果蔬保鲜用蓄冷剂的制备与性能研究

卢芳芳，王保营，张 岩，徐 莉，马得草，郭梦如

(河南牧业经济学院，郑州 河南 450011)

我国果蔬产量位列世界榜首，其中水果约占全球总产量的30%，蔬菜占60%，但是果蔬损失率居高不下，现有的食品冷藏、冷链运输能力不足是主要原因之一，这也是我国食品保藏的薄弱环节[1，2]。果蔬保鲜蓄冷技术主要有三种储能方式：相变储能、显热储能和化学反应储能。显热储能释放能量时温度变化不易控制，且储能密度不够，应用不太广泛。化学反应储能的应用条件比较苛刻，需要在可逆的化学反应下进行。目前应用最广泛的是相变储能[3]。

相变蓄冷材料的种类有很多种，按照材料的组成分为无机相变蓄冷材料和有机相变蓄冷材料。无机相变蓄冷材料以溶融盐类、水合共晶盐类、金属及其合金等为主，储量一般比较大，且价格便宜，但是这类材料存在相分离、过冷等难以克服的缺点从而被限制发展。有机相变蓄冷材料以多元醇、醋、脂肪酸、石蜡等有机物为主，它的优点是没有相分离和过冷现象，且性能稳定，无毒，没有腐烛，缺点是单一有机材料使用成本较高[4-6]。试验旨在研发“有机+无机”的复合型蓄冷剂，结合二者优点，克服二者缺点。

1 材料与方法

1.1 实验仪器和材料

甘露醇(AR)为天津市科密欧化学试剂有限公司产品。丙三醇(AR)为天津永大化学试剂有限公司产品。氯化钠(AR)为天津永大化学试剂有限公司产品。羧甲基纤维素钠(AR)为天津市致远化学试剂有限公司产品。试验所用主要设备见表1。

表1 主要试验设备

1.2 试验方法与过程

1.2.1 蓄冷剂的制备

采用正交试验法，设计以2%羧甲基纤维素钠为增稠剂，对以甘露醇、丙三醇、氯化钠为主储能剂的三因素进行三水平正交试验，研究三者在蓄冷剂整体中的最佳比例。

试验水平因素如表2所示。

表2 试验水平因素表

正交试验设计方案见表3，按照表3所示比例配制9种蓄冷剂，于90 ℃水浴环境下搅拌直至羧甲基纤维素钠完全溶解，按顺序将其标号。将9种蓄冷剂放置-16 ℃处理，利用电热偶测定温度，每10 min记录一次数据，绘制降温曲线图。记录后将9种溶液置于25 ℃恒温环境中，利用电热偶测定温度变化，综合降温变化曲线，利用极差分析法，最后得出蓄冷剂最优配比。

表3 正交试验方案

1.2.2 蓄冷剂保鲜效果的测试

1.2.2.1 处理方法

将购买的樱桃及时预冷2 h以后，挑选无病虫害的樱桃900 g分为9组，每组约为100±5g，分别装入九个泡沫箱，三个箱子为一组平行试验，将樱桃按如下方法放置在外尺寸为225 mm×120 mm×145 mm的泡沫箱中：(1)将得到的最优蓄冷剂配制 2×21.5 g 试样，在三个装有100 g樱桃的泡沫箱左右两侧，即蓄冷剂在宽高面上各放置一份；(2)将得到的最优蓄冷剂配制 2×21.5 g试样，在三个装有100 g樱桃的泡沫箱前后两侧，即蓄冷剂在长高面上各放置一份；(3)将得到的最优蓄冷剂配制 2×21.5 g试样，在三个装有100 g樱桃的泡沫箱顶部和底部，各放置一份。每隔24 h测定樱桃的pH值、失重率、软腐率、可溶性固形物并进行感官评价，72 h后结束测试。

1.2.2.2 pH值

将一定量樱桃去柄去核并称重，按质量比1：1添加蒸馏水，用榨汁机打碎，使用酸度计测定果汁的pH。

1.2.2.3 失重率

樱桃在储存过程中的失重情况，主要是由于蒸腾和呼吸作用导致水分的流失，使樱桃的质量减小，果实表皮皱缩，质地下降。严重的失重会使果实失去食用价值和商业价值[7]。失重率的测定采用称重的方法[8]，放入泡沫箱前先对樱桃进行称重，并记录。

