【摘要】【目的】评估漂烫工艺和不同冻结方式对西兰花品质的影响,并探讨其影响机理。【方法】将清洗好的西兰花切割成一定规格的花球,配制不同浓度CaCl2溶液浸泡不同的时间;用不同漂烫温度和漂烫时间恒温进行漂烫;将漂烫好的西兰花分别用液氮、深冷冰箱、鼓风速冻机中冻结,在深冷冰箱(-80°C)各放一天,放入5°C的冷柜解冻后,检测分析。【结果】漂烫前,用氯化钙溶液对西兰花浸泡处理,可以明显改善西兰花的质构;漂烫时间和温度对西兰花的过氧化物酶活性、质构、颜色影响很大,温度越高,加热时间越长,过氧化物酶失活率越大,但VC损失率也越大,西兰花褪色,质构变软;部分玻璃态冻结和鼓风速冻机速冻对西兰花的质构、可溶性成分含量有影响。【结论】优化的速冻前处理工艺为:西兰花在80mmol/L氯化钙浸泡9min后,料水比1:10,水浴pH值为7.5～8,在95°C下漂烫3min;鼓风速冻机速冻西兰花样品的质构和持水能力最差,液氮超冻的样品次之,深冷冰箱的速冻样品品质最佳。
　　【关键词】西兰花;速冻保鲜;预处理;品质
　　
　　食品速冻的目的是尽可能地保持食品原有的色香味。对于西兰花而言,质构、色泽、营养成分是衡量速冻西兰花品质的重要指标。西兰花的质构用质构仪来测量,它是一种模仿口腔咀嚼动作,客观地测量食品质构的仪器;用叶绿素含量来判断西兰花的色泽变化;VC是西兰花最不稳定的重要营养成分,VC含量的变化代表了西兰花营养品质的变化;可溶性糖和可溶性蛋白含量反映了西兰花营养、风味的变化,同时也反映了西兰花组织细胞的完整程度。所以我们主要测量了西兰花质构、叶绿素、VC、可溶糖和可溶性蛋白含量的变化情况。
　　果胶是植物细胞壁的重要组成部分,它对维持蔬菜硬度、增强蔬菜耐贮性具有重要的作用。由于钙在植物细胞壁的胶层中与果胶酸形成果胶酸钙,能抑制果胶酸对细胞壁其它成分的破坏。因此,一定浓度的钙离子对西兰花细胞壁有一定的保护作用,可以通过氯化钙溶液浸泡处理来减缓漂烫对西兰花质构的损伤。大多数蔬菜直接进行速冻贮藏时,一旦解冻后易褐变,产生异味。这是因为蔬菜中的过氧化物酶、多酚氧化酶在冻结状态仍残留一定的活性;冻结后细胞结构被破坏,释放出大量的酶,解冻时酶类活性增强,发生酶促反应而品质劣化。通常把速冻前的加热处理称为漂烫,目的是钝化西兰花中酶的活性,阻止酶对西兰花营养成分的破坏,另一方面,蔬菜经过热烫使组织变得柔软又富有弹性,使细胞内的空气逸出,从而减缓冷冻膨胀引起的机械损伤,再者漂烫可以控制西兰花的病虫害。漂烫的时间和温度是漂烫工艺的主要参数,过度漂烫会对西兰花品质有负面影响。过氧化物酶(POD)具有比其他酶更高的耐热性,当POD失活时,其他的酶也受到破坏[1]。同时西兰花的绿色是其鲜度的主要指标,过氧化物酶能破坏蔬菜绿色,所以本文以POD活性作为漂烫的依据。
　　较高的冷冻速率是实现西兰花部分玻璃化转变的必要条件,部分玻璃态冻结是指以极快的冷冻速率把样品温度降低到部分玻璃化转变温度Tg′以下,此时样品处于部分玻璃态。冻结过程中冰晶的形成、长大使细胞的结构变位、破坏,细胞壁被穿透发生机械损伤,使果蔬细胞溶液浓缩、液泡破裂释放而发生了不可逆转的生理劣化。众多研究表明,冻结过程中生成冰晶的数量和大小对于冻结过程的可逆性程度具有很大的意义[2],冻结速度越快,特别是越过最大冰晶生成带的时间越短,则冰晶愈细小,细胞完整性越好。冷冻西兰花解冻后的质构、VC含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量的变化反映了不同冻结方式对西兰花品质的影响。
