将进酒公开课:果蔬速冻保鲜技术研究进展

摘　要：介绍我国速冻果蔬行业的发展现状。综述了果蔬速冻保鲜技术各工艺环节的应用现状和最新进展，并对速冻果蔬的发展前景作了展望。
关键词：果蔬；速冻保鲜；研究进展

Advances of Research on Quick-freezing
Fruits and Vegetables

PENG Dan，DENG Jie-hong，TAN Xing-he，LI Mei-qun
（College of Food Science and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China）
Abstract: This paper introduced the development and tendency of quick-freezing fruits and vegetables in our country. It also summarized the present applications and advances of main processing points, and put forward the developing prospects of quick-frozen fruits and vegetables industry.
Key words: fruits and vegetables; quick-freezing; advances

　　速冻是19世纪30年代起源于美国的一种食品保鲜方法。速冻食品是指在-30 ℃以下的低温环境中使食品在30 min之内通过其最大冰晶生成带，中心温度达到-18 ℃，并在-18 ℃以下的低温中贮藏和流通的方便食品[1]。速冻食品是当今世界发展最快的工业之一，而果蔬是主要的速冻加工对象，也是冷冻食品工业中的四大类品种之一[2]。速冻果蔬可长期贮藏，并能较大程度地保持果蔬原有的色泽、风味和维生素，且食用方便，能起到对果蔬市场淡旺季的调节作用[3]。我国速冻食品从生产厂家至商店及家庭的冷冻链已经形成，并且在国际贸易份额中不断增大，发展前景十分广阔 [4]。

1　我国速冻蔬菜发展现状

　　我国于20世纪70年代初开始研究速冻蔬菜加工技术。20世纪80年代初因外贸需要开始利用进口设备进行生产，随后为了解决三北地区的蔬菜供应，开始利用国产设备生产速冻蔬菜。进入20世纪90年代以后我国的速冻蔬菜得到了迅速发展[5]。

　　首先，以青刀豆、荷兰豆、毛豆、蚕豆等为主的豆类蔬菜是我国出口速冻蔬菜的主要品种。此外，山芋、甜玉米、黄瓜、青椒、菜豆及茄子等为内销速冻品种。有资料显示，1991年出口速冻蔬菜仅6万余t，2001年后，全年速冻蔬菜出口量约200万t，到2004年，速冻蔬菜出口量达到近300万t。2005年鲜冷蔬菜出口量360万t。

　　其次，近年来虽然我国速冻蔬菜生产设备有所提高，但与发达国家相比尚有一定的差距，目前国内连续式速冻蔬菜生产线以及用于速冻蔬菜低温贮运装备的能力还很低，速冻设备仍以传统的压缩制冷机为冷源，制冷效率受到很大限制，供出口速冻蔬菜生产的大型连续式速冻机仍以进口为主，多从加拿大、美国、英国等国家引进。

　　最后，由于我国蔬菜资源丰富，品种繁多，劳动力成本低等因素，为作为劳动密集型产业的速冻蔬菜加工提供了有利的条件；同时，日本、德国、瑞士等国因自给率的不足均需要有大量的速冻蔬菜进口，为我国速冻蔬菜的产业化发展提供了良好的条件。

2　果蔬速冻工艺研究进展

　　速冻果蔬产品品质与生产加工过程的各个环节都有直接关系，因此需要从原料质量、冻前处理、速冻工艺到冻后包装及贮运各方面进行质量控制。1958年，美国的阿萨德等人提出了冷冻食品品质保证的时间、温度、耐藏限度的概念，即T.T.T（Time-Temperature-Tolerance）；接着美国的左尔补充提出冷冻食品品质还取决于原料（Product）、冻前处理和速冻加工（Processing）、包装（Package）等因素，即P.P.P理论，对于低温食品业生产具有重要指导意义。

