凍結方式對蓮藕片品質及微觀結構的影響

王 遠， 劉春菊， 劉春泉， 宋江峰， 李大婧

(1.南京農業大學食品科學技術學院，江蘇 南京210095; 2.江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇 南京210014)

蓮藕( Nelumbo nucifera gaertn.) 屬睡蓮科，其營養價值高，含碳水化合物、蛋白質、維生素、礦物質、鞣酸等多種營養元素［1-2］。生藕性寒，可清熱涼血、止血散瘀、生津止渴; 熟藕性溫，有益氣健脾、通便止瀉、養血生肌的功效。因此，蓮藕集營養和藥用價值于一體，是一種藥食同源食品，具有獨特保健功能［3］。蓮藕在中國種植面積已達到5 ×105hm2，是中國一種重要而特有的水生蔬菜，也是中國蔬菜出口產量最大的蔬菜品種之一［4］。目前，以蓮藕為原材料加工而成的產品主要是藕汁飲料、藕粉、糖漬藕、鹽漬藕及一些經初加工處理的鮮蓮藕制品，國內主要以鮮食蓮藕、藕粉為主要產品［5-6］，鮮食蓮藕占絕大多數，但蓮藕季節性強，不易貯藏，容易褐變氧化［7-8］。蓮藕出口產品主要是以糖漬藕、鹽漬藕和速凍藕為主，出口量大，其中大部分屬鹽漬藕，色澤差、風味低，脫鹽處理麻煩，因此速凍蓮藕出口銷售量逐年增加，越來越受消費者歡迎，速凍蓮藕不僅營養價值高，且品質佳、衛生好、賣價高［9］。

對于速凍蓮藕來說，凍結方式和凍結速率都影響蓮藕的品質。食品快速凍結的目的是盡量保持食品原有的品質，實現食品的部分玻璃態凍結并使其處于部分玻璃態下，能最大限度保持其色、香、味、形及營養成分。凍結過程中產生大冰晶會對食品細胞造成不可逆轉的損傷，因此選擇合適的凍結方式和速率對食品后期品質至關重要。本研究通過分析液氮、超低溫冰箱和普通冰箱3 種凍結處理后蓮藕片各理化指標的變化，探討不同凍結方式對蓮藕片質構、自由滴度、色澤、維生素C( VC) 和微觀結構的影響，旨在為蓮藕速凍加工凍結方式的選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試蓮藕品種3735，購于江蘇省南京市孝陵衛農貿市場。

2，6-二氯酚靛酚、草酸、碳酸氫鈉、抗壞血酸、乙醇、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等為國產分析純，EM級戊二醛由SPI 公司生產。

1.2 主要儀器與設備

BS-224-S 萬分之一天平由賽多利斯科學儀器( 北京) 有限公司生產，DW-86L286 立式超低溫保存箱為青島海爾特種電器有限公司產品，BC/BD-429H 海爾電冰柜為青島海爾股份有限公司產品，液氮罐由新鄉市新亞低溫容器責任有限公司生產，MCT-200 精密溫度計由北京市宇時技術開發公司生產，TA.XT Plus 質構儀由英國Stable Micro System公司生產，FEI Quanta 200 環境掃描電子顯微鏡由荷蘭FEI 公司生產，EMITECH K750 臨界點干燥儀由英國Quorum 公司生產，WSC-S 型色差儀由上海精密科學儀器有限公司生產。

1.3 不同凍結方式處理

將預處理的蓮藕片分別用液氮、超低溫冰箱( －60 ℃) 和普通冰柜( －20 ℃) 速凍，待中心溫度降至－18 ℃，完全凍結后繼續凍結30 min，再在超低溫冰箱( －60 ℃) 中各放1 d，5 ℃自然解凍后，測定各指標。

1.4 測定方法

1.4.1 質構 取解凍后蓮藕6 ～10 片，于5 ℃下解凍后用TA.XT Plus 質構儀測定，探頭為P/5N 平底圓柱型探頭，操作模式為TPA 模式，測前速度2 mm/s，測試速度0.5 mm/s，下壓距離4 mm，測后速度2 mm/s，記錄硬度、脆度和咀嚼度，每個樣品重復測定6 次，取平均值。

1.4.2 自由滴度 采用解凍自由滴度法［10］測定。取40 ～50 g 速凍蓮藕片，稱質量后立即放入鋪有濾紙的培養皿內，加蓋后放入5 ℃冰箱中解凍后取出。用濾紙拭去蓮藕片表面汁液再稱質量，計算減少的質量占原有質量的百分比，即為自由滴度的值［11］。

