唐樹培　李保國　高志新

(上海理工大學(xué)食品科學(xué)與工程研究所　上?！?00093)

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高壓靜電場(chǎng)解凍羊胴體的實(shí)驗(yàn)研究

唐樹培李保國高志新

(上海理工大學(xué)食品科學(xué)與工程研究所上海200093)

為了提高凍肉解凍速率、減少解凍過程氧化劣變，本文研制了一臺(tái)高壓靜電解凍柜，進(jìn)行了解凍羊胴體的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明：隨著電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的增加，解凍時(shí)間縮短、汁液流失率降低、高壓電場(chǎng)能抑制細(xì)菌生長，改善羊胴體解凍后的色澤。實(shí)驗(yàn)測(cè)得電場(chǎng)強(qiáng)度為12.5 kV/m，與未加電場(chǎng)相比，解凍時(shí)間縮短11.1%，汁液流失率降低49.6%，微生物菌落總數(shù)減少了一個(gè)數(shù)量級(jí)，且解凍后羊胴體外觀新鮮，肉色澤差異顯著。本研究為提高羊胴體解凍效率和品質(zhì)提供了新方法。

肉解凍；高壓靜電場(chǎng)；冷凍羊胴體

近年來，我國牛羊肉產(chǎn)銷量增加迅速，由于受到產(chǎn)銷區(qū)域限制，冷凍牛羊肉成為主要貯藏和流通方式[1]。冷凍肉的品質(zhì)不僅與凍藏條件有關(guān)，還受解凍過程影響，若解凍方法不當(dāng)，會(huì)引起汁液流失、色澤劣變、風(fēng)味下降、脂肪氧化、蛋白降解等問題[2]。目前凍肉解凍方法主要有：空氣解凍、水解凍、微波解凍及低溫高濕解凍等[3]?？諝饨鈨鍪菍鋈夥旁谑覝貛旆恐薪鈨觯僮鞒杀镜?，但解凍速度慢、肉表面易氧化變色、微生物增殖快；水解凍由于凍肉浸泡在水中解凍，會(huì)使肉色灰白以及造成微生物污染，營養(yǎng)物質(zhì)的流失，同時(shí)還會(huì)消耗水資源；微波解凍雖然解凍速度快、效率高，但是由于微波對(duì)水和冰的穿透和吸收有差別，易造成解凍不均勻和局部過熱現(xiàn)象[3-4]；低溫高濕解凍速度較快、營養(yǎng)流失率低及質(zhì)構(gòu)特性得到改善，但由于長時(shí)間的高濕環(huán)境，使微生物的繁殖增加，肉表層顏色變化[5]。

近年來，高壓靜電場(chǎng)已被越來越多的應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域，如電場(chǎng)用于食醋的催陳、果蔬的保鮮、脫水干燥和液態(tài)食品殺菌等[6]。從上世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)外學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)研究，證明高壓電場(chǎng)可提高冷凍食品的解凍速度、減少汁液流失，解凍后食品溫度分布均勻，有效防止食品的油脂酸化，對(duì)微生物具有一定的抑制作用，是一種有前途的解凍方法[6-9]。

本文研究了高壓電場(chǎng)對(duì)解凍羊胴體的影響，考察了解凍時(shí)間、感官色差、汁液流失率、微生物繁殖率等各項(xiàng)指標(biāo)，為高壓靜電技術(shù)在冷凍羊肉生產(chǎn)加工方面的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料、設(shè)備與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選用濟(jì)南伊鑫食品有限公司進(jìn)口新西蘭羔羊胴體，聚乙烯膜包裝，-18 ℃儲(chǔ)存，單個(gè)羊胴體平均重量18 kg。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

采用自制的高壓電場(chǎng)解凍柜。高壓直流電源：輸入電壓220 V、50 Hz，輸出電壓0～50 kV可調(diào)，輸出功率100 W。高壓電場(chǎng)解凍柜的內(nèi)尺寸為1100 mm×600 mm×1500 mm(長×寬×高)，主要由絕熱柜體、電加熱和蒸汽加濕系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、高壓電場(chǎng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