式中，w%为失重率，W为样品的原始质量，Wi为每次测定样品的质量。

1.2.2.4 可溶性固形物

果品的可溶性固形物是指其果实汁液中能溶于水的糖、酸、维生素、矿物质等，可溶性固形物含量的高低直接反映了果品成熟度，是判断采收时间和耐藏性的重要指标。测试时用纱布包裹样品，将果汁滤出，用胶头滴管吸取一定量的果汁，滴在折射仪上，测定可溶性固形物的含量[9]。

1.2.2.5 软腐率

软腐率是直接判断水果贮藏效果的指标之一，樱桃的货架期比较短，在贮藏过程中由于其呼吸作用、细菌腐败等影响，果实极易腐烂，果实表面会出现一系列的变化[10]。由于樱桃果实较小，果实表面褐变面积达到1/3即认为不能食用，视为腐烂水果。

1.2.2.6 感官评价

水果的外观是顾客购买时的首要考虑因素，也是评价水果新鲜程度的重要指标之一。樱桃感官评定表，采用裘纪莹[11]的樱桃感官评价方法并加以改进。感官评价由接受过专门培训的五人进行评判，对樱桃的色泽、香味、质地进行打分，结果取平均分。

表6 樱桃的感官评价标准

2 结果与讨论

2.1 蓄冷剂制备

2.1.1 正交试验结果

正交试验结果的分析采用综合评分法[12]，综合考虑各项指标的优劣排序后，给出分值并加以权数，最后得出一个综合排名，加权系数的大小由指标的重要程度来决定。

图1、图2是9种蓄冷剂降温、升温曲线图。樱桃的低温储藏温度为-1～1 ℃。降温图中，50 min时多数蓄冷剂温度在这个区间，因此在降温图中50 min处做比较。升温图中，50 min时多数蓄冷剂温度为10～15 ℃，在升温图中在50 min处做比较。根据各蓄冷剂降温曲线图中50 min处的温度高低和各蓄冷剂升温曲线图中50 min处的温度高低给蓄冷剂判分，温度最低即降温最快的蓄冷剂给9分，温度最高即降温最慢的给1分；升温最慢的给9分，最快的给1分。由于在实际运输过程中，升温速率的重要程度大于降温速率，因此升温速率以1.5倍计算，即权数为1.5，而降温速率的权数设为1。

图1 蓄冷剂降温曲线图

图2 蓄冷剂升温曲线图

如图1、图2所示，在降温图中50 min时，九种蓄冷剂排序依次为5>4>2>7>3>1>9>6>8，升温图中50 min时，九种蓄冷剂排序依次为4>3>8>6>2>7>9>5>1，加以权数，得分结果如表4所示。

表4 综合评分法得分结果

2.1.2 极差分析

甘露醇：K1=5.5+14.5+17=37

K2=21.5+12+11=44.5

K3=12+11.5+7.5=31

RA=44.5-31=13.5

丙三醇：K1=5.5+21.5+12=39

K2=14.5+12+11.5=38

K3=17+11+7.5=25.5

RB=39-25.5=13.5

氯化钠：K1=5.5+11+11.5=18

K2=14.5+21.5+7.5=43.5

K3=17+12+12=41

RC=43.5-18=25.5

因为RC>RB=RA，所以三个因素影响主次关系是C>B=A，最佳配比是A2B1C2。

2.1.3 最优配比验证

按照得到的最优配比配制一定量蓄冷剂，记录其升温曲线以及降温曲线，与正交试验中升降温速率排名前三的样品进行比较。按照综合评分法对四种蓄冷剂进行打分，最优配比组标记为试验组10。如图3、4所示，在降温50 min时，四种蓄冷剂排序依次为10>4>2>3，升温50 min时，四种蓄冷剂排序依次为4>10>3>2，排名最高的给4分，最低的给1分，加权得分结果如表5所示。从表5可以看出，通过极差分析所得出最优配比“试验组10”的得分为8.5分，9次正交试验中效果最好的“试验组4”得分为8分，最优配比的升降温效果符合极差分析结果。

