冷凍預處理對紫色馬鈴薯出汁率及品質的影響

張一冉，鄔婷，韓育梅

（內蒙古農業大學食品科學與工程學院，內蒙古呼和浩特010000）

紫色馬鈴薯不僅含有普通馬鈴薯一樣高的營養價值，還含有大量對人體有益的花青素，紫色馬鈴薯飲料色澤鮮艷，營養豐富，因此具有非常廣闊的應用前景[1]。果蔬汁飲料近年來深受消費者的喜愛，其含有豐富的碳水化合物（主要是葡萄糖和果糖）、氨基酸、維生素和礦物質[2]，且較好地保留了新鮮果蔬中的礦物質、膳食纖維和活性物質等成分，具有較高的營養價值及保健作用。果蔬的取汁根據原料的性質、形狀和加工的需求，選用合適的破碎設備，并結合相適宜的破碎工藝進行破碎取汁[3]。但紫色馬鈴薯在壓榨取汁方面存在出汁率低、熱敏性營養物質損失較多等問題。對果蔬取汁前進行冷凍預處理，冰晶體的生長會破壞果蔬組織結構，提高其出汁率，同時在冷凍的過程中各種酶的活力受到限制，微生物的活性降低，減少了果蔬中熱敏性營養成分及不穩定的顏色成分的損失[4]。方勝等[5]在利用凍結工藝對黑加侖葡萄的榨汁的研究中發現：凍結過程中產生的冰晶體對葡萄細胞壁的機械破壞作用較大，可以促使細胞汁液溶出，且凍結溫度越低，出汁率、汁液中含有的糖、酸等營養物質越高。Nadulski 等[6]提出，在從胡蘿卜和大黃中提取汁液前，冷凍預處理可提高提取效率。冷凍破碎取汁工藝在紫色馬鈴薯中的應用比較少，特別是冷凍工藝對紫色馬鈴薯汁液品質的影響的研究更是少之又少，因此，研究冷凍預處理條件對提高紫色馬鈴薯出汁率及減少營養品質的損失具有現實指導意義。本試驗中選用的冷凍破碎取汁工藝在提高出汁率的前提下，可以很好的維持原果實中的花青素，VC和其他營養物質，旨在探究對紫色馬鈴薯營養成分損耗最小，提高出汁效率最佳的冷凍預處理工藝條件。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料

紫色馬鈴薯品種為黑金剛，產地為內蒙古（其淀粉含量15.01 g/100 g、水分79.35 g/100 g、蛋白質3.72 g/100 g、灰分 3.37 g/100 g、脂肪 0.11 g/100 g）。

1.1.2 儀器與設備

T6 新世紀型紫外可見分光光度儀：北京普析通用儀器有限公司；TD-35 型數字折光儀：浙江托普儀器有限公司；BCD-356WPC 型冰箱：合肥美菱股份有限公司；BC-102HLG 型冰柜：海爾股份有限公司；HU-700CB型榨汁機：上海韓惠人愛家電科技有限公司。

1.2 試驗設計

1.2.1 紫色馬鈴薯冷凍工藝流程

清洗→去皮→切塊（切片機處理成長×寬×高約為20 mm×20 mm×20 mm 的馬鈴薯塊）→冷凍→解凍（將紫色馬鈴薯塊于20 ℃溫度解凍，至紫色馬鈴薯塊中心溫度計測試溫度為0 ℃時停止解凍）→榨汁

1.2.2 冷凍處理試驗設計

將紫色馬鈴薯塊分別于-5、-10、-15、-20、-25 ℃冷凍 6、12、18、24、30 h，解凍溫度為 20 ℃，測定出汁率及紫色馬鈴薯可溶性固形物、花青素、多酚、VC品質指標，并用灰色關聯度分析法綜合分析，確定最佳冷凍條件。說明每個指標重復測定的次數。

1.3 主要指標的測定及分析方法

1.3.1 主要指標的測定

出汁率：通過榨汁機對紫色馬鈴薯進行榨汁處理，使其汁與渣徹底分離。

透光率：以蒸餾水為空白對照，采用分光光度計于480 nm 下測定吸光度。

1.3.2 灰色關聯度綜合評價分析法

灰色關聯度分析法是一種多因素統計分析方法，它是以各因素的樣本數據為依據用灰色關聯度來描述決定因素主次及其關聯程度的評價方法[10]。根據灰色關聯度分析理想指標的選擇原則，正向指標（即試驗需要的指標）選擇最大，負向指標（即試驗需要控制的指標）選擇最小[11]。試驗數據根據張學杰[12]文獻中的方法進行處理參考。

在本文的研究中，將冷凍預處理作為一種提高紫色馬鈴薯壓榨出汁的處理方式，在提高出汁率的同時，保持其品質，故將各指標的權重系數分別設為出汁率40 %，可溶性固形物30 %，花青素10 %、多酚10%、VC10%。最后根據關聯度大小進行排序，得到關聯序，關聯序越大，說明與理想品質的關聯越小，處理后的品質變化越大，差距越遠。