　　2.1　果蔬原料速冻适应性研究

　　原料的优劣是关系到速冻果蔬制品品质的最重要因素。直接影响速冻果蔬制品质量的是果蔬的种类与质量。一般适合速冻的果蔬应具备突出风味及色泽、耐贮性好、质地坚实、成熟度适当等特性。在实际生产中，应选择具有良好加工适应性的果蔬种类进行速冻加工。近年来，科研人员在对不同果蔬种类的速冻加工适应性方面做了大量研究。邓洁红等（2006）对传统速冻原料的利用进行了试验，选择含水量较高的幼嫩子姜为原料进行速冻加工，并对其速冻的最佳工艺进行了研究。秦丹等人[6]研究了芋头的整果速冻工艺，发现其有良好的加工适应性。此研究打破了传统芋头丸子加工时对原料形状及大小的限制，减少了原料的损耗。红树莓果实是一种机械阻力较低、速冻加工适应性较差的浆果，Antonio（2003）研究确定了5个品种的红树莓果实速冻加工中预冷时间、冻结工艺及临界贮藏温度等实用参数，并且在开发速冻果蔬新品种方面也取得了很多成果。目前的研究主要集中在食用仙人掌、枸杞鲜果、多倍体蒲公英等新型速冻果蔬[7~9]的开发和对乌塌菜、牛蒡、蒙古鸦葱等地方特色果蔬[10~12]的速冻工艺研究上。这些研究既丰富了速冻果蔬的品种，又满足了市场消费者的需求。

　　2.2　速冻果蔬预处理工艺研究

　　果蔬预处理工艺主要包括漂烫、护色及保脆。近年来，盛小娜等（2006），江敏等（2007）及其他科研人员对草莓、马铃薯、蘑菇、蕨菜、白芦笋、毛豆、黄花菜、生姜、荷兰豆、青花菜、油豆角、香椿、玉米等果蔬进行了预处理工艺的优化研究。

　　预处理中最关键的工艺是漂烫，漂烫处理能破坏酶的活性，改善果蔬的质构，有利于维持速冻果蔬在冻藏期内的品质。W Kmiecik（1999）对比了漂烫及未漂烫香葱在贮存期主要化学成分的变化情况。试验结果表明，速冻香葱经过12个月的贮存后，经漂烫样品的各化学成分保存效果较好：维生素C保存率最高可达66%，β胡萝卜素为65%， 叶绿素和硝酸盐分别为75%和81%。若不经漂烫，并贮存于-20 ℃条件下，3个月内维生素C将会大量损失。相反，漂烫的预处理能使香葱在-20 ℃和-30 ℃条件下贮存良好，并且能很好地保存其化学成分。但漂烫同时也会在一定程度上破坏果蔬的营养及风味物质，所以对漂烫工艺要求非常严格。

　　首先需要研究每个产品的最佳时间-温度组合及酶失活的情况。何国庆等（2005）用响应面方法研究青花菜的不同漂烫温度与时间对青花菜品质的影响。经中心组合优化后得出的速冻青花菜最佳预处理工艺为：烫漂温度96 ℃、烫漂时间2 min、CaCl2浓度0.8%。优化处理后，菜蕾质构强度提高26.9%，茎质构强度提高16.8%，过氧化物酶酶活降低到生产需要。但依该漂烫工艺，过氧化物酶酶活检测值为0。Bottcher（1975）指出，过氧化物酶的完全钝化意味着热烫过度，他提出热烫花菜保留至2.9%～8.2%过氧化物酶活性为最佳。因此，还可以在热烫时间、青花菜茎粗、料水比等方面进行进一步优化。李初英等（2006）研究了热烫处理对毛豆品质的影响，试验结果表明，鲜毛豆烫漂80 s，热烫使其粗蛋白质含量上升，粗脂肪含量下降，但效果不明显。而鲜毛豆在92～100 ℃的热水中烫漂80～100 s，荚、粒色泽翠绿，脂肪氧化酶失活，口感好、无豆腥味。

