解冻方式对速冻菠萝蜜果肉品质的影响

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(1.黑龙江东方学院,黑龙江哈尔滨 150086;2.中国热带农业科学院香料饮料研究所,海南万宁 571533)

菠萝蜜(ArtocarpusheterophyllusLam.)为桑科木菠萝属植物,是一种著名的热带水果,原产于印度,现在热带和亚热带国家和地区广泛种植,在我国主要分布在广东、广西、海南和福建等地,以海南省最多[1]。菠萝蜜果肉感官香气特色明显,含有丰富的糖、VC、有机酸等,对维持机体的正常生理机能具有一定保健作用[2]。

但是菠萝蜜属于呼吸跃变型果实,常温下很难贮存,远销十分困难,速冻技术将是解决该难题的一种有效手段,能够用于菠萝蜜果肉贮藏,保存其风味和营养。速冻食品质量不仅取决于冷冻技术,而且与解冻技术也息息相关。目前速冻果蔬主要采用室温解冻及流水解冻,室温解冻便于操作,流水解冻比较快速,但对果肉影响较大。如王夷秀等[3]采用微波、超声波、冷藏、室温进行速冻桑葚解冻实验,得出微波功率为550 W时,微波解冻时间为0.35 min,且汁液流失率仅为1.34%;Ku等[4]比较了常温、自来水、蒸汽、微波等不同方法解冻后冷冻年糕的特性,微波解冻时间最短,但微波处理融化损失最大;Holzwarth等[5]用三个温度(4、20、37 ℃)和微波对速冻草莓进行解冻,比较各种解冻方法对草莓颜色、多酚和VC的影响,结果表明微波解冻对草莓各指标影响最小。张忠等[6]研究不同解冻方式对软儿梨果实品质与抗氧化物质含量的影响,结果表明,空气解冻组果实的可滴定酸含量、可溶性固形物含量、固酸比均显著高于水浴解冻组。Li等[7]通过扫描电镜发现微波解冻平菇速度最快,解冻的样品与新鲜平菇最接近。目前对于速冻菠萝蜜果肉解冻方式研究还未见报道。

本文以菠萝蜜果肉为原料,速冻成品后,采用室温(RT)、低温(LT)、流水(FWT)、微波(MWT)和超声波(UST)5种方式进行解冻,比较解冻后果肉前后变化品质差异,以期为速冻菠萝蜜果肉最佳解冻方式的确定及延伸加工产品的预处理工艺提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

菠萝蜜品种:马来西亚1号(市售多数产品都是马来西亚1号) 2018年12月购自海南省万宁市农户,选取无病虫害、无机械伤、大小均匀、7～8成熟的菠萝蜜果肉;乙酸锌(分析纯)、硫酸铜(分析纯) 上海阿拉丁股份有限公司;酒石酸钾钠(分析纯)、亚铁氰化钾(分析纯) 西陇化工股份有限公司;菌落总数测试片 广州达元绿洲食品安全科技股份有限公司。

W-86L728J超低温冰箱 青岛海尔特种电器有限公司;MITIR数字食品温度计 温州米特尔智能科技有限公司;R6-G238N3微波炉 广东格兰仕微波生活电器制造有限公司;SB-5200DT超声波清洗机 宁波新芝生物科技股份有限公司;Xrite-SP62型色差分析仪 美国Xrite公司;TA-XT plus质构分析仪 英国Stable micro system公司;PAL-(手持折光仪 日本ATAGO公司;GR85DA高压灭菌锅 致微仪器有限公司;SW-CY-2F超净工作台 苏州安泰空气技术有限公司;GNP-9270隔水式恒温培养箱 江苏常州高尔仪器;电子鼻分析系统 法国Alpha M.O.S公司。

1.2 实验方法

1.2.1 菠萝蜜果肉速冻处理 取12 kg同批次果肉,平均分为6份。新鲜样品(FS)是将其中一份菠萝蜜果肉(2 kg)放入普通PE袋里置于(4±1) ℃冰箱中备用;速冻样品是将剩下5份菠萝蜜果肉(10 kg)平铺托盘中置于(-40±1) ℃超低温冰箱中速冻,用数字食品温度计测定菠萝蜜果肉中心温度,中心温度达到-18 ℃后,放入-18 ℃的冰柜中备用。

1.2.2 不同解冻方法处理速冻菠萝蜜

1.2.2.1 室温解冻(RT) 将速冻菠萝蜜共100块从-18 ℃的冰柜中取出,每做一个实验在实验台上进行解冻5块菠萝蜜,实验环境温度为(25±0.5) ℃,菠萝蜜中心温度达到4 ℃时停止解冻,测定出解冻时间为50 min。解冻后测定各项指标。

