冷凍預(yù)處理對紫色馬鈴薯出汁率及品質(zhì)的影響

張一冉，鄔婷，韓育梅

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)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(yǎng)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(yǎng)豐富，因此具有非常廣闊的應(yīng)用前景[1]。果蔬汁飲料近年來深受消費(fèi)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(zhì)[2]，且較好地保留了新鮮果蔬中的礦物質(zhì)、膳食纖維和活性物質(zhì)等成分，具有較高的營養(yǎng)價值及保健作用。果蔬的取汁根據(jù)原料的性質(zhì)、形狀和加工的需求，選用合適的破碎設(shè)備，并結(jié)合相適宜的破碎工藝進(jìn)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(yǎng)物質(zhì)損失較多等問題。對果蔬取汁前進(jìn)行冷凍預(yù)處理，冰晶體的生長會破壞果蔬組織結(jié)構(gòu)，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(yǎng)成分及不穩(wěn)定的顏色成分的損失[4]。方勝等[5]在利用凍結(jié)工藝對黑加侖葡萄的榨汁的研究中發(fā)現(xiàn)：凍結(jié)過程中產(chǎn)生的冰晶體對葡萄細(xì)胞壁的機(jī)械破壞作用較大，可以促使細(xì)胞汁液溶出，且凍結(jié)溫度越低，出汁率、汁液中含有的糖、酸等營養(yǎng)物質(zhì)越高。Nadulski 等[6]提出，在從胡蘿卜和大黃中提取汁液前，冷凍預(yù)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(yīng)用比較少，特別是冷凍工藝對紫色馬鈴薯汁液品質(zhì)的影響的研究更是少之又少，因此，研究冷凍預(yù)處理?xiàng)l件對提高紫色馬鈴薯出汁率及減少營養(yǎng)品質(zhì)的損失具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)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(shí)中的花青素，VC和其他營養(yǎng)物質(zhì)，旨在探究對紫色馬鈴薯營養(yǎng)成分損耗最小，提高出汁效率最佳的冷凍預(yù)處理工藝條件。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料

紫色馬鈴薯品種為黑金剛，產(chǎn)地為內(nèi)蒙古（其淀粉含量15.01 g/100 g、水分79.35 g/100 g、蛋白質(zhì)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(shè)備

T6 新世紀(jì)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(shù)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(jī)：上海韓惠人愛家電科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

1.2.1 紫色馬鈴薯冷凍工藝流程

清洗→去皮→切塊（切片機(jī)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(yàn)設(shè)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(zhì)指標(biāo)，并用灰色關(guān)聯(lián)度分析法綜合分析，確定最佳冷凍條件。說明每個指標(biāo)重復(fù)測定的次數(shù)。

1.3 主要指標(biāo)的測定及分析方法

1.3.1 主要指標(biāo)的測定

出汁率：通過榨汁機(jī)對紫色馬鈴薯進(jìn)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(guān)聯(lián)度綜合評價分析法

灰色關(guān)聯(lián)度分析法是一種多因素統(tǒng)計分析方法，它是以各因素的樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)用灰色關(guān)聯(lián)度來描述決定因素主次及其關(guān)聯(lián)程度的評價方法[10]。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析理想指標(biāo)的選擇原則，正向指標(biāo)（即試驗(yàn)需要的指標(biāo)）選擇最大，負(fù)向指標(biāo)（即試驗(yàn)需要控制的指標(biāo)）選擇最小[11]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)張學(xué)杰[12]文獻(xiàn)中的方法進(jìn)行處理參考。