　　一、材料、试剂与设备
　　1.原料与试剂
　　1.1原料: 西兰花(broccoli)品种为绿岭、中青二号,南京市青山湾市场购买,新鲜,色泽翠绿,无机械损伤及虫斑。
　　1.2试剂:2,6-二氯靛酚,购之E.Merck.D-6100 Darmstadt;邻苯二酚、草酸、抗坏血酸、无水乙醇、蔗糖、苯酚和浓硫酸均为分析纯,购之国药集团化学试剂有限公司。
　　2.主要设备
　　DS-1型高速组织捣碎机,上海标本模型厂;HH-2型数显恒温水浴锅,常州国华电器有限公司;FA1104型电子天平,上海天平仪器厂;BCD-205UT电冰箱,青岛海尔股份有限公司;BC/BD-388A冷冻柜,青岛海尔特种电冰柜有限公司;752紫外可见分光光度计,上海精密科学仪器有限公司;U410深冷冰箱(-50～-86℃),NEW BRUNSWICK SCIENTIFIC CO., INC.;鼓风速冻机,无锡市企虹制冷有限公司;TA-XT2i质构仪,Texture Analyzer, Stable Micro System, UK
　　3.实验方法
　　将清洗好的西兰花切割成花蕾直径为3～4cm,茎长3cm、半径1cm的花球,配制不同浓度 (20mmol/L,40mmol/L,80mmol/L,120mmol/L) CaCl2溶液浸泡不同的时间,漂烫温度 (75～95°C) 和漂烫时间 (0～4min,在pH为7.5～8的水浴)恒温进行漂烫,料水比1:10,然后迅速用冷水冷却备用。
　　将漂烫好的西兰花分别用液氮、深冷冰箱、鼓风速冻机冻结,在深冷冰箱(-80°C)各放一天,放入5°C的冷柜解冻后,检测分析。
　　3.1质构的测定
　　西兰花质构主要是通过质构仪进行压缩破坏性试验,来测定西兰花脆度力学特性参数。用质构仪的P0.5圆柱型测试探头,操作模式为压力测定,测试前速度5mm/s,测试速度2mm/s,测试后速度5mm/s,感应力10g,压缩距离为90%。将样品置于测试台上,测出其最大峰值-变形时间的质构图(力-变形图),曲线最大峰值即为样品脆度。选择直径1cm,茎长为4cm的西兰花小花球茎为实验样品,每批做8个样,取其平均值。
　　3.2 VC含量的测定
　　用2,6-二氯靛酚法[3]测定VC含量,取10g样品,放在研钵中加入 20mg/mL草酸适量,研磨成匀浆状。用10mg/mL草酸溶液移入100mL容量瓶中,用10mg/mL草酸溶液定容,摇匀。将样品稀释液过滤,弃去最初10~15mL滤液,立即用移液管准确吸取10mL滤液于50mL锥形瓶中,以标定过的2,6-二氯靛酚溶液滴定至溶液呈粉红色并在15s内不褪色为终点:
　　
　　式中:X—每100g样品中抗坏血酸的毫克数(mg/100g);
　　T—1mL染料溶液相当于抗坏血酸标准溶液的量(mg/mL);
　　V—滴定样液时消耗染料溶液的体积(mL);
　　V0—滴定空白时消耗染料溶液的体积(mL);
　　W—滴定时所取的滤液中含样品的质量(g)。
　　3.3 POD活性的测定
　　邻苯二胺法[4],取样品50g,加入50mL的50mmol/LpH7.0磷酸盐缓冲溶液,研磨成匀浆后,于10,000 r/min离心机中离心10 min。取0.1mL上清液,分别加入2.6mL0.1mol/L的pH为7.0 的磷酸盐缓冲溶液,0.1mL邻苯二胺-乙醇,0.2mL10 mmol/L H2O2。以酶液在分光光度计470 nm波长下每分钟吸光度的变化值表示POD活性大小ΔA470/ FW。
