氯化鈣預(yù)處理對凍干草莓加工品質(zhì)的影響

胡云峰，呂婉瑩，陳君然*，路敏，段亞宗

（1.天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457；2.天津賽譽食品有限公司，天津 300308；3.天津市野森果樹種植專業(yè)合作社，天津 301900）

草莓屬于薔薇目薔薇科草莓屬，是一種多年生的草本植物，又被稱為地莓、洋莓等[1-2]，屬于世界七大水果之一，被譽為“便宜的保健品”，具有豐富的營養(yǎng)價值。草莓外觀色澤鮮艷，果實柔軟多汁，口感酸甜，深受消費者歡迎[3]。草莓中含有豐富的營養(yǎng)成分，主要包括蛋白質(zhì)、有機酸、果膠、維生素B1、維生素B2以及鈣、磷、鐵、鉀等人體所需的礦物質(zhì)和部分微量元素[4]。近年來，隨著凍干技術(shù)的不斷發(fā)展，凍干食品成為研究熱點。凍干食品即真空冷凍干燥食品，由于凍干工藝是在低溫、真空環(huán)境下進(jìn)行的，所以能最大程度地保留食品的色澤、香味、風(fēng)味、營養(yǎng)成分[5]，而且還可以在很短的時間內(nèi)，恢復(fù)到接近新鮮食物的狀態(tài)；另外，凍干食品不需要添加防腐劑，可以在常溫下儲存，而且成品的質(zhì)量較小，方便攜帶、運輸，是一種適合旅游、休閑的方便食品[6]。凍干食品經(jīng)密封后不需要特殊保存就可以保持幾年內(nèi)不變質(zhì)，從而極大地減少運營成本。但草莓在進(jìn)行冷凍干燥時，會發(fā)生收縮塌陷的情況，引起毛細(xì)管的封閉和產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)的改變，最終造成凍干后的產(chǎn)品質(zhì)量下降[7]。鈣對植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和生理功能有重要作用[8]，可以與組織中的果膠酸形成不可溶性果膠酸鹽，能維持細(xì)胞壁、細(xì)胞膜及膜結(jié)合蛋白的穩(wěn)定性，參與胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)和生長發(fā)育的調(diào)節(jié)過程[9]。

鍍冰衣技術(shù)就是將物料的溫度下降至凍結(jié)點后，完全浸沒在已經(jīng)冷卻的冰衣液中，通過較低的溫度使物料表面形成一層冰衣殼，從而保護(hù)物料，避免品質(zhì)下降的方法[10]。鍍冰衣保鮮技術(shù)常用于防止冷凍產(chǎn)品干耗，并通過在冰衣液中添加保鮮劑來達(dá)到增強產(chǎn)品保藏效果的目的[11]。本文采用氯化鈣結(jié)合鍍冰衣的方式對草莓組織進(jìn)行保護(hù)處理，目的是增加草莓組織結(jié)構(gòu)的支撐作用，減少草莓組織收縮情況的發(fā)生，以期為凍干草莓的研究提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍草莓：天津賽譽食品有限公司；氯化鈣（食品級）：天津市賽瑪特食品添加劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

臥式冷藏冷凍轉(zhuǎn)換柜（BC/BD-319HB）：青島海爾特種電冰柜有限公司；真空冷凍干燥機（FD-1A-50）：北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；TA-Xtplus質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro System公司；掃描電子顯微鏡（SM-8380）：日本電子株式會社。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

冷凍草莓-切分-冷凍（中心溫度為-18℃）-鍍冰衣-裝盤-預(yù)凍-真空冷凍干燥-凍干草莓。

1.3.2 原料預(yù)處理

對照組：將冷凍草莓切成厚5 mm～6 mm、長3 cm～4 cm、寬1.3 cm～1.5 cm的片狀，將冷凍草莓片冷凍至中心溫度為-18℃，再進(jìn)行真空冷凍干燥，得到凍干草莓。

氯化鈣處理組：將冷凍草莓切成厚5 mm～6 mm、長3 cm～4 cm、寬1.3 cm～1.5 cm的片狀，冷凍至中心溫度為-18℃，配制濃度分別為1.0%、1.5%、2.0%的氯化鈣冰衣液，將冷凍草莓片浸沒在冰衣液中，形成冰衣后進(jìn)行預(yù)凍處理，-18℃預(yù)凍處理12 h后進(jìn)行真空冷凍干燥，得到相應(yīng)濃度氯化鈣處理的凍干草莓（1.0%、1.5%、2.0%氯化鈣處理組）。

