冷凍青椒護綠保硬工藝優化

杜長婷，黃 峰，陳旭華，張春暉

（1.河北農業大學食品科技學院，河北保定 071000；2.中國農業科學院農產品加工所，農業部農產品加工綜合性重點實驗室，北京 100193；3.中國農業科學院西部農業研究中心，新疆昌吉 831100）

在快節奏生活、餐飲連鎖化等因素共同推動下，預制菜行業快速發展，2022 年中國預制菜市場規模達4151.5 億元[1-2]。隨著冷鏈技術發展和人們消費習慣改變，冷凍復熱菜肴已成為預制菜消費的一個主要形式。冷凍蔬菜保持了顏色、質地、風味和其他感官品質，還有食用方便、快捷的優勢。在菜肴體系中，以青椒為主料或輔料的菜肴有很多，如青椒炒肉、青椒炒雞蛋、青椒釀肉等。青椒因其鮮艷色澤，高營養價值以及獨特的風味，受到廣大消費者的喜愛[3]。但是青椒在冷凍過程中，冰晶體積的變化會對細胞結構造成不可逆損傷[4]，使青椒出現褐變、質構塌陷等問題，甚至影響產品品質。因此青椒的護綠保硬技術一直是速凍行業中的難題。

近年來，許多學者通過物理方法、化學方法或復合處理方法對蔬菜進行護色保硬，如Wang 等[5]研究表明高靜水壓處理后的菠菜具有較高葉綠素含量，有效維持了葉綠素穩定性，達到了較好護色效果；趙鉅陽等[6]發現碳酸氫鈉、醋酸鋅等溶液對地三鮮起到了良好的護色作用；Huang 等[7]的研究表明利用氣調包裝和高壓靜電場使卷心菜的保質期延長至60 d，并保持了其色澤和質地。然而以上方法大多數應用于蔬菜加工儲藏過程中，在蔬菜冷凍過程中的應用較少。在蔬菜加工過程中，食鹽的護色效果引起了學者的關注。食鹽通過緩解加工過程中葉綠素降解，達到護色目的[8]，其在青椒[9]、梨[10]護色效果顯著。海藻糖可以作為冷凍保護劑來降低冰晶形成時對細胞結構造成的損害[11]。西蘭花[12]、胡蘿卜[13]、南瓜[14]等產品，通過浸泡海藻糖，可在速凍加工過程中維持較好的感官品質。氯化鈣可通過Ca2+與果膠交聯形成“鈣橋”，抑制果膠酶活性，防止果膠酸生成水溶性果膠，從而維持蔬菜脆度[15]。對于不同果蔬，氯化鈣的最佳用量不同，綠葉蔬菜氯化鈣質量分數0.1%（m/m）[16]，白蘿卜氯化鈣濃度3.0%[17]，芥菜氯化鈣濃度0.24%[18]。因此，最佳用量還需實驗來論證。研究表明，復合處理比單獨處理護綠保硬效果更好[19]。目前，還沒有學者將食鹽、海藻糖和氯化鈣復合處理應用于冷凍青椒，研究其對解凍青椒的護綠保硬效果。

本研究以青椒為研究對象，在單因素實驗基礎上，通過響應面設計法，探討食鹽、海藻糖、氯化鈣復合處理對解凍青椒品質的影響。篩選出最佳工藝參數，通過測定相關指標驗證護綠保硬效果，旨在提高解凍青椒的品質，同時為冷凍菜肴中青椒護綠保硬提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青椒、食鹽 北京市海淀區幸福榮耀超市；海藻糖、氯化鈣 北京萃鋒科技有限公司；無水乙醇、磷酸鹽緩沖液 北京索萊寶科技有限公司；乙酸異戊酯上海阿拉丁生化科技股份有限公司；聚乙二醇6000、聚乙烯吡咯烷酮、Triton X-100 上海源葉生物科技有限公司；戊二醛固定液、鄰苯二酚 上海麥克林生化科技股份有限公司。

