雷竹笋（Phyllostachys praecox shoots）味道鲜美、涩味轻、营养丰富，深受消费者喜爱。但雷竹笋采后易木质化，食用品质下降，严重限制了雷竹笋产业的发展。液氮冻结可用于冻藏雷竹笋的保鲜保质，但雷竹笋冻藏过程中生理代谢活动仍在缓慢进行，伴随着一系列褐变、可溶性糖降解、木质化和粗纤维积累等相关的品质劣变发生。本团队前期研究发现，液氮冻结温度和中心温度显著影响了冻藏雷竹笋的硬度、汁液流失率、粗纤维含量。然而，液氮冻结对冻藏雷竹笋生理生化特性的影响目前鲜见报道。新葡萄娱乐官网版网站新葡的京集团3512vip的廖锦晗、陈季旺*、徐丽敏等采用－60、－90、－120 ℃液氮冻结雷竹笋至中心温度为－18 ℃，或用－90 ℃液氮冻结雷竹笋的中心温度至－6、－12、－18 ℃，测定冻藏雷竹笋的PAL和POD活性、总酚含量、相对电导率和水分状态，观察冰晶结构和细胞形貌，分析冻结温度和中心温度对冻藏雷竹笋生理生化特性的影响，探讨液氮冻结影响冻藏雷竹笋品质的形成机制，以期为雷竹笋的长期保鲜保质提供科学指导和技术支撑。
由图1可以看出，冻藏第0周，－60、－90、－120 ℃液氮冻结至中心温度－18 ℃和－90 ℃液氮冻结至中心温度－6、－12、－18 ℃雷竹笋的PAL活性分别为18.15、17.21、17.32 U/g和19.86、18.15、17.87 U/g，冻藏第24周分别下降至11.12、10.07、9.29 U/g和12.51、10.90、10.45 U/g，分别下降了38.7%、41.5%、46.4%和37.0%、39.9%、41.5%。
6 组雷竹笋冻藏6 周期间PA L活性均显著降低（P＜0.05），而冻藏6 周后PA L活性无显著变化（P＞0.05），表明不同的液氮冻结温度和冻结至不同的中心温度对雷竹笋PAL活性的影响类似。这可能是冻结过程生成冰晶，细胞质浓度升高，使得在冻藏前期部分PAL失活，而冻藏第6周后PAL活性基本维持不变。
由图2可以看出，随着冻藏时间的延长，6 组雷竹笋的POD活性均呈下降趋势。冻藏第0周，－60、－90、－120 ℃液氮冻结至中心温度－18 ℃和－90 ℃液氮冻结至中心温度－6、－12、－18 ℃雷竹笋的POD活性分别为501、499、491 U/g及492、489、488 U/g，冻藏第24周分别下降至441、439、431 U/g及434、430、426 U/g，分别下降了12.0%、12.0%、12.2%和11.8%、12.1%、12.7%。－120 ℃液氮冻结雷竹笋的POD活性低于－60、－90 ℃处理组。这可能是植物细胞中的POD包括游离态和结合态两种存在形式，冻结温度越低，对雷竹笋的细胞破坏越轻，释放出来的存在于叶绿体和液泡等细胞器内的结合态POD越少。同时，冻结过程细胞浆液浓度升高造成POD失活，导致POD活性降低。液氮冻结速率的升高和中心温度的降低均抑制了冻藏雷竹笋PAL和POD的活性，保持了新鲜雷竹笋的品质。
由图3可以看出，随着冻藏时间的延长，6 组雷竹笋的相对电导率均呈上升趋势。冻藏第0周，－60、－90、－120 ℃液氮冻结至中心温度－18 ℃和－90 ℃液氮冻结至中心温度－6、－12、－18 ℃雷竹笋的相对电导率分别为50.7%、47.9%、45.7%和51.7%、49.5%、46.0%，到第24周分别上升至67.1%、61.5%、58.1%和69.5%、63.1%、61.9%。第24周时，6 组冻藏雷竹笋的相对电导率均与第0周有显著差异（P＜0.05）。对于－18 ℃中心温度组，冻藏期间－120 ℃液氮冻结雷竹笋的相对电导率均始终低于－60、－90 ℃处理组，冻藏至第18周，－120 ℃液氮冻结雷竹笋的相对电导率与－60 ℃处理组出现显著差异（P＜0.05），表明冻结温度的降低有利于保护雷竹笋的组织结构。对于－90 ℃冻结组，中心温度－6 ℃雷竹笋的相对电导率高于－12、－18 ℃，至第24周时出现显著差异（P＜0.05），表明冻结至中心温度－6 ℃对雷竹笋组织的破坏较重，无法维持较好的冻藏品质，而冻结至中心温度－12、－18 ℃冻藏期间雷竹笋的组织破坏相对较轻。