1.3.3 指標(biāo)測定

1.3.3.1 微觀結(jié)構(gòu)測定

分別取對照組、1.0%氯化鈣處理組、1.5%氯化鈣處理組、2.0%氯化鈣處理組凍干草莓的自然斷面，用碳導(dǎo)電膠將橫斷面觀察樣本粘貼在樣品托上，噴金后用掃描電子顯微鏡觀察凍干草莓片的微觀結(jié)構(gòu)，選取合適的部分進(jìn)行拍照。

1.3.3.2 質(zhì)構(gòu)測定

在質(zhì)構(gòu)儀上選擇TPA-1000 N測試程序，測試探頭為直徑50 mm，平板探頭P50，1 000 N載荷單元。設(shè)置參數(shù)為測試前速率60mm/min，測試中速率60 mm/min，測試后速率60 mm/min，壓縮比20%，間隔時間5 s，起始力100 g，記錄硬度、脆度數(shù)據(jù)，每個處理重復(fù)測定3 次，取其平均值[12]。

1.3.3.3 形變率的測定

參照王前菊等[13]的試驗方法，用游標(biāo)卡尺分別測定凍干前草莓片厚度和凍干后草莓片厚度，試驗重復(fù)測定3次取平均值，按照下列公式計算形變率。

式中：Ts為凍干草莓形變率，%；t1為凍干前草莓片厚度，mm；t2為凍干后草莓片厚度，mm。

1.3.3.4 復(fù)水比的測定

每組稱量適量的凍干草莓，將其完全浸入30℃的蒸餾水中充分吸收30 min后撈出，用濾紙吸去表面水分，再次稱量每組凍干草莓的質(zhì)量，試驗重復(fù)測定3次取平均值，按下列公式計算復(fù)水比[14]。

式中：Re為草莓復(fù)水比；m2為凍干草莓復(fù)水后質(zhì)量，g；m1為凍干草莓復(fù)水前質(zhì)量，g。

1.3.3.5 產(chǎn)出率的測定

分別稱量各組草莓的初始質(zhì)量和凍干后質(zhì)量，試驗重復(fù)測定3次取平均值，按下列公式計算產(chǎn)出率[15]。

式中：P0為草莓產(chǎn)出率，%；mf為草莓初始質(zhì)量，g；mh為凍干草莓質(zhì)量，g。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用統(tǒng)計軟件SPSS 25.0的One-Way ANOVA方法分析試驗數(shù)據(jù)，顯著性分析水平為P＜0.05。數(shù)據(jù)結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示（n=3）。

2 結(jié)果與分析

2.1 草莓凍干溫度曲線

圖1是在室溫自然加熱、真空室壓力為20 Pa的條件下，凍干倉溫度及各組草莓凍干過程中物料中心溫度的變化曲線。

圖1 草莓凍干溫度曲線Fig.1 Freeze-drying temperature curve of strawberry

由圖1可知，凍干倉溫度總體穩(wěn)定在17℃，即草莓加熱溫度為17℃，在整個凍干過程中，4組草莓的凍干時間基本相同，均在24 h左右達(dá)到干燥狀態(tài)，可見氯化鈣處理不會造成凍干曲線產(chǎn)生較大波動，無需改變原有凍干工藝。

2.2 凍干草莓的微觀結(jié)構(gòu)

對照組與各濃度氯化鈣處理組凍干草莓的微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡結(jié)果見圖2。

圖2 凍干草莓的微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡照片（放大100倍、標(biāo)尺500 μm）Fig.2 Scanning electron microscopic images of freeze-dried strawberry（×100，scale=500 μm）

由圖2可知，對照組凍干草莓的內(nèi)部結(jié)構(gòu)孔洞分布不均勻且孔隙大小不一致，氯化鈣處理的凍干草莓組織結(jié)構(gòu)得到了一定的改善，但隨著鈣離子濃度的增加，凍干草莓內(nèi)部組織破損會有一定程度的加劇，其中2.0%氯化鈣處理對凍干草莓組織結(jié)構(gòu)破壞最嚴(yán)重，凍干草莓內(nèi)部出現(xiàn)較大孔洞，1.5%氯化鈣處理組內(nèi)部孔洞較均勻且孔隙較小。表明適宜濃度的鈣離子可以提高凍干草莓組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和完整性，但過高濃度的鈣離子會破壞凍干草莓組織結(jié)構(gòu)。

