蓝莓不同冻结方式下工艺特性及贮藏品质的研究

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）

蓝莓不同冻结方式下工艺特性及贮藏品质的研究

张庆钢1，2，陶乐仁1，邓云3，郑志皋1，蔡梅艳1

（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）

研究了在液氮式流态化速冻和-25℃冰箱慢速冻结两种冻结方式下蓝莓的冻结、解冻工艺特性及其冻后样品在贮藏期间的感官品质变化规律。结果表明：就冻结方式而言，蓝莓液氮式流态化速冻优于冰箱慢冻；就解冻工艺而言，解冻规律呈现多样性。质构仪对蓝莓硬度的检测与图像处理法对蓝莓内部颜色的检测，结果均反映出同阶段流态化速冻样品优于冰箱慢冻样品。通过对蓝莓腐烂率的统计，确定了液氮式流化床速冻蓝莓的贮藏期150天左右，优于冰箱慢速的105天贮藏期。

蓝莓，速冻，解冻，感官检验，图像处理

蓝莓（Vaccinium corymbosum L.），通常称为越橘果，风味独特，营养丰富[1-2]。可促进视网膜“杆细胞”生成，改善眼部肌肉疲劳[3]。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[4-5]。目前在国际市场上，常见的蓝莓制品有蓝莓饮料、蓝莓果酒[6-7]、蓝莓乳制品、蓝莓休闲食品等[8-11]。生产这些产品长期需要大量蓝莓原料，但蓝莓属多水分浆果，果实成熟期在6～8月份的高温多雨季节，采后果实在常温条件下放置2～4d即开始腐烂，不宜贮存[12]。如何在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[13-14]、气调[15-17]、紫外线照射、壳聚糖涂膜[18]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[19]。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。本项研究对比了蓝莓在液氮式流化床速冻和冰箱中慢冻条件下，冻结和解冻工艺特性的区别；利用感官检验、结合质构仪检测、图像处理等方法，对比分析了蓝莓在速冻和慢冻条件下，贮藏期间感官品质的变化规律；确定了蓝莓液氮流态化速冻和冰箱中慢冻的贮藏期，为进一步优化蓝莓的流化床速冻工艺提供理论基础。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

蓝莓采自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。

NR-C25EM1冰箱日本松下；prova 800型温度采集仪台湾泰仕；TA.XT plus质构仪英国SMSTA；Canon EOS 550D数码相机日本佳能。

1.2液氮式流态化速冻

1.2.1实验装置实验所用液氮流化床速冻机结构如图1，装置主要由液氮喷淋预冻与流态化速冻两部分组成。其冻结流程如下：首先，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。接着，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10出料。

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

1.2.2速冻方法将蓝莓清洗、晾干。将样品在液氮式流化床上速冻。实验参数设定为：冻结温度-40℃、风机风速4.5m/s、床层高度3.6cm[20]。实验时用三个热电偶感温探头分别测3个不同的蓝莓中心温度，通过温度采集仪采集温度，当中心温度达到-15℃时，实验结束。将流化床速冻完成的蓝莓抽出部分样品即刻进行解冻实验，其余样品贮藏于-25℃冰箱中，用于硬度和冻藏期间的品质测定。

1.3-25℃冰箱慢速冻结

将2kg清洗、晾干的蓝莓均匀盛入两个铁盘（300mm×250mm），放进-25℃冰箱进行慢速冻结。测温方式同上，当中心温度达到-15℃时，冻结结束。立即对慢速冻结样品进行解冻实验，将剩余样品贮藏于-25℃冰箱中，用于硬度和冻藏期间的品质测定。

1.4检测项目及方法

1.4.1冻结时间温度采集仪每间隔1s采集一次温度，并有时间显示及记录。冻结时间是指蓝莓由20℃左右，经过冷却、冻结和过冷三个阶段，中心温度达到-15℃时所用的时间，不包括流化床和冰箱自身降温时间。

1.4.2解冻时间将流化床速冻和冰箱慢冻的蓝莓样品各取出三个，分成三组，每组样品包括流化床速冻和冰箱慢冻的蓝莓各一个。将三组样品分别放在空气（室内环境条件）、水（室内环境条件）和冰箱冷藏间（4℃）中进行解冻，温度测量采集方法同冻结。由于空气、水和冰箱冷藏间三种解冻条件中，冰箱冷藏间温度参数稳定性相对于空气和水要强，所以可将冰箱中的蓝莓中心温度恒定作为实验结束的判据。当冰箱中解冻最慢的蓝莓的中心温度趋于稳定在4℃时，实验结束。

1.4.3硬度硬度不仅影响果实的外观商品性状，还影响果实的口感。硬度大小是判断果实贮藏品质的重要指标。采用质构仪，分别测量流化床速冻和冰箱中慢冻（-25℃冰箱冷藏24h后）的蓝莓硬度，每组检测13个样。检测前将样品统一在4℃恒温箱中解冻半小时。为了对比经过冷冻加工的蓝莓硬度变化大小，设置对照组为在4℃冰箱中冷藏了24h的新鲜蓝莓。测量参数设定：探头为P/0.5；测试前速度为2.0mm/s；测试速度为1.0mm/s。

