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基于型热工数据采集的果实可溶性固形物含量快速估算方法

1发酵配方研究水果和蔬菜的冷冻温度是确定合适储存温度的主要参考因素之一。传统的冰点测定方法一般采用冰盐水浴测定果汁温度下降的方法,该方法测定的冰点温度是死组织的冰点温度,和活组织的冰点温度有很大差异。有关高等农业院校教材只列出了果品蔬菜的冰点范围,没有各种果品蔬菜的实际冰点温度;有的是引用国外的测定结果;A.F.HooandM.R.Mclellan研究了浓缩苹果汁中果胶物质的浓度同冰点下降的关系,YanyunZhao,EdwardKolbeandCormaeCraven利用计算机仿真的方法测定了不同大小金枪鱼的冻结速率和冻结曲线,C.S.Chen研究了食品冰点下降同水分活性的关系,C.S.Chen,T.K.NguyenandR.J.Braddock研究了冰点下降和和果汁可溶性成分的关系,但有关果品蔬菜可溶性固形物含量同其冰点关系的研究未见报道。特别是对原产中国的冬枣、梨枣、巨峰玫瑰葡萄和金丝小枣冰点的测定工作处于空白状态。临界冰温贮藏可以最大限度的抑制果品的生命活动,控制果实的衰老进程,被认为是一种较好的果品蔬菜贮藏保鲜方法。对果品蔬菜活组织冰点的测定方法开展进一步的研究,建立果品蔬菜冰点温度同可溶性固形物含量关系的回归方程,有利于根据果品蔬菜可溶性固形物的含量,简单快速的测算出冰点温度,对于研究果品蔬菜的低温伤害理论和更准确的确定果品蔬菜的适宜贮藏温度条件以及果品蔬菜的冷冻加工具有重要意义。2材料和方法2.1植物品种来源试材为红星苹果、乔纳金苹果、鸭梨、雪花梨、巨峰葡萄、玫瑰香葡萄、马奶葡萄、金丝小枣(ZizyphusjujubaMiller)、冬枣(ZizyphusjujubaMiller)、梨枣(ZizyphusjujubaMiller)、早脆王枣、柑橘、番茄、樱桃番茄、白萝卜、西芹、牛角茄子、茭白、胡萝卜、菜豆、蒜薹、大蒜、生姜、黄瓜和芦笋。红星苹果、乔纳金苹果、鸭梨、雪花梨2001年9月15日采自河北省清苑县东闾果园;巨峰葡萄和玫瑰香葡萄2001年9月23日采自河北省保定市郊区果园;马奶葡萄2001年9月25日由张家口园艺场提供;金丝小枣、冬枣和早脆王枣2001年9月24日由青县林业局提供;梨枣2001年9月25日采自北京市郊区香山果园;柑橘2001年10月28日购自北京果品批发市场;番茄、樱桃番茄、菜豆、牛角茄子、白萝卜、西芹、胡萝卜日采自北京郊区清河菜园;茭白、蒜薹、大蒜和生姜2001年9月28日购自北京大钟寺蔬菜批发市场;黄瓜和芦笋2002年4月6采自河北保定郊区菜园。2.2方法2.2.1样品制备和混合用蒸馏水将PR101(0~45%)折光仪(日本产)调零。随机抽取具有代表性的果品蔬菜样品16个,四分法取样,样品充分混合后将汁液压滤于50ml小烧杯中,混合均匀。用玻璃棒蘸取1~2滴果汁在折光仪上测定,重复6次,取平均值。2.2.2温度变化测定冰点测定参照A.F.HooandM.R.Mclellan的方法,并加以改进。每品种随机抽取具有代表性的果实蔬菜样品16个,利用HP34970A数据采集仪和微机联用测定设备测定冰点温度,数据采集仪的传感器为T型热电偶,采集到的温度信号输入计算机自动生成冰点曲线。测定开始前,先将热电偶放入冰水混合物中标定。测定果实冰点时,将T型热电偶插入位于果皮和果心连线的1/2处。测定蔬菜冰点时,不同蔬菜种类将T型热电偶插入不同的部位。番茄、樱桃番茄和牛角茄子测定时从果实中部将T型热电偶插入位于果皮和果心连线的1/2处;白萝卜和胡萝卜测定时从根茎中部将T型热电偶插入5mm;西芹、茭白、菜豆、蒜薹插入待测组织中部;大蒜和生姜测定时从根茎中部将T型热电偶插入5mm。然后将待测样品放入-40℃低温冷冻箱内,开启HP34970A数据采集仪、计算机和冷冻箱,每20s记录一次温度变化,并绘出温度变化曲线。测定设备如图1所示。2.2.3传感器接头的温度测定随机抽取具有代表性的果实16个,榨取果汁于16个50mL小烧杯中,混合均匀。将温度测定设备的传感器探头插入直径2.5cm,厚1cm的聚苯乙烯泡沫塑料板中心,使探头露出,悬空于果汁中。