1觸屏控制面板2風(fēng)機(jī)3蒸發(fā)器4出風(fēng)口5吊桿6溫濕度傳感器7空氣加熱器8加濕器9高壓靜電極板10物料溫度傳感器圖1 高壓電場(chǎng)解凍柜結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of high voltage electric field thawing device

1.3 實(shí)驗(yàn)方法及指標(biāo)

1.3.1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)選擇重量相近羊胴體36只，每次實(shí)驗(yàn)各選兩只，進(jìn)行高壓電場(chǎng)解凍實(shí)驗(yàn)，設(shè)定解凍溫度：4～8 ℃，相對(duì)濕度：70%～80%，電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)：2.5～12.5 kV/m；每隔5 min記錄羊胴體溫度變化，解凍終溫設(shè)定為0 ℃。解凍完成后對(duì)羊胴體取樣測(cè)定汁液流失率、色差及微生物菌落總數(shù)等指標(biāo)。

1.3.2 檢測(cè)指標(biāo)

1)汁液流失率：分別稱量各組冷凍羊胴體解凍前后質(zhì)量，采用式(1)計(jì)算解凍汁液流失率：

汁液流失率=(解凍前肉的質(zhì)量-解凍后肉的質(zhì)量)/解凍前肉的質(zhì)量×100%

(1)

2)肉色色差：采用CR400/410色差計(jì)測(cè)定肉樣L*(亮度)、a*(紅度)、b*(黃度)，對(duì)于同一肉樣，平行測(cè)定3次取其平均值作為該肉樣的顏色值。

3)微生物菌落總數(shù)：無菌操作取羊胴體相同部位肉樣25 g，用滅菌剪刀剪碎置于均質(zhì)拍打袋中，加入225 mL滅菌蛋白胨生理鹽水，然后用均質(zhì)器拍打1 min，按照1∶10梯度比例進(jìn)行稀釋，然后倒入無菌營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)液，按照GB/T4789.2—2010《食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》，用稀釋平板菌落計(jì)數(shù)法測(cè)定微生物菌落總數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對(duì)每批次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用SPSS19.0軟件進(jìn)行方差分析，利用鄧肯式多重比較對(duì)差異顯著性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 高壓電場(chǎng)對(duì)解凍羊胴體溫度的影響

高壓電場(chǎng)對(duì)解凍時(shí)間與溫度的影響如圖2所示。

圖2 高壓電場(chǎng)對(duì)解凍溫度的影響Fig.2 Influence of thawing temperature on high voltage electric field

由圖2可知，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度增加，解凍升溫明顯加快，解凍到0 ℃時(shí)間縮短。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度為2.5 kV/m，解凍溫度變化與未加電場(chǎng)的對(duì)照組相近，但當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增加到12.5 kV/m時(shí)，解凍溫度到0 ℃需要16 h，而未加電場(chǎng)對(duì)照組則需要18 h。原因是由于空氣中的帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下做加速運(yùn)動(dòng)，與空氣分子碰撞，使其離解成電子和離子。這些新的電子和離子又與其他空氣分子相碰撞，產(chǎn)生新的帶電粒子，最終產(chǎn)生大量的帶電粒子。與發(fā)射板電荷異號(hào)的粒子飛向發(fā)射板，同號(hào)的帶電粒子飛離發(fā)射板，形成離子風(fēng)。當(dāng)這些高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子與羊胴體表面接觸時(shí)，其攜帶的能量便會(huì)被冰表面的水分子吸收，提高水分子的動(dòng)能，使融化速度加快。這些帶電粒子沉積在羊胴體表面，也會(huì)提高導(dǎo)熱速率，增強(qiáng)吸熱量，提高解凍速率[10]。

2.2 高壓電場(chǎng)對(duì)汁液流失率的影響

凍肉在解凍過程中會(huì)伴隨著汁液流失，且流失的汁液中含有大量的可溶性蛋白，進(jìn)而導(dǎo)致解凍肉的營養(yǎng)流失。實(shí)驗(yàn)測(cè)得羊胴體解凍過程中汁液流失率如圖3所示。

圖3 高壓電場(chǎng)對(duì)汁液流失率的影響Fig.3 Influence of SPA turnover on high voltage electric field