　　除了时间和温度外，漂烫方式会影响预处理效果。常用的漂烫方法有热水漂烫、蒸汽漂烫和微波漂烫。李清明等（2007）对甜玉米的漂烫工艺研究表明，水煮热烫处理、蒸汽热烫处理和微波热烫处理均能有效地抑制玉米子粒中POD和PPO酶活性，通过微波热烫处理后的玉米子粒中可溶性糖和VC含量显著高于水煮处理和蒸汽处理，但微波热烫处理过程中易导致玉米子粒失水，外观变劣。蒸汽热烫处理的玉米子粒中可溶性糖和VC含量高于水煮处理的组合，且贮藏后感官质量较佳。研究认为，玉米速冻前热烫处理采用蒸汽热烫20 min，能减少可溶性糖和VC的损失，有效地提高速冻玉米的感官品质，又能抑制过氧化物酶的活性。F Daniela等[13]等对抱子甘蓝采用了3种漂烫方式：50 ℃水中浸泡5 min，再于100 ℃水中烫漂3 min（PB）；微波（700 W）条件下处理5 min，再于100 ℃水中烫漂2 min（MW）；直接于100 ℃水中烫漂4 min。试验结果表明，漂烫对甘蓝风味、色泽的保留均有较好的效果。3种处理效果相当，其中PB方法处理过的色度值最高。上述所有处理都增加了自由基清除剂活性、维生素C及类黄酮物质的含量。经分析认为可能与冻结及冻藏过程中组织、细胞和细胞器膜的受损有关，相关机理有待于进一步研究。另外，在热烫方式上，还可积极研发远红外、微波、欧姆电阻等新型漂烫工艺，在保证原料品质的前提下提高灭酶效果及降低细菌总量。

　　除漂烫工艺外，其它预处理工艺也在不断地被研发。M Ciero（1997）将草莓置于真空中以排尽原料组织中的气体，并以凝胶溶液填充，使草莓的组织间隙之间覆上凝胶层。经上述处理后冻结的草莓能在-20 ℃条件下贮藏3年，解冻后品质与新鲜草莓无异。

　　2.3　速冻果蔬冻结工艺研究

　　速冻果蔬的品质除与原料质量，冷藏链的设备完善程度及技术管理水平有关外，最关键的是与冻结过程有关。

　　2.3.1　速冻果蔬冻结参数的研究　若果蔬快速通过最大冰晶生长区，可避免在细胞间隙生成大的冰晶体，从而减少解冻时汁液流失，最大限度地保持果蔬的原有质构，保证速冻果蔬的品质优良。W Haiying等研究了绿花菜的冻结特性，发现当冻结速度从1.0 °C/min增加到10.0 °C/min时，细胞中的冰晶规格从26 μm减小到3 μm，细胞微观结构得到较好地保持[14]。若要确定果蔬的最优速冻工艺，首先要确定不同果蔬原料的冰点和最大冰晶生成带，并通过冻结曲线的测定和观察掌握其冻结规律，从而得出符合速冻要求的时间与温度。

　　果蔬的冰点与其可溶性固形物含量有关，一般随可溶性固形物含量的增加而降低。W Jie（2003）研究了葡萄、草莓、香蕉等11种水果的冻结点与其可溶性固形物含量之间的关系。试验结果表明，二者之间存在着显著的负相关。但在子姜的冻结过程中出现了冰点随冻结温度的降低而降低的现象。邓洁红等（2006）分析认为，很低的介质温度条件下，原料迅速通过其冰点，在短时间内水分生成大量冰晶，造成原料剩余汁液可溶性固形物含量上升，冰点持续下降，表现出更低的表观冰点。吴锦涛等（2000）在荔枝冻结规律的探讨中也发现，随温度降低果实可溶性固形物含量升高，冰点也相应降低。

