冷藏和凍藏方式對刺梨果品質和風味的影響

王令,左云洋,李久長,魏茂洋,胡萍

(貴州大學 釀酒與食品工程學院,貴州 貴陽,550025)

刺梨(RosaroxburghiiTratt),又名刺莓果、文先果,屬薔薇科薔薇屬灌木的一種,是多年生落葉灌木繅絲花的果實,主要生長于中國西南地區[1]。刺梨中富含維生素C、黃酮、多酚、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、多糖等物質,具有較高的食用和藥用價值[1-2]。刺梨是貴州省推進農村產業革命,助力鄉村振興與脫貧攻堅的主導產業之一[3]。截至2020年,刺梨在貴州省的種植面積已達200萬畝,占全國刺梨種植面積的90%以上,刺梨鮮果產量10萬t,加工成原汁4.05萬t[4]。然而,刺梨存在采收量大、采收期短、采收后呼吸旺盛、不耐儲存等問題,若不及時處理,將造成營養成分流失,嚴重降低商業和食用價值[5]。隨著刺梨產業的發展,傳統的冷藏保鮮存在產品貯藏時間短、易腐敗變質等問題,難以滿足需求。而凍藏主要表現為產品供應的持續性和穩定性,可以為解決刺梨采收集中、加工壓力大等瓶頸問題提供途徑。因此,為提高刺梨采收后品質及延長保藏期,探尋刺梨加工技術與方法的研究十分必要。

食品凍藏指的是采用緩凍或速凍方法將食品進行凍結,使食品在一定低溫條件以凍結狀態進行保藏的方法[6]。果蔬產品的冷凍一般采用-18 ℃以下的溫度,低溫下微生物和酶活性下降,從而可以延緩食品劣變,達到長期貯存的目的[7-8]。果蔬冷凍在國內外已有大量研究。LIANG等[9]采用浸沒式冷凍法將荔枝保藏至180 d,浸沒式冷凍保藏的荔枝感官與新鮮荔枝相似。SULAIMAN等[10]將草莓整果和果泥在-70、-15 ℃進行凍藏,發現-70 ℃凍藏至30 d時草莓多酚氧化酶活性并未減弱。王紹帆等[11]通過-18 ℃對馬鈴薯泥冷凍保藏香氣成分研究發現,冷凍過程中雖損失部分香氣成分,但增加了10種醇類物質。果蔬的長時間保存一般采用緩凍,然而緩慢凍結存在冷凍速度慢,易形成大冰晶,產品質量下降等問題[12]。近年來,新型冷凍技術快速發展,如微凍、液氮速凍、浸液式速凍等[13]。其中液氮速凍是利用超低溫液態氮迅速轉變成氣態氮,帶走大量潛熱,實現食品的快速冷凍技術,與傳統緩凍相比,其具有冷凍速度快、形成冰晶小[14]等優點,目前已在魚、蝦等水產品的凍藏加工中應用[15]。然而,目前采用液氮速凍技術保藏刺梨鮮果的研究尚未見報道。本研究對采用液氮速凍、-20 ℃緩凍、冷藏3種不同處理條件下刺梨鮮果保藏期間的色澤、維生素C、SOD、黃酮等品質成分的變化進行檢測分析,通過頂空固相微萃取-氣相色譜串聯質譜(headspace solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)技術分析不同低溫條件下刺梨果的風味差異,探討不同低溫條件對刺梨果品質和風味的影響,為刺梨鮮果加工技術及質量管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗材料:刺梨鮮果,于實驗當天采自貴州省龍里縣刺梨溝,選用充分成熟,無霉爛、無蟲眼的新鮮刺梨果,迅速運回實驗室進行處理。

主要試劑:草酸;2,6-二氯靛酚;Al(NO3)3、冰乙酸,均為分析純,麥克林生化科技有限公司;SOD試劑盒,南京建成生物工程研究所;福林酚(生化試劑)、NaNO2(分析純),國藥集團化學試劑有限公司。

