CN117881293A - 低于冰点温度下固体食品的等容浸渍 - Google Patents

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Abstract

在等容冷冻过程中，水果和蔬菜被抗坏血酸浸渍液体浸渍。将抗坏血酸浸渍液体浸入水果和蔬菜的孔隙中，而不破坏细胞组织。抗坏血酸的浸入可以防止果蔬产品褐变，增加产品维生素C含量，抑制微生物生长。

Description

低于冰点温度下固体食品的等容浸渍
相关申请的参考
本申请要求2021年3月11日提交的美国临时申请号63/159,528的权益，该临时申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
所公开的主题涉及等容冷冻过程。本文所描述的主题涉及一种用于在等容冷冻过程期间用浸渍液体浸渍目标固体食品的系统和方法。选择浸渍液体以提高目标食品的质量。具体地，等容冷冻过程用于用抗坏血酸浸渍溶液浸渍水果或蔬菜。抗坏血酸浸渍溶液被浸入水果和蔬菜的孔隙中，而不会破坏细胞组织。抗坏血酸的浸入可以防止切好的水果和蔬菜产品褐变，并增加其维生素C的含量。抗坏血酸还可以保持被浸入的水果或蔬菜产品的颜色，并抑制微生物生长。
背景技术
冷冻是最常见和最成熟的食品保存技术之一。冷冻通过减少微生物和酶活性、氧化和呼吸作用，以降低食品质量随着时间的推移而恶化的速度，从而延长食品的储存寿命。然而，冷冻经常会导致受影响的食物产品的细胞间损伤。生物组织中的细胞损伤会导致不可逆的膨胀损失、硬度损失、持水能力损失，并增加解冻过程中的滴水损失。细胞损伤也可能影响冷冻食品的味道和质地。
为了解决这个问题，发明人探索了等容冷冻系统，该系统在最大限度地减少细胞损伤的同时，还成功地保存食物产品。发明人特别研究了等容浸泡作为保存水果和蔬菜的方法。在等容冷冻过程中，食物产品被浸入与食物产品处于渗透平衡的溶液中，并在固定体积的高压等容室内进行加工。当等容室的温度降低到发生冻结的程度时，冰会在室的指定区域形成并膨胀，从而导致室压力增加。随着冰的不断形成，等容室内的压力会继续增加，直到室内的冰和水在预定的压力和温度下达到热力学平衡。等容室的结构使得冰在与食物产品储存区域连通(但分离)的室的区域中形成。这种分离使得食物产品能够在低于冰点温度下储存，而不会遭受冷冻过程和细胞间冰的形成造成的物理细胞损伤。
在分析等容冷冻过程时，发明人注意到，目标食物产品周围区域中存在的液体被浸入食物产品的细胞间隙中。发明人发现，通过谨慎选择浸渍食物产品的液体(即“浸渍液体”)，可以增强食物产品的特性。
基于这一见解，本发明人特别研究了使用抗坏血酸浸渍液体来提高各种水果和蔬菜产品的质量。发明人确定等容浸渍是将抗坏血酸浸渍液体24浸入水果和蔬菜20而不破坏食物产品20原始结构的快速、可控和均匀的方式。抗坏血酸浸渍液体24被保留在水果和蔬菜产品20的生物组织中，因为化合物被捕获在食物产品的孔中。
发明内容
本公开涉及一种将抗坏血酸浸渍液体浸入水果和/或蔬菜食品中的方法。在操作中，使用者将抗坏血酸浸渍液体放入柔性食品容器中。然后将水果或蔬菜添加到食品容器中，使得抗坏血酸浸渍液体与水果或蔬菜食品液体接触。然后将食物容器关闭并放置在充满水溶液的等容冷冻室中。一旦等容室关闭，等容室的温度就降低到至少0℃，从而在等容室中形成冰。随着等容室中的压力增加，抗坏血酸浸渍液体渗透水果和蔬菜产品的细胞间结构，从而用抗坏血酸浸渍液体浸入食物产品。
附图说明
与本公开相关的专利或申请文件包含至少一幅彩色附图。专利局将根据请求和必要费用的支付提供带有彩色附图的本专利或专利申请出版物的副本。
图1是等容系统的横截面示意图。
图2是一张薯块的面板照片。图2样品A是新鲜的薯块。图2样品B和C是在不同条件下进行等容冷冻的薯块。
图3是等容浸渍实验中压力与时间的函数关系的曲线图。
图4a是用4％抗坏血酸蔗糖溶液浸泡的Granny Smith苹果的照片。
图4b是用4％抗坏血酸蔗糖溶液浸泡的博勒加德(Beauregard)红薯的照片。不同的浸渍方法用于图4a和图4b。
图5是以下的CryoSEM图像：(5a)新鲜苹果的薄壁组织；(5b)苹果的薄壁组织在-3℃下浸渍5小时；(5c)苹果的薄壁组织在-5℃下浸渍5小时；(5d)新鲜红薯的髓周组织；(5e)红薯的髓周组织在-3℃下浸渍5小时；(5f)红薯的髓周组织在-5℃下浸渍5小时。
图6是示出了6a新鲜樱桃和使用不同技术保存30天的樱桃的照片：6b在3℃/90％RH下冷藏；6c在-5℃/15MPa下用蔗糖/抗坏血酸浸渍等容冷藏；6d在-5℃/15MPa下等容冷藏真空包装的樱桃；6e在-5℃/0.1MPa下等容冷藏浸泡在蔗糖/抗坏血酸溶液中的樱桃；以及6f在-5℃/0.1MPa下等容冷藏真空包装的樱桃。
图7是新鲜樱桃7a和使用不同技术保存30天的樱桃的冷冻SEM图像：7b在3℃/90％Rh下冷藏；7c在-5℃/15MPa下用蔗糖/抗坏血酸浸渍等容冷藏；7d在-5℃/15MPa下等容冷藏真空包装的樱桃；7e在-5℃/0.1MPa下等容冷藏浸泡在蔗糖/抗坏血酸溶液中的樱桃；7f在-5℃/0.1MPa下等容冷藏真空包装的樱桃。
具体实施方式
系统概述
通常如图1所示，等容系统10包括高压等容室12，该高压等容室12用密封盖14封闭。数字传感器16监测等容室12内的压力。具有破裂盘18的安全头与等容室12的内部液体连通，以确保等容室12内部的条件不超过安全标准。
根据本发明人的等容浸渍过程，如图1所示，选定的食品(优选水果或蔬菜)20被放置在耐用但柔性且可折叠的容器22中。容器22优选地填充有浸渍液体24并且被密封。在优选实施方案中，浸渍液体是一种抗坏血酸浸渍液体。
出于本公开的目的，“抗坏血酸”(也称为“抗坏血酸盐”或“维生素C”)被定义为在各种食品中发现并作为膳食补充剂出售的生物活性物质。抗坏血酸是一种水溶性必需营养素，参与组织修复、胶原蛋白形成以及某些神经递质的酶促产生。“抗坏血酸浸渍液体”是包括超过微量抗坏血酸的浸渍液体。
抗坏血酸是一种生物活性物质，以及等容浸渍是创造“功能性食品”的一种方式。“功能性食品”是指除基本营养之外对健康具有潜在积极影响的食品。功能性食品可促进最佳健康并有助于降低疾病风险。另一种功能性食品的一个熟悉的实例是强化燕麦片，因为它含有可溶性纤维，可以帮助降低胆固醇水平。
在优选实施方案中，抗坏血酸浸渍液体24与所选择的食品20处于等渗平衡。在替代实施方案中，浸渍液体24还可包括多种其他补充成分，以调味和/或保存或以其他方式提高所选食品20的质量。冰核化组件26放置在等容室12的底部，并且等容室12完全充满水溶液—优选水基溶液28。
