冷冻处理对草莓质构、水分分布及果胶含量的影响

曹雪慧,张方方,李雨露,王当丰,朱丹实

(渤海大学食品科学与工程学院,辽宁锦州　121013)



冷冻处理对草莓质构、水分分布及果胶含量的影响

曹雪慧,张方方,李雨露,王当丰,朱丹实

(渤海大学食品科学与工程学院,辽宁锦州121013)

为研究冷冻处理对草莓的影响,以细胞膜透性、果胶物质含量、质构、水分存在状态为指标,观察草莓在-18 ℃和-80 ℃冷冻时变化情况,并对各指标进行相关性分析。结果表明,与新鲜草莓相比,原果胶含量、可溶性果胶含量、硬度、弹性、粘聚性、胶着度、咀嚼度、胞外液含量及液胞水含量均显著性变化(p<0.05)。-80 ℃冷冻组在硬度、胶着度、咀嚼度、总果胶含量、细胞膜透性方面与-18 ℃冷冻组存在显著性差异(p<0.05),相关性分析表明,硬度和细胞膜透性、可溶性果胶含量、胞外液占总水分比例S2变化有极显著负相关(p<0.01),硬度与原果胶含量、液泡水占总水分比例S3变化有极显著正相关(p<0.01)。

冷冻,草莓,相关性分析

草莓(Fragariaananassa)是一种热敏性的小浆果类水果,果实酸甜可口、色泽艳丽诱人、果肉柔软多汁,富含生物活性物质和微量元素如维生素C、花青素类、黄酮类和单宁类物质等[1],是广泛受大众喜爱的一种水果。草莓果实外无果皮,机械损伤和外界真菌等浸染使采后草莓的损失较大,货架期极短[2-3]。因此,将草莓加工成果泥、果酱、果脯、果汁等产品,可以一定程度上增加草莓的经济效益,提升其商品价值[4-5],但是与新鲜草莓相比,其产品已经不具备新鲜草莓特有的风味、颜色、质地和营养[6-7]。

草莓含水量达95%以上,将其冻藏于草莓的冰点以下,以减少酶和微生物的活动,是遏制草莓腐烂的最有效保存方法之一[8]。根据食品的中心温度从-1 ℃降到-5 ℃所需要的时间分为慢速冻结和快速冻结,不同的冻结速率对草莓的品质影响有较大差异。Oszmianski[9]等以抗坏血酸、糖和果胶预处理结合液氮冷冻三种草莓,在-20 ℃的冰箱中冻藏6个月后,发现抗坏血酸结合液氮处理后草莓的花青素类物质几乎不损失。Alifadalinno[10]等将草莓整果和果泥在-18 ℃和-70 ℃冰箱中冻藏,-70 ℃冻藏30 d草莓中多酚氧化酶活性并未减弱,而-18 ℃冻藏草莓的多酚氧化酶活性仅存73%,在防止草莓褐变方面整果要好于果泥。Modise等[11]将草莓在-80、-20 ℃和液氮条件下冻结后解冻,发现在-80 ℃和液氮条件下冷冻的草莓挥发性物质浓度增强了。本文预将草莓在普通冰箱慢冻和超低温冰箱速冻,测定解冻后草莓的各指标变化并进行相关性分析,初步研究冷冻处理对草莓质构、水分分布及果胶含量的影响。

表1　冻结处理对草莓质构的影响Table 1　Effect of freezing treatment on the texture of strawberry

注:字母不同表示差异显著(p<0.05)。表3同。

1　材料和方法

1.1材料与仪器

草莓锦州市娘娘宫草莓园,购买时挑选大小均匀,无腐烂虫害和机械损伤,9成以上成熟度的草莓,运回实验室后于4 ℃冰箱中预冷24 h。盐酸、甲醇、咔唑、乙醇、半乳糖醛酸、浓硫酸等分析纯,国产。

