真空冷卻對(duì)鮮切芒果冷凍貯藏品質(zhì)變化的影響

宋曉燕，張婉竹，劉寶林

（上海理工大學(xué)低溫生物與食品冷凍研究所，上海 200093）

0 引言

芒果是一種著名的熱帶水果，其憑果香濃郁、酸甜可口且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富深受廣大消費(fèi)者喜愛[1]。芒果維C 的含量可達(dá)43～1 750 mg/kg[2]。芒果中還含有大量多酚物質(zhì)，對(duì)肺癌、結(jié)腸癌具有防御作用，同時(shí)還可清腸胃、預(yù)防高血壓[3]。

我國(guó)芒果產(chǎn)地遍布全國(guó)，品種多樣，例如云南鷹嘴芒、四川凱特芒、廣西百色芒和臺(tái)灣的貴妃芒等[4]，但新鮮芒果既難運(yùn)輸，又難貯藏，受到機(jī)械壓力便出現(xiàn)傷害，很容易腐爛。由于芒果為呼吸躍變型水果，通常在其未成熟時(shí)采摘，出售前進(jìn)行催熟售賣，以便儲(chǔ)藏運(yùn)輸[5]。除了鮮食，芒果肉還被冷凍保存，用來制作沙拉、果醬等水果制品，這樣既便于儲(chǔ)藏，減少因保存不當(dāng)造成的損耗[6]，又能保持產(chǎn)品質(zhì)量，提高芒果開發(fā)程度和產(chǎn)值,豐富食品市場(chǎng)[7]。

目前大多工廠將芒果成熟采摘后切塊，經(jīng)過糖漬等處理后冷凍[1]。冷凍延長(zhǎng)了芒果的貯藏時(shí)間[5]，減少運(yùn)輸過程的損耗[7]。由于芒果水分含量較高，芒果直接放入低溫環(huán)境傳熱效率低，晶核形成較慢，芒果會(huì)繼續(xù)劣變。并且水分向冰核附近遷移，冰晶生長(zhǎng)對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞嚴(yán)重，導(dǎo)致久凍芒果紅褐色加深，出現(xiàn)大顆粒冰碴，解凍后芒果酸甜味變淡、品質(zhì)下降[8]。因此，在冷凍前引入預(yù)處理，對(duì)于芒果冷凍保藏有重要意義。

真空冷卻作為冷凍前的一種預(yù)處理，目前已廣泛應(yīng)用于葉菜類[9]、大型真菌與漿果類蔬菜水果的預(yù)冷過程中，起到了延長(zhǎng)貨架期、維持感官性狀和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的作用[10-11]。因?yàn)檎婵绽鋮s預(yù)處理能使凍結(jié)冰晶數(shù)量減少、尺寸縮小，間接縮短凍結(jié)時(shí)間，減緩冰晶傷害，保持產(chǎn)品質(zhì)地并增強(qiáng)其性能和其他感官特性[9,12-14]。

真空冷卻聯(lián)合冷凍有很多優(yōu)點(diǎn)，包括減緩果蔬色澤變化、改善質(zhì)地[15]、減少細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞、防止食源性細(xì)菌向食品內(nèi)部滲入[9,16]，由于不經(jīng)過熱處理，還能避免芒果的酯類香氣成分揮發(fā)，防止抗壞血酸等物質(zhì)分解，提前預(yù)冷還能減輕驟然降溫對(duì)果蔬品質(zhì)的影響[17]。目前對(duì)于芒果，有關(guān)研究主要集中在芒果本身以及水和溶質(zhì)的質(zhì)量傳遞方面[18-19]，而對(duì)采用真空冷卻后芒果的冰晶形成變化的研究甚少。本實(shí)驗(yàn)將真空冷卻預(yù)處理與冷凍相結(jié)合，探究真空預(yù)冷對(duì)冷凍芒果品質(zhì)的影響，以期對(duì)更好維持冷凍芒果品質(zhì)有一定參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

新鮮芒果：品種為凱特芒果，產(chǎn)地四川攀枝花。挑選無機(jī)械損傷且成熟度一致的果實(shí)。

雙變頻真空冷卻機(jī)；NK-55T 高精度數(shù)顯糖度計(jì)（精度0.1°Brix）；texto-206 pH3 便攜式pH 計(jì)；CR-400 色彩色差針；TA-XT plus SMS 質(zhì)構(gòu)儀；3-18R 醫(yī)用離心機(jī)；多功能微孔板檢測(cè)儀；F6 套裝勻漿機(jī)等。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理

