肉制品真空冷卻技術研究進展

郭治宇

（上海科技管理學校，上海 200433）

肉制品是指以鮮（凍）畜、禽產品為主要原料經過一種或多種加工方法制成的加工制品，包括肉丸、香腸、火腿、熟肉以及即食食品等。隨著經濟水平的發展，居民的膳食結構發生了很大的變化，肉制品成為居民生活中重要的日常消費品。肉制品富含水分、蛋白質、脂肪等營養物質，因此若保存不當易引起微生物繁殖，影響品質，甚至引發食源性疾病[1]。

在肉制品加工技術中，快速冷卻是一項重要的技術，這是由于肉制品在熟化加工后溫度較高，加工完成后需要進行冷卻保藏，在此降溫過程中涉及的溫度區間包含了大多數微生物的最適生長溫度區間，尤其是一些致病性微生物。如果冷卻時間過長，微生物可能會快速繁殖甚至產生毒素，出現腐敗現象[2]，進而降低了肉制品的品質及縮短了貨架期。

美國農業部食品安全檢驗局對于熟肉的冷卻時間有一個建議參考值，即未經腌制的熟肉制品的中心溫度需要在90 min內從54.4 ℃冷卻到26.6 ℃，之后在300 min內從26.6 ℃降到4 ℃[3]；英國和愛爾蘭的官方指導建議應當在90 min內將食品降到0～3 ℃；香腸在55 ℃到10 ℃溫度區間的冷卻時間應少于20 min[4-5]。

傳統的食品冷卻方法有冷風冷卻、冷水冷卻和碎冰冷卻等，這些冷卻方式難以滿足上述快速冷卻的需求。然而，真空冷卻因其具有冷卻速率快、清潔、食品品質和貨架期較好等優點在肉制品工業有較好的應用前景[6]。本文綜述了真空冷卻技術在肉制品領域的部分研究進展。

1 真空冷卻技術原理及設備

1.1 原理

真空冷卻的原理是將食品放置于真空室內抽真空，隨著氣壓的下降，水的沸點不斷降低，當室內真空度達到食品初始溫度對應的水蒸汽的飽和壓力時，食品表面和內部的水分蒸發，蒸發時帶走食品中的大量熱量，使食品的溫度得以快速降低。此外，可以通過控制真空室的壓力來控制冷卻的最終溫度。例如，當壓力為1 000 Pa時水的沸點約為6.97 ℃，當壓力為610 Pa時水的沸點約為0 ℃，即可以通過調節壓力控制水分的汽化過程，需要注意的是真空室的最終壓力值一般設定在650 Pa以上，防止食品凍傷。

1.2 設備

真空冷卻設備的主要組成部分是真空室、真空泵、制冷系統和冷凝器。真空室的作用是放置需要冷卻的食品；真空泵的作用是抽出真空室中的空氣及冷卻過程中產生的水蒸汽；制冷系統和冷凝器共同作用，將汽化的水蒸氣重新冷凝成水排出以減輕真空泵的負荷。除上述組成部分外，真空冷卻設備還會配制一些其他裝置，如自動控制器（實現冷卻過程的控制）、殺菌裝置、噴水裝置和清洗裝置等。

2 真空冷卻技術及其改進

2.1 真空冷卻技術

真空冷卻技術在肉制品中的應用研究較多。例如，MCDONALD等[7]以大塊牛肉為實驗對象，研究不同冷卻方式對牛肉品質的影響。結果表明，真空冷卻的冷卻時間遠遠少于風冷、慢速風冷和水浸沒冷卻，并且微生物的安全性也優于另外3種方法，因此貨架期得到延長。真空冷卻還會增大肉的孔隙率，提高冷卻效率[8]，且冷卻后的食品品質較好[9]；SONG等[10]的研究表明與空氣冷卻相比，真空冷卻處理可以改善冷凍預炸雞肉塊的質地特性。此外，真空冷卻在雞肉、香腸、肉松以及水產品等的快速冷卻中均有較好的冷卻效果[11-15]。由于真空冷卻過程中需要水分蒸發帶走熱量，食品會損失較多水分，因此真空的缺點主要是質量損失較大，一般在10%左右（甚至更高）。水分的丟失還會影響肉制品的感官品質，因此研究者在真空冷卻的基礎上提出了很多改進方法。

