歐陽(yáng)杰， 倪　錦， 沈　建， 張軍文， 談佳玉

(農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程技術(shù)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，國(guó)家水產(chǎn)品加工裝備研發(fā)分中心(上海)，上海 200092)

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冷凍大黃魚(yú)通電加熱解凍工藝參數(shù)研究

歐陽(yáng)杰， 倪錦， 沈建， 張軍文， 談佳玉

(農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程技術(shù)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，國(guó)家水產(chǎn)品加工裝備研發(fā)分中心(上海)，上海 200092)

摘要：為探索冷凍大黃魚(yú)通電加熱解凍的可行性，采用直接通電和浸泡通電兩種方法對(duì)大黃魚(yú)進(jìn)行解凍，分別以空氣解凍和流水解凍作為對(duì)照組，實(shí)時(shí)測(cè)定大黃魚(yú)各部位的溫度，綜合解凍時(shí)間和均勻性作為解凍效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)。結(jié)果顯示，直接通電加熱可以有效縮短解凍時(shí)間，但解凍均勻性差，魚(yú)體最高溫差達(dá)30.2 ℃，不適合大黃魚(yú)的解凍；與對(duì)照組相比，浸泡通電解凍速度提升近1倍，且均勻性較好，適合大黃魚(yú)的解凍。為了掌握浸泡通電解凍工藝參數(shù)，研究了電源形式、電壓、導(dǎo)電液濃度對(duì)解凍效果的影響。研究表明，電源形式(直流或交流)對(duì)解凍無(wú)顯著影響，220 V最適合大黃魚(yú)的解凍，導(dǎo)電液濃度為1%時(shí)解凍效果最好；重量為500 g左右的冷凍大黃魚(yú)通電加熱解凍工藝為：1% NaCl浸泡，220 V交流電通電18 min，解凍終溫為5.2 ℃。

關(guān)鍵詞：大黃魚(yú)；通電加熱；解凍；時(shí)間；均勻性

中國(guó)是水產(chǎn)品加工大國(guó)，特別是冷凍加工，占世界加工總量的一半以上[1]。解凍是影響冷凍水產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素，一般在加工前或在最終消費(fèi)環(huán)節(jié)進(jìn)行，消費(fèi)者通常只關(guān)心解凍速度，對(duì)于水產(chǎn)品冷凍工藝方法及解凍過(guò)程造成品質(zhì)的變化往往容易被忽視[2-7]。目前，水產(chǎn)品解凍常用的方法有自然解凍、水解凍、微波解凍等。但在解凍過(guò)程中，存在解凍速度慢、表面易酸化變色、營(yíng)養(yǎng)損失嚴(yán)重等缺點(diǎn)，還容易發(fā)生微生物污染，嚴(yán)重影響解凍后的水產(chǎn)品品質(zhì)[8-15]。創(chuàng)新和改進(jìn)解凍技術(shù)、提升解凍品質(zhì)，已經(jīng)成為冷凍水產(chǎn)品加工一個(gè)重要的發(fā)展方向。

通電加熱是食品工程中的一門(mén)新興技術(shù)，利用冷凍食品本身即是導(dǎo)體的特性，電流通過(guò)冷凍食品內(nèi)部， 自身產(chǎn)生熱量，從而達(dá)到解凍。該技術(shù)具有加熱均勻、能量利用度高、解凍速度快、沒(méi)有物料厚度限制等優(yōu)點(diǎn)[16-18]。目前在美國(guó)、英國(guó)和日本等國(guó)，通電加熱技術(shù)正處于推廣應(yīng)用，以及新型設(shè)備開(kāi)發(fā)研究階段，主要應(yīng)用在流體食品的熱加工、淀粉糊化以及解凍[19-21]。該技術(shù)在中國(guó)還處于理論分析和實(shí)驗(yàn)室研究的起步階段，實(shí)際應(yīng)用較少。關(guān)于通電加熱解凍，國(guó)內(nèi)外有學(xué)者做過(guò)豬肉、牛肉等的解凍，主要集中在通電加熱裝置的建立以及在肉類(lèi)解凍中的應(yīng)用[22-25]，但在水產(chǎn)品解凍方面的研究比較少，關(guān)于水產(chǎn)品通電加熱解凍工藝參數(shù)的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

本研究以中國(guó)主要海產(chǎn)經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)大黃魚(yú)(Pseudosciaenacrocea)為研究對(duì)象[26-27]，研究通電加熱方式、通電電源、導(dǎo)電液濃度等對(duì)解凍的影響，旨在探索水產(chǎn)品通電加熱解凍的可行性，并進(jìn)一步掌握相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，為通電加熱解凍裝備的研發(fā)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1材料與設(shè)備

