直流磁场辅助冻结对西兰花品质的影响

王亚会，邸倩倩，刘斌，宋健飞，吴子健

（1.天津商业大学机械工程学院，天津市制冷技术重点实验室，天津300134；2.天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津市食品生物技术重点实验室，天津300134）

直流磁场辅助冻结对西兰花品质的影响

王亚会1，邸倩倩1，刘斌1，宋健飞1，吴子健2

（1.天津商业大学机械工程学院，天津市制冷技术重点实验室，天津300134；2.天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津市食品生物技术重点实验室，天津300134）

为探究辅助冻结的直流磁场强度对贮存的西兰花保鲜品质的影响。将西兰花切成均一大小（花梗长2.0 cm、花球直径3.0 cm），直流磁场强度分别为0（对比组）、4.6、9.2、18、36 Gs，测定贮藏过程中西兰花失重率、可溶性固形物、质构特性、细胞膜的膜透性以及叶绿素的变化。试验结果表明：直流磁场辅助冻结能够有效改善西兰花的贮存品质（p＜0.05），综合考虑其中磁场强度为36 Gs时，西兰花的贮藏品质较优。

直流磁场强度；速冻；贮藏品质

在低温贮存期间，如何有效保留贮存果蔬原有的组织结构以及营养成分，尽量维持果蔬的新鲜程度，进而满足消费者需求，是目前食品保鲜技术亟待解决的重要问题[1]。近年来，人们对高压、超声波、微波、电磁场等技术手段来辅助食品冻结过程进行了大量探索[2-6]，如Artur Wiktor等[7]指出：在对苹果组织冷冻过程中施加脉冲电场时可缩减3.5%～17.2%的冻结时间；Shima Shayanfar等[8]研究发现高压脉场（1 kv/cm、100个脉冲、4 Hz）可增强胡萝卜组织的细胞的渗透性能，减少了冻结时间，可显著保持胡萝卜的硬度和色度；其中只有磁场是目前已经投入实际工业食品冷冻过程的辅助技术。辅助磁场之所以能够有效提高贮存果蔬的保存品质主要原因在于：首先，辅助磁场可有效地提高水的磁化特性，进而提高水的过冷度且降低冰点，张玉春[9]研究发现0.2 T交变磁场可使水显示出明显的磁化特性，水的过冷度增大了1℃，冰点降低了1℃；另外，赵红霞等[10-11]研究发现磁场增大水的过冷度有利于提高晶核生成率，进而减小成型冰晶的体积，使其更圆滑，分布更均匀。目前利用磁场辅助食品（特别是果蔬）的冷冻过程有很多实施的例子，诸如：娄耀郏等[12]研究发现磁场对鲤鱼不同冷冻阶段产生不同的影响，对于冷却阶段影响较小，明显促进相变阶段，而对于冻结阶段有延缓作用；高梦祥等[13]研究发现辅助磁场可有效降低葡萄的腐烂率、脱果率、出糖率等。高梦祥等[14]研究了交变磁场的强度可有效改善草莓的贮存期间的生理指标，其中4.22 A/m磁场强度草莓贮藏效果较优。

目前磁场辅助冷冻应用于蔬菜贮存的研究还较少，且磁场辅助冷冻的效应不仅与场强大小、磁场形式等有关，而且与果蔬的种类也密切相关。本文主要研究辅助冻结的直流磁场强度对西兰花的贮藏品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

西兰花：天津市北辰区韩家墅海吉星农产品批发市场，每种蔬菜均挑选大小均匀、干净、完整、无机械损伤、成熟度一致、无病虫害的新鲜西兰花若干。

1.2 设备

隧道式速冻机（SD-100）：天津七星速冻设备有限公司；卧式水冷磁场发生器（PEM-260）、特斯拉计（PEX-045USB）：四川绵阳力田磁电科技有限公司；卧式冷藏冷冻转换柜（BC/BD-320HK）：青岛海尔股份有限公司；紫外/可见分光光度计（WFZ800-D3B）：北京瑞利分析仪器公司；阿贝折射仪（WYA-2S）：上海申光公司；电子天平（FA2004A）：上海精天电子仪器有限公司；数据采集仪（MX100）：日本YOKOGAWA电子公司；电导率仪（DDS-307A）：上海仪电科学仪器股份有限公司；质构仪（TA.XT.plus）：英国 Stable Micro Systems公司；震荡培养箱（SPX-100B-D）：上海博迅实业有限公司医疗设备厂；离心机（3-18K）：德国Sigma。

