冷冻预处理对紫色马铃薯出汁率及品质的影响

张一冉，邬婷，韩育梅

（内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古呼和浩特010000）

紫色马铃薯不仅含有普通马铃薯一样高的营养价值，还含有大量对人体有益的花青素，紫色马铃薯饮料色泽鲜艳，营养丰富，因此具有非常广阔的应用前景[1]。果蔬汁饮料近年来深受消费者的喜爱，其含有丰富的碳水化合物（主要是葡萄糖和果糖）、氨基酸、维生素和矿物质[2]，且较好地保留了新鲜果蔬中的矿物质、膳食纤维和活性物质等成分，具有较高的营养价值及保健作用。果蔬的取汁根据原料的性质、形状和加工的需求，选用合适的破碎设备，并结合相适宜的破碎工艺进行破碎取汁[3]。但紫色马铃薯在压榨取汁方面存在出汁率低、热敏性营养物质损失较多等问题。对果蔬取汁前进行冷冻预处理，冰晶体的生长会破坏果蔬组织结构，提高其出汁率，同时在冷冻的过程中各种酶的活力受到限制，微生物的活性降低，减少了果蔬中热敏性营养成分及不稳定的颜色成分的损失[4]。方胜等[5]在利用冻结工艺对黑加仑葡萄的榨汁的研究中发现：冻结过程中产生的冰晶体对葡萄细胞壁的机械破坏作用较大，可以促使细胞汁液溶出，且冻结温度越低，出汁率、汁液中含有的糖、酸等营养物质越高。Nadulski 等[6]提出，在从胡萝卜和大黄中提取汁液前，冷冻预处理可提高提取效率。冷冻破碎取汁工艺在紫色马铃薯中的应用比较少，特别是冷冻工艺对紫色马铃薯汁液品质的影响的研究更是少之又少，因此，研究冷冻预处理条件对提高紫色马铃薯出汁率及减少营养品质的损失具有现实指导意义。本试验中选用的冷冻破碎取汁工艺在提高出汁率的前提下，可以很好的维持原果实中的花青素，VC和其他营养物质，旨在探究对紫色马铃薯营养成分损耗最小，提高出汁效率最佳的冷冻预处理工艺条件。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料

紫色马铃薯品种为黑金刚，产地为内蒙古（其淀粉含量15.01 g/100 g、水分79.35 g/100 g、蛋白质3.72 g/100 g、灰分 3.37 g/100 g、脂肪 0.11 g/100 g）。

1.1.2 仪器与设备

T6 新世纪型紫外可见分光光度仪：北京普析通用仪器有限公司；TD-35 型数字折光仪：浙江托普仪器有限公司；BCD-356WPC 型冰箱：合肥美菱股份有限公司；BC-102HLG 型冰柜：海尔股份有限公司；HU-700CB型榨汁机：上海韩惠人爱家电科技有限公司。

1.2 试验设计

1.2.1 紫色马铃薯冷冻工艺流程

清洗→去皮→切块（切片机处理成长×宽×高约为20 mm×20 mm×20 mm 的马铃薯块）→冷冻→解冻（将紫色马铃薯块于20 ℃温度解冻，至紫色马铃薯块中心温度计测试温度为0 ℃时停止解冻）→榨汁

1.2.2 冷冻处理试验设计

将紫色马铃薯块分别于-5、-10、-15、-20、-25 ℃冷冻 6、12、18、24、30 h，解冻温度为 20 ℃，测定出汁率及紫色马铃薯可溶性固形物、花青素、多酚、VC品质指标，并用灰色关联度分析法综合分析，确定最佳冷冻条件。说明每个指标重复测定的次数。

1.3 主要指标的测定及分析方法

1.3.1 主要指标的测定

出汁率：通过榨汁机对紫色马铃薯进行榨汁处理，使其汁与渣彻底分离。

透光率：以蒸馏水为空白对照，采用分光光度计于480 nm 下测定吸光度。

1.3.2 灰色关联度综合评价分析法

灰色关联度分析法是一种多因素统计分析方法，它是以各因素的样本数据为依据用灰色关联度来描述决定因素主次及其关联程度的评价方法[10]。根据灰色关联度分析理想指标的选择原则，正向指标（即试验需要的指标）选择最大，负向指标（即试验需要控制的指标）选择最小[11]。试验数据根据张学杰[12]文献中的方法进行处理参考。

在本文的研究中，将冷冻预处理作为一种提高紫色马铃薯压榨出汁的处理方式，在提高出汁率的同时，保持其品质，故将各指标的权重系数分别设为出汁率40 %，可溶性固形物30 %，花青素10 %、多酚10%、VC10%。最后根据关联度大小进行排序，得到关联序，关联序越大，说明与理想品质的关联越小，处理后的品质变化越大，差距越远。

