基于型熱工數(shù)據(jù)采集的果實(shí)可溶性固形物含量快速估算方法

基于型熱工數(shù)據(jù)采集的果實(shí)可溶性固形物含量快速估算方法

1發(fā)酵配方研究水果和蔬菜的冷凍溫度是確定合適儲(chǔ)存溫度的主要參考因素之一。傳統(tǒng)的冰點(diǎn)測(cè)定方法一般采用冰鹽水浴測(cè)定果汁溫度下降的方法,該方法測(cè)定的冰點(diǎn)溫度是死組織的冰點(diǎn)溫度,和活組織的冰點(diǎn)溫度有很大差異。有關(guān)高等農(nóng)業(yè)院校教材只列出了果品蔬菜的冰點(diǎn)范圍,沒(méi)有各種果品蔬菜的實(shí)際冰點(diǎn)溫度;有的是引用國(guó)外的測(cè)定結(jié)果;A.F.HooandM.R.Mclellan研究了濃縮蘋(píng)果汁中果膠物質(zhì)的濃度同冰點(diǎn)下降的關(guān)系,YanyunZhao,EdwardKolbeandCormaeCraven利用計(jì)算機(jī)仿真的方法測(cè)定了不同大小金槍魚(yú)的凍結(jié)速率和凍結(jié)曲線(xiàn),C.S.Chen研究了食品冰點(diǎn)下降同水分活性的關(guān)系,C.S.Chen,T.K.NguyenandR.J.Braddock研究了冰點(diǎn)下降和和果汁可溶性成分的關(guān)系,但有關(guān)果品蔬菜可溶性固形物含量同其冰點(diǎn)關(guān)系的研究未見(jiàn)報(bào)道。特別是對(duì)原產(chǎn)中國(guó)的冬棗、梨棗、巨峰玫瑰葡萄和金絲小棗冰點(diǎn)的測(cè)定工作處于空白狀態(tài)。臨界冰溫貯藏可以最大限度的抑制果品的生命活動(dòng),控制果實(shí)的衰老進(jìn)程,被認(rèn)為是一種較好的果品蔬菜貯藏保鮮方法。對(duì)果品蔬菜活組織冰點(diǎn)的測(cè)定方法開(kāi)展進(jìn)一步的研究,建立果品蔬菜冰點(diǎn)溫度同可溶性固形物含量關(guān)系的回歸方程,有利于根據(jù)果品蔬菜可溶性固形物的含量,簡(jiǎn)單快速的測(cè)算出冰點(diǎn)溫度,對(duì)于研究果品蔬菜的低溫傷害理論和更準(zhǔn)確的確定果品蔬菜的適宜貯藏溫度條件以及果品蔬菜的冷凍加工具有重要意義。2材料和方法2.1植物品種來(lái)源試材為紅星蘋(píng)果、喬納金蘋(píng)果、鴨梨、雪花梨、巨峰葡萄、玫瑰香葡萄、馬奶葡萄、金絲小棗(ZizyphusjujubaMiller)、冬棗(ZizyphusjujubaMiller)、梨棗(ZizyphusjujubaMiller)、早脆王棗、柑橘、番茄、櫻桃番茄、白蘿卜、西芹、牛角茄子、茭白、胡蘿卜、菜豆、蒜薹、大蒜、生姜、黃瓜和蘆筍。紅星蘋(píng)果、喬納金蘋(píng)果、鴨梨、雪花梨2001年9月15日采自河北省清苑縣東閭果園;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區(qū)果園;馬奶葡萄2001年9月25日由張家口園藝場(chǎng)提供;金絲小棗、冬棗和早脆王棗2001年9月24日由青縣林業(yè)局提供;梨棗2001年9月25日采自北京市郊區(qū)香山果園;柑橘2001年10月28日購(gòu)自北京果品批發(fā)市場(chǎng);番茄、櫻桃番茄、菜豆、牛角茄子、白蘿卜、西芹、胡蘿卜日采自北京郊區(qū)清河菜園;茭白、蒜薹、大蒜和生姜2001年9月28日購(gòu)自北京大鐘寺蔬菜批發(fā)市場(chǎng);黃瓜和蘆筍2002年4月6采自河北保定郊區(qū)菜園。2.2方法2.2.1樣品制備和混合用蒸餾水將PR101(0～45%)折光儀(日本產(chǎn))調(diào)零。隨機(jī)抽取具有代表性的果品蔬菜樣品16個(gè),四分法取樣,樣品充分混合后將汁液壓濾于50ml小燒杯中,混合均勻。用玻璃棒蘸取1～2滴果汁在折光儀上測(cè)定,重復(fù)6次,取平均值。2.2.2溫度變化測(cè)定冰點(diǎn)測(cè)定參照A.F.HooandM.R.Mclellan的方法,并加以改進(jìn)。