　　大多数果蔬的冰点在-1 ℃左右，最大冰晶生成带在-1～-5 ℃之间，且冻结过程具有明显的3个阶段（快→慢→快）。但很多果蔬的冰点远低于-1 ℃，最大冰晶生成带也远低于-1～-5 ℃这个温度区域，如荔枝、龙眼、板栗。对于这类果蔬，-1～-5 ℃最大冰晶生成区的观点并不适用，而且它们的最大冰晶生成带的下限可能低于－18 ℃，要严格达到速冻的要求则在速冻过程中应尽可能地加快冻结速度。

　　2.3.2　速冻果蔬的低温断裂　一般认为，速冻的速度越快，产品质量越好。因为缓冻会形成较大的冰晶，产品解冻后，复水能力变差，汁液流失率较高，感官指标下降，品质变差；冻结速度快，形成的细小均匀的冰晶，对细胞机械损伤小，解冻后细胞能及时地吸收这些溶液，产品各项指标不会发生很大的变化。但当冻结速度超过一定极限时，冻结速度与因热应力引起食品的低温断裂呈正相关。冰结速度越快，低温断裂越严重，果蔬的品质劣变也更严重。笔者认为，在冻结过程中果蔬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机械损伤；第二阶段则是因为冻结速率过快，果蔬体系因温度梯度引起的热应力造成的断裂现象（宏观断裂和微观上细胞结构的破坏）。低温断裂会引起果蔬组织内酶活的上升，并导致解冻后汁液流失率的增加。李春艳[15]对速冻过程中猕猴桃果丁PPO和PG活性的研究发现，慢冻（冷冻速率0.1~1.0 ℃/min）、速冻（冷冻速率10~100 ℃/min）、超速冻（冷冻速率≥100 ℃/min）3种不同的冻结速率会引起猕猴桃果丁PPO和PG的活性发生不同的变化，速冻条件下酶活下降最快，而超速冻条件下酶活上升最快。分析认为，超速冻时冻结速度过快，细胞结构遭到破坏，细胞壁的断裂以及细胞膜和细胞器的破坏都使结合在上面的PPO和PG释放出来转化为游离PPO和PG，导致超速冻结时PPO和PG活性反而上升。晏绍庆[16]等在冻结速率对苹果片多酚氧化酶和过氧化物酶活性影响的研究上也证实了上述观点。另外，解冻后果丁硬度下降程度分别为超速冻>慢冻>速冻；汁液流失率也以超速冻条件下最严重，都与酶活变化相一致。试验结果表明，冻结速率20 ℃/min即可保证产品具有较好的质量。所以，在实际生产中，为最大限度地保持果蔬质量，冻结速率应取低于食品低温断裂的极限降温速率，在这一速率以下，降温速率越快越好。