CR-400 色差儀 日本柯尼卡美能達公司；TA·XT Plus 質構分析儀 英國Stable Micro Systems 公司；Spectra Max 340PC384 酶標儀 美國MBD 公司；BSA423S 電子分析天平 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；S-570 掃描電子顯微鏡 日本日立公司；TU-18 紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 原料選擇→清洗→切塊→漂燙→冷卻→瀝水→預冷→速凍→解凍。

選擇新鮮無劃痕、大小一致、色澤相近的青椒作為原料，先將青椒表皮上的污物洗凈，去除果蒂、籽座，切成大小一致的青椒塊。將青椒迅速放入沸水中漂燙5 s，撈出迅速放入含有添加劑的冷水（5～10 ℃）中浸泡，瀝干。將經過預處理的原料預冷至0 ℃，將青椒密封至避光真空袋中，排盡空氣，置于-40 ℃冰箱中冷凍24 h。取出靜置于4 ℃冰箱中，直至冰晶消失。

未處理的解凍青椒為對照組，只經漂燙處理的解凍青椒為漂燙組，漂燙后經護綠保硬處理的解凍青椒為處理組。

1.2.2 漂燙時間和浸泡時間的確定 設定漂燙溫度為100 ℃，漂燙時間設0、5、10、15、20 s，漂燙后立即放入5～10 ℃冷水中浸泡10 min；設定青椒樣品100 ℃沸水中漂燙5 s，立即放入浸泡液為5～10 ℃冷水，其中氯化鈣質量分數為0.1%，浸泡時間設0、15、30、45、60 min。樣品瀝干水后放入冰箱冷凍，對解凍后青椒進行多酚氧化酶活力和硬度測定，確定最佳漂燙時間和浸泡時間。

1.2.3 單因素實驗設計 研究浸泡液中食鹽質量分數（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%），海藻糖質量分數（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%，1%），氯化鈣質量分數（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）對解凍青椒色澤和硬度的影響，分別進行單因素實驗。

1.2.4 響應面優化試驗設計 根據單因素實驗結果，對食鹽、海藻糖和氯化鈣復合處理進行優化，以色差值（Y1）和硬度（Y2）為響應值，采用Box-Behnken 試驗設計，進行3 因素3 水平的響應面試驗，以確定青椒解凍護綠保硬最佳工藝條件。因素水平見表1。

表1 響應面試驗設計因素及水平Table 1 Factors and levels of response surface test design

1.2.5 多酚氧化酶活力測定 多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活力測定參照曹建康等[20]的方法，測定青椒果實在420 nm 波長處的吸光度。以每克果實每分鐘在420 nm 波長處吸光度增加1 為1 個PPO 活力單位（U）。

1.2.6 硬度測定 以沈月等[21]的方法為參考，并稍作改動。用質構儀進行測定，用P/2E 探頭分別在解凍后青椒塊的內果皮上、中、下三個部位進行測定，結果取其平均值，測前、測后速率為2.0 mm/s，測定速率為1.0 mm/s，穿刺形變為75%，觸發力5 g，測定內側果實硬度。

1.2.7 色澤測定 使用色差儀對青椒進行色澤測定。取青椒塊外表皮的上、中、下部位，分別測定解凍前青椒的L0*、a0*、b0*值和解凍后青椒的L*、a*、b*值。使用前進行白板校正。根據公式（1）計算樣品的總色差ΔE。

式中：ΔE代表青椒總體色差變化，其值可以反映青椒的褐變程度。

1.2.8 葉綠素含量測定 參照Lichtenthaler[22]的方法，并略有改動。稱取0.1 g 樣品，加入5 mL 無水乙醇，冰浴勻漿。在4 ℃下，7671 r/min 離心10 min，取上清液，在665、649 nm 處測定吸光度值。按公式（2）計算葉綠素含量。