由图4可以看出，冻藏期间6 组雷竹笋的总酚含量均呈下降趋势，冻藏至第24周，6 组冻藏雷竹笋总酚含量均与第0周有显著差异（P＜0.05），这是因为冻藏期间雷竹笋中的酚类物质随汁液流出组织外。由于酚类物质参与酶促褐变，被氧化为醌类物质，会导致黄度加深。从图4可以看出，中心温度相同时，冻藏相同时间，液氮冻结温度越低，酚类物质含量的流失越少，第24周－60 ℃液氮冻结雷竹笋的总酚含量与－120 ℃处理组有显著差异（P＜0.05），表明冻结温度越低，对雷竹笋组织的保护作用越好。这是因为加快液氮冻结速率可以减轻细胞破坏程度，增大雷竹笋的持水性，维持细胞刚性，减少酚类物质随汁液流失，并降低其与酚酶的接触概率，延缓酶促褐变的发生。冻结温度相同时，中心温度－6 ℃雷竹笋的多酚含量显著低于－12、－18 ℃组，冻藏第24周时有显著差异（P＜0.05），表明冻结至中心温度－6 ℃的雷竹笋细胞组织破坏更大，汁液流失和酶促褐变更严重。
图5显示了不同液氮冻结温度和液氮冻结至不同中心温度的雷竹笋T2变化规律。图5中有3 个峰，分别代表通过氢键与雷竹笋大分子物质紧密结合的单分子层水（T21），结合在单分子层水外的多分子层水（T22）和与雷竹笋结合较弱的自由水或溶剂水（T23）。T21对应与细胞壁中的纤维素、半纤维素和果胶紧密结合的水；T22对应通过化学作用与细胞质中蛋白质、酶以及细胞骨架等紧密结合的水；T23对应与液泡中的糖及一些小分子物质结合的液泡中的水。
随着冻藏时间的延长，雷竹笋液泡水的相对峰面积A23降低，A21和A22变化不显著，表明液氮冻结雷竹笋解冻后的水分流失主要来自于液泡中的水，这是由于雷竹笋内冰晶的生长使细胞壁、中胶层和细胞膜之间出现破裂，细胞间隙增大，细胞间结合力作用降低，细胞内组织液流出。
液氮冻结温度对T2所对应的相对峰面积有显著影响。相同冻藏时间，A23相对峰面积由小到大依次为－60 ℃处理组＜－90 ℃处理组＜－120 ℃处理组。这是因为不同的冷冻速率使雷竹笋组织形成的冰晶大小及形态存在差异，导致液泡膜受到不同程度损害，液泡水流出量也有差异。冻结温度相同，液氮冻结至不同中心温度时雷竹笋的A23差异明显。与冻结至中心温度－6 ℃相比，相同的冻藏时间，－12、－18 ℃组的A23更大，且－12 ℃和－18 ℃组之间无显著差异。以上结果表明中心温度相同时，冻结温度越低，形成的冰晶越小，对冻藏雷竹笋的细胞组织保持越好，冻结温度相同时，冻结至－6 ℃雷竹笋中可冻结水较多，细胞组织破坏更重，汁液流失更多，而雷竹笋冻结至－12 ℃时大部分水已经冻结成冰晶，与冻结至中心温度－18 ℃无显著差异，均能较好地保持其细胞组织。
从图6可以看出，第0周时，3 组液氮温度冻结雷竹笋的细胞间结合紧密，微观结构完整，形态大小均一。随着冻藏时间的延长，雷竹笋细胞逐渐发生变化，细胞间出现了分离和破裂现象。这是因为雷竹笋在冷冻过程中，细胞内水分逐渐形成冰晶，刺破细胞膜，破坏雷竹笋细胞结构，造成汁液流失。冻藏至第24周，－60 ℃冻结雷竹笋细胞的分离和破裂更严重，细胞塌陷明显，部分破损细胞合并成更大的孔隙。这是因为－60 ℃液氮冻结时间较－90 ℃和－120 ℃处理组更长，形成的冰晶体较－90 ℃和－120 ℃处理组更大，导致细胞遭到的破坏更加严重。如图7所示，中心温度组中，－12、－18 ℃冻结雷竹笋细胞比－6 ℃的坍塌程度更轻。