出于本公开的目的，“水基溶液”包括主要是水(优选蒸馏水)但可含有其他化学物质的溶液，使得水基溶液的凝固点可根据特定应用的需要而改变。例如，水基溶液可包含食品级聚乙二醇(95:5)溶液。食品容器22(具有密封的食品20和浸渍液体24)被放置在等容室12中靠近等容室12的顶部。
在如上所述制备并装载等容室12之后，等容室12被冷却—优选地在传统的冷却浴中。在优选实施方案中，冷却浴根据用于密封的食品20和相关的浸渍液体24的方案将等容室12的内容物冷却至冰点或冰点以下温度。当等容室12的内容物被冷却时，冰30在等容室12的底部中的冰核化组件26周围形成，并且在等容室12内形成压力。等容浸渍可以在水溶液的冰点温度和三相点之间的温度范围内使用。如果等容室内充满水溶液，则可以在0℃至-22℃的温度范围内进行等容浸渍。在最低温度为-22℃时，压力为210MPa并且冰所占体积为60％。等容室的设计使得装有所选食品的柔性容器在浸渍过程中保持在水基溶液所占据的空间中。在一优选实施方案中，最大压力为30MPa，以及冰所占体积为15％。
本发明人对本领域的贡献是(除其他外)理解等容浸渍可用于将抗坏血酸浸渍液体24引入水果和蔬菜20的空隙空间而不破坏细胞组织。根据所选的水果和/或蔬菜，抗坏血酸的浸入有助于防止水果和蔬菜产品变色(例如“褐变”)、抑制微生物生长并增加产品的维生素C。
使用等容浸渍将抗坏血酸浸入水果和蔬菜具有多种优点。除了提供液体浸入的彻底性和均匀性之外，等容浸渍过程还可以在比传统浸入或水分增强过程更快的时间范围内发生。在传统的基于注射的湿度增强中，注射的液体只能通过渗透扩散从注射点扩散，该过程既缓慢又限于注射点周围的有限渗透深度。
然而，在等容浸渍中，浸渍液体不是通过扩散移动，而是通过由等容室周围环境中升高的静水压力驱动的机械作用移动。浸渍液体在压力的作用下填充水果或蔬菜孔隙内的细胞间空气间隙，这一过程可能比简单的渗透扩散快几个数量级，具体取决于所采用的精确的静水压力。
等容冷冻也是一种节能过程，因为室内有限的冰形成仅需要有限的潜热消耗(相变(例如冷冻)所需的热能)。因此，等容冷冻已被证明在食品保存过程中的能量消耗方面优于传统冷冻。因此，通过将浸渍过程与保存过程相结合，等容浸渍可以减少水果和蔬菜增湿、浸泡或其他浸渍食品加工过程中消耗的总能量，从而无需两个不同的加工步骤。
实施例
发明人进行了多次实验，证明了等容浸渍对具有各种质地和特性的各种水果和蔬菜的过程和效果。具体地，发明人研究了白薯、苹果、红薯和甜樱桃。下面描述了一些示例性实验。
实验组1部分是描述等容冷冻装置使用白赤褐色伯班克(Russet Burbank)薯的研究的总结，参考图1和上文所述。实验组2和实验组3是涉及多个单独的实验的更详细和全面的研究。实验组2和3中描述的过程也使用上文讨论的等容冷冻装置，然而描述实验时没有直接参考图1。
实验组1—Russet Burbank白薯
发明人选择了从当地商店采购的新鲜白(Russet Burbank品种)薯(马铃薯)样本。发明者首先将切成方块。新鲜的薯块如图2中的样品A所示。将新鲜薯块20放置在第一食物容器22中，并且将容器22真空包装、密封并放置在第一等容室12中。真空包装的薯块20被指定为样品B。
将新鲜薯块20也放置在第二食品容器22中，并且用5％(w/w)抗坏血酸水溶液24的等渗溶液填充食品容器22，使得薯块20浸泡在抗坏血酸中—然后将食品容器22密封并放置在第二等容室12中。将抗坏血酸浸泡的薯块20指定为样品C。
样品B和样品C两者的等容室12的温度均降低至-3℃。在等容冷冻储存3周后，取出样品B真空包装的薯块20并进行检查。样品B薯块20由于褐变而呈现深色—如图2所示。当酚类化合物在氧气和多酚氧化酶存在下氧化成邻醌时，就会发生褐变反应。然后邻醌快速聚合成棕色颜料。这些样品还损失了82％的原始抗坏血酸含量。
3周后，样品C薯块20也被取出并检查。然而，浸泡在抗坏血酸溶液24中的样品C薯块20没有表现出褐变—如图2所示。在样品C中，酶促褐变被浸入样品C薯块的抗坏血酸液体24抑制。而且，样品C薯块20的抗坏血酸含量显著增加。样品A新鲜薯块的抗坏血酸含量约为每100克薯块10.9±0.3mg。相比之下，等容储存后样品C薯的抗坏血酸含量为1493±27mg每100g薯。
这些结果表明，等容冷冻可用于将外部成分(例如抗坏血酸)浸入食品内部，同时在低于冰点温度下保存食品。这种浸渍甚至发生在孔隙率低的食物中，例如细胞间隙体积低至总体积的1％的薯。
实验组2—Granny Smith苹果和Beauregard红薯
发明人选择红薯和苹果作为模型食品，因为它们的孔隙率值差异很大，但可溶性固体含量相似。Granny Smith苹果(Malus domestica和Malus sylvestris的杂交种)和Beauregard红薯(Ipomoea batatas L.Lam)购自当地超市，并在5℃下保存不超过10天，在此期间进行实验。用软木钻孔机和刀片将苹果和红薯沿轴向切成圆柱形样品(高为21mm以及直径为21mm)。样品取自苹果的薄壁组织和红薯的维管环内。
苹果和红薯的孔隙率(εr)按等式1测定，使用表观密度(ρa)(g/cm3)和真实密度(ρr)(g/cm3)。表观密度(ρa)和真实密度(ρr)使用甲苯在比重瓶中通过体积位移测定。
测试一式三份进行。
浸渍介质由7％蔗糖和4％抗坏血酸的蒸馏水组成。浸渍溶液的°Brix为11.5±0.2。将五个圆柱形样品包装在防潮的塑料袋中，其中填充有固液比为1:7(v/v)的浸渍溶液。每个加工时间使用两个袋子，总共10个样品。对于对照处理，将六个袋子保存在5℃的冰箱中。1、3和5小时后取出两个袋子进行分析。对于等容浸渍处理，将2个袋子直接放入装有蒸馏水的等容室中。将等容室紧密封闭并浸入一个与循环冷却浴连接的隔热容器中。冷冻温度设定为-3℃或-5℃。样品在选择的温度下加工1、3或5小时。此后，将等容室浸入室温水浴中以降低压力。加工条件是根据发明人的早期工作选择的。等容室连接到电子压力传感器，该传感器连接到笔记本电脑以监测压力。使用Additel 9502数据记录和图形软件记录和显示数据。
加工后，将袋子切开，用薄纸轻轻吸干样品，然后称重。通过重量分析计算质量变化，并报告为基于初始质量的样品质量的变化百分比。使用数字卡尺千分尺测定体积变化，并报告为基于其初始体积的样品体积的变化百分比。对于每种处理条件测定质量变化和体积变化十次。使用传统烘箱在105℃下烘烤72小时测定生薯的水分含量。可溶性固体含量(以°Brix表示)通过用数字折射计测量折光率来确定。测定了3个不同样品的水分和固体含量。