將成熟芒果清洗并去皮去核，果肉選取均勻的部位切成2 cm×2 cm×2 cm 的方塊狀，分為真空冷卻（Vacuum Cooling，VC）組和直接冷凍對(duì)照（Direct Freezing，DF）組。

VC 組芒果丁置于密閉的真空室內(nèi)，以頻率50 Hz，抽速2.0 L/s 將真空室壓力降至800 Pa，樣品中心溫度降至4 ℃時(shí)為預(yù)冷終點(diǎn)。與DF 組一同保存于-18 ℃，RH85%環(huán)境中冷凍儲(chǔ)藏。

以7 d 為一個(gè)測(cè)定周期測(cè)定芒果品質(zhì)指標(biāo)，簡(jiǎn)稱1 W，共測(cè)定6 W；測(cè)定指標(biāo)前，將樣品置于冰水浴中解凍2 h。

1.2.2 可溶性固形物測(cè)定

使用NK-55T 高精度數(shù)顯糖度計(jì)測(cè)量樣品可溶性固形物含量，結(jié)果以白利度（°Brix）表示。

1.2.3 可滴定酸含量測(cè)定

果肉勻漿，取濾液用氫氧化鈉溶液進(jìn)行滴定，記錄滴定液的用量并計(jì)算，結(jié)果以樣品中的蘋果酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）表示[20]。

1.2.4 汁液流失率測(cè)定

取冷凍芒果稱重，冰水浴解凍2 h，濾紙擦去汁液稱重，結(jié)果以質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）表示[21]。

1.2.5 色差測(cè)定

使用色差儀測(cè)量樣品的顏色變化[22]。在芒果肉上隨機(jī)取3 個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量，重復(fù)3 次取平均值。

1.2.6 質(zhì)構(gòu)測(cè)定

參考何全光方法，加以改動(dòng)：使用P/50 探頭進(jìn)行TPA 全質(zhì)構(gòu)測(cè)試[23]，測(cè)定芒果的硬度、彈性、膠著性、回復(fù)性。測(cè)前速度1.00 mm/s，測(cè)中速度0.50 mm/s，測(cè)后速度0.50 mm/s，壓縮比為20%。樣品保持表面的平整，減小實(shí)驗(yàn)誤差。

1.2.7 抗壞血酸測(cè)定

參考曹建康等的2,6-二氯酚靛酚溶液滴定法測(cè)抗壞血酸含量[20]，結(jié)果以100 g 芒果中含有的抗壞血酸毫克數(shù)表示，即mg/100g。

1.2.8 丙二醛測(cè)定

以硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛含量，結(jié)果通過532 nm、600 nm、450 nm 處的吸光度值按式(1)進(jìn)行計(jì)算：

式中，Q為丙二醛含量，mmol/mg；Vt 為提取液總體積，mL；Vs 為測(cè)定用提取液體積，mL；Fw 為樣品鮮重，g；O為不同波長(zhǎng)下的吸光度值。

1.2.9 總酚和類黃酮測(cè)定

參考曹建康等[20]的方法，記錄每克鮮重芒果在280 nm 與325 nm 處吸光度值，分別代表總酚類黃酮含量。

1.2.10 水分分布測(cè)定

采用低場(chǎng)核磁共振儀測(cè)量冷凍后芒果果肉中的水分分布[22]。設(shè)定測(cè)定參數(shù)：質(zhì)子共振頻率主頻23 MHz，回波時(shí)間300 μs，重復(fù)間隔時(shí)間4 500 ms。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用軟件SPSS 25.0 進(jìn)行方差分析，差異的顯著性通過Duncan 多重比較方式分析，P＜0.05 表示差異顯著，使用Origin 繪制圖像。

2 結(jié)果與分析

2.1 真空冷卻預(yù)處理對(duì)可溶性固形物含量的影響

圖1 所示為經(jīng)過不同處理的芒果在冷凍貯藏的6 周內(nèi)可溶性固形物含量的變化。由圖1 可知：隨著貯藏時(shí)間的增加，真空預(yù)冷（VC）組與直接冷凍（DF）組可溶性固形物含量均有一定程度的增加，而VC 組始終顯著高于DF 組（P＜0.05），這是由于VC 組預(yù)冷過程中水分存在大量蒸發(fā)，自由水減少，胞內(nèi)固形物質(zhì)濃度相對(duì)增加。這與滲透脫水處理的冷凍芒果固形物含量變化結(jié)果一致[24]。DF 組隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，可溶性固形物含量在貯藏3周至4 周時(shí)趨于平穩(wěn)，隨后兩周再次有小幅度增加。這與DF 組果肉細(xì)胞內(nèi)冰晶逐漸變大，水分流失增加，而胞內(nèi)固形物質(zhì)未完全流失有關(guān)，雖然含量有小幅度增加，但始終小于VC 組。這表明經(jīng)過真空預(yù)冷處理后的芒果，對(duì)果肉甜度與可溶物的保持有一定優(yōu)勢(shì)。

