藍莓不同凍結方式下工藝特性及貯藏品質的研究

張慶鋼，陶樂仁，鄧　云，鄭志皋，蔡梅艷

（1.上海理工大學低溫與食品研究所，上海200093；2.哈爾濱商業大學制冷空調研究所，黑龍江哈爾濱150028；3.上海交通大學食品科學與工程系，上海200240）

藍莓不同凍結方式下工藝特性及貯藏品質的研究

張慶鋼1，2，陶樂仁1，鄧云3，鄭志皋1，蔡梅艷1

（1.上海理工大學低溫與食品研究所，上海200093；2.哈爾濱商業大學制冷空調研究所，黑龍江哈爾濱150028；3.上海交通大學食品科學與工程系，上海200240）

研究了在液氮式流態化速凍和-25℃冰箱慢速凍結兩種凍結方式下藍莓的凍結、解凍工藝特性及其凍后樣品在貯藏期間的感官品質變化規律。結果表明：就凍結方式而言，藍莓液氮式流態化速凍優于冰箱慢凍；就解凍工藝而言，解凍規律呈現多樣性。質構儀對藍莓硬度的檢測與圖像處理法對藍莓內部顏色的檢測，結果均反映出同階段流態化速凍樣品優于冰箱慢凍樣品。通過對藍莓腐爛率的統計，確定了液氮式流化床速凍藍莓的貯藏期150天左右，優于冰箱慢速的105天貯藏期。

藍莓，速凍，解凍，感官檢驗，圖像處理

藍莓（Vaccinium corymbosum L.），通常稱為越橘果，風味獨特，營養豐富[1-2]。可促進視網膜“桿細胞”生成，改善眼部肌肉疲勞[3]。能防止自由基的氧化作用，具有強力抗氧化和抗過敏功能，可保護腦神經不被氧化，穩定腦組織功能[4-5]。目前在國際市場上，常見的藍莓制品有藍莓飲料、藍莓果酒[6-7]、藍莓乳制品、藍莓休閑食品等[8-11]。生產這些產品長期需要大量藍莓原料，但藍莓屬多水分漿果，果實成熟期在6～8月份的高溫多雨季節，采后果實在常溫條件下放置2～4d即開始腐爛，不宜貯存[12]。如何在采收后長期保存藍莓，成為了藍莓產業發展中一項關鍵技術。現在貯存藍莓的方法有高氧[13-14]、氣調[15-17]、紫外線照射、殼聚糖涂膜[18]等方式。

流態化速凍以其凍結速度快、解凍后食品質量高的特點逐漸發展成為單體速凍食品產品的重要工業凍結方法之一[19]。應用液氮式流化床速凍藍莓技術的相關報道目前在國內外尚不多見。本項研究對比了藍莓在液氮式流化床速凍和冰箱中慢凍條件下，凍結和解凍工藝特性的區別；利用感官檢驗、結合質構儀檢測、圖像處理等方法，對比分析了藍莓在速凍和慢凍條件下，貯藏期間感官品質的變化規律；確定了藍莓液氮流態化速凍和冰箱中慢凍的貯藏期，為進一步優化藍莓的流化床速凍工藝提供理論基礎。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

藍莓采自上海市青浦現代農業園，生長條件一致，成熟度達到食用成熟度。分揀工作在冷庫整理間中完成，挑選無病蟲害及機械損傷的藍莓，單顆藍莓的平均直徑為（12±2.5）mm。

NR-C25EM1冰箱日本松下；prova 800型溫度采集儀臺灣泰仕；TA.XT plus質構儀英國SMSTA；Canon EOS 550D數碼相機日本佳能。

1.2液氮式流態化速凍

1.2.1實驗裝置實驗所用液氮流化床速凍機結構如圖1，裝置主要由液氮噴淋預凍與流態化速凍兩部分組成。其凍結流程如下：首先，食品經過輸送帶的輸送后進入液氮噴淋預凍段，在該段里液氮由液氮噴嘴5噴出。接著，預凍后的食品進入流態化速凍階段。高壓氮氣瓶1對液氮灌2加壓至0.2～0.3MPa，由噴嘴12噴出的霧狀液氮，在風道11內和送風迅速換熱蒸發，同時將風道11中的空氣冷卻。被冷卻后的空氣向上經過物料，使其在流態化狀態下迅速降溫凍結，完成凍結后的凍品最終從出料口10出料。

