蓝莓流态化速冻工艺及贮藏品质变化规律*

张庆钢，陶乐仁，邓云，郑志皋，蔡梅艳

1 (上海理工大学低温与食品研究所，上海，200093)2 (哈尔滨商业大学制冷空调研究所，黑龙江 哈尔滨，150028)3 (上海交通大学食品科学与工程系，上海，200240)

蓝莓(Vaccinium corymbosum L. )，通常称为越橘果，风味独特，营养丰富［1］。可促进视网膜“杆细胞”生成，改善眼部肌肉疲劳［2］。能防止自由基的氧化作用，具有强力抗氧化和抗过敏功能，可保护脑神经不被氧化，稳定脑组织功能［3-4］。蓝莓属多水分浆果，果实成熟期在6 ～8 月份的高温多雨季节［5］，易腐烂，不宜贮存，因此，采收后长期保存蓝莓成为了蓝莓产业发展中一项关键技术。现在贮存蓝莓的方法有高氧［6］、气调、紫外线照射、壳聚糖涂膜［7］等方式。

流态化速冻以其冻结速度快、解冻后食品质量高的特点逐渐发展成为单体速冻食品产品的重要工业冻结方法之一［8］。应用液氮式流化床速冻蓝莓技术的相关报道目前在国内外尚不多见。本项研究是利用液氮式流化床对蓝莓进行速冻，确定工艺参数;利用感官检验方法，结合扫描电镜(ESEM)对比分析了蓝莓在速冻和慢冻条件下，贮藏期间品质不同的变化规律，确定了液氮速冻蓝莓的可行性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

蓝莓:采自于上海市青浦现代农业园，生长条件一致，成熟度达到食用成熟度。分拣工作在冷库整理间中完成，挑选无病虫害及机械损伤的蓝莓，单颗蓝莓的平均直径为(12 ±2.5)mm。

实验所需的试剂:2，6-二氯靛酚、纤维素酶、二甲苯、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、六氰合铁酸钾、DPPH(2，2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)等，均为化学纯。

1.2 仪器与设备

NR-C25EM1 冰箱(日本松下)，DS-1 高速组织捣碎机(上海标本模型厂)，101-1 型烘箱(上海市实验仪器总厂)，TDL-5 离心机(上海安亭科学仪器厂)，UV-2000 型紫外可见分光光度计 上海尤尼柯仪器有限公司)，ZWA-J 阿贝折光仪(上海光学仪器厂)，DK-S22 型电热恒温水浴锅(上海精宏实验设备有限公司)，FA1604 电子天平(上海精密科学仪器有限公司)，prova 800 型温度采集仪，常用玻璃仪器等。

1.3 实验方法

1.3.1 实验装置

实验所用液氮流化床速冻机结构如图1 所示。

图1 液氮喷雾式流态化食品速冻机结构Fig.1 Structure of liquid nitrogen fluidized bed

装置主要由液氮喷淋预冻与流态化速冻2 部分组成。其冻结流程如下:食品经过输送带的输送后进入液氮喷淋预冻段，在该段里液氮由液氮喷嘴5 喷出;预冻后的食品进入流态化速冻阶段;高压氮气瓶1 对液氮灌2 加压至0.2 ～0.3MPa，由喷嘴12 喷出的雾状液氮，在风道11 内和送风迅速换热蒸发，同时将风道11 中的空气冷却;被冷却后的空气向上经过物料，使其在流态化状态下迅速降温冻结，完成冻结后的冻品最终从出料口出料。

1.3.2 速冻方法及条件设定

将蓝莓清洗、晾干。将样品依据不同的速冻条件分成10 组(见表1)，在液氮式流化床上速冻。每次实验用3 个热电偶感温探头分别测3 个不同的蓝莓中心温度，通过prova 800 型温度采集仪显示温度，当中心温度达到-15℃，实验结束，记录时间和电子秤显示的液氮罐减少质量，即测量出每组样品冻结时间及液氮耗量;并对速冻完成的样品立即进行化学指标检测，以确定最佳工艺参数。将流化床速冻综合评价值最高的一组抽出部分样品即刻进行微观结构检测，其余样品贮藏于-25℃冰箱中，用于冻藏期间的品质测定。