2.2 基于真空冷卻技術的改進

MCDONALD等[16]研究了不同鹽水注射量對肉的重量損失的影響。結果表明，隨著注射量的增大，真空冷卻的重量損失逐漸減少，甚至重量開始增加，且增加注射量后食品的孔隙率百分比會明顯降低。但鹽水注射過多會導致肉制品過咸，影響產品風味和消費者的接受程度。還有研究者通過調節真空冷卻參數（如壓力控制）以期減少重量損失[17-18]。結果表明，通過控制體積流量或者調節抽氣速率，失重會明顯減小，但總的失重仍比較高（8%以上）。為了減少冷卻損失，馬勇等[19]還采用負壓注液的方法減少冷卻損失，增大了真空冷卻雞肉的水分含量。JACKMAN[20]研究了風冷與真空冷卻相結合對牛肉冷卻速率和重量損失的影響，即先采用鼓風冷卻將牛肉冷卻至不同的中間溫度，再真空冷卻至4 ℃，研究表明真空冷卻的重量損失主要發生在冷卻速率最快的階段（冷卻的前期），其重量損失與鼓風冷卻相似，可以減少冷卻損失，但與真空冷卻的冷卻時間相比仍存在差距。高飛等[21]將真空冷卻和超聲殺菌聯合，探究一種低溫、綠色的處理方法。結果表明，這種方法可以避免高溫殺菌對鹵牛肉的不利影響，對鹵牛肉具有明顯的殺菌作用，并能延緩脂肪的氧化，保質效果好。

2.3 浸沒式真空冷卻技術

在真空冷卻的改進方法中，浸沒式真空冷卻是比較有代表性的一類改進方法，這種方法直接將肉制品置于液體環境中以減少重量損失，液體環境的存在使肉制品避免與空氣接觸，并且在真空冷卻結束時，由于壓力的突然恢復會使肉制品周圍的水分突然滲透進肉塊，彌補了部分冷卻損失[22]，在一定程度上提高了肉制品品質[23]。HOUSKA等[24]的研究結果表明，浸沒式真空冷卻可以減少重量損失，其失重率比風冷小（甚至可以增加肉制品的重量），冷卻時間比風冷短，同時研究結果表明，在恢復壓力時肉的中心會有2～3 ℃的突降，這是由于浸沒式真空冷卻過程中肉制品周圍的液體溫度要比肉制品低。在冷卻完成后，肉制品周圍的液體會沿著肉纖維方向滲透，SCHMIDT等[25]在雞肉的真空冷卻研究中同樣證實了這一滲透現象。

2.4 基于浸沒式真空冷卻技術的改進

盡管浸沒式真空冷卻取得了較為滿意的結果，但仍有較大的改進空間，尤其是冷卻時間的優化。根據冷卻結束后恢復壓力時周圍液體會滲透進肉制品這一現象，脈動式浸沒真空冷卻被提出[26-27]。研究者以火腿為實驗原料，在真空冷卻過程中將真空室的壓力恢復到大氣壓，之后繼續抽真空，結果表明冷卻失重有所減少，并且壓力恢復循環使用4次（4.93%）和8次（5.34%）比1次循環的失重（7.01%）明顯降低，但不是脈動次數越多失重越少，且此方法對于牛肉的失重影響非常小。

SCHMIDT等[28]研究結果表明在加熱完成后直接在加熱液體中進行浸沒式真空冷卻可以減少冷卻損失，但冷卻時間比真空冷卻長。馮朝輝等[29-30]通過在浸沒式真空冷卻設備底部增加攪拌設備同樣可以減少冷卻時間，但該方法的能耗增加，設備復雜性加大。在浸沒式真空冷卻的基礎上，鼓泡式真空冷卻被提出[31]。研究者在浸沒式真空冷卻設備的真空室底部增加了鼓泡裝置，利用真空室內外的氣壓差在真空室中產生氣泡，增強液體和肉制品的換熱，研究結果表明鼓泡式真空冷卻的冷卻效率提高了10%～15%，冷卻時間的減少主要發生在低溫階段（25 ℃以下），且肉制品周圍的液體溫度可以更快地降低，溫度分布更加均勻，肉制品的品質更好[32]。廖彩虎等[33]研究超聲波輔助浸沒式真空冷卻對西式火腿揮發性風味組分和微生物數量變化的影響。結果表明，這種方法較風冷、真空冷卻、浸沒式真空冷卻有更低的菌落總數和乳酸菌數量，可延長貨架期。

3 結語與展望

真空冷卻是目前已知的一種冷卻速率快、冷卻均勻、冷卻后食品品質較好和貨架期較長的一種清潔的冷卻方法，目前的研究方向主要是在減少重量損失的同時保證其冷卻時間和品質，盡管浸沒式真空冷卻已經取得了一定的成功，但當前已有的改進方法還需進一步強化和改進，并且當前的研究主要在實驗室完成，應用于實際大規模生產中還需要綜合考慮能耗、連續性、冷卻效率以及是否符合生產流程要求等，以便廣泛地被肉制品工業認可。