冷激處理對葡萄凍結特性的影響

曹雪慧 張方方 趙東宇 王甄妮 朱丹實 勵建榮

（渤海大學食品科學與工程學院 遼寧錦州 121013）

葡萄（Vitisvinifera L.）屬于葡萄科小漿果類水果[1]，因其含有豐富的糖類、有機酸、必需礦物質以及維生素類物質，而深受廣大消費者喜愛。然而，鮮食葡萄由于質地柔軟多汁，在采后處理過程中易腐爛變質和嚴重失水，降低了水果品質，限制其貯藏和運輸銷售[2-3]。近年來，為了延長鮮食葡萄采后保鮮期，國內外學者進行了許多嘗試，如控制貯藏過程中的氣體成分[4]，控制微生物[5]，可食性涂膜[6]以 及 冷 熱 處 理 等[7]。

冷激處理是一種常見的果蔬物理預處理方式之一，它主要通過在短時間內降低果蔬組織溫度使其產生低溫脅迫而誘導果蔬產生抗逆性，從而達到保鮮的目的[8]。大量研究表明，適當的冷激處理不僅能夠抑制果蔬的呼吸作用，而且能夠降低酶活性，延緩果實衰老，最大程度地保持果蔬的營養(yǎng)品質[9-10]。陳愛強等[11]通過研究發(fā)現采用0℃冰水冷激處理黃瓜40 min，可有效減緩失重率的上升，抑制可溶性固形物的下降，從而較好地保持黃瓜的營養(yǎng)品質。Zhang等[9]通過研究發(fā)現采用冰水冷激香蕉60 min，能夠有效降低PG和PME活性，延緩組織軟化衰老。此外，冷激處理還廣泛應用在蜜柚[12]、水蜜桃[13]、青椒[14]等果蔬上。 目前，大多數研究多偏重于冷激處理在保鮮上的應用，而將其運用到冷凍加工中鮮有報道。

本研究以巨峰葡萄為對象，采用冰水混合物對葡萄進行不同時間的冷激預處理，然后冷凍處理，以此來研究不同冷激處理時間對葡萄凍結特性的影響，探討葡萄的冷凍加工技術，為進一步開拓葡萄的冷凍加工提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗葡萄品種為巨峰，購于遼寧省錦州市萬家樂水果超市。運回實驗室后，挑選果形大小均一，新鮮飽滿，無機械損傷及病蟲害的果實，置于4℃冰箱中冷藏，實驗時直接隨機抽取進行試驗。

1.2 儀器與設備

TA.XT Plus物性測試儀，英國 Stable Micro System公司；DDSJ-308A電導率儀，上海精密科學儀器有限公司；DZBW數字式貝克曼溫度計，南京大展機電技術研究所；電子天平JA503，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；CHROMA METER CR-400色彩色差計，日本 Minolta公司；PAL-3手持式糖度計，ATAGO（愛拓）中國分公司；FORMA 7000 SERIES超低溫冰箱，美國賽默飛世爾科技公司；HH-6型數顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司；BCD-206ZMZB冰箱，合肥美菱股份有限公司。

1.3 處理方法

將葡萄從4℃冰箱中取出，隨機平均分為A、B、C、D、E 5組進行冷激處理。其中，A組為空白對照組（CK組），即直接將包裝好的葡萄放入-80℃冰箱中；B組為將葡萄在冰水混合物中冷激10 min后用包裝袋裝好放入-80℃冰箱中；C組為將葡萄在冰水混合物中冷激30 min后用包裝袋裝好放入-80℃冰箱中；D組為將葡萄在冰水混合物中冷激60 min后用包裝袋裝好放入-80℃冰箱中；E組為將葡萄在冰水混合物中冷激90 min后用包裝袋裝好放入-80℃冰箱中，凍藏24 h后于4℃冰箱中復溫恒定，然后測定葡萄解凍后的各項指標。

1.4 測定指標

1.4.1 凍結時間的測定 使用貝克曼溫度計測定凍結時間。將溫度計的探頭插入葡萄的中心位置，另一端與溫度測量儀相連，記錄葡萄凍結過程中的溫度變化。當葡萄中心溫度達到-18℃時停止記錄。