使用高分辨率数码相机(Nikon-7000)在持续光照下拍摄半切片样品的彩色图像。使用配备有D65光源的分光光度计(CM508D，Konica Minolta Inc.，Ramsey，新泽西州，美国)进行颜色分析。使用测量面积为12mm的目标掩模和10°标准观察者直接在半切片样品的中心进行测量。对于每次处理，都要对6个圆柱体的两半进行分析。根据等式2，关于新鲜样品的颜色数据报告为L*(黑色0，白色100)、a*(红绿)、b*(黄蓝)和色差(ΔE*)，其中，L0*，a0*和b0*代表新鲜样品的读数。
使用扫描电子显微镜(SEM)分析在-3℃或-5℃下等容浸渍5小时后的微观结构变化。每次处理选择一个样品。圆柱体被切割成横截面，中心部分被切割成三个或四个样品。将每个样品放置在SEM样品架中并放入过冷的氮气(-210℃)中。将冷冻样品转移至冷冻台，然后冷冻破碎并涂上铂。使用Quorum PP3010T冷冻系统在JEOL 7900F场发射扫描电子显微镜中观察样品。新鲜样品和浸渍样品的机械特性是通过压缩测试来确定的，该过程遵循Luscher等人(2005)中的程序，稍加修改，并在Bilbao-Sainz等人(2020)中进行了描述。压缩测试使用质构分析仪(Stable Microsystems Ltd.，TA-XT2i，英国)在23℃下进行。每次处理测试六个圆柱体。使用直径50mm的圆形平板(TA-25探针)，以0.1mm/s的速度在单次压缩-减压循环中将样品压缩至50％变形。
将样品组织与提取溶液以1:2.5的比例混合，在加工并解冻1小时后，立即从圆柱体中提取抗坏血酸。提取溶液由用蒸馏水稀释至1L的30g偏磷酸、0.5gEDTA和80mL冰醋酸组成。将混合的样品在4℃下离心(10,000rpm)15分钟。收集的上清液经过滤后，并通过固相萃取柱(Bond Elut C18，500mg，3mL，安捷伦科技公司)，该柱先用2mL乙腈，然后用3mL蒸馏水预处理。将50μL样品注入配备有安捷伦二极管阵列检测器的安捷伦HPLC 1100系列液相色谱仪(安捷伦科技公司，威尔明顿，特拉华州，美国)中，对抗坏血酸进行分析。使用具有相同填料的ICSep ICE-ION-300(300×7.8mm)色谱柱和保护柱作为固定相。流动相为20mM的H2SO4溶液，流速为0.3mL/min。通过标准校准曲线对抗坏血酸含量进行定量。每次处理从3个不同的样品中测定抗坏血酸含量。
使用Minitab 19版统计软件对结果进行统计分析。通过进行双向方差分析和95％置信区间的区间图来评估不同浸渍处理之间的显著性差异。p≤0.05水平的统计学显著性差异用不同的字母标记。
图3显示了在-3℃和-5℃下等容浸渍期间压力与时间的函数关系。在等容浸渍期间，将负载室冷却至-3℃或-5℃。当水凝固成冰时，密度降低，定容室内的压力逐渐升高。温度降低期间压力的增加遵循水相图中的液相线曲线。这使得浸渍处理期间每个温度的压力最小化。压力继续增加，直到在设定温度下冰相和液相之间达到热力学平衡。此时，等容室内达到-3℃时21MPa，以及-5℃时43MPa的恒定压力。在处理结束时，当等容室升温至室温，快速减压并终止该过程。表1显示了苹果和红薯样品的总质量变化、总体积变化、水分含量和可溶性固体含量。苹果的孔隙率为25.6±2.1％，与文献中报道的Granny Smith苹果的孔隙率值相似。由于外部溶液通过毛细管作用浸入苹果中，对照浸泡的苹果样品的质量随着时间逐渐增加。相比之下，由于在压力诱导的浸渍过程中传质速率的增加，等容浸渍的苹果显示出比对照样品更大的质量增加。样品中的传质是由于渗透、扩散和流体动力学机制造成的。浸渍温度/压力影响样品的总质量变化。在-3℃下(即施加较低的压力)，质量随着时间逐渐增加。相比之下，在-5℃下浸渍3小时(即施加更高的压力)后质量增加最高。此后，苹果失去了质量，这可能表明薄壁细胞组织遭到破坏。对照苹果样品显示体积增加了1.8％至2.4％，而等容浸渍的苹果则显示出略高的体积增加，范围为2.4％至4.7％。体积的增加可能是由于水渗透和扩散到细胞组织内时细胞膨胀和细胞成分膨胀的增加。新鲜苹果的含水量为87.33％±0.09。对照样品的含水量略高(<1％)，而等容浸渍样品的含水量平均增加2.1％。这是由于浓度梯度有利于水从液体介质向产品的传质。新鲜苹果的可溶性固体含量为12.8±0.6g/100g。新鲜苹果和处理的苹果之间的可溶性固体含量没有显著性差异(P>0.05)。
红薯的孔隙率为9.6±2.6％，介于Lozano、Rotstein和Urbicain(1983)报道的15％孔隙率值和Monteiro等人(2020)报道的4.3±2.1％孔隙率值之间。红薯的细胞间隙非常小，但薯组织含有维管环、髓周储存薄壁组织中的大量嵌入维管组织和内部髓质中的大维管束，这也可能有助于提高整体孔隙率值。
由于毛细管作用，对照浸泡的薯样品的质量逐渐增加，从1小时后的0.5％增加到5小时后的1.6％。相比之下，等容浸渍样品的质量平均增加了9.3％。在等容浸渍期间，存在于细胞间隙和空隙结构中的气相可能在高压下被排出或压缩，并被压力驱动的外部浸渍介质填充。Hironaka等人(2011)观察到，整个薯的浸渍主要发生在中央髓质以及维管环和周皮之间的区域，因为髓质组织比周围更致密的髓周淀粉储存薄壁组织更具渗透性。
总质量随温度/压力和时间的变化可能是压力驱动的质量增加和由于水释放和固体(例如淀粉颗粒)浸出到外部介质中而导致的质量损失之间平衡的结果。发生浸出的原因可能是切割时样品表面的细胞破裂以及细胞组织在静水压力下的变化。
红薯的平均水分含量为80.98±0.93％，可溶性固体含量为11.4±0.2g/100g。等容浸渍使水分含量增加2％，但对可溶性固体含量影响不大。表1显示了苹果和红薯样品的总质量变化、总体积变化、水分含量和可溶性固体含量。
苹果的孔隙率为25.6±2.1％，与文献中报道的Granny Smith苹果的孔隙率值相似。由于外部溶液通过毛细管作用浸入苹果中，对照浸泡的苹果样品的质量随着时间逐渐增加。相比之下，由于在压力诱导的浸渍过程中传质速率的增加，等容浸渍的苹果显示出比对照样品更大的质量增加。样品中的传质是由于渗透、扩散和流体动力学机制造成的。浸渍温度/压力影响样品的总质量变化。
在-3℃下(即施加较低的压力)，质量随着时间逐渐增加。相比之下，在-5℃下浸渍3小时(即施加更高的压力)后质量增加最高。此后，苹果失去了质量，这可能表明薄壁细胞组织遭到破坏。
