藍(lán)莓不同凍結(jié)方式下工藝特性及貯藏品質(zhì)的研究

張慶鋼，陶樂仁，鄧　云，鄭志皋，蔡梅艷

（1.上海理工大學(xué)低溫與食品研究所，上海200093；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)制冷空調(diào)研究所，黑龍江哈爾濱150028；3.上海交通大學(xué)食品科學(xué)與工程系，上海200240）

藍(lán)莓不同凍結(jié)方式下工藝特性及貯藏品質(zhì)的研究

張慶鋼1，2，陶樂仁1，鄧云3，鄭志皋1，蔡梅艷1

（1.上海理工大學(xué)低溫與食品研究所，上海200093；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)制冷空調(diào)研究所，黑龍江哈爾濱150028；3.上海交通大學(xué)食品科學(xué)與工程系，上海200240）

研究了在液氮式流態(tài)化速凍和-25℃冰箱慢速凍結(jié)兩種凍結(jié)方式下藍(lán)莓的凍結(jié)、解凍工藝特性及其凍后樣品在貯藏期間的感官品質(zhì)變化規(guī)律。結(jié)果表明：就凍結(jié)方式而言，藍(lán)莓液氮式流態(tài)化速凍優(yōu)于冰箱慢凍；就解凍工藝而言，解凍規(guī)律呈現(xiàn)多樣性。質(zhì)構(gòu)儀對(duì)藍(lán)莓硬度的檢測(cè)與圖像處理法對(duì)藍(lán)莓內(nèi)部顏色的檢測(cè)，結(jié)果均反映出同階段流態(tài)化速凍樣品優(yōu)于冰箱慢凍樣品。通過對(duì)藍(lán)莓腐爛率的統(tǒng)計(jì)，確定了液氮式流化床速凍藍(lán)莓的貯藏期150天左右，優(yōu)于冰箱慢速的105天貯藏期。

藍(lán)莓，速凍，解凍，感官檢驗(yàn)，圖像處理

藍(lán)莓（Vaccinium corymbosum L.），通常稱為越橘果，風(fēng)味獨(dú)特，營(yíng)養(yǎng)豐富[1-2]。可促進(jìn)視網(wǎng)膜“桿細(xì)胞”生成，改善眼部肌肉疲勞[3]。能防止自由基的氧化作用，具有強(qiáng)力抗氧化和抗過敏功能，可保護(hù)腦神經(jīng)不被氧化，穩(wěn)定腦組織功能[4-5]。目前在國(guó)際市場(chǎng)上，常見的藍(lán)莓制品有藍(lán)莓飲料、藍(lán)莓果酒[6-7]、藍(lán)莓乳制品、藍(lán)莓休閑食品等[8-11]。生產(chǎn)這些產(chǎn)品長(zhǎng)期需要大量藍(lán)莓原料，但藍(lán)莓屬多水分漿果，果實(shí)成熟期在6～8月份的高溫多雨季節(jié)，采后果實(shí)在常溫條件下放置2～4d即開始腐爛，不宜貯存[12]。如何在采收后長(zhǎng)期保存藍(lán)莓，成為了藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)在貯存藍(lán)莓的方法有高氧[13-14]、氣調(diào)[15-17]、紫外線照射、殼聚糖涂膜[18]等方式。

流態(tài)化速凍以其凍結(jié)速度快、解凍后食品質(zhì)量高的特點(diǎn)逐漸發(fā)展成為單體速凍食品產(chǎn)品的重要工業(yè)凍結(jié)方法之一[19]。應(yīng)用液氮式流化床速凍藍(lán)莓技術(shù)的相關(guān)報(bào)道目前在國(guó)內(nèi)外尚不多見。本項(xiàng)研究對(duì)比了藍(lán)莓在液氮式流化床速凍和冰箱中慢凍條件下，凍結(jié)和解凍工藝特性的區(qū)別；利用感官檢驗(yàn)、結(jié)合質(zhì)構(gòu)儀檢測(cè)、圖像處理等方法，對(duì)比分析了藍(lán)莓在速凍和慢凍條件下，貯藏期間感官品質(zhì)的變化規(guī)律；確定了藍(lán)莓液氮流態(tài)化速凍和冰箱中慢凍的貯藏期，為進(jìn)一步優(yōu)化藍(lán)莓的流化床速凍工藝提供理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