1.4.2 失重率的測定[15]稱取未解凍的葡萄質量m1，解凍后用濾紙輕輕拭去其表面的液體，然后稱其質量m2，計算解凍前、后的質量差占解凍前樣品質量的百分比，即其失重率。

1.4.3 質構的測定 采用質構儀測定葡萄的TPA。挑選大小均一、無機械損傷的葡萄10個，測定條件：探頭型號為P/50，測前速率2.00 mm/s，測試速率1.00 mm/s，測后速率2.00 mm/s，壓縮量20%，觸發(fā)力5 g。

1.4.4 色澤的測定 采用色差計測定葡萄的顏色變化。國際上通常采用Hunter標度檢測色澤。L值表示果實亮度，其值越大亮度越大；a值表示果實的紅綠偏向，負值代表綠色，正值代表紅色；b值表示果實的藍黃偏向，負值代表藍色，正值代表黃色；ΔE表示色差值，其值越大表示被測葡萄的色澤與標準板的色澤差別越大。實際色澤研究中應用最多的是HIS模型，其標準參數包括色調（H）、飽和度（L）和明度（C）等。計算綜合色度指標色度角[H=arctan（b/a）]、色澤比（h=a/b）和飽和度[C=（a2+b2）1/2]。 飽和度（C）表示含色的多少，低飽和度說明色澤稀疏暗淡，而高飽和度表示顏色飽滿[16]。通過分析L、a、b、ΔE、H和C等6個參數來判斷葡萄在不同冷激條件下的顏色變化。每個冷凍處理取6個葡萄，測其處理前、后色澤的變化，求平均值。

1.4.5 電導率的測定 參考沙力爭等[17]和應本友等[18]方法并略有改動。每次隨機選取若干葡萄，將其切成大小均勻的葡萄丁。用蒸餾水洗滌后加入20 mL蒸餾水震蕩20 min，用電導率儀測定溶液電導率P0；將測定電導率后的溶液加熱至沸騰，在沸水中浸提10 min，冷卻至室溫，加蒸餾水定量至加熱前的質量，測定總電導率P1。計算相對電導率，以表示細胞膜透性大小，即（P0/P1）×100%。

1.4.6 可溶性固形物含量的測定 采用PAL-3手持式糖度計測定可溶性固形物含量。

1.5 數據處理及分析方法

試驗數據為多次重復的平均值，使用SPSS20.0統(tǒng)計軟件分析冷凍處理組間差異，差異水平P＜0.05為顯著水平，P＜0.01為極顯著水平，使用origin8.5作圖描繪各試驗指標的變化情況。

2 結果與分析

2.1 凍結曲線以及凍結時間的分布

凍結速率是影響冷凍食品品質的主要因素之一，凍結速率決定著結冰時間和細胞體積的變化，凍結的速度越快結冰時間越短，細胞體積變化越小，食品的品質越好[19]。不同冷激時間對葡萄凍結溫度的典型曲線如圖1所示。不同冷激時間的凍結速率有明顯差別，其中未經冷激組和冷激90 min凍結所需時間明顯高于其余冷激組，而冷激30 min的葡萄的凍結時間最短，為1 153.3 s。從圖1還可看出，所有冷凍曲線被粗略劃分為3個階段：初步預冷階段4～0℃、相變階段0～-5℃、低溫冷卻階段-5～-18℃[20]。

