冻结方式对莲藕片品质及微观结构的影响

王 远， 刘春菊， 刘春泉， 宋江峰， 李大婧

(1.南京农业大学食品科学技术学院，江苏 南京210095; 2.江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏 南京210014)

莲藕( Nelumbo nucifera gaertn.) 属睡莲科，其营养价值高，含碳水化合物、蛋白质、维生素、矿物质、鞣酸等多种营养元素［1-2］。生藕性寒，可清热凉血、止血散瘀、生津止渴; 熟藕性温，有益气健脾、通便止泻、养血生肌的功效。因此，莲藕集营养和药用价值于一体，是一种药食同源食品，具有独特保健功能［3］。莲藕在中国种植面积已达到5 ×105hm2，是中国一种重要而特有的水生蔬菜，也是中国蔬菜出口产量最大的蔬菜品种之一［4］。目前，以莲藕为原材料加工而成的产品主要是藕汁饮料、藕粉、糖渍藕、盐渍藕及一些经初加工处理的鲜莲藕制品，国内主要以鲜食莲藕、藕粉为主要产品［5-6］，鲜食莲藕占绝大多数，但莲藕季节性强，不易贮藏，容易褐变氧化［7-8］。莲藕出口产品主要是以糖渍藕、盐渍藕和速冻藕为主，出口量大，其中大部分属盐渍藕，色泽差、风味低，脱盐处理麻烦，因此速冻莲藕出口销售量逐年增加，越来越受消费者欢迎，速冻莲藕不仅营养价值高，且品质佳、卫生好、卖价高［9］。

对于速冻莲藕来说，冻结方式和冻结速率都影响莲藕的品质。食品快速冻结的目的是尽量保持食品原有的品质，实现食品的部分玻璃态冻结并使其处于部分玻璃态下，能最大限度保持其色、香、味、形及营养成分。冻结过程中产生大冰晶会对食品细胞造成不可逆转的损伤，因此选择合适的冻结方式和速率对食品后期品质至关重要。本研究通过分析液氮、超低温冰箱和普通冰箱3 种冻结处理后莲藕片各理化指标的变化，探讨不同冻结方式对莲藕片质构、自由滴度、色泽、维生素C( VC) 和微观结构的影响，旨在为莲藕速冻加工冻结方式的选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试莲藕品种3735，购于江苏省南京市孝陵卫农贸市场。

2，6-二氯酚靛酚、草酸、碳酸氢钠、抗坏血酸、乙醇、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠等为国产分析纯，EM级戊二醛由SPI 公司生产。

1.2 主要仪器与设备

BS-224-S 万分之一天平由赛多利斯科学仪器( 北京) 有限公司生产，DW-86L286 立式超低温保存箱为青岛海尔特种电器有限公司产品，BC/BD-429H 海尔电冰柜为青岛海尔股份有限公司产品，液氮罐由新乡市新亚低温容器责任有限公司生产，MCT-200 精密温度计由北京市宇时技术开发公司生产，TA.XT Plus 质构仪由英国Stable Micro System公司生产，FEI Quanta 200 环境扫描电子显微镜由荷兰FEI 公司生产，EMITECH K750 临界点干燥仪由英国Quorum 公司生产，WSC-S 型色差仪由上海精密科学仪器有限公司生产。

1.3 不同冻结方式处理

将预处理的莲藕片分别用液氮、超低温冰箱( －60 ℃) 和普通冰柜( －20 ℃) 速冻，待中心温度降至－18 ℃，完全冻结后继续冻结30 min，再在超低温冰箱( －60 ℃) 中各放1 d，5 ℃自然解冻后，测定各指标。

1.4 测定方法

1.4.1 质构 取解冻后莲藕6 ～10 片，于5 ℃下解冻后用TA.XT Plus 质构仪测定，探头为P/5N 平底圆柱型探头，操作模式为TPA 模式，测前速度2 mm/s，测试速度0.5 mm/s，下压距离4 mm，测后速度2 mm/s，记录硬度、脆度和咀嚼度，每个样品重复测定6 次，取平均值。

1.4.2 自由滴度 采用解冻自由滴度法［10］测定。取40 ～50 g 速冻莲藕片，称质量后立即放入铺有滤纸的培养皿内，加盖后放入5 ℃冰箱中解冻后取出。用滤纸拭去莲藕片表面汁液再称质量，计算减少的质量占原有质量的百分比，即为自由滴度的值［11］。

