随着近些年人们对健康、有机、纯植物基等加工产品的热衷,我国的椰子加工产业也得到突飞猛进的发展。椰肉是椰子加工产业中最重要的生产原料,用于生产椰子汁、椰子糖、椰子油、椰蓉、椰子粉、椰干、椰奶等加工产品。我国由于种植面积有限,椰子原料80%以上依赖进口毛椰子果,而进口毛椰子果的单位空间运输量十分有限,贮存和运输过程中质量难以控制,在加工过程中目前没有被完全利用的加工副产物（椰壳和老椰子水等）也增加了运输和环境治理成本;此外,毛椰子果运输过程中容易藏匿外来生物,对我国生态系统带来隐患。因此,将原料进口方式由毛椰子果转变为初级加工原料将能有效解决和避免以上问题,预防和应对椰子主产国对我国进口毛椰子果的限制,保障原料供应,降低劳动力加工成本。
目前,初级加工原料主要包括椰肉、椰浆、浓缩椰浆等,其中椰肉是最佳选择之一。然而新鲜椰肉因营养丰富很容易腐败变质而影响后续加工产品的质量,因此如何使椰肉保鲜是需要解决的首要问题。冷冻贮藏保鲜是食品工业中最常用的保鲜方法之一,不含任何添加剂,是目前普遍公认的最为安全的食品保鲜方法之一,被广泛应用在食品贮藏保鲜领域[1,2,3,4,5,6]。前期王媛媛等[7]已经对在-80、-40、-18、-10 ℃冷冻条件下贮藏的椰肉感官、汁液流失率、浸出油含量、亮度、榨汁率、pH以及榨汁后椰浆稳定性等做了研究,结果表明冷冻过后的椰肉均有椰香味,没有异味和腐败变质,保藏良好,在-80 ℃和-40 ℃冷冻条件下的椰肉内表面和新鲜椰肉差别不大,只有极少数出现空洞和变色;在-18 ℃和-10 ℃冷冻条件下的椰肉组织结构受到一定影响,内表面出现部分空洞和变色。
在冷冻贮藏过程中不可避免地出现不同大小的冰晶,使细胞膜被破坏、细胞组织结构被损伤,从而对食品质构特性产生一定的影响。在冷冻贮藏食品中质构特性的分析已经被广泛应用[8,9,10]。食品流变学是研究食品受外力作用下流动与形变的特性,属食品、化学、流体力学的交叉学科。随着食品工业的发展,食品流变学的研究越来越广泛。研究食品流变学特性有助于更好地了解食品的组成、内部结构、分子形态等,为食品配方、加工工艺设计、设备选型、质量检测等提供依据。食物颗粒粒径分布是影响食品本质特性及最终产品质量的重要因素,颗粒的理化特性（大小和形状）与其聚集行为（流变特性）是影响与脂肪相关口感的关键指标[11]。Stocks定律认为,流体粒子的沉降速度与粒子的半径有关,粒子的半径越小,沉降速度越小,体系的稳定性越高。近年来,在食品加工过程中国内外对于流变学和粒度特性的研究也日益增多[12,13,14],而在椰子研究方面报道较少。因此,本文利用食品物性分析仪、流变仪和激光粒度仪研究了不同冷冻贮藏温度对于椰肉质构、榨汁后椰浆流变学特性和脂肪球粒度分布特性的影响,以期为椰肉冷冻贮藏加工技术的应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 材料 椰肉购于椰海食品有限公司,清洗热烫后自由切取大小相似的椰肉块,称量500 g椰肉装入真空包装袋中,抽真空密封包装,之后分别放于-80、-40、-18、-10 ℃的低温冰箱中冷冻1个月（估算运输流通时间）。冷冻后的椰肉在室温(25±1)℃自然解冻,解冻后排掉流出的汁液并挑选出变色的椰肉（据王媛媛等[7]前期研究结果显示,椰肉冷冻后部分发生褐变,因此为减少对加工产品色泽的影响予以剔除）进行试验。
1.1.2 仪器与设备 DW-25L92、DW-40L92、DW-86L828J 海尔医用低温保存箱,青岛海尔生物医疗股份有限公司;NR-C31PX3-NL松下冷藏冷冻箱,无锡松下冷机有限公司;DZ400加深杨梅真空包装机,瑞安市富家宝机械有限公司;安柏AT4204温度测试仪,常州安柏精密仪器有限公司;TMS-PRO食品物性分析仪,美国食品技术公司;WF-A2000榨汁机,浙江永康市天哥电器有限公司;MCR102型高级旋转流变仪,奥地利安东帕有限公司;Mastersizer 3000激光粒度仪,英国马尔文仪器有限公司。
1.2 方法
1.2.1 椰肉典型冻结曲线绘制 将温度测试仪的热电偶插入方形椰肉块（40 mm×40 mm）中心后置于-18 ℃冰箱中,间隔5 s记录其温度变化,直到内部温度到达-18 ℃,绘制温度随时间变化的冻结曲线。
1.2.2 椰肉质构特性分析 用食品物性分析仪测定新鲜的和冷冻后椰肉的质构,将椰肉切成10 mm×10 mm的椰肉块,从椰肉内表面开始挤压,探头直径2 mm,挤压速率60 mm/min, 挤压程度50%,以力与挤压距离的作用曲线最大峰值力为硬度指标。
