徐曈晖，李洋*

东北林业大学工程技术学院（哈尔滨 150040）

果蔬食品的价值取决于品质的新鲜程度。果蔬在采收后品质下降迅速，不宜长时间储藏，易失去食用和加工价值，从而造成经济损失。冷冻是延长食品新鲜品质的有效保存方法，且有研究表明，冷冻果蔬的营养价值不低于新鲜果蔬[1]。但物料在冻融过程中受冷冻效率、冻藏温度和时间等因素的影响，易出现品质劣变和结构损伤等冻害现象，导致复温后出现褐变加速、汁液流失等问题。所以冷冻食品的品质很大程度上取决于冻融方法的选择，冷冻效率高、形成冰晶小、解冻传热速率快、细胞结构损伤小，冷冻果蔬的品质维持得越好。

近几年，随着速冻和解冻技术的发展和对冻融过程研究的深入，研究者们开始关注更高效的冻融方法，如低温液氮冷冻，食品玻璃态的冻藏温度，电场、磁场等辅助解冻技术，生物抗冻蛋白剂的使用等等。这些技术的应用既有效延长了食品的新鲜品质、提升冷冻果蔬品质，同时也满足了食品鲜食和加工的需求，创造更大的经济价值。通过介绍国内外对果蔬冻融方法的研究现状，从色泽、质构特性、营养物质和改良抗冻性这几个角度出发，论述其对品质保护的作用机理和关键效果，期望能够为该方向的科研工作者提供一定的思路和启发。

1 冻融过程的特点简析

冻融过程主要由快速冷冻、低温储藏和复温解冻三部分组成。在低温冷冻阶段，物料通过冷冻处理，以实现新鲜品质的延长；在复温解冻阶段，利用热传导原理对冷冻物料进行解冻，保证其可食用性和可加工性。在冷冻阶段，虽然不同果蔬的冷冻特性不同，但是根据食品聚合理论以及近年来对冷冻研究特性的研究表明，过冷度大的冷冻方法在细胞内形成冰晶细小、分布均匀、结构损伤小，冷冻保存效果也越好。不同于冻融处理的连续冷冻解冻过程，作为长时间的储藏过程，冻融过程中有较长时间静态的冻藏期，且研究表明在冻藏期温度的波动越大，物料表面结霜越严重，这也显示温度稳定的重要性。在解冻阶段，为保持较好的冷冻果蔬品质，传热效率高。总的来说，完整的冻融过程应包括冻前预处理、快速冷冻、低温冻藏和高效解冻四个阶段。

2 冻融方法对果蔬品质保护研究

2.1 对果蔬色泽保护的研究

果蔬在冻融过程中色泽下降主要有两个原因：细胞结构在冻融过程被破坏导致酶促反应加剧、解冻过程发生色素降解的非酶促反应。在缓慢的冻融方式下，细胞膜结构被破坏，酶与反应底物接触增多，解冻后细胞内酚类物质在酶的作用下（多酚氧化酶、过氧化酶）氧化成醌类，进而聚合形成褐色物质引发组织色变。非酶促褐变主要由非酶化学反应以及色素降解造成色泽下降，例如机械碰撞损伤、焦糖化反应、美拉德反应、维生素C氧化分解、多元酚氧化缩合反应等，造成色泽下降。所以在冻融过程中，进行适当的预处理是减缓色泽下降的必要步骤。

早期的研究发现，通过温度激化预处理，例如进行烫漂或者冷激处理，能达到钝化酶活性，减缓果蔬在储藏期间色泽的下降程度；同时温度激化在一定程度上提高了果实的抗冷性，合适的激化方式能有效减轻或抑制冷害的现象。刘玉杰[2]以菠菜、青椒、番茄为试材，发现冰温（-1 ℃）冷激处理能够诱导活性氧清除酶活性的升高，平衡SOD、CAT、POD协调作用，抑制MDA和膜透性的升高，降低细胞膜结构损伤程度，维持感官品质，延长贮藏期。Mazzeo等[3]探究工业冷冻工艺对蔬菜色泽影响时发现，经热烫处理后的蔬菜，冻藏后绿色度有所增加，色泽的保留度较高。朱东兴等[4]对速冻小松菜进行护绿研究，发现预先由碳酸氢钠浓度为0.26%和氯化钠浓度为0.31%的混合护色剂处理后，在95 ℃下烫漂89 s后再进行速冻处理，结果表明该方法对速冻小松菜冻藏期的护绿保护效果较好。梁东武等[5]在研究速冻荔枝裂果现象时发现，通过沸水烫漂7 s能够较好保护果皮颜色和果皮质构，同时能降低速冻处理后裂果率。

