氯化钙预处理对冻干草莓加工品质的影响

胡云峰，吕婉莹，陈君然*，路敏，段亚宗

（1.天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457；2.天津赛誉食品有限公司，天津 300308；3.天津市野森果树种植专业合作社，天津 301900）

草莓属于蔷薇目蔷薇科草莓属，是一种多年生的草本植物，又被称为地莓、洋莓等[1-2]，属于世界七大水果之一，被誉为“便宜的保健品”，具有丰富的营养价值。草莓外观色泽鲜艳，果实柔软多汁，口感酸甜，深受消费者欢迎[3]。草莓中含有丰富的营养成分，主要包括蛋白质、有机酸、果胶、维生素B1、维生素B2以及钙、磷、铁、钾等人体所需的矿物质和部分微量元素[4]。近年来，随着冻干技术的不断发展，冻干食品成为研究热点。冻干食品即真空冷冻干燥食品，由于冻干工艺是在低温、真空环境下进行的，所以能最大程度地保留食品的色泽、香味、风味、营养成分[5]，而且还可以在很短的时间内，恢复到接近新鲜食物的状态；另外，冻干食品不需要添加防腐剂，可以在常温下储存，而且成品的质量较小，方便携带、运输，是一种适合旅游、休闲的方便食品[6]。冻干食品经密封后不需要特殊保存就可以保持几年内不变质，从而极大地减少运营成本。但草莓在进行冷冻干燥时，会发生收缩塌陷的情况，引起毛细管的封闭和产品组织结构的改变，最终造成冻干后的产品质量下降[7]。钙对植物细胞的结构和生理功能有重要作用[8]，可以与组织中的果胶酸形成不可溶性果胶酸盐，能维持细胞壁、细胞膜及膜结合蛋白的稳定性，参与胞内稳态和生长发育的调节过程[9]。

镀冰衣技术就是将物料的温度下降至冻结点后，完全浸没在已经冷却的冰衣液中，通过较低的温度使物料表面形成一层冰衣壳，从而保护物料，避免品质下降的方法[10]。镀冰衣保鲜技术常用于防止冷冻产品干耗，并通过在冰衣液中添加保鲜剂来达到增强产品保藏效果的目的[11]。本文采用氯化钙结合镀冰衣的方式对草莓组织进行保护处理，目的是增加草莓组织结构的支撑作用，减少草莓组织收缩情况的发生，以期为冻干草莓的研究提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冷冻草莓：天津赛誉食品有限公司；氯化钙（食品级）：天津市赛玛特食品添加剂公司。

1.2 仪器与设备

卧式冷藏冷冻转换柜（BC/BD-319HB）：青岛海尔特种电冰柜有限公司；真空冷冻干燥机（FD-1A-50）：北京博医康实验仪器有限公司；TA-Xtplus质构仪：英国Stable Micro System公司；扫描电子显微镜（SM-8380）：日本电子株式会社。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

冷冻草莓-切分-冷冻（中心温度为-18℃）-镀冰衣-装盘-预冻-真空冷冻干燥-冻干草莓。

1.3.2 原料预处理

对照组：将冷冻草莓切成厚5 mm～6 mm、长3 cm～4 cm、宽1.3 cm～1.5 cm的片状，将冷冻草莓片冷冻至中心温度为-18℃，再进行真空冷冻干燥，得到冻干草莓。

氯化钙处理组：将冷冻草莓切成厚5 mm～6 mm、长3 cm～4 cm、宽1.3 cm～1.5 cm的片状，冷冻至中心温度为-18℃，配制浓度分别为1.0%、1.5%、2.0%的氯化钙冰衣液，将冷冻草莓片浸没在冰衣液中，形成冰衣后进行预冻处理，-18℃预冻处理12 h后进行真空冷冻干燥，得到相应浓度氯化钙处理的冻干草莓（1.0%、1.5%、2.0%氯化钙处理组）。

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 微观结构测定

分别取对照组、1.0%氯化钙处理组、1.5%氯化钙处理组、2.0%氯化钙处理组冻干草莓的自然断面，用碳导电胶将横断面观察样本粘贴在样品托上，喷金后用扫描电子显微镜观察冻干草莓片的微观结构，选取合适的部分进行拍照。

1.3.3.2 质构测定

在质构仪上选择TPA-1000 N测试程序，测试探头为直径50 mm，平板探头P50，1 000 N载荷单元。设置参数为测试前速率60mm/min，测试中速率60 mm/min，测试后速率60 mm/min，压缩比20%，间隔时间5 s，起始力100 g，记录硬度、脆度数据，每个处理重复测定3 次，取其平均值[12]。

1.3.3.3 形变率的测定

参照王前菊等[13]的试验方法，用游标卡尺分别测定冻干前草莓片厚度和冻干后草莓片厚度，试验重复测定3次取平均值，按照下列公式计算形变率。

式中：Ts为冻干草莓形变率，%；t1为冻干前草莓片厚度，mm；t2为冻干后草莓片厚度，mm。

1.3.3.4 复水比的测定

每组称量适量的冻干草莓，将其完全浸入30℃的蒸馏水中充分吸收30 min后捞出，用滤纸吸去表面水分，再次称量每组冻干草莓的质量，试验重复测定3次取平均值，按下列公式计算复水比[14]。