主要設備:6890A/5950C氣相色譜質譜聯用儀,美國安捷倫科技有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃頭,美國Superlco公司;AR223CN(0.01 g)分析天平,瑞士梅特勒-托利多公司;ZDM-1101酶標儀,上海卓的儀器設備有限公司;HPG2132色差儀,上海三信儀表廠;752N紫外可見分光光度計,上海儀電分析儀器有限公司;TD-45手持糖度儀,浙江托普云農科技股份有限公司;MB1001榨汁機,上海云輝電器有限公司;SD-S-3T-1H隧道式液氮速凍機,江蘇科威嘉尼制冷設備有限公司。

1.2 實驗方法

樣品前處理:刺梨鮮果分為4 ℃冷藏組(A)、-20 ℃緩凍組(B)和液氮速凍后再于-20 ℃凍藏組(C)。冷藏組和緩凍組是將新鮮刺梨分別放置于4、-20 ℃條件中進行保藏,液氮速凍組是將新鮮刺梨放置于隧道式液氮速凍機(O2體積分數30%,制冷溫度為-110 ℃,傳送時間5 min)中快速凍結,再用塑料保鮮盒封裝后于-20 ℃凍藏。每一盒封裝的刺梨質量為500 g,每個處理30盒,3個處理共計90盒。定期從3個組中隨機取出刺梨進行指標測定。

樣品測定:每組隨機取5～10個刺梨果放置于室溫自然解凍30 min,去除雜質和籽粒,切碎,放入榨汁機中榨汁,過4層紗布,用于色差及理化指標測定。

GC-MS樣品前處理方式:利用頂空固相微萃取方法對揮發性成分進行萃取,在20 mL頂空瓶中加入樣品后,用DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭在60 ℃下平衡30 min,隨后萃取60 min。最后于250 ℃ GC進樣口解析10 min,解析后進行數據采集。

1.2.1 理化指標測定

維生素C的測定參考GB 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》中的2,6-二氯靛酚滴定法;總酸含量的測定參考GB 12456—2021《食品安全國家標準 食品中總酸的測定》;SOD采用南京建成公司試劑盒測定;硬度采用硬度儀測定結果以N表示;可溶性固形物(total soluble solid,TSS)采用手持糖度儀測定,結果以°Brix表示;黃酮含量的測定參考硝酸鋁顯色法,測得標準曲線為y=0.947x-0.054 0(R2=0.999)。

1.2.2 色度測定

采用色差儀測定,在每個刺梨果周均勻取點測定,共取6次,結果取平均值,其中L*表示刺梨果的亮度,a*表示刺梨果紅度,b*表示刺梨果黃度,總色差為ΔE?？偵钤酱?表示色度變化越明顯,ΔE的計算如公式(1)所示:

(1)

式中:L0*,刺梨果保藏最初的亮度值;a0*,刺梨果保藏最初的紅度值;b0*,刺梨果保藏最初的黃度值。

1.2.3 微觀結構觀察

刺梨果的微觀結構采用電子掃描顯微鏡測定,將樣品用雙面導電膠帶固定在試樣支架上,并噴灑一層金薄膜120 s,在電壓為10 kV下加速,顯微圖在放大100～200倍條件下觀察拍照。

1.2.4 GC-MS分析條件

GC條件:毛細管柱Agilent 19091S-436 HP-5 ms(60 μm×250 μm×0.25 μm)。載氣為高純度氦氣,流速為1.0 mL/min。不分流模式,進樣口溫度為250 ℃。升溫程序:50 ℃保持2 min,第一階段以3.5 ℃/min升至180 ℃;第二階段,以10 ℃/min升至210 ℃,樣品分析后溫度為310 ℃。

MS條件:電離方式電子轟擊(EI)源,電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃,質量掃描范圍為20～500m/z。

1.3 數據處理

所得數據使用Excel進行處理,使用Origin 2021進行繪圖,采用IBM SPSS Statistics 26.0軟件進行統計分析,組間數據采用單因素方差分析(ANOVA),P<0.05表示差異顯著。除特殊說明外,實驗設置3組平行,結果以平均值±標準偏差表示。