式中：Ca和Cb分別為葉綠素a 和b 的濃度，mol/L；系數為根據Lambert-Beer 定律，測定葉綠素a、b 在乙醇溶劑中的最大吸收峰所得；A665和A649代表在665、649 nm 下的吸光度值；CT為總葉綠素含量，mg/g；V 為樣品提取液的體積，mL；m 為樣品鮮重，g。

1.2.9 汁液流失率測定 采用稱重法測定汁液流失率，分別在樣品解凍前、后用廚房紙擦去表面水分并稱其質量，記為m1、m2。按式（3）計算汁液流失率。

1.2.10 微觀結構 參考郭家剛等[23]的方法，并略有改動，將處理的樣品切成2 mm×2 mm×3 mm 的長方體，用體積分數為2.5%的戊二醛溶液固定48 h，用0.1 mol/L 磷酸鹽緩沖液洗滌3 次，把組織樣品依次浸入不同體積分數（25%、50%、70%、95%、100%）的乙醇和乙酸異戊酯進行脫水處理，脫水后的樣品放入臨界點干燥儀內干燥。將干燥后的樣本緊貼于導電碳膜雙面膠上，放入樣品臺上進行噴金，在掃描電子顯微鏡下觀察并拍照。

1.2.11 感官評價 參考陳樂等[24]的方法，并略有改動。挑選10 名與食品相關專業的學生，男女各5 人。每位成員從色澤、氣味、滋味、質地等方面對經過不同處理的青椒進行評定，感官評價標準見表2。

表2 感官評價標準Table 2 Sensory evaluation criteria

1.3 數據處理

每組試驗重復3 次，結果以平均值±標準偏差表示。使用IBM SPSS Statistics 27 統計分析軟件進行顯著性分析（P＜0.05），通過Design-Expert 12 進行響應面的設計和分析，使用Origin 2022 對數據進行統計分析和繪圖。

2 結果與分析

2.1 漂燙時間和浸泡時間的確定

PPO 是導致果蔬發生酶促褐變的關鍵酶[25]。由圖1 知，不同漂燙時間對PPO 活力的影響顯著差異（P＜0.05），隨著漂燙時間增加，PPO 活力呈下降趨勢。漂燙5 s 時青椒PPO 活力較未漂燙青椒降低66.80%。由圖2 可知，隨著漂燙時間增加，青椒硬度呈先上升后降低趨勢。漂燙5 s 時，青椒硬度最大，為4.83 N，可能是漂燙鈍化酶，防止色澤劣變，延緩果膠物質降解，提高青椒品質[26]。漂燙時間超過5 s時，青椒硬度逐漸降低，可能是漂燙時間過長破環了細胞結構[26]。綜上，為使PPO 活力降低并有較好硬度，冷凍前漂燙預處理時間為5 s 最佳。

圖1 漂燙時間對青椒PPO 活力的影響Fig.1 Effect of blanching time on the PPO activity of green pepper

圖2 漂燙時間對青椒硬度的影響Fig.2 Effect of blanching time on hardness of green pepper

為了避免漂燙后青椒因過熱軟化組織，需迅速放入冷水中浸泡。由圖3 可知，不同浸泡時間對青椒硬度的影響有顯著差異（P＜0.05），青椒硬度隨浸泡時間增加呈現先上升后降低趨勢。浸泡時間為15 min 時，青椒硬度最大。浸泡時間過長使青椒組織軟化[18]，硬度降低。因此，確定最佳浸泡時間為15 min。

圖3 浸泡時間對青椒硬度的影響Fig.3 Effect of soaking time on hardness of green pepper

2.2 不同浸泡液的單因素實驗結果

食鹽被廣泛用于蔬菜加工中，由表3 可知，食鹽對青椒色澤和質構有重要影響。青椒L*值隨食鹽使用量增加呈現上升趨勢，b*值隨食鹽使用量增加而不斷降低。食鹽超過0.4%時，青椒色差值差異不顯著（P＞0.05），達到了護色效果，這與賈麗娜[9]的結果相似。不同質量分數食鹽溶液漂燙對青椒硬度的影響有顯著差異（P＜0.05），0.6%食鹽漂燙后的青椒硬度最大，為5.09±0.11 N，可能是由于滲透壓作用，一定程度上降低青椒含水量，改善青椒解凍后品質[27]。