圖1 真空預(yù)冷和直接冷凍芒果的可溶性固形物含量變化

2.2 真空冷卻預(yù)處理對(duì)可滴定酸含量的影響

水果中富含大量有機(jī)酸，芒果中以蘋果酸為代表。有機(jī)酸的含量對(duì)果肉口感、貯藏性、加工性質(zhì)均有影響。圖2 所示為VC 組和DF 組隨著貯藏時(shí)間增加的可滴定酸含量變化。

圖2 真空預(yù)冷組和直接冷凍組芒果的可滴定酸含量變化

由圖2 可知：與芒果中可溶性固形物的含量變化相反，果肉中的果酸在凍藏期間均出現(xiàn)降低現(xiàn)象。初始第一周VC 組的20.65%明顯高于DF 組的13.63%，同時(shí)可以看出VC 組含量穩(wěn)定降低，DF組儲(chǔ)藏1 周至2 周時(shí)波動(dòng)較大；且最終到第六周VC 組仍高出DF 組4.08%。這是由于可滴定酸大部分存在于果肉組織的自由水中，直接凍結(jié)產(chǎn)生的冰晶較大，刺破果肉細(xì)胞，解凍后DF 組水分流失更大，果酸類物質(zhì)損失多于VC 組。與2.1 中可溶性固形物含量相結(jié)合，經(jīng)過真空冷卻預(yù)處理后的芒果糖酸比上升，優(yōu)于直接冷凍的芒果丁，體現(xiàn)了對(duì)口味的促進(jìn)作用。

2.3 真空預(yù)冷對(duì)汁液流失率的影響

汁液流失率是冷凍水果品質(zhì)變化程度最直觀的數(shù)據(jù)表現(xiàn)之一。當(dāng)果肉進(jìn)入凍結(jié)狀態(tài)，果肉細(xì)胞內(nèi)外均會(huì)產(chǎn)生冰晶，由于傳熱因素，細(xì)胞外先于細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生冰核，胞外冰晶成核過程中由于壓差，細(xì)胞內(nèi)水分開始向外遷移，因此解凍時(shí)胞外冰融化使水分流失，發(fā)生汁液的大量流失。因此減少細(xì)胞內(nèi)水分向外遷移，是降低汁液流失率的方法之一。

圖3 所示為真空預(yù)冷組和直接冷凍組芒果的汁液流失率變化。由圖3 可知：貯藏期間DF 組汁液流失率較大，從第一周至第六周流失率增加了2.60%，VC 組僅增長(zhǎng)1.98%，且DF 組汁液流失率始終高于VC 組。原因是真空預(yù)冷在短時(shí)間內(nèi)使果肉胞外自由水蒸發(fā)并降溫，有利于后續(xù)冷凍過程冰晶的快速成核，從而減緩細(xì)胞內(nèi)水分向外遷移，實(shí)現(xiàn)較低的汁液流失率，這與段宙位等[25]結(jié)論一致。

圖3 真空預(yù)冷組和直接冷凍組芒果的汁液流失率變化

2.4 真空預(yù)冷對(duì)色差的影響

色澤是反映芒果品質(zhì)的一個(gè)重要的感官指標(biāo)，在當(dāng)今市場(chǎng)，色澤也是決定消費(fèi)者選購(gòu)冷凍水果的重要因素之一[26]。通常消費(fèi)者會(huì)通過顏色變化來判斷水果制品的新鮮程度與可食用性，色澤也是果肉是否發(fā)生品質(zhì)劣變的表現(xiàn)。L*、a*、b*分別代表芒果的亮度、紅綠度、藍(lán)黃度。由表1 結(jié)果顯示，與DF 組相比，VC 組對(duì)L*、a*、b*值的改變明顯，L*和b*值在儲(chǔ)藏過程雖有下降但趨勢(shì)緩慢（P＜0.05），a*值顯著升高。隨著貯藏時(shí)間的增加，VC 組逐漸趨于穩(wěn)定且變化較少；DF 持續(xù)減少。這可能由于VC 組失水較多，細(xì)胞飽滿度下降，使L*值和b*值降低。而DF 組前期L*、a*、b*值均有較高水平，隨著后期水分流失加快，表現(xiàn)不如VC 組。

