不同预处理对冷冻芒果果肉块冷冻速率和解冻后品质的影响

宋晓燕， 张婉竹， 刘宝林

上海理工大学 低温生物与食品冷冻研究所， 上海 200093

芒果作为四大热带水果之一，不仅具有典型的热带水果风味，且营养含量丰富。芒果中维C的含量可达43 mg/kg ～1 750 mg/kg[1]，含有大量多酚物质，同时芒果中还富含胡萝卜素，能够有效清除人体内自由基，具有抗炎、抗病毒、中枢神经抑制和调节糖脂代谢的作用[2, 3]。

大众对新鲜芒果的需求量日益增长，芒果除了鲜食以外，目前已经被制作成酸奶[4]、果酱[5-7]、果脯[8]等，但是芒果的保鲜储存和运输仍制约着芒果的产业发展和价值开发。冷冻是一种常用的长期食品保存方式，低温贮藏可以降低果实呼吸造成的自身消耗，切块冷冻还能避免芒果因冷害造成的损伤[9]，冷害是指水果在某种低温环境下出现的品质劣变现象，具体表现为果皮的灰褐色烫伤样冷害斑[10]，减少果实采后损失[11]。传统水果预处理方式有糖液浸渍与漂烫，糖液浸渍通过脱去芒果中的水分并增加糖度延长保存期，漂烫则利用高温钝化酶减弱芒果采后生化反应强度，两种方式各有优势；而真空冷却作为新型预处理方式已经广泛应用于叶菜类的处理中，目前在水果中的应用很少见，本研究分别对芒果进行糖渍、漂烫、真空冷却处理，与传统直接冷冻和新鲜芒果作对比，测定其多种品质特性，以探究不用处理方式的优劣效果，为芒果预处理方式提供理论依据。

1 实验材料与设备

1.1 实验材料

使用芒果品种为凯特，产地四川攀枝花，购买于上海杨浦大润发超市，挑选成熟度均一、无明显机械性损伤的果实。

1.2 实验设备

双变频真空预冷机(上海理工大学自制)；AT4208多路温度测试仪，上海晶齐实业有限公司；NK-55T高精度数显糖度计(精度0.1 °Brix)，天津瞭望光电科技有限公司；texto-206 pH3便携式pH计，德国仪表(深圳)有限公司；CR-400色彩色差针，柯尼卡美能达(中国)有限公司；TA-XT plus SMS质构仪，超技仪器有限公司等。

2 实验方法

2.1 芒果冷冻前处理

成熟芒果清洗干净，去皮去核取果肉切成2 cm×2 cm×2 cm方块，随机分为四组作如下处理：

糖液浸渍(Sugar solution impregnation，SI)：配置质量分数50%的葡萄糖溶液，溶液加热并恒温于30 ℃，使芒果块完全浸没在糖液中60 min，捞出沥干。

热漂烫(Blanching，BL)：纯净水加热恒温至80 ℃，芒果块完全浸入水中热烫1 min捞出，沥干水分。

真空冷却(Vacuum cooling，VC)：芒果块置于密闭的真空室内，随机取芒果块插入热电偶采集温度数据。设置频率50 Hz，抽速2.0 L/s开始抽取真空室内气体，待真空室压力降至800 Pa，样品中心温度逐渐下降，降至4 ℃时为预冷终点，恢复压力取出样品。

直接冷冻(Direct freezing，DF)：不做前处理，与其他三组处理结束后共同置于-18 ℃，RH85%环境中冷冻。

新鲜芒果块作为对照，四组芒果测定指标时取出于冰水浴解冻2 h共同检测。

2.2 冻结速率测定

使用多路温度测试仪记录各组芒果经过处理后冷冻速率。将热电偶插入芒果块中心，以放入-18 ℃，RH85%环境开始记录芒果的中心温度变化，绘制温度随时间变化曲线。

2.3 可溶性固形物测定

取5.0 g芒果肉放入研钵中磨碎，过滤取汁液测定；使用蒸馏水将NK-55T高精度数显糖度计校准，吸取样品液滴加在检测镜上，测量样品可溶性固形物含量(TSS)，结果以白利度(°Brix)表示。

