冰箱電場微凍保鮮技術研究

鐘明 胡海梅 陳開松

長虹美菱股份有限公司 安徽合肥 230601

1 引言

作為一種繼冷藏和冷凍技術之后的新型保鮮方法，微凍技術是指在生物體冰點和冰點以下1～2℃之間的溫度帶進行輕度冷凍保藏，也叫部分冷凍和過冷卻冷藏。若不超過生物體的低溫可耐受極限，微凍狀態下貯藏既能較大程度地抑制生物體內生化降解等劣變反應和微生物繁殖生長，延長其保鮮期，又能夠保持生物體細胞的活體狀態，不至于造成冷害損傷。此外，產品表面和內部形成的少量冰晶，還可作為蓄冷劑，短暫維持貯藏溫度平衡，提高機械強度，增強抗震壓能力，有利于食品一刀切[1]。

微凍保鮮的基本原理是將食品溫度降低至初始凍結點以下，食品中5%～30%的水分凍結成冰，未凍結部分溶液的細胞液濃度、滲透壓增加，可有效抑制微生物生長，同時低溫也可抑制食品中酶的活性，減少酶對體內有機物質的分解，使產品在較長時間內保持原有的品質及鮮度。此外，在這個溫度范圍內，食品表面能形成1～3mm厚的薄冰層，維持食品在貯藏和運輸期間溫度的穩定，同時食品內部形成顆粒微細均勻的小冰晶，對肌肉組織造成的機械損傷小，不會導致細胞破裂，食品解凍后汁液流失少，表面色澤好，最大可能地保持了食品原有的鮮度[2]。宋華靜等人的研究顯示，鮮豬肉在-2℃下貯藏期限可達20d以上[3]。彭濤的研究顯示，-2±1℃的貯藏環境下，豬肉貯藏25天為二級鮮肉[4]。孫凱旋[5]等人的研究顯示，-5℃保存14天的牛肉為二級鮮肉，但在-3℃的牛肉剪切力較小，易切割。

研究發現，水是唯一以三種物理狀態廣泛存在的物質，水對于生命是必需的。絕大多數食品都離不開水，水在食品中的含量或多或少，存在的方式千差萬別，它會與食品中的其他成分發生化學或物理作用。若能利用所有新鮮食品都含有水分這一共性，采用有效方法調動食品內水分的活性，定能對所有新鮮食品的保鮮都起到非常好的效果。

2011年Chang-Wei Hsieh等[6]人研究了高壓靜電場在羅非魚肉冷藏過程中對其質量的影響。結果顯示：高壓靜電場冷藏條件下羅非魚肉的K值、微生物生長速度、揮發性鹽基氮明顯低于普通冰箱。同時，感官評估還表明，電場環境下冷藏的羅非魚肉比普通冷藏環境中的質量有明顯提高。2013年法國E.Xanthakis等[7]研究了高壓靜電場對豬肉冷凍過程中減小冰晶大小的作用。結果顯示：在高壓靜電場作用下凍結豬里脊肉，可以明顯改善肉類的微觀結構，電場大小決定冰晶大小及過冷度。2016年日本Takako Ninagawa等[8]研究了植物冷卻過程中微電流對植物組織細胞冰晶形成行為和p H的影響。結果顯示：負載微電流不僅降低了植物細胞內冰晶的細胞變形和晶粒大小，也減小了細胞內pH值的下降。2017年中國農科院李俠等[9]人研究了低壓靜電場下不同隔距凍結—解凍對牛肉品質的影響。結果顯示，與對照組相比，試驗組肉樣解凍后肌肉微觀結構遭破壞的程度較輕，肌纖維束排列相對緊密。

由上述分析可得，合適頻率的電場保鮮與食品內水分子產生共振，從而抑制微生物生長，具有殺菌、分解乙烯、抑制食品酶的活性、增加細胞膜通透性的作用，大幅減少了細胞液和鮮味成分的流失，達到食品保鮮的目的。本文利用電場保鮮技術結合微凍保鮮技術對牛肉貨架期及易切性進行研究。

2 材料與方法

2.1 材料

牛里脊肉購自合肥市濱湖永輝超市，化學試劑購自上海化學試劑有限公司。

2.2 儀器與設備

全自動凱氏定氮儀：上海祎宏設備有限公司；電子眼：法國阿默斯公司；CR-400 色差儀：日本柯尼卡美能達公司；Quanta200FEG場發射環境掃描電子顯微鏡：日本日立公司；BCD-520WUP9BA十字對開冰箱：長虹美菱股份有限公司。

2.3 樣品準備

將購買的牛里脊肉分割成10cm×10cm×6cm約500g的牛肉塊共8塊，平整放入食品級密實袋中。放入冰箱，測定其7天、14天、21天、28天的實驗指標。

表1 微凍牛肉感官指標評分標準

表2 待測區電場強度分布

表3 牛肉感官評分結果

圖1 實驗載體冰箱

圖2 實驗食品中心溫度曲線

圖3 實驗食品照片

圖4 實驗食品紅度值變化曲線圖

圖5 實驗食品揮發性鹽基氮含量變化圖

2.4 冰箱電場強度及溫度測試

2.4.1 冰箱電場強度測試

兩臺美菱BCD-520WUP9BA：一臺冰箱去掉保鮮模塊（普通冰箱），一臺冰箱保留保鮮模塊（保鮮冰箱），兩臺冰箱進行電場微凍保鮮對比測試。利用電場測試儀FLUKE177C對保鮮模塊進行電場強度測試。