每品種隨機(jī)抽取具有代表性的果實(shí)蔬菜樣品16個(gè),利用HP34970A數(shù)據(jù)采集儀和微機(jī)聯(lián)用測(cè)定設(shè)備測(cè)定冰點(diǎn)溫度,數(shù)據(jù)采集儀的傳感器為T(mén)型熱電偶,采集到的溫度信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成冰點(diǎn)曲線(xiàn)。測(cè)定開(kāi)始前,先將熱電偶放入冰水混合物中標(biāo)定。測(cè)定果實(shí)冰點(diǎn)時(shí),將T型熱電偶插入位于果皮和果心連線(xiàn)的1/2處。測(cè)定蔬菜冰點(diǎn)時(shí),不同蔬菜種類(lèi)將T型熱電偶插入不同的部位。番茄、櫻桃番茄和牛角茄子測(cè)定時(shí)從果實(shí)中部將T型熱電偶插入位于果皮和果心連線(xiàn)的1/2處;白蘿卜和胡蘿卜測(cè)定時(shí)從根莖中部將T型熱電偶插入5mm;西芹、茭白、菜豆、蒜薹插入待測(cè)組織中部;大蒜和生姜測(cè)定時(shí)從根莖中部將T型熱電偶插入5mm。然后將待測(cè)樣品放入-40℃低溫冷凍箱內(nèi),開(kāi)啟HP34970A數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)和冷凍箱,每20s記錄一次溫度變化,并繪出溫度變化曲線(xiàn)。測(cè)定設(shè)備如圖1所示。2.2.3傳感器接頭的溫度測(cè)定隨機(jī)抽取具有代表性的果實(shí)16個(gè),榨取果汁于16個(gè)50mL小燒杯中,混合均勻。將溫度測(cè)定設(shè)備的傳感器探頭插入直徑2.5cm,厚1cm的聚苯乙烯泡沫塑料板中心,使探頭露出,懸空于果汁中。然后將小燒杯放入-40℃低溫冷凍箱內(nèi),打開(kāi)測(cè)定設(shè)備和計(jì)算機(jī),開(kāi)啟低溫冷凍箱壓縮機(jī)降溫,每20s記錄一次溫度變化,繪出溫度變化曲線(xiàn)。3結(jié)果與分析3.1蔬菜的云水面質(zhì)將T型熱電偶測(cè)定的溫度信號(hào)通過(guò)HP34970A數(shù)據(jù)采集儀輸入計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。測(cè)定得到的玫瑰香葡萄、冬棗、蒜臺(tái)、菜豆、番茄和馬奶葡萄的冰點(diǎn)溫度曲線(xiàn)如圖2、圖3、圖4圖5和圖6所示。實(shí)驗(yàn)所測(cè)的11種蔬菜都有典型的冰點(diǎn)曲線(xiàn)。蒜臺(tái)的最大冰晶形成帶在-2.39～-4.02℃,菜豆的最大冰晶形成帶在-2.51～-4.33℃,番茄的最大冰晶形成帶在-1.11～-2.59℃。番茄汁的冰點(diǎn)溫度和番茄的冰點(diǎn)溫度沒(méi)有差別。12種果實(shí)也都有典型的冰點(diǎn)曲線(xiàn)。玫瑰香葡萄的最大冰晶形成帶在-4.39～-5.32℃,冬棗的最大冰晶形成帶在-4.63～-6.11℃,馬奶葡萄的最大冰晶形成帶在-3.51～-4.99℃。馬奶葡萄的冰點(diǎn)溫度顯著低于馬奶葡萄果汁的冰點(diǎn)溫度(p<0.01)。3.2可溶性固形物-冰溫y的線(xiàn)性回歸所測(cè)試材可溶性固形物含量和冰點(diǎn)溫度如表1所示。果實(shí)的可溶性固形物含量從3.17到39.56,冰點(diǎn)溫度從-1.07℃到-7.52℃。并且隨著可溶性固形物含量的增高,呈明顯的冰點(diǎn)溫度下降趨勢(shì)。其相關(guān)系數(shù)r=0.9443(p<0.05),將可溶性固形物(X)和冰點(diǎn)溫度(Y)進(jìn)行線(xiàn)性回歸,建立回歸方程:Y=-0.167X-0.566。利用該回歸方程,只要速測(cè)出果品蔬菜的可溶性固形物含量,便可迅速測(cè)算出其冰點(diǎn)溫度,該方法簡(jiǎn)便易行,且據(jù)本試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,標(biāo)準(zhǔn)差均較小,說(shuō)明所測(cè)數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確可靠的。