2.4 水分含量测定

水分含量测定参照GB5009.3—2016食品的水分测定中第一法直接干燥法[12]进行，干燥温度设置为103 ℃。

2.5 可滴定酸测定

水果中可滴定酸是指根据酸碱中和原理测定的水果有机酸，有机酸的种类因水果的品种不同而不同，芒果中有机酸以苹果酸为主，测定方法参考曹康健等[13]方法。

2.6 pH测定

取均匀样品10.0 g，pH计校准后将电极插入解冻样品测定，每个测试样品重复3 次，记录测量值并取平均值。

2.7 色差测定

使用CR-400色差仪测量样品的颜色变化。在使用之前，采用校准板对仪器进行校准。校对亮度值L*(从黑色0到白色100)，绿红色色度值a*(从绿色-60到红色+60)和蓝黄色色度值b*(从蓝色-60到黄色+60)[14]。每个测试样品随机取3个点位进行测量，重复3次取平均值。

2.8 质构测定

参考何全光方法，加以改动：使用TA.XTplus质构仪与P/50探头进行TPA全质构测试，测试芒果丁的硬度、弹性、回复性、胶着性等指标[15]。测定参数：测前速度1.00 mm/s，测中速度0.50 mm/s，测后速度0.50 mm/s，压缩比为20%，数据收集率200 组/秒，二次下压间隔时间为5.0 s，测试初始力为0.5 N。样品保持表面的平整，使芒果果肉纤维与置物台平行放置，减小实验误差。

2.9 抗坏血酸测定

抗坏血酸含量的测定参考曹建康等[13]的方法并有所改动，称取果肉样品10.0 g，加入草酸溶液冰浴条件下匀浆，定容至100 mL后静置10 min过滤，取10.0 mL滤液用2，6-二氯酚靛酚溶液滴定至出现微红色、且15 s不褪色为止，结果以100 g样品中含有的抗坏血酸的质量表示，即 mg/100 g。

式中：Z表示芒果中抗坏血酸含量，mg/100 g；V1表示样品滴定消耗的染料体积，mL；V0表示空白滴定消耗的染料体积，mL；ρ表示1 mL染料溶液相当于抗坏血酸的质量，mg/mL；VS表示滴定时所取样品溶液体积，mL；V表示样品提取液总体积，mL；m表示样品质量，g。

2.10 结果分析

使用SPSS 18.0进行 one-way ANOVA 单因素方差分析，用Duncan多重比较分析差异的显著性，数据表示为平均值±标准差(n=3)，P<0.05 被认为是显著的。

3 结果讨论与分析

3.1 不同预处理方式对芒果果肉块冻结速率的影响

经过不同处理后进行冷冻的芒果块降温速率变化曲线如图1 所示，可直观观测出经过真空预冷的芒果最先达到-18 ℃中心温度，糖液浸渍组随后达到，而未经任何处理直接冷冻组与热水漂烫速度较慢，其中直接冷冻组用时最长。这是由于真空冷却与糖液浸渍处理均使芒果中水分含量降低，从而使芒果的待冻结水量减少，芒果对水冻结成冰晶所需的冷量降低，缩短了冷冻时长。

图1 不同处理方式芒果温度变化曲线

在芒果的冷冻过程中伴随着冰晶产生，当芒果温度下降至0 ℃附近时，温度会出现先下降后上升现象，此时称为“过冷状态”，由于芒果置于低温环境不会马上被冻结，果肉间会先产生晶核，晶核进一步生长才能够长出冰晶[16]，而冰晶成核过程会释放潜热，导致温度出现短暂回升，此时会出现芒果的最大冰晶生成带，四种处理所用时间各不相同，真空冷却组芒果用时25.7 min，糖液浸渍组用时47.6 min，热水漂烫组用时76.6 min，直接冷冻组用时74 min。真空冷却处理的芒果最大冰晶生成带所用时间更短，且由图1可以看到明显的过冷点。当温度较快通过最大冰晶生成带时，芒果中的冰晶就会更加均匀细小的分布，大尺寸冰晶减少。