由圖3可知，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，開始汁液流

失率較高，但當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增加到7.5 kV/m后，電場(chǎng)強(qiáng)度的增加對(duì)解凍汁液流失率有較顯著的降低效果。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)未加電場(chǎng)解凍后有較多血水，而加高壓電場(chǎng)血水較少。表明高壓電場(chǎng)解凍，能降低解凍過程中的營養(yǎng)流失，提高解凍羊肉的品質(zhì)。

解凍是凍結(jié)的逆過程，食品解凍時(shí)，隨著冰晶的融化，細(xì)胞內(nèi)親水膠質(zhì)體吸收水分，出現(xiàn)水分逐漸向細(xì)胞擴(kuò)散和滲透，解凍速率大，可以使冰晶解凍汁液全部向細(xì)胞內(nèi)滲透而不至于外溢流失[11]。

2.3 高壓電場(chǎng)對(duì)羊胴體肉色指標(biāo)的影響

肉的顏色會(huì)影響消費(fèi)者的感官，是肉類感官品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。表1為經(jīng)高壓靜電場(chǎng)解凍羊肉后與初始色澤的色差影響。

表1 不同電場(chǎng)強(qiáng)度解凍羊胴體后與初始色差值

從表1可知，當(dāng)高壓電場(chǎng)強(qiáng)度為2.5 kV/m時(shí)，ΔL*值、Δa*值與未加電場(chǎng)對(duì)照組相近，但當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增加到12.5 kV/m時(shí)，實(shí)驗(yàn)組解凍完成時(shí)ΔL*值為-0.68，顯著低于對(duì)照組的-2.92(P<0.05)，Δa*值為-1.16顯著低于對(duì)照組的-3.43(P<0.05)，不同電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)解凍羊胴體的Δb*差異不顯著。L*代表肉樣的亮度值，ΔL*為負(fù)值表明肉的亮度弱；a*代表肉樣的紅度值，Δa*為負(fù)值表明紅色偏綠；b*代表肉樣黃度值，Δb*負(fù)值越高表明黃色偏藍(lán)[5]。實(shí)驗(yàn)表明解凍會(huì)降低羊胴體色澤的新鮮程

度，但隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組色澤新鮮。原因是高壓靜電場(chǎng)產(chǎn)生的臭氧附著在羊胴體表面，阻止氧與肌紅蛋白的結(jié)合使羊胴體表面的色澤鮮紅，同時(shí)，高壓電場(chǎng)解凍過程失水率低于未加電場(chǎng)對(duì)照組，水分含量高可以提高光線的折射率，提高肉表面的亮度[12-14]。

2.4 高壓電場(chǎng)解凍對(duì)菌落總數(shù)的影響

隨著解凍過程溫度上升，細(xì)菌會(huì)復(fù)活生長。微生物的生長繁殖會(huì)影響羊胴體品質(zhì)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)微生物菌落總數(shù)的影響如表2所示。

表2 不同電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)微生物菌落總數(shù)的影響

從表2可知，當(dāng)高壓電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)為2.5 kV/m時(shí)，解凍后微生物菌落總數(shù)為6.58×104cfu/g，顯著低于未加電場(chǎng)對(duì)照組的9.75×104cfu/g，尤其當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度為12.5 kV/m時(shí)，微生物菌落總數(shù)為0.96×104cfu/g，較之對(duì)照組減少了一個(gè)數(shù)量級(jí)。表明在解凍過程中施加高壓電場(chǎng)，對(duì)細(xì)菌的生長起到抑制作用，隨著電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的增加，對(duì)細(xì)菌的抑制作用會(huì)明顯加強(qiáng)。