藍(lán)莓采自上海市青浦現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園，生長(zhǎng)條件一致，成熟度達(dá)到食用成熟度。分揀工作在冷庫(kù)整理間中完成，挑選無病蟲害及機(jī)械損傷的藍(lán)莓，單顆藍(lán)莓的平均直徑為（12±2.5）mm。

NR-C25EM1冰箱日本松下；prova 800型溫度采集儀臺(tái)灣泰仕；TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀英國(guó)SMSTA；Canon EOS 550D數(shù)碼相機(jī)日本佳能。

1.2液氮式流態(tài)化速凍

1.2.1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)所用液氮流化床速凍機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1，裝置主要由液氮噴淋預(yù)凍與流態(tài)化速凍兩部分組成。其凍結(jié)流程如下：首先，食品經(jīng)過輸送帶的輸送后進(jìn)入液氮噴淋預(yù)凍段，在該段里液氮由液氮噴嘴5噴出。接著，預(yù)凍后的食品進(jìn)入流態(tài)化速凍階段。高壓氮?dú)馄?對(duì)液氮灌2加壓至0.2～0.3MPa，由噴嘴12噴出的霧狀液氮，在風(fēng)道11內(nèi)和送風(fēng)迅速換熱蒸發(fā)，同時(shí)將風(fēng)道11中的空氣冷卻。被冷卻后的空氣向上經(jīng)過物料，使其在流態(tài)化狀態(tài)下迅速降溫凍結(jié)，完成凍結(jié)后的凍品最終從出料口10出料。

圖1　液氮噴霧式流態(tài)化食品速凍機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1　Structure of liquid nitrogen fluidized bed

1.2.2速凍方法將藍(lán)莓清洗、晾干。將樣品在液氮式流化床上速凍。實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定為：凍結(jié)溫度-40℃、風(fēng)機(jī)風(fēng)速4.5m/s、床層高度3.6cm[20]。實(shí)驗(yàn)時(shí)用三個(gè)熱電偶感溫探頭分別測(cè)3個(gè)不同的藍(lán)莓中心溫度，通過溫度采集儀采集溫度，當(dāng)中心溫度達(dá)到-15℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。將流化床速凍完成的藍(lán)莓抽出部分樣品即刻進(jìn)行解凍實(shí)驗(yàn)，其余樣品貯藏于-25℃冰箱中，用于硬度和凍藏期間的品質(zhì)測(cè)定。

1.3-25℃冰箱慢速凍結(jié)

將2kg清洗、晾干的藍(lán)莓均勻盛入兩個(gè)鐵盤（300mm×250mm），放進(jìn)-25℃冰箱進(jìn)行慢速凍結(jié)。測(cè)溫方式同上，當(dāng)中心溫度達(dá)到-15℃時(shí)，凍結(jié)結(jié)束。立即對(duì)慢速凍結(jié)樣品進(jìn)行解凍實(shí)驗(yàn)，將剩余樣品貯藏于-25℃冰箱中，用于硬度和凍藏期間的品質(zhì)測(cè)定。

1.4檢測(cè)項(xiàng)目及方法

1.4.1凍結(jié)時(shí)間溫度采集儀每間隔1s采集一次溫度，并有時(shí)間顯示及記錄。凍結(jié)時(shí)間是指藍(lán)莓由20℃左右，經(jīng)過冷卻、凍結(jié)和過冷三個(gè)階段，中心溫度達(dá)到-15℃時(shí)所用的時(shí)間，不包括流化床和冰箱自身降溫時(shí)間。