3.2 不同预处理方式对芒果果肉块可溶性固形物含量的影响

果品中糖分的含量较高，是重要的营养成分以及果品风味成分的重要组成物质[17]。经过不同预处理，芒果存在水分减少或物质交换情况，图2表示了可溶性固形物含量变化。新鲜芒果可溶性固形物含量约为13.23 °Brix，SI组糖度存在显著升高(P<0.05)，达到15.73 °Brix；BL组含量降至10.4 °Brix，为四种处理中糖分损失最高组，差异显著(P<0.05)。VC组与DF组相较新鲜芒果变化不大，含量分别是13.73 °Brix和13.17 °Brix。

图2 不同处理方式芒果可溶性固形物含量变化曲线

糖液浸渍过程中，由于芒果外溶液渗透压大于芒果细胞，果肉中的水分向外部迁移，部分溶液中的葡萄糖进入果肉，导致SI组芒果含量明显高于新鲜芒果与其他组，这与VAN DER SMAN[16]对糖渍加工果蔬对其可溶性固形物含量变化的研究结果一致。热水漂烫使用纯净水，渗透压低于芒果细胞，即使漂烫时间短暂，仍造成大量糖类物质流失，且高温使芒果质地软化，持水性减弱，对可溶性物质的保持力同样减弱，高阳等人[18]的研究中也得出相似结论。VC通过降低压强而实现水的沸点降低，预冷过程蒸发了果肉中大量水分，致使溶剂减少，溶质浓度上升，表现出略高于新鲜芒果的可溶性固形物含量，为0.5 °Brix。而DF处理由于冻存时间较短，与新鲜组差别不显著。

3.3 不同预处理方式对芒果果肉块水分含量的影响

水果蔬菜中均含有大量水，水是芒果的重要组成部分，也是多数反应的主要成分，水分含量能一定程度上反映不同处理在芒果内部发挥的作用，以及芒果随着储藏环境变化后生化反应的改变状态。图3为经过不同处理芒果水分含量与新鲜芒果对比图。由图可知，糖液浸渍、热水漂烫、真空冷却及不加预处理的冷冻芒果水分含量相较于新鲜芒果均有下降，新鲜芒果水分含量为89.51%。芒果冷冻后中心温度处于-18 ℃，依旧存在生化反应及微生物活动，水分仍有消耗，因此水含量下降属于正常现象。

图3 不同处理方式芒果水分含量变化

在四种处理中，热水漂烫组与直接冷冻组水分含量下降较少，均为86.51%，热水漂烫过程使芒果细胞持水能力减弱，含水量小幅降低；直接冷冻由图1可知冷冻速率缓慢，冻结过程中存在水分挥发，加上低温状态仍有生化反应缓慢进行，解冻后存在部分汁液流失，因此含水量轻微降低。糖液浸渍的芒果含水量81.67%为最低，这是由于糖渍过程中芒果始终浸泡在葡萄糖溶液里，在渗透压作用下水分离开果肉细胞进入溶液，浸渍结束后部分水脱离芒果。

实验说明热水漂烫与直接冷冻对芒果冻后水分维持效果好，水分损失较少，但间接影响了两组的冷冻速率；糖液浸渍与真空预冷降低水分含量，对加快降温速率存在正作用,处理后芒果中含水量的变化对冷冻速率有所影响，同时冷冻速率的不同也因对细胞完整性的改变影响了冻后水分含量[19]。

3.4 不同预处理方式对芒果果肉块可滴定酸含量的影响

芒果中富含大量有机酸，有机酸是多种生化反应的原料或产物。芒果中的有机酸以苹果酸为主，由于苹果酸易溶于水，在预处理中易造成流失，图4为不同处理后冻芒果块可滴定酸含量对比，新鲜芒果中可滴定酸含量为0.435%，相较于新鲜组，糖液浸渍、真空预冷、直接冷冻的芒果内可滴定酸含量均有所下降，其中SI芒果含量以0.182%为最低，真空预冷、直接冷冻后含量分别是0.324%、0.346%。仅热水漂烫组处理后可滴定酸含量出现增加现象，达到0.466%。