　　
　　
　　式中:ΔA470—样品管在470 nm处吸光值的变化;
　　D—稀释倍数;
　　FW—样品鲜重, (g);
　　t—加过氧化氢到最后一次读数时间(min);
　蛋白质浓度单位为每克鲜重含蛋白毫克数(mg﹒g-1)。
　　3.4 叶绿素a、b 含量的测定
　　采用双波长法测定叶绿素a、b的含量[5]。
　　叶绿素a、b的提取:将样品洗净、去皮等,称取5.0克左右至研钵中,加入少量碳酸钙中和细胞溶液中的有机酸,再加入80%丙酮,研磨成匀浆。在玻璃漏斗底部垫一小团脱脂棉,将匀浆通过脱脂棉过滤到100mL的容量瓶中,用80%的丙酮冲洗残渣使之无色,再用80%的丙酮定容到100mL,即得叶绿素的80%的丙酮提取液。
　　测定:以80%的丙酮溶液作空白,于663、645nm处测得吸光度分别为A663和A645,代入方程:
　　;
　　,Ca=12.7 A663-2.69 A645;
　　,Cb=22.9 A645-4.68 A663 ;
　　式中,0.1—0.1L的叶绿素提取液;
　　m—称取的样品质量,(g);
　　V—提取液体积,(L);
　　A645—样品管在645 nm处吸光值;
　　A663—样品管在663 nm处吸光值。
　　3.5可溶性蛋白含量的测定
　　采用考马斯亮兰蛋白测定试剂盒测定,试剂盒由南京建成生物工程研究所提供。
　　样品提取:分别在几株西兰花取几个小花球,切碎后混和均匀,随机称取混合样品2g,加入10mL pH 7.0 的磷酸缓冲液研磨匀浆后,于4000 r/min下离心10 min,上清液备用。
　　测定时,按试剂盒要求依次向空白管,标准管及测定管中分别加入蒸馏水,标准蛋白溶液和样品提取液各0.05mL,然后向各试管中各加入考马斯亮兰显色剂3mL,混匀,静置10min,于595nm处用1cm光径测各管吸光度,空白管调零。可溶性蛋白含量按下式计算:
　　
　　3.6可溶性糖含量的测定
　　采用苯酚-硫酸法测定[6]。
　　把1mL9%苯酚加入5mL浓硫酸的试管摇均,在485nm波长比色,以蔗糖为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。
　　样品提取:取2~3克的样品研磨均浆,沸水提取,反复冲洗滤渣,提取液定容至250mL容量瓶中。吸取0.5mL样品液,加入1.5mL蒸馏水,同制作标准曲线步骤,显色测定,由标准曲线读出糖的值。
　　3.7自由液滴的测定
　　冷冻样品的持水能力通常用解冻自由液滴法[7]。
　　取花蕾直径为3cm,茎长4cm、半径1cm的花球,称重后立即放入铺有一张滤纸的培养皿内,加盖后放入5°C冰箱的冷藏室中解冻后取出。用滤纸拭去西兰花表面的汁液,然后称重。计算减少的重量对原有重量的百分率,即为自由液滴的值。
　　
　　二、实验结果与讨论
　　1.西兰花漂烫工艺优化结果与讨论
　　1.1氯化钙溶液对西兰花花茎质构的影响
　　质地特性是公认的从物理力学性质角度来评估果蔬品质好坏的最重要指标之一。按国际标准组织定义,质地特性是指借助机械的、非触觉的和适宜的听觉、视觉、传感器能测量到的某种食品具有机械的、几何的和表面的特性[8]。具体来讲质地特性是指食品在口中咀嚼时由口中的粘膜和肌肉的接触而产生的触觉和压觉,它是硬度、凝聚性、粘度和弹性等特性的综合,借助于质地仪测得的最大穿刺力来作为衡量果蔬的脆度[9]。质构仪测出其最大峰值-变形时间的质构图(力--变形图),见图1,曲线最大峰值即为新鲜西兰花花茎的脆度。