2 結果與分析

2.1 刺梨色差和外觀的變化

從圖1可知,A組刺梨果在冷藏過程中顏色不穩定,在第45天時外觀上已呈現明顯腐爛,而B組和C組的刺梨經過365 d的保藏仍保持較好的色澤和外觀,其中C組效果最好(圖1)。由表1可知,在冷藏45 d后,A組的刺梨果較第1天的L*值降低(P<0.05),這可能與刺梨果發生褐變和機械損傷有關。在4 ℃冷藏下,刺梨果多酚類物質被氧化成醌類物質,形成黑色素,產生破壞,造成膜系統的損傷,酶與底物褐變反應導致亮度下降,4 ℃冷藏下的組織結構易被破壞更易接觸外界導致褐變[16]。由表1可見,經過365 d的凍藏,C組刺梨的L*值顯著高于B組,第365天與第1天比較L*值無明顯變化(P>0.05),而B組和A組差異顯著(P<0.05),表明在長時間的凍藏中,速凍處理可以維持刺梨的亮度。各組刺梨保藏期間開始和結束時的a*值無顯著差異(P>0.05),表明3種處理對刺梨果紅度值影響不大。保藏45 d后,A組的刺梨b*無明顯變化,而B與C組刺梨b*顯著升高,經過365 d凍藏后b*也未顯著降低,說明凍藏能抑制刺梨黃色素的降解。ΔE為色澤的綜合評價指標,ΔE越大,說明色差值變化越大。在365 d凍藏中,B與C組的ΔE分別為14.99±3.84和9.15±4.73,說明緩凍對刺梨果的色差影響比先液氮速凍后再于-20 ℃凍藏大。綜合評價,液氮速凍和-20 ℃緩凍都能夠有效延長刺梨果的保藏時間,但速凍組對刺梨果的顏色和外觀保持效果更好。

表1 不同處理條件保藏對刺梨色澤的變化Table 1 Changes in the colour of Rosa roxburghii Tratt preserved under different treatment conditions

圖1 不同處理條件保藏刺梨外觀品質的變化Fig.1 Changes in the appearance and quality of Rosa roxburghii Tratt stored under different treatment conditions

2.2 刺梨色差和外觀的變化

刺梨中含有豐富的維生素C,維生素C含量變化可以作為刺梨在保藏過程中的品質指標之一。如圖2所示,3種處理組刺梨的維生素C含量總體上呈現波動下降的趨勢。

圖2 不同處理條件保藏刺梨維生素C含量變化Fig.2 Changes in Vc content of Rosa roxburghii Tratt preserved under different treatment conditions

在保藏第1天,C組和B組的刺梨果維生素C含量高于A組(P>0.05),但第45天時,刺梨維生素C含量的下降速率為C組>B組>A組,之后呈緩慢上升趨勢。劉涵玉等[17]研究不同貯藏溫度對刺梨果的維生素C含量變化也出現相似變化趨勢。維生素C的快速下降與褐變具有關聯性[18],抗壞血酸受到O2的影響分解為脫氫抗壞血酸,進一步脫羧脫氫參加Maillard反應[19]。溫度越低,凍結溫差越大,刺梨果換熱強度提高,加快水溶性維生素C隨著水分蒸發,導致在保藏前期溫度越低,損失越快[20]。在第60、90天,速凍組和緩凍組刺梨果維生素C含量突然出現升高的現象,這可能是冷凍處理在保藏中破壞了部分細胞結構,使得樣品中的維生素C更容易溶出被檢測到,從而造成測定結果偏高[21]。保藏365 d后,B組和C組刺梨維生素C保留率分別為(79.27±2.71)%、(78.27±0.65)%,說明刺梨果冷凍條件下長期保藏能較好地保留刺梨維生素C。