如图8所示，冻藏第0周和第6周，3 组液氮冻结温度的雷竹笋薄壁细胞形貌区别不明显，细胞饱满、大小均匀、排列有序、细胞完整，表明液氮冷冻速率足够快，冰核和晶体生长没有破坏细胞壁，冰晶主要是在细胞内部形成。随着冻藏时间的延长，3 组液氮冻结雷竹笋的薄壁细胞出现破损、细胞发生变形、部分破损细胞合并成更大的孔隙、细胞形貌出现不同程度的变化。因为冻藏过程环境温度波动形成的重结晶现象和小冰晶表面自由能较高，水分子扩散并沉积到大冰晶表面，导致小冰晶的消失和冰晶的增大。冰晶升华后留下的空穴和体积增大导致对细胞膜和细胞壁的机械损伤加剧。
－60 ℃液氮冻结的雷竹笋细胞从第12周开始出现变形及坍塌，比－90 ℃和－120 ℃处理组严重，第12～24周，冻结温度较低的雷竹笋薄壁组织排列更加有序，细胞更加完整，且细胞较少出现坍塌变形。因为较低液氮冻结温度使雷竹笋的中心温度更快下降至－18 ℃，形成的冰晶更小，并均匀分布于薄壁细胞组织内部，与液态水分布状态相近，对细胞机械损伤更小。这些结果表明，较快的冷冻速率可以更好地保持雷竹笋的细胞形貌。如图9所示，冻藏第0周，3 组冻结至不同中心温度的雷竹笋薄壁细胞微观组织结构区别不明显，薄壁细胞饱满、大小均匀、排列有序、形状规则、细胞完整。随着冻藏时间的延长，3 组雷竹笋薄壁细胞出现破损、细胞发生变形、细胞形貌出现不同程度的变化，原因与冻结温度的影响类似。中心温度－6 ℃的雷竹笋在第6周出现明显的变形及坍塌，－12 ℃和－18 ℃的雷竹笋变形程度较轻。结合2.6节的结论，这可能是通过最大冰晶生成带时，中心温度－6 ℃雷竹笋中还有部分可冻结水未完成冻结，细胞中的这部分水分在雷竹笋冰柜冻藏过程中继续生成冰晶，由于在－18 ℃冰柜中继续冻结速率比液氮冻结组慢，生成的冰晶体积比液氮冻结组大，中心温度－6 ℃的雷竹笋品质劣变程度比－12 ℃和－18 ℃处理组更严重。
液氮冻结温度组中，冻藏至第24周，-60 ℃液氮冻结雷竹笋的PAL和POD活性、相对电导率均显著高于-90、-120 ℃处理组。这是因为较高的液氮冻结温度形成的冰晶较大，对雷竹笋的细胞破坏程度更重，使细胞器内处于结合态的POD释放出来，同时对雷竹笋组织破坏更大，汁液流失增多，导致相对电导率更大；部分酚类物质随着汁液流失出细胞外，总酚含量更低，液泡中的自由水含量减少。低于-90 ℃的液氮速冻温度可以更好地维持雷竹笋在冻结过程中的细胞形态和组织结构，并抑制冻藏期间的代谢活动，保证冻藏期间的保鲜保质。中心温度组中，冻藏至第24周，-6 ℃雷竹笋的PAL和POD活性、相对电导率均高于-12、-18 ℃组。-6 ℃组雷竹笋的冰晶大于-12 ℃和-18 ℃组，同时细胞破坏程度重于-12 ℃和-18 ℃组，但是-12 ℃和-18 ℃组之间的差异不显著。这是因为液氮冻结至雷竹笋中心温度-6 ℃时，还有较多的水分未冻结，此时转移至-18 ℃冰柜中缓慢冻结剩余水分时，会生成较大的冰晶，对细胞的破坏程度较重。冻结至中心温度低于-12 ℃的雷竹笋可以使大部分水分形成冰晶，以保持冻藏期间冰晶形态的稳定。综上，冻结温度-90 ℃、冻结至中心温度-12 ℃为冻藏雷竹笋较佳的液氮冻结条件。结合实际应用中节省液氮的目标，本研究结果有利于延长鲜雷竹笋的供应期和扩大雷竹笋供应范围，减少液氮冻结所需的液氮使用量，降低生产成本，助推雷竹笋产业发展。
本文《液氮冻结对冻藏雷竹笋生理生化特性的影响》来源于《食品科学》2024年45卷第13期247-255页
作者：廖锦晗，陈季旺，徐丽敏，路洪艳，王柳清，焦楚壹。