图4 不同处理方式芒果可滴定酸含量变化曲线

DF后芒果中酸含量降低，说明在冷冻阶段果酸存在消耗，这与高阳等[18]研究结果一致。由于SI和VC过程中均使芒果失去水分，尤其SI处理过程中芒果与溶液接触，水分流失与溶质交换增加了果酸损失的途径，因此SI芒果可滴定酸损失最严重；真空预冷是通过促进水蒸气自主蒸发实现水含量降低，因此果酸在水分流失时不易随之流失，同时由于剧烈压强变化使果肉细胞调动生化反应做出应对，果酸在一定程度上消耗加快，这与VC组酸含量低于DF组、高于SI组的结果一致。与3.2中可溶性固形物含量相结合，经过真空冷却预处理后的芒果糖酸比上升，优于直接冷冻的芒果丁，体现了口味的促进作用。

3.5 不同预处理方式对芒果果肉块pH的影响

pH在水果中反映了胞内生化反应是否稳定进行，当pH骤然升高或降低，表明果肉中必然出现物质大量流失或受到迫害等现象。同时冷冻过程中芒果细胞在调节胞内pH，冰晶对细胞的破坏和非冻结相的存在也可能会导致一部分可溶性酸流失，从而改变体系的离子强度和pH[14]。

图5为不同处理后芒果pH对比，由图可知，新鲜芒果pH为5.02±0.28，真空预冷、直接冷冻组与新鲜芒果差别不大，分别为5.04和5.02，三者并无显著差异，这说明DF与VC处理能较好维持芒果品质，此时体系扩散控制反应速率较低，冰晶体积较小，可溶性酸类流失较少，因此，pH稳定。

糖液浸渍后pH略有升高这与SI后可滴定酸含量下降有关，果肉中酸含量下降pH对应升高，由于SI后可溶性固形物含量增加，对整体具有平衡作用，因此pH升高但涨幅不大。此外，热水漂烫的芒果pH显著下降，表现为4.35(P<0.05)；结合不同处理后芒果的可滴定酸含量分析，四组处理中热水漂烫后芒果可滴定酸含量急剧增加，加上热水对芒果细胞的软化作用，使细胞内生化平衡不稳定，导致该组pH显著下降。

图5 不同处理方式pH变化曲线

3.6 不同预处理方式对芒果果肉块色差的影响

色泽是评价水果是否劣变的重要指标，也是影响消费者选购的重要因素之一。新鲜芒果色泽呈现为明亮的橙红色，当芒果过熟甚至开始腐败时，色泽开始红褐化，亮度也随之降低。色差值是表示颜色的一个感官指标，使用CR-400色差仪进行测量，使用前进行校准，结果以Lab值表示。

图6是不同处理后冷冻芒果块色差值与新鲜芒果的对比结果，L值表示亮度，L值越高表明被测物亮度越高；由图6显示芒果的亮度在冷冻后均有所下降，但是BL与VC处理后的芒果亮度减少相对较少，新鲜芒果亮度值为70.53，SI处理后下降最多，为54.94；这是由于糖液浸渍脱去芒果中大量水，水的减少使液泡对细胞的支撑力减弱，当细胞不再处于饱满状态，芒果宏观便表现出亮度降低、软塌现象。BL与VC组亮度分别为63.57和62.27，两种处理间差异不显著(P>0.05)，与新鲜组相比显著降低(P<0.05)，热水漂烫时高温不仅使热敏性物质失活，同时也使细胞在一定程度上发生软化，软化后的芒果表面不如新鲜芒果质地细腻，由于光的反射作用减弱，亮度发生降低。真空预冷与SI同理，大量水分发生蒸发使细胞亮度减弱，由于未发生物质交换，故减弱程度低于SI组。

图6 不同处理方式芒果色差对比图

a值表示红绿色度，a值越高代表红度越高，反之则越绿；新鲜芒果a=8.31，SI、BL、VC、DF的a值依次为2.35、3.09、3.26、4.84，说明冷冻后芒果红度均发生显著下降。红度下降说明芒果中活性氧增多，品质开始出现劣变倾向。

b值表示蓝黄，b+意味黄度高，b-越蓝；由图可知冻后芒果b值均发生降低，新鲜芒果59.03，BL组以51.76的值为变化最缓组，黄度下降说明芒果的细胞结构渐渐发生损伤，胡萝卜素等物质开始流失。