2.3 刺梨TSS、總酸含量、硬度的變化

TSS和總酸的含量影響水果的口感和風味,也是衡量品質好壞的重要指標[22]。如圖3-a所示,在保藏過程中,B組刺梨的總酸變化較穩定,而C組的總酸呈波動下降趨勢,說明液氮速凍處理對刺梨總酸的影響較大。在貯藏的第45天,3種條件的TSS與第1天相比明顯降低,且TSS與總酸的變化趨勢相似,呈現先下降后上升的趨勢。陸瀅等[23]對陽光玫瑰葡萄貯藏期品質研究也發現,隨著貯藏時間的延長,其TSS和總酸呈現總體波動下降趨勢。出現這種情況可能與汁液流失有關,在凍結過程中,由于冰晶作用,導致細胞膜通透性增大,加速了汁液流失[24]。此外,總酸的下降可能是在保藏后解凍過程中,細胞呼吸利用了總酸[25]。張方方[26]通過不同冷凍方式研究藍莓的品質發現,-20 ℃緩凍和液氮速凍會造成汁液一定程度的損失,可能是由于液氮凍結速度極快,導致龜裂,造成部分汁液流失。由圖3-a可知,經過12個月的保藏后,B組總酸含量從(18.79±0.85) g/L下降至(17.59±0.09) g/L,保留率為(93.83±0.05)%,而C組從(25.19±0.01) g/L下降至(16.79±0.02) g/L,保留率為(66.64±0.01)%。從圖3-b可知,C組和B組凍藏365 d刺梨TSS變化不顯著(P>0.05),凍藏過程中呈現先下降后上升再下降的變化趨勢。

a-總酸;b-TSS;c-硬度

如圖3-c所示,不同處理條件對刺梨果實軟化有較大影響。A組在冷藏至45 d快速下降,可能是刺梨腐爛影響果實硬度。而凍藏的2個組刺梨硬度在保藏過程中呈緩慢下降趨勢,但在凍藏至第180天以后呈快速下降趨勢,其中C組刺梨果硬度在凍藏期間整體高于B組,說明速凍更加有利于保持刺梨果的硬度。

2.4 刺梨SOD活力、黃酮的變化

如圖4-a所示,在不同條件下保藏的3組刺梨SOD活性在第1天時分別為(8 521.49±75.59)、(8 820.23±33.58)、(9 204.06±17.05) U/mL。在保藏期間SOD活性保留較好,但仍呈緩慢下降趨勢。保藏至第45天,SOD出現快速下降,之后又呈緩慢上升趨勢,保藏至第90天時達到最高值,之后又緩慢下降,180～365 d之間保持平穩。此外,凍藏過程中B組刺梨SOD活力整體上高于C組。但在180 d以后,2組相差不大,到365 d時分別為(7 285.63±90.97)、(7 157.89±43.82) U/mL,與第1天比較保留率分別為(82.59±0.65)%和(77.77±0.43)%,說明凍結速率對刺梨果的SOD活力有一定影響,但凍藏刺梨SOD的保留率均較高。

a-SOD活力;b-黃酮含量

由圖4-b可知,處理第1天,A組、B組和C組刺梨的總黃酮含量分別為(28.96±1.65)、(24.62±0.25)、(21.20±0.94) mg/100 g,在保藏期間整體呈下降趨勢,到第365天時,B組和C組刺梨總黃酮含量分別為(4.14±0.25)、(3.05±0.14) mg/100 g。保藏過程中,A組和B組刺梨黃酮波動較大,凍藏及凍藏時間對刺梨黃酮保留率影響較大。

2.5 不同處理組保藏期間刺梨微觀結構的對比分析

如圖5所示,為不同低溫條件下的刺梨果保藏至30 d時的微觀結構變化。在4 ℃冷藏下,刺梨的細胞膜斷裂嚴重,斷裂面折疊彎曲,表面出現松散結構,呈無規則狀態排序。在-20 ℃緩凍條件下,刺梨果也出現部分組織損傷。但是在速凍條件下刺梨果細胞結合緊密,結構保持較好,有序排布。凍結條件和溫度會對細胞空間造成影響,溫度越高,食品中形成的冰晶面積越大[27]。凍結速率會影響植物組織結構,液氮速凍會快速形成大量小型冰晶,慢凍則會形成大尺寸、數量小的冰晶,快速凍結冰晶形成發生在細胞內,緩慢凍結冰晶形成發生在細胞間,這些冰晶形成變化將會造成組織的損傷[28-30]。本實驗結果表明,液氮速凍對刺梨果實細胞結構影響小,為刺梨維生素C和揮發性風味成分的保留提供了結構基礎。