2 結果與分析

2.1 冷凍處理條件對紫色馬鈴薯出汁率及品質指標的影響

2.1.1 冷凍時間及冷凍溫度對紫色馬鈴薯出汁率的影響

冷凍時間及溫度對紫色馬鈴薯汁出汁率的影響見圖1。

圖1 冷凍時間及溫度對紫色馬鈴薯汁出汁率的影響Fig.1 Effect of freezing time and temperature on juice yield of purple potato juice

從圖1 可以看出同一冷凍時間，不同冷凍溫度，隨著冷凍溫度的升高，出汁率呈現逐漸增加后降低的趨勢；同一冷凍溫度，不同冷凍時間，隨著冷凍時間的增加，出汁率呈先增加后變緩的趨勢。

冷凍溫度為-10 ℃時，出汁率明顯高于其他處理組，出現這樣趨勢的原因是紫色馬鈴薯在過冷點-5.2 ℃～-8.2 ℃時形成了大量對細胞造成不可逆傷害的冰晶，導致細胞汁液的流出，提高了壓榨出汁的效率。紫色馬鈴薯冰點溫度為-2.2 ℃。一般過冷溫度低于其冰點3 ℃～5 ℃[13]，故推測紫色馬鈴薯最大冰晶生成帶為-5.2 ℃～-8.2 ℃之間。紫色馬鈴薯在-10 ℃冷凍 18 h 內變化差異較大，但當冷凍天數達到24 h 時，隨著冷凍天數的增加，出汁率變化不明顯。

2.1.2 冷凍時間及冷凍溫度對紫色馬鈴薯可溶性固形物的影響

冷凍時間及溫度對紫色馬鈴薯汁可溶性固形物的影響見圖2。

圖2 冷凍時間及溫度對紫色馬鈴薯汁可溶性固形物的影響Fig.2 Effect of freezing time and temperature on soluble solids of purple potato juice

從圖2 可以看出，同一冷凍時間，不同冷凍溫度，隨著冷凍溫度的升高，紫色馬鈴薯可溶性固形物呈逐漸遞減的趨勢；同一冷凍溫度，不同冷凍時間，隨著冷凍時間的增加，紫色馬鈴薯可溶性固形物呈逐漸遞增的趨勢。

由圖2 可知，同一冷凍條件下冷凍溫度越低，可溶性固形物越低。而-5 ℃冷凍前18 h 變化差異不明顯，冷凍24 h 后，與6 h 相比變化差異較為明顯。

2.1.3 冷凍時間及冷凍溫度對紫色馬鈴薯花青素的影響

冷凍時間及溫度對紫色馬鈴薯汁花青素的影響見圖3。

圖3 冷凍時間及溫度對紫色馬鈴薯汁花青素的影響Fig.3 Effect of freezing time and temperature on anthocyanin of purple potato juice

從圖3 可以看出，同一冷凍時間，不同冷凍溫度，隨著冷凍溫度的降低，紫色馬鈴薯花青素呈先增大后降低的趨勢；同一冷凍溫度，不同冷凍時間，隨著冷凍時間的增加，紫色馬鈴薯花青素呈逐漸遞減的趨勢。

-10 ℃冷凍條件下花青素含量明顯高于其他處理組，而其他處理組間變化差異不明顯。因其與出汁率呈現顯著相關性，所以此趨勢出現的原因是隨著出汁率的增加，紫色馬鈴薯中花青素等大顆粒物質隨著汁液的流出而增加。而-10 ℃冷凍條件下，冷凍18 h 內，花青素含量變化差異不明顯，冷凍18 h 后，花青素含量大幅度下降。-20、-25 ℃冷凍條件下，冷凍24 h 后，花青素含量變化較為明顯。說明冷凍溫度越低，越有利于紫色馬鈴薯中花青素的保存。

2.1.4 冷凍時間及冷凍溫度對紫色馬鈴薯多酚的影響

冷凍時間及溫度對紫色馬鈴薯汁多酚的影響見圖4。

圖4 冷凍時間及溫度對紫色馬鈴薯汁多酚的影響Fig.4 Effect of freezing time and temperature on polyphenols in purple potato juice

從圖4 可以看出，同一冷凍時間，不同冷凍溫度，隨著冷凍溫度的降低，紫色馬鈴薯多酚含量逐漸增加；同一冷凍溫度，不同冷凍時間，隨著冷凍時間的增加，多酚含量整體呈下降的趨勢。

-5、-10、-15 ℃冷凍 6 h 時下多酚含量變化差異不明顯，-20、-25 ℃冷凍溫度條件下，多酚含量明顯高于其他處理組。出現這樣趨勢的原因是溫度低使紫色馬鈴薯快速冷凍，減少了由于其在冷凍過程中多酚含量的損失。而-5、-10 ℃冷凍溫度條件下，隨著冷凍天數的增加，多酚含量大大降低，-15、-20、-25 ℃冷凍溫度條件下多酚含量變化差異不明顯，且-5 ℃冷凍30 h，多酚含量減少0.19△OD/g，-25 ℃冷凍30 h，多酚含量減少0.08△OD/g，表明溫度越低，越有利于多酚物質的保存。