对照苹果样品显示体积增加了1.8％至2.4％，而等容浸渍的苹果则显示出略高的体积增加，范围为2.4％至4.7％。体积的增加可能是由于水渗透和扩散到细胞组织内时细胞膨胀和细胞成分膨胀的增加。新鲜苹果的含水量为87.33％±0.09。对照样品的含水量略高(<1％)，而等容浸渍样品的含水量平均增加2.1％。这是由于浓度梯度有利于水从液体介质向产品的传质。新鲜苹果的可溶性固体含量为12.8±0.6g/100g。新鲜苹果和处理的苹果之间的可溶性固体含量没有显著性差异(P>0.05)。
红薯的孔隙率为9.6±2.6％，介于Lozano、Rotstein和Urbicain(1983)报道的15％孔隙率值和Monteiro等人(2020)报道的4.3±2.1％孔隙率值之间。红薯的细胞间隙非常小，但薯组织含有一个维管环、髓周储存薄壁组织中的大量嵌入维管组织和内部髓质中的大维管束，这也可能有助于提高整体孔隙率值。
由于毛细管作用，对照浸泡的薯样品的质量逐渐增加，从1小时后的0.5％增加到5小时后的1.6％。相比之下，等容浸渍样品的质量平均增加了9.3％。在等容浸渍期间，存在于细胞间隙和空隙结构中的气相可能在高压下被排出或压缩，并被压力驱动的外部浸渍介质填充。Hironaka等人(2011)观察到，整个薯的浸渍主要发生在中央髓质以及维管环和周皮之间的区域，因为髓质组织比周围更致密的髓周淀粉储存薄壁组织更具渗透性。
总质量随温度/压力和时间的变化可能是压力驱动的质量增加和由于水释放和固体(例如淀粉颗粒)浸出到外部介质中而导致的质量损失之间平衡的结果。发生浸出的原因可能是切割时样品表面的细胞破裂以及细胞组织在静水压力下的变化。红薯的平均水分含量为80.98±0.93％，可溶性固体含量为11.4±0.2g/100g。等容浸渍使水分含量增加2％，但对可溶性固体含量影响不大。
表1：4％抗坏血酸蔗糖溶液浸泡苹果和红薯的总质量变化(ΔM)、总体积变化(ΔV)、含水量(Xw)和可溶性固体含量(°Brix)。
数值为平均值±SD(对于ΔM和ΔV，n＝10；对于Xw和Brix，n＝3)。对于特定商品，同一列中的不同字母表示0.05概率下的显著性差异。
半切片样品的代表性彩色图像(RGB比例)如图4a和图4b所示，分别代表苹果和红薯。颜色数据报告于表2中。对于苹果，对照浸泡样品核心的颜色与新鲜样品的颜色相似。与新鲜苹果的色差(ΔE*)低于5，这表明视觉上无法察觉颜色的变化。然而，图4a显示了样品表面有些变暗，验证了外部溶液通过毛细管作用向样品的几何中心浸入。等容浸渍样品的平均色差值为13.4±3.3，这表明普通消费者可以注意到颜色变化。
浸渍处理没有引起a*(红绿)和b*(黄蓝)值的显著变化，这表明颜色差异是由于L*参数的减少和相应的变暗造成的。Neri等人(2016)以及Fito和Chiralt(2000)也在真空浸渍样品中发现了这种变暗行为，这是由于浸渍溶液全部或部分替换空气导致蔬菜基质反射率降低。这种效应还导致样品的半透明度增加，如图4a所示。对于所有等容浸渍样品，L*值的降低相似，与浸渍加工条件无关。
图4a还表明，并非多孔相的所有可用体积都被浸渍溶液占据。其他浸渍食品基质也发现了类似的结果，如芒果、猕猴桃、梨和草莓。苹果组织的细胞间隙中含有约26％体积的闭塞气体。等容浸渍过程中的静水压力可能会压缩或排出一些细胞间隙中的气相，导致部分或全部气体被外部溶液置换。然而，一些气体可能仍然被封闭在空隙空间中，因为总孔隙率、形状、尺寸、孔隙分布以及孔隙与外部浸渍介质之间的连接都可能影响液体吸收。
图4b显示了新鲜红薯的纵向切片。不透明细胞斑块的存在表明髓周淀粉储存薄壁组织的存在，而中间的更半透明区域表明髓质区域包含内部韧皮部和韧皮部薄壁组织束。从表2可以看出，对照浸泡样品的颜色值与新鲜样品相似。这些样品的色差(ΔE*)低于5。相比之下，等容浸渍样品的L*、a*和b*值低于新鲜样品和对照样品，这表明等容样品由于将外部溶液浸入样品中而颜色更深、较少偏红和较少偏黄。研究中使用的不同浸渍条件对浸渍样品的颜色影响很小。
表2：4％抗坏血酸蔗糖溶液浸泡苹果和红薯的颜色参数。
数值为平均值±SD(n＝6)。对于特定商品，同一列中的不同字母表示0.05概率下的显著性差异。
值得注意的是，任何苹果或红薯样品均未发生褐变。抗坏血酸抑制褐变反应，主要是因为它能够清除氧气，并在邻醌参与进一步的聚合反应(导致不可逆褐色素形成)之前将其还原为邻酚类化合物，从而形成不可逆的棕色颜料。先前的作者已经报道了抗坏血酸对于防止冷冻食品褐变的有效性。Blanda等人(2008)观察到，在冷冻储存期间，用1％抗坏血酸溶液浸渍的苹果褐变有所减少。此外，Zhao等人(2021)观察到，等容条件下冷冻解冻的薯样品浸泡在5％抗坏血酸溶液中时仍保持其颜色。
为了观察等容浸渍温度/压力对浸渍5小时的苹果和红薯细胞组织的影响，拍摄了Cryo-SEM图像。新鲜苹果组织(图5a)显示了有组织的细胞分布，其中细胞和细胞间隙明显区分。细胞内内容物显示出树枝状结构，表明存在水和溶质，而细胞间隙完全是空的。
-3℃下等容浸渍的苹果(图5b)显示了充满的细胞间隙，其具有与细胞内体积相似的树突状外观，以及空的细胞间隙。在细胞大小、细胞形状、细胞间接触和细胞内外观方面，这些样品在细胞组织中没有显示出明显的干扰。相比之下，-5℃下等容浸渍苹果的细胞组织(图5c)显示了随着细胞分离的增加，结构紊乱增加，这表明压力超过一定值(>21Mpa)导致苹果组织结构的显著变化。
红薯组织包含具有少量嵌入的淀粉颗粒的复杂细胞系统(图5d)。不同区域的细胞大小和形状不同。髓周薄壁组织细胞比髓细胞大。薯细胞比苹果细胞表现出更高程度的细胞间接触，并且几乎没有小的细胞间隙。-3℃下等容浸渍的薯的显微照片(图5e)与新鲜样品相似，组织结构没有明显变化。然而，-5℃下的等容浸渍(图5f)导致细胞的结构紊乱和变形增加，这表明超过21MPa的压力可能会损害组织完整性。
关于质地，对于苹果来说，对照浸泡样品具有与新鲜样品相似的质地值。等容浸渍样品具有与新鲜样品相似的断裂应力和应变值，但弹性高出4.5％至16.4％。这种刚度的损失可能是由于外部液体溶液替代了细胞间气体，从而使细胞壁成分塑化并产生更大的弹性。
对于红薯，对照浸泡样品和-3℃浸渍样品具有与新鲜样品相似的质地值。然而，在-5℃下等容浸渍3小时，断裂应力和断裂应变分别降低了25％和16％，在更长的浸渍时间下没有进一步的变化。Abalos等人(2020)报道称，浸渍红薯中气体与水溶液交换导致薯硬度增加。因此，本研究中断裂应力的降低很可能是由于在浸渍处理过程中长时间暴露于静水压力引起的细胞破裂，正如之前在微观结构分析中观察到的(图4f)。