2.6 刺梨風味成分物質分析

如電子增強出版附表所示(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.035250),通過HS-SPME-GC-MS得到3種處理條件在不同保藏時間點的揮發性物質共166種。其中A組中共檢測到40種揮發性風味物質,B組共檢測到114種揮發性風味物質,C組共檢測到139種揮發性風味物質。如圖6-a所示,C組刺梨獨有的風味物質有47種,B組刺梨獨有的風味物質有19種,A組刺梨獨有的風味物質只有3種,3組刺梨果共有的揮發性風味物質有30種,C組和B組共有61種揮發性風味物質。以上結果說明速凍對刺梨的風味保留最佳,緩凍次之,而冷藏隨時間延長,刺梨風味損失較大。如圖6-b所示,隨著保藏時間的延長,3組刺梨揮發性物質的總量在不斷增加,其中C組刺梨的總揮發性物質高于其他組,經過365 d達到最高。實驗結果表明,刺梨經過液氮速凍后于-20 ℃凍藏,對刺梨的風味物質有較好的保留和聚集作用。如圖6-d可知,刺梨保藏含量較為豐富的風味化合物有酯類、烴類和醛類。

a-Venn圖;b-總揮發性物質數量;c-各種類數量;d-相對含量

2.6.1 酯類化合物

脂肪酸被認為是合成酯類的前體物質,如亞油酸、亞麻酸[31]。酯類為刺梨帶來濃郁的果香、花香以及甜香。由圖6-d可知,隨著保藏時間的延長,3組刺梨酯類化合物的種類和相對百分含量逐漸增加。3組刺梨均能檢測到的酯類物質有7種,主要為丁酸乙酯、乙酸乙酯、正己酸乙酯、辛酸乙酯等,說明這些酯類物質在保藏期間相對比較穩定。B組和C組含量較高的酯類為乙酸乙酯(B組6.20%,C組6.90%),A組刺梨中含量較高的酯類為辛酸乙酯(7.42%),3組刺梨均檢測到大量的辛酸乙酯,這與李婷婷研究結果相似[32]。辛酸乙酯具有白蘭地酒香味,會對主體香味和其他非主體香味具有抑制作用,濃度太高會影響整體的風味[33]。乙酸乙酯在保藏第1天均未檢測到,分別在第35天開始出現,在凍藏180 d后都呈現了增加的趨勢,乙酸乙酯在低濃度時呈現出水果的芳香味,但濃度過高會有不愉快氣味。酯類是提供果香味的主要物質,刺梨在保藏過程中酯類化合物種類的增加,醇類、酸類化合物種類的降低可能與保藏中發生酯化反應有關[34]。酯類化合物僅在冷藏檢測到的有1種,為(E)-3-己烯-1-丁酸酯(6.48%)。凍藏過程雖損失小部分酯類物質,但增加了20種酯類物質,為(E)-3-己烯-1-乙酸酯、1-甲基乙酸己酯、甲酸己酯、乙酸丙酯等。其中,甲酸己酯(6.40%)、(E)-3-己烯-1-乙酸酯(5.75%)相對含量增加最多。

2.6.2 烴類化合物

烴類一般具有較高的閾值,對揮發性物質風味物質貢獻較小[35]。3組刺梨中共檢測到烴類物質48種,占總揮發性物質的28.92%,這與相關研究報道一致,刺梨中的烴類含量比較高[36]。4 ℃冷藏的烴類物質種類和相對含量在保藏過程中逐漸下降,而B組和C組刺梨的烴類物質種類逐漸增加,其中C組刺梨中烴類在凍藏前90 d較為穩定。3組刺梨能檢測到的共有烴類物質有11種,其中羅勒烯在A組和B組中含量最高(A組31.61%,B組28.13%),4-甲-1-己烯在C組中含量最高(9.60%)。烴類物質在凍藏中增加了32種物質。其他種類化合物共檢測到9種物質,3組共有的物質有4種,分別為甲基丁香酚、呋喃酮甲醚、欖香素和α-瓊脂呋喃。

