空滲鹽對蓮藕片T’g的影響結果見表1，未經真空滲鹽處理的蓮藕片T’g為-29.11 ℃，隨著NaCl質量分數的增加，T’g逐漸升高，經不同質量分數NaCl真空滲透后T’g分別提高了2.98、3.80 ℃和4.50 ℃，可能是由于真空下NaCl滲透到蓮藕片細胞組織內替代了部分水，Na+、Cl-與部分自由水作用使得部分自由水束縛成結合水，自由水比例降低，減小了分子鏈段活動所需的空間，因此蓮藕片T’g升高[13]。

3 結 論

本實驗討論了真空滲透NaCl對冷凍蓮藕片品質及熔融相變區熱特性的影響，結果表明，真空滲鹽有利于改善冷凍蓮藕片的質構和色澤，但真空滲透過程導致VC部分損失，4% NaCl真空滲透處理較利于保持冷凍蓮藕片的品質。真空滲鹽對蓮藕片的冰點、熔融相變溫區、相變潛熱、表觀比熱等熱特性參數和T’g影響較大，隨著NaCl質量分數的增加，蓮藕片的冰點不斷降低，熔融相變溫區變寬，相變潛熱變小，表觀比熱峰值降低，部分玻璃化溫度提高，添加一定量的NaCl，有利于降低凍藏能耗、提升冷凍蓮藕片品質。

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Effect of Vacuum Salt Permeation on Quality and Thermal Properties of Frozen Lotus Root Slices

QIAN Min1,2, SONG Jiang-feng2, LI Da-jing2,3, LIU Chun-quan2,3,*, JIN Bang-quan1
(1. Ginling College, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China; 2. Institute of Farm Product Processing, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 3. National Research and Development Center for Vegetable Processing, Nanjing 210014, China)

The objective was to investigate the effect of vacuum salt permeation on the quality and thermo-physical properties of frozen lotus root slices. The changes in texture, color, vitamin C and freezing point, latent heat of phase transition, apparent specific heat and partial glass transition temperature (T’g) of lotus root were determined. The results showed that 4% NaCl maintained the texture and color of lotus roots slices with less loss of vitamin C. As the concentration of NaCl increased, the freezing point decreased, phase-transition temperature range shifted to a wider range, both latent heat and apparent specific heat decreased, and T’gincreased by 2.98-4.50 ℃.

lotus roots; vacuum salt permeation; qualities; thermo-physical properties

TS255.36

A

1002-6630（2014）17-0114-04

10.7506/spkx1002-6630-201417023

2013-08-26

江蘇省農業科技自主創新資金項目（CX（13）3082）

錢旻（1989—），女，碩士研究生，研究方向為農產品加工與保藏。E-mail：qianmin.0512@163.com

*通信作者：劉春泉（1959—），男，研究員，碩士，研究方向為農產品精深加工及產業化開發。E-mail：liuchunquan2009@163.com