CHROMA METER CR400 色彩色差计日本 Minolta 公司;TA.XT Plus 物性测试仪英国 Stable Micro System公司;FA2004型电子分析天平上海恒平科学仪器有限公司;BCD-206ZMZB冰箱合肥美菱股份有限公司;HH-6 型数显恒温水浴锅国华电器有限公司;Forma 900超低温冰箱美国Thermo公司;DZBW数字贝克曼温度计南京大展机电技术研究所;BIC-250型人工气候箱上海博讯实业有限公司医疗设备厂;LE703 电导率仪MET-TLER-TOLEDO 公司;UV-2700紫外-可见分光光度计日本岛津公司;NMI20 核磁共振成像仪上海纽迈电子科技有限公司。

1.2实验方法

将预冷后的草莓用保鲜袋包装封口后,设置-80 ℃超低温冰箱处理组和-18 ℃冰箱处理组2个处理,冷冻时间均为72 h,取出后在温度为4 ℃的恒温箱中自然解冻12 h,测定各指标。

1.2.1细胞膜透性测定用打孔器取相同大小的草莓约10 g,将草莓圆片放入小烧杯中用蒸馏水清洗后滤纸吸干,再加50 mL蒸馏水,在30 ℃恒温箱中浸泡1 h,用电导率仪测定浸提液的电导率(C1),再将该烧杯放入100 ℃沸水中煮15 min,冷却后再次测定提取液的电导率(C2),用相对电导率表示细胞膜透性大小,相对电导率计算公式为(C1/C2)×100%[12-13]。

1.2.2果胶含量测定参照曹建康[14]和郜海燕[15]等方法采用咔唑比色法测定,以经过处理后的半乳糖醛酸质量为横坐标,530 nm处的吸光度值为纵坐标,绘制计算果胶含量的标准曲线,分别将提取的原果胶和可溶性果胶1.0 mL加入25 mL刻度试管中,按照标准曲线的操作步骤测定样品中原果胶和可溶性果胶含量。

1.2.3质构采用质构仪进行草莓的TPA测试,平行5 次,将草莓沿着中心线切开,切面向下测定,测定条件为,探头型号为P/50;测前速率:1.00 mm/s;测试速率:1.00 mm/s;测后速率:1.00 mm/s;压缩量:30%;触发力:5 g。

1.2.4低场核磁共振将草莓用取样器取大小均匀圆片,放入核磁管中进行测定,主要参数设置为,回波个数 EchoCnt:20000,回波时间的一半 τ(μs):300.00,累加次数(要求为偶数)NS:14,采样频率 SW(kHz):100,90 °脉冲时间(μs):14.00,180 °脉冲时间(μs):28.00;采样点数Td:1200150。

1.3数据统计分析

以SPSS 17.0 for Windows统计软件分析对照与冷冻处理组间差异,差异水平p<0.05为显著水平,采用Pearson偏相关分析,Excel软件绘制变化情况,结果采用“均值±标准差”形式。

2　结果与分析

2.1冷冻处理对草莓质构的影响

质构特性是衡量冷冻过程果蔬品质变化的重要指标,冻融过程中细胞壁和中间层的完整性等微观结构特性的改变直接关系到果蔬质构特性的变化[6],虽然解冻是冷冻过程的逆过程,但冻融后的水果质构不可能恢复到冷冻前,冷冻过程中草莓组织中形成的冰晶改变了草莓的质地,解冻时,许多组织并不能完全复水,造成组织分离,草莓软化,从表1中冷冻处理对草莓各质构的影响同样得出,新鲜草莓的硬度、胶着度、咀嚼度均显著高于解冻后草莓(p<0.05),且-80 ℃处理组显著高于-18 ℃处理组。弹性和粘聚性方面,新鲜草莓与解冻后草莓也存在显著性差异(p<0.05),但两种冷冻处理组之间弹性和粘聚性差异不显著(p>0.05)。