2.6.3 醛酮、酸類化合物

醛酮類主要是由于脂肪酸氧化和氨基酸代謝而來。3組刺梨共檢測到醛酮類物質44種,其中醛類26種、酮類18種,約占總揮發性物質的26.51%。在保藏過程中,3組處理醛類物質種類逐漸增加,共有醛酮類物質有2種,為壬醛[37](魚腥味、油脂味)、反式-2-癸烯醛[38](不新鮮黃油味)。A組刺梨中含量較高的醛類和酮類物質為壬醛、2-十一酮,B組刺梨中含量較高的醛酮類物質分別是壬醛、2-庚酮,C組刺梨中含量較高的醛酮類物質分別是正己醛[37](腐臭味、酸敗味)、4-羥基-2-丁酮。3組樣品共檢測到酸類物質8種,約占總揮發性物質的4.82%左右,占比較小,原因可能是酸類物質沸點較高,揮發性弱,固相微萃取頭不易吸附[36]。3組樣品均能檢測到的揮發性有機酸僅1種,為辛酸(腐臭味),也是各條件中占比最大的酸類。凍藏過程中,增加了醛類物質24種,酮類物質15種,凍藏損失了2種酮類物質2-十一酮、4-環己基苯乙酮。醛類物質正己醛(18.47%)相對含量增加最多。酸類物質中正己酸(不愉快椰肉油氣味)增加較多。

2.6.4 醇類化合物

3組刺梨共檢測到醇類化合物26種,約占揮發性物質種類的15.66%。3組刺梨檢測到共有醇類物質有4種,為葉醇、乙醇、反式-3-己烯-1-醇、正辛醇。其中,含量較高的醇類物質是乙醇,在A組和B組中隨保藏時間延長而逐漸增加,C組刺梨的乙醇含量先增加后降低。乙醇具有酒香味,是果實在保藏過程中乙醇代謝產生的物質。C組的乙醇含量在第35 d達到最高含量,之后隨著保藏時間的延長而逐漸降低,在第180天時,未檢測到乙醇。A組刺梨果在第35天發生褐變反應可能與乙醇的過度積累有關,乙醇含量先增加后降低可能是乙醇轉化為乙醛和乙酸,也可能是液氮速凍超低溫影響乙醇發酵代謝相關酶活性[39]。后繼可以進一步深入研究。醇類物質在凍藏中增加了22種,為2-環己烯-1-醇、異香葉醇、3-己烯-1-醇、5-(2-丙炔氧基)-2-戊醇等,以5-(2-丙炔氧基)-2-戊醇(14.78%)、3-己烯-1-醇(6.12%)含量最高。

3 結論

本實驗以刺梨鮮果為對象,研究了不同低溫處理保藏方式(4 ℃冷藏、-20 ℃緩凍凍藏、液氮速凍后于-20 ℃凍藏)條件下,刺梨果品質和揮發性風味物質變化規律。研究結果表明,凍藏相比于冷藏條件對刺梨果的品質保持更好,保藏時間可達365 d。液氮速凍后于-20 ℃凍藏的刺梨在色澤、結構、揮發性風味物質的保留方面效果優于4 ℃冷藏和-20 ℃緩凍凍藏。凍藏與冷藏相比,損失(E)-3-己烯-1-丁酸酯、2-十一酮、4-環己基苯乙酮等風味物質,新增酯類(20種)、烴類(32種)、醛類(24種)、酮類(15種)、醇類(22種)。

總的來說,-20 ℃凍藏和先速凍再凍藏作為刺梨的保藏方式,可較好地保留刺梨維生素C和感觀品質,并將刺梨果的保藏時間延長到365 d,具有較好的應用前景,后續將進一步深入研究,為刺梨鮮果的保藏和品質管理提供理論基礎。