生的Granny Smith苹果含有3.12±0.30mg/100g抗坏血酸，与Mditshwa等人(2015)报告的结果相似，他们发现维生素C水平在2.27至3.46mg/100g之间。对于苹果，对照浸渍样品显示抗坏血酸含量随着浸渍时间的增加而增加，5小时后抗坏血酸含量高达362±18mg/100g。等容浸渍样品显示出比对照样品更高的抗坏血酸含量。在-3℃下浸渍的等容样品一小时后抗坏血酸含量为446±30mg/100g，加工时间较长时该含量增加至517±23mg/100g。在-5℃下浸渍的等容样品在3小时后具有最大抗坏血酸含量(501±35mg/100g)，较长的浸渍时间导致抗坏血酸增加越少(467±31mg/100g)。这些结果与观察到的这些样品的总质量增益一致(表1)。
生红薯的抗坏血酸含量比苹果高，为12.1±2.9mg/100g。对于对照浸渍样品，5小时后抗坏血酸含量增加至241±12mg/100g，而等容浸渍过程将抗坏血酸含量增加至322至393mg/100g，这具体取决于浸渍条件。Sapers等人(1990)还观察到，与在大气压下浸渍相比，浸泡在抗坏血酸溶液中的薯圆柱体的抗坏血酸含量通过压力渗透显著增加。加工时间对抗坏血酸含量没有显著影响。然而，在-5℃(即施加较高压力)下浸渍的样品显示抗坏血酸含量比在-3℃(即施加较低压力)下浸渍的样品高14％。这些结果表明，由于外部溶液更完全地填充细胞间隙和空隙维管系统以及细胞膜和/或组织结构的渗透性可能发生了变化，42MPa的最高压力增加了抗坏血酸含量。Sopanangkul、Ledward和Niranjan(2002)观察到，压力从0.1MPa增加到600MPa导致薯细胞的通透性逐渐增强，并且组织结构向扩散开放。据报道，细胞通透性随着压力的增加是由于磷脂双层从液晶相到凝胶相的相变。凝胶相和液晶相的共存导致酰基链堆积较差，细胞膜渗透性增加。
结论
发明人研究了用生物活性化合物(抗坏血酸)对苹果和红薯进行等容浸渍。苹果和红薯圆柱体用含有4％抗坏血酸(抗坏血酸)的蔗糖溶液浸渍的同时，在等容条件下冷冻。与大气压下的浸渍相比，等容浸渍导致抗坏血酸的浸入量更大，这证明了该浸渍技术的可行性。加工温度(-3℃和-5℃)和加工时间(1、3和5小时)显著影响抗坏血酸的浸入。在等容条件下，苹果和红薯的抗坏血酸含量分别为446至516mg/100g和322至831mg/100g，而在大气压下，浸泡苹果和红薯中抗坏血酸的最大含量分别为18mg/100g和241mg/100g。对于这两种植物材料，-3℃下的等容浸渍不会导致生物组织的质地和微观结构发生重大变化。这些结果表明，固体食品的等容浸渍可能是一种在不显著改变其基质的情况下浸入生物活性化合物的可行技术。由于细胞组织保存完好，等容浸渍的苹果和红薯具有与新鲜样品相似的质地。此外，等容浸渍可以防止样品褐变，但由于蔗糖/抗坏血酸溶液注入细胞组织的孔中，样品呈现半透明。
在最终包装食品的生产中，等容浸渍是一种有效、高效且有益的加工技术。在等容冷冻条件下储存期间，由于食品内部没有冰晶，因此可以同时保持质量和强化食品，这对开发功能食品以满足市场需求非常有利。
实验组3—收获后的甜樱桃
这一系列实验研究了用蔗糖/抗坏血酸溶液进行(或不进行)等容浸渍的等容冷藏对收获后甜樱桃的理化、营养和微生物品质的影响。甜樱桃商业价值高，收获季节短。甜樱桃的呼吸频率也很高，很容易受到生理疾病的影响，例如瘀伤和凹陷。甜樱桃也容易受到真菌腐烂的影响。甜樱桃的高价值、短暂的收获季节和储存脆弱性使甜樱桃成为探索强化储存过程(如等容浸渍)的良好候选者。
具体地，甜樱桃果实(Prunus avium L.，品种为‘Bing’)是从伯克利(加利福尼亚州，美国)的商业农业合作社获得的。选择有梗、无缺陷、颜色均匀、重量(10.0-12.5g)的果实。
等容系统由OC-9压力室组成，该压力室由高压设备公司(伊利，宾夕法尼亚州，美国)的316级不锈钢制成。压力室的内径为5.08cm，外径为11.11cm，内部深度为25.4cm。总容量为500mL。使用螺钉和金属密封件来封闭室。在实验过程中，该室连接到电子压力传感器，该传感器连接到一台笔记本电脑以监测压力。使用Additel 9502数据记录和图形软件记录和显示数据。使用充满水和乙二醇(50:50)溶液的循环浴对系统进行冷却。
采用三种不同方法保存樱桃果实30天：在3℃/90％RH下冷藏、在-5℃/15MPa下等容冷藏和在-5℃/0.1MPa下等压冷藏。基于发明人的前期工作选择-5℃的加工温度。
对于等容处理，使用了两种不同的程序。在第一个程序中，使用FoodSaver真空密封机将樱桃真空包装在防潮塑料袋中。一个装有6颗樱桃的单包被放置在室的顶部。将冰核化片(螺钉)放置在等容室的底部，以确保形成的冰远离樱桃包。该室充满水：食品级聚乙二醇(95:5)溶液。在第二个程序中，将六颗樱桃直接放置在装有浸渍溶液的室内，浸渍溶液中溶液质量与水果质量的比例约为6.5/1。浸渍介质由17％蔗糖(S)和1％抗坏血酸在蒸馏水中的等渗溶液组成。等容处理重复进行，每次处理总共12颗樱桃。处理后，将樱桃在5℃下缓慢解冻14小时，然后在分析前平衡至22℃。
对于等压处理，使用与等容处理相似的两种程序。将樱桃真空包装或通过浸泡在浸渍溶液中进行包装，溶液质量与水果质量的比例为6.5/1。然后将小包浸泡在循环浴中。
对于每次处理，在处理之前和之后单独测量所有十二颗樱桃的质量。计算质量变化并将其报告为基于其初始质量的样品质量的百分比变化。使用常规烘箱在105℃下72小时重复三次测量水分含量。通过用数字折射计测量果汁的折射率，重复三次测量可溶性固体含量(以°Brix表示)。
使用具有8mm直径的CM-A196 Target Mask的三刺激色度计测量6个樱桃果实的脸颊区域的肤色。使用光源D65和100观察角测量仪器颜色。颜色响应变量根据CIE实验室系统表示(L*-亮度、a*-红/绿以及b*-黄/蓝)。色度(C*)、色调角(h*)和色差(ΔE*)根据以下公式计算：
加工后当天，使用质构分析仪(Stable Microsystems Ltd.，TA-XT2i，英国)在23℃下进行机械测试。触发力为5N的探针(直径为3mm不锈钢圆柱体)以1mm/s的速度穿透样品至8mm的深度。它以10mm/s的速度返回到原来的高度。每次处理测量六颗樱桃，每颗樱桃被穿透两次，产生12次测量。最大应力计算为樱桃穿透过程中的峰值压缩应力。断裂应变是樱桃因断裂而失效的应变。弹性模量(E)由弹性区域的应力/应变曲线的斜率获得。使用两种方法测定自由基清除能力：根据Brand-Williams、Cuvelier和Berset(1995)的DPPH自由基清除活性，以及根据Re等人(1999)的ABTS·+自由基阳离子脱色测定。在45ml离心管中，将1g去核的甜樱桃组织加入到20mLHPLC级甲醇中均质化。将试管加盖，涡旋15s，然后在4℃下储存过夜。第二天，将样品涡旋15s，然后使用SORVALL RC 5C Plus离心机离心(15,600rpm，4℃下15分钟)澄清。使用上清液分析DPPH-和ABTS·+自由基的自由基清除情况。
