鐘明 胡海梅 陳開松

長(zhǎng)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(shù)之后的新型保鮮方法，微凍技術(shù)是指在生物體冰點(diǎn)和冰點(diǎn)以下1～2℃之間的溫度帶進(jìn)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(tài)下貯藏既能較大程度地抑制生物體內(nèi)生化降解等劣變反應(yīng)和微生物繁殖生長(zhǎng)，延長(zhǎng)其保鮮期，又能夠保持生物體細(xì)胞的活體狀態(tài)，不至于造成冷害損傷。此外，產(chǎn)品表面和內(nèi)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(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)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(jié)點(diǎn)以下，食品中5%～30%的水分凍結(jié)成冰，未凍結(jié)部分溶液的細(xì)胞液濃度、滲透壓增加，可有效抑制微生物生長(zhǎng)，同時(shí)低溫也可抑制食品中酶的活性，減少酶對(duì)體內(nèi)有機(jī)物質(zhì)的分解，使產(chǎn)品在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持原有的品質(zhì)及鮮度。此外，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，食品表面能形成1～3mm厚的薄冰層，維持食品在貯藏和運(yùn)輸期間溫度的穩(wěn)定，同時(shí)食品內(nèi)部形成顆粒微細(xì)均勻的小冰晶，對(duì)肌肉組織造成的機(jī)械損傷小，不會(huì)導(dǎo)致細(xì)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(dá)20d以上[3]。彭濤的研究顯示，-2±1℃的貯藏環(huán)境下，豬肉貯藏25天為二級(jí)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(jí)鮮肉，但在-3℃的牛肉剪切力較小，易切割。

研究發(fā)現(xiàn)，水是唯一以三種物理狀態(tài)廣泛存在的物質(zhì)，水對(duì)于生命是必需的。絕大多數(shù)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(huì)與食品中的其他成分發(fā)生化學(xué)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(diào)動(dòng)食品內(nèi)水分的活性，定能對(duì)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(chǎng)在羅非魚肉冷藏過程中對(duì)其質(zhì)量的影響。結(jié)果顯示：高壓靜電場(chǎng)冷藏條件下羅非魚肉的K值、微生物生長(zhǎng)速度、揮發(fā)性鹽基氮明顯低于普通冰箱。同時(shí)，感官評(píng)估還表明，電場(chǎng)環(huán)境下冷藏的羅非魚肉比普通冷藏環(huán)境中的質(zhì)量有明顯提高。2013年法國(guó)E.Xanthakis等[7]研究了高壓靜電場(chǎng)對(duì)豬肉冷凍過程中減小冰晶大小的作用。結(jié)果顯示：在高壓靜電場(chǎng)作用下凍結(jié)豬里脊肉，可以明顯改善肉類的微觀結(jié)構(gòu)，電場(chǎng)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(duì)植物組織細(xì)胞冰晶形成行為和p H的影響。結(jié)果顯示：負(fù)載微電流不僅降低了植物細(xì)胞內(nèi)冰晶的細(xì)胞變形和晶粒大小，也減小了細(xì)胞內(nèi)pH值的下降。2017年中國(guó)農(nóng)科院李俠等[9]人研究了低壓靜電場(chǎng)下不同隔距凍結(jié)—解凍對(duì)牛肉品質(zhì)的影響。結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，試驗(yàn)組肉樣解凍后肌肉微觀結(jié)構(gòu)遭破壞的程度較輕，肌纖維束排列相對(duì)緊密。

由上述分析可得，合適頻率的電場(chǎng)保鮮與食品內(nèi)水分子產(chǎn)生共振，從而抑制微生物生長(zhǎng)，具有殺菌、分解乙烯、抑制食品酶的活性、增加細(xì)胞膜通透性的作用，大幅減少了細(xì)胞液和鮮味成分的流失，達(dá)到食品保鮮的目的。本文利用電場(chǎng)保鮮技術(shù)結(jié)合微凍保鮮技術(shù)對(duì)牛肉貨架期及易切性進(jìn)行研究。

2 材料與方法

2.1 材料

牛里脊肉購(gòu)自合肥市濱湖永輝超市，化學(xué)試劑購(gòu)自上海化學(xué)試劑有限公司。

2.2 儀器與設(shè)備

全自動(dòng)凱氏定氮儀：上海祎宏設(shè)備有限公司；電子眼：法國(guó)阿默斯公司；CR-400 色差儀：日本柯尼卡美能達(dá)公司；Quanta200FEG場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡：日本日立公司；BCD-520WUP9BA十字對(duì)開冰箱：長(zhǎng)虹美菱股份有限公司。

2.3 樣品準(zhǔn)備

將購(gòu)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(jí)密實(shí)袋中。放入冰箱，測(cè)定其7天、14天、21天、28天的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。

表1 微凍牛肉感官指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表2 待測(cè)區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度分布

表3 牛肉感官評(píng)分結(jié)果

圖1 實(shí)驗(yàn)載體冰箱

圖2 實(shí)驗(yàn)食品中心溫度曲線

圖3 實(shí)驗(yàn)食品照片

圖4 實(shí)驗(yàn)食品紅度值變化曲線圖

圖5 實(shí)驗(yàn)食品揮發(fā)性鹽基氮含量變化圖

2.4 冰箱電場(chǎng)強(qiáng)度及溫度測(cè)試

2.4.1 冰箱電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試

兩臺(tái)美菱BCD-520WUP9BA：一臺(tái)冰箱去掉保鮮模塊（普通冰箱），一臺(tái)冰箱保留保鮮模塊（保鮮冰箱），兩臺(tái)冰箱進(jìn)行電場(chǎng)微凍保鮮對(duì)比測(cè)試。利用電場(chǎng)測(cè)試儀FLUKE177C對(duì)保鮮模塊進(jìn)行電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試。