随着对细胞内酶活性的研究展开，研究发现大多数褐变酶的最适pH在4.0～8.0，且环境的酸碱度变化能影响酶活性。护色剂浸泡利用这一原理，通过改变细胞环境酸碱度使得多酚氧化酶失活、减缓褐色物质生成，或将褐色产物通过化学反应重新生成无色的物质，起到护色目的。刘俊围等[6]通过分析4种单一护色剂对速冻香蕉褐变的抑制率，配制比例为L-半胱氨酸浓度0.14%、植酸浓度1.32%、EDTA-2Na浓度1.28%、D-异抗坏血酸钠浓度1.70%的混合护色剂对速冻香蕉的护色效果最好。Abd-Elhady[7]将草莓用0.4%柠檬酸和1%乳酸钙复合护色剂浸液处理后进行速冻，有效改善了草莓在速冻后的色泽下降情况。王冉冉等[8]按照护色+烫漂+干冰速冻+（-18±0.5）℃低温贮藏的处理步骤，联合处理切块紫甘蓝，结果表明该联合处理方法在28 d贮藏期后相较于单一处理，保鲜效果最佳。胡烨等[9]以双孢蘑菇为对象，经3.0 g/L异抗坏血酸钠、1.5 g/LL-半胱氨酸、0.4 g/L抗坏血酸、10.0 g/L柠檬酸复合护色剂浸泡30 min后，通过-80 ℃冷冻25 min、4 ℃解冻60 min的冻融条件处理双孢蘑菇，双孢蘑菇片汁液流失率最低，色泽接近新鲜样品，水分含量高，能够满足加工需求。

2.2 对质构特性保护的研究

完整细胞结构和细胞液内外压差构成了果蔬食品的质构特性，冻融过程引发质构变化可能有几种原因：①冷冻解冻过程中发生蒸腾现象，导致细胞失水，表面软塌。②低温情况下一些水解酶依然保有较好的活性，对细胞膜依然有降解的作用，使得解冻后细胞结构松散而出现软化的现象。依据“食品聚合物科学”的理论[10-11]：在足够快的冷却速率下，所有的水溶液都可迅速通过结晶区而不发生晶化，过冷成为玻璃态固体，从而避免了结晶可能引起的各种损失，细胞形态得以较好的维持。且试验结果均表明，慢速冷冻比快速冷冻造成的细胞损伤更大[12-13]。

浸渍冷冻和液氮冷冻因其过冷度大、冷却速度快而被广泛应用，再辅助其他技术，通过影响冷冻过程中冰晶成核的速率，减缓冰晶造成的损伤，有效维持果蔬的细胞结构。Liang等[14]采用-35 ℃浸渍冷冻10 min的方法对荔枝进行速冻，之后立即转到-18 ℃冷冻储藏室储藏6个月。相比于空气冷冻的荔枝在解冻后硬度下降明显和快速褐变，浸渍冷冻的荔枝在解冻后色泽与质地保留度较高。Zhu等[15]采用液氮喷雾速冻的方法对枸杞进行处理，发现解冻后水分分布较接近新鲜样品，内表皮细胞结构损伤较低。程新峰[16]在研究草莓冻融过程中发现，通过辅助低频超声波的方式，冷冻时能较好地维持草莓的微观结构和硬度，显著降低了样品解冻后的汁液流失率。Jha等[17]利用低能微波辅助的冷冻方法，对苹果和土豆进行冷冻并对其微观结构分析，结果发现微波辅助冷冻过程比传统冷冻方式造成的损伤小。Tu等[18]用超声波辅助联合液氮浸渍冷冻的方法处理莲藕，有效维持了莲藕的质地和感官，微观结构保持较好。王亚会等[19]用直流磁场辅助冻结西兰花，结果表明在辅助磁场的情况下，生成冰晶损伤小，西兰花质地保存良好。

还有研究发现，在速冻预处理阶段，通过加入糖溶液或者含钙离子的盐溶液可以维持果蔬硬度：加入糖溶液进行渗透脱水，降低细胞内的水分，减少冰晶在细胞间形成，达到保护细胞结构的目的；钙离子能够与细胞膜进行交联，形成硬质结构，保护细胞结构。赵金红等[20]用40%的混合糖液对芒果进行渗透脱水预处理，然后置于-55 ℃玻璃态冻藏5个月。结果表明渗透脱水联合玻璃态处理在长时间储藏下能有效改善芒果的质地。鞠国泉等[21]用2.0%的乳酸钙浸泡作为速冻草莓的前处理，在速冻后硬度显著上升，抑制pH上升效果明显，延缓了冻藏期花色苷变化。

2.3 对营养物质保护的研究

果蔬在冻藏期内，营养物质例如维生素C、酚类物质、果胶和花色苷等依然会发生缓慢的降解。不仅如此，冻藏期内的温度波动导致冰晶的无序生长，也破坏了细胞内微观结构，导致品质下降。在以土豆为对象的研究中，Ullah等[22]发现冻藏温度波动越大，出现重结晶现象越多，导致冷冻土豆的细胞孔隙数量减少，孔隙尺寸增大，品质下降明显，Kumar等[23]对冷冻土豆进行气孔分析也验证了这一结果。为了最大程度保留营养物质，玻璃态冻藏方法被广泛关注。Zhang等[24]考察芒果在玻璃态冻藏温度（无温度波动）条件，冻藏6个月之后发现，与部分冻结浓缩态和橡胶态相比，玻璃态贮藏能够更好地保持芒果的品质。Xu等[25]研究芹菜在玻璃态温度冻藏时发现，温度波动会影响细胞纹理、结构、流动状态，在冻藏一个月后无温度波动环境的芹菜品质损失最小。值得注意的是，玻璃态温度的玻璃态储藏中的果蔬在后期水分子活动程度变大，依然会导致品质下降，所以要避免冻藏温度大于Tg（玻璃态转换温度）和Tm（凝结态温度）值，达到延长储藏时间和维持品质水平的目的。