2 结果与分析

2.1 冷冻处理条件对紫色马铃薯出汁率及品质指标的影响

2.1.1 冷冻时间及冷冻温度对紫色马铃薯出汁率的影响

冷冻时间及温度对紫色马铃薯汁出汁率的影响见图1。

图1 冷冻时间及温度对紫色马铃薯汁出汁率的影响Fig.1 Effect of freezing time and temperature on juice yield of purple potato juice

从图1 可以看出同一冷冻时间，不同冷冻温度，随着冷冻温度的升高，出汁率呈现逐渐增加后降低的趋势；同一冷冻温度，不同冷冻时间，随着冷冻时间的增加，出汁率呈先增加后变缓的趋势。

冷冻温度为-10 ℃时，出汁率明显高于其他处理组，出现这样趋势的原因是紫色马铃薯在过冷点-5.2 ℃～-8.2 ℃时形成了大量对细胞造成不可逆伤害的冰晶，导致细胞汁液的流出，提高了压榨出汁的效率。紫色马铃薯冰点温度为-2.2 ℃。一般过冷温度低于其冰点3 ℃～5 ℃[13]，故推测紫色马铃薯最大冰晶生成带为-5.2 ℃～-8.2 ℃之间。紫色马铃薯在-10 ℃冷冻 18 h 内变化差异较大，但当冷冻天数达到24 h 时，随着冷冻天数的增加，出汁率变化不明显。

2.1.2 冷冻时间及冷冻温度对紫色马铃薯可溶性固形物的影响

冷冻时间及温度对紫色马铃薯汁可溶性固形物的影响见图2。

图2 冷冻时间及温度对紫色马铃薯汁可溶性固形物的影响Fig.2 Effect of freezing time and temperature on soluble solids of purple potato juice

从图2 可以看出，同一冷冻时间，不同冷冻温度，随着冷冻温度的升高，紫色马铃薯可溶性固形物呈逐渐递减的趋势；同一冷冻温度，不同冷冻时间，随着冷冻时间的增加，紫色马铃薯可溶性固形物呈逐渐递增的趋势。

由图2 可知，同一冷冻条件下冷冻温度越低，可溶性固形物越低。而-5 ℃冷冻前18 h 变化差异不明显，冷冻24 h 后，与6 h 相比变化差异较为明显。

2.1.3 冷冻时间及冷冻温度对紫色马铃薯花青素的影响

冷冻时间及温度对紫色马铃薯汁花青素的影响见图3。

图3 冷冻时间及温度对紫色马铃薯汁花青素的影响Fig.3 Effect of freezing time and temperature on anthocyanin of purple potato juice

从图3 可以看出，同一冷冻时间，不同冷冻温度，随着冷冻温度的降低，紫色马铃薯花青素呈先增大后降低的趋势；同一冷冻温度，不同冷冻时间，随着冷冻时间的增加，紫色马铃薯花青素呈逐渐递减的趋势。

-10 ℃冷冻条件下花青素含量明显高于其他处理组，而其他处理组间变化差异不明显。因其与出汁率呈现显著相关性，所以此趋势出现的原因是随着出汁率的增加，紫色马铃薯中花青素等大颗粒物质随着汁液的流出而增加。而-10 ℃冷冻条件下，冷冻18 h 内，花青素含量变化差异不明显，冷冻18 h 后，花青素含量大幅度下降。-20、-25 ℃冷冻条件下，冷冻24 h 后，花青素含量变化较为明显。说明冷冻温度越低，越有利于紫色马铃薯中花青素的保存。

2.1.4 冷冻时间及冷冻温度对紫色马铃薯多酚的影响

冷冻时间及温度对紫色马铃薯汁多酚的影响见图4。

图4 冷冻时间及温度对紫色马铃薯汁多酚的影响Fig.4 Effect of freezing time and temperature on polyphenols in purple potato juice

从图4 可以看出，同一冷冻时间，不同冷冻温度，随着冷冻温度的降低，紫色马铃薯多酚含量逐渐增加；同一冷冻温度，不同冷冻时间，随着冷冻时间的增加，多酚含量整体呈下降的趋势。

-5、-10、-15 ℃冷冻 6 h 时下多酚含量变化差异不明显，-20、-25 ℃冷冻温度条件下，多酚含量明显高于其他处理组。出现这样趋势的原因是温度低使紫色马铃薯快速冷冻，减少了由于其在冷冻过程中多酚含量的损失。而-5、-10 ℃冷冻温度条件下，随着冷冻天数的增加，多酚含量大大降低，-15、-20、-25 ℃冷冻温度条件下多酚含量变化差异不明显，且-5 ℃冷冻30 h，多酚含量减少0.19△OD/g，-25 ℃冷冻30 h，多酚含量减少0.08△OD/g，表明温度越低，越有利于多酚物质的保存。

