曹雪慧,張方方,李雨露,王當(dāng)豐,朱丹實(shí)

(渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧錦州　121013)

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冷凍處理對(duì)草莓質(zhì)構(gòu)、水分分布及果膠含量的影響

曹雪慧,張方方,李雨露,王當(dāng)豐,朱丹實(shí)

(渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧錦州121013)

為研究冷凍處理對(duì)草莓的影響,以細(xì)胞膜透性、果膠物質(zhì)含量、質(zhì)構(gòu)、水分存在狀態(tài)為指標(biāo),觀察草莓在-18 ℃和-80 ℃冷凍時(shí)變化情況,并對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明,與新鮮草莓相比,原果膠含量、可溶性果膠含量、硬度、彈性、粘聚性、膠著度、咀嚼度、胞外液含量及液胞水含量均顯著性變化(p<0.05)。-80 ℃冷凍組在硬度、膠著度、咀嚼度、總果膠含量、細(xì)胞膜透性方面與-18 ℃冷凍組存在顯著性差異(p<0.05),相關(guān)性分析表明,硬度和細(xì)胞膜透性、可溶性果膠含量、胞外液占總水分比例S2變化有極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01),硬度與原果膠含量、液泡水占總水分比例S3變化有極顯著正相關(guān)(p<0.01)。

冷凍,草莓,相關(guān)性分析

草莓(Fragariaananassa)是一種熱敏性的小漿果類水果,果實(shí)酸甜可口、色澤艷麗誘人、果肉柔軟多汁,富含生物活性物質(zhì)和微量元素如維生素C、花青素類、黃酮類和單寧類物質(zhì)等[1],是廣泛受大眾喜愛的一種水果。草莓果實(shí)外無果皮,機(jī)械損傷和外界真菌等浸染使采后草莓的損失較大,貨架期極短[2-3]。因此,將草莓加工成果泥、果醬、果脯、果汁等產(chǎn)品,可以一定程度上增加草莓的經(jīng)濟(jì)效益,提升其商品價(jià)值[4-5],但是與新鮮草莓相比,其產(chǎn)品已經(jīng)不具備新鮮草莓特有的風(fēng)味、顏色、質(zhì)地和營(yíng)養(yǎng)[6-7]。

草莓含水量達(dá)95%以上,將其凍藏于草莓的冰點(diǎn)以下,以減少酶和微生物的活動(dòng),是遏制草莓腐爛的最有效保存方法之一[8]。根據(jù)食品的中心溫度從-1 ℃降到-5 ℃所需要的時(shí)間分為慢速凍結(jié)和快速凍結(jié),不同的凍結(jié)速率對(duì)草莓的品質(zhì)影響有較大差異。Oszmianski[9]等以抗壞血酸、糖和果膠預(yù)處理結(jié)合液氮冷凍三種草莓,在-20 ℃的冰箱中凍藏6個(gè)月后,發(fā)現(xiàn)抗壞血酸結(jié)合液氮處理后草莓的花青素類物質(zhì)幾乎不損失。Alifadalinno[10]等將草莓整果和果泥在-18 ℃和-70 ℃冰箱中凍藏,-70 ℃凍藏30 d草莓中多酚氧化酶活性并未減弱,而-18 ℃凍藏草莓的多酚氧化酶活性僅存73%,在防止草莓褐變方面整果要好于果泥。Modise等[11]將草莓在-80、-20 ℃和液氮條件下凍結(jié)后解凍,發(fā)現(xiàn)在-80 ℃和液氮條件下冷凍的草莓揮發(fā)性物質(zhì)濃度增強(qiáng)了。本文預(yù)將草莓在普通冰箱慢凍和超低溫冰箱速凍,測(cè)定解凍后草莓的各指標(biāo)變化并進(jìn)行相關(guān)性分析,初步研究冷凍處理對(duì)草莓質(zhì)構(gòu)、水分分布及果膠含量的影響。

表1　凍結(jié)處理對(duì)草莓質(zhì)構(gòu)的影響Table 1　Effect of freezing treatment on the texture of strawberry

注:字母不同表示差異顯著(p<0.05)。表3同。

1　材料和方法

1.1材料與儀器

草莓錦州市娘娘宮草莓園,購買時(shí)挑選大小均勻,無腐爛蟲害和機(jī)械損傷,9成以上成熟度的草莓,運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后于4 ℃冰箱中預(yù)冷24 h。鹽酸、甲醇、咔唑、乙醇、半乳糖醛酸、濃硫酸等分析純,國(guó)產(chǎn)。