　　Fig. 1 Texture curve diagram of broccoli
　　CaCl2溶液浸泡处理对西兰花花茎脆度的影响见图2。从图2我们可以看出,CaCl2溶液浸泡处理均能在一定程度上改善西兰花的质构,9min后渗透达到平衡;效果最好,经120mmol/L的CaCl2溶液处理后,随着渗透时间增长,西兰花脆度却呈现了下降的趋势。这主要受两个因素影响[10]:一方面,在渗透过程中,有更丰富 Ca2+与细胞壁中多聚半乳糖醛酸(果胶)的R-COOˉ基结合呈交联结构,这使漂烫对果胶的降解作用具有一定的抵抗力,改善了西兰花的质构。另一方面,由于外界渗透压高,西兰花细胞内水分流失,细胞膨压下降,进而质地下降。120mmol/L的CaCl2溶液形成的渗透压过高,对西兰花细胞壁有一定的破坏,质构反而下降。所以,我们得出结论,80mmol/LCaCl2溶液浸泡西兰花,处理9min质构最佳。
　　Fig. 2 Effects of floaking with CaCl2 solution on brittleness of broccoli scape
　　1.2漂烫温度、时间对过氧化物酶失活率的影响
　　漂烫对过氧化物酶失活率的影响见图3,由图可以看出,过氧化物酶失活是因为蛋白酶受热变性,温度、时间对过氧化物酶活性的影响较大,但温度的影响最大,温度越高,过氧化物酶失活越容易。漂烫时间2min后,过氧化物酶急剧失活,95°C加热5min,酶活残留2.1%,6min完全失活。过氧化物酶是蔬菜中最耐热的酶,过氧化物酶完全失活时组织变得过软,为漂烫过度,只要不引起引起蔬菜质变,蔬菜热烫以后可以残留一部分活性过氧化物酶,以保持2.9%~8.2%过氧化物酶活性为标准[11],反而使冷冻蔬菜的品质更好。95°C漂烫3min后西兰花的过氧化物酶活性为7.9%。
　　1.3漂烫对西兰花VC含量的影响
　　漂烫过程中西兰花的一些营养成分受热会分解,它也是速冻产品营养损失的主要原因。VC是蔬菜最不耐热的水溶性营养成分,而且会随着漂烫溶解于水流失。因此,可以把VC的含量高低作为判断漂烫工艺优劣的重要标准。由图4可知,在开始漂烫的1min之内VC损失的幅度最小,这是因为西兰花受热不充分,只有表层的VC受热分解。随着漂烫时间的延长,VC损失幅度逐渐增大。漂烫温度越高,VC含量下降越快,加热1min后,VC明显下降加快,3min后下降趋势有所缓和。75°C,85°C,95°C漂烫4min后,VC的保持率分别是68.73%,63.45%,55.40%。
　　1.4漂烫对西兰花叶绿素含量的影响
　　我们研究了三种温度下,西兰花叶绿素含量随漂烫时间延长的变化情况,从图2.5上可以看出,随着温度升高,漂烫时间的增加,叶绿素的含量大幅度下降。95°C漂烫4min后,西兰花叶绿素的损失率为28%。这是因为绿色蔬菜中的叶绿素在漂烫时,会变成脱镁叶绿素,该反应的反应系数与温度正相关。另外,要注意调节漂烫用水的pH值,因为蔬菜中的有机酸如柠檬酸、苹果酸、酒石酸、草酸溶于水中,使水浴中的水呈酸性,促进了叶绿素的脱镁反应。
