不同預處理對冷凍芒果果肉塊冷凍速率和解凍后品質的影響

宋曉燕， 張婉竹， 劉寶林

上海理工大學 低溫生物與食品冷凍研究所， 上海 200093

芒果作為四大熱帶水果之一，不僅具有典型的熱帶水果風味，且營養含量豐富。芒果中維C的含量可達43 mg/kg ～1 750 mg/kg[1]，含有大量多酚物質，同時芒果中還富含胡蘿卜素，能夠有效清除人體內自由基，具有抗炎、抗病毒、中樞神經抑制和調節糖脂代謝的作用[2, 3]。

大眾對新鮮芒果的需求量日益增長，芒果除了鮮食以外，目前已經被制作成酸奶[4]、果醬[5-7]、果脯[8]等，但是芒果的保鮮儲存和運輸仍制約著芒果的產業發展和價值開發。冷凍是一種常用的長期食品保存方式，低溫貯藏可以降低果實呼吸造成的自身消耗，切塊冷凍還能避免芒果因冷害造成的損傷[9]，冷害是指水果在某種低溫環境下出現的品質劣變現象，具體表現為果皮的灰褐色燙傷樣冷害斑[10]，減少果實采后損失[11]。傳統水果預處理方式有糖液浸漬與漂燙，糖液浸漬通過脫去芒果中的水分并增加糖度延長保存期，漂燙則利用高溫鈍化酶減弱芒果采后生化反應強度，兩種方式各有優勢；而真空冷卻作為新型預處理方式已經廣泛應用于葉菜類的處理中，目前在水果中的應用很少見，本研究分別對芒果進行糖漬、漂燙、真空冷卻處理，與傳統直接冷凍和新鮮芒果作對比，測定其多種品質特性，以探究不用處理方式的優劣效果，為芒果預處理方式提供理論依據。

1 實驗材料與設備

1.1 實驗材料

使用芒果品種為凱特，產地四川攀枝花，購買于上海楊浦大潤發超市，挑選成熟度均一、無明顯機械性損傷的果實。

1.2 實驗設備

雙變頻真空預冷機(上海理工大學自制)；AT4208多路溫度測試儀，上海晶齊實業有限公司；NK-55T高精度數顯糖度計(精度0.1 °Brix)，天津瞭望光電科技有限公司；texto-206 pH3便攜式pH計，德國儀表(深圳)有限公司；CR-400色彩色差針，柯尼卡美能達(中國)有限公司；TA-XT plus SMS質構儀，超技儀器有限公司等。

2 實驗方法

2.1 芒果冷凍前處理

成熟芒果清洗干凈，去皮去核取果肉切成2 cm×2 cm×2 cm方塊，隨機分為四組作如下處理：

糖液浸漬(Sugar solution impregnation，SI)：配置質量分數50%的葡萄糖溶液，溶液加熱并恒溫于30 ℃，使芒果塊完全浸沒在糖液中60 min，撈出瀝干。

熱漂燙(Blanching，BL)：純凈水加熱恒溫至80 ℃，芒果塊完全浸入水中熱燙1 min撈出，瀝干水分。

真空冷卻(Vacuum cooling，VC)：芒果塊置于密閉的真空室內，隨機取芒果塊插入熱電偶采集溫度數據。設置頻率50 Hz，抽速2.0 L/s開始抽取真空室內氣體，待真空室壓力降至800 Pa，樣品中心溫度逐漸下降，降至4 ℃時為預冷終點，恢復壓力取出樣品。

直接冷凍(Direct freezing，DF)：不做前處理，與其他三組處理結束后共同置于-18 ℃，RH85%環境中冷凍。

新鮮芒果塊作為對照，四組芒果測定指標時取出于冰水浴解凍2 h共同檢測。

2.2 凍結速率測定

使用多路溫度測試儀記錄各組芒果經過處理后冷凍速率。將熱電偶插入芒果塊中心，以放入-18 ℃，RH85%環境開始記錄芒果的中心溫度變化，繪制溫度隨時間變化曲線。

2.3 可溶性固形物測定

取5.0 g芒果肉放入研缽中磨碎，過濾取汁液測定；使用蒸餾水將NK-55T高精度數顯糖度計校準，吸取樣品液滴加在檢測鏡上，測量樣品可溶性固形物含量(TSS)，結果以白利度(°Brix)表示。