表1 真空預(yù)冷與直接冷凍對(duì)芒果色差的影響變化

2.5 真空預(yù)冷對(duì)質(zhì)構(gòu)的影響

表2 所示為冷凍芒果的質(zhì)構(gòu)特性。其中硬度代表使芒果產(chǎn)生形變所需要的力，由表可知經(jīng)過不同處理，冷凍貯藏初期VC 組和DF 組硬度僅相差8，這是由于水分流失都較少，細(xì)胞壁仍較為完整；隨著時(shí)間增加，兩組芒果硬度均有下降，這是由于溫度下降導(dǎo)致呼吸率降低，VC 組經(jīng)過預(yù)冷能較快適應(yīng)溫度變化，呼吸率先于DF 組穩(wěn)定降低；而呼吸率的降低促進(jìn)代謝率降低，VC 組先于DF 組減弱代謝，限制驅(qū)動(dòng)組織軟化，抑制硬度的變化[27]。而直接冷凍處理的芒果硬度由147.27 g 降低至116.28 g，變化顯著，外觀上也呈現(xiàn)出塌陷狀態(tài)，這是由于隨著冰晶生長(zhǎng)，冰晶刺破細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使水分流失，細(xì)胞壁失去支撐作用，同時(shí)伴隨著彈性和回復(fù)性的顯著劣變（P＜0.05），這與KONGWONG 等[16]的結(jié)果相似。

表2 真空預(yù)冷與直接冷凍對(duì)芒果質(zhì)構(gòu)的影響變化

膠著性又可以表示為將食品內(nèi)部拉合在一起的內(nèi)聚力，DF 組在貯藏第六周時(shí)已經(jīng)下降16.2，遠(yuǎn)高于VC 組六周內(nèi)的9.66。兩組處理下芒果的膠著性變化差異顯著，感官上表現(xiàn)為果肉軟塌松散沒有咀嚼感。這表明真空冷卻預(yù)處理的加入可以減緩冷凍鮮切芒果在凍藏過程中的質(zhì)地劣變，使口感與新鮮芒果相差較少。

2.6 真空預(yù)冷對(duì)抗壞血酸含量的影響

抗壞血酸是植物組織中重要的非酶抗氧化物質(zhì)之一，可以有效抑制褐變的發(fā)生[28]。由圖4 可知：VC 組與DF 組抗壞血酸含量均有降低，VC 組的含量由起初略高于DF 組，逐漸與DF 組含量拉開差距，明顯高于DF 組。這是由于DF 組汁液流失更多，抗壞血酸隨汁液損失更大，而VC 組出現(xiàn)的損失較小。這也意味著隨著冷凍貯藏延長(zhǎng)，經(jīng)過真空預(yù)冷處理的冷凍芒果對(duì)抗壞血酸的保存效果較好。

圖4 真空預(yù)冷組和直接冷凍組芒果的抗壞血酸含量變化

2.7 真空預(yù)冷對(duì)丙二醛含量的影響

植物遭受傷害后細(xì)胞膜質(zhì)過氧化作用加強(qiáng)，丙二醛（MDA）不僅是過氧化的主要產(chǎn)物之一，還反作用于細(xì)胞膜加劇傷害，因此可通過測(cè)定丙二醛含量間接測(cè)定膜系統(tǒng)受損程度以及植物的抗逆性[29]。

不同處理對(duì)芒果冷凍貯藏過程中丙二醛含量變化的影響如圖5 所示。DF 組丙二醛含量增加顯著高于VC 組（P＜0.05），這是由于VC 組冷凍速率較快，減少了冰晶生長(zhǎng)過程對(duì)細(xì)胞膜的損傷，從而在一定程度上降低了丙二醛含量的增加。這也從側(cè)面反映了，正是由于VC 組果肉細(xì)胞相對(duì)破壞較少，酚類物質(zhì)、糖類物質(zhì)的流失均低于DF 組。說明真空冷卻預(yù)處理對(duì)冷凍處理的必要性，真空預(yù)冷能夠更好地使芒果快速適應(yīng)冷凍帶來的驟然變化。