表1 U10(104)混合均匀试验方案Table 1 U 10 (104)uniform experimental design

1.3.3 慢速冻结及保藏

将2 kg 清洗、晾干的蓝莓均匀盛入2 个铁盘(300 mm ×250 mm)，放进-18℃冰箱进行慢速冻结。测温方式同1.3.2，当中心温度达到-15℃时冻结结束。立即对慢速冻结样品进行微观结构检测，将剩余样品贮藏于-25℃冰箱中，用于冻藏期间的品质测定。

1.4 检测项目与方法

1.4.1 化学指标

VC含量的测定采用2，6-二氯靛酚滴定法［9］;水分损失率的测定采用称重法;可溶性固形物的测定采用GB12295 -1990［10］方法测定，用相对含量表示;花青素含量的测定参考文献配制缓冲溶液，通过示差法［13］测定;2，2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH)自由基清除率参考文献［14 -15］方法，在517 nm 处测定该溶液的吸光值AA及DPPH 乙醇溶液的吸光值AB，样品清除自由基的能力用清除率表示，清除率/%=［(AB-AA)/AB］×100;还原力的测定依据参考文献［16］检测方法，在700nm 处测定其吸光值，吸光值越大表示还原力越强(以上清液做空白)。所有检测均重复3 次，取其平均值。

1.4.2 微观结构检测

利用环境扫描电镜(Quanta FEG，FEI)观察经不同方法冷冻、冷藏后的蓝莓微观结构，样品分为新鲜(4℃冷藏、24 h)、-18℃慢速冻结、流化床速冻，每组检测3 个样。检测前将冻结样品统一在4℃恒温箱中解冻0.5 h。为了提高观测效果，样品在观察前经过脱水、冻干、喷金等前处理过程［17］，扫描电镜在20 kV 的加速电压、放大500 倍条件下进行观测。

1.4.3 感官检验

-18℃慢速冻结样品、流化床速冻样品分别在第20、40、60、90、120、150 和180 天进行感官检验。评价指标分别是:外部颜色、内部颜色、硬度和外观，评价标准如表2 所示。每次检验由相同3 位经过培训的评分者进行。每位评分者对每个指标抽检3 次后给出一个分值，3 个评分者的平均值作为最终评价结果。

表2 蓝莓感官检验评价标准Table 2 Sensory test evaluation criterion of blueberries

1.5 统计分析

用Matlab7.0 软件对数据进行回归处理。

2 结果与分析

2.1 不同条件蓝莓速冻时间与液氮耗量的研究

表3 为10 组不同工艺条件下，蓝莓液氮式流态化速冻的冻结时间和液氮消耗量的实验测量结果。

从表3 可知，冻结温度在-30 ～-50℃时，随着温度的降低，蓝莓速冻时间缩短。液氮耗量受床层高度的影响显著，即受蓝莓质量的影响显著。虽然不能直接看出液氮耗量与冻结温度的影响关系，但随着冻结温度的降低，单位时间的液氮耗量在增加。

表3 蓝莓流态化速冻时间及液氮耗量Table 3 Quick-frozen time and liquid nitrogen consumptionfor quick-freezing blueberries in LN2-spraying fluidized freezer

2.2 不同速冻工艺参数对蓝莓品质和功能活性的影响

表4 为蓝莓在不同条件液氮流化床速冻后的品质指标检测结果。在蓝莓所有的10 组实验中，失水率变化范围在0.41% ～2.71%;还原力的变化范围在1.9 ～2.9;而花青素在-30 ～-50℃的低温下稳定性较好，差别亦不大。每项指标的标准差可以反映数值相对于平均值的离散程度，将标准差与平均值相比，其数值大小可以反映不同冻结条件对该指标的影响程度。从而便可比较不同冻结条件对不同指标影响程度:失水率(0.562)＞Vc(0.164)＞可溶性固形物(0.143 )＞ 花青素(0.115)≈还原力(0.118)≈DPPH 清除率(0.112)。