为了测定DPPH自由基清除活性，将50μl樱桃提取物与2950μl的2,2-联苯基-1-苦基肼基(DPPH，在甲醇中103.2μM)在摇床上室温反应20小时。使用Shimadzu PharmaSpecUV-1700分光光度计(岛津科学仪器公司，哥伦比亚，马里兰州)记录515nm处的吸光度。通过测量样品吸光度相对于甲醇样品的降低来计算抗氧化活性，并根据Trolox(0–750μg/ml)开发的标准曲线进行定量。抗氧化剂(AOX)值表示为每克trolox当量(trolox equivalent，TE)的毫克数。
对于ABTS·+测定，ABTS·+溶液是通过将25mL的8mM ABTS·+盐与25mL的3mM过硫酸钾在水中混合来制备的。使用前将溶液在室温下避光保存16小时。ABTS·+溶液用95％乙醇稀释，在734nm处获得0.8至1.0之间的吸光度。为每次分析准备新鲜的ABTS·+溶液。将20微升樱桃提取物或Trolox标准溶液(0.1、0.2、0.3和0.4微摩尔)与1ml ABTS·+溶液混合，并在30℃下孵育30分钟。使用Shimadzu PharmaSpec UV-1700分光光度计测量734nm处的吸光度。使用乙醇(95％)作为空白对照。自由基清除活性以每克样品中Trolox的微摩尔数表示(微摩尔TE/g fw或dw)。
对于每次处理和对照，使用3个不带种子的樱桃重复三次进行微生物评估。使用胃搅拌器将一半樱桃与蛋白胨水(0.1％)均质化90秒。准备十进制稀释液，用于计数总的嗜温需氧细菌、酵母菌和霉菌。通过倒板法获得微生物菌落，在平板计数琼脂上检测在30℃下培养48h的嗜中性需氧菌，在马铃薯葡萄糖琼脂上检测在25℃下培养72h的酵母菌和霉菌。微生物计数重复2次进行，结果表示为log CFU g-1。
使用Minitab 19版统计软件对结果进行统计分析。通过进行方差分析(ANOVA)和95％置信区间的区间图来评估不同处理之间的显著性差异。p≤0.05水平的统计学显著性差异用不同字母标记。樱桃样品保存前后的质量、°Brix和水分含量见表1。冷藏樱桃的最高失重值为27.6％。
樱桃在冷藏温度下储存期间的重量损失主要是由于蒸腾和呼吸过程引起的水分损失。甜樱桃果实具有较低的果皮扩散阻力和较高的表面积/体积比，从而促进了水分的快速流失。冷藏樱桃的可溶性固体含量也有所增加，这可能是由于储存期间水分流失或淀粉分解成糖后可溶性固体浓度增加所致。等容冷藏最大限度地减少了重量损失。在等容条件下储存并浸泡在蔗糖/抗坏血酸溶液中的樱桃的质量损失最低值为7.1％。此外，等容樱桃的水和可溶性固体含量在保存期间没有显著变化。相比之下，等压冷藏樱桃的重量损失显著增加。樱桃的细胞结构在等压储存期间由于结冰而严重受损(图3)，导致真空包装和蔗糖/抗坏血酸样品的重量分别损失18.5％和16.2％。
表3保存对质量损失、水分含量和°Brix的影响。
对于每一列，带有相同字母(a-c)的数值在p<0.05时没有统计学差异。
新鲜和保存的Bing樱桃的外观和颜色如图6和表4所示。如图1所示，所有保存的樱桃的L*(亮度)、a*(红度)、b*(黄度)和C*(色度)值均下降，反映了光泽的红色果皮颜色的消失。等容真空包装的样品呈深色和黑色，这表明较低的储存温度可能降低了呼吸速率。然而，衰老现象仍然发生，这导致樱桃的亮度和色度下降。衰老过程中颜色的变化归因于花青素的降解和生化过程，例如允许酶作用于其底物的细胞间隔作用的丧失。此外，等压真空包装的樱桃由于酶促褐变而呈现深色和黑色。当样品浸泡在蔗糖/抗坏血酸溶液中时，樱桃的颜色得到了更好的保存，与真空包装的样品相比，色度和色调角值更高。然而，样品中仍然出现了一些变暗现象。在氧气存在下，抗坏血酸能加速花青素的降解以及增强聚合物色素的形成，从而导致花青素色素漂白。然而，由于氧气的存在有限，花青素与抗坏血酸的降解反应可能被最小化。冷藏樱桃由于在3℃的较高温度下进行的衰老过程而表现出最高的颜色损失，并且也出现干瘪(图6)。对于浸泡在蔗糖抗坏血酸溶液中的冷藏樱桃来说，由于抗坏血酸的存在而产生的花青素漂白效果更为明显(样品未显示)。由于在抗坏血酸和氧气存在下花青素漂白，这些样品看起来更白，并且显示出更高的颜色损失(AE*＝9.5，h*＝22.7)。
表4保存技术对颜色参数的影响。
对于每一列，带有相同字母(a-c)的数值在p<0.05时没有统计学差异。
甜樱桃质地是消费者接受度以及耐储存性和运输目的的一个重要质量属性。新鲜和保存樱桃的穿刺测试结果如表5所示。新鲜樱桃果实的最大应力、断裂应变和弹性模量分别为0.31±0.06MPa、0.59±0.06和0.67±0.23MPa。由于水分损失导致硬度增加，冷藏樱桃的最大应力显著增加。这些樱桃也变得更加坚硬，如弹性模量的增加所示，并显示出更大的断裂应变。甜樱桃成熟和储存期间的质地变化与呼吸速率和富含果胶的细胞壁中层的酶促降解有关。Remón等人(2003)发现，在5℃下储存10天后，甜樱桃中存在的果胶甲基酯酶(PME)活性增加了约2-2.5倍，导致细胞壁破裂和质地损失。
等容条件下保存的樱桃具有最好的机械性能。这些樱桃的最大应力值与新鲜樱桃相似，具有略高的断裂应变，以及略低的弹性模量值。等容冷藏期间的低温可能降低了呼吸速率和负责中层降解的酶的活性。尽管方差分析结果表明真空包装的樱桃和浸泡在溶液中的樱桃之间没有显著性差异，但用蔗糖/抗坏血酸溶液浸渍的樱桃具有与新鲜樱桃最相似的质地。相比之下，无论等压程序如何，等压冷藏樱桃的最大应力值均显著低于新鲜樱桃，这表明储存过程中冰的形成损害了细胞膜和细胞壁的完整性。这些样品的弹性模量值也显著降低，表明与细胞膨胀性损失相关的更具弹性的行为。此外，樱桃在压缩测试期间没有破裂，因为樱桃的硬度不足以破碎或断裂。
表5保存技术对Bing樱桃机械性能的影响
对于每一列，带有相同字母(a-c)的数值在p<0.05时没有统计学差异。
图6显示了新鲜和保存的樱桃样品的微观结构。图6a显示了新鲜樱桃样品的细胞结构。细胞看起来完好无损，具有清晰的细胞壁和空的细胞间隙。冷藏的樱桃表现出与水分损失相关的细胞壁变形、细胞收缩以及缺乏细胞膨压(图6b)。等容冷冻樱桃(图6c和6d)具有与新鲜组织细胞相似的细胞结构。这些细胞看起来几乎没有变形。然而，细胞间隙显示出与细胞内体积相似的树突状外观，这表明存在水和溶质。对于用蔗糖/抗坏血酸浸渍的樱桃(图6c)，充满的细胞间隙可能是由于樱桃孔中引入的蔗糖和抗坏血酸，从而证实了浸渍处理的有效性。这些结果与该样品中较高的抗坏血酸含量一致(表6)。对于真空包装的樱桃(图6d)，细胞间隙中的液体可能是由于受损细胞中的水和细胞成分渗漏造成的。细胞材料和空的细胞间隙之间的压缩性差异可能大于细胞材料和填充有等渗蔗糖/抗坏血酸溶液的细胞间隙之间的压缩性差异。与压力下浸渍的蔗糖/抗坏血酸样品相比，这对真空包装的样品造成更多的细胞损伤。