1.4.3 VC含量 采用2，6-二氯酚靛法［12］測定。稱取10 g 5 ℃解凍的蓮藕放在研缽中加入2%草酸溶液研磨成漿，定容至100 ml，搖勻，提取1 h，7 500 r/min離心30 min，取10 ml 上清液用已標定的2，6-二氯酚靛酚溶液滴定至粉紅色，30 s 內不褪色為終點，記下染料的用量，每個樣品平行測定3 次，取平均值，計算VC含量。

式中:W 為樣品中抗壞血酸含量( mg/g) ; V0為空白滴定所用染料量( ml) ; V1為樣品滴定所用染料量( ml) ;m 為取樣量( g) ;X 為樣品滴定吸取溶液體積( ml) ;V 為樣品溶液定容后的總體積( ml) ; A 為1ml 染料溶液相當于抗壞血酸的毫克數。

1.4.4 色澤 取5 g 5 ℃解凍后的蓮藕打碎，采用WSC-S 型色差儀測定蓮藕L*、a*和b*值。CIE( 國際標準照明委員會) 表色系中的L*為明度，反映樣品的亮度和白度; a*反映樣品紅綠度，正數代表紅色，負數代表綠色;b*反映樣品黃藍度，正數代表黃色，負數代表藍色。

1.4.5 微觀結構 取解凍蓮藕片切成4 mm3大小的組織塊，用2.5% 戊二醛( 0.2 mol/L 磷酸緩沖液，pH 7.2) 4 ℃下固定24 h，再用體積分數為20% ～100%乙醇梯度脫水，臨界點干燥，離子濺射噴金，掃描電鏡觀察，以未經凍結的蓮藕鮮樣為對照，每個樣品平行測定3 次。

1.5 數據分析

利用SAS 軟件進行單因素方差分析及Duncan氏多重比較法檢驗組間差異。

2 結果與分析

2.1 凍結速率與蓮藕片凍結狀態

采用液氮、－60 ℃超低溫冰箱和－20 ℃普通冰箱3 種凍結方式進行對比試驗，蓮藕片厚度4 ～6 mm、直徑6 ～7 cm，在－60 ℃超低溫冰箱中蓮藕片通過最大冰晶生成區的平均凍結速率大約為2.04 ℃/min，－20 ℃普通冰箱中蓮藕片通過最大冰晶生成區的平均凍結速率大約為0.61 ℃/min。液氮－196 ℃為超速凍結［13］，超低溫冰箱終溫為－60 ℃，因此經液氮和超低溫冰箱凍結后蓮藕片處于部分玻璃態，可以認為液氮和超低溫冰箱凍結是部分玻璃態凍結，普通冰箱凍結為橡膠態凍結。

2.2 不同凍結方式對蓮藕片質構的影響

由圖1 可以看出，不同凍結方式對蓮藕片質構有不同程度的影響，其中液氮和超低溫冰箱凍結的蓮藕片脆度、硬度和咀嚼度下降率分別為15%、10%和10%左右，兩者差異不顯著( P ＞0.05) ，而經普通冰箱凍結的蓮藕片脆度、硬度和咀嚼度的下降率是液氮和超低溫冰箱的2 倍左右，說明部分玻璃態凍結在很大程度上保持了蓮藕片原有的質構特性。凍結過程造成質構下降的主要原因是快速降溫體積不均勻收縮，細胞水分外滲引起脫水損傷，以及水結成冰體積膨脹對細胞造成機械損傷。蓮藕片水分含量高、質地脆嫩，液氮和超低溫冰箱快速凍結有利于形成大量均勻、細小的冰晶，水快速結成冰，細胞水分不外滲，內外滲透壓差小，對細胞造成的損傷小，所以對蓮藕片質構破壞較小，但液氮超快速凍結使蓮藕片產生內外溫差，形成大量冰晶，體積急劇膨脹，使部分蓮藕片產生凍裂現象［11，14］。

圖1 凍結方式對蓮藕片質構的影響Fig.1 Effects of different freezing methods on textures of lotus root slices

2.3 不同凍結方式對蓮藕片自由滴度的影響

自由滴度反映了樣品的持水能力，自由滴度越大，樣品的持水能力越差。由圖2 可以看出，凍結速率快有利于保持蓮藕片的持水能力，防止解凍后的汁液過度流失。但液氮超速凍結后蓮藕片被凍裂，細胞被擠壓損傷，水分外滲、汁液易流失，因此其自由滴度高于超低溫冰箱凍結的蓮藕片。

圖2 凍結方式對蓮藕片自由滴度的影響Fig.2 Effects of different freezing methods on free titer of lotus root slices