1.4.3 VC含量 采用2，6-二氯酚靛法［12］测定。称取10 g 5 ℃解冻的莲藕放在研钵中加入2%草酸溶液研磨成浆，定容至100 ml，摇匀，提取1 h，7 500 r/min离心30 min，取10 ml 上清液用已标定的2，6-二氯酚靛酚溶液滴定至粉红色，30 s 内不褪色为终点，记下染料的用量，每个样品平行测定3 次，取平均值，计算VC含量。

式中:W 为样品中抗坏血酸含量( mg/g) ; V0为空白滴定所用染料量( ml) ; V1为样品滴定所用染料量( ml) ;m 为取样量( g) ;X 为样品滴定吸取溶液体积( ml) ;V 为样品溶液定容后的总体积( ml) ; A 为1ml 染料溶液相当于抗坏血酸的毫克数。

1.4.4 色泽 取5 g 5 ℃解冻后的莲藕打碎，采用WSC-S 型色差仪测定莲藕L*、a*和b*值。CIE( 国际标准照明委员会) 表色系中的L*为明度，反映样品的亮度和白度; a*反映样品红绿度，正数代表红色，负数代表绿色;b*反映样品黄蓝度，正数代表黄色，负数代表蓝色。

1.4.5 微观结构 取解冻莲藕片切成4 mm3大小的组织块，用2.5% 戊二醛( 0.2 mol/L 磷酸缓冲液，pH 7.2) 4 ℃下固定24 h，再用体积分数为20% ～100%乙醇梯度脱水，临界点干燥，离子溅射喷金，扫描电镜观察，以未经冻结的莲藕鲜样为对照，每个样品平行测定3 次。

1.5 数据分析

利用SAS 软件进行单因素方差分析及Duncan氏多重比较法检验组间差异。

2 结果与分析

2.1 冻结速率与莲藕片冻结状态

采用液氮、－60 ℃超低温冰箱和－20 ℃普通冰箱3 种冻结方式进行对比试验，莲藕片厚度4 ～6 mm、直径6 ～7 cm，在－60 ℃超低温冰箱中莲藕片通过最大冰晶生成区的平均冻结速率大约为2.04 ℃/min，－20 ℃普通冰箱中莲藕片通过最大冰晶生成区的平均冻结速率大约为0.61 ℃/min。液氮－196 ℃为超速冻结［13］，超低温冰箱终温为－60 ℃，因此经液氮和超低温冰箱冻结后莲藕片处于部分玻璃态，可以认为液氮和超低温冰箱冻结是部分玻璃态冻结，普通冰箱冻结为橡胶态冻结。

2.2 不同冻结方式对莲藕片质构的影响

由图1 可以看出，不同冻结方式对莲藕片质构有不同程度的影响，其中液氮和超低温冰箱冻结的莲藕片脆度、硬度和咀嚼度下降率分别为15%、10%和10%左右，两者差异不显著( P ＞0.05) ，而经普通冰箱冻结的莲藕片脆度、硬度和咀嚼度的下降率是液氮和超低温冰箱的2 倍左右，说明部分玻璃态冻结在很大程度上保持了莲藕片原有的质构特性。冻结过程造成质构下降的主要原因是快速降温体积不均匀收缩，细胞水分外渗引起脱水损伤，以及水结成冰体积膨胀对细胞造成机械损伤。莲藕片水分含量高、质地脆嫩，液氮和超低温冰箱快速冻结有利于形成大量均匀、细小的冰晶，水快速结成冰，细胞水分不外渗，内外渗透压差小，对细胞造成的损伤小，所以对莲藕片质构破坏较小，但液氮超快速冻结使莲藕片产生内外温差，形成大量冰晶，体积急剧膨胀，使部分莲藕片产生冻裂现象［11，14］。

图1 冻结方式对莲藕片质构的影响Fig.1 Effects of different freezing methods on textures of lotus root slices

2.3 不同冻结方式对莲藕片自由滴度的影响

自由滴度反映了样品的持水能力，自由滴度越大，样品的持水能力越差。由图2 可以看出，冻结速率快有利于保持莲藕片的持水能力，防止解冻后的汁液过度流失。但液氮超速冻结后莲藕片被冻裂，细胞被挤压损伤，水分外渗、汁液易流失，因此其自由滴度高于超低温冰箱冻结的莲藕片。

图2 冻结方式对莲藕片自由滴度的影响Fig.2 Effects of different freezing methods on free titer of lotus root slices