2.1.5 冷凍時間及冷凍溫度對紫色馬鈴薯VC的影響

冷凍時間及溫度對紫色馬鈴薯汁VC的影響見圖5。

從圖5 可以看出，同一冷凍時間，不同冷凍溫度，隨著冷凍溫度的降低，紫色馬鈴薯VC呈逐漸遞增的趨勢；同一冷凍溫度，不同冷凍時間，隨著冷凍時間的增加，紫色馬鈴薯VC含量呈逐漸遞減的趨勢。

圖5 冷凍時間及溫度對紫色馬鈴薯汁VC的影響Fig.5 Effect of freezing time and temperature on VCof purple potato juice

由圖表明，冷凍溫度對紫色馬鈴薯VC影響較大，例如冷凍6 h 時，-25 ℃的冷凍溫度條件下VC含量明顯高于-5 ℃。另外在-5、-10、-15 ℃冷凍條件下，VC含量隨時間的增加變化差異明顯，-20、-25 ℃冷凍24 h后VC含量與冷凍6 h 相比變化差異明顯。冷凍溫度越低，VC含量損失越少，說明在低溫的條件下，有利于VC含量的保存。

2.2 灰色關聯度綜合分析法確定冷凍工藝參數

通過冷凍時間及冷凍溫度處理后紫色馬鈴薯各品質指標結果見表1。

表1 冷凍天數及冷凍溫度處理后紫色馬鈴薯各指標Table 1 Indicators of purple potato after freezing time and freezing temperature

2.3 冷凍處理與理想品質的關聯度與排序

冷凍處理與理想品質的關聯度與排序見表2。

由表2 可知，通過灰色關聯綜合評價分析，經過冷凍處理后紫色馬鈴薯品質的等權關聯序和加權關聯序基本一致，-5 ℃冷凍6 h 時等權關聯度排第一，而加權關聯度排第三，出現等權關聯序和加權關聯序排序不一致現象的原因是由于權重不同及不同冷凍溫度及冷凍天數的條件對紫色馬鈴薯各品質的影響程度不同。部分冷凍處理條件的等權關聯度/加權關聯度存在排序相同，可能是因為該處理條件下出汁率及紫色馬鈴薯各品質指標變化差異不大，且因為計算結果只保留小數點后兩位，因此出現了排序相同的結果。但整體分析冷凍處理對紫色馬鈴薯出汁率及品質的影響，可以看出無論是加權關聯度還是等權關聯度，都以-10 ℃，冷凍18 h 最大，該處理條件下，紫色馬鈴薯各指標接近“理想指標”，所以確定冷凍處理條件為-10 ℃冷凍 18 h。

表2 冷凍處理與理想品質的關聯度與排序Table 2 Correlation and ordering of freezing and ideal quality

3 結論

1） 在冷凍溫度為-5、-10、-15、-20、-25 ℃分別冷凍 6、12、18、24、30 h，20 ℃解凍，不同處理對各指標影響如下，各指標最優處理條件分別為：-10 ℃冷凍30 h，出汁率最高為53.43%；-5 ℃冷凍30 h，可溶性固形物最高為6.65 %；-10 ℃冷凍6 h，花青素含量最高為362.92 mg/L；-25 ℃冷凍 6 h 多酚和 VC含量最高分別為 1.60 △OD/g、12.37 mg/100 g。

2）灰色關聯度綜合分析處理最優結果為-10 ℃冷凍18 h，該處理條件下各指標含量分別為：出汁率52.89%，可溶性固形物6.40%，花青素358.38%，多酚和 VC分別為 1.46 △OD/g 和 11.38 mg/100 g。

4 討論

冷凍預處理可以提高馬鈴薯出汁率，但-10 ℃條件下出汁率卻顯著高于-5 ℃，因此推測紫色馬鈴薯最大冰晶帶在-8.2 ℃左右。其他溫度條件下出汁率變化趨于穩定，其原因可能是凍結溫度越低，水分就會越快的形成大量在組織中分布均勻的小顆粒冰晶。又由于小冰晶的膨脹力小，所以其對組織的破壞力小，故對紫色馬鈴薯出汁率的影響較小。劉艷春等[14]在不同凍結速率對凍后番木瓜品質的影響研究中表明結果與本試驗結果趨勢一致。郭衛蕓等[15]冷凍榨汁技術在胡蘿卜汁生產中的應用研究中同樣指出，凍結速度的提高，可溶性固形物得率呈明顯下降趨勢，與本研究趨勢一致。造成這樣的原因是由于在-5 ℃的冷凍溫度下，淀粉在淀粉酶的作用下轉為糖，隨著溫度的降低，淀粉酶失活越快，可溶性固形物越低。劉暢等[16]在不同樹莓品種凍藏品質變化及適宜凍藏品種篩選研究中同樣表明，低溫凍藏時，總酚含量下降較平穩。表明溫度越低，越有利于多酚物質的保存。Ziena 在酸橙汁的保藏試驗發現：凍藏比冷藏條件下VC的損失少，可以看出，凍藏更有利于VC的保藏[17]。以及包海蓉在荔枝原汁和草莓的保藏試驗中得到了相似的結果[18-21]。