CHROMA METER CR400 色彩色差計(jì)日本 Minolta 公司;TA.XT Plus 物性測(cè)試儀英國(guó) Stable Micro System公司;FA2004型電子分析天平上海恒平科學(xué)儀器有限公司;BCD-206ZMZB冰箱合肥美菱股份有限公司;HH-6 型數(shù)顯恒溫水浴鍋國(guó)華電器有限公司;Forma 900超低溫冰箱美國(guó)Thermo公司;DZBW數(shù)字貝克曼溫度計(jì)南京大展機(jī)電技術(shù)研究所;BIC-250型人工氣候箱上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;LE703 電導(dǎo)率儀MET-TLER-TOLEDO 公司;UV-2700紫外-可見分光光度計(jì)日本島津公司;NMI20 核磁共振成像儀上海紐邁電子科技有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

將預(yù)冷后的草莓用保鮮袋包裝封口后,設(shè)置-80 ℃超低溫冰箱處理組和-18 ℃冰箱處理組2個(gè)處理,冷凍時(shí)間均為72 h,取出后在溫度為4 ℃的恒溫箱中自然解凍12 h,測(cè)定各指標(biāo)。

1.2.1細(xì)胞膜透性測(cè)定用打孔器取相同大小的草莓約10 g,將草莓圓片放入小燒杯中用蒸餾水清洗后濾紙吸干,再加50 mL蒸餾水,在30 ℃恒溫箱中浸泡1 h,用電導(dǎo)率儀測(cè)定浸提液的電導(dǎo)率(C1),再將該燒杯放入100 ℃沸水中煮15 min,冷卻后再次測(cè)定提取液的電導(dǎo)率(C2),用相對(duì)電導(dǎo)率表示細(xì)胞膜透性大小,相對(duì)電導(dǎo)率計(jì)算公式為(C1/C2)×100%[12-13]。

1.2.2果膠含量測(cè)定參照曹建康[14]和郜海燕[15]等方法采用咔唑比色法測(cè)定,以經(jīng)過處理后的半乳糖醛酸質(zhì)量為橫坐標(biāo),530 nm處的吸光度值為縱坐標(biāo),繪制計(jì)算果膠含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線,分別將提取的原果膠和可溶性果膠1.0 mL加入25 mL刻度試管中,按照標(biāo)準(zhǔn)曲線的操作步驟測(cè)定樣品中原果膠和可溶性果膠含量。

1.2.3質(zhì)構(gòu)采用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行草莓的TPA測(cè)試,平行5 次,將草莓沿著中心線切開,切面向下測(cè)定,測(cè)定條件為,探頭型號(hào)為P/50;測(cè)前速率:1.00 mm/s;測(cè)試速率:1.00 mm/s;測(cè)后速率:1.00 mm/s;壓縮量:30%;觸發(fā)力:5 g。

1.2.4低場(chǎng)核磁共振將草莓用取樣器取大小均勻圓片,放入核磁管中進(jìn)行測(cè)定,主要參數(shù)設(shè)置為,回波個(gè)數(shù) EchoCnt:20000,回波時(shí)間的一半 τ(μs):300.00,累加次數(shù)(要求為偶數(shù))NS:14,采樣頻率 SW(kHz):100,90 °脈沖時(shí)間(μs):14.00,180 °脈沖時(shí)間(μs):28.00;采樣點(diǎn)數(shù)Td:1200150。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

以SPSS 17.0 for Windows統(tǒng)計(jì)軟件分析對(duì)照與冷凍處理組間差異,差異水平p<0.05為顯著水平,采用Pearson偏相關(guān)分析,Excel軟件繪制變化情況,結(jié)果采用“均值±標(biāo)準(zhǔn)差”形式。

2　結(jié)果與分析

2.1冷凍處理對(duì)草莓質(zhì)構(gòu)的影響

質(zhì)構(gòu)特性是衡量冷凍過程果蔬品質(zhì)變化的重要指標(biāo),凍融過程中細(xì)胞壁和中間層的完整性等微觀結(jié)構(gòu)特性的改變直接關(guān)系到果蔬質(zhì)構(gòu)特性的變化[6],雖然解凍是冷凍過程的逆過程,但凍融后的水果質(zhì)構(gòu)不可能恢復(fù)到冷凍前,冷凍過程中草莓組織中形成的冰晶改變了草莓的質(zhì)地,解凍時(shí),許多組織并不能完全復(fù)水,造成組織分離,草莓軟化,從表1中冷凍處理對(duì)草莓各質(zhì)構(gòu)的影響同樣得出,新鮮草莓的硬度、膠著度、咀嚼度均顯著高于解凍后草莓(p<0.05),且-80 ℃處理組顯著高于-18 ℃處理組。彈性和粘聚性方面,新鮮草莓與解凍后草莓也存在顯著性差異(p<0.05),但兩種冷凍處理組之間彈性和粘聚性差異不顯著(p>0.05)。