冰鮮大黃魚(yú)購(gòu)自某水產(chǎn)中心，大小均勻，每條重量(500±50)g，真空包裝后放入(-20±2) ℃的冰箱中貯藏備用。試驗(yàn)設(shè)備：通電加熱裝置(自制)，溫度記錄儀(CHT8000-B，深圳和普泰克電子有限公司)，絕緣溫度探頭(TMDT2-32，SKF)，均質(zhì)機(jī)鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9140A，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)，冰箱(DW-HL388，美菱)，分析天平(XS105DU，梅特勒-托利多)，水分測(cè)試儀(MA150，賽多利斯)

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1通電加熱解凍方法

直接通電解凍(圖1)：將大黃魚(yú)去掉包裝放在絕緣板上，頭尾兩端用金屬夾夾緊，通過(guò)電線(xiàn)連接電源，電路中串聯(lián)一個(gè)可調(diào)電阻，防止出現(xiàn)短路，連接電壓表和電流表測(cè)定魚(yú)體電壓和電流，220 V交流電通電解凍。當(dāng)中心溫度上升到5 ℃時(shí)，視作完全解凍，以恒溫15 ℃自然解凍作為對(duì)照組。

圖1　直接通電加熱解凍示意圖Fig.1　Diagram of direct ohmic heating thawing

浸泡通電解凍(圖2)：將大黃魚(yú)去掉包裝，放置在解凍槽中心的解凍臺(tái)上，解凍臺(tái)材質(zhì)為塑料絕緣篩網(wǎng)，確保導(dǎo)電液能充分與魚(yú)體接觸，解凍槽中裝有導(dǎo)電液，完全淹沒(méi)水產(chǎn)品，導(dǎo)電液溫度為15 ℃，220 V交流電通電解凍；當(dāng)中心溫度上升到5 ℃時(shí)，視作完全解凍。以流水解凍作為對(duì)照組，水溫15 ℃，流速10 L/min。

圖2　浸泡通電加熱解凍示意圖Fig.2　Diagram of immersed ohmic heating thawing

1.2.2溫度測(cè)定

中心溫度：在大黃魚(yú)的幾何中心部位插入絕緣溫度探頭，實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)作為中心溫度。

溫度分布測(cè)定：沿大黃魚(yú)側(cè)線(xiàn)均勻插入5個(gè)絕緣溫度探頭(TMDT2-32，測(cè)量精度0.1 ℃)，側(cè)線(xiàn)與魚(yú)體上下邊緣中間部位各均勻分布3個(gè)探頭，魚(yú)體表面和導(dǎo)電液中各連接3個(gè)接觸式探頭，探頭連接多路溫度記錄儀，實(shí)時(shí)測(cè)定解凍過(guò)程中大黃魚(yú)各部位的溫度。

1.2.3水分含量

稱(chēng)取大黃魚(yú)背部肌肉5.0 g左右，放入托盤(pán)，采用MA150全自動(dòng)水分測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。

1.3數(shù)理分析

所有實(shí)驗(yàn)均設(shè)置3次重復(fù)，采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1通電加熱方式對(duì)大黃魚(yú)解凍的影響

解凍時(shí)間是評(píng)價(jià)解凍效率的重要指標(biāo)。由圖3可以看出，直接通電加熱解凍所需時(shí)間為52 min，對(duì)照組空氣解凍時(shí)間為85 min，浸泡式通電加熱解凍所需時(shí)間為18 min，對(duì)照組流水解凍時(shí)間為32 min，說(shuō)明無(wú)論是直接接觸式還是浸泡式，通電均可以顯著縮短解凍時(shí)間。這可能是因?yàn)榇簏S魚(yú)和一般冷凍食品一樣，并不是所有的水都形成了冰，仍有5%～10%的水以液體的形式存在，具有導(dǎo)電性，電流流經(jīng)魚(yú)體時(shí)直接把電能轉(zhuǎn)化成熱能，從而加快解凍速度[28]。有研究報(bào)道[29]，相比傳統(tǒng)的解凍方法，用通電加熱方法進(jìn)行解凍可節(jié)約40%～50%的時(shí)間，因?yàn)閭鹘y(tǒng)加熱方式要通過(guò)加熱介質(zhì)對(duì)物料進(jìn)行加熱, 所以在加熱的過(guò)程中有大量熱量損失。

圖3　通電加熱方式對(duì)大黃魚(yú)解凍的影響Fig.3　Effect of ohmic heating method onPseudosciaena crocea thawing