圖1　液氮噴霧式流態化食品速凍機結構Fig.1　Structure of liquid nitrogen fluidized bed

1.2.2速凍方法將藍莓清洗、晾干。將樣品在液氮式流化床上速凍。實驗參數設定為：凍結溫度-40℃、風機風速4.5m/s、床層高度3.6cm[20]。實驗時用三個熱電偶感溫探頭分別測3個不同的藍莓中心溫度，通過溫度采集儀采集溫度，當中心溫度達到-15℃時，實驗結束。將流化床速凍完成的藍莓抽出部分樣品即刻進行解凍實驗，其余樣品貯藏于-25℃冰箱中，用于硬度和凍藏期間的品質測定。

1.3-25℃冰箱慢速凍結

將2kg清洗、晾干的藍莓均勻盛入兩個鐵盤（300mm×250mm），放進-25℃冰箱進行慢速凍結。測溫方式同上，當中心溫度達到-15℃時，凍結結束。立即對慢速凍結樣品進行解凍實驗，將剩余樣品貯藏于-25℃冰箱中，用于硬度和凍藏期間的品質測定。

1.4檢測項目及方法

1.4.1凍結時間溫度采集儀每間隔1s采集一次溫度，并有時間顯示及記錄。凍結時間是指藍莓由20℃左右，經過冷卻、凍結和過冷三個階段，中心溫度達到-15℃時所用的時間，不包括流化床和冰箱自身降溫時間。

1.4.2解凍時間將流化床速凍和冰箱慢凍的藍莓樣品各取出三個，分成三組，每組樣品包括流化床速凍和冰箱慢凍的藍莓各一個。將三組樣品分別放在空氣（室內環境條件）、水（室內環境條件）和冰箱冷藏間（4℃）中進行解凍，溫度測量采集方法同凍結。由于空氣、水和冰箱冷藏間三種解凍條件中，冰箱冷藏間溫度參數穩定性相對于空氣和水要強，所以可將冰箱中的藍莓中心溫度恒定作為實驗結束的判據。當冰箱中解凍最慢的藍莓的中心溫度趨于穩定在4℃時，實驗結束。

1.4.3硬度硬度不僅影響果實的外觀商品性狀，還影響果實的口感。硬度大小是判斷果實貯藏品質的重要指標。采用質構儀，分別測量流化床速凍和冰箱中慢凍（-25℃冰箱冷藏24h后）的藍莓硬度，每組檢測13個樣。檢測前將樣品統一在4℃恒溫箱中解凍半小時。為了對比經過冷凍加工的藍莓硬度變化大小，設置對照組為在4℃冰箱中冷藏了24h的新鮮藍莓。測量參數設定：探頭為P/0.5；測試前速度為2.0mm/s；測試速度為1.0mm/s。

1.4.4顏色由于藍莓內部顏色變化是品質變化的一個衡量指標，且短期內不容易區分，所以可借助圖像處理手段，較精確的區分藍莓在不同凍結方式、不同貯藏階段的顏色變化。具體操作如下：抽取凍藏第0、20、40、60、90、120、150、180d的藍莓樣品，剖開處理后，用數碼相機在相同的光照環境和拍照參數（距離、光圈、曝光時間等）下對其剖面進行拍照；流化床速凍和冰箱中慢凍樣品分別抽取3個，每個藍莓照3次。選取拍照效果清晰的照片用計算機軟件進行圖像處理，求出每張照片的灰度直方圖。

1.4.5腐爛率流化床速凍和冰箱慢凍的藍莓樣品均貯藏于-25℃冰箱中，由于冰箱溫度不穩定，藍莓會發生凍融循環，破壞藍莓結構，出現藍莓腐爛現象。但因為兩組藍莓的初期加工質量不同，所以腐爛速度和程度不一樣。通過統計腐爛率可以確定采用兩種凍結方式的藍莓貯藏期的差異。具體操作如下：每次拍照前同時進行腐爛率的統計，果實腐爛率（%）=（爛果數/總果數）×100。（注：爛果是指果實表面至少有一處發生汁液外漏或腐爛現象。）按照腐爛率高低進行有效貯藏期統計，腐爛率為10%以下的貯藏天數即為有效貯藏期。每個處理隨機統計100個果實。為了對比經過冷凍加工的藍莓貯藏期延長情況，在統計腐爛率時設置一個對照組，對照組為貯存于4℃冰箱中的新鮮藍莓。