1.2.2.2低温解冻(LT) 将速冻菠萝蜜样品共100块从-18 ℃的冰柜中取出,每做一个实验解冻5块菠萝蜜,装于普通PE袋中,放进4 ℃的冰箱中,采用数字食品温度计跟踪测定菠萝蜜中心温度,以其中心温度达到4 ℃为解冻终点,测定出解冻时间360 min。解冻后测定各项指标。

1.2.2.3 流水解冻(FWT) 将速冻菠萝蜜置于实验室正常的自来水(水温(23±1) ℃)中,自来水流速为0.75 m/s,每做一个实验解冻5块菠萝蜜,菠萝蜜中心温度达到4 ℃时停止解冻,记录解冻时间,并测定各项指标。

1.2.2.4 微波解冻(MWT) 将菠萝蜜平铺于培养皿,置于微波炉中,每做一个实验解冻5块菠萝蜜,选择光波模式进行解冻,处理功率为800 W,中心温度为4 ℃时[8],解冻结束,记录解冻时间,并测定各项指标。

1.2.2.5 超声波解冻(UST) 将菠萝蜜置于超声波清洗器中,超声波清洗器中水面足够覆盖样品,每做一个实验解冻5块菠萝蜜,水温(30±0.5) ℃左右,电功率200 W[8]。菠萝蜜中心温度达到4 ℃时停止解冻,记录解冻时间,并测定各项指标。

1.2.3 指标测定

1.2.3.1 汁液流失率 采用称重法:分别测定样品解冻前的质量及解冻后再用滤纸吸去表面汁液后的质量,二者的质量差与解冻前样品的质量之比即为汁液流失率[9]。样品平行3次。

1.2.3.2 色泽 利用色差分析仪测定,结果以L*值、a*值、b*和ΔE值表示。本实验为标样参数(L*=63.21、a*=4.76、b*=37.86)。样品重复6次,取其平均值。

1.3.3 硬度 参照霍建文等[10]的方法,略有修改。采用P/2不锈钢探头,主要仪器设定参数为:测前速度1.00 mm/s,测试速度1.00 mm/s,测后速度5 mm/s,穿刺深度8.00 mm,负载触发力5.0 g,数据采集率500 pps。每个样品至少重复5次,记录硬度值。

1.2.3.4 总酸含量 参照曹建康等[11]的方法并略做修改。称取均匀菠萝蜜果肉2 g研碎(或捣碎),移入200 mL容量瓶中,加蒸馏水至刻度,混合均匀后,用棉花或滤纸过滤。吸取20 mL滤液于三角瓶中,加酚酞指示剂2滴,用0.01 mol/L NaOH 溶液滴定至粉红色,持续1 min不退色,记下氢氧化钠溶液用量。每个样品重复滴定3次,取其平均值。按苹果酸进行折算,系数为 0.067。样品平行3次。

1.2.3.5 可溶性固形物含量 参照NY/T2637-2014[12],采用手持折射计进行测定,保持测定温度稳定,滴加2～3滴待测液,对准光源,记录折射仪读数。样品平行3次。

1.2.3.6 VC含量 参照曹建康[11]的方法,采用2,6-二氯靛酚滴定法。称取菠萝蜜果肉约10 g于研钵中,加少许2%草酸研磨,转入到100 mL容量瓶中,并定容至刻度,充分摇匀,浸提10 min,过滤。吸取样品滤液10 mL于100 mL三角瓶中,用已标定的2,6-二氯靛酚溶液滴定至粉红色维持15 s不褪色为终点。同时做空白滴定。同法平行操作3次。

1.2.3.7 菌落总数 参照测试片使用说明书。在菠萝蜜表面用灭菌的不锈钢剪刀取样品5.0 g 在洁净工作台中研磨,用灭菌生理盐水配制成1、10-1、10-2、10-3、10-4和 10-5倍5个不同浓度的稀释液,分别吸取1 mL稀释液均匀滴加到测试片上,待培养基凝固后用自封袋封装平放于恒温培养箱内。菌落总数测试片置于37 ℃恒温培养箱内培养24 h,选择有特异性显色斑点数目在 10～150 的测试片和检测板进行计数[13]。样品平行3次。