式中：Re为草莓复水比；m2为冻干草莓复水后质量，g；m1为冻干草莓复水前质量，g。

1.3.3.5 产出率的测定

分别称量各组草莓的初始质量和冻干后质量，试验重复测定3次取平均值，按下列公式计算产出率[15]。

式中：P0为草莓产出率，%；mf为草莓初始质量，g；mh为冻干草莓质量，g。

1.4 数据处理

使用统计软件SPSS 25.0的One-Way ANOVA方法分析试验数据，显著性分析水平为P＜0.05。数据结果采用平均值±标准差的形式表示（n=3）。

2 结果与分析

2.1 草莓冻干温度曲线

图1是在室温自然加热、真空室压力为20 Pa的条件下，冻干仓温度及各组草莓冻干过程中物料中心温度的变化曲线。

图1 草莓冻干温度曲线Fig.1 Freeze-drying temperature curve of strawberry

由图1可知，冻干仓温度总体稳定在17℃，即草莓加热温度为17℃，在整个冻干过程中，4组草莓的冻干时间基本相同，均在24 h左右达到干燥状态，可见氯化钙处理不会造成冻干曲线产生较大波动，无需改变原有冻干工艺。

2.2 冻干草莓的微观结构

对照组与各浓度氯化钙处理组冻干草莓的微观结构扫描电镜结果见图2。

图2 冻干草莓的微观结构扫描电镜照片（放大100倍、标尺500 μm）Fig.2 Scanning electron microscopic images of freeze-dried strawberry（×100，scale=500 μm）

由图2可知，对照组冻干草莓的内部结构孔洞分布不均匀且孔隙大小不一致，氯化钙处理的冻干草莓组织结构得到了一定的改善，但随着钙离子浓度的增加，冻干草莓内部组织破损会有一定程度的加剧，其中2.0%氯化钙处理对冻干草莓组织结构破坏最严重，冻干草莓内部出现较大孔洞，1.5%氯化钙处理组内部孔洞较均匀且孔隙较小。表明适宜浓度的钙离子可以提高冻干草莓组织结构的稳定性和完整性，但过高浓度的钙离子会破坏冻干草莓组织结构。

2.3 冻干草莓的质构

冻干产品的脆度和硬度是衡量产品品质的重要指标之一，产品硬度太大或硬度太小都会影响食用口感[16]。冻干草莓的质构测定结果见表1。

表1 冻干草莓的质构测定结果Table 1 Texture determination results of freeze-dried strawberry

由表1可以看出，各氯化钙处理组的硬度均高于对照组。在氯化钙浓度为1.0%、1.5%时，冻干草莓的硬度随氯化钙浓度增大而增加，表明适宜浓度的钙离子处理可以增加冻干草莓的硬度，但过高的钙离子浓度会降低冻干草莓的硬度，各组冻干草莓的脆度没有显著差别（P＞0.05）。

2.4 冻干草莓的形变率

果蔬物料在干燥过程中均会发生不同程度的皱缩变形[17]。冻干草莓的形变率测定结果见图3。

图3 冻干草莓的形变率Fig.3 Deformation rate of freeze-dried strawberry

如图3所示，对照组以及1.0%、1.5%、2.0%氯化钙处理组冻干草莓的形变率分别为16.8%、14.3%、13.8%、14.5%，对照组的形变率均高于各浓度氯化钙处理组，在氯化钙处理组中，随着钙离子浓度的增加，形变率呈先降低后升高的趋势，钙与细胞壁中的果胶结合成果胶酸钙，以维持细胞壁结构的稳定，但钙离子浓度过高时会促进果实皱缩，导致果实品质下降[18-20]。

2.5 冻干草莓的复水比

复水比是评价干燥产品是否恢复至原来状态的重要指标，可以衡量果蔬冻干脆片的疏松程度[21]。果蔬冷冻干燥工艺中通过冻结可以让内部的水分形成支撑冷冻果蔬的固体骨架，固体骨架组成的多孔结构赋予冻干果蔬理想的复水性[22-23]。冻干草莓的复水比测定结果见图4。

图4 冻干草莓的复水比Fig.4 Rehydration ratio of freeze-dried strawberry

由图4可知，对照组和不同浓度氯化钙处理组复水比差别较大，各组复水比从大到小依次为1.5%氯化钙处理组＞1.0%氯化钙处理组＞2.0%氯化钙处理组＞对照组，可见随着氯化钙浓度的增加，冻干草莓复水比先升高后降低，分析原因可能是氯化钙浓度过高，髙渗作用破坏草莓内部组织结构，降低了冻干草莓细胞的持水力。

2.6 冻干草莓的产出率

产出率是一个重要的经济指标，能够反映物料干燥后其总固形物的保留情况[24]。各组冻干草莓的产出率如图5所示。

图5 冻干草莓的产出率Fig.5 Yield of freeze-dried strawberry

由图5可知，对照组的产出率均低于各浓度氯化钙处理组，氯化钙处理组随着钙离子浓度的增大产出率先升高后降低，1.0%、1.5%氯化钙处理组的产出率分别为9.4%、10.7%，由此表明，适当浓度氯化钙处理具有增加冻干草莓产出率的作用，但要避免钙离子浓度过高。

3 结论

本文通过镀冰衣的方法研究不同浓度氯化钙处理对冻干草莓加工品质的影响，扫描电镜图显示1.5%氯化钙处理组冻干草莓的内部结构较完好，说明适宜浓度的氯化钙处理可以减轻冻干草莓组织状态破损程度，从而提高冻干草莓的复水比和产出率，降低形变率。1.5%氯化钙处理组冻干草莓的复水比、产出率和形变率分别为5.85、10.7%、13.8%，冻干效果相对较好。因此，冻干前可以采用浓度为1.5%的氯化钙对草莓进行处理，提高冻干草莓的加工品质。