圖5 真空預(yù)冷組和直接冷凍組芒果的丙二醛含量變化

2.8 真空預(yù)冷對(duì)總酚和類黃酮含量的影響

芒果中存在大量酚類、黃酮類植物次生代謝產(chǎn)物，它們與芒果的品質(zhì)、風(fēng)味形成、等密切相關(guān)[20]。圖6 所示為真空預(yù)冷組和直接冷凍組芒果的總酚黃酮含量變化。由圖6 可知：隨著貯藏時(shí)間的增加，VC 組總酚含量從第一周處在最高位置，隨后逐漸降低趨于穩(wěn)定，這是由于總酚多產(chǎn)生于植物受損傷狀態(tài)時(shí)，真空預(yù)冷過程中環(huán)境壓強(qiáng)驟降，水分迅速溢出，使芒果抗逆變系統(tǒng)快速反應(yīng)，釋放大量酚類物質(zhì)抵御變化，隨著凍藏時(shí)間延長(zhǎng)，環(huán)境溫度不再大幅波動(dòng)，酚類物質(zhì)作用已充分發(fā)揮。而DF 組芒果冰晶尺寸增大，對(duì)細(xì)胞的迫害愈發(fā)嚴(yán)重，細(xì)胞不斷釋放酚類物質(zhì)抵御逆境。

圖6 真空預(yù)冷組和直接冷凍組芒果的總酚黃酮含量變化

2.9 真空預(yù)冷對(duì)水分分布的影響

對(duì)經(jīng)過不同冷卻方式處理后的芒果進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振檢測(cè)，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建反演算法后數(shù)據(jù)如表3 所示。τ21，τ22表示結(jié)合水與自由水的弛豫時(shí)間；對(duì)應(yīng)峰面積稱作A21，A22。其中21 代表結(jié)合水，22 代表自由水。由表中數(shù)據(jù)可觀察到，VC組結(jié)合水弛豫時(shí)間相對(duì)DF 組有所后移，這與真空預(yù)冷時(shí)芒果內(nèi)大量自由水被蒸發(fā)除去，胞內(nèi)結(jié)合水為達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，束縛程度減弱有關(guān)。而隨著凍藏時(shí)間推移，DF 組弛豫時(shí)間整體后移，是由于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞使果肉纖維的持水能力降低，導(dǎo)致大部分的水分流失，一些結(jié)合相對(duì)緊密且自由度較低的水分束縛減弱，說明更易造成水分的流失，這與KONGWONG 等[16]研究結(jié)果相似。與此同時(shí)，VC組自由水弛豫時(shí)間逐漸穩(wěn)定，峰比例減小，說明經(jīng)真空預(yù)冷處理后水分由初期的小范圍調(diào)整趨于穩(wěn)定，部分水分束縛增強(qiáng)。

表3 真空預(yù)冷與直接冷凍對(duì)芒果水分分布的影響變化

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)在芒果丁冷凍前加入真空冷卻預(yù)處理，利用抽去空氣降低壓強(qiáng)使水分蒸發(fā)從而實(shí)現(xiàn)快速降溫，研究了冷凍貯藏過程中芒果可溶性固形物、可滴定酸、抗壞血酸、硬度、丙二醛和結(jié)合水的變化，分析了真空預(yù)冷相較傳統(tǒng)直接冷凍對(duì)冷凍芒果貯藏品質(zhì)的影響，得到如下結(jié)論：

1）在冷凍貯藏過程中，經(jīng)過真空冷卻預(yù)處理的芒果可溶性固形物含量上升，可滴定酸含量高于直接冷凍組4.08%，真空預(yù)冷對(duì)芒果的抗壞血酸含量損失是直接冷凍的1.98 倍，并緩解芒果硬度下降，說明真空冷卻處理使冷凍芒果在售賣方面占據(jù)口感和營(yíng)養(yǎng)優(yōu)勢(shì)，也有利于后續(xù)再加工；

2）真空冷卻預(yù)處理從細(xì)胞水平緩解了冷凍對(duì)水果造成的劣變，并在儲(chǔ)存初期使總酚物質(zhì)含量穩(wěn)定，持續(xù)發(fā)揮了抗氧化作用，緩解果肉的不良品質(zhì)變化；冷凍貯藏期間過程芒果中的水分子結(jié)合程度逐漸加強(qiáng)，有利于長(zhǎng)期保存，彌補(bǔ)了水果制品冷凍過程質(zhì)地逐漸粗糙、冰晶增大的缺點(diǎn)，在更有效緩解營(yíng)養(yǎng)成分流失的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間貯藏；

3）但是真空預(yù)冷操作也有不足之處，它減少了芒果的自由水含量，降低芒果的色澤亮度，使冷凍芒果更接近果脯色澤，各時(shí)段皆明顯低于直接冷凍組亮度?？稍诤罄m(xù)加工生產(chǎn)過程中平衡該問題，總體可接受性優(yōu)于其他冷卻方式。