等压冷冻樱桃表现出很大程度的细胞分裂，如在蔗糖/抗坏血酸(图6e)和真空包装樱桃(图6f)中观察到的细胞壁和细胞膜清晰度较差所表明的那样。冷冻过程中形成的冰可能会导致细胞脱水，从而导致渗透损伤。此外，一些冰晶可能穿透细胞膜，造成额外的机械损伤。
甜樱桃因其花青素和抗坏血酸等生物活性化合物以及高抗氧化活性而被认为是一种健康水果。新鲜和保存的樱桃的花青素含量、抗坏血酸含量和抗氧化活性如表4所示。新鲜樱桃的花青素含量为26.4±1.8mg/100g。等人(2004)也发现了类似的值。所有保存的樱桃的花青素含量均有所下降。储存30天后，冷藏样品的花青素含量最高(初始花青素浓度的83％)，其次是蔗糖/抗坏血酸浸渍的等容样品(初始花青素浓度的74％)。Esti等人(2001)还发现，在1℃冷藏15天期间，总花青素含量下降至其值的一半左右。在冷藏温度下，花青素的减少归因于多酚氧化酶的高氧化活性和pH值的增加。等容储存的样品比等压储存的样品显示出更高的花青素含量。在等容储存过程中，细胞组织内没有冰晶形成，这有助于最大限度地减少对组织的物理损伤，从而保留大部分总花青素。相比之下，花青素可能从等压储存的樱桃中渗漏出来。此外，储存期间形成冰造成的膜损伤可能会增加酶底物相互作用。表6还示出了，与真空包装的樱桃相比，浸泡在蔗糖/抗坏血酸溶液中的样品保持了较高水平的花青素含量。Levy、Okun和Shpigelman(2019)证明了，在纯化的花青素中添加抗坏血酸会显著增强花青素的降解。然而，等容系统中缺乏氧气可能阻止了抗坏血酸对花青素降解。
新鲜Bing樱桃的总抗坏血酸含量为17.4±2.4mg/100g樱桃(w.b.)，与其他樱桃品种收获时的总抗坏血酸含量相似。正如其他作者之前所观察到的，由于在氧气存在下发生酶促氧化(通过抗坏血酸氧化酶)，冷藏樱桃中的抗坏血酸含量显著下降。对于在低于冰点温度下储存的樱桃，真空包装的樱桃在等容条件下(89％)比在等压条件下(59％)更好地保留了其抗坏血酸含量。在等渗蔗糖/抗坏血酸溶液中处理的样品显示抗坏血酸含量显着增加。对于等压樱桃，外部溶液中的抗坏血酸可能通过冰形成造成的破碎细胞组织渗透到樱桃内部。对于等容樱桃，抗坏血酸含量的增加可能是由于压力升高导致传质增加，从而导致压力诱导的浸渍樱桃。这些结果表明，抗坏血酸等容浸渍可以提高甜樱桃水果的抗坏血酸含量和营养品质。结果显示，100g等容浸渍樱桃可提供每日推荐的抗坏血酸摄入量的约120％，因为每日推荐的抗坏血酸剂量为90mg/天。相比之下，等量的新鲜樱桃提供的抗坏血酸约为每日推荐摄入量的19％。
保存技术对抗氧化活性的影响也如表6所示。蔗糖/抗坏血酸溶液保藏的樱桃的DPPH自由基清除活性和ABTS·+活性略高于新鲜甜樱桃和真空包装的樱桃。方差分析表明，处理之间的这些差异对于ABTS·+结果而言是显著的，但对于DPPH自由基清除活性结果而言并不显著。
表6保存对樱桃花青素含量、抗坏血酸含量及抗氧化活性的影响。
对于每一列，后面带有相同字母(a-d)的值在p<0.05时没有统计学差异。
新鲜樱桃中未检测到嗜温需氧细菌(TMAB)或酵母菌和霉菌总数。然而，冷藏样品的TMAB值为2.81±1.15log CFU/g，酵母菌和霉菌计数为4.44±1.39log CFU/g。等容保存抑制嗜温需氧细菌的生长。然而，等容真空包装樱桃的酵母菌和霉菌计数为2.68±0.58CFU/g，而等容蔗糖/抗坏血酸樱桃没有检测到酵母和霉菌。这是由于抗坏血酸的抗菌作用，此前已有文献报道过这一作用。抗坏血酸的抗菌作用归因于细胞内部pH值的降低、膜运输和/或渗透性的破坏以及阴离子的积累。等压储存可防止真空包装的樱桃和浸泡在蔗糖/抗坏血酸溶液中的樱桃中的细菌、酵母和真菌的生长。
结论
-5℃等容条件下冷藏，有效延缓了樱桃品质参数的恶化以及细菌和真菌生长引起的腐烂。等容保存过程中的低于冰点温度降低了甜樱桃的呼吸速率，从而减缓了新陈代谢的恶化，最终延缓了衰老。此外，细胞组织内没有冰晶减少了储存过程中的细胞损伤。
通过蔗糖/抗坏血酸溶液等容浸渍可减轻新鲜樱桃的变质程度。与3℃储存和等压冷藏相比，等容蔗糖/抗坏血酸冷藏更好地保持了樱桃果实的理化特性，包括重量、硬度、果皮颜色和组织完整性。等容浸渍使樱桃的抗坏血酸含量比新鲜樱桃高出六倍，从而提高了其营养价值。此外，这种处理有效地控制了嗜温需氧微生物、酵母菌和霉菌的生长。
从本质上讲，与冷藏和等压冷藏相比，等容冷藏可以更好地将水果品质保存30天。与新鲜樱桃相比，浸渍蔗糖和抗坏血酸的等容储存樱桃的失重更小(7.1％)，褐变程度更低，质地相似，花青素保留率更高(74％)，抗坏血酸含量高6倍，抗氧化活性高19％。此外，这些樱桃没有出现微生物污染(总嗜温需氧细菌、酵母菌和霉菌)。在等容保存过程中使用低于冰点温度有助于减缓由于衰老过程和微生物生长而导致的品质恶化，而细胞组织内没有冰晶有助于保持樱桃果实的完整性。
鉴于上述原因，很显然，本文描述的主题提供了将选定的抗坏血酸浸渍液体浸入水果和蔬菜中的创新方法。当前系统可通过多种方式进行修改并应用于各种技术应用。例如，当前的方法和系统还可用于将各种液体注入肉类和其他食品和非食品中。所公开的方法和设备可根据具体操作或应用的需要进行修改和定制，各个组件也可根据需要进行修改和定义，以达到所需的效果。
尽管没有描述结构材料，但它们可以包括与本文描述的功能一致的多种组合物。这些变化不应被视为偏离本公开的精神和范围，并且对于本领域技术人员来说显而易见的所有这些修改都应包括在以下权利要求的范围内。
本说明书中公开的量、百分比和范围并不意味着限制，并且所列举的量、百分比和范围之间的增量被具体设想为本发明的一部分。本文公开的所有范围和参数应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围，以及端点之间的每个数字。例如，规定的“1至10”范围应被视为包括最小值1和最大值10之间(并包括端值)任何及所有子范围，包括所有整数值和小数值；也就是说，所有子范围都以1或以上的最小值开始(例如，1至6.1)，以10或以下的最大值结束(例如2.3至9.4、3至8、4至7)，最后到范围内包含的每个数字1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。
