蔬菜冷、热加工后品质变化与力学参数间的定量关系研究

Cleanning,blanching,cooking,sterilizing,cooling and freezing are common processing mehtods for vegetable, in which usually result in tissue softening, expanding,brokening and unfavorable flavor. There must be some changes,from a point of view of material mechanics, among substances, structures and cohesive states of vegetable and some changes,from a point of view of biochemistry, among reaction substrates,reaction produces and related enzymes which cause discolor and nutrient loss. There must be intrinsic relationship between biochemistry and material mechanics. The work to find the quantitive relationship between the quality and mechanics is significant.. Vgetables processed quality have been studied by many researchers all the world, however most of works have been paid to either technologies with quality or technologies with textures. The quantitive relationship between the qualites and mechanics is very few. The objective is to find the relationship between the qualies and mechanics from 130℃ to -30℃, and give correlation figures illustrating biochemical and material mechanical parameters.

蔬菜加工往往经过清洗、烫漂、烹饪、杀菌、冷却、冻结等不同过程，使细胞组织软化、膨胀、分离甚至破碎，导致蔬菜口感下降。从材料力学角度看，构成蔬菜的物质成分、结构和聚集状态发生了变化，从而导致材料的力学性能发生了变化。从生物化学角度看，反应底物、反应产物和相关酶的活性发生了变化，导致蔬菜风味、色泽和营养变化。在生物化学和材料力学之间一定存在着内在的定量关系，科学地建立其对应关系对于提高蔬菜加工质量具有指导意义。关于蔬菜加工后的质量问题，虽然受到国内外许多学者的重视。然而，这些研究或者局限于加工条件与力学性能的关系；或者局限在加工工艺与品质指标的关系上，在生物化学指标与力学性能参数之间缺乏关联性研究。本项目拟从生物力学出发，在更宽的温度范围内（130℃至-30℃）对典型蔬菜进行扫描性的试验研究，重点关注细胞壁组分变化与细胞内营养成分变化的关联性，从数量上建立起蔬菜营养品质与力学参数间的关联图。

在冷、热加工温度范围内以及配送时间范围内，蔬菜细胞结构、组织黏弹特以及营养物质流失均存在内在的关联性。利用化学分析、微观图像检测以及力学性能分析方法，找出蔬菜加工过程中组织结构、力学参数和营养成分间的内在关系，为蔬菜加工与配送提供了更全面、更合理的分析与评价方法。. 通过实验研究，本项目获得了温度扫描、热烫和冻融三种处理方式（-196℃~90℃温度范围）下胡萝卜和小青菜的动态黏弹行为、质构特性、细胞结构以及营养成分的变化规律，建立了组织中水分状态、玻璃化转变温度及力学性能间的定量回归关系。主要研究内容与结果如下：.（1）采用动态热机械分析仪（DTMA）在30℃~90℃范围内扫描升温，发现胡萝卜组织软化依赖于温度和升温速率。慢速升温（0.5℃/min）时，组织软化主要发生在低温区（48-60℃），而快速升温（2℃/min）时将组织软化推迟至高温区（67-75℃）。快速升温时最终所得组织的硬度和脆性显著高于慢速升温时的值。研究结果说明在胡萝卜蒸煮、烫漂等实际热加工时，快速加热有利于保持产品的脆性质构。从热加工角度强调了“速热”这一概念。.（2）快速冻结和快速解冻有利于降低胡萝卜组织的Tanδ，有利于保持其弹性、硬度和脆性。第一次冻融循环条件是影响组织力学性能的关键性因素。研究结果表明，冷冻产品在流通中经历第一次的温度波动（冻融）就足以破坏其质构品质，明确了流通中始终避免温度波动的重要性，避免一些认识方面的误区。.（3）采用流变仪、质构仪等方法研究了低温烫漂（60℃，40min）和高温烫漂（90℃，4min）预处理对胡萝卜蒸煮后的动态黏弹特性、蠕变行为、质构特性以及细胞结构的影响。建立了六元件的Kelvin-Voigt流变模型，可定量预测不同时间和不同处理条件下的胡萝卜力学参数，拟合相关系数R2≥0.999。.（4）通过大量实验，获得小青菜力学参数与干物质、水分、叶绿素、总糖、总多酚和维生素C含量之间的相关关系，明确了胡萝卜的TPA质构参数、弹性模量和损耗模量与果糖、葡萄糖、蔗糖、番茄红素、叶黄素以及胡萝卜素之间的关系。研究结果的科学意义在于，将蔬菜冷热加工过程中的细胞结构信息、力学特性参数以及营养成分变化三者之间建立关系，为今后深度理解蔬菜类产品加工过程中的各种物理化学变化提高新的思路。