2.3 凍干草莓的質(zhì)構(gòu)

凍干產(chǎn)品的脆度和硬度是衡量產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，產(chǎn)品硬度太大或硬度太小都會影響食用口感[16]。凍干草莓的質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果見表1。

表1 凍干草莓的質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果Table 1 Texture determination results of freeze-dried strawberry

由表1可以看出，各氯化鈣處理組的硬度均高于對照組。在氯化鈣濃度為1.0%、1.5%時，凍干草莓的硬度隨氯化鈣濃度增大而增加，表明適宜濃度的鈣離子處理可以增加凍干草莓的硬度，但過高的鈣離子濃度會降低凍干草莓的硬度，各組凍干草莓的脆度沒有顯著差別（P＞0.05）。

2.4 凍干草莓的形變率

果蔬物料在干燥過程中均會發(fā)生不同程度的皺縮變形[17]。凍干草莓的形變率測定結(jié)果見圖3。

圖3 凍干草莓的形變率Fig.3 Deformation rate of freeze-dried strawberry

如圖3所示，對照組以及1.0%、1.5%、2.0%氯化鈣處理組凍干草莓的形變率分別為16.8%、14.3%、13.8%、14.5%，對照組的形變率均高于各濃度氯化鈣處理組，在氯化鈣處理組中，隨著鈣離子濃度的增加，形變率呈先降低后升高的趨勢，鈣與細(xì)胞壁中的果膠結(jié)合成果膠酸鈣，以維持細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，但鈣離子濃度過高時會促進(jìn)果實皺縮，導(dǎo)致果實品質(zhì)下降[18-20]。

2.5 凍干草莓的復(fù)水比

復(fù)水比是評價干燥產(chǎn)品是否恢復(fù)至原來狀態(tài)的重要指標(biāo)，可以衡量果蔬凍干脆片的疏松程度[21]。果蔬冷凍干燥工藝中通過凍結(jié)可以讓內(nèi)部的水分形成支撐冷凍果蔬的固體骨架，固體骨架組成的多孔結(jié)構(gòu)賦予凍干果蔬理想的復(fù)水性[22-23]。凍干草莓的復(fù)水比測定結(jié)果見圖4。

圖4 凍干草莓的復(fù)水比Fig.4 Rehydration ratio of freeze-dried strawberry

由圖4可知，對照組和不同濃度氯化鈣處理組復(fù)水比差別較大，各組復(fù)水比從大到小依次為1.5%氯化鈣處理組＞1.0%氯化鈣處理組＞2.0%氯化鈣處理組＞對照組，可見隨著氯化鈣濃度的增加，凍干草莓復(fù)水比先升高后降低，分析原因可能是氯化鈣濃度過高，髙滲作用破壞草莓內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，降低了凍干草莓細(xì)胞的持水力。

2.6 凍干草莓的產(chǎn)出率

產(chǎn)出率是一個重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，能夠反映物料干燥后其總固形物的保留情況[24]。各組凍干草莓的產(chǎn)出率如圖5所示。

圖5 凍干草莓的產(chǎn)出率Fig.5 Yield of freeze-dried strawberry

由圖5可知，對照組的產(chǎn)出率均低于各濃度氯化鈣處理組，氯化鈣處理組隨著鈣離子濃度的增大產(chǎn)出率先升高后降低，1.0%、1.5%氯化鈣處理組的產(chǎn)出率分別為9.4%、10.7%，由此表明，適當(dāng)濃度氯化鈣處理具有增加凍干草莓產(chǎn)出率的作用，但要避免鈣離子濃度過高。

3 結(jié)論

本文通過鍍冰衣的方法研究不同濃度氯化鈣處理對凍干草莓加工品質(zhì)的影響，掃描電鏡圖顯示1.5%氯化鈣處理組凍干草莓的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較完好，說明適宜濃度的氯化鈣處理可以減輕凍干草莓組織狀態(tài)破損程度，從而提高凍干草莓的復(fù)水比和產(chǎn)出率，降低形變率。1.5%氯化鈣處理組凍干草莓的復(fù)水比、產(chǎn)出率和形變率分別為5.85、10.7%、13.8%，凍干效果相對較好。因此，凍干前可以采用濃度為1.5%的氯化鈣對草莓進(jìn)行處理，提高凍干草莓的加工品質(zhì)。