表4 蓝莓液氮流化床速冻品质指标检测结果Table 4 Quality indexes test results of blueberries’quick frozen in liquid nitrogen fluidized bed

2.3 权重设置及回归分析

实际生产中6 个实验指标的重要程度不一样。对于大多数经冷冻冷藏的蓝莓，作为普通加工原料，保证Vc、可溶性固型物、失水率等指标较优，已基本可保证蓝莓质量。原料如有特殊要求，也可关注其他指标。根据实际生产要求采用主观赋权法进行不同权重的设置，然后根据计算所得的综合值进行回归分析，以确定蓝莓适宜的液氮流化床速冻工艺。

计算各指标观测值的评分值y＇ij:设每个指标的最大值yjmax对应y＇ij=100 分，最小值yjmin对应y＇ij=0 分

计算加权综合指标值计算:yi*= ∑wj·y＇ij

对越小越好的指标前为“-”号，综合指标越大越好。

对U10(104)均匀实验的Vc、花青素、还原力、可溶性固型物、失水率和DPPH 评分。然后依据不同冻结条件对不同指标影响程度，对上述6 项指标进行分值权重，Vc、花青素、还原力、可溶性固型物、失水率和DPPH 分别按2. 5、1、1、2、2. 5、1进行加权(把失水率与Vc 认为同等重要)，加权后可得综合值，见表5。

回归结果:

表5 U10(104)均匀实验综合评价结果Table 5 Evaluation values of experimental results

复相关系数R= 0.999 2，F=731.346 7 显著水平P =0.028 6 ＜0.05，因此回归方程显著。由回归结果发现，Y 与X12无关。经过软件计算，当X1= -40，X2= 4.5，X3= 3.6 时，Y 取得最大值。与10 组实验中的第3 组条件吻合。最大值为Y=47.733，与实测评分值相差0.83%。从而得到冻结温度为-40℃，风机风速4.5 m/s，床层高度3.6 cm 为最佳参数组合。

2.4 微观结构比较

图2 显示了新鲜(4℃冷藏)、流化床速冻和-18℃慢速冻结条件下的蓝莓近表皮部位微观结构。从结果看出，新鲜(4℃冷藏)的蓝莓表皮与内部组织界线不明显，表皮平整。流化床速冻的蓝莓，表皮与内部组织界线较明显，表皮较平整。-18℃冻结的蓝莓，表皮与内部组织轻微脱离，界线很明显，表皮不平整，且有少量细胞破裂。说明液氮式流化床速冻，能够迅速在食品表面形成薄的、具有一定强度的冰膜外壳，这可以提高脆弱食品的机械强度。同时，也不易发生食品黏连。

图2 蓝莓近皮部位剖面扫描电镜(ESEM)图Fig.2 Picture of Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM)of blueberries’section parts near the skin

图3 显示了新鲜(4℃冷藏)、流化床速冻和-18℃慢速冻结条件下的蓝莓内部微观结构。新鲜(4℃冷藏)的蓝莓内部组织质地均匀、致密，无变形、断裂现象。流化床速冻的蓝莓，内部组织质地较均匀、致密，局部略有变形、断裂现象。 -18℃冻结的蓝莓，内部组织质地不均匀、较疏松，局部组织崩塌。说明液氮式流化床速冻，食品与冷却介质充分接触，冻结速度快，冰结晶体积小，对食品内部结构破坏小。

2.5 贮藏期间样品的感官检验结果

表6 为各组蓝莓在贮藏期间的感官检验评分结果。从表6 中可以看出，只有内部颜色开始阶段2 组样品差别不大，其余指标同阶段流态化速冻样品均优于冰箱慢冻样品。2 组样品的外部颜色和硬度2 个指标变化规律相似，前90 d 均变化缓慢，且2 组样品的评分结果差别不大;90 d 后品质迅速下降，且差别变大。2 组样品的内部颜色和外观2 个指标评分结果近似随时间等速下降。