2.4 不同冻结方式对莲藕片VC含量的影响

如图3 所示，经液氮和－60 ℃超低温冰箱冻结，VC损失10%左右，－20 ℃普通冰箱冻结的VC损失20%。VC是果蔬加工中最易被破坏的维生素，尽管莲藕片处于低温下，仍有氧气和部分酶活性存在，致使VC可能被部分氧化损失［15］。冰晶分布与液态水分布影响解冻时细胞吸收水分的能力，冰晶细小对细胞壁的损伤程度就小，解冻时冰晶融化的水分就能迅速被细胞吸收而不发生汁液流失，从而减少VC损失，达到果蔬品质的可逆性［16］。液氮和－60℃超低温冰箱冻结的莲藕片冰晶分布均匀、细小，对细胞的损伤小，因此VC损失相对较小，但液氮超速冻结使莲藕片产生断裂，故VC损失较－60 ℃超低温冰箱冻结大，但差异不显著。普通冰箱的冻结速度慢，晶核缓慢形成，使得生成的冰晶大小和分布不均匀，细胞破坏程度大，解冻时汁液流失严重，VC损失相对较大［16］。

图3 冻结方式对莲藕片VC含量的影响Fig.3 Effects of different freezing methods on VC content of lotus root slices

2.5 不同冻结方式对莲藕片色泽的影响

冻结方式对莲藕片色泽的影响如图4 所示，经冻结后，莲藕片L*基本不受影响;冻结速率越慢，莲藕片a*越大，颜色发红，不同冻结方式对a*影响差异显著( P ＜0.05) ;b*随冻结速率的减小而变大，莲藕片颜色发黄，特别在冻结速率较慢时明显变黄。从整体色泽看，液氮和－60 ℃超低温冰箱冻结后莲藕片颜色基本保持不变，－20 ℃普通冰箱冻结的莲藕片颜色暗黄。

2.6 不同冻结方式对莲藕片微观结构的影响

图4 冻结方式对莲藕片色泽的影响Fig.4 Effects of different freezing methods on color of lotus root slices

利用扫描电子显微镜观察不同冻结方式对莲藕片微观结构的影响，结果如图5 所示。可以看出莲藕片鲜样的细胞壁和细胞结构完整，细胞质饱满，但组织切口处细胞壁断裂，细胞膜受损，部分与细胞壁分离，可能是样品前处理对莲藕样品组织造成的影响。液氮和超低温冰箱冻结的莲藕片细胞结构完整，细胞排列整齐，但速冻仍使细胞膜受损，细胞间隙改变，胞内汁液部分流失［17］。普通冰箱冻结莲藕片细胞结构破坏严重，细胞被压扁变形，细胞质溶出，细胞壁降解收缩。主要原因是冻结速率较慢，莲藕片中心与表面温差小，冰晶首先在细胞组织外产生，细胞组织内部的水分仍以液相形式存在，在压差作用下，细胞组织内部水分外渗，使大部分水冻结于细胞间隙，形成分布不均匀的大冰晶，大冰晶对细胞壁形成挤压，使细胞变形压扁破裂，细胞质溶出，导致组织结构明显损伤。细胞壁和组织结构完整性对果蔬的质地起主导作用［18］。综上所述冻结过程对莲藕片的质地影响最大，冻结速率较慢时，细胞结构和细胞壁受损严重，细胞质溶出导致质地下降，营养成分流失。

3 结论

比较3 种不同冻结方式对莲藕片质构、自由滴度、VC、色泽和微观结构的影响，发现冻结速率越快对莲藕片的品质影响越小，特别是对质构、色泽的影响，液氮和超低温冰箱冻结属于部分玻璃态冻结，与普通冰箱相比有明显的优势，超低温冰箱冻结后莲藕片的质构、自由滴度、VC保持最好，液氮速冻的莲藕片色泽最佳，但液氮的超快速冻结使莲藕片产生冻裂现象，普通冰箱冻结后的莲藕片汁液流失最为严重，色泽下降最大。

液氮和超低温冰箱冻结的莲藕片细胞结构完整，细胞排列整齐;普通冰箱冻结莲藕片细胞结构破坏严重，细胞被压扁变形，细胞质溶出，细胞壁降解收缩。冻结速率较慢会导致细胞结构和细胞壁严重受损，细胞质溶出，质地下降，营养成分流失，因此冻结过程对莲藕片的质地影响较大。

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