2.4 不同凍結方式對蓮藕片VC含量的影響

如圖3 所示，經液氮和－60 ℃超低溫冰箱凍結，VC損失10%左右，－20 ℃普通冰箱凍結的VC損失20%。VC是果蔬加工中最易被破壞的維生素，盡管蓮藕片處于低溫下，仍有氧氣和部分酶活性存在，致使VC可能被部分氧化損失［15］。冰晶分布與液態水分布影響解凍時細胞吸收水分的能力，冰晶細小對細胞壁的損傷程度就小，解凍時冰晶融化的水分就能迅速被細胞吸收而不發生汁液流失，從而減少VC損失，達到果蔬品質的可逆性［16］。液氮和－60℃超低溫冰箱凍結的蓮藕片冰晶分布均勻、細小，對細胞的損傷小，因此VC損失相對較小，但液氮超速凍結使蓮藕片產生斷裂，故VC損失較－60 ℃超低溫冰箱凍結大，但差異不顯著。普通冰箱的凍結速度慢，晶核緩慢形成，使得生成的冰晶大小和分布不均勻，細胞破壞程度大，解凍時汁液流失嚴重，VC損失相對較大［16］。

圖3 凍結方式對蓮藕片VC含量的影響Fig.3 Effects of different freezing methods on VC content of lotus root slices

2.5 不同凍結方式對蓮藕片色澤的影響

凍結方式對蓮藕片色澤的影響如圖4 所示，經凍結后，蓮藕片L*基本不受影響;凍結速率越慢，蓮藕片a*越大，顏色發紅，不同凍結方式對a*影響差異顯著( P ＜0.05) ;b*隨凍結速率的減小而變大，蓮藕片顏色發黃，特別在凍結速率較慢時明顯變黃。從整體色澤看，液氮和－60 ℃超低溫冰箱凍結后蓮藕片顏色基本保持不變，－20 ℃普通冰箱凍結的蓮藕片顏色暗黃。

2.6 不同凍結方式對蓮藕片微觀結構的影響

圖4 凍結方式對蓮藕片色澤的影響Fig.4 Effects of different freezing methods on color of lotus root slices

利用掃描電子顯微鏡觀察不同凍結方式對蓮藕片微觀結構的影響，結果如圖5 所示。可以看出蓮藕片鮮樣的細胞壁和細胞結構完整，細胞質飽滿，但組織切口處細胞壁斷裂，細胞膜受損，部分與細胞壁分離，可能是樣品前處理對蓮藕樣品組織造成的影響。液氮和超低溫冰箱凍結的蓮藕片細胞結構完整，細胞排列整齊，但速凍仍使細胞膜受損，細胞間隙改變，胞內汁液部分流失［17］。普通冰箱凍結蓮藕片細胞結構破壞嚴重，細胞被壓扁變形，細胞質溶出，細胞壁降解收縮。主要原因是凍結速率較慢，蓮藕片中心與表面溫差小，冰晶首先在細胞組織外產生，細胞組織內部的水分仍以液相形式存在，在壓差作用下，細胞組織內部水分外滲，使大部分水凍結于細胞間隙，形成分布不均勻的大冰晶，大冰晶對細胞壁形成擠壓，使細胞變形壓扁破裂，細胞質溶出，導致組織結構明顯損傷。細胞壁和組織結構完整性對果蔬的質地起主導作用［18］。綜上所述凍結過程對蓮藕片的質地影響最大，凍結速率較慢時，細胞結構和細胞壁受損嚴重，細胞質溶出導致質地下降，營養成分流失。

3 結論

比較3 種不同凍結方式對蓮藕片質構、自由滴度、VC、色澤和微觀結構的影響，發現凍結速率越快對蓮藕片的品質影響越小，特別是對質構、色澤的影響，液氮和超低溫冰箱凍結屬于部分玻璃態凍結，與普通冰箱相比有明顯的優勢，超低溫冰箱凍結后蓮藕片的質構、自由滴度、VC保持最好，液氮速凍的蓮藕片色澤最佳，但液氮的超快速凍結使蓮藕片產生凍裂現象，普通冰箱凍結后的蓮藕片汁液流失最為嚴重，色澤下降最大。

液氮和超低溫冰箱凍結的蓮藕片細胞結構完整，細胞排列整齊;普通冰箱凍結蓮藕片細胞結構破壞嚴重，細胞被壓扁變形，細胞質溶出，細胞壁降解收縮。凍結速率較慢會導致細胞結構和細胞壁嚴重受損，細胞質溶出，質地下降，營養成分流失，因此凍結過程對蓮藕片的質地影響較大。

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