解冻温度升高的同时也加速了营养物质的降解速率，而果蔬中维生素主要可分为水溶性维生素和脂溶性维生素，汁液流失程度大、细胞结构损伤严重也会导致维生素的流失，从而失去食用价值和加工价值。有研究表明，在解冻时通过辅助磁场、超声波等方式提高解冻时的传热效率，可以减少细胞内外由相态差异引起的结构损伤，达到减缓汁液流失和营养物质降解的目的。Liu等[26]采取超声波辅助的方法解冻芒果，试验结果表明，在25 ℃条件下，较高的超声波强度（0.074～0.123 W/mL）有助于提高解冻效率和保留营养质量含量。陈晓维等[27]以速冻桑椹为试验对象，对比微波解冻、超声波解冻和水浴解冻后的品质情况。结果表明，虽然超声波解冻时间稍长于微波解冻，但是超声波解冻后的速冻桑椹在榨汁后的出汁率高，桑椹汁pH、可滴定酸含量和可溶性固形物含量与新鲜桑椹汁差异最小，营养物质保留情况由于微波解冻，更适于解冻加工。

2.4 对生物抗冻性的研究

从生物工程的角度来看，提高生物抗冻性、增强食品在温度胁迫环境中的适应能力是维护食品冻融过程品质的一种方法。抗冻蛋白（Antifreeze proteins）作为生物抗冻剂的一种，能附着在细胞膜表面，能在冷冻过程中对冰晶的生成有修饰作用，从而减小冰晶的无序生长对细胞的损伤。

在进行冷冻之前通过高压浸渍的方式，将抗冻蛋白注入到果蔬细胞中，使其提高低温中的抗冻能力而维持品质。Provesi等[28]通过提取冷驯化沙棘叶中抗冻蛋白，并用真空渗透的方法对杨桃进行预处理后冻藏。杨桃果实在冻藏60 d解冻后硬度保持不变，表明抗冻蛋白可以提高果蔬的冷冻品质。Kim等[29]从黄粉虫幼虫中提取抗冻蛋白，并对黄瓜、胡萝卜、西葫芦和洋葱四种样品进冻前预处理，通过对照试验得出，经过抗冻蛋白处理过的果蔬在冷冻储藏13 d后其断裂力几乎无变化，其中黄瓜的质地保存最好，表明黄粉虫抗冻蛋白在抑制冰晶形成和保持冷冻蔬菜品质方面具有潜在的价值。Kong等[30]使用三种基于天然防冻肽的合成物（AFPW，DCR26和DCR39）对胡萝卜进行处理，研究在冻融过程中该合成物对胡萝卜的抗冻性的表现。通过扫描电镜和气相色谱仪对冻藏4周后的胡萝卜进行观测，发现人工抗冻蛋白在减少汁液损失和保持冷冻胡萝卜色泽、结构、质地和挥发物方面起到改善作用，表明这些抗冻肽能在一定程度上提高胡萝卜抗冻性。但抗冻蛋白的提取过程可能会掺杂一些不可食用细菌而存在安全隐患，所以抗冻蛋白在食品加工业的推广还需要进一步研究。

3 结语与展望

总结了近年来关于冻融过程对果蔬品质影响的相关研究，经过研究者们的不断探索取得了一系列的进展：在冷冻阶段，通过辅助护色剂、生物抗冻剂、溶液浸渍等方式，联合液氮速冻，维护了冷冻果蔬感官品质。由于果蔬品种不同和组织特性的差异，即便是同种果蔬，可能在辅助方法的选取上不一致。在冻藏阶段，玻璃态冻藏理论能保持果蔬细胞的相态稳定性，降低在低温环境下营养物质的消耗，延长冷冻果蔬的储藏期，但是玻璃态温度的调整和防止冻伤的出现还需进一步研究。在解冻阶段，研究者们通过辅助微波、超声波等方式来减少细胞复温不均衡导致的细胞形态和功能的损伤，提升复温后食品的质量。但是辅助场解冻受限于食品种类，以及所加的电、磁场的类型和强度而导致试验结果存在不确定性。

随着果蔬销售加工业的逐渐增多，对果蔬进行长时间运输和储藏成为常态化，冷冻果蔬的品质变得尤为重要。冷冻果蔬的品质与冻融过程中预处理方法、冷冻方式、冻藏条件、解冻方式等因素密不可分。现阶段，我国对于完整的冷链冻融体系的研究较少，多数集中在某个单一环节，所以推动建立完整的冻融体系、完善相关的技术标准，对护速冻果蔬品质和果蔬冷链发展具有重要意义。