2.4 水分含量測定

水分含量測定參照GB5009.3—2016食品的水分測定中第一法直接干燥法[12]進行，干燥溫度設置為103 ℃。

2.5 可滴定酸測定

水果中可滴定酸是指根據酸堿中和原理測定的水果有機酸，有機酸的種類因水果的品種不同而不同，芒果中有機酸以蘋果酸為主，測定方法參考曹康健等[13]方法。

2.6 pH測定

取均勻樣品10.0 g，pH計校準后將電極插入解凍樣品測定，每個測試樣品重復3 次，記錄測量值并取平均值。

2.7 色差測定

使用CR-400色差儀測量樣品的顏色變化。在使用之前，采用校準板對儀器進行校準。校對亮度值L*(從黑色0到白色100)，綠紅色色度值a*(從綠色-60到紅色+60)和藍黃色色度值b*(從藍色-60到黃色+60)[14]。每個測試樣品隨機取3個點位進行測量，重復3次取平均值。

2.8 質構測定

參考何全光方法，加以改動：使用TA.XTplus質構儀與P/50探頭進行TPA全質構測試，測試芒果丁的硬度、彈性、回復性、膠著性等指標[15]。測定參數：測前速度1.00 mm/s，測中速度0.50 mm/s，測后速度0.50 mm/s，壓縮比為20%，數據收集率200 組/秒，二次下壓間隔時間為5.0 s，測試初始力為0.5 N。樣品保持表面的平整，使芒果果肉纖維與置物臺平行放置，減小實驗誤差。

2.9 抗壞血酸測定

抗壞血酸含量的測定參考曹建康等[13]的方法并有所改動，稱取果肉樣品10.0 g，加入草酸溶液冰浴條件下勻漿，定容至100 mL后靜置10 min過濾，取10.0 mL濾液用2，6-二氯酚靛酚溶液滴定至出現微紅色、且15 s不褪色為止，結果以100 g樣品中含有的抗壞血酸的質量表示，即 mg/100 g。

式中：Z表示芒果中抗壞血酸含量，mg/100 g；V1表示樣品滴定消耗的染料體積，mL；V0表示空白滴定消耗的染料體積，mL；ρ表示1 mL染料溶液相當于抗壞血酸的質量，mg/mL；VS表示滴定時所取樣品溶液體積，mL；V表示樣品提取液總體積，mL；m表示樣品質量，g。

2.10 結果分析

使用SPSS 18.0進行 one-way ANOVA 單因素方差分析，用Duncan多重比較分析差異的顯著性，數據表示為平均值±標準差(n=3)，P<0.05 被認為是顯著的。

3 結果討論與分析

3.1 不同預處理方式對芒果果肉塊凍結速率的影響

經過不同處理后進行冷凍的芒果塊降溫速率變化曲線如圖1 所示，可直觀觀測出經過真空預冷的芒果最先達到-18 ℃中心溫度，糖液浸漬組隨后達到，而未經任何處理直接冷凍組與熱水漂燙速度較慢，其中直接冷凍組用時最長。這是由于真空冷卻與糖液浸漬處理均使芒果中水分含量降低，從而使芒果的待凍結水量減少，芒果對水凍結成冰晶所需的冷量降低，縮短了冷凍時長。

圖1 不同處理方式芒果溫度變化曲線

在芒果的冷凍過程中伴隨著冰晶產生，當芒果溫度下降至0 ℃附近時，溫度會出現先下降后上升現象，此時稱為“過冷狀態”，由于芒果置于低溫環境不會馬上被凍結，果肉間會先產生晶核，晶核進一步生長才能夠長出冰晶[16]，而冰晶成核過程會釋放潛熱，導致溫度出現短暫回升，此時會出現芒果的最大冰晶生成帶，四種處理所用時間各不相同，真空冷卻組芒果用時25.7 min，糖液浸漬組用時47.6 min，熱水漂燙組用時76.6 min，直接冷凍組用時74 min。真空冷卻處理的芒果最大冰晶生成帶所用時間更短，且由圖1可以看到明顯的過冷點。當溫度較快通過最大冰晶生成帶時，芒果中的冰晶就會更加均勻細小的分布，大尺寸冰晶減少。