均勻性是評(píng)價(jià)解凍效果的另一個(gè)重要指標(biāo)，通過(guò)溫差來(lái)反映，最高溫差是指解凍過(guò)程中魚(yú)體局部溫度和中心溫度差的最大值。由圖3可以看出，直接通電解凍的大黃魚(yú)溫差最大，達(dá)到30.2 ℃，解凍初期尤為明顯，特別是與電極直接接觸的部位周?chē)?，魚(yú)肉熟化較明顯，表明直接通電加熱解凍不均勻，不適合大黃魚(yú)的解凍。這是因?yàn)橹苯咏佑|通電很難保證魚(yú)體和電極的良好接觸，會(huì)出現(xiàn)電流集中現(xiàn)象，引起電流集中處的局部過(guò)熱[29]；另外一個(gè)原因可能是大黃魚(yú)魚(yú)體呈紡錘形，邊緣薄，中間厚，邊緣部分的冰晶融化快，通過(guò)的電流大，造成局部溫升大。浸泡通電解凍最高溫差為11.8 ℃，和對(duì)照組流水解凍相比無(wú)明顯升高，說(shuō)明浸泡通電解凍過(guò)程中的溫升不明顯，解凍均勻度較好，適合大黃魚(yú)的解凍。

2.2通電電源對(duì)大黃魚(yú)解凍的影響

分別采用36 V、110 V、220 V、250 V的直流電和交流電進(jìn)行解凍，由圖4可看出，無(wú)論是哪種電壓，采用直流電和交流電的解凍時(shí)間無(wú)顯著差異(P>0.05)，通電加熱的原理是電流流經(jīng)物料時(shí)通過(guò)自身的電導(dǎo)特性直接把電能轉(zhuǎn)化成熱能，按照電能的計(jì)算公式P=UI(P表示電能，U表示電壓，I表示電流)分析，解凍速度與電壓大小和通過(guò)的電流呈正相關(guān)，與電源形式無(wú)明顯相關(guān)性。

圖4　通電電源對(duì)大黃魚(yú)通電加熱解凍時(shí)間的影響Fig.4　Effect of power source on thawing time forPseudosciaena crocea

在通電電壓分別為36 V、110 V、220 V、250 V的條件下，大黃魚(yú)完全解凍的時(shí)間分別為30 min、25 min、18 min、16 min，對(duì)照組浸泡解凍大黃魚(yú)完全解凍時(shí)間為32 min，通電電壓越高，解凍的時(shí)間越短，說(shuō)明通電可以促進(jìn)大黃魚(yú)的解凍。36 V為公認(rèn)的人體安全電壓界限[30]，采用36 V通電解凍的時(shí)間比對(duì)照組縮短2 min，說(shuō)明安全電壓對(duì)大黃魚(yú)的解凍速度無(wú)明顯提升；電壓上升到220 V，解凍時(shí)間顯著減少，解凍速度提升接近1倍，220 V和250 V的時(shí)間無(wú)顯著差異(P>0.05)，考慮到安全性，沒(méi)有繼續(xù)采用高于250 V的電壓進(jìn)行試驗(yàn)。

對(duì)比各電壓對(duì)溫差的影響后發(fā)現(xiàn)(圖5)，隨著電壓的升高，解凍過(guò)程中的溫差變大。電壓為220 V和250 V解凍過(guò)程中，測(cè)定到的魚(yú)體最高溫度分別為16.8 ℃和17.2 ℃，按照魚(yú)肉短期放置溫度不宜超過(guò)20 ℃的原則[31]，4種電壓浸泡解凍的大黃魚(yú)溫度均在可接受范圍內(nèi)，對(duì)比電源形式發(fā)現(xiàn)采用直流電和交流電的溫差無(wú)顯著差異(P>0.05)。綜合解凍時(shí)間和溫升實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)考慮到電壓越高，能耗越大，安全隱患也越大，而且，日常生活中多使用交流電，其設(shè)備比較簡(jiǎn)單等因素，確定最適宜的浸泡通電加熱解凍電源為220 V交流電。

圖5　通電電源對(duì)大黃魚(yú)解凍均勻性的影響Fig.5　Effect of power source on the uniformity ofPseudosciaena crocea thawing

2.3導(dǎo)電液濃度對(duì)大黃魚(yú)解凍的影響

分別采用0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的氯化鈉(NaCl)溶液作為導(dǎo)電液進(jìn)行解凍試驗(yàn)，測(cè)定解凍時(shí)間、電解液溫升、肌肉水分含量等指標(biāo)。由圖6可知，大黃魚(yú)解凍時(shí)間隨著NaCl濃度的升高而縮短，這可能是因?yàn)閷?dǎo)電液導(dǎo)電能力的直接決定因素是自由移動(dòng)離子的濃度和離子所帶電荷，NaCl濃度越高，自由移動(dòng)的Na+和Cl-的濃度越高，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，解凍速度就越快。通電解凍的電能除部分用于物料的解凍外，一部分使導(dǎo)電液溫度升高，溫升大小反映了電能的利用率，溫升越小，電能的利用率就越高。溫升測(cè)定結(jié)果顯示，導(dǎo)電液濃度越高，溫升越小。