1.4.4颜色由于蓝莓内部颜色变化是品质变化的一个衡量指标，且短期内不容易区分，所以可借助图像处理手段，较精确的区分蓝莓在不同冻结方式、不同贮藏阶段的颜色变化。具体操作如下：抽取冻藏第0、20、40、60、90、120、150、180d的蓝莓样品，剖开处理后，用数码相机在相同的光照环境和拍照参数（距离、光圈、曝光时间等）下对其剖面进行拍照；流化床速冻和冰箱中慢冻样品分别抽取3个，每个蓝莓照3次。选取拍照效果清晰的照片用计算机软件进行图像处理，求出每张照片的灰度直方图。

1.4.5腐烂率流化床速冻和冰箱慢冻的蓝莓样品均贮藏于-25℃冰箱中，由于冰箱温度不稳定，蓝莓会发生冻融循环，破坏蓝莓结构，出现蓝莓腐烂现象。但因为两组蓝莓的初期加工质量不同，所以腐烂速度和程度不一样。通过统计腐烂率可以确定采用两种冻结方式的蓝莓贮藏期的差异。具体操作如下：每次拍照前同时进行腐烂率的统计，果实腐烂率（%）=（烂果数/总果数）×100。（注：烂果是指果实表面至少有一处发生汁液外漏或腐烂现象。）按照腐烂率高低进行有效贮藏期统计，腐烂率为10%以下的贮藏天数即为有效贮藏期。每个处理随机统计100个果实。为了对比经过冷冻加工的蓝莓贮藏期延长情况，在统计腐烂率时设置一个对照组，对照组为贮存于4℃冰箱中的新鲜蓝莓。

1.5统计分析

用Matlab7.0软件进行图像处理分析。

2　结果与分析

2.1蓝莓不同冻结方式下冻结时间的研究

图2为蓝莓液氮式流态化速冻和冰箱慢冻的冻结曲线。图2反映出两组样品冻结特性的区别。首先是冻结时间长短不同：流态化速冻过程约16min，冰箱慢冻过程约47min；其次是通过最大冰结晶生成带的时间不同：流态化速冻过程时间短，冰箱慢冻过程时间长，通过最大冰结晶生成带的时间越长，蓝莓细胞内水分向外迁移越充分，生成的冰结晶颗粒体积越大，对蓝莓细胞结构的破坏性越大；再次是过冷过程明显程度不同：流态化速冻过冷过程温差小、不明显，而冰箱慢冻过冷过程温差大，很明显，过大的过冷温度增加了冻结过程的耗能。综上所述，就冻结方式而言，蓝莓液氮式流态化速冻优于冰箱慢冻。

图2　流态化速冻和冰箱慢冻冻结时间对比Fig.2　Comparison of freeze time for fluidized quick freezing and refrigerator slow freezing

2.2蓝莓不同冻结及解冻方式下解冻时间的研究

图3是蓝莓在流态化速冻和冰箱慢冻两种冻结方式下，分别采用空气（室温）、水和冰箱解冻的温度变化规律。图3可以反映出两方面的解冻规律：第一是解冻时间不同，水解冻时间＜空气解冻时间＜冰箱解冻时间；第二是流态化速冻和冰箱慢冻样品在不同种解冻方式中，解冻规律呈现多样性，即在水解冻中，速冻样品解冻时间短于慢冻样品；在空气解冻中，速冻样品解冻时间慢于慢冻样品；而在冰箱解冻中，速冻样品解冻速度先慢于后快于慢冻样品；第三是解冻过程稳定性不同，空气解冻和冰箱解冻稳定性较好，而水解冻受水的流动性限制，表现出解冻后期温度易出现波动，稳定性较差。温度波动会使解冻样品品质下降。

2.3蓝莓不同冻结方式下硬度的对比研究

果实硬度降低，主要由于组织中果胶和水分含量发生变化。一方面，在果胶酶作用下，原果胶逐渐转化为果胶，果实开始变软，进一步转化为果胶酸；另一方面，果实失水，细胞膨胀压减小，果实变软。图4为蓝莓分别在4℃冷藏、-25℃慢速冻结、流化床速冻条件下的硬度。图4显示，蓝莓经过冻结，解冻后的硬度低于未经过冻结的蓝莓；同样经过冻结，流化床速冻蓝莓的硬度，强于慢速冻结蓝莓的硬度。

图3　不同冻结及解冻方式下解冻时间的变化规律Fig.3　The change regularity of thawing time by different freezing and thawing mode

图4　不同加工条件下蓝莓的硬度对比Fig.4　The firmness comparison of blueberries in different processing conditions

图5　蓝莓流化床速冻后不同贮藏期时的内部颜色灰度直方图Fig.5　Internal color and gray histogram of blueberries after quick freezing by fluidized bed in different storage life

2.4不同冻结方式下蓝莓贮藏过程内部颜色的变化规律

图6　蓝莓-25℃慢速冻结后不同贮藏期时的内部颜色灰度直方图Fig.6　Internal color and gray histogram of blueberries after slow freezing at-25℃in different storage life