表2為各質(zhì)構(gòu)指標(biāo)之間的相關(guān)性分析,硬度是第一次壓縮時(shí)的最大峰值,反映的是草莓達(dá)到一定變形時(shí)所必須的力,咀嚼度和膠著性描述了將樣品破裂成吞咽穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)所需要的能量,反映了草莓對(duì)咀嚼的持續(xù)抵抗性[16]。從表2可以看出,硬度與膠著度、咀嚼度的正相關(guān)性系數(shù)達(dá)0.988和0.989,說明草莓解凍后硬度下降,草莓的組織結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化,從而引起食用品質(zhì)降低。草莓的硬度、彈性、粘聚性、膠著度、咀嚼度之間均呈現(xiàn)較好的相關(guān)性關(guān)系(R2在0.830～0.989),說明質(zhì)構(gòu)參數(shù)中的任意一個(gè)都可以表明草莓品質(zhì)的變化規(guī)律。

2.2冷凍處理對(duì)草莓水分分布的影響

低場(chǎng)核磁共振的弛豫時(shí)間T2可間接反映水的自由度,各峰值面積占總面積的比例,反映不同種類水的含量[17-18]。圖1為草莓冷凍前后T2反演圖譜,草莓T2反演圖中出現(xiàn)了3～4個(gè)峰,在1.5～37.5 ms出現(xiàn)了第1個(gè)小峰(T21),一般認(rèn)為是存在于植物細(xì)胞壁中的水[19],從圖1中可以看出,冷凍后,細(xì)胞壁中水向慢弛豫時(shí)間移動(dòng),水的自由度增加,可能是冷凍影響了細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu),使細(xì)胞持水性下降,表3中以S1、S2、S3代表峰T21、T22、T23占總峰面積的百分比,從表3中可見,細(xì)胞壁水占總水含量的比例(S1)均小于3.5%,說明此部分水相對(duì)總水分的影響比較小,第2個(gè)峰T22的峰頂點(diǎn)弛豫時(shí)間在100 ms左右,為植物細(xì)胞中半流動(dòng)的水,一般位于細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞外間隙中的胞外液,第3個(gè)峰T23認(rèn)為是存在于液泡中的自由度較大的體積水和結(jié)構(gòu)水[20],其中新鮮草莓、-80、-18 ℃冷凍處理后T23峰頂點(diǎn)弛豫時(shí)間分別為740.70、560.31、464.16 ms,冷凍后草莓中自由水的移動(dòng)性減小了,結(jié)合表3可知,冷凍處理前后,胞外液和液泡水的含量變化非常顯著(p<0.05),原因可能是冷凍對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)有一定的破壞性,解凍后,細(xì)胞并不能完全吸收原來水分,細(xì)胞膜通透性增加,導(dǎo)致水和其他物質(zhì)間交換速率增加,液泡中水分大量損失。

表2　草莓質(zhì)構(gòu)特性相關(guān)性分析Table 2　Correlation analysis on the texture of strawberry

注:*表示顯著相關(guān),p<0.05;**表示極顯著相關(guān),p<0.01。表4同。

圖1　草莓的橫向弛豫時(shí)間(T2)反演譜Fig.1　Inversion spectrums of transverse relaxation time of strawberry

處理方式S21(%)S22(%)S23(%)新鮮對(duì)照2.23±0.80a33.29±13.13b64.48±12.83a-18℃冷凍3.22±0.20a95.11±0.29a1.66±0.10b-80℃冷凍2.96±0.07a95.89±0.05a1.13±0.06b

2.3冷凍處理對(duì)草莓細(xì)胞膜透性及果膠含量影響

果膠物質(zhì)是構(gòu)成細(xì)胞初生壁和胞間層的主要成分,原果膠將胞間層和蛋白質(zhì)、鈣、鎂等相鄰細(xì)胞粘結(jié)從而賦予果蔬脆硬的質(zhì)地[21]。因此,原果膠含量越高,草莓果肉質(zhì)地越好。圖2中為經(jīng)過冷凍后草莓與新鮮草莓的原果膠、可溶性果膠和總果膠含量的變化情況。從圖2中可知,新鮮草莓和不同冷凍處理的草莓之間三種果膠含量變化均存在顯著性差異(p<0.05),冷凍處理后原果膠含量下降,可溶性果膠含量逐步增加,總果膠含量呈下降趨勢(shì),冷凍破壞了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)解體,原果膠分解為可溶性果膠,其中-80 ℃處理較-18 ℃處理組原果膠下降和可溶性果膠增加均存在顯著性差異(p<0.05),可見,-80 ℃處理較-18 ℃處理可在一定程度上抑制原果膠的分解,這與-80 ℃處理組的相對(duì)電導(dǎo)率較-18 ℃處理電導(dǎo)率低結(jié)論相對(duì)應(yīng)。相對(duì)電導(dǎo)率可以反映細(xì)胞膜受損情況,從圖3可以看出,新鮮草莓的相對(duì)電導(dǎo)率為49.00%,與新鮮草莓相比,-80 ℃和-18 ℃冷凍處理后細(xì)胞膜透性增加了42.55%和63.83%,可見,冷凍處理對(duì)草莓細(xì)胞膜透性有顯著性影響(p<0.05),說明冷凍后草莓的細(xì)胞膜遭受很大程度的破壞。