1.3 方法

新鲜西兰花用消毒后的不锈钢刀去除叶、柄，放在清水中清洗，用刀切为花梗长约2 cm、直径约3 cm的小花球，放入质量分数2%的盐水中浸泡15 min，分别在90℃沸水中热烫1 min，热烫后的小花球立即放在流动水槽中进行冷却至1℃～5℃，放置在吸水纸上20 min除去多余的水分。将处理好的蔬菜样品放置在链条上，调节直流电源得到 0、4.6、9.2、18、36 Gs 5 种不同的磁场强度并将T型热电偶放置在样品的中心，测定果蔬样品冻结过程的中心温度，直至温度降至-18℃，将不同磁场条件下速冻至-18℃的5种果蔬分别用聚乙烯薄膜袋等量包装贮藏至-18℃的冰箱中，进行为期70 d的贮藏试验，在贮藏过程中以10 d为一个周期分别测定其汁液流失率、质构、可溶性固形物、细胞膜透性、叶绿素以及果蔬细胞的变化情况，解冻方式采用空气解冻，即将待测样品在室温下（20℃）静置2 h。

1.4 品质指标的测量

1.4.1 汁液流失率

采用称重法，主要仪器：电子天平。

参考刘春泉等[15]的方法并稍作修改。每种果蔬试验样本取固定数量的冻结贮藏样本称重（W1），在20℃的空气条件下解冻2 h，用吸水纸将解冻流失的汁液除去，再次称重（W2）。每种处理测定3个样品，取其平均值。解冻汁液流失率按照下式计算：

式中：TL为汁液流失率，%；W1为解冻前样品质量，g；W2为解冻后样品质量，g。

1.4.2 质构

使用TA.XT.Plus物性测定仪进行测定[16]。选取探头型号P/2，直径2 mm。测前速度为2 mm/s，测中速度为0.5 mm/s，测后速度为5 mm/s，测试深度为5 mm，每个处理组均取5个相同的样本在中心位置进行测定，取平均值，硬度单位为：g。

1.4.3 可溶性固形物

采用poket refractometer PAL-1测定。将样品用打浆机打浆，三层纱布过滤，取滤液进行测定，每次测定10个值，取其平均值。

1.4.4 细胞膜透性

每种果蔬通过切片机切成2 mm的薄片，秤取5 g后，用去离子水清洗3次，将50 mL去离子水加入三角瓶中，25℃恒温，在震荡培养箱中振荡浸泡1 h，搅拌均匀后用电导率仪测定浸提液的电导率C1（μs/cm），然后将三角瓶放入沸水浴中煮沸15 min，自然冷却至25℃，再次测定全渗透率C0（μs/cm）。以初始电导率与全渗电导率的比值作为细胞质膜透性变化的指标，每种处理测定3个样品，取其平均值。

1.4.5 叶绿素

使用95%的乙醇提取，通过分光光度计进行比色测量[17]。

1.5 数据处理与分析

试验采用完全随机设计，每组包括3个重复样本。采用SPSS19.0软件对试验数据进行单因素方差分析及Duncan多重比较，显著性水平为0.05。

2 结果与分析

图1所示为西兰花在贮藏过程中汁液流失率的变化情况。

图1 西兰花贮藏过程中汁液流失率变化Fig.1 The change of broccoli’s drip loss during storage

从图中可以看到在整个贮藏过程中为整体上升的趋势，在整个贮藏期内汁液流失率大小为：18 Gs＞0 Gs＞4.6 Gs＞9 Gs＞36 Gs，36 Gs条件下的西兰花汁液流失率效果最优，且在第40天～70天时尤为显著，与对照组相较差异性显著（p＜0.05），而18 Gs显示出较差的磁场生物效应，一直保持了较高的汁液流失率，对于其余各组相互间的差异并不显著，可能是由于36 Gs下西兰花的冻结相变时间是最短的，大大提升了结晶速率，利于形成较小的冰晶，减小对细胞膜的损伤，从而对于汁液流失起到一定的抑制作用。