表3 添加劑種類及質量分數對青椒色澤和硬度的影響Table 3 Effect of additive type and quality fraction on color and hardness of green pepper

研究發現糖浸漬處理對冷凍果蔬細胞壁水和細胞質水有良好保持效果，硬度、亮度以及水分含量保持也有成效[28]。0.2%～0.8%海藻糖浸泡時，色差值無顯著差異（P＞0.05）。青椒經過不同質量分數海藻糖浸泡后，解凍后能較好保持鮮艷色澤，可能是糖分子在浸泡冷凍過程中，通過滲透作用進入到青椒內部組織，改善了褐變問題，從而一定程度上維持了青椒的色澤[29]。不同質量分數海藻糖浸泡對青椒硬度有顯著差異（P＜0.05），隨著海藻糖使用量增加，青椒硬度呈先上升后下降趨勢。0.4%海藻糖浸泡后的青椒硬度最大，為5.07±0.10 N。海藻糖使用量超過0.4%時，青椒硬度逐漸降低。

經不同質量分數氯化鈣浸泡的青椒亮度值有顯著差異（P＜0.05），紅綠值無顯著差異（P＞0.05），黃藍值有顯著差異（P＜0.05），色差值差異顯著（P＜0.05）。經0.1%氯化鈣浸泡的青椒色差值最小。不同質量分數氯化鈣浸泡對青椒硬度有顯著差異（P＜0.05），隨著氯化鈣浸泡使用量的增加，硬度先逐漸上升后下降。經0.3%氯化鈣浸泡的青椒硬度最大，為5.04±0.15 N。當氯化鈣使用量超過0.3%時，硬度逐漸下降，可能是細胞外高滲透壓的作用，使細胞內溶質和部分水分向細胞外流出[30]。氯化鈣對青椒有保硬效果，也有護色效果，與何國慶等[15]結果相一致。綜合考慮色差值和硬度指標，將0.6%食鹽，0.4%海藻糖，0.3%氯化鈣作為下一步響應面試驗設計的中心點。

2.3 響應面優化試驗結果

在單因素實驗結果的基礎上，選取食鹽質量分數（A）、海藻糖質量分數（B）、氯化鈣質量分數（C）為試驗因素，青椒色差值（Y1）與硬度（Y2）為響應值，利用Design-Expert 12 軟件中的Box-Behnken 實驗設計方案，對青椒護綠保硬進行工藝優化，試驗結果見表4。

表4 響應面試驗方案及結果Table 4 Response surface test scheme and results

2.3.1 青椒色差值的回歸模型和方差分析 對表4的Y1色差值相關數據進行回歸及方差分析，得到的分析結果見表5。根據表5 結果，得到二次多元回歸方 程 為： ΔE=1.73-0.01A-0.17B+0.29C-0.75AB+0.82AC+0.06BC+0.27A2+0.26B2+0.48C2。

表5 Y1 回歸模型顯著性檢驗及方差分析Table 5 Y1 regression model significance test and analysis of variance

由表5 可知，模型的P值小于0.01，這表明此回歸方程模型極顯著。失擬項P值大于0.05，可以看出失擬項不顯著，模型的選擇是正確的。試驗模型的決定系數R2=0.9923，校正系數R2adj=0.9824，與R2相近，表明試驗的實測值與預測值之間具有較好的擬合度。對回歸模型進行顯著性分析可知，B、C、AB、AC、A2、B2和C2對色差值影響極顯著（P＜0.01），其他影響不顯著（P＞0.05）。根據F值可知，對色差值的方程影響顯著程度由大到小依次為C＞B＞A。