3.2 不同預處理方式對芒果果肉塊可溶性固形物含量的影響

果品中糖分的含量較高，是重要的營養成分以及果品風味成分的重要組成物質[17]。經過不同預處理，芒果存在水分減少或物質交換情況，圖2表示了可溶性固形物含量變化。新鮮芒果可溶性固形物含量約為13.23 °Brix，SI組糖度存在顯著升高(P<0.05)，達到15.73 °Brix；BL組含量降至10.4 °Brix，為四種處理中糖分損失最高組，差異顯著(P<0.05)。VC組與DF組相較新鮮芒果變化不大，含量分別是13.73 °Brix和13.17 °Brix。

圖2 不同處理方式芒果可溶性固形物含量變化曲線

糖液浸漬過程中，由于芒果外溶液滲透壓大于芒果細胞，果肉中的水分向外部遷移，部分溶液中的葡萄糖進入果肉，導致SI組芒果含量明顯高于新鮮芒果與其他組，這與VAN DER SMAN[16]對糖漬加工果蔬對其可溶性固形物含量變化的研究結果一致。熱水漂燙使用純凈水，滲透壓低于芒果細胞，即使漂燙時間短暫，仍造成大量糖類物質流失，且高溫使芒果質地軟化，持水性減弱，對可溶性物質的保持力同樣減弱，高陽等人[18]的研究中也得出相似結論。VC通過降低壓強而實現水的沸點降低，預冷過程蒸發了果肉中大量水分，致使溶劑減少，溶質濃度上升，表現出略高于新鮮芒果的可溶性固形物含量，為0.5 °Brix。而DF處理由于凍存時間較短，與新鮮組差別不顯著。

3.3 不同預處理方式對芒果果肉塊水分含量的影響

水果蔬菜中均含有大量水，水是芒果的重要組成部分，也是多數反應的主要成分，水分含量能一定程度上反映不同處理在芒果內部發揮的作用，以及芒果隨著儲藏環境變化后生化反應的改變狀態。圖3為經過不同處理芒果水分含量與新鮮芒果對比圖。由圖可知，糖液浸漬、熱水漂燙、真空冷卻及不加預處理的冷凍芒果水分含量相較于新鮮芒果均有下降，新鮮芒果水分含量為89.51%。芒果冷凍后中心溫度處于-18 ℃，依舊存在生化反應及微生物活動，水分仍有消耗，因此水含量下降屬于正常現象。

圖3 不同處理方式芒果水分含量變化

在四種處理中，熱水漂燙組與直接冷凍組水分含量下降較少，均為86.51%，熱水漂燙過程使芒果細胞持水能力減弱，含水量小幅降低；直接冷凍由圖1可知冷凍速率緩慢，凍結過程中存在水分揮發，加上低溫狀態仍有生化反應緩慢進行，解凍后存在部分汁液流失，因此含水量輕微降低。糖液浸漬的芒果含水量81.67%為最低，這是由于糖漬過程中芒果始終浸泡在葡萄糖溶液里，在滲透壓作用下水分離開果肉細胞進入溶液，浸漬結束后部分水脫離芒果。

實驗說明熱水漂燙與直接冷凍對芒果凍后水分維持效果好，水分損失較少，但間接影響了兩組的冷凍速率；糖液浸漬與真空預冷降低水分含量，對加快降溫速率存在正作用,處理后芒果中含水量的變化對冷凍速率有所影響，同時冷凍速率的不同也因對細胞完整性的改變影響了凍后水分含量[19]。

3.4 不同預處理方式對芒果果肉塊可滴定酸含量的影響

芒果中富含大量有機酸，有機酸是多種生化反應的原料或產物。芒果中的有機酸以蘋果酸為主，由于蘋果酸易溶于水，在預處理中易造成流失，圖4為不同處理后凍芒果塊可滴定酸含量對比，新鮮芒果中可滴定酸含量為0.435%，相較于新鮮組，糖液浸漬、真空預冷、直接冷凍的芒果內可滴定酸含量均有所下降，其中SI芒果含量以0.182%為最低，真空預冷、直接冷凍后含量分別是0.324%、0.346%。僅熱水漂燙組處理后可滴定酸含量出現增加現象，達到0.466%。