圖2　冷凍處理對(duì)草莓果膠含量的影響Fig.2　Effect of freezing treatment on the pectin content of strawberry

圖3　冷凍處理對(duì)草莓細(xì)胞膜透性的影響Fig.3　Effect of freezing treatment on the cell membrane permeability of strawberry

2.4偏相關(guān)性分析

表4　偏相關(guān)性分析Table 4　Partial correlation analysis

采用零階Perason偏相關(guān)系數(shù)對(duì)細(xì)胞膜透性、原果膠含量、可溶性果膠含量、硬度、T21峰面積百分比S1、T22峰面積百分比S2、T23峰面積百分比S3進(jìn)行分析,結(jié)果見表4。由表4可知,在本實(shí)驗(yàn)條件下,S1值與其他指標(biāo)之間均不存在相關(guān)性關(guān)系,硬度和細(xì)胞膜透性、可溶性果膠含量、泡外液占總水分比例S2變化有極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01),而與原果膠含量、液泡水占總水分比例S3變化有極顯著正相關(guān)(p<0.01),且其相關(guān)系數(shù)均在0.85以上,可見,硬度在表征草莓冷凍品質(zhì)變化中起著非常重要的作用。

草莓質(zhì)地柔軟多汁,冷凍過程中,草莓組織中的水逐漸結(jié)冰,隨著冰晶體積的不斷增大,導(dǎo)致細(xì)胞壁和原生質(zhì)體等發(fā)生不可逆的變化[22],細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能受到破壞,細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲,這些物理變化是引起果蔬冷凍傷害的主要原因[23]。從表4同樣可以看出,細(xì)胞膜透性與S2、可溶性果膠含量呈顯著正相關(guān),而與S3和硬度為顯著負(fù)相關(guān),即隨著細(xì)胞膜透性增加,草莓的硬度下降,液泡中的自由水含量減小,細(xì)胞的受損情況直接影響了果實(shí)的硬度和水分的分布情況,從而引起營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失。

3　結(jié)論

冷凍貯藏能大大降低草莓品質(zhì)劣變的速度,然而凍融處理也會(huì)損傷其柔嫩的組織,草莓在解凍后的細(xì)胞膜透性、原果膠含量、可溶性果膠含量、質(zhì)構(gòu)特性、胞外液和液胞水含量均較新鮮草莓有顯著性差異(p<0.05)。-80 ℃冷凍組草莓的硬度、膠著度、咀嚼度顯著高于-18 ℃冷凍組,但彈性和粘聚性差異不顯著(p>0.05)。快速凍結(jié)組在一定程度上抑制了原果膠的分解,相對(duì)電導(dǎo)率較慢凍組小,細(xì)胞破壞程度輕。各指標(biāo)的偏相關(guān)性分析可知,細(xì)胞膜透性、原果膠含量、可溶性果膠含量、硬度、泡外液占總水分比例S2、液泡水占總水分比例S3之間存在顯著的相關(guān)性。

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Effect of freezing treatment on the texture,water distribution and pectin content of strawberry

CAO Xue-hui,ZHANG Fang-fang,LI Yu-lu,WANG Dang-feng,ZHU Dan-shi

(College of Food Science and Technology,Bohai University,Jinzhou 121013,China)

To study the effect of freezing treatment on the strawberry,the quality of strawberry was investigated by monitoring the changes in cell membrane permeability,pectin content,texture,water existence state at -18 ℃ and -80 ℃,and the correlation between each index was analysized. The results showed that the protopectin,soluble pectin content,harness,sprininess,cohesiveness,gumminess,chewiness,extracellular fluid content,vacuole water content were significantly changed(p<0.05),compared with fresh strawberry. The changes of the hardness,gumminess,chewiness,the total pectin content,the cell membrane permeability were significant difference between the -80 ℃ group and -18 ℃ group(p<0.05). Correlation analysis showed that the value of hardness was negatively related to the values of cell membrane permeability,soluble pectin content,the fraction of extracellular fluid(p<0.01),but positively related to original pectin content,the fraction of vacuole water(p<0.01).

freezing;strawberry;correlation ananlysis

2015-06-25

曹雪慧(1978-),女,博士,副教授,研究方向:果蔬貯藏加工,E-mail:caoxuehuisnow@126.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31401509);渤海大學(xué)博士啟動(dòng)項(xiàng)目(bsqd201419)。

TS255

A

1002-0306(2016)05-0320-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.05.056