然后将小烧杯放入-40℃低温冷冻箱内,打开测定设备和计算机,开启低温冷冻箱压缩机降温,每20s记录一次温度变化,绘出温度变化曲线。3结果与分析3.1蔬菜的云水面质将T型热电偶测定的温度信号通过HP34970A数据采集仪输入计算机转化为数字信号。测定得到的玫瑰香葡萄、冬枣、蒜台、菜豆、番茄和马奶葡萄的冰点温度曲线如图2、图3、图4图5和图6所示。实验所测的11种蔬菜都有典型的冰点曲线。蒜台的最大冰晶形成带在-2.39~-4.02℃,菜豆的最大冰晶形成带在-2.51~-4.33℃,番茄的最大冰晶形成带在-1.11~-2.59℃。番茄汁的冰点温度和番茄的冰点温度没有差别。12种果实也都有典型的冰点曲线。玫瑰香葡萄的最大冰晶形成带在-4.39~-5.32℃,冬枣的最大冰晶形成带在-4.63~-6.11℃,马奶葡萄的最大冰晶形成带在-3.51~-4.99℃。马奶葡萄的冰点温度显著低于马奶葡萄果汁的冰点温度(p<0.01)。3.2可溶性固形物-冰温y的线性回归所测试材可溶性固形物含量和冰点温度如表1所示。果实的可溶性固形物含量从3.17到39.56,冰点温度从-1.07℃到-7.52℃。并且随着可溶性固形物含量的增高,呈明显的冰点温度下降趋势。其相关系数r=0.9443(p<0.05),将可溶性固形物(X)和冰点温度(Y)进行线性回归,建立回归方程:Y=-0.167X-0.566。利用该回归方程,只要速测出果品蔬菜的可溶性固形物含量,便可迅速测算出其冰点温度,该方法简便易行,且据本试验数据分析,标准差均较小,说明所测数据是准确可靠的。3.3鸭梨汁的冰流速从图6马奶葡萄和马奶葡萄果汁冰点曲线可以看出,马奶葡萄的冰点为-3.37℃,最大冰晶形成带在-3.51~-4.99℃;马奶葡萄果汁的冰点为-2.17℃,最大冰晶形成带在-2.50~-2.90℃,果实的冰点比果汁的冰点低1.20℃。鸭梨果实的冰点为-1.83℃,最大冰晶形成带在-4.00~-4.30℃;鸭梨汁的冰点为-1.57℃,最大冰晶形成带在-2.00~-2.30℃,果实的冰点比果汁的冰点低0.26℃(见表1)。比较番茄和番茄汁的冰点温度(见表1)均为-1.07℃,这可能与番茄果实可溶性固形物含量较低有关。4活组织冻结研究传统的果品蔬菜冰点测定方法是取适量样品在捣碎机中捣碎,榨取汁液,用双层纱布过滤。滤液盛于小烧杯中,使其足够浸没温度计的水银球部,将烧杯置于用食盐饱和的-6℃以下的冰盐水中,在烧杯中插入温度计,然后不断搅拌汁液。当汁液温度降至2℃时,开始记录温度随时间变化的数值,每30秒钟记录1次,并画出温度时间曲线,测得汁液的冰点。采用上述方法只能测定果品蔬菜汁液的冰点,无法测定活组织的冰点。活组织与死组织的冰点不同,研究结果也证实了这一点。活组织结冰时,首先在细胞间隙形成冰晶,冰结晶的扩大要依靠细胞内部的水分向外渗透,而由于细胞原生质遇冷收缩,会阻碍水分通过,所以结冰比较困难,同时活组织呼吸要放出一部分热,这也使冰点有所下降。在死组织中原生质已经变性,水分可以在细胞间自由通过,因此冻结只是单纯的物理过程,冰点仅决定于溶液的浓度,而与环境温度无关。从所测22个品种的数据分析,标准差均较小,说明该方法测定的数据是准确可靠的。目前中国高等农业院校教材只列出了果品蔬菜的冰点范围,没有各种果品蔬菜的实际冰点温度;有的列出的果品蔬菜冰点温度其资料来源于国外资料,在中国学术期刊网上检索自1994年以来的论文,有关果品蔬菜冰点研究的材料未见报道。国际上有关食品冰点研究方面,1987年建立了食品水分活性Aw和冰点温度下降的关系式Aw=1/(1+0.0097△T),报道了浓缩苹果汁白利糖度同果汁冰点下降的关系,1990年研究得出浓缩柑橘汁可溶性成分同冰点的关系,但有关果品蔬菜可溶性固形物同冰点关系的研究报道较少,特别是对原产中国的冬枣、梨枣、金丝小枣、马奶葡萄、鸭梨等果实的冰点温度未见报道。果品蔬菜可溶性固形物含量测定简便易行,而冰点的测定不管是采用冰盐水浴的方法还是采用此方法都需要一定的设备和较长的测定时间,将果品蔬菜可溶性固形物含量同其冰点温度建立起数学模型,可以根据速测的可溶性固形物含量,迅速估算出果品蔬菜的冰点温度,而果品蔬菜冰点温度的确定对于果品蔬菜的低温贮藏和冷冻

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