圖4 不同處理方式芒果可滴定酸含量變化曲線

DF后芒果中酸含量降低，說明在冷凍階段果酸存在消耗，這與高陽等[18]研究結果一致。由于SI和VC過程中均使芒果失去水分，尤其SI處理過程中芒果與溶液接觸，水分流失與溶質交換增加了果酸損失的途徑，因此SI芒果可滴定酸損失最嚴重；真空預冷是通過促進水蒸氣自主蒸發實現水含量降低，因此果酸在水分流失時不易隨之流失，同時由于劇烈壓強變化使果肉細胞調動生化反應做出應對，果酸在一定程度上消耗加快，這與VC組酸含量低于DF組、高于SI組的結果一致。與3.2中可溶性固形物含量相結合，經過真空冷卻預處理后的芒果糖酸比上升，優于直接冷凍的芒果丁，體現了口味的促進作用。

3.5 不同預處理方式對芒果果肉塊pH的影響

pH在水果中反映了胞內生化反應是否穩定進行，當pH驟然升高或降低，表明果肉中必然出現物質大量流失或受到迫害等現象。同時冷凍過程中芒果細胞在調節胞內pH，冰晶對細胞的破壞和非凍結相的存在也可能會導致一部分可溶性酸流失，從而改變體系的離子強度和pH[14]。

圖5為不同處理后芒果pH對比，由圖可知，新鮮芒果pH為5.02±0.28，真空預冷、直接冷凍組與新鮮芒果差別不大，分別為5.04和5.02，三者并無顯著差異，這說明DF與VC處理能較好維持芒果品質，此時體系擴散控制反應速率較低，冰晶體積較小，可溶性酸類流失較少，因此，pH穩定。

糖液浸漬后pH略有升高這與SI后可滴定酸含量下降有關，果肉中酸含量下降pH對應升高，由于SI后可溶性固形物含量增加，對整體具有平衡作用，因此pH升高但漲幅不大。此外，熱水漂燙的芒果pH顯著下降，表現為4.35(P<0.05)；結合不同處理后芒果的可滴定酸含量分析，四組處理中熱水漂燙后芒果可滴定酸含量急劇增加，加上熱水對芒果細胞的軟化作用，使細胞內生化平衡不穩定，導致該組pH顯著下降。

圖5 不同處理方式pH變化曲線

3.6 不同預處理方式對芒果果肉塊色差的影響

色澤是評價水果是否劣變的重要指標，也是影響消費者選購的重要因素之一。新鮮芒果色澤呈現為明亮的橙紅色，當芒果過熟甚至開始腐敗時，色澤開始紅褐化，亮度也隨之降低。色差值是表示顏色的一個感官指標，使用CR-400色差儀進行測量，使用前進行校準，結果以Lab值表示。

圖6是不同處理后冷凍芒果塊色差值與新鮮芒果的對比結果，L值表示亮度，L值越高表明被測物亮度越高；由圖6顯示芒果的亮度在冷凍后均有所下降，但是BL與VC處理后的芒果亮度減少相對較少，新鮮芒果亮度值為70.53，SI處理后下降最多，為54.94；這是由于糖液浸漬脫去芒果中大量水，水的減少使液泡對細胞的支撐力減弱，當細胞不再處于飽滿狀態，芒果宏觀便表現出亮度降低、軟塌現象。BL與VC組亮度分別為63.57和62.27，兩種處理間差異不顯著(P>0.05)，與新鮮組相比顯著降低(P<0.05)，熱水漂燙時高溫不僅使熱敏性物質失活，同時也使細胞在一定程度上發生軟化，軟化后的芒果表面不如新鮮芒果質地細膩，由于光的反射作用減弱，亮度發生降低。真空預冷與SI同理，大量水分發生蒸發使細胞亮度減弱，由于未發生物質交換，故減弱程度低于SI組。

圖6 不同處理方式芒果色差對比圖

a值表示紅綠色度，a值越高代表紅度越高，反之則越綠；新鮮芒果a=8.31，SI、BL、VC、DF的a值依次為2.35、3.09、3.26、4.84，說明冷凍后芒果紅度均發生顯著下降。紅度下降說明芒果中活性氧增多，品質開始出現劣變傾向。

b值表示藍黃，b+意味黃度高，b-越藍；由圖可知凍后芒果b值均發生降低，新鮮芒果59.03，BL組以51.76的值為變化最緩組，黃度下降說明芒果的細胞結構漸漸發生損傷，胡蘿卜素等物質開始流失。