1.2.3 椰肉榨汁后流变学特性分析 将新鲜的和解冻后的椰肉热烫处理后用榨汁机榨汁,过滤后使用流变仪进行流变学特性分析。选用内径27 mm的同心圆筒转子,样品台温度设定为25 ℃,剪切速率从1 s-1增加到100 s-1,记录整个过程的黏度和剪切应力的变化情况。
1.2.4 椰肉榨汁后脂肪球粒度分布特性分析 同流变学特性分析的操作相同,新鲜的和冷冻后的椰肉榨汁过滤后利用激光粒度仪在25 ℃条件下采用湿法手动测量脂肪球粒径分布与大小。测定过程：样品折射率为1.449（椰子油）,分散剂折射率为1.330（蒸馏水）,椰浆混匀后滴加到循环水中分散30 s,循环泵速为1600 r/min,测定时遮光度控制在5%~15%之间。分散均匀的脂肪球颗粒被激光束照射产生衍射,由于脂肪球颗粒大小不同,产生的衍射角度不同,衍射光被检测器收集后将接收到的光信号转换成电信号送入计算机,反映为脂肪球颗粒大小的分布。D[3,2]表示表面积等效平均粒径,D[4,3]表示体积等效平均粒径;D[3,2]用以表征较小粒径粒子的变化,D[4,3]用以表征较大粒径粒子的变化。
${{D}_{[3,2]}}=\sum{{{n}_{i}}{{D}_{i}}^{3}}/\sum{{{n}_{i}}{{D}_{i}}^{2}}$
${{D}_{[4,3]}}=\sum{{{n}_{i}}{{D}_{i}}^{4}}/\sum{{{n}_{i}}{{D}_{i}}^{3}}$
式中：Di表示测定的第i个脂肪球颗粒的直径;ni表示直径为Di的脂肪球颗粒数。
测量结果除了表示有D[3,2]和D[4,3]外,还有D10、D50和D90,分别指样品的粒径积累值达到10%、50%和90%时所对应的粒径大小。径距评价粒径分布的宽度,径距越大,表示分布越分散;径距越小,表示分布越集中。计算公式如下：
$径距=\frac{{{D}_{90}}-{{D}_{10}}}{{{D}_{50}}}$
每个样品检测不少于3次重复。
1.3 数据处理
数据采用Office Excel 2007和IBM SPSS Statistics 25.0软件进行数据处理和分析,LSD法进行差异显著性检验。不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。应用Office Excel 2007和Origin 9.0软件绘图。
2 结果与分析
2.1 椰肉的典型冻结曲线
表1 椰肉冻结参数结果Tab. 1 Freezing parameter results of coconut meat |
| 检测次数 Testing number | 过冷点温度 Supercooling-point temperature/℃ | 到达过冷点时间 Time of arriving supercooling-point/s | 初始冰点温度 Initial freezing point temperature/℃ | 到达初始冰点的时间 Time of arriving initial freezing point/s |
|---|---|---|---|---|
| 1 | -2.4 | 2290 | -1.2 | 2490 |
| 2 | -2.9 | 3160 | -1.2 | 3375 |
| 3 | -3.2 | 4385 | -1.7 | 4595 |
| 平均值 | -2.8 | 3278 | -1.4 | 3487 |
| 标准偏差 | 0.4 | 1052 | 0.3 | 1057 |
2.2 冷冻对椰肉质构特性的影响
冷冻前后椰肉硬度如图2所示,由冷冻前新鲜椰肉的16.81 N减少到冷冻后8.33 N（-10 ℃）,随着冷冻温度的升高而降低。这和其他食品在冷冻后硬度变小的结果是一致的[8,16],冷冻引起椰肉组织结构的变化。采用-80 ℃和-40 ℃的冷冻温度对椰肉硬度影响差异不显著（P>0.05）,采用-18 ℃和-10 ℃的冷冻温度对椰肉硬度影响差异也不显著（P>0.05）,但-40 ℃和-18 ℃ 2个冷冻温度对椰肉硬度影响差异显著,利用较高冷冻温度（-18 ℃和-10 ℃）的椰肉硬度比较低冷冻温度（-80 ℃和-40 ℃）的硬度小。主要是因为较低冷冻温度下产生较小的细胞冰晶,而较高冷冻温度下产生较大的细胞冰晶,较大的冰晶导致结构明显变化和细胞内液体的流失而使硬度减小[15]。