3.3鴨梨汁的冰流速?gòu)膱D6馬奶葡萄和馬奶葡萄果汁冰點(diǎn)曲線(xiàn)可以看出,馬奶葡萄的冰點(diǎn)為-3.37℃,最大冰晶形成帶在-3.51～-4.99℃;馬奶葡萄果汁的冰點(diǎn)為-2.17℃,最大冰晶形成帶在-2.50～-2.90℃,果實(shí)的冰點(diǎn)比果汁的冰點(diǎn)低1.20℃。鴨梨果實(shí)的冰點(diǎn)為-1.83℃,最大冰晶形成帶在-4.00～-4.30℃;鴨梨汁的冰點(diǎn)為-1.57℃,最大冰晶形成帶在-2.00～-2.30℃,果實(shí)的冰點(diǎn)比果汁的冰點(diǎn)低0.26℃(見(jiàn)表1)。比較番茄和番茄汁的冰點(diǎn)溫度(見(jiàn)表1)均為-1.07℃,這可能與番茄果實(shí)可溶性固形物含量較低有關(guān)。4活組織凍結(jié)研究傳統(tǒng)的果品蔬菜冰點(diǎn)測(cè)定方法是取適量樣品在搗碎機(jī)中搗碎,榨取汁液,用雙層紗布過(guò)濾。濾液盛于小燒杯中,使其足夠浸沒(méi)溫度計(jì)的水銀球部,將燒杯置于用食鹽飽和的-6℃以下的冰鹽水中,在燒杯中插入溫度計(jì),然后不斷攪拌汁液。當(dāng)汁液溫度降至2℃時(shí),開(kāi)始記錄溫度隨時(shí)間變化的數(shù)值,每30秒鐘記錄1次,并畫(huà)出溫度時(shí)間曲線(xiàn),測(cè)得汁液的冰點(diǎn)。采用上述方法只能測(cè)定果品蔬菜汁液的冰點(diǎn),無(wú)法測(cè)定活組織的冰點(diǎn)?；罱M織與死組織的冰點(diǎn)不同,研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)?；罱M織結(jié)冰時(shí),首先在細(xì)胞間隙形成冰晶,冰結(jié)晶的擴(kuò)大要依靠細(xì)胞內(nèi)部的水分向外滲透,而由于細(xì)胞原生質(zhì)遇冷收縮,會(huì)阻礙水分通過(guò),所以結(jié)冰比較困難,同時(shí)活組織呼吸要放出一部分熱,這也使冰點(diǎn)有所下降。在死組織中原生質(zhì)已經(jīng)變性,水分可以在細(xì)胞間自由通過(guò),因此凍結(jié)只是單純的物理過(guò)程,冰點(diǎn)僅決定于溶液的濃度,而與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)。從所測(cè)22個(gè)品種的數(shù)據(jù)分析,標(biāo)準(zhǔn)差均較小,說(shuō)明該方法測(cè)定的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確可靠的。目前中國(guó)高等農(nóng)業(yè)院校教材只列出了果品蔬菜的冰點(diǎn)范圍,沒(méi)有各種果品蔬菜的實(shí)際冰點(diǎn)溫度;有的列出的果品蔬菜冰點(diǎn)溫度其資料來(lái)源于國(guó)外資料,在中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)上檢索自1994年以來(lái)的論文,有關(guān)果品蔬菜冰點(diǎn)研究的材料未見(jiàn)報(bào)道。國(guó)際上有關(guān)食品冰點(diǎn)研究方面,1987年建立了食品水分活性Aw和冰點(diǎn)溫度下降的關(guān)系式Aw=1/(1+0.0097△T),報(bào)道了濃縮蘋(píng)果汁白利糖度同果汁冰點(diǎn)下降的關(guān)系,1990年研究得出濃縮柑橘汁可溶性成分同冰點(diǎn)的關(guān)系,但有關(guān)果品蔬菜可溶性固形物同冰點(diǎn)關(guān)系的研究報(bào)道較少,特別是對(duì)原產(chǎn)中國(guó)的冬棗、梨棗、金絲小棗、馬奶葡萄、鴨梨等果實(shí)的冰點(diǎn)溫度未見(jiàn)報(bào)道。果品蔬菜可溶性固形物含量測(cè)定簡(jiǎn)便易行,而冰點(diǎn)的測(cè)定不管是采用冰鹽水浴的方法還是采用此方法都需要一定的設(shè)備和較長(zhǎng)的測(cè)定時(shí)間,將果品蔬菜可溶性固形物含量同其冰點(diǎn)溫度建立起數(shù)學(xué)模型,可以根據(jù)速測(cè)的可溶性固形物含量,迅速估算出果品蔬菜的冰點(diǎn)溫度,而果品蔬菜冰點(diǎn)溫度的確定對(duì)于果品蔬菜的低溫貯藏和冷凍