1.4.2解凍時(shí)間將流化床速凍和冰箱慢凍的藍(lán)莓樣品各取出三個(gè)，分成三組，每組樣品包括流化床速凍和冰箱慢凍的藍(lán)莓各一個(gè)。將三組樣品分別放在空氣（室內(nèi)環(huán)境條件）、水（室內(nèi)環(huán)境條件）和冰箱冷藏間（4℃）中進(jìn)行解凍，溫度測(cè)量采集方法同凍結(jié)。由于空氣、水和冰箱冷藏間三種解凍條件中，冰箱冷藏間溫度參數(shù)穩(wěn)定性相對(duì)于空氣和水要強(qiáng)，所以可將冰箱中的藍(lán)莓中心溫度恒定作為實(shí)驗(yàn)結(jié)束的判據(jù)。當(dāng)冰箱中解凍最慢的藍(lán)莓的中心溫度趨于穩(wěn)定在4℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

1.4.3硬度硬度不僅影響果實(shí)的外觀商品性狀，還影響果實(shí)的口感。硬度大小是判斷果實(shí)貯藏品質(zhì)的重要指標(biāo)。采用質(zhì)構(gòu)儀，分別測(cè)量流化床速凍和冰箱中慢凍（-25℃冰箱冷藏24h后）的藍(lán)莓硬度，每組檢測(cè)13個(gè)樣。檢測(cè)前將樣品統(tǒng)一在4℃恒溫箱中解凍半小時(shí)。為了對(duì)比經(jīng)過冷凍加工的藍(lán)莓硬度變化大小，設(shè)置對(duì)照組為在4℃冰箱中冷藏了24h的新鮮藍(lán)莓。測(cè)量參數(shù)設(shè)定：探頭為P/0.5；測(cè)試前速度為2.0mm/s；測(cè)試速度為1.0mm/s。

1.4.4顏色由于藍(lán)莓內(nèi)部顏色變化是品質(zhì)變化的一個(gè)衡量指標(biāo)，且短期內(nèi)不容易區(qū)分，所以可借助圖像處理手段，較精確的區(qū)分藍(lán)莓在不同凍結(jié)方式、不同貯藏階段的顏色變化。具體操作如下：抽取凍藏第0、20、40、60、90、120、150、180d的藍(lán)莓樣品，剖開處理后，用數(shù)碼相機(jī)在相同的光照環(huán)境和拍照參數(shù)（距離、光圈、曝光時(shí)間等）下對(duì)其剖面進(jìn)行拍照；流化床速凍和冰箱中慢凍樣品分別抽取3個(gè)，每個(gè)藍(lán)莓照3次。選取拍照效果清晰的照片用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行圖像處理，求出每張照片的灰度直方圖。

1.4.5腐爛率流化床速凍和冰箱慢凍的藍(lán)莓樣品均貯藏于-25℃冰箱中，由于冰箱溫度不穩(wěn)定，藍(lán)莓會(huì)發(fā)生凍融循環(huán)，破壞藍(lán)莓結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)藍(lán)莓腐爛現(xiàn)象。但因?yàn)閮山M藍(lán)莓的初期加工質(zhì)量不同，所以腐爛速度和程度不一樣。通過統(tǒng)計(jì)腐爛率可以確定采用兩種凍結(jié)方式的藍(lán)莓貯藏期的差異。具體操作如下：每次拍照前同時(shí)進(jìn)行腐爛率的統(tǒng)計(jì)，果實(shí)腐爛率（%）=（爛果數(shù)/總果數(shù)）×100。（注：爛果是指果實(shí)表面至少有一處發(fā)生汁液外漏或腐爛現(xiàn)象。）按照腐爛率高低進(jìn)行有效貯藏期統(tǒng)計(jì)，腐爛率為10%以下的貯藏天數(shù)即為有效貯藏期。每個(gè)處理隨機(jī)統(tǒng)計(jì)100個(gè)果實(shí)。為了對(duì)比經(jīng)過冷凍加工的藍(lán)莓貯藏期延長(zhǎng)情況，在統(tǒng)計(jì)腐爛率時(shí)設(shè)置一個(gè)對(duì)照組，對(duì)照組為貯存于4℃冰箱中的新鮮藍(lán)莓。