可溶性固形物为果蔬的重要营养指标之一，已知新鲜西兰花的可溶性固形物值为6.25%，图2所示为西兰花在贮藏过程中不同磁场强度条件下的可溶性固形物变化情况。

图2 西兰花贮藏过程中可溶性固形物变化Fig.2 The change of broccoli’s soluble solids during storage

在整个贮藏过程中，各组均呈现先降低再增长的趋势，36 Gs条件下的可溶性固形物含量保持了较高水平，优于对照组及其他各组，4.6 Gs和9.2 Gs与对照组差异较小（p＞0.05），有一定的优势但是有限，18 Gs条件下的西兰花在此贮藏期间可溶性固形物含量最低，显示出磁场生物效应的阈值性，由图1可知，贮藏过程中随着西兰花逐渐成熟，36 Gs可以有效降低汁液流失，进而减少营养成分的流失，最大程度的保证西兰花的食用价值，从而导致可溶性固形物的积累量增大，相比较而言4.6 Gs和9.2 Gs的生物效应不是很显著，18 Gs反而促进了其营养成分流失，这与其较高的汁液流失率是密不可分的。

图3为西兰花贮藏过程中细胞膜透性的变化情况。

图3 西兰花贮藏过程中膜透性变化Fig.3 The change of broccoli's membrane permeability during storage

已测得新鲜西兰花的膜透性值为8.5%，在整个贮藏期间各组西兰花的膜透性数值在波动中保持整体增大的趋势，贮藏终期随着磁场强度的增大西兰花的细胞膜透性分别达到：85%、90%、84%、88%、82%，可见36 Gs的磁场生物效应是比较显著的，在整个贮藏期间均保持了膜透率的最低值，有效抑制了西兰花的衰老进程，对于保持西兰花鲜度，延长贮藏周期效果十分显著，同时可与上述图1所得结论相互验证，出现上述现象可能是由于36 Gs条件下西兰花相变时间最短，有效抑制了大冰晶的生成，避免细胞膜增大损伤。

图4为西兰花贮藏过程中叶绿素含量变化。

图4 西兰花贮藏过程中叶绿素变化Fig.4 The change of broccoli’s chlorophyll during storage

对于西兰花这种容易黄化的蔬菜来说，叶绿素含量的多少更能直观地体现其衰老的程度。已测得新鲜西兰花的叶绿素含量为0.799 mg/g，图4中所示西兰花在贮藏过程中叶绿素含量是逐渐降低的趋势，尤其是贮藏初期经过清洗、漂烫速冻后的西兰花与新鲜西兰花相比下降幅度较大，原因为清洗和漂烫会对叶绿素造成一定的损伤而使叶绿素被破坏而流失，在前30天的贮藏期内各组下降速率是较大的，而在30天之后即贮藏后期其变化浮动相对平缓，整体上呈现叶绿素值平稳的状态，有效保持了西兰花的色泽，贮藏终期叶绿素含量值随着磁场强度的增大分别为（mg/g）：0.233、0.233、0.288、0.228、0.289。在整个贮藏过程中4.6 Gs和18 Gs条件下叶绿素变化曲线在对照组附近波动且差异较小，而9 Gs和36 Gs则在整个贮藏过程中显示出绝对的优势，保持较高的叶绿素值，使西兰花在较长的贮藏期内保持较好的色泽及新鲜度，这与此磁场条件下低的膜透性和汁液流失率密切相关的。