　　Fig. 5 Effects of blanching temperature and time on chlorophll of broccoli
　　综合考虑漂烫对西兰花质构、营养、颜色的影响,确定漂烫的最佳工艺是水浴恒温进行漂烫,95°C漂烫3min,料水比1:10,水浴PH值为7.5~8。
　　2.部分玻璃态冻结对西兰花品质影响的结果与讨论
　　采用深冷冰箱冻结、液氮超速冻结和鼓风速冻机速冻三种方式,进行对比试验,选择直径1cm,茎长为3cm的西兰花小花球茎为实验样品,在-80°C深冷冰箱中西兰花通过最大结晶区(-1~-11°C)平均冻结速率为1.26K/min,超冻的样品是通过杜瓦瓶液氮上面的液氮气体来冻结,通过最大结晶区的平均速率为5K/min,用鼓风速冻机的平均冻结速率为0.5K/min。我们测得的西兰花Tg′是-28°C左右,我们以-50°C为冻结终温,深冷冰箱冻结、液氮超速冻结西兰花通过最大结晶区的冻结速率大于1K/min,此时西兰花均处于部分玻璃态,深冷冰箱冻结和液氮超速冻结可称为部分玻璃态冻结。鼓风速冻机冻结的样品为橡胶态,相应地鼓风速冻机速冻为橡胶态冻结。
2.1部分玻璃态冻结、鼓风速冻机速冻对西兰花花茎质构的影响
　　冻结过程造成质构损伤的主要因素是机械损伤、脱水损害、热应力和不均匀收缩。0°C水转变同温度的冰体积膨胀了大约9%,结冰相变过程引起的体积膨胀造成了机械损伤;细胞水分外渗引起了脱水损伤;同时冻结过程样品内外存在温差,导致热应力不均匀;以及快速降温时样品的体积不均匀收缩。果蔬组成成分是高纤维的,脆性较大,这些因素的综合作用大大破坏了果蔬的质构。
　　从图6得知,冻结过程生成的冰晶都会对西兰花的组织结构有一定的损伤,液氮超速冻结对西兰花质构的破坏最大,硬度下降率为16.8%。这是因为用液氮冷却时,西兰花内外急剧生成大量的冰晶,体积急剧膨胀,对细胞壁形成很大的挤压应力,而西兰花纤维含量高,脆性大,实验时已经观察到部分西兰花出现断裂现象,深冷冰箱速冻的西兰花细胞内外形成均匀细小的冰晶,大部分水在原位结晶,细胞内外的渗透压差小,对细胞造成的损伤最小。自由液滴值反映了样品的持水能力,液氮超冻的样品虽然局部出现断裂,但冰晶的分布整体上是细小均匀的,部分细胞结构完好,所以其自由液滴的值仍小于缓冻样品的。
　　Fig. 6 Effects of various frozen methods on texture of broccoli
　　实验研究中发现,相对于漂烫,冻结过程对西兰花质构破坏程度是最大的,这是因为漂烫改变了西兰花细胞壁和细胞间质中多糖的组分,细胞结构承受机械性损伤的能力下降。
　　2.2部分玻璃态冻结、鼓风速冻机速冻对西兰花可溶性蛋白、可溶性糖含量的影响
　　由图7可以看出,冻结对西兰花的细胞可溶性成分也有影响,可溶性蛋白含量变化的范围是36.2%~46.12%,可溶性糖含量变化的范围是0.06~0.64%。
　　在冻结过程中,可溶性蛋白质变性主要是由溶液浓度和pH值的变化引起的。蛋白质变性是指蛋白质在受到一些物理或化学因素的影响时性质发生了变化,如生物活性丧失、理化性质的变化等。这些变化中肽键的共价键和二硫键并未断开。蛋白质分子具有复杂的空间结构,大多数极性基团在空间结构的外围,疏水基团被包裹在结构空间内部。冻结时,pH值和离子浓度发生变化,蛋白质和水之间的相互作用被改变,疏水基团大量暴露,导致蛋白质空间结构被破坏,从而引起其活性的改变[12]。由缓冻样品组织结构破坏严重,细胞器组织溶液大量释放,其样品细胞溶液的pH值和离子浓度变化最大,很容易使蛋白质的三级结构发生逆转,失去活性的蛋白质最多。