1.5統(tǒng)計(jì)分析

用Matlab7.0軟件進(jìn)行圖像處理分析。

2　結(jié)果與分析

2.1藍(lán)莓不同凍結(jié)方式下凍結(jié)時(shí)間的研究

圖2為藍(lán)莓液氮式流態(tài)化速凍和冰箱慢凍的凍結(jié)曲線。圖2反映出兩組樣品凍結(jié)特性的區(qū)別。首先是凍結(jié)時(shí)間長(zhǎng)短不同：流態(tài)化速凍過程約16min，冰箱慢凍過程約47min；其次是通過最大冰結(jié)晶生成帶的時(shí)間不同：流態(tài)化速凍過程時(shí)間短，冰箱慢凍過程時(shí)間長(zhǎng)，通過最大冰結(jié)晶生成帶的時(shí)間越長(zhǎng)，藍(lán)莓細(xì)胞內(nèi)水分向外遷移越充分，生成的冰結(jié)晶顆粒體積越大，對(duì)藍(lán)莓細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞性越大；再次是過冷過程明顯程度不同：流態(tài)化速凍過冷過程溫差小、不明顯，而冰箱慢凍過冷過程溫差大，很明顯，過大的過冷溫度增加了凍結(jié)過程的耗能。綜上所述，就凍結(jié)方式而言，藍(lán)莓液氮式流態(tài)化速凍優(yōu)于冰箱慢凍。

圖2　流態(tài)化速凍和冰箱慢凍凍結(jié)時(shí)間對(duì)比Fig.2　Comparison of freeze time for fluidized quick freezing and refrigerator slow freezing

2.2藍(lán)莓不同凍結(jié)及解凍方式下解凍時(shí)間的研究

圖3是藍(lán)莓在流態(tài)化速凍和冰箱慢凍兩種凍結(jié)方式下，分別采用空氣（室溫）、水和冰箱解凍的溫度變化規(guī)律。圖3可以反映出兩方面的解凍規(guī)律：第一是解凍時(shí)間不同，水解凍時(shí)間＜空氣解凍時(shí)間＜冰箱解凍時(shí)間；第二是流態(tài)化速凍和冰箱慢凍樣品在不同種解凍方式中，解凍規(guī)律呈現(xiàn)多樣性，即在水解凍中，速凍樣品解凍時(shí)間短于慢凍樣品；在空氣解凍中，速凍樣品解凍時(shí)間慢于慢凍樣品；而在冰箱解凍中，速凍樣品解凍速度先慢于后快于慢凍樣品；第三是解凍過程穩(wěn)定性不同，空氣解凍和冰箱解凍穩(wěn)定性較好，而水解凍受水的流動(dòng)性限制，表現(xiàn)出解凍后期溫度易出現(xiàn)波動(dòng)，穩(wěn)定性較差。溫度波動(dòng)會(huì)使解凍樣品品質(zhì)下降。

2.3藍(lán)莓不同凍結(jié)方式下硬度的對(duì)比研究

果實(shí)硬度降低，主要由于組織中果膠和水分含量發(fā)生變化。一方面，在果膠酶作用下，原果膠逐漸轉(zhuǎn)化為果膠，果實(shí)開始變軟，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為果膠酸；另一方面，果實(shí)失水，細(xì)胞膨脹壓減小，果實(shí)變軟。圖4為藍(lán)莓分別在4℃冷藏、-25℃慢速凍結(jié)、流化床速凍條件下的硬度。圖4顯示，藍(lán)莓經(jīng)過凍結(jié)，解凍后的硬度低于未經(jīng)過凍結(jié)的藍(lán)莓；同樣經(jīng)過凍結(jié)，流化床速凍藍(lán)莓的硬度，強(qiáng)于慢速凍結(jié)藍(lán)莓的硬度。