2.1.5 冷冻时间及冷冻温度对紫色马铃薯VC的影响

冷冻时间及温度对紫色马铃薯汁VC的影响见图5。

从图5 可以看出，同一冷冻时间，不同冷冻温度，随着冷冻温度的降低，紫色马铃薯VC呈逐渐递增的趋势；同一冷冻温度，不同冷冻时间，随着冷冻时间的增加，紫色马铃薯VC含量呈逐渐递减的趋势。

图5 冷冻时间及温度对紫色马铃薯汁VC的影响Fig.5 Effect of freezing time and temperature on VCof purple potato juice

由图表明，冷冻温度对紫色马铃薯VC影响较大，例如冷冻6 h 时，-25 ℃的冷冻温度条件下VC含量明显高于-5 ℃。另外在-5、-10、-15 ℃冷冻条件下，VC含量随时间的增加变化差异明显，-20、-25 ℃冷冻24 h后VC含量与冷冻6 h 相比变化差异明显。冷冻温度越低，VC含量损失越少，说明在低温的条件下，有利于VC含量的保存。

2.2 灰色关联度综合分析法确定冷冻工艺参数

通过冷冻时间及冷冻温度处理后紫色马铃薯各品质指标结果见表1。

表1 冷冻天数及冷冻温度处理后紫色马铃薯各指标Table 1 Indicators of purple potato after freezing time and freezing temperature

2.3 冷冻处理与理想品质的关联度与排序

冷冻处理与理想品质的关联度与排序见表2。

由表2 可知，通过灰色关联综合评价分析，经过冷冻处理后紫色马铃薯品质的等权关联序和加权关联序基本一致，-5 ℃冷冻6 h 时等权关联度排第一，而加权关联度排第三，出现等权关联序和加权关联序排序不一致现象的原因是由于权重不同及不同冷冻温度及冷冻天数的条件对紫色马铃薯各品质的影响程度不同。部分冷冻处理条件的等权关联度/加权关联度存在排序相同，可能是因为该处理条件下出汁率及紫色马铃薯各品质指标变化差异不大，且因为计算结果只保留小数点后两位，因此出现了排序相同的结果。但整体分析冷冻处理对紫色马铃薯出汁率及品质的影响，可以看出无论是加权关联度还是等权关联度，都以-10 ℃，冷冻18 h 最大，该处理条件下，紫色马铃薯各指标接近“理想指标”，所以确定冷冻处理条件为-10 ℃冷冻 18 h。

表2 冷冻处理与理想品质的关联度与排序Table 2 Correlation and ordering of freezing and ideal quality

3 结论

1） 在冷冻温度为-5、-10、-15、-20、-25 ℃分别冷冻 6、12、18、24、30 h，20 ℃解冻，不同处理对各指标影响如下，各指标最优处理条件分别为：-10 ℃冷冻30 h，出汁率最高为53.43%；-5 ℃冷冻30 h，可溶性固形物最高为6.65 %；-10 ℃冷冻6 h，花青素含量最高为362.92 mg/L；-25 ℃冷冻 6 h 多酚和 VC含量最高分别为 1.60 △OD/g、12.37 mg/100 g。

2）灰色关联度综合分析处理最优结果为-10 ℃冷冻18 h，该处理条件下各指标含量分别为：出汁率52.89%，可溶性固形物6.40%，花青素358.38%，多酚和 VC分别为 1.46 △OD/g 和 11.38 mg/100 g。

4 讨论

冷冻预处理可以提高马铃薯出汁率，但-10 ℃条件下出汁率却显著高于-5 ℃，因此推测紫色马铃薯最大冰晶带在-8.2 ℃左右。其他温度条件下出汁率变化趋于稳定，其原因可能是冻结温度越低，水分就会越快的形成大量在组织中分布均匀的小颗粒冰晶。又由于小冰晶的膨胀力小，所以其对组织的破坏力小，故对紫色马铃薯出汁率的影响较小。刘艳春等[14]在不同冻结速率对冻后番木瓜品质的影响研究中表明结果与本试验结果趋势一致。郭卫芸等[15]冷冻榨汁技术在胡萝卜汁生产中的应用研究中同样指出，冻结速度的提高，可溶性固形物得率呈明显下降趋势，与本研究趋势一致。造成这样的原因是由于在-5 ℃的冷冻温度下，淀粉在淀粉酶的作用下转为糖，随着温度的降低，淀粉酶失活越快，可溶性固形物越低。刘畅等[16]在不同树莓品种冻藏品质变化及适宜冻藏品种筛选研究中同样表明，低温冻藏时，总酚含量下降较平稳。表明温度越低，越有利于多酚物质的保存。Ziena 在酸橙汁的保藏试验发现：冻藏比冷藏条件下VC的损失少，可以看出，冻藏更有利于VC的保藏[17]。以及包海蓉在荔枝原汁和草莓的保藏试验中得到了相似的结果[18-21]。