關(guān)于高壓電場(chǎng)抑菌機(jī)理：1)高壓電場(chǎng)在解凍實(shí)驗(yàn)中電暈放電會(huì)產(chǎn)生臭氧，臭氧具有殺菌作用[15-16]。2)高壓電場(chǎng)中被加速的電子與水中的氧氣結(jié)合形成超氧化物陰離子自由基，因此在水溶液中大量存在eaq-、O2-、OH-、H2O2?；钚匝跗茐纳锛?xì)胞的離子通道，改變細(xì)菌的生存生物場(chǎng)，使其喪失生存條件[16]。3)由于高壓電場(chǎng)對(duì)細(xì)菌細(xì)胞膜的擊穿作用。細(xì)胞膜帶有一定的電荷，具有一定的通透性和強(qiáng)度。當(dāng)細(xì)胞上加一個(gè)外加電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)將使膜內(nèi)外電勢(shì)差增大。此時(shí)，細(xì)胞膜的通透性也隨著增加，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增大到一個(gè)臨界值時(shí)，細(xì)胞的通透性劇增，膜上出現(xiàn)許多小孔，使膜的強(qiáng)度降低[16]。

3 結(jié)論

為了改進(jìn)現(xiàn)有凍肉解凍營養(yǎng)流失，解凍過程氧化劣變等問題，本文自制了高壓電場(chǎng)解凍柜，并控制解凍溫度在4～8 ℃，相對(duì)濕度70%～80%的工況下，進(jìn)行了羊胴體的解凍實(shí)驗(yàn)研究，得到如下結(jié)論：

1)與不加電場(chǎng)相比，采用高壓靜電場(chǎng)解凍，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增加到一定值后，羊胴體解凍時(shí)間縮短、汁液流失率降低、微生物菌落總數(shù)減少，并能顯著提高解凍羊胴體的色澤。

2)實(shí)驗(yàn)表明，與未加電場(chǎng)對(duì)照組相比，當(dāng)高壓電場(chǎng)為12.5 kV/m，解凍時(shí)間縮短11.1%，汁液流失率降低49.6%，微生物菌落總數(shù)減少了一個(gè)數(shù)量級(jí)，且解凍后羊胴體外觀新鮮，肉色澤鮮紅。

綜上所述高壓靜電場(chǎng)解凍能減緩冷凍羊胴體解凍過程中的品質(zhì)劣變，改善解凍羊胴體的品質(zhì)。

本文受上海市教委科研創(chuàng)新項(xiàng)目(14ZZ133)，上海市教委產(chǎn)學(xué)研助推計(jì)劃(ZB1307LG)和上海市聯(lián)盟計(jì)劃(LM2014191)資助。(The project was supported by the Innovative of Shanghai Municipal Education Commission (No. 14ZZ133), Boost Program of Industry Academe Research of Shanghai (No. ZB1307LG) and Alliance Program of Shanghai (No. LM2014191).)

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About the corresponding author

Li Baoguo, male, professor, Ph.D., Institute of Food Science and Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, +86 21-55271290, E-mail: lbaoguo@126.com. Research fields: new processing techniques for food and agricultural products (cooling, preservation and drying, etc).

Experimental Study on Thawing of Frozen Lamb with High Voltage Electrostatic Field

Tang ShupeiLi BaoguoGao Zhixin

(Institute of Food Science and Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai, 200093, China)

In order to improve the thawing rate and decrease the oxidation deterioration of frozen meat during thawing process, a high voltage electrostatic thawing device was designed, and frozen lamb thawing was studied using the thawing device. The results indicate that with the increasing of electric field intensity, thawing time and juices loss was decreased, the growth of bacteria was inhibited, the color and luster of lamb thawing was improved. Compared with that without high voltage electrostatic field, when the electric field intensity was 12.5 kV/m, the time of thawing frozen lamb was shorten 11.1%, the rate of juices loss was decreased 49.6%, the total microbial counts reduced an order of magnitude and the appearance of lamb was fresh, color and luster difference was obvious. This study provides a new method for improving efficiency and quality of lamb thawing.

meet thawing; high voltage electrostatic field; frozen lamb

0253- 4339(2016) 03- 0069- 05

10.3969/j.issn.0253- 4339.2016.03.069

2015年9月26日

TS205.7; TS251.5+3

A

簡介

李保國，男，教授，博士生導(dǎo)師，上海理工大學(xué)食品科學(xué)與工程研究所，(021)55271290，E-mail: lbaoguo@126.com。研究方向：食品和農(nóng)產(chǎn)品加工新技術(shù)(冷卻、保鮮、干燥等)。