2.3 冷冻对椰肉榨汁后椰浆流变学特性的影响
根据流变学原理,流体的剪切应力τ与剪切速率γ的关系符合下列方程[17]：
τ= K·γ n
式中：K为流体浓度系数;τ为剪切应力,Pa;γ为剪切速率,s-1;n为流变行为指数。当n=1时,流体为牛顿流体。当n≠1时,流体为非牛顿流体,此时式（4）可表达为：
τ= η（γ）
式中：η为流体粘度系数,Pa·s,其大小即为τ与γ直线关系的斜率。当n<1时,流体为假塑性流体;当n>1时,流体为胀塑性流体。
图3 不同冷冻条件对椰肉榨汁后椰浆流变学特性的影响Fig. 3 Effects of different freezing conditions on rheological properties of coconut meat after squeezing |
表2 冷冻椰肉榨汁后椰浆的流变方程和相关系数Tab. 2 Rheological equations and the correlation coefficients of frozen coconut meat after squeezing |
| 样品 Sample | 回归方程 Regression equation | 相关系数 Correlation coefficient (R2) |
|---|---|---|
| 新鲜椰浆 | τ=0.02807γ0.8048 | 0.9982 |
| -80 ℃椰浆 | τ=0.05093γ0.7519 | 0.9968 |
| -40 ℃椰浆 | τ=0.05861γ0.7211 | 0.9945 |
| -18 ℃椰浆 | τ=0.08538γ0.6923 | 0.9963 |
| -10 ℃椰浆 | τ=0.10292γ0.7052 | 0.9968 |
椰浆黏度与剪切速率的关系如图3B所示,椰浆黏度随剪切速率的变化而变化,说明该椰浆体系具有触变性,在一定条件下具有一定抵抗外力的能力。在剪切速率1~100 s-1内,其黏度随剪切速率的增大而降低,呈现出剪切变稀的现象,表现出假塑性流体特性。冷冻过后的椰肉榨汁后椰浆黏度和剪切应力表现出相同的变化趋势。冷冻过后的椰肉榨汁后椰浆黏度比新鲜椰肉的大,随着冷冻温度的升高而升高。新鲜椰肉和-80、-40、-18、-10 ℃冷冻条件下的椰肉榨汁后椰浆的黏度最终分别为11.41、16.29、16.47、20.78、26.51 mPa·s。在-80 ℃和-40 ℃下冷冻的椰肉榨汁后椰浆黏度曲线基本重合,相差较小,而在-18 ℃和-10 ℃下冷冻的椰肉榨汁后椰浆黏度差异较大。
2.4 冷冻对椰肉榨汁后椰浆脂肪球粒度分布的影响
椰肉冷冻榨汁后的椰浆脂肪球径距比新鲜的大（表3）,新鲜椰肉与在-80 ℃下冷冻的椰肉榨汁后的椰浆脂肪球径距差异不显著（P>0.05）,与在-10 ℃冷冻条件下冷冻的椰肉差异较大（从新鲜椰肉的1.93增加到4.63,增加了2.40倍）。表面积平均粒径D[3,2]、体积平均粒径D[4,3]、D10、D50和D90基本上都是冷冻过后增加且随着冷冻温度的升高而增加,尤其是在-10 ℃冷冻条件下的椰肉榨汁后的椰浆体积平均粒径D[4,3]（42.85 μm）明显高于其他条件下的（新鲜椰肉、-80、-40、-18 ℃条件下的分别为11.88、21.78、25.22、26.27 μm）,并且平均偏差也明显较大,粒度不均匀。在-10 ℃冷冻条件下的椰肉榨汁后的椰浆D10和D50与在-18 ℃冷冻条件下的没有显著差异（P>0.05）,而D90却明显较高,说明与其他条件相比在-10 ℃冷冻条件下的椰肉榨汁后的椰浆较大的粒径主要集中在20.35~96.85 μm之间。对于激光粒度仪来说,越近似圆球型的颗粒,测量结果越精确。当D[4,3]和D[3,2]的值越近,说明颗粒的形状越规则,粒度分布越集中,它们的差越大,粒度分布越宽。新鲜椰肉与-80、-40、-18、-10 ℃冷冻条件下的椰肉榨汁后椰浆脂肪球的D[4,3]与D[3,2]的差值分别为7.30、15.48、18.66、19.58、36.07 μm,表明椰浆脂肪球的形状越来越不规则,粒度分布越来越宽（图4）。如图4所示,冷冻椰肉榨汁后的椰浆脂肪球粒径分布曲线与新鲜椰肉相比峰值向右偏移,峰值较低,峰的宽度较大,说明冷冻椰肉比新鲜椰肉榨汁后的椰浆脂肪球粒度大、体积密度小和粒径分布不均匀。新鲜椰肉榨汁后椰浆粒径大多在1~31 μm,在-80、-40、-18、-10 ℃冷冻条件下的椰肉榨汁后的椰浆脂肪球粒径大多在1~59、1~92、1~92、1~127 μm。