1.2.3.8 香气成分分析 称取1 g样品装入10 mL样品瓶中,加盖密封;电子鼻系统配备有6套金属传感器,各传感器性能见表1[14],G6500-CTC自动进样器进样,载气为高纯空气;流速150 mL/min;孵化温度50 ℃;孵化期300 s;注射器温度60 ℃;样品注射体积2500 μL;数据采集延迟时间180 s;采集时间90 s;样品平行4次。

表1 传感器性能信息表Table 1 Performance information of sensors

1.4 数据分析

实验数据以Microsoft Office Excel 2010 软件进行处理,以Origin 8.5作图。用IBM SPSS Statistics 19.0 进行方差分析,Duncan’s多重比较进行均值间差异显著性分析,P<0.05表示显著,P<0.01表示极显著。

2 结果与分析

2.1 解冻方式对解冻时间的影响

不同解冻方式对速冻菠萝蜜果肉进行解冻所需时间如图1所示,本试验的五种解冻方式分别同时解冻5块菠萝蜜,结果表明五种解冻方式中LT、RT的解冻时间和其他三种差异极显著(P<0.01),不同解冻方式解冻菠萝蜜果肉的解冻时间依次为:MWT

图1 不同解冻方式对速冻菠萝蜜解冻时间的影响Fig.1 Effects of different thawing methods on thawing time of jackfruit 注:RT-室温解冻;LT-低温解冻;FWT-流水解冻;MWT-微波解冻;UST-超声波解冻,图2～图7同； 不同大写字母表明有极显著性差异(P<0.01),图2同。

2.2 解冻方式对汁液流失率的影响

汁液流失率是反映解冻方式好坏的重要指标之一,如图2所示,LT和MWT的汁液损失率差异不显著,但极显著低于其他三种解冻方式(P<0.01),据Phothisets等[16]的研究表明,冻融过程均会导致果蔬水分流失,这是因为冰晶可破坏细胞膜和细胞壁,在解冻过程中,受损细胞的水分被释放出来。不同解冻方式对速冻菠萝蜜果肉汁液流失有所不同,MWT流汁率最低,仅为0.18%,这是由于微波具有一定的穿透能力,可以穿透进入内部,从而达到内外同时加热的作用,同时内部冰晶在细胞器原来位置上迅速溶解,使得样品组织迅速复水,降低解冻过程中的汁液流失率[17]。Holzwarth等[5]在研究冻结草莓解冻实验中也有发现,微波解冻能最大限度地降低果实的汁液流失率。LT和RT汁液流失率分别为0.32%和0.87%,虽然LT解冻时间最长,但是LT不容易造成速冻菠萝蜜果肉细胞的破坏,也不容易对果皮造成破坏,故汁液流失率也比较低。FWT和UST都在水浴下进行,温度从外向内传递,当果肉中心温度达到4 ℃,果肉表层会出现过热的现象,这会导致速冻菠萝蜜汁流率高[18]。

图2 不同解冻方式对速冻菠萝蜜汁液流失率的影响Fig.2 Effects of different thawing methods on juice loss rate of quick-frozen jackfruit

2.3 解冻方式对色泽的影响

从表2可以看出,不同解冻方式解冻菠萝蜜与新鲜菠萝蜜的L*有显著性差异(P<0.05),明不同解冻方法均对菠萝蜜的色泽产生较大的影响。L*表示亮度,新鲜样品L*达到69.31,而其他5种解冻方式的L*值均在59.00左右,这5种解冻方式之间不存在显著性差异,这是由于5种解冻方式处理均对菠萝蜜的亮度起到一定的削弱作用,但都在可接受的范围内,其中MWT最接近新鲜的样品,RT和UST的L*值要比其他三种解冻方式影响更大;a*表示红绿程度,正值越大,红色越深,而MWT对菠萝蜜a*的影响最大,可能是加热会加速菠萝蜜中红色素酶的降解,这一结果与Li等[7]研究不同解冻方式对平菇的影响结果一致。但解冻后菠萝蜜的a*与新鲜的菠萝蜜相差不大,所以速冻处理可能对菠萝蜜的红度变化影响不大[18]。b*表示黄蓝程度,正值表示黄色程度,正值越大,黄色越深,显然,FWT解冻对菠萝蜜的黄绿程度影响最大,其次是UST,说明水浴对菠萝蜜的黄绿度影响严重,菠萝蜜的黄色素下降较多。ΔE表示色差,其中新鲜样品最低,所有样品ΔE均在4.24～6.28之间,且差异不显著(P>0.05)。综合来看,MWT对菠萝蜜的色泽影响较小,其次是LT,其不会对菠萝蜜的色泽产生较大的影响。