表2为各质构指标之间的相关性分析,硬度是第一次压缩时的最大峰值,反映的是草莓达到一定变形时所必须的力,咀嚼度和胶着性描述了将样品破裂成吞咽稳定状态时所需要的能量,反映了草莓对咀嚼的持续抵抗性[16]。从表2可以看出,硬度与胶着度、咀嚼度的正相关性系数达0.988和0.989,说明草莓解冻后硬度下降,草莓的组织结构也发生了变化,从而引起食用品质降低。草莓的硬度、弹性、粘聚性、胶着度、咀嚼度之间均呈现较好的相关性关系(R2在0.830～0.989),说明质构参数中的任意一个都可以表明草莓品质的变化规律。

2.2冷冻处理对草莓水分分布的影响

低场核磁共振的弛豫时间T2可间接反映水的自由度,各峰值面积占总面积的比例,反映不同种类水的含量[17-18]。图1为草莓冷冻前后T2反演图谱,草莓T2反演图中出现了3～4个峰,在1.5～37.5 ms出现了第1个小峰(T21),一般认为是存在于植物细胞壁中的水[19],从图1中可以看出,冷冻后,细胞壁中水向慢弛豫时间移动,水的自由度增加,可能是冷冻影响了细胞壁的结构,使细胞持水性下降,表3中以S1、S2、S3代表峰T21、T22、T23占总峰面积的百分比,从表3中可见,细胞壁水占总水含量的比例(S1)均小于3.5%,说明此部分水相对总水分的影响比较小,第2个峰T22的峰顶点弛豫时间在100 ms左右,为植物细胞中半流动的水,一般位于细胞质或细胞外间隙中的胞外液,第3个峰T23认为是存在于液泡中的自由度较大的体积水和结构水[20],其中新鲜草莓、-80、-18 ℃冷冻处理后T23峰顶点弛豫时间分别为740.70、560.31、464.16 ms,冷冻后草莓中自由水的移动性减小了,结合表3可知,冷冻处理前后,胞外液和液泡水的含量变化非常显著(p<0.05),原因可能是冷冻对细胞结构有一定的破坏性,解冻后,细胞并不能完全吸收原来水分,细胞膜通透性增加,导致水和其他物质间交换速率增加,液泡中水分大量损失。

表2　草莓质构特性相关性分析Table 2　Correlation analysis on the texture of strawberry

注:*表示显著相关,p<0.05;**表示极显著相关,p<0.01。表4同。

图1　草莓的横向弛豫时间(T2)反演谱Fig.1　Inversion spectrums of transverse relaxation time of strawberry

处理方式S21(%)S22(%)S23(%)新鲜对照2.23±0.80a33.29±13.13b64.48±12.83a-18℃冷冻3.22±0.20a95.11±0.29a1.66±0.10b-80℃冷冻2.96±0.07a95.89±0.05a1.13±0.06b

2.3冷冻处理对草莓细胞膜透性及果胶含量影响

果胶物质是构成细胞初生壁和胞间层的主要成分,原果胶将胞间层和蛋白质、钙、镁等相邻细胞粘结从而赋予果蔬脆硬的质地[21]。因此,原果胶含量越高,草莓果肉质地越好。图2中为经过冷冻后草莓与新鲜草莓的原果胶、可溶性果胶和总果胶含量的变化情况。从图2中可知,新鲜草莓和不同冷冻处理的草莓之间三种果胶含量变化均存在显著性差异(p<0.05),冷冻处理后原果胶含量下降,可溶性果胶含量逐步增加,总果胶含量呈下降趋势,冷冻破坏了细胞膜结构,导致细胞结构解体,原果胶分解为可溶性果胶,其中-80 ℃处理较-18 ℃处理组原果胶下降和可溶性果胶增加均存在显著性差异(p<0.05),可见,-80 ℃处理较-18 ℃处理可在一定程度上抑制原果胶的分解,这与-80 ℃处理组的相对电导率较-18 ℃处理电导率低结论相对应。相对电导率可以反映细胞膜受损情况,从图3可以看出,新鲜草莓的相对电导率为49.00%,与新鲜草莓相比,-80 ℃和-18 ℃冷冻处理后细胞膜透性增加了42.55%和63.83%,可见,冷冻处理对草莓细胞膜透性有显著性影响(p<0.05),说明冷冻后草莓的细胞膜遭受很大程度的破坏。