表3 不同冷冻条件对椰肉榨汁后椰浆脂肪球粒度的影响Tab. 3 Effects of different freezing conditions on fat globules particle size distribution properties of coconut meat after squeezing |
| 样品Sample | 径距Span | D[3,2]/μm | D[4,3]/μm | D10/μm | D50/μm | D90/μm |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 新鲜椰浆 | 1.93±0.07c | 4.58±0.16d | 11.88±0.69d | 1.52±0.03d | 11.17±0.49d | 23.10±1.50d |
| -80 ℃椰浆 | 2.26±0.02bc | 6.30±0.07c | 21.78±0.38c | 1.99±0.03c | 18.55±0.16c | 43.73±0.47c |
| -40 ℃椰浆 | 2.55±0.06b | 6.56±0.08b | 25.22±1.00b | 2.09±0.04b | 19.92±0.25b | 52.96±1.73b |
| -18 ℃椰浆 | 2.55±0.03b | 6.69±0.09ab | 26.27±0.55b | 2.16±0.05a | 20.45±0.21a | 54.27±0.85b |
| -10 ℃椰浆 | 4.63±0.68a | 6.78±0.19a | 42.85±5.62a | 2.21±0.08a | 20.35±0.59ab | 96.85±16.64a |
3 讨论
冷冻处理对椰肉硬度影响较大,冷冻后椰肉硬度明显降低,冷冻温度越高的椰肉硬度越低,和新鲜椰肉的差距越大。在-80 ℃和-40 ℃ 2个冷冻温度条件下冷冻的椰肉硬度差异不显著,在-18 ℃和-10 ℃ 2个冷冻温度条件下冷冻的椰肉硬度差异也不显著,但-40 ℃和-18 ℃ 2个冷冻温度对椰肉硬度影响显著。冷冻过程中冰晶结构的形成对细胞结构产生一定的影响,引起细胞结构的变化。果实软化主要是由细胞中胶层结构的改变造成的细胞壁降解及组分变化而引起的,其中果胶物质的变化最为显著,在贮藏过程中不溶性的原果胶降解成可溶性的果胶和果胶酸,最终导致果实软化[18]。
冷冻后的椰肉榨汁后椰浆的黏度和剪切应力增加,且随着冷冻温度的升高黏度和剪切应力增加。据之前王媛媛等的报道[7],冷冻过后椰肉有部分汁液流出,冷冻温度越高流出的汁液越多（在-80、-40、-18、-10 ℃条件下汁液流失率为5.10%、5.56%、6.11%、6.62%）,椰浆的含水量则会越低,剪切应力因为水分的降低而增加,黏度也升高。虽然随着冷冻温度升高椰肉冰晶结构破坏程度增加引起内含物流失也增加,对黏度有一定影响,但比水分流失引起的黏度升高的影响小。此外,粒度大小也是影响溶液的黏度、流变性的主要因素之一。本研究的结果显示,冷冻后的椰肉榨汁后椰浆脂肪球粒径增加且随着冷冻温度的升高而增加,椰浆脂肪球粒径的增加也可能引起椰浆黏度的增加,越大的颗粒越不规则、表面越不平滑,越有利于聚集而增加黏度。
冷冻后的椰肉榨汁后椰浆脂肪球粒径增加且随着冷冻温度的升高而增加,主要原因可能是椰肉冷冻后内部组织结构受到影响,内部汁液流出,冷冻温度越高汁液流失越多[7],这影响了榨汁工艺过程中榨汁机剪切力的作用,进而影响了椰浆的粒度大小。椰肉冷冻榨汁后的椰浆稳定性比新鲜的低[7],且随着冷冻温度的升高,稳定系数逐渐降低,而脂肪球粒径逐渐增加,这说明脂肪球粒径越大稳定系数越小,亦可以解释椰肉冷冻榨汁后的椰浆稳定系数降低与冷冻后椰浆脂肪球粒度增加有关。一方面当脂肪球直径较小时, 由于布朗运动产生的分散作用足以克服脂肪聚集趋势,可以有效缓解脂肪上浮的问题,增加浆体稳定性[19];另一方面脂肪球粒度小容易粘附在蛋白质粒子的表面提高其稳定性。
本文对经过-80、-40、-18、-10 ℃冷冻贮藏处理的椰肉进行质构特性、榨汁后流变学和脂肪球粒度分布特性分析,结果显示冷冻对椰肉特性具有一定影响,研究结果为椰肉冷冻贮藏加工技术的应用提供一定的参考。