表2 不同解冻方式对速冻菠萝蜜色泽的影响Table 2 Effects of different thawing methods on color of quick-frozen jackfruit

注:同列数据后不同小写字母表示具有显著差异(P<0.05)(数据为平均值(标准差,重复n=5)。

说

2.4 解冻方式对硬度的影响

果实硬度是衡量果实成熟度和贮藏品质的重要指标之一,解冻后果实的硬度比新鲜果实硬度低,这是由于速冻冻结了果实内的水分,使得细胞间隙扩大,从而解冻后硬度下降[19]。从图3可以看出,不同解冻方法的硬度依次为MWT>LT>RT>FWT>UST,其中MWT显著高于UST(P<0.05),硬度相比新鲜果实损失了24.77%。可能是MWT的解冻时间短,对细胞壁的损害小,因此硬度大,而FWT与RT均属于外部解冻,对细胞壁产生不可逆的巨大破坏,因此硬度小,这一现象与Cao[20]研究不同解冻方式对蓝莓品质的影响相同。对硬度影响最大的是UST,说明温度越高,对菠萝蜜的组织的破坏越严重,导致硬度下降,与章宁瑛[8]研究超声波解冻速冻蓝莓的影响结果一致。

图3 不同解冻方式对速冻菠萝蜜硬度的影响Fig.3 Effects of different thawing methods on the hardness of quick-frozen jackfruit注:标注不同小写字母有显著性差异

2.5 解冻方式对总酸含量的影响

总酸含量的大小直接反映了水果的口味的变化程度,适宜的总酸含量是菠萝蜜口感和品质的重要体现。如图4所示,解冻后菠萝蜜总酸含量依次为:MWT>FS>LT>RT>FWT>UST,在五种解冻方式中MWT总酸含量高于FS,较FS增加了0.03%,这一结果与邓永燕[21]的研究一致。UST和FWT分别使总酸含量降低0.28%、0.21%,可能是水分含量渗透到菠萝蜜组织里,使其总酸含量降低。

图4 不同解冻方式对速冻菠萝蜜总酸含量的影响Fig.4 Effects of different thawing methods on titratable acid content of quick-frozen jackfruit

2.6 解冻方式对可溶性固形物含量的影响

可溶性固形物是水果的重要组成部分,其主要成分是可溶性糖类。如图5所示,新鲜菠萝蜜与MWT、LT和RT的可溶性固形物含量差异不显著(P>0.05),FWT和UST的可溶性固形物含量显著低于LT和MWT的解冻方式(P<0.05),这两种解冻方式对菠萝蜜可溶性固形物有很大的影响,可能是因为FWT和UST解冻过程中,水分渗入菠萝蜜组织中,导致可溶性固形物含量降低,这一结果与胡中海等[18]研究的结果一致。MWT、LT的可溶性固形物含量分别为20.87%和20.21%,而FS的可溶性固形物含量为19.94%,分别增加了4.46%、1.34%，但MWT和LT是否可以增加可溶性固形物含量及其机理需进一步研究。

图5 不同解冻方式对速冻菠萝蜜 可溶性固形物含量的影响Fig.5 Effects of different thawing methods on soluble solid content of quick-frozen jackfruit

2.7 解冻方式对VC含量的影响

菠萝蜜果肉中VC含量是重要的营养指标。如图6所示,无论经过何种方式解冻,均会使菠萝蜜中VC含量降低,但LT和FS之间不存在显著差异性,所以LT对菠萝蜜中VC含量影响最小,损失率为0.07%,其次为MWT,损失率为0.14%,这是由于LT和MWT温度低,时间短,汁液流失少,这与Oszmia ski等[22]研究结果一致,由于这两种解冻方法对菠萝蜜的组织损伤小,菠萝蜜的抗坏血酸氧化酶活性低。但Li等[23]对比了新鲜水果和冷冻水果,却发现新鲜水果的VC含量要比冷冻的水果高很多。对菠萝蜜VC含量影响最大的是UST,解冻损失率为0.44%,可能VC是热敏感性极强的水溶性物质,所以FWT、RT和UST的VC含量损失率大。

图6 不同解冻方式对速冻菠萝蜜VC含量的影响Fig.6 Effect of different thawing methods on VC content of quick-frozen jackfruit