1.5統計分析

用Matlab7.0軟件進行圖像處理分析。

2　結果與分析

2.1藍莓不同凍結方式下凍結時間的研究

圖2為藍莓液氮式流態化速凍和冰箱慢凍的凍結曲線。圖2反映出兩組樣品凍結特性的區別。首先是凍結時間長短不同：流態化速凍過程約16min，冰箱慢凍過程約47min；其次是通過最大冰結晶生成帶的時間不同：流態化速凍過程時間短，冰箱慢凍過程時間長，通過最大冰結晶生成帶的時間越長，藍莓細胞內水分向外遷移越充分，生成的冰結晶顆粒體積越大，對藍莓細胞結構的破壞性越大；再次是過冷過程明顯程度不同：流態化速凍過冷過程溫差小、不明顯，而冰箱慢凍過冷過程溫差大，很明顯，過大的過冷溫度增加了凍結過程的耗能。綜上所述，就凍結方式而言，藍莓液氮式流態化速凍優于冰箱慢凍。

圖2　流態化速凍和冰箱慢凍凍結時間對比Fig.2　Comparison of freeze time for fluidized quick freezing and refrigerator slow freezing

2.2藍莓不同凍結及解凍方式下解凍時間的研究

圖3是藍莓在流態化速凍和冰箱慢凍兩種凍結方式下，分別采用空氣（室溫）、水和冰箱解凍的溫度變化規律。圖3可以反映出兩方面的解凍規律：第一是解凍時間不同，水解凍時間＜空氣解凍時間＜冰箱解凍時間；第二是流態化速凍和冰箱慢凍樣品在不同種解凍方式中，解凍規律呈現多樣性，即在水解凍中，速凍樣品解凍時間短于慢凍樣品；在空氣解凍中，速凍樣品解凍時間慢于慢凍樣品；而在冰箱解凍中，速凍樣品解凍速度先慢于后快于慢凍樣品；第三是解凍過程穩定性不同，空氣解凍和冰箱解凍穩定性較好，而水解凍受水的流動性限制，表現出解凍后期溫度易出現波動，穩定性較差。溫度波動會使解凍樣品品質下降。

2.3藍莓不同凍結方式下硬度的對比研究

果實硬度降低，主要由于組織中果膠和水分含量發生變化。一方面，在果膠酶作用下，原果膠逐漸轉化為果膠，果實開始變軟，進一步轉化為果膠酸；另一方面，果實失水，細胞膨脹壓減小，果實變軟。圖4為藍莓分別在4℃冷藏、-25℃慢速凍結、流化床速凍條件下的硬度。圖4顯示，藍莓經過凍結，解凍后的硬度低于未經過凍結的藍莓；同樣經過凍結，流化床速凍藍莓的硬度，強于慢速凍結藍莓的硬度。

圖3　不同凍結及解凍方式下解凍時間的變化規律Fig.3　The change regularity of thawing time by different freezing and thawing mode

圖4　不同加工條件下藍莓的硬度對比Fig.4　The firmness comparison of blueberries in different processing conditions

圖5　藍莓流化床速凍后不同貯藏期時的內部顏色灰度直方圖Fig.5　Internal color and gray histogram of blueberries after quick freezing by fluidized bed in different storage life

2.4不同凍結方式下藍莓貯藏過程內部顏色的變化規律

圖6　藍莓-25℃慢速凍結后不同貯藏期時的內部顏色灰度直方圖Fig.6　Internal color and gray histogram of blueberries after slow freezing at-25℃in different storage life