图5所示为西兰花在贮藏过程中的硬度变化。

图5 西兰花贮藏过程中硬度变化Fig.5 The change of broccoli’s firmness during storage

硬度值的大小代表了西兰花的腐烂变质的程度，反映出其品质的保持程度，在0 d～50 d的贮藏过程中各组西兰花整体呈现较平缓的下降趋势，在第50天时，各组的硬度值随磁场强度的增大分别为：424、463、401、459、550 g，相比于初始值分别降低了：26.5%、37.4%、29.5%、10.7%、6%，差异显著（p＜0.05），其中36 Gs效果尤其显著，有效抑制西兰花硬度值的下降，延缓其腐烂变质的进度，进而延长贮藏期。虽然在第50天后硬度值均有所回升，尤其是对照组硬度值反弹相对较大，究其原因为随着贮藏时间的延长，西兰花随着汁液流失及营养成分的损失相应的韧性增加，从而对硬度值的测定产生干扰，而此时的硬度值越大，说明韧性的影响程度越大。

图6所示为西兰花贮藏过程中的咀嚼度变化。

图6 西兰花贮藏过程中咀嚼度变化Fig.6 The change of broccoli’s chewiness during storage

已测得新鲜西兰花的咀嚼度值为175，可见经过速冻处理后各组咀嚼度显著降低，整体来看在贮藏过程中各组西兰花经历了先降低再增大的趋势，在第0～50天随着贮藏期的延长，各组咀嚼度不断下降，尤其在第10天～第30天时对照组下降程度明显，说明对照组在磁场辅助冻结后的贮藏期内不能够很好地保持其良好的口感，品质下降快，咀嚼度值低说明果蔬的软化程度明显，口感上不具有原本的风味，加速腐化变质的进程，而36 Gs条件下对于保持西兰花的风味具有优势明显，在50 d～70 d的贮藏过程中出现了增长的趋势，原因为由于贮藏过程中汁液流失逐渐增大，西兰花水分流失较多，纤维化明显，从而在咀嚼时需要更多的能量，此时咀嚼度值的大小与西兰花品质成反比，在此期间36 Gs和9.2 Gs同样显示出了绝对的优势。

3 结论

通过对不同磁场强度辅助冻结之后西兰花的试验研究发现：西兰花经过不同的磁场强度辅助冻结之后在贮藏过程中各生理指标发生了显著变化。磁场辅助冻结对于西兰花贮藏过程中品质保持具有明显效果，磁场效应显著。磁场生物效应存在阈值，综合考虑36 Gs磁场辅助冻结利于在较长的贮藏期间保持西兰花较高的营养品质。果蔬的构成复杂且差异较大，不同果蔬的磁场生物效应也会有一定的差异，仍需大量的试验深入探究其作用机理。

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Effects of Direct-current Magnetic-field-assisted Freezing on Broccoli Quality

WANG Ya-hui1，DI Qian-qian1，LIU Bin1，SONG Jian-fei1，WU Zi-jian2
（1.College of Mechanical Engineering，Tianjin University of Commerce，Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology，Tianjin 300134，China；2.College of Biotechnology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，Tianjin 300134，China）

Effects of direct-current magnetic field （DCMF），which assists freezing，on the quality of stored broccoli were evaluated.In this research，selected broccoli was cut into the same size，the pedicel length andflower ball diameter of which are 2.0 cm and 3.0 cm respetively，is taken as experiment material，strengths of DCMF are set as 0（control group），4.6，9.2，18，36 Gs，and variation of weight loss rate，soluble solids，texture&structure，cell membrane permeability and chlorophyll content was observed.Results showed that DCMF could significantly improve quality of stored broccoli（p ＜ 0.05）.The comprehensive consideration of 36 Gsstrenth magnetic field could results in better stored-quality broccoli.

direct-current magnetic field strength；quick-freeze；storage quality

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.21.037

公益性行业（农业）专项（201303083-1-4）；天津市科技支撑（142CZDNC00016）；果蔬产地商品化处理技术及装备研发示范（2017YFD0401305）

王亚会（1991—），女（汉），硕士在读，研究方向：主要从事热质传递与强化传热研究。

2017-09-03