热水处理对南丰蜜橘贮藏品质的影响及传热分析

张 娜，周慕川，王庆港，丁玉先，陈爱强

(1.华东交通大学 土木建筑学院，江西 南昌 330013；2.华东交通大学 土木工程国家实验教学示范中心，江西 南昌 330013；3.天津商业大学 天津市制冷技术重点实验室，天津 300134)

柑橘类水果是膳食抗氧化剂的良好来源，能有效预防人类各种慢性疾病。南丰蜜橘作为中国古老柑橘的优良品种之一，富含维生素C，营养价值颇高，由于外形体积较小，皮薄，体内较高的含水量和营养成分容易使其受到病原微生物的侵害，造成巨大的商业损失。热处理作为一种物理保鲜方法，简单、安全、高效，可显著提高果蔬贮藏品质，近年来在多种果蔬保鲜上得到了研究与应用。研究表明，新鲜苹果经38 ℃热空气处理可维持细胞良好的完整性，有效降低呼吸速率及乙烯含量，硬度和消费者接受度最高。芒果经55 ℃热水处理可保持较高的多聚半乳糖醛酸酶活性和较低的果胶甲酯酶活性，显著减缓芒果软化速度。樱桃经(40±2)℃热水浸泡2 min后，防御基因表达能力提高，口感、香气或风味没有任何不利影响。40 ℃热水处理可有效抑制采后白凤桃褐腐病菌的生长，降低发病率。37 ℃热空气处理柑橘能有效降低冷害指数，对酚类物质、维生素C浓度没有显著影响。53 ℃热水处理3 min后，能有效降低腐烂率，维持较高的硬度，50 ℃热水处理南丰蜜橘可显著降低其贮藏期腐烂率和失重率。

连续热处理可有效提升采后果蔬贮藏品质，但处理不当可能使得后期保鲜效果不明显，如白凤桃经40 ℃热水处理10 min能够有效抑制褐腐病菌的生长，35 ℃处理5 min时并无显著优势，新丹和金田黄瓜经20 ℃或33 ℃热空气处理24 h，葡萄经50 ℃热空气处理10 min或15 min，保鲜效果均和对照组无显著差异。从传热角度出发，采后热处理过程是热量从高温介质不断传递至果蔬组织的传热过程，因此有必要从传热角度探索热处理产生保鲜效果的深层次原因。尹海蛟等试验发现，阶跃式变温热处理对番茄生物节律影响的耦合过程效果优于恒温热处理。本文以南丰蜜橘为试材，分组对其进行常规连续及变温热水处理，并结合贮藏指标测试和热处理传热过程，探索影响南丰蜜橘采后保鲜品质的内在因素。

1 材料与方法

1.1 试材

南丰蜜橘试材于2019年11月21日采购于南昌市“深圳农贸市场”，新鲜程度较高，选择颜色、大小相近，无机械损伤，无病害感染果实。

1.2 处理和贮藏

试材随机平分为对照组CK和处理组(C1、C2、D1、D2)共5组，每组约300个果实，CK不做任何处理，整合南丰蜜橘热处理相关文献得知，50 ℃时，南丰蜜橘整体贮藏品质较高，本文开展4组实验，C1：50 ℃热水处理3 min；C2：50 ℃热水处理6 min；D1：35 ℃和50 ℃热水先后处理3 min；D2：15 ℃和50 ℃热水先后处理3 min，每个处理组标记编号30个蜜橘。

处理结束后自然风干蜜橘表面，随后全部转移到相对湿度为85%～95%，温度为(5±0.5)℃冷库冷藏35 d。试验前已完成下列所述指标初始值的测试。

1.3 测试指标

1.3.1 失重率

每个处理组取30个果实分别按顺序标记用于失重率的测定。失重率(%)=(贮前质量-贮后质量)/贮前质量×100。每5 d测试一次，结果取平均值。

1.3.2 腐烂率

结果以测定已发生腐烂的蜜橘个数占总个数的百分比表示。每5 d计算一次，结果取平均值。

1.3.3 质构指标(硬度、弹度和咀嚼度)

贮藏结束后，采用英国TA-XT Plus型质构仪进行测试，选用直径为2 mm 的P/2型不锈钢探头，测定速度为2.0 mm·s，下压距离5 mm，每组测试20个果实，每个果实均测试两个对称面，结果取平均值。

1.3.4 可溶性固形物和可滴定酸度

可溶性固形物含量的高低可以衡量水果的成熟情况，本试验每5 d用HY-TD型便携式糖度计(浙江拖普云农科技有限公司)测量可溶性固形物含量，每次测试6个果实，结果取平均值。可滴定酸度采用酸碱滴定法，每5 d每组随机取6个蜜橘，具体操作方法：称取100 g果肉，加入100 mL蒸馏水，用均质器打成匀浆，称20 g匀浆蒸馏水定容至100 mL，过滤收集滤液，用0.1 mol·L标准NaOH溶液滴定，柠檬酸为折算系数0.064。

1.3.5 表皮结构

试验结束时，随机取各组果实采用HIROX型桌上型扫描电子显微镜(上海浩视仪器科技有限公司)分别在5倍和40倍条件下对表皮结构进行观测。

1.3.6 温度传热测试

在C1、C2、D1和D2热处理过程中，采用热电偶对南丰蜜橘中心，其温度变化进行采集，每30 s用温度记录仪记录一次：T型热电偶，天津中环温度仪器有限公司，精度±0.1℃；德国JULABO恒温水槽，上海欢奥科技有限公司；GP10无纸温度记录仪，苏州洋嘉电子有限公司。

1.4 统计分析

试验数据采用SPSS.22软件处理，采用单因素方差分析(ANOVA)和Duncan 多重比较法进行多组样本间的差异显著性分析，图中的贮藏指标以平均值±标准误差表示。