2.4.2 冰箱溫度測(cè)試

利用熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冰箱空氣及食品中心溫度的溫度變化。

2.5 感官檢測(cè)

從外觀、氣味、彈性、切感幾個(gè)方面對(duì)牛肉進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

2.6 色差檢測(cè)

用色差儀測(cè)定a*值（紅度），每個(gè)樣品測(cè)量3個(gè)點(diǎn)，取平均值。

2.7 揮發(fā)性鹽基氮檢測(cè)

按照《GB 5009.228-2016 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》中的自動(dòng)凱氏定氮儀法，測(cè)定三次，取平均值。

2.8 掃描電鏡測(cè)試牛肉微觀結(jié)構(gòu)

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(cè)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(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察并照相，加速電壓20kV。

3 結(jié)果與分析

3.1 冰箱電場(chǎng)強(qiáng)度及溫度測(cè)試結(jié)果

3.1.1 冰箱電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

將冰箱右下區(qū)間的最上層等分為四層，如圖1所示。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，保鮮冰箱電場(chǎng)強(qiáng)度劃分為61～1220v/m的場(chǎng)強(qiáng)范圍，具體測(cè)試結(jié)果如表2所示。

3.1.2 冰箱溫度測(cè)試結(jié)果

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

3.2 感官測(cè)試結(jié)果

由具有豐富生活經(jīng)驗(yàn)的7人組成評(píng)判小組，經(jīng)過培訓(xùn)后進(jìn)行感官評(píng)判，去掉最高分和最低分后取其平均值。實(shí)驗(yàn)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(píng)分結(jié)果如表3所示，由表中數(shù)據(jù)可知，保鮮冰箱牛肉感官總體評(píng)分為19.4分，明顯優(yōu)于普通冰箱（牛肉感官總體評(píng)分為17.7分）。

3.3 色差檢測(cè)結(jié)果

肉色在很大程度上影響著消費(fèi)者的購(gòu)買喜好，同時(shí)也是肉類感官品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織2016年的報(bào)道，失色是導(dǎo)致消費(fèi)者拒絕購(gòu)買食用肉制品的主要原因，給肉片生產(chǎn)和銷售帶來了巨大浪費(fèi)。肉色可通過紅度值（a*）來進(jìn)行衡量，a*對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)，肉色穩(wěn)定性不斷降低，肌紅蛋白和血紅蛋白被氧化，失色現(xiàn)象逐漸發(fā)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(fā)性鹽基氮測(cè)試結(jié)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(guī)格的牛肉，每周各取一塊牛肉進(jìn)行其它指標(biāo)檢測(cè)后進(jìn)行揮發(fā)性鹽基氮含量測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，實(shí)驗(yàn)28天后，保鮮冰箱中的牛肉處于一級(jí)新鮮，而普通冰箱中的牛肉處于二級(jí)新鮮。

3.5 掃描電鏡測(cè)試牛肉微觀結(jié)構(gòu)

肉的微觀結(jié)構(gòu)反應(yīng)的是食品的彈性及新鮮度，組織結(jié)構(gòu)越緊密，說明牛肉彈性越好，越新鮮。兩組牛肉的微觀結(jié)構(gòu)如圖6所示。實(shí)驗(yàn)4周后：普通冰箱-4℃環(huán)境下牛肉肌纖維束微觀結(jié)構(gòu)已松散，而保鮮冰箱-4℃環(huán)境下牛肉肌纖維束微觀結(jié)構(gòu)還比較緊密，接近新鮮牛肉。這是因?yàn)槠胀ū渑Ｈ獗л^大，冰晶在形成過程中破壞了牛肉的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。保鮮冰箱利用電場(chǎng)技術(shù)與食品水分子產(chǎn)生裂變力，減小了冰晶的體積，可有效降低對(duì)食品的破壞程度。

4 結(jié)束語

以牛肉為研究對(duì)象，分別將其放置在電場(chǎng)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(píng)價(jià)、色澤變化、新鮮度檢測(cè)及微觀結(jié)構(gòu)分析：實(shí)驗(yàn)28天后，保鮮冰箱牛肉明顯優(yōu)于普通冰箱。

（1）保鮮冰箱牛肉感官總體評(píng)分為19.4分，普通冰箱牛肉感官總體評(píng)分為17.7分，保鮮冰箱明顯優(yōu)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(jié)構(gòu)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(jí)新鮮，而普通冰箱中的牛肉處于二級(jí)新鮮。

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

本文中保鮮冰箱利用電場(chǎng)保鮮技術(shù)，與食品內(nèi)水分子產(chǎn)生共振，改變水和酶的結(jié)合狀態(tài)，從而降低酶的活性，抑制肌紅蛋白和血紅蛋白的氧化；同時(shí)抑制微生物生長(zhǎng)，從而大幅降低其產(chǎn)物與肌紅蛋白化合或者使肌紅蛋白分解的機(jī)會(huì)，保留肉類原色，保存食品新鮮度；同時(shí)減小冰晶的大小，形成冰沙，從而減小對(duì)牛肉細(xì)胞的破壞，封存食品營(yíng)養(yǎng)不流失。