不同冻结方式对水果形态结构破坏情况的实验研究

鲁礼明 张中俊 李 芳 肖 剑 王文娟

（安徽康佳同创电器有限公司 滁州 239000）

引言

新鲜水果含有丰富的营养成分，同时还具有良好的感官品质，受到广大消费者的喜欢。但由于许多水果肉质细嫩，不耐贮藏，极易造成浪费。低温冷藏环境可以较好地保存水果，延长其货架期，但因为微生物、内源酶及非酶作用，其营养成分仍会流失。

食品冷冻是指在低于0 ℃的低温下贮藏，在此环境下微生物生长受到严格限制，酶促反应和氧化还原反应速率都受到改变。此外，食品中冷冻冰晶的形成也会降低微生物的活性。冷冻水果在贮藏期间其色、香、味和维生素没有显著变化，可用于制作各类食品，如果酱、果冻、蜜饯、点心、果汁汽水和冰淇淋等[1]。然而，低于水果冰点的温度下，冷冻过程中冰晶的生长会刺破细胞膜，解冻后则造成组织破坏，汁液流失等，食品新鲜度下降甚至不能食用[2]。

彭丹等[3]认为，在冻结过程中水果原料细胞结构的破坏主要是冻结的第一、二个阶段造成的。第一阶段主要是冰晶对细胞结构的机械损伤; 第二阶段则是因为冻结速率过快，水果体系因温度梯度引起的热应力造成断裂现象。直接影响食品质量的机械损伤很大程度上取决于冻结过程中食品组织内形成的冰晶的大小、形状、数量和分布位置，而冰晶的大小、形状、数量和分布位置又主要取决于冻结速率[4]。

由上述分析可知，冷冻保藏的果蔬营养价值较冷藏保鲜的果蔬要高，但冷冻机械损伤会引起组织破坏，口感变差。另外，冷冻机械损伤又与冻结速率相关。本文通过选择草莓及圣女果为实验对象，在不同的冷冻条件测试了上述两种水果的冻结速率，比较了不同冻结方式对水果形态结构的破坏情况，以期寻找一种适合于水果的冷冻条件。

1 材料与方法

1.1 材料

水果采购于滁州市大润发超市。化学试剂购自上海国药集团化学试剂公司。液氮及干冰购买自安徽贝特实验用品有限公司。

1.2 仪器与设备

BCD-456冷藏冷冻箱（安徽康佳同创电器有限公司）；MS104TS分析天平（Mettler Toledo）；XTC-18质构仪（上海保圣实业发展有限公司）。

1.3 样品处理

液氮组：将水果放入泡沫盒内，倒入液氮，直至液氮浸没。

干冰（-78.5 ℃）组：将水果放入装有5 kg干冰的泡沫盒内部，然后泡沫盒密封后放入设置为5 ℃的冰箱冷藏室。

冰箱拉低温（-30 ℃）组：通过修改程序强制制冷（俗称拉低温），同时堵住冷冻室其他风门，仅保留最上层风门对着水果吹风，实测温度为-30 ℃。

低温蓄冷液（-18 ℃）组：将2 kg相变点为-23 ℃的蓄冷液倒入金属密封桶内，放入设置为-18 ℃的冰箱冷冻室直至蓄冷液温度稳定为-18 ℃。测试时将水果浸没入低温蓄冷液中。

普通冷冻（-18 ℃）组：冰箱冷冻室设置为-18 ℃，温度稳定后将草莓放入其中。

1.4 指标测定

1.4.1 水果降温速率测定

将温度记录仪的温度探头插入水果中心，水果分别放入液氮、干冰、冰箱冷冻-30 ℃、-18 ℃蓄冷剂、冰箱冷冻-18 ℃五种储存环境中。温度采集间隔为60 s。

1.4.2 水果硬度测试

使用TA/20柱形质构仪探头，选取全质构测试，测试类型为下压，目标模式为距离：5 mm，测试前、后速度为2 mm/s，测试中速度为1 mm/s，触发点类型为：力、0.1 N。

1.4.3 解冻汁液流失率测试

提前测试水果中心温度在不同冷冻环境下解冻至2 ℃所需时间，以不同冷冻环境下的水果同时解冻完全，分时间取出水果。每组3颗圣女果，测试两次，称重并记录M1，同时放入不同冷冻环境，存储4 h。解冻完全后擦干表面汁液，称重并记录M2。解冻汁液流失率=（M1-M2）/M1*100 %。

2 结果与分析

2.1 草莓的试验结果

2.1.1 在液氮下冷冻的状态

草莓放入泡沫盒内，倒入液氮，数秒后草莓直接发生断裂，如图1所示。证实了水果在温度过低时会因为热应力而断裂。且因液氮下冷冻速率过快，本文未测得液氮下草莓的降温曲线。

2.1.2 草莓在四种条件下的冷冻速率

草莓在干冰、冰箱冷冻-30 ℃（拉低温）、-18 ℃蓄冷剂、冰箱冷冻-18 ℃下草莓的降温曲线如图2所示，降温速率从快至慢依次为干冰、冰箱冷冻-30 ℃（拉低温）、冰箱冷冻-18 ℃、-18 ℃蓄冷剂。此处测试结果与预期基本相符，即温度越低的环境下水果降温速率越快。