圖2顯示葡萄冷激后在-80℃冷凍過程中不同階段的時間分布?？梢钥闯觯陬A冷階段和低溫冷卻階段，未經冷激的對照組和冷激90 mi組均顯著高于其它冷激組（P＜0.05），而冷激90 min的凍結時間與未經冷激組無顯著性差異 （P＞0.05）；第2個階段是整個冷凍過程中最重要的階段，因為這個階段是冰晶形成的階段又稱冰晶成核區(qū)，樣品冷凍通過此階段的時間長短直接決定著冰晶的大小[18]。在相變階段，未經冷激組的葡萄通過0～-5℃的最大冰晶生成帶的時間為601.5 s，冷激10，60 min和90 min的葡萄通過0～-5℃的最大冰晶生成帶的時間分別為794，496.3 s和691.7 s，其中冷激30 min的葡萄通過0～-5℃的最大冰晶生成帶的時間為416.7 s，顯著低于未經冷激處理的葡萄（P＜0.05）。這說明冷激30 min處理的葡萄能夠快速通過最大冰晶生成帶，快速通過相變階段，能夠提高葡萄的凍結速率。而冷激10 min處理組通過最大冰晶生成帶的時間較長，這可能因為冷激時間較短，葡萄表面附近的組織溫度雖然變化迅速，但是中心處組織溫度變化較慢，在整個過程中葡萄組織內部溫度降低明顯滯后于外部，形成較大的內外溫度梯度，使其冷凍速率減緩[8]。當冷激時間過長，可能造成葡萄組織生理失調，降低了冷激處理對其的抑制作用[21]。

圖1 不同冷激處理葡萄的凍結曲線Fig.1 The freezing curves of grape by different cold shock treatment

2.2 冷激處理對葡萄失重率的影響

從圖3可看出經不同冷激處理的葡萄的失重率顯著低于未經冷激組（P＜0.05），而各處理組之間無顯著性差異（P＞0.05）。其中，冷激30 min后的失重率最低，為16.5%；而冷激10，60 min和90 min的失重率分別為19.3%，18.3%和18.0%。這可能是因為冷激時間過長對果蔬組織造成不可逆的損害，使其失重率不同程度地上升，而冷激時間過短則未能有效誘導葡萄抗逆性，對葡萄品質提高不明顯，造成更大的汁液損失。適當的冷激處理不僅能加快葡萄的凍結速率，而且能更好地保持其原有外形，降低其汁液損失。

2.3 冷激處理對葡萄質構的影響

圖2 冷激處理條件下每個凍結階段的時間分布Fig.2 The time spent on each freezing stage at cold shock treatment

葡萄的質構特性是衡量冷凍過程中葡萄品質變化的重要指標，研究表明凍結速率對食品的質地和營養(yǎng)品質有一定的影響[22]。由表1可看出，冷激30 min的葡萄的質構特性均極顯著高于其它處理組（P＜0.01），這與圖1中的凍結速率一致，其原因可能是經冷激30 min的葡萄在冷凍過程中能夠快速通過0～-5℃的最大冰晶生成帶，細胞體積變化小，對細胞組織造成的機械損傷小。冷激10，60 min和90 min處理的葡萄的質構特性均無顯著差異性（P＞0.05），且空白對照組的質構特性保持較好。這說明冷激時間過長或過短均會加重冷凍過程中葡萄細胞組織中與細胞壁結構密切相關的細胞壁果膠質的解聚合和溶解[23]，以及水分的散失。

圖3 冷激處理對葡萄失重率的影響Fig.3 Effect of cold shock treatment on weight loss rate of the grape

表1 冷激處理對冷凍葡萄質構的影響Table1 Effect of cold shock treatment on texture of the grape

2.4 冷激處理對葡萄顏色的影響

葡萄的色澤變化是反映其新鮮度的重要指標，色澤越光亮的果實其營養(yǎng)品質越好，越容易被消費者所接受。經不同冷激強度處理后，其顏色變化如表2所示?？梢钥闯觯浼ず蟮钠咸训腖值發(fā)生不同程度的變化，其中冷激10 min的葡萄的L值顯著低于其它處理組（P＜0.01），而冷激30 min和60 min后的葡萄色角度H顯著高于未經冷激組（P＜0.01）；經 10 min和 90 min冷激處理和未經冷激處理的葡萄的a值和飽和度C極顯著高于冷激 30 min和60 min兩組（P＜0.01），這說明冷激后的葡萄果皮顏色向紅色轉變，而適當的冷激處理會抑制其顏色的轉變；另外，未經冷激處理的對照組和冷激90 min葡萄的b值顯著高于其它組 （P＜0.05）。從表2還可看出，經冷激處理10 min的葡萄的ΔE值顯著高于對照組和其余處理組（P＜0.01）?？傮w來說，適當的冷激處理能較好地減緩葡萄冷凍過程中色澤變化，且冷激30 min護色效果明顯。這可能是因為是適當的冷激會誘導某些基因的表達，產生冷激蛋白，通過維持轉錄和翻譯速率等來提高POD等各種保護酶的活性，提高細胞膜的抗凍性[24]，使其在冷凍過程中不易發(fā)生破裂；而冷激時間不足，細胞內不會積累大量的活性氧，也不會誘發(fā)某些基因的表達，無法產生冷激蛋白來維持各種保護酶活性；冷激時間過長，活性氧清除系統(tǒng)受損，細胞膜會因此受到脂質體過氧化反應損害[11]，造成細胞膜系統(tǒng)受損，細胞的代謝功能紊亂，葡萄中的酚類底物與多酚氧化酶的接觸機率增加，使發(fā)生酶促褐變，葡萄表皮顏色暗淡無光[25]。