圖3　不同凍結(jié)及解凍方式下解凍時(shí)間的變化規(guī)律Fig.3　The change regularity of thawing time by different freezing and thawing mode

圖4　不同加工條件下藍(lán)莓的硬度對(duì)比Fig.4　The firmness comparison of blueberries in different processing conditions

圖5　藍(lán)莓流化床速凍后不同貯藏期時(shí)的內(nèi)部顏色灰度直方圖Fig.5　Internal color and gray histogram of blueberries after quick freezing by fluidized bed in different storage life

2.4不同凍結(jié)方式下藍(lán)莓貯藏過程內(nèi)部顏色的變化規(guī)律

圖6　藍(lán)莓-25℃慢速凍結(jié)后不同貯藏期時(shí)的內(nèi)部顏色灰度直方圖Fig.6　Internal color and gray histogram of blueberries after slow freezing at-25℃in different storage life

圖5和圖6分別表示藍(lán)莓流化床速凍和-25℃慢速凍結(jié)后不同貯藏期時(shí)的內(nèi)部顏色照片對(duì)應(yīng)的灰度直方圖?；叶戎狈綀D是灰度級(jí)的函數(shù)，它表示圖像中具有每種灰度級(jí)的像素的個(gè)數(shù)，它反映圖像中每種灰度出現(xiàn)的頻率。一般來說，灰度直方圖的橫坐標(biāo)是灰度級(jí)，縱坐標(biāo)是該灰度級(jí)出現(xiàn)的頻率。每個(gè)直方圖由三部分組成，分別表示照片的紅、綠和藍(lán)單色灰度直方圖。對(duì)于單色直方圖來說，圖像峰值越趨向橫坐標(biāo)0點(diǎn)，表示照片越暗；反之越亮。峰值越明顯，表示色彩越單一，界線越清晰；反之表示色彩多樣均衡，界線不清晰。將0～180d內(nèi)檢測(cè)樣品的紅、綠和藍(lán)單色直方圖分別縱向排列在一起，各自的峰值用趨勢(shì)線連接，就能清楚反映藍(lán)莓不同貯藏時(shí)間紅、綠和藍(lán)的峰值在橫坐標(biāo)上的相對(duì)位置變化情況。由圖5和圖6中看出，流化床速凍后120d，直方圖峰值仍明顯，而同期的-25℃慢速凍結(jié)藍(lán)莓已出現(xiàn)多峰值，并趨于平緩。圖5中紅、綠和藍(lán)的峰值相對(duì)位置120d之前保持穩(wěn)定。而圖6中綠的峰值與紅的峰值相對(duì)位置加大，與藍(lán)的峰值相對(duì)位置減小，說明藍(lán)莓內(nèi)部顏色由黑白較分明，逐漸趨于黃色，然后藍(lán)綠成分加大，色彩變暗。以上現(xiàn)象均說明從顏色變化方面對(duì)比，流化床速凍優(yōu)于-25℃慢速凍結(jié)。

2.5不同凍結(jié)方式下藍(lán)莓貯藏過程腐爛率的變化規(guī)律

如圖7所示，通過對(duì)4℃冷藏、-25℃慢速凍結(jié)和流化床速凍三組樣品的腐爛率的統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明：4℃冷藏的藍(lán)莓18d左右腐爛率就已超過10%，-25℃慢速凍結(jié)的藍(lán)莓大約105d腐爛率超過10%，而流化床速凍藍(lán)莓在150d時(shí)腐爛率才將要達(dá)到10%。從而可確定不同處理方式藍(lán)莓的有效貯藏期分別為18、 105、150d。