2.3.2 青椒色差值的響應面分析 由圖4 可知，當海藻糖質量分數為0.4%，A 大于0.5%，C 大于0.3%時，等高線較密集，表明在此范圍內A 和C 交互作用對青椒色澤有極顯著影響。由圖4 可知，當氯化鈣質量分數為0.3%時，A 大于0.5%，B 小于0.4%時，等高線較密集，表明在此范圍內A 和B 的交互作用對青椒色澤有極顯著影響。以上分析結果與方差分析的結果一致。

圖4 食鹽、氯化鈣、海藻糖對青椒ΔE 的響應面圖Fig.4 Response surface diagram of salt, calcium chloride and trehalose treatment to ΔE in green pepper

2.3.3 青椒硬度的回歸模型和方差分析 對表4 的Y2硬度相關數據進行回歸方程及方差分析，得到的分析結果見表6。根據表6 結果，得到二次多元回歸方程為：硬度（N）=5.24-0.10A-0.06B+0.18C+0.01AB-0.11AC+0.15BC-0.43A2-0.63B2-0.18C2。

表6 Y2 回歸模型顯著性檢驗及方差分析Table 6 Y2 regression model significance test and analysis of variance

由表6 可知，模型的P值小于0.01，這表明此回歸方程模型極顯著。失擬項P值大于0.05，可以看出失擬項不顯著，模型的選擇是正確的。試驗模型的決定系數R2=0.9911，校正系數R2adj=0.9796，與R2相近，表明試驗的實測值與預測值之間具有較好的擬合度。對回歸模型進行顯著性分析可知，A、C、BC、A2、B2和C2對硬度影響極顯著（P＜0.01），B、AC 對硬度影響顯著（P＜0.05），其他影響不顯著（P＞0.05）。根據F值可知，對硬度的方程影響顯著程度由大到小依次為C＞A＞B。

2.3.4 青椒硬度的響應面分析 由圖5 可知，當海藻糖質量分數為0.4%時，A 小于0.6%，C 小于0.3%時，等高線較密集，表明在此范圍內A 和C 的交互作用對青椒硬度有顯著影響。當食鹽質量分數為0.6%時，從響應面圖曲線陡峭程度可以看出，B 和C 的交互作用對青椒硬度影響極顯著。

圖5 食鹽、氯化鈣、海藻糖對青椒硬度的響應面圖Fig.5 Response surface diagram of salt, calcium chloride and trehalose treatment to the hardness of green pepper

2.4 驗證試驗

綜合分析擬合模型，預測最佳配比為食鹽質量分數0.5%，海藻糖質量分數0.51%，氯化鈣質量分數0.25%。該條件下響應值預測結果為色差值為2.69，硬度為5.10 N。用此工藝進行驗證，護綠保硬后的青椒色差值為2.78±0.30，硬度為5.14±0.14 N，經計算各實際值與預測值之間相對偏差小于5%，色差值與預測值差異為3.35%，硬度與預測值差異為0.78%，表明響應面設計最佳條件可靠，回歸模型建立有效。

2.5 不同處理對青椒色澤的影響

果蔬色澤是影響消費者消費心理的重要指標。由圖6 可知，不同處理對青椒色差值的影響差異顯著（P＜0.05）。漂燙組較對照組的色差值降低2.13，漂燙處理較好保持樣品原有色澤[31]。處理組較對照組色差值降低3.98，處理組抑制了青椒解凍后褐變，有較好護色效果。

圖6 不同處理對青椒色差值的影響Fig.6 Effect of different treatment on color difference of green pepper