圖5和圖6分別表示藍莓流化床速凍和-25℃慢速凍結后不同貯藏期時的內部顏色照片對應的灰度直方圖。灰度直方圖是灰度級的函數，它表示圖像中具有每種灰度級的像素的個數，它反映圖像中每種灰度出現的頻率。一般來說，灰度直方圖的橫坐標是灰度級，縱坐標是該灰度級出現的頻率。每個直方圖由三部分組成，分別表示照片的紅、綠和藍單色灰度直方圖。對于單色直方圖來說，圖像峰值越趨向橫坐標0點，表示照片越暗；反之越亮。峰值越明顯，表示色彩越單一，界線越清晰；反之表示色彩多樣均衡，界線不清晰。將0～180d內檢測樣品的紅、綠和藍單色直方圖分別縱向排列在一起，各自的峰值用趨勢線連接，就能清楚反映藍莓不同貯藏時間紅、綠和藍的峰值在橫坐標上的相對位置變化情況。由圖5和圖6中看出，流化床速凍后120d，直方圖峰值仍明顯，而同期的-25℃慢速凍結藍莓已出現多峰值，并趨于平緩。圖5中紅、綠和藍的峰值相對位置120d之前保持穩定。而圖6中綠的峰值與紅的峰值相對位置加大，與藍的峰值相對位置減小，說明藍莓內部顏色由黑白較分明，逐漸趨于黃色，然后藍綠成分加大，色彩變暗。以上現象均說明從顏色變化方面對比，流化床速凍優于-25℃慢速凍結。

2.5不同凍結方式下藍莓貯藏過程腐爛率的變化規律

如圖7所示，通過對4℃冷藏、-25℃慢速凍結和流化床速凍三組樣品的腐爛率的統計，結果表明：4℃冷藏的藍莓18d左右腐爛率就已超過10%，-25℃慢速凍結的藍莓大約105d腐爛率超過10%，而流化床速凍藍莓在150d時腐爛率才將要達到10%。從而可確定不同處理方式藍莓的有效貯藏期分別為18、 105、150d。

圖7　不同處理方式對藍莓腐爛率的影響Fig.7　Effect of different treatment ways of Blueberry on decay rate

3　結論

藍莓液氮式流態化速凍和冰箱慢凍的凍結曲線，反映出不同凍結方式下藍莓的凍結時間、最大冰結晶生成帶和過冷溫度的區別，為優化凍結品質、節約能源等方面提供了理論依據。

藍莓在流態化速凍和冰箱慢凍兩種凍結方式下，分別采用空氣（室溫）、水和冰箱解凍，不僅是解凍時間不同，解凍規律也呈現多樣性。如果單純追求解凍時間短，可采用水解凍；如果單純追求解凍品質，可采用冰箱解凍；如果將兩者綜合考慮，可用空氣（室溫）解凍。

藍莓經過凍結，解凍后的硬度低于未經過凍結的藍莓；同樣經過凍結，流化床速凍藍莓的硬度，強于慢速凍結藍莓的硬度。

對貯藏期間的藍莓采取圖像處理的方法進行顏色檢驗，結果表明同階段流態化速凍樣品優于冰箱慢凍樣品。通過對藍莓腐爛率的統計，確定了液氮式流化床速凍藍莓的貯藏期150d左右，優于冰箱慢凍的105d貯藏期。

本項研究僅是兩種凍結方法的凍結時間、解凍規律和凍結后長期貯存期間的感官品質對比，今后可對多種凍結方式下，藍莓營養物質的變化做深入研究。

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Study of process characteristics and storage quality of blueberries under different frozen ways

ZHANG Qing-gang1，2，TAO Le-ren1，DENG Yun3，ZHENG Zhi-gao1，CAI Mei-yan1
（1.Institute of Cryogenics and Food，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China；2.Institute of Refrigeration and Air Conditioning，Harbin University of commerce，Harbin 150028，China；3.Department of Food Science and Technology，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China）

The blueberry frozen，thawing process characteristics andsensory quality variation of the frozen samples during storage were studied in this paper under the two kinds of freezing methods，liquid nitrogen fluidized quick-frozen and slow-frozen in-25℃ refrigerator.In terms of the frozen methods，the results showed that the liquid nitrogen fluidized quick-frozen blueberries were better than those slow-frozen in refrigerator.In terms of thawing process，thawing regulation showed diversity.Using Texture analysis（TPA）to test the firmness of blueberry and using image processing method to test interior color of blueberry，both results reflected that at the same stage fluidized quick-frozen samples were better than those slow-frozen in refrigerator.Through the statistics of the rotten rate of blueberries，the storage life of liquid nitrogen type fluidized bed frozen blueberries was about 150 days，which was better than those slow-frozen in refrigerator which storage life was 105 days.

blueberry；frozen；thawing；sensory test；image processing

TS255.3

A

1002-0306（2015）04-0348-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.067

2014－05－07

張慶鋼（1973-），男，博士，副教授，主要從事食品冷凍冷藏方面的研究。

國家自然科學基金（No.31271955）；高校博士點專項科研基金（博導類聯合3312301001）。