圖7　不同處理方式對(duì)藍(lán)莓腐爛率的影響Fig.7　Effect of different treatment ways of Blueberry on decay rate

3　結(jié)論

藍(lán)莓液氮式流態(tài)化速凍和冰箱慢凍的凍結(jié)曲線，反映出不同凍結(jié)方式下藍(lán)莓的凍結(jié)時(shí)間、最大冰結(jié)晶生成帶和過冷溫度的區(qū)別，為優(yōu)化凍結(jié)品質(zhì)、節(jié)約能源等方面提供了理論依據(jù)。

藍(lán)莓在流態(tài)化速凍和冰箱慢凍兩種凍結(jié)方式下，分別采用空氣（室溫）、水和冰箱解凍，不僅是解凍時(shí)間不同，解凍規(guī)律也呈現(xiàn)多樣性。如果單純追求解凍時(shí)間短，可采用水解凍；如果單純追求解凍品質(zhì)，可采用冰箱解凍；如果將兩者綜合考慮，可用空氣（室溫）解凍。

藍(lán)莓經(jīng)過凍結(jié)，解凍后的硬度低于未經(jīng)過凍結(jié)的藍(lán)莓；同樣經(jīng)過凍結(jié)，流化床速凍藍(lán)莓的硬度，強(qiáng)于慢速凍結(jié)藍(lán)莓的硬度。

對(duì)貯藏期間的藍(lán)莓采取圖像處理的方法進(jìn)行顏色檢驗(yàn)，結(jié)果表明同階段流態(tài)化速凍樣品優(yōu)于冰箱慢凍樣品。通過對(duì)藍(lán)莓腐爛率的統(tǒng)計(jì)，確定了液氮式流化床速凍藍(lán)莓的貯藏期150d左右，優(yōu)于冰箱慢凍的105d貯藏期。

本項(xiàng)研究?jī)H是兩種凍結(jié)方法的凍結(jié)時(shí)間、解凍規(guī)律和凍結(jié)后長(zhǎng)期貯存期間的感官品質(zhì)對(duì)比，今后可對(duì)多種凍結(jié)方式下，藍(lán)莓營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變化做深入研究。

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Study of process characteristics and storage quality of blueberries under different frozen ways

ZHANG Qing-gang1，2，TAO Le-ren1，DENG Yun3，ZHENG Zhi-gao1，CAI Mei-yan1
（1.Institute of Cryogenics and Food，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China；2.Institute of Refrigeration and Air Conditioning，Harbin University of commerce，Harbin 150028，China；3.Department of Food Science and Technology，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China）

The blueberry frozen，thawing process characteristics andsensory quality variation of the frozen samples during storage were studied in this paper under the two kinds of freezing methods，liquid nitrogen fluidized quick-frozen and slow-frozen in-25℃ refrigerator.In terms of the frozen methods，the results showed that the liquid nitrogen fluidized quick-frozen blueberries were better than those slow-frozen in refrigerator.In terms of thawing process，thawing regulation showed diversity.Using Texture analysis（TPA）to test the firmness of blueberry and using image processing method to test interior color of blueberry，both results reflected that at the same stage fluidized quick-frozen samples were better than those slow-frozen in refrigerator.Through the statistics of the rotten rate of blueberries，the storage life of liquid nitrogen type fluidized bed frozen blueberries was about 150 days，which was better than those slow-frozen in refrigerator which storage life was 105 days.

blueberry；frozen；thawing；sensory test；image processing

TS255.3

A

1002-0306（2015）04-0348-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.067

2014－05－07

張慶鋼（1973-），男，博士，副教授，主要從事食品冷凍冷藏方面的研究。

國(guó)家自然科學(xué)基金（No.31271955）；高校博士點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（博導(dǎo)類聯(lián)合3312301001）。