结合芒果的冷冻速率对比与水分含量、糖酸变化分析，经过冷冻的芒果在一定程度上均有劣变，这是因为芒果发生冻结冰晶势必挤压果肉细胞，但是对比几种不同处理方式，VC与DF对芒果色泽的维持效果更好。

3.7 不同预处理方式对芒果果肉块质构的影响

选取TPA测试中具有代表性的硬度、弹性、胶着性、回复性分析不同处理下芒果块质构变化，结果如表1 所示。水果的硬度表现为外观饱满，按压能感受到较强的强度。与新鲜芒果相比，冷冻后的芒果硬度均有所下降，这是由于冷冻使芒果果肉中出现冰晶，冰晶生长使果肉发生形变甚至破裂，解冻后出现一定程度上的塌陷[20]，表现为硬度值下降。新鲜芒果硬度818.94 g，四种处理后硬度与对照存在明显差异(P<0.05)，其中VC组硬度最高，这是由于真空冷却过程中芒果水分在溢出果肉表面前以沸腾状气泡的形式存在，压力差使气泡快速溢出，气泡的空化效应使冻结冰晶尺寸减小，对果肉细胞的机械损害降低，使芒果结构更加紧密，陈竹兵等[21]通过超声辅助浸渍加快萝卜中气泡的溢出，使萝卜冻结时冰晶尺寸减小且大多分布于细胞外，从而保持了萝卜较好的硬度。SI与BL组处理使芒果浸没于高温液体中，伴随着物质交换，硬度低于DF组。在陈竹兵等浸渍萝卜的研究中也出现了类似变化。

表1 不同处理后冷冻芒果的质构特性

弹性是指经过压缩以后的变形样品去除变形力后，恢复到变形前的条件下的高度或体积比率。从表中可知，弹性和回复性在冷冻后均有一定程度上升(P<0.05)，这说明虽然冻后芒果出现损伤塌陷，但整体结构尚且完整，水分流失使芒果弹性增加，向下按压时回复能力增强。

胶着性是指将食物内部凝聚在一起的力，由表可知BL后的芒果胶着性最差，这是由于热漂烫使芒果中的果胶等成分受热变质，软化了细胞壁，使芒果内部质地转为松散状态。SI、VC处理对芒果胶着性的改变作用不明显。

3.8 不同预处理方式对芒果果肉块抗坏血酸含量的影响

抗坏血酸是芒果中的重要营养物质之一，因其易溶于水且在加热状态下不稳定，常常在加工中造成损失。因此在选择预处理方式时，要考虑处理过程对芒果营养成分的保持作用。图7为不同处理后芒果的抗坏血酸含量与新鲜芒果对比图。由图可知BL处理后抗坏血酸损失最严重，新鲜芒果抗坏血酸含量为10.4 mg/100 g，漂烫后仅剩1.75 mg/100 g。这是由于抗坏血酸为易溶于水的热敏性物质，漂烫时温度达80 ℃，高温使抗坏血酸迅速分解失活，还有部分抗坏血酸流失在水中。同理，SI组含量降至4.42 mg/100 g，芒果在溶液中长时间浸泡是主要原因。

图7 不同处理方式pH变化曲线

真空预冷处理和直接冷冻后抗坏血酸含量分别为8.76 mg/100 g和9.24 mg/100 g，这表明这两种方式对芒果中抗坏血酸具有良好的保持作用。

4 结论

经过不同预处理的芒果与传统直接冷冻处理的冷冻速率有明显差异，品质变化影响较大。其中真空冷却使芒果的冷冻速率较快，其次是糖渍，漂烫对加快冷冻速率效果不明显。糖渍能够使芒果可溶性固形物含量上升，水分与可滴定酸含量下降，但是抗坏血酸含量因溶液浸泡流失严重；热水漂烫因温度较高保护了色泽，但是硬度下降明显，糖含量和抗坏血酸流失严重，可滴定酸急剧增加，这会导致较差的口味体验；而真空冷却通过使水分蒸发实现芒果降温，减少了芒果与液体直接接触，保障了糖含量和酸含量的维持，对抗坏血酸的保持作用也较明显。因此真空冷却是一种接触少、减少被冷却物营养损耗、效率高的冷却方式，未来可在水果及其他样品的预处理中深入发掘其作用。