除非另有说明，在说明书和权利要求书中使用的所有表示成分数量、分子量等性质、反应条件等的数字，在所有情况下都应理解为用隐含术语"约"来修饰。如果(明示或暗示的)术语“约”出现在一个可数字量化的测量值之前，则假定该测量值变化高达10％。本质上，如本文所用，术语“约”是指相对于参考量、水平、值或量变化高达10％的参考量、水平、值或量。因此，除非另有说明，以下说明书和权利要求书中阐述的数值特性是近似值，其可以根据本发明的实施例中所要获得的期望特性而变化。
除非另有定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。尽管与本文描述的那些类似或等同的任何方法和材料可以用于本发明的实践或测试，但是现在描述优选的方法和材料。
术语“基本上由......组成”排除实质上干扰方法(或过程)或组合物的预期活性的附加方法(或过程)步骤或组合物组分，并且可以由本领域技术人员容易地确定(例如，考虑到本说明书或本文公开的本发明的实践)。本文示例性公开的本发明可以在没有本文未具体公开的任何元件的情况下适当地实践。

Claims (20)

1.一种将抗坏血酸浸渍液体浸入目标完整或切割的水果或蔬菜中的方法，该方法包括以下步骤：
(a)将抗坏血酸浸渍液体倒入柔性食品容器中；
(b)将至少一种目标完整或切割的水果或蔬菜添加到所述食品容器中，使得所述抗坏血酸浸渍液体与所述至少一种水果或蔬菜接触；
(c)将所述食品容器放入等容室中并用水基溶液填充所述等容室；以及，
(d)将所述等容室的温度降低至至少0℃，使得所述等容室中形成冰，其中所述冰的形成导致所述等容室中的压力增加，使得所述抗坏血酸浸渍液体渗透所述至少一种水果或蔬菜的细胞间结构，从而用所述抗坏血酸浸渍液体浸入所述至少一种水果或蔬菜，而不会破坏所述水果或蔬菜的细胞组织。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(a)中，所述抗坏血酸浸渍液体还包括蔗糖。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(a)中，按重量计，所述抗坏血酸浸渍液体为约0.1％至4％范围的抗坏血酸溶液。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，按重量计，所述抗坏血酸浸渍液体进一步包括约为5％至25％范围的蔗糖。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(a)中，所述抗坏血酸浸渍液体包括在蒸馏水中的约4％的抗坏血酸和约7％的蔗糖。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中，所述温度降低至约-2℃至-6℃之间的范围。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中，所述等容室内部的最大压力小于或等于约30MPa。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中，将所述至少一种水果或蔬菜在低于冰点温度下储存在所述等容室中约1至5小时范围内的时间。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(d)中所述的抗坏血酸的浸入导致浸入产品的重量增加，因为抗坏血酸保留在所述至少一种水果和蔬菜组织中。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(d)中所述的抗坏血酸的浸入增加了所述至少一种水果或蔬菜中的维生素C。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)-(e)中所述的抗坏血酸的浸入防止所述至少一种水果或蔬菜褐变。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)-(e)中所述的抗坏血酸的浸入防止所述至少一种水果或蔬菜产品褐变。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)-(e)中所述的抗坏血酸的浸入抑制微生物生长。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(c)中，所述水基溶液为蒸馏水，或蒸馏水与食品级聚乙二醇的混合物。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(b)中，所述至少一种水果或蔬菜选自苹果、红薯、白薯和甜樱桃。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种水果或蔬菜是甜樱桃，并且根据权利要求所述的方法进一步包括：
(e)将所述甜樱桃储存在所述等容室中以将其保质期延长至少30天。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种水果或蔬菜是甜樱桃，等容浸渍过程使抗氧化剂增加至少10％。
18.根据权利要求1所述的方法生产的至少一种水果或蔬菜产品。
19.一种将生物活性液体浸入至少一种水果或蔬菜以生产功能性食物产品的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将生物活性浸渍液体倒入柔性食品容器中；
(b)将至少一种目标完整或切割的水果或蔬菜添加到所述食品容器中，使得所述生物活性浸渍液体与所述至少一种水果或蔬菜接触；
(c)将所述食品容器放入等容室中并用水基溶液填充所述等容室；以及，
(d)将所述等容室的温度降低至至少0℃，使得所述等容室中形成冰，其中所述冰的形成导致等所述容室中的压力增加，使得所述生物活性浸渍液体渗透所述至少一种水果或蔬菜的细胞间结构，从而用所述生物活性浸渍液体浸入所述至少一种水果或蔬菜，而不破坏所述水果或蔬菜的细胞组织。
20.根据权利要求19所述的方法生产的至少一种水果或蔬菜产品。
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US4948609A (en) * 1988-02-12 1990-08-14 Nabisco Brands, Inc. Fruit and vegetable dried food product
CN102742711B (zh) * 2012-07-03 2014-07-02 西北大学 一种采用真空冷冻干燥制备猕猴桃果脯的方法

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