2 结果与分析

2.1 失重率

如图1所示，各组失重率随时间呈上升趋势，处理5 d，组间无明显差异(<0.05)，处理35 d，5组失重率达到最高，D1、D2相比于其他几组显著抑制了南丰蜜橘失重率的上升，D1仅为CK的78%(<0.05)。由此可见，热水处理可有效缓解贮藏期南丰蜜橘内部成分的损失。

图1 不同处理组失重率变化

2.2 腐烂率

果实的腐烂率是衡量品质好坏的重要特征。由图2可知，前5 d各组情况良好，10 d时，除C2外，其余4组均出现轻微腐烂，但不超过3%(>0.05)，15 d开始，CK和C1组腐烂率急速上升，显著高于其他3组(<0.05)，C2和D1维持了较高的好果率。

图2 不同处理组腐烂率变化

2.3 质构指标(硬度、弹度和咀嚼度)

表1为35 d时，各组质构指标情况，由表1可知，贮藏结束时，5组间咀嚼度无显著差异(>0.05)，D1和D2组维持了较高的果实弹度，C2硬度虽高于CK，但也并无明显优势。总的来看，变温处理组下的果实质构指标优于连续处理组和对照组，尤其是D2，硬度和弹度和新鲜状态时最为接近。

表1 第35天时不同处理组硬度、弹度和咀嚼度情况

2.4 可溶性固形物含量和可滴定酸度

图3表明，各组可溶性固形物含量均先上升后下降，热水处理有效推迟了可溶性固形物高峰期的到来，20 d时，CK组达到最大值，25 d时，C1、C2、D1和D2也分别达到顶点，35 d时，D1显著高于其他组(<0.05)。其可滴定酸度随时间逐渐降低，15 d时，各组无显著差异(>0.05)。35 d时，D1、D2分别为13 g·L和12 g·L，显著高于其他3组(<0.05)。

图3 不同处理组可溶性固形物和可滴定酸度变化

2.5 表皮结构

在显微镜5倍条件下(图4-a)，C2、D1和D2表皮结构光滑平整，D1颜色亮度较高，无明显斑点。在40倍条件下(图4-b)，C1和C2明显优于CK，但出现失水软化、塌陷和褐变的现象，D1和D2表皮结构完整饱满，综合来看，D1组外观效果最好。

Fresh，新鲜状态的橘子样本。a，5倍放大微观结构；b，40倍放大微观结构。

2.6 热水处理过程中果实中心温度特性变化

C1、C2、D1和D2四组热水处理过程中，收集其中心温度变化。以果肉中心处每分钟中心温度及传热速率为对象展开分析。如图5所示，热水处理过程中，果实与处理介质进行热量交换，温度逐渐上升，由于D2先后经历降温和升温，因此在3 min时温度达到最低点。温度传热的滞后性，导致传热速率曲线变化均从平缓到上升，如果处理时间延长，则该曲线会达到峰值后立即下降，直至趋于0。

图5 C1、C2、D1、D2热处理过程中心温度及传热速率变化

3 讨论与结论

失重率是衡量果实贮藏过程中内部水分及其他物质损失程度的重要参数，陈瑶试验发现南丰蜜橘经热水处理后，可有效控制其质量的降低，WU等研究表明，热处理可使得果实内大多数蛋白含量上调，维持细胞结构的完整性，同时诱导物种的耐寒性，填补柑橘类水果角质层裂纹，从而抑制其失重率的上升，这与本研究结果中热水处理组失重率显著低于对照组的结论相似。

热水处理降低了南丰蜜橘的腐烂率，原因在于水具有较高的传热能力，在该处理过程果实抗氧化系统和酚类代谢活动更容易受到影响，从而有效防止了表面微生物的滋生，降低了果实褐变及腐烂指数。

南丰蜜橘含有大量柠檬酸，而热水处理过程中有机酸会不可逆的转化为糖类物质，故导致还原糖含量(可溶性固形物含量)增加，且此时细胞渗透压越强，持水力越大，可一定程度阻止水分向外渗透，有效抑制果实失重率下降，这和前文热水处理组失重率较低的结论贴合。由于热处理后果蔬呼吸强度上升，需要部分有机酸被作为底物参加反应，从而导致可滴定酸度随时间的增加逐渐下降。

热水处理可以抑制丙二醛的产生，从而降低细胞膜质氧化，和维持果实硬度相似，热水处理对果蔬细胞内某些酶的联合作用，能有效减缓果胶的增溶，因此能较好地维持表皮结构及细胞结构的完整性。

果蔬经热处理后热激蛋白含量急速升高，从而激发抗氧化反应。传热温度特性表明，处理结束时，C1中心温度和传热速率仍在不断增加，此时果实和介质反应激烈，但也说明换热并未充分；D2升温时间与C1相同，但由于先经历降温过程，3 min后传热速率和中心温度急速上升且显著高于C1，由此可能使得其传热效果增强；C2相较于C1，传热速率经历了先升后降的变化，果实和传热介质间热量交换较完全；D1和C2热水处理时间相同，传热速率和中心温度持续递增，且该过程中果实并未产生热伤害现象，但D1阶跃升温，传热速率出现两次上升期，综合指标来看，D1保鲜效果优于C2，这可能和该热处理过程中果实经历的温度梯度变化影响了热量传递及内部抗氧化系统有关，但具体产生不同传热效果的生理化原因还需进一步研究论证。热水处理时间的长短是果实与热处理介质热量交换充分的关键因素，建议在避免热伤害的前提下可适当延长处理时间。

本研究结合南丰蜜橘贮藏指标与温度传热分析，建议从物理层面分析热水处理产生良好贮藏效果的原因，为采后果蔬热水处理领域提供一定的理论参考。