图5和图6分别表示蓝莓流化床速冻和-25℃慢速冻结后不同贮藏期时的内部颜色照片对应的灰度直方图。灰度直方图是灰度级的函数，它表示图像中具有每种灰度级的像素的个数，它反映图像中每种灰度出现的频率。一般来说，灰度直方图的横坐标是灰度级，纵坐标是该灰度级出现的频率。每个直方图由三部分组成，分别表示照片的红、绿和蓝单色灰度直方图。对于单色直方图来说，图像峰值越趋向横坐标0点，表示照片越暗；反之越亮。峰值越明显，表示色彩越单一，界线越清晰；反之表示色彩多样均衡，界线不清晰。将0～180d内检测样品的红、绿和蓝单色直方图分别纵向排列在一起，各自的峰值用趋势线连接，就能清楚反映蓝莓不同贮藏时间红、绿和蓝的峰值在横坐标上的相对位置变化情况。由图5和图6中看出，流化床速冻后120d，直方图峰值仍明显，而同期的-25℃慢速冻结蓝莓已出现多峰值，并趋于平缓。图5中红、绿和蓝的峰值相对位置120d之前保持稳定。而图6中绿的峰值与红的峰值相对位置加大，与蓝的峰值相对位置减小，说明蓝莓内部颜色由黑白较分明，逐渐趋于黄色，然后蓝绿成分加大，色彩变暗。以上现象均说明从颜色变化方面对比，流化床速冻优于-25℃慢速冻结。

2.5不同冻结方式下蓝莓贮藏过程腐烂率的变化规律

如图7所示，通过对4℃冷藏、-25℃慢速冻结和流化床速冻三组样品的腐烂率的统计，结果表明：4℃冷藏的蓝莓18d左右腐烂率就已超过10%，-25℃慢速冻结的蓝莓大约105d腐烂率超过10%，而流化床速冻蓝莓在150d时腐烂率才将要达到10%。从而可确定不同处理方式蓝莓的有效贮藏期分别为18、 105、150d。

图7　不同处理方式对蓝莓腐烂率的影响Fig.7　Effect of different treatment ways of Blueberry on decay rate

3　结论

蓝莓液氮式流态化速冻和冰箱慢冻的冻结曲线，反映出不同冻结方式下蓝莓的冻结时间、最大冰结晶生成带和过冷温度的区别，为优化冻结品质、节约能源等方面提供了理论依据。

蓝莓在流态化速冻和冰箱慢冻两种冻结方式下，分别采用空气（室温）、水和冰箱解冻，不仅是解冻时间不同，解冻规律也呈现多样性。如果单纯追求解冻时间短，可采用水解冻；如果单纯追求解冻品质，可采用冰箱解冻；如果将两者综合考虑，可用空气（室温）解冻。

蓝莓经过冻结，解冻后的硬度低于未经过冻结的蓝莓；同样经过冻结，流化床速冻蓝莓的硬度，强于慢速冻结蓝莓的硬度。

对贮藏期间的蓝莓采取图像处理的方法进行颜色检验，结果表明同阶段流态化速冻样品优于冰箱慢冻样品。通过对蓝莓腐烂率的统计，确定了液氮式流化床速冻蓝莓的贮藏期150d左右，优于冰箱慢冻的105d贮藏期。

本项研究仅是两种冻结方法的冻结时间、解冻规律和冻结后长期贮存期间的感官品质对比，今后可对多种冻结方式下，蓝莓营养物质的变化做深入研究。

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Study of process characteristics and storage quality of blueberries under different frozen ways

ZHANG Qing-gang1，2，TAO Le-ren1，DENG Yun3，ZHENG Zhi-gao1，CAI Mei-yan1
（1.Institute of Cryogenics and Food，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China；2.Institute of Refrigeration and Air Conditioning，Harbin University of commerce，Harbin 150028，China；3.Department of Food Science and Technology，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China）

The blueberry frozen，thawing process characteristics andsensory quality variation of the frozen samples during storage were studied in this paper under the two kinds of freezing methods，liquid nitrogen fluidized quick-frozen and slow-frozen in-25℃ refrigerator.In terms of the frozen methods，the results showed that the liquid nitrogen fluidized quick-frozen blueberries were better than those slow-frozen in refrigerator.In terms of thawing process，thawing regulation showed diversity.Using Texture analysis（TPA）to test the firmness of blueberry and using image processing method to test interior color of blueberry，both results reflected that at the same stage fluidized quick-frozen samples were better than those slow-frozen in refrigerator.Through the statistics of the rotten rate of blueberries，the storage life of liquid nitrogen type fluidized bed frozen blueberries was about 150 days，which was better than those slow-frozen in refrigerator which storage life was 105 days.

blueberry；frozen；thawing；sensory test；image processing

TS255.3

A

1002-0306（2015）04-0348-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.067

2014－05－07

张庆钢（1973-），男，博士，副教授，主要从事食品冷冻冷藏方面的研究。

国家自然科学基金（No.31271955）；高校博士点专项科研基金（博导类联合3312301001）。