2.4.2 冰箱溫度測試

利用熱電偶實時監測冰箱空氣及食品中心溫度的溫度變化。

2.5 感官檢測

從外觀、氣味、彈性、切感幾個方面對牛肉進行評分，評分標準如表1所示。

2.6 色差檢測

用色差儀測定a*值（紅度），每個樣品測量3個點，取平均值。

2.7 揮發性鹽基氮檢測

按照《GB 5009.228-2016 食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》中的自動凱氏定氮儀法，測定三次，取平均值。

2.8 掃描電鏡測試牛肉微觀結構

利用掃描電鏡（scanning electron micrograph, SEM）觀察肌原纖維的直徑和密度。將待檢測樣品切成大小為2mm×2mm×5mm的小條并固定在2.5%戊二醛溶液中，然后用0.1mol·L-1的磷酸鹽緩沖液（pH 7.3）沖洗，在室溫（27～28℃）放置2h后將樣品用蒸餾水沖洗，隨后采用不同濃度（25%、50%、70%和95%）及無水乙醇梯度脫水2次，每次1h。將樣品在液氮中冷凍斷裂后放入超臨界CO2干燥儀中干燥，然后用Eiko IB·5型離子濺射噴金儀噴金，用Quanta200FEG場發射環境掃描電子顯微鏡觀察并照相，加速電壓20kV。

3 結果與分析

3.1 冰箱電場強度及溫度測試結果

3.1.1 冰箱電場強度測試結果

將冰箱右下區間的最上層等分為四層，如圖1所示。根據測試結果，保鮮冰箱電場強度劃分為61～1220v/m的場強范圍，具體測試結果如表2所示。

3.1.2 冰箱溫度測試結果

將牛肉放入冰箱右下區間的最上層抽屜，利用銅心圓柱測試冰箱間室內空氣溫度，熱電偶測試肉中心溫度，使肉中心溫度波動控制在-4℃±0.5℃，溫度曲線如圖2所示。

3.2 感官測試結果

由具有豐富生活經驗的7人組成評判小組，經過培訓后進行感官評判，去掉最高分和最低分后取其平均值。實驗4周后：保鮮冰箱-4℃牛肉色澤鮮艷，外形固定成型，表面有少量微晶；無異味；有彈性；可以輕松切割，如圖3所示。兩組牛肉的感官評分結果如表3所示，由表中數據可知，保鮮冰箱牛肉感官總體評分為19.4分，明顯優于普通冰箱（牛肉感官總體評分為17.7分）。

3.3 色差檢測結果

肉色在很大程度上影響著消費者的購買喜好，同時也是肉類感官品質的重要指標之一。根據聯合國糧食及農業組織2016年的報道，失色是導致消費者拒絕購買食用肉制品的主要原因，給肉片生產和銷售帶來了巨大浪費。肉色可通過紅度值（a*）來進行衡量，a*對于豬肉、羊肉、牛肉而言，a*值越高，說明肉色越好，肉越新鮮。由圖4可知，隨著貯藏時間的延長，肉色穩定性不斷降低，肌紅蛋白和血紅蛋白被氧化，失色現象逐漸發生。但是保鮮冰箱中貯藏的肉類紅度值下降幅度明顯低于普通冰箱中貯藏的肉類。

3.4 揮發性鹽基氮測試結果

在保鮮冰箱和普通冰箱的同一位置分別放置四塊相同規格的牛肉，每周各取一塊牛肉進行其它指標檢測后進行揮發性鹽基氮含量測試。實驗結果如圖5所示，實驗28天后，保鮮冰箱中的牛肉處于一級新鮮，而普通冰箱中的牛肉處于二級新鮮。

3.5 掃描電鏡測試牛肉微觀結構

肉的微觀結構反應的是食品的彈性及新鮮度，組織結構越緊密，說明牛肉彈性越好，越新鮮。兩組牛肉的微觀結構如圖6所示。實驗4周后：普通冰箱-4℃環境下牛肉肌纖維束微觀結構已松散，而保鮮冰箱-4℃環境下牛肉肌纖維束微觀結構還比較緊密，接近新鮮牛肉。這是因為普通冰箱牛肉冰晶較大，冰晶在形成過程中破壞了牛肉的細胞結構。保鮮冰箱利用電場技術與食品水分子產生裂變力，減小了冰晶的體積，可有效降低對食品的破壞程度。

4 結束語

以牛肉為研究對象，分別將其放置在電場大于60V/m的保鮮冰箱和普通冰箱（二者均處于-4℃條件下）中，從感官評價、色澤變化、新鮮度檢測及微觀結構分析：實驗28天后，保鮮冰箱牛肉明顯優于普通冰箱。

（1）保鮮冰箱牛肉感官總體評分為19.4分，普通冰箱牛肉感官總體評分為17.7分，保鮮冰箱明顯優于普通冰箱。

圖6 新鮮牛肉（左上）普通冰箱牛肉（左下）保鮮冰箱牛肉（右下）微觀結構圖

（2）保鮮冰箱中牛肉的紅度值比第一天減少了13.29%，普通冰箱中牛肉的紅度值比第一天減少了37.25%。

（3）保鮮冰箱中的牛肉處于一級新鮮，而普通冰箱中的牛肉處于二級新鮮。

（4）保鮮冰箱中的牛肉肌纖維束微觀結構緊密，而普通冰箱中的牛肉肌纖維束微觀結構已松散。

本文中保鮮冰箱利用電場保鮮技術，與食品內水分子產生共振，改變水和酶的結合狀態，從而降低酶的活性，抑制肌紅蛋白和血紅蛋白的氧化；同時抑制微生物生長，從而大幅降低其產物與肌紅蛋白化合或者使肌紅蛋白分解的機會，保留肉類原色，保存食品新鮮度；同時減小冰晶的大小，形成冰沙，從而減小對牛肉細胞的破壞，封存食品營養不流失。