在本文的研究中，將冷凍預(yù)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(zhì)，故將各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)分別設(shè)為出汁率40 %，可溶性固形物30 %，花青素10 %、多酚10%、VC10%。最后根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行排序，得到關(guān)聯(lián)序，關(guān)聯(lián)序越大，說明與理想品質(zhì)的關(guān)聯(lián)越小，處理后的品質(zhì)變化越大，差距越遠(yuǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷凍處理?xiàng)l件對紫色馬鈴薯出汁率及品質(zhì)指標(biāo)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(xiàn)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(xiàn)這樣趨勢的原因是紫色馬鈴薯在過冷點(diǎn)-5.2 ℃～-8.2 ℃時形成了大量對細(xì)胞造成不可逆?zhèn)Φ谋В瑢?dǎo)致細(xì)胞汁液的流出，提高了壓榨出汁的效率。紫色馬鈴薯冰點(diǎn)溫度為-2.2 ℃。一般過冷溫度低于其冰點(diǎn)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(nèi)變化差異較大，但當(dāng)冷凍天數(shù)達(dá)到24 h 時，隨著冷凍天數(shù)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(xiàn)顯著相關(guān)性，所以此趨勢出現(xiàn)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(zhì)隨著汁液的流出而增加。而-10 ℃冷凍條件下，冷凍18 h 內(nèi)，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(xiàn)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(shù)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(zhì)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(guān)聯(lián)度綜合分析法確定冷凍工藝參數(shù)

通過冷凍時間及冷凍溫度處理后紫色馬鈴薯各品質(zhì)指標(biāo)結(jié)果見表1。

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

2.3 冷凍處理與理想品質(zhì)的關(guān)聯(lián)度與排序

冷凍處理與理想品質(zhì)的關(guān)聯(lián)度與排序見表2。

由表2 可知，通過灰色關(guān)聯(lián)綜合評價分析，經(jīng)過冷凍處理后紫色馬鈴薯品質(zhì)的等權(quán)關(guān)聯(lián)序和加權(quán)關(guān)聯(lián)序基本一致，-5 ℃冷凍6 h 時等權(quán)關(guān)聯(lián)度排第一，而加權(quán)關(guān)聯(lián)度排第三，出現(xiàn)等權(quán)關(guān)聯(lián)序和加權(quán)關(guān)聯(lián)序排序不一致現(xiàn)象的原因是由于權(quán)重不同及不同冷凍溫度及冷凍天數(shù)的條件對紫色馬鈴薯各品質(zhì)的影響程度不同。部分冷凍處理?xiàng)l件的等權(quán)關(guān)聯(lián)度/加權(quán)關(guān)聯(lián)度存在排序相同，可能是因?yàn)樵撎幚項(xiàng)l件下出汁率及紫色馬鈴薯各品質(zhì)指標(biāo)變化差異不大，且因?yàn)橛嬎憬Y(jié)果只保留小數(shù)點(diǎn)后兩位，因此出現(xiàn)了排序相同的結(jié)果。但整體分析冷凍處理對紫色馬鈴薯出汁率及品質(zhì)的影響，可以看出無論是加權(quán)關(guān)聯(lián)度還是等權(quán)關(guān)聯(lián)度，都以-10 ℃，冷凍18 h 最大，該處理?xiàng)l件下，紫色馬鈴薯各指標(biāo)接近“理想指標(biāo)”，所以確定冷凍處理?xiàng)l件為-10 ℃冷凍 18 h。

表2 冷凍處理與理想品質(zhì)的關(guān)聯(lián)度與排序Table 2 Correlation and ordering of freezing and ideal quality

3 結(jié)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(biāo)影響如下，各指標(biāo)最優(yōu)處理?xiàng)l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(guān)聯(lián)度綜合分析處理最優(yōu)結(jié)果為-10 ℃冷凍18 h，該處理?xiàng)l件下各指標(biāo)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(yù)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(wěn)定，其原因可能是凍結(jié)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(jié)速率對凍后番木瓜品質(zhì)的影響研究中表明結(jié)果與本試驗(yàn)結(jié)果趨勢一致。郭衛(wèi)蕓等[15]冷凍榨汁技術(shù)在胡蘿卜汁生產(chǎn)中的應(yīng)用研究中同樣指出，凍結(jié)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(zhuǎn)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(zhì)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(wěn)。表明溫度越低，越有利于多酚物質(zhì)的保存。Ziena 在酸橙汁的保藏試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：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(yàn)中得到了相似的結(jié)果[18-21]。