　　西兰花可溶性糖的变化情况与细胞组织结构完整性有关,液氮超冻因降温速率过快,形成大量的冰晶,体积急剧膨胀,瞬间形成的膨胀压对植物细胞的细胞壁、液泡、高尔基体挤压,破坏。胞内细胞器的溶液释放,使可溶性糖含量大幅度增加。而速冻西兰花样品的冻结速度较慢,冻结时细胞的水分可以渗出,膨压可以缓解,对细胞内细胞器破坏较小。而鼓风速冻机速冻样品中水形成的冰晶主要是大冰晶体,冰晶对细胞壁挤压破坏程度较大,细胞壁的破损较大,可溶性糖增多。由此可见,冻结方式对产品结构和质量影响很大,冻结速率并不是越快越好。
　　Fig. 7 Effects of various Frozen methods on soluble protein and sugar
　　通过以上研究,冻结是质量(水分)迁移和热量散失过程,发现鼓风速冻机冻结的过程是质量迁移起主要作用的过程,首先细胞之间的自由水结冰,饱和压力小,细胞内的自由水未结冰,饱和压力大,因而水分由胞内大量渗出,大量的水冻结于细胞外,形成脱水性的不可逆变过程,即“脱水损害”。冻结速率越慢,脱水损害越大。采用深冷冰箱快速冻结,由于散热作用很强,冰晶形成的速冻大于细胞细胞内水的渗透速度,水分在原位形成冰结晶。而液氮超速冻结是传热起主要作用的过程,水分来不及渗出胞外,胞内外的水同时结晶,细胞急剧膨胀。对于不同类型的物料,它们最佳的冻结速率可以相差极大。因为这取决于水分渗透过程是否能跟得上降温速率,取决于细胞的表面积与体积之比,以及膜的渗透率。所以说,冻结速率过快、过慢都是相对于具体的物料而言的。
　　三、结论
　　 实验主要研究了漂烫工艺和不同冻结方式对西兰花品质的影响,并探讨了机理,主要结论如下:
　　1.在漂烫前,用氯化钙溶液对西兰花浸泡处理,可以明显改善西兰花的质构,80mmoL/L氯化钙浸泡9min效果最佳;
　　2.漂烫时间和温度对西兰花的过氧化物酶活性、质构、颜色影响很大,温度越高,加热时间越长,过氧化物酶失活率越大,但VC损失率也越大,西兰花褪色,质构变软,对加热温度和时间进行优化,得出优化的漂烫工艺为:料水比1:10(PH值为7.5~8),95°C水浴漂烫3min;
　　3.部分玻璃态冻结和鼓风速冻机速冻对西兰花的质构、可溶性成分含量有影响,鼓风速冻机冻结样品的质构和持水能力最差,液氮超冻次之;冻结后西兰花可溶性蛋白含量减小,变化范围为36.2%~46.12%,可溶性糖含量增加,变化范围为0.06~0.64%。深冷冰箱、鼓风速冻机、液氮超速冻结三种冻结方式相比,深冷冰箱速冻对西兰花品质影响最小。
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　　作者简介:
　　袁春新(1962年3月～)、男、大学本科、副研究员、主要从事农产品加工技术研究及科研管理。
　　
　　资助项目:
　　科技部科技人员服务企业行动计划项目(项目名称:蔬菜速冻保鲜节本增效技术研究与产业化,项目编号:2009GJC10025);南通市市本级科研机构科研开发应用推广专项资金项目(项目名称:南通市特色蔬菜生产加工技术服务中心,项目编号:2008-7);南通市农业科技创新项目资助(项目名称:西兰花新品种引选及其产业化开发,项目编号:AL2008024)