表2 冷激處理對葡萄顏色的影響Table2 Effect of cold shock treatment on color of the grape

2.5 冷激處理對葡萄細胞膜透性的影響

細胞膜透性反映果蔬組織受到傷害的程度或者抗逆性的強弱，如果細胞膜系統(tǒng)被破壞嚴重，細胞浸出物增多，細胞膜相對透性會提高，一般采用相對電導率來表示細胞膜透率[26]。從圖4可以看出，冷激處理10，60 min和90 min的葡萄與未經冷激組無顯著性差異 （P＞0.05），而冷激處理30 min的葡萄細胞膜透性顯著性低于其它組（P＜0.05）。這說明適當的冷激處理能較好地抑制葡萄果實生物膜降解，減少細胞膜電解質滲透率，而冷激時間過長或過短均不會達到預期效果。

2.6 冷激處理對葡萄可溶性固形物的影響

果實中可溶性固形物是指細胞組織中所含有的一些可溶性的維生素、礦物質及糖類等物質，能直接反映果蔬的品質狀況。在貯藏過程中，可溶性固形物含量一般呈下降趨勢，其含量可作為評價果實品質好壞的一個重要指標[27]。從圖5可以看出經冷激處理的葡萄的可溶性固形物含量顯著高于未經冷激組（P＜0.05），且冷激 10，60 min和 90 min處理組均顯著低于冷激30min的葡萄（P＜0.05）。這可能是因為適當的冷激處理能使葡萄的中心溫度與表面溫度一致，與凍結溫度相差較小，且不會對細胞組織造成不可逆的損傷。

圖4 冷激處理對葡萄細胞膜透性的影響Fig.4 Effect of cold shock treatment on cell membrane permeability of the grape

圖5 冷激處理對葡萄可溶性固形物含量的影響Fig.5 Effect of cold shock treatment on soluble solid of the grape

3 結論

葡萄經不同強度的冷激處理后，冷激10，30，60 min和90 min的凍結時間分別為1 440，1 153，1 223 s和1 520 s，明顯低于未經處理組的葡萄（1 640 s）（P＜0.05），而冷激 30min 的葡萄通過0～-5℃的最大冰晶生成帶的時間為416.7 s，顯著高于其余3個冷激處理組（P＜0.05）。

經不同冷激處理后的葡萄的失重率顯著低于未經冷激組，而各處理組之間的失重率無顯著性差異（P＞0.05），冷激 30 min葡萄的質構特性均明顯高于其它處理組，空白對照組的硬度和回復性與冷激30 min無顯著性差異（P＞0.05），說明冷激時間過長或過短均會加重冰晶對細胞結構的傷害；經10，90 min冷激處理和未經冷激處理的葡萄的a值和飽和度C極顯著高于冷激30 min和60 min兩組（P＜0.01），這說明經冷凍后的葡萄果皮顏色向紅色轉變，而適當的冷激處理會抑制其顏色的轉變。相對來說，冷激30 min能夠較好地減緩葡萄冷凍過程中色澤變化；冷激處理30 min能有效減緩細胞膜透性上升及抑制可溶性固形物含量的下降。

綜上所述，適當的冷激處理不僅可加快其凍結速率，而且還可降低膜脂過氧化程度，維持細胞膜結構的完整性。在尋求最佳的冷激處理強度時，一定要結合冷激強度和貯藏果蔬的特點來綜合考慮。