　　2.4　速冻果蔬冻藏工艺研究

　　速冻果蔬在冻藏期内，影响其质量的主要因素是温湿度的波动及贮藏方式。贮藏期内温湿度的波动往往使速冻果蔬发生重结晶、干耗、变色等现象，从而使质量下降。韩耀明等[17]模拟了冻结物冷藏间稳定温度场和周期波动的非稳定温度场，在其中对半解冻和未解冻的速冻白芦笋分别进行脱水试验。理论分析与试验结果证实，温度场的存在是造成冻藏局部小环境水分浓度不平衡而引发速冻白芦笋脱水危害的根本原因。刘升[18]等用非破坏快速分析方法近红外光谱法分析草莓在-18 ℃条件下冻藏1、2、4和6个月时维生素C、柠檬酸、苹果酸、蔗糖、葡萄糖和果糖等6种营养成分的变化。试验结果表明，冻藏过程中速冻草莓维生素C、柠檬酸和蔗糖含量逐渐降低；苹果酸、葡萄糖和果糖含量逐渐增加。郭衍银等[19]对冬枣速冻冻藏的条件进行了优化研究。研究结果表明，速冻冻藏能有效地维持冬枣的品质特性，如延缓含水量、可溶性糖、维生素C和有机酸含量的下降，保持较高的硬度和延缓花青素含量的升高，且冻藏温度比速冻温度的影响作用更大。结合试验结果得出，合适的冻藏温度为-18 ℃与-40 ℃。Zofia Lisiewska等（2004）研究了冷冻加工过程中及冷藏期间莳萝的叶绿素、类胡萝卜素及β-胡萝卜素含量的变化，探讨了冻结前的不同处理（漂烫或不漂烫）及两种冻藏温度（－20 ℃和-30 ℃）贮藏12个月时莳萝品质的变化规律。发现漂烫对类胡萝卜素和β胡萝卜素的保存有较明显的效果，同时较低的贮藏温度有利于叶绿素的保存。若以各被测组分的含量维持在90%以上为标准，则－20 ℃条件下未漂烫的原料贮藏期很难达到6个月，而经过漂烫在－30 ℃条件下贮藏的原料贮藏期远长于6个月。Ali Sahari Mohammad等研究了贮藏温度对伊朗草莓的维生素C含量及其它质量指标的影响，测定了草莓在3个不同的温度条件下贮藏3个月后色泽、花色苷及维生素C含量、pH值以及酸度的变化并作了感官评价。试验发现，维生素C的损失主要发生在贮藏的前15天，在-12 ℃、-18 ℃和-24 ℃条件下分别损失64.7%、10.7%和8.9%。-18 ℃和-24 ℃的贮藏温度对VC和pH值的影响无显著差异。说明对保持果实质量而言，-18 ℃和-24 ℃为较好的贮藏温度，但从节约能源及成本上考虑，则-18 ℃是更适宜的温度[20]。

　　2.5　速冻果蔬解冻工艺研究

　　速冻果蔬的最终产品质量不仅取决于冷冻技术，而且取决于解冻技术。因此，研发解冻技术十分必要。常用的解冻方法是空气解冻与水解冻，主要是靠介质与冻结物料间的温度差为驱动力，通过传热进行解冻[21]。这些方法具有解冻时间长、易受微生物污染、汁液损失多、产品质量差等缺点，但成本低。为了缩短解冻时间，提高产品质量，目前研发出许多新型解冻技术，如介电解冻、静电解冻、通电加热解冻等。谢晶（2001）等研究了速冻马铃薯在高压直流电场中的解冻。试验研究了不同场强对快速冻结马铃薯的解冻过程和解冻后质量的影响，主要考察解冻曲线、质地特性，液汁流失3个方面。研究发现，高压直流电场场强不同对马铃薯解冻过程的作用存在差异：在150 kV/m场强以下时延缓解冻，反之则会加速解冻进行；不同场强对马铃薯解冻前后的质地特性、液汁流失影响较小。到目前为止，还没有一种解冻方法可以适用于所有的冻品。在选择解冻方法时，应首先考虑解冻时间长短、解冻温度高低；其次，还需结合解冻成本、生产方式等综合因素，以决定采用何种解冻方法。相对来说，解冻技术比冷冻技术发展缓慢。虽然随着现代高新技术不断应用于食品工业而诞生了许多新的解冻方法，如高压脉冲解冻、欧姆解冻等，但应用于实际生产中的并不多见，应用于果蔬速冻业中的更是微乎其微。另外，果蔬解冻方法的相关研究也很不充分。

3　展　望

　　虽然速冻果蔬加工在我国只有30年左右的历史，但因其能有效地保持新鲜果蔬原有的色泽、风味和营养价值，很快成为了我国食品界发展最快的新兴行业之一。与国外相比，我国速冻果蔬加工发展还存在着许多制约因素，包括研究资金不足、科研手段落后、高新技术应用缓慢等。随着国内对速冻果蔬的逐步重视以及国际间技术交流的日益增加，我国的速冻果蔬生产、加工及贮运技术将会进一步发展，同时我国将进一步完善绿色速冻果蔬质量标准，在继续开拓国际市场的同时促进国内的可持续发展。

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