2.6 不同處理對青椒硬度和汁液流失率的影響

硬度是衡量果蔬解凍后品質的重要指標[32]。由圖7 可知，對照組和漂燙組的硬度顯著低于處理組（P＜0.05），對照組的硬度為4.27±0.10 N，漂燙組的硬度為4.79±0.07 N，處理組硬度較對照組提高20.37%。汁液流失率是衡量果蔬解凍后風味和營養物質保留情況的重要指標[33]。在冷凍過程中冰晶生長對青椒組織造成機械損傷，導致細胞結構破裂[34]，細胞物質流出。由圖8 可知，不同處理對青椒汁液流失率影響有顯著差異（P＜0.05），處理組汁液流失率較對照組降低了40.29%，可能是海藻糖降低了冰晶對細胞結構損傷[11]，提高了細胞持水性。青椒細胞含水量與硬度呈正相關[35]，汁液流失率越低，青椒含水量越高，硬度越大。

圖7 不同處理對青椒硬度的影響Fig.7 Effect of different treatments on the hardness of green pepper

圖8 不同處理對青椒汁液流失率的影響Fig.8 Effects of different treatments on the loss rate of green pepper juice

2.7 不同處理對青椒葉綠素含量的影響

由圖9 可知，不同處理對青椒解凍后葉綠素含量影響有顯著差異（P＜0.05）。漂燙組的青椒葉綠素含量較對照組高，可能是青椒冷凍前的漂燙處理導致葉綠素蛋白復合體的降解，使葉綠素含量增加[36]。處理組的青椒葉綠素含量為0.076±0.004 mg/g，較對照組、漂燙組分別提高了102.70%，35.71%，可能是食鹽、氯化鈣提高了葉綠素的穩定性[8,15]。

圖9 不同處理對青椒葉綠素含量的影響Fig.9 Effects of different treatments on chlorophyll content of green pepper

2.8 感官評價

由圖10 可知，處理組氣味評分高于對照組，可能是漂燙處理降低了酶活，去除了異味[37]。處理組的滋味評分高于對照組和漂燙組，可能是食鹽賦予了青椒更好的滋味[9]，海藻糖掩蓋了氯化鈣的苦味，使滋味評分整體得到提升。處理組使用氯化鈣處理改善了青椒質地，使青椒有較好食用品質，與陳娟娟等[38]結果一致。同時，處理組的總體可接受度高于對照組和漂燙組，得分最高，為69.00±2.49 分，較對照組、漂燙組感官評分分別提高了88%、31%。

圖10 不同處理的青椒感官評分Fig.10 Sensory evaluation scores of green peppers with different treatments

2.9 不同處理對青椒細胞微觀結構的影響

由圖11a 可知，新鮮青椒細胞排列緊密有序，細胞壁褶皺少，表面淀粉顆粒形態完好且數量較多；由圖11b 可知，青椒細胞壁在解凍過程，冰晶消失，組織軟化，細胞壁松軟塌陷，變形破裂[23]；由圖11c 可知，青椒細胞壁褶皺，漂燙預處理維持了細胞壁完整性，增強了細胞抗凍能力[39]；由圖11d 可知，青椒細胞排列松散無序，細胞壁較完整，可能是海藻糖對細胞結構完整性有保護作用[11]，氯化鈣加強了細胞壁粘連[40]。微觀結構與質構相關[41]，處理組微觀結構較完整，與硬度最大結論一致。

圖11 青椒細胞微觀結構（300×）Fig.11 Microstructure of green pepper cells (300×)

3 結論

本研究表明青椒冷凍前預處理為100 ℃漂燙5 s，浸泡5～10 ℃冷水15 min；最佳工藝參數是漂燙液中食鹽質量分數為0.50%、浸泡液中海藻糖質量分數為0.51%、氯化鈣質量分數為0.25%。該條件下處理的新鮮青椒經解凍后，色差值為2.78，硬度為5.14 N，可改善青椒解凍后褐變、質構塌陷問題；同時，該處理減少了汁液流失、延緩了葉綠素的下降，得到了較好的感官評分，維持了細胞結構，與對照組相比微觀結構較完整。綜上，該工藝條件能有效改善青椒解凍后品質，此護綠保硬工藝可以較好地保持青椒解凍后色澤和質構，為青椒菜肴中青椒的護綠保硬提供了一種方法，為實際生產提供了可行的工藝技術參考。

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