3 结论

(1)液氮式流态化速冻蓝莓适宜的工艺条件为，冻结温度-40℃，风机风速4.5 m/s，床层高度3.6 cm。

图3 蓝莓内部组织扫描电镜(ESEM)图Fig.3 Picture of Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM)of blueberries’internal organization

表6 感官检验评分结果Table 6 Score of sensory test

(2)环境扫描电镜(ESEM)显示了液氮式流化床速冻蓝莓的内部微观结构在致密性、均匀性和破坏性上优于-18℃冰箱慢速冻结。说明蓝莓采用液氮式流化床速冻的可行性与优越性。

(3)对贮藏期间的蓝莓采取感官检验，结果表明外部颜色、内部颜色、硬度和外观品质等指标同阶段流态化速冻样品均优于冰箱慢冻样品。

［1］ Stojanovic J，Silva J L. Influence of osmotic concentration，continuous high frequency ultrasound and dehydration on antioxidants，colour and chemical properties of rabbiteye blueberries［J］. Food Chemistry，2007，101:898 -906.

［2］ 孙波，Bekhit A E D，王坤波，等. 不同品种蓝莓提取物抗氧化作用的研究［J］. 食品科学，2007，28(10):61 -63.

［3］ Skrede G，Wrolstad R E，Dust R W. Changes in anthocyanins and phenolics during juice processing of highbush blueberries (Vaccinium corymbosum L.)［J］. Journal of Food Science，2000，65:357 -364.

［4］ Youdim K A，Shukitt H B，Martin A，et al. Short-term dietary supplementation of blueberry polyphenolics:beneficial effects on aging brain performance and peripheral tissue function［J］. Nutritional Neuroscience，2000，3:383-397.

［5］ 孙贵宝. 草莓与蓝莓果实贮藏保鲜技术初探［J］. 保鲜与加工，2002，2(4):20 -22.

［6］ Zhang Yong-hua，Yang Zhen-feng，Chen Xue-hong，et al.Effect of high oxygen atmospheres on fruit decay and quality in Chinese bayberries，strawberries and blueberries［J］. Food Control，2008，19:470 –474.

［7］ 朱麟，凌建刚. 国内外蓝莓保鲜技术研究进展［J］. 食品与发酵工业，2011，37(11):173 -176.

［8］ Khairullah A. and Singh R P. Optimization of fixed and fluidized bed freezing processes［J］. International Journal of Refrigeration，1991，14:176 -181.

［9］ 陈文烜，郜海燕，陈杭君，等. 减压贮藏对软溶质水蜜桃采后生理和品质的影响［J］. 农业机械学报，2010，41(9):108 -112.

［10］ GB 12295 -1990. 水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的测定［S］.

［11］ 李颖畅. 蓝莓花色苷提取纯化及生理功能研究［D］.沈阳:沈阳农业大学，2008.

［12］ Penelope Perkins V，Collins J K，Howard L. Blueberry fruit response to postharvest application of ultraviolet radiation［J］. Postharvest Biology and Technology，2008，47(3):280 -285.

［13］ 霍琳琳，苏平，吕英华. 分光光度法测定桑葚总花色苷含量的研究［J］. 酿酒，2005，32(4):88 -89.

［14］ Burda S，Oleszek W. Antioxidant and antiradical activities of flavonoids［J］. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2001，49(6):2 774 -2 779.

［15］ 高畅，程大海，高欣，等. 蓝莓果渣提取物总酚含量及抗氧化活性研究［J］. 植物研究，2010，30(2):253 -256.

［16］ Halici M，Odabasoglu F，Suleyman H，et al. Effects of water extract of usnea longissima on antioxidant enzyme activity and mucosal damage caused by indomethacin in rats［J］. Phytomedicine，2005，12(9):656 -662.

［17］ Allan-wojtas P M，Fomey C F，Carbyn S E，et al. Microstructural indicators of quality-related characteristics of blueberries-an integrated approach［J］. Lebensm.-Wiss.u.-Technol.，2001，34:23 -32.