图2　冷冻处理对草莓果胶含量的影响Fig.2　Effect of freezing treatment on the pectin content of strawberry

图3　冷冻处理对草莓细胞膜透性的影响Fig.3　Effect of freezing treatment on the cell membrane permeability of strawberry

2.4偏相关性分析

表4　偏相关性分析Table 4　Partial correlation analysis

采用零阶Perason偏相关系数对细胞膜透性、原果胶含量、可溶性果胶含量、硬度、T21峰面积百分比S1、T22峰面积百分比S2、T23峰面积百分比S3进行分析,结果见表4。由表4可知,在本实验条件下,S1值与其他指标之间均不存在相关性关系,硬度和细胞膜透性、可溶性果胶含量、泡外液占总水分比例S2变化有极显著负相关(p<0.01),而与原果胶含量、液泡水占总水分比例S3变化有极显著正相关(p<0.01),且其相关系数均在0.85以上,可见,硬度在表征草莓冷冻品质变化中起着非常重要的作用。

草莓质地柔软多汁,冷冻过程中,草莓组织中的水逐渐结冰,随着冰晶体积的不断增大,导致细胞壁和原生质体等发生不可逆的变化[22],细胞的结构和功能受到破坏,细胞内电解质外渗,这些物理变化是引起果蔬冷冻伤害的主要原因[23]。从表4同样可以看出,细胞膜透性与S2、可溶性果胶含量呈显著正相关,而与S3和硬度为显著负相关,即随着细胞膜透性增加,草莓的硬度下降,液泡中的自由水含量减小,细胞的受损情况直接影响了果实的硬度和水分的分布情况,从而引起营养物质的损失。

3　结论

冷冻贮藏能大大降低草莓品质劣变的速度,然而冻融处理也会损伤其柔嫩的组织,草莓在解冻后的细胞膜透性、原果胶含量、可溶性果胶含量、质构特性、胞外液和液胞水含量均较新鲜草莓有显著性差异(p<0.05)。-80 ℃冷冻组草莓的硬度、胶着度、咀嚼度显著高于-18 ℃冷冻组,但弹性和粘聚性差异不显著(p>0.05)。快速冻结组在一定程度上抑制了原果胶的分解,相对电导率较慢冻组小,细胞破坏程度轻。各指标的偏相关性分析可知,细胞膜透性、原果胶含量、可溶性果胶含量、硬度、泡外液占总水分比例S2、液泡水占总水分比例S3之间存在显著的相关性。

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Effect of freezing treatment on the texture,water distribution and pectin content of strawberry

CAO Xue-hui,ZHANG Fang-fang,LI Yu-lu,WANG Dang-feng,ZHU Dan-shi

(College of Food Science and Technology,Bohai University,Jinzhou 121013,China)

To study the effect of freezing treatment on the strawberry,the quality of strawberry was investigated by monitoring the changes in cell membrane permeability,pectin content,texture,water existence state at -18 ℃ and -80 ℃,and the correlation between each index was analysized. The results showed that the protopectin,soluble pectin content,harness,sprininess,cohesiveness,gumminess,chewiness,extracellular fluid content,vacuole water content were significantly changed(p<0.05),compared with fresh strawberry. The changes of the hardness,gumminess,chewiness,the total pectin content,the cell membrane permeability were significant difference between the -80 ℃ group and -18 ℃ group(p<0.05). Correlation analysis showed that the value of hardness was negatively related to the values of cell membrane permeability,soluble pectin content,the fraction of extracellular fluid(p<0.01),but positively related to original pectin content,the fraction of vacuole water(p<0.01).

freezing;strawberry;correlation ananlysis

2015-06-25

曹雪慧(1978-),女,博士,副教授,研究方向:果蔬贮藏加工,E-mail:caoxuehuisnow@126.com。

国家自然科学基金项目(31401509);渤海大学博士启动项目(bsqd201419)。

TS255

A

1002-0306(2016)05-0320-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.05.056