圖6　導(dǎo)電液濃度對(duì)大黃魚(yú)解凍的影響Fig.6　Effect of electrolyte concentration onPseudosciaena crocea thawing

肌肉水分含量是衡量解凍水產(chǎn)品品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，可以反應(yīng)出解凍過(guò)程中的水分損失率。由圖6可看出，導(dǎo)電液濃度越高，肌肉的水分含量越低，0.5%和1%的導(dǎo)電液濃度無(wú)顯著差異(P>0.05)，濃度大于1.5%則含水率明顯下降(P<0.05)。造成這種現(xiàn)象的原因可能是濃度太高會(huì)造成細(xì)胞失水，通常情況下，人的細(xì)胞液濃度為0.9%，淡水魚(yú)的細(xì)胞液濃度為0.5%左右，海水魚(yú)由于生活在海水環(huán)境中，細(xì)胞液濃度要高于淡水魚(yú)[32]，由試驗(yàn)結(jié)果推斷，大黃魚(yú)的細(xì)胞液濃度可能接近1%, 濃度1%時(shí)細(xì)胞內(nèi)外濃度較均衡， 因而水分損失少。綜合評(píng)價(jià)解凍時(shí)間、導(dǎo)電液溫升和肌肉水分含量，認(rèn)為濃度為1.0%的NaCl溶液是最適宜大黃魚(yú)浸泡通電解凍的導(dǎo)電液。

3結(jié)論

研究結(jié)果表明，直接通電加熱可以縮短解凍時(shí)間，解凍均勻性差，魚(yú)體最高溫差達(dá)30.2 ℃，不適合大黃魚(yú)的解凍；浸泡通電解凍速度提升近1倍，最高溫差為11.8 ℃，均勻性較好。浸泡通電加熱解凍過(guò)程中，直流電和交流電對(duì)解凍無(wú)顯著差異，220 V為最適合的解凍電壓；濃度為1%的導(dǎo)電液解凍效果最好。確定重量為500 g左右的冷凍大黃魚(yú)通電解凍工藝為：1%NaCl浸泡，220 V交流電通電18 min。本研究主要圍繞大黃魚(yú)通電解凍的效率及均勻性開(kāi)展，未涉及解凍過(guò)程中大黃魚(yú)的品質(zhì)變化研究，這將在后續(xù)研究中進(jìn)行完善。

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Study on process parameters of ohmic heating thawing for frozen pseudosciaena crocea

OUYANG Jie, NI Jin, SHEN Jian, ZHANG Junwen, TAN Jiayu

(KeyLaboratoryofFisheryEquipmentandEngineering,MinistryofAgriculture,FisheryMachineryandInstrumentResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,NationalR&DBranchCenterForAquaticProductProcessingEquipment(Shanghai),Shanghai200092,China)

Abstract：In order to explore the feasibility of ohmic heating thawing for frozen Pseudosciaena crocea, direct and immerse ohmic heating methods were used for thawing, respectively taking air thawing and running water thawing as control groups, the real-time temperature of each part ofPseudosciaenacroceawas tested, and the thawing time and uniformity were used as evaluation index. The results show that direct ohmic heating can shorten thawing time effectively, but thawing is uneven and the biggest temperature difference is 30.2 ℃, which is not suitable for thawing frozenPseudosciaenacrocea; immersed ohmic heating is more suitable for the thawing, with the thawing speed almost one time faster compared to the control group and with a better thawing uniformity. In order to master the process parameters of immersed ohmic heating, effects of different power modes, voltages and electrolyte concentrations on thawing were researched. The results show that power mode (direct current or alternating current) has no significant influence on thawing, 220 V is the most suitable voltage forPseudosciaenacroceathawing, and electrolyte concentration at 1% has a best thawing effect. After comprehensive analysis, it is confirmed that the ohmic heating thawing process for frozenPseudosciaenacrocea(weight about 500 g) is to immerse it in 1% NaCl, use 220 V alternating current electricity for 18 minutes, and the terminal temperature is 5.2 ℃.

Key words：Pseudosciaenacrocea; ohmic heating; thawing; time; uniformity

DOI：10.3969/j.issn.1007-9580.2016.03.011

收稿日期：2016-03-01修回日期：2016-05-14

基金項(xiàng)目：中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)(2014A10XK04)

作者簡(jiǎn)介：歐陽(yáng)杰(1983—)，男，助理研究員，碩士，研究方向：水產(chǎn)品加工技術(shù)。E-mail：ouyangjie@fmiri.ac.cn 通信作者：沈建(1971—)，男，研究員，研究方向：水產(chǎn)品加工裝備與技術(shù)。E-mail：shenjian@fmiri.ac.cn

中圖分類(lèi)號(hào)：TS254.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-9580(2016)03-055-05