2.8 解冻方式对菌落总数的影响

菌落总数是反映速冻菠萝蜜微生物污染程度的重要指标之一。从图7中可以看出,MWT、UST和LT的菌落总数显著低于FS、RT、FWT(P<0.05),MWT相对较低,可能是因为MWT在解冻过程中穿透能力强、升温速度快,可以起到杀死微生物的作用[24];其次是UST和LT,可能是UST和LT均可以杀死微生物;FWT和RT菌落总数偏高可能是因为解冻时间长,与空气接触多,多方面造成微生物污染。

图7 不同解冻方式对速冻菠萝蜜菌落总数的影响Fig.7 Effects of different thawing methods on the total amount of colonies of quick-frozen jackfruit

2.9 解冻方式对感官香气的影响

主成分分析是电子鼻处理数据最常用的方法之一,主要用于客观分析样品间的差异,是一种无监督的探索性方法[25],可以将多维数据集通过降维转换为少数具有代表性的变量,同时保留着原始数据的有效性,使分析变得简单化[26]。电子鼻对新鲜样品及不同解冻方法样品香气成分变化的PCA辨别结果见图8,数据经过降维处理后得到两个主成分,其中主成分1的贡献率为99.94%,主成分2的贡献率为0.045%,两者累计贡献率为99.985%,大于85%,包含了样品的大部分信息量,说明该方法可靠;从图8中还可以看出,辨别指数(discrimination index,DI)可用来表达对不同样品的区分能力,DI值越大区分程度越好,当DI值在80～100之间说明区分有效[10],本研究的DI值为89,结合传感器结果分析,表明可以将新鲜样品与其他不同种解冻方式的菠萝蜜区分开。LT和MWT样品的区域最接近FS区域,说明LT对香气主成分影响较小。原因可能是LT解冻过程不与水接触,MWT时间短,对香味影响小。

图8 不同解冻方式对香气成分变化的PCA图Fig.8 PCA diagram of aroma composition changes after different thawing methods

3 讨论

通过以上试验可以看出,MWT优于其他4种解冻方式,是一种适合速冻菠萝蜜果肉解冻的有效方法,符合现代流水生产线的需要。这一研究结果与其他研究学者发现的一致,如牛红霞[27]发现MWT的沙棘果实汁液流失率最低,仅为0.45%,VC保存率高达95%;谭冬梅等[28]发现MWT后草石蚕硬度保持最好,汁液流失率仅为3.15%,VC、可溶性固形物含量显著高于其它方法。微波杀菌不仅具有穿透能力强、节约能源、加热效率高等特点,还可保留较高的营养成分,但MWT也存在解冻不均匀的问题,微波在冰中的穿透深度比水大,但水吸收微波的速度比冰快,因此已融化区域吸收的能量多,容易在已融化区域造成过热效应。因此在采用MWT时,要采取一些防止解冻不均匀的措施。

本试验中,与FS相比,MWT总酸含量较FS增加了0.03%,VC损失了0.14%,可溶性固形物含量增加了4.46%,微生物污染数量较少,感官香气与FS较接近,但硬度损失率为24.77%,在以后的研究中在预处理时可加入适量的化学保鲜剂,如异抗坏血酸钠、氯化钙等,以延缓硬度的降低,或者加入如丁香、荷叶等植物提取液以抑制硬度的下降。本试验从物理特性、营养品质、感官香气方面剖析解冻方式的利弊,以后也可以利用显微镜观察速冻菠萝蜜果肉的微观结构,将宏观与微观结合起来比较速冻果肉与鲜果肉(FS)的差异。由于不同的解冻方式具有自身的利弊,很难取舍,因此有人提出组合解冻。组合解冻是指解冻前后采用不同的解冻方式来进行解冻,扬长避短,针对不同的对象选择合适的解冻方式来进行组合,使解冻成本降低,食品的品质得到提高,例如RT和MWT组合、FWT和MWT组合等,因此组合解冻在速冻菠萝蜜解冻中的应用有待进一步研究。

4 结论

本实验比较不同解冻方式对速冻马来西亚1号菠萝蜜果肉品质的影响,其汁液流失率、菌落总数、色泽、质构等均发生了不同程度的变化,结果表明:MWT解冻时间最短,色泽、汁液流失率最小或者与鲜样最接近,与鲜样相比硬度变化最小,VC含量损失较小,综合比较,MWT能有效地保持样品的色泽,抑制微生物的繁殖,延缓样品硬度,因此将MWT应用于速冻菠萝蜜的解冻,能较好地保持样品的色泽、风味,可最大程度维持菠萝蜜品质的稳定性,抑制品质劣变,有效延长货架期。