龙眼冻结特性及其果皮低温断裂机理研究

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龙眼(Dimocarpus longan Lour.)是我国亚热带特色水果之一,其种植面积和产量常年稳居全球第一。龙眼果肉清甜爽口,营养丰富,并具有多重保健功效,其干制品俗称“桂圆”常入中药配方,经济价值高。龙眼鲜果采后呼吸旺盛,且易受微生物侵染腐败变质,不易保存。速冻是长期贮藏龙眼的重要手段,但速冻龙眼容易裂果(低温断裂),商品价值大幅下降。因此,本文以龙眼(“石硖”)为研究对象,在分析鲜果果皮结构特点和冻结规律基础上,通过对比不同方式速冻前后果皮的结构特性和力学特性的变化,从水分分布、细胞结构、细胞膜透性、抗拉强度、弹性模量和极限应变等角度,揭示速冻龙眼果皮的低温断裂机理。研究结果如下:(1)速冻对龙眼组织和细胞结构的影响:对照组新鲜龙眼果皮和果肉的细胞结构完整,轮廓清晰,细胞排列紧密,果皮内部孔隙结构呈蜂窝网状;速冻龙眼的果皮和果肉细胞结构完整性受损,局部产生明显形变,细胞膜透性增加,冻结速率越低,形变程度越大。(2)速冻方式对龙眼品质的影响:与对照组新鲜龙眼对比,速冻龙眼解冻后发生汁液流失,其水分、可溶性固形物、可滴定酸、VC、硬度和咀嚼性均发生显著损失(P<0.05),且随着冻结速率的降低而损失增加,综合来看,速冻龙眼品质由高到低为:-40℃浸渍冻结(IF)>-30℃浸渍冻结>-20℃浸渍冻结>-40℃鼓风冻结(BF)。(3)速冻对水分分布的影响:速冻前后龙眼组织的水分发生迁移;随着冻结速率的降低,龙眼水分分布均匀性变差;冻结速率越低,龙眼解冻后水分含量越少;解冻后龙眼的硬度、回复性和咀嚼性均显著地(P<0.05)与其细胞间隙水相对含量(S22)呈负相关,与液泡水相对含量(23)呈正相关。(4)速冻对龙眼果皮拉伸力学性能的影响:冻结前龙眼果皮的抗拉强度为1.746MPa,弹性模量为36.465MPa,极限应变为0.261%;冻结后龙眼果皮对应的力学指标值均低于冻结前,随着冻结速率的降低,以上指标值呈下降趋势。其中,在-40~0℃区间,果皮的抗拉强度、弹性模量和初始应力值随着冻结温度降低而增大,极限应变随着冻结温度降低而减小。(5)速冻龙眼果皮的细胞膜透性显著高于(P<0.05)对照组新鲜龙眼果皮。分析发现,冻结前后果皮的拉伸力学性能变化与其细胞膜透性的变化呈显著负相关(P<0.05)。基于以上研究结果,可以发现速冻龙眼果皮低温断裂的主要机理是:速冻龙眼果皮水分冻结形成冰晶,在不同冻结速率条件下,冰晶对果皮的微观结构和细胞膜的完整性造成不同程度的破坏,并通过水分分布变化、汁液流失和膜透性的增加促使果皮拉伸力学性能的下降,而此时果肉水分冻结形成冰晶体积增大产生膨胀应力,当果皮的拉伸力学性能下降到低于其膨胀应力时便发生断裂。因此,采用浸渍速冻技术通过大幅度提高冻结速率有利于保持龙眼果皮结构的完整性从而减少速冻龙眼裂果,为速冻龙眼技术升级和提高产业效益提供理论依据。
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