草莓在四种冷冻环境下从0 ℃到-5 ℃的降温时间见表1所示，且草莓在低温蓄冷液环境下冷冻，过程中可观察到过冷点。

2.1.3 草莓在三种条件下的冷冻解冻后的状态

本文所测试的低温蓄冷液下，草莓冷冻速率较慢，且草莓表面的蓄冷液无法有效去除，故本文仅选取了干冰、冰箱-30 ℃、冰箱-18 ℃三种冷冻后的草莓进行解冻后状态观察。环温25 ℃下解冻时间如表2所示，因此本文按顺序将干冰组取出后37 min后取出-30 ℃拉低温组，13 min后再取出-18 ℃冷冻组，保证最终解冻时间一致。

由图3可以看到，三种条件下草莓解冻后感官较差，形态结构破坏均较为严重。

三种条件下冷冻解冻后的草莓，虽然外观差异不明显。但是，如图4，切开后可观察到其内部形态被冰晶的破坏程度具有显著差异，草莓形态从优到劣依次为：干冰组、-30 ℃拉低温组、-18 ℃冷冻组。说明了不同冷冻速率对水果形态的破坏影响较大。

2.2 圣女果的试验结果

2.2.1 在三种条件下的降温速率

图1 液氮下草莓冷冻后状态

图2 四种条件下草莓的降温曲线

表1 四种条件下草莓从0 ℃到-5 ℃的降温时间

表2 三种条件下草莓解冻至2 ℃所用时间

图3 三种条件下草莓解冻后的照片

图4 三种条件下草莓解冻后切开的照片

与草莓类似，圣女果在三种条件下的降温速率依次为干冰、拉低温、冷冻，如图5。

三种条件下圣女果从0 ℃至-5 ℃所用时间如表3所示，通过时间较草莓整体更多。

2.2.2 圣女果在三种条件下冷冻取出后及解冻后的状态

如图6所示，圣女果分别冷冻4 h后取出，在干冰及-30 ℃拉低温存储两种冷冻速率相对过快的情况下，圣女果取出后表面发生了断裂现象。但是，如图7所示，-30 ℃拉低温下及-18 ℃普通冷冻条件下，圣女果解冻后有明显的汁液流出现象，且-18 ℃普通冷冻条件下有一颗圣女果解冻后发生了断裂现象。上述测试结果再次说明了：冷冻温度太低时水果会因为热应力而断裂，但冷冻温度越低水果内部的形态保存得越好。

2.2.3 圣女果在三种条件下冷冻解冻曲线

圣女果在干冰、拉低温、普通冷冻三种条件下存储4 h后，取出后在环温25 ℃下解冻，解冻曲线如图8所示。

2.2.4 圣女果在三种条件下冷冻解冻后的汁液流失率

每组选取6颗圣女果进行冷冻解冻测试，分别解冻后擦干表面的汁液，测定解冻汁液流失率，测试结果如表4所示。可见，在本文研究的三种条件下，冷冻速率越快，圣女果冷冻解冻后的汁液流失率越小。测试结果再次从侧面证明了冷冻温度越低，水果内部的形态保存也越好。

图5 三种条件下圣女果冷冻曲线

表3 三种条件下圣女果从0 ℃至-5 ℃所用时间

图6 三种条件下圣女果冷冻取出状态图

图7 三种条件下圣女果冷冻解冻后状态图

2.2.5 圣女果在三种条件下冷冻解冻后的质构分析

圣女果冷冻解冻后放在质构仪平台上，使用TA/20柱形质构仪探头下压测试，TPA质构图如图9所示。选取其中的硬度值，如表5所示。其中，因干冰及-30 ℃拉低温下的圣女果冷冻出现裂痕，导致质构仪探头下压时，干冰及-30 ℃拉低温组的圣女果不能承重。用手按压感受，形态结构完整性依次为新鲜、干冰组、拉低温、冷冻组，且干冰组远远优于普通冷冻组，如图10所示。

图8 三种条件下圣女果冷冻解冻曲线图

表4 三种条件下的圣女果冷冻解冻汁液流失率

图9 三种条件下圣女果冷冻解冻后的质构图

3 结束语

本文通过对草莓及圣女果在不同环境下的冷冻解冻试验结果进行对比，发现在本文所述的液氮、干冰、冰箱-30 ℃、冰箱-18 ℃四种环境下冷冻，水果均会受到损伤。液氮环境下水果的冷冻速率过快，其在冻结过程中直接发生了断裂。冰箱冷冻-30 ℃及-18 ℃环境下，水果冷冻解冻后的食用状态相较于可接受程度较远。在干冰环境下，水果解冻后无论是感官还是内部的形态结构，保存状态均远远优于冰箱-30 ℃较低温及冰箱-18℃普通冷冻环境。根据水果冷冻解冻后的形态结构来看，水果冷冻贮藏温度的选择，应在不导致水果发生断裂的前提下越低越好。

表5 三种条件下的圣女果冷冻解冻后的硬度值

图10 两种条件下圣女果冷冻解冻后的对比图