結合芒果的冷凍速率對比與水分含量、糖酸變化分析，經過冷凍的芒果在一定程度上均有劣變，這是因為芒果發生凍結冰晶勢必擠壓果肉細胞，但是對比幾種不同處理方式，VC與DF對芒果色澤的維持效果更好。

3.7 不同預處理方式對芒果果肉塊質構的影響

選取TPA測試中具有代表性的硬度、彈性、膠著性、回復性分析不同處理下芒果塊質構變化，結果如表1 所示。水果的硬度表現為外觀飽滿，按壓能感受到較強的強度。與新鮮芒果相比，冷凍后的芒果硬度均有所下降，這是由于冷凍使芒果果肉中出現冰晶，冰晶生長使果肉發生形變甚至破裂，解凍后出現一定程度上的塌陷[20]，表現為硬度值下降。新鮮芒果硬度818.94 g，四種處理后硬度與對照存在明顯差異(P<0.05)，其中VC組硬度最高，這是由于真空冷卻過程中芒果水分在溢出果肉表面前以沸騰狀氣泡的形式存在，壓力差使氣泡快速溢出，氣泡的空化效應使凍結冰晶尺寸減小，對果肉細胞的機械損害降低，使芒果結構更加緊密，陳竹兵等[21]通過超聲輔助浸漬加快蘿卜中氣泡的溢出，使蘿卜凍結時冰晶尺寸減小且大多分布于細胞外，從而保持了蘿卜較好的硬度。SI與BL組處理使芒果浸沒于高溫液體中，伴隨著物質交換，硬度低于DF組。在陳竹兵等浸漬蘿卜的研究中也出現了類似變化。

表1 不同處理后冷凍芒果的質構特性

彈性是指經過壓縮以后的變形樣品去除變形力后，恢復到變形前的條件下的高度或體積比率。從表中可知，彈性和回復性在冷凍后均有一定程度上升(P<0.05)，這說明雖然凍后芒果出現損傷塌陷，但整體結構尚且完整，水分流失使芒果彈性增加，向下按壓時回復能力增強。

膠著性是指將食物內部凝聚在一起的力，由表可知BL后的芒果膠著性最差，這是由于熱漂燙使芒果中的果膠等成分受熱變質，軟化了細胞壁，使芒果內部質地轉為松散狀態。SI、VC處理對芒果膠著性的改變作用不明顯。

3.8 不同預處理方式對芒果果肉塊抗壞血酸含量的影響

抗壞血酸是芒果中的重要營養物質之一，因其易溶于水且在加熱狀態下不穩定，常常在加工中造成損失。因此在選擇預處理方式時，要考慮處理過程對芒果營養成分的保持作用。圖7為不同處理后芒果的抗壞血酸含量與新鮮芒果對比圖。由圖可知BL處理后抗壞血酸損失最嚴重，新鮮芒果抗壞血酸含量為10.4 mg/100 g，漂燙后僅剩1.75 mg/100 g。這是由于抗壞血酸為易溶于水的熱敏性物質，漂燙時溫度達80 ℃，高溫使抗壞血酸迅速分解失活，還有部分抗壞血酸流失在水中。同理，SI組含量降至4.42 mg/100 g，芒果在溶液中長時間浸泡是主要原因。

圖7 不同處理方式pH變化曲線

真空預冷處理和直接冷凍后抗壞血酸含量分別為8.76 mg/100 g和9.24 mg/100 g，這表明這兩種方式對芒果中抗壞血酸具有良好的保持作用。

4 結論

經過不同預處理的芒果與傳統直接冷凍處理的冷凍速率有明顯差異，品質變化影響較大。其中真空冷卻使芒果的冷凍速率較快，其次是糖漬，漂燙對加快冷凍速率效果不明顯。糖漬能夠使芒果可溶性固形物含量上升，水分與可滴定酸含量下降，但是抗壞血酸含量因溶液浸泡流失嚴重；熱水漂燙因溫度較高保護了色澤，但是硬度下降明顯，糖含量和抗壞血酸流失嚴重，可滴定酸急劇增加，這會導致較差的口味體驗；而真空冷卻通過使水分蒸發實現芒果降溫，減少了芒果與液體直接接觸，保障了糖含量和酸含量的維持，對抗壞血酸的保持作用也較明顯。因此真空冷卻是一種接觸少、減少被冷卻物營養損耗、效率高的冷卻方式，未來可在水果及其他樣品的預處理中深入發掘其作用。