图3 极差分析最优配比与正交试验前三种最优配比升温比较

图4 极差分析最优配比与正交试验前三种最优配比降温比较

表5 综合评分法得分结果

2.2 蓄冷剂保鲜效果

2.2.1 pH值

图5为储藏的过程中，各平行组中樱桃pH值的变化情况。从图中可以看出，在储存期内，果实整体pH值随时间是升高趋势，这是由于在储藏过程中，樱桃果实消耗内部营养物质，Vc的含量逐渐减少，使果实酸性逐渐下降[13]。与不放蓄冷剂的空白对照组相比，3组放有蓄冷剂组的pH值增速明显较低，在三种摆放方式中，增速最慢的是“前后摆放”组，这说明“前后摆放”的方式更有利于延缓樱桃果实的衰老。

图5 不同摆放方式对樱桃pH值的影响

2.2.2 失重率

如图6所示，有蓄冷剂的三组样品失重情况明显低于空白对照组，这说明蓄冷剂所营造的低温环境可以在一定程度上抑制樱桃的呼吸作用，从而降低其失重率。而在三组不同摆放方式的实验组中，失重率最低的是“前后摆放”组，“左右摆放”和“上下摆放”也能降低樱桃的失重率，但是二者效果不如“前后摆放”组。这说明“前后摆放”组的保鲜效果要略高于其余两组。

图6 不同摆放方式对樱桃失重率的影响

2.2.3 可溶性固形物

可溶性固形物的含量是水果果实的一项重要营养指标，反应了水果在贮藏过程中营养物质的变化，果实成熟度越高可溶性固形物含量就越高，樱桃在成熟采摘以后可溶性固形物含量呈上升趋势(图7)。空白对照组的可溶性固形物含量的上升速度明显快于其他有蓄冷剂的三组。而在三种不同摆放方式中，“前后摆放”组的上升速度略小于其余两组，这说明“前后摆放”组能抑制可溶性固形物含量的上升。

图7 不同摆放方式对樱桃可溶性固形物含量的影响

2.2.4 软腐率

如图8所示，随着贮藏时间的增长，樱桃的软腐率在逐渐上升，空白对照组的上升速度比较明显，“前后摆放”组的软腐率略低于“上下摆放”组，这说明“前后摆放”更能降低樱桃的软腐情况。

图8 不同摆放方式对樱桃软腐率的影响

2.2.5 感官评价

如图9所示，樱桃的感官评价分值随着时间增长不断下降，主要是对樱桃的色泽、香味、质地进行打分。“空白对照”组的感官评价下降十分明显，在第二天时已经下降至2分，基本丧失食用价值，其余有蓄冷剂的三组样品比较，“前后摆放”组的感官分值下降较为缓慢，在第三天时感官评价仍为3分，具有一定食用价值，说明“前后摆放”组更能较好地保持樱桃的感官品质。

图9 不同摆放方式对樱桃感官评价的影响

综合测定樱桃的pH值、感官评价、失重率、软腐率和可溶性固形物含量五个指标，可以得知“前后摆放”的保鲜效果最佳，pH值上升最为缓慢，软腐率也最低(22.7%)，失重率仅为1.14%，可溶性固形物含量上升速度和感官评价下降速度也最低。分析三种摆放方式，造成“前后摆放”的保鲜效果最好的原因，可能是由于泡沫箱是一个长方体形状，而此种摆放方式蓄冷剂的辐射面积最广，能较好的保证低温环境。

3 结论

试验结果证明，甘露醇、丙三醇、氯化钠在蓄冷剂中所占的最佳比例分别为为：7%、6%、6%。以樱桃为实验材料，研究该蓄冷剂在泡沫箱内的摆放位置对保鲜效果的影响。在三组摆放方式中，“前后摆放”即蓄冷剂在泡沫箱的长高面上的保鲜效果最好，优于其他两种摆放方式。