詹 毅，孫勁松，劉 洋，李欣妍，王新惠

（1.成都大學 旅游與文化產(chǎn)業(yè)學院，四川成都 610100；2.成都大學 食品與生物工程學院，四川 成都 610100；3.長江師范學院，重慶 400000）

食品由多種成分組成，通?？煽醋魇撬趾透晌镔|(zhì)的混合。未凍結(jié)食品的熱物性與食品溫度關(guān)系不密切，通常可以作為常數(shù)處理。食品凍結(jié)后，食品中的水分部分或全部結(jié)為冰，并且有潛熱放出，所以凍結(jié)食品的熱物性與食品中水分的結(jié)冰率存在密切的關(guān)系。同時，由于溫度不同，食品中結(jié)冰率也不同，因此在食品中的水分全部結(jié)成冰之前，凍結(jié)食品的熱物性與溫度有密切關(guān)系。

豬肉是最常見的肉類食品，在日常生活中通常需要冷凍保鮮以保證在一定時間內(nèi)質(zhì)量安全性。有研究表明[1]，冷凍后的豬肉比新鮮的豬肉更為安全，質(zhì)量更好。然而，在冷凍過程中，隨著時間、溫度、比熱容等因素的變化，其水分含量、菌落總數(shù)、酸價等也會隨之變化，其中水分含量、菌落總數(shù)、酸價也是評價豬肉品質(zhì)的重要指標[2-3]。因此，通過各評價指標建立相對應(yīng)的數(shù)學模型來研究時間、溫度和比熱容對凍豬肉品質(zhì)的影響，初步計算冷凍豬肉過程中的熱負荷。通過監(jiān)測豬肉在-18，6，25℃3個不同的溫度下的微生物總量、酸價與水分含量，分析豬肉的溫度與微生物、脂肪酸氧化、水分丟失率及其品質(zhì)保存時間之間的關(guān)系。

1 試驗方法

1.1 原材料的準備

新鮮屠宰的豬肉，屠宰后立即放入-40℃速凍間中冷凍，后將豬肉切割成10 cm×10 cm×5 cm質(zhì)量約為350 g的肉塊，分成3組，分別放入3種不同溫度-18，6，25℃下貯藏，待樣品的溫度達到貯藏目標環(huán)境溫度時開始計時。貯藏開始和結(jié)束分別取一次樣進行理化指標檢測，測定其酸價、菌落總數(shù)、水分含量等，每次3個平行樣品。

1.2 設(shè)備和試劑

BCD-507WDPT型對開雙開門變頻風冷冰箱，海爾集團公司產(chǎn)品；ESJ182-4型電子天平，天津博達宏力稱重設(shè)備有限公司產(chǎn)品；生化培養(yǎng)箱，上海益恒實驗儀器有限公司產(chǎn)品；高壓蒸汽滅菌鍋，上海醫(yī)用核子儀器廠產(chǎn)品；電熱恒溫鼓風干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司產(chǎn)品；超凈工作臺，金壇市虹盛儀器廠產(chǎn)品；ZNCL-TS型磁力攪拌器，上海越眾儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；ZD-2型自動電位滴定儀，四川匯巨儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；組織搗碎機，四川天金儀表成套設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

乙醚、無水乙醇、瓊脂等試劑均為化學純，成都科隆化學品有限公司提供。

1.3 理化指標測定

1.3.1 菌落總數(shù)

根據(jù)GB/T 4789.2—2010《食品衛(wèi)生微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》的方法進行操作，并按照GB 4789.2—2003標準，菌落總數(shù)小于4 lgCFU/g為新鮮肉，4~6 lgCFU/g為次鮮肉，大于6 lgCFU/g為變質(zhì)肉。

1.3.2 酸價

根據(jù)GB 5009.229—2016《冷溶劑自動電位滴定法》的方法進行酸價測定。

1.3.3 水分含量

采用常壓干燥法測定[4]豬肉中水分百分含量（%）的計算公式，如公式（1）所示：

式中：G0——恒質(zhì)量后蒸發(fā)皿質(zhì)量，g；

G——恒質(zhì)量后稱量皿和樣品質(zhì)量，g；

G'——干燥恒質(zhì)量后稱量皿與樣品的質(zhì)量，g。

2 數(shù)學模型的建立

2.1 凍結(jié)終點水分凍結(jié)率

由食品中水分凍結(jié)率公式[5-6]，即可得到冷凍豬肉中水分凍結(jié)率的表達式，如下公式（2）和（3）所示：

式中：ω——凍結(jié)終點溫度時的食品水分凍結(jié)率，%；

t——食品最初溫度，℃；

t1——食品凍結(jié)終點溫度，℃；

a，b——常數(shù)，食品組成材料而定。

根據(jù)以上公式，經(jīng)驗證得出公式（2）是一種較粗略的計算食品中水分凍結(jié)率的辦法，而公式（3）是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)推出的一種較準確的水分凍結(jié)終率的計算公式。當研究對象為同種食品且質(zhì)量一定時，可以認為a，b為固定值，且食品初始溫度t相同，所以食品中水分的凍結(jié)率僅與凍結(jié)終溫t1有關(guān)。由公式（3）可知，當食品最初溫度t相同時，食品凍結(jié)終點溫度t1越小，食品水分凍結(jié)率越大。

2.2 食品凍結(jié)比熱關(guān)系模型

通常在計算食品冷凍熱負荷時，常將食品的冷凍過程分為3個階段，即冷卻階段、結(jié)冰階段、凍后降溫階段[7]。然而，食品的凍結(jié)比熱是為了計算食品凍后降溫階段熱負荷而提出的。因此，食品凍結(jié)比熱的計算表達式如公式（4）所示：

式中：m——食品在凍結(jié)終溫時的的結(jié)冰率，%；

W——食品含水率，%；

CS——水的比熱，J/（kg·℃）；

Cb——冰的比熱，J/（kg·℃）；

Cg——食品中干物質(zhì)的比熱，J/（kg·℃）)；

C0——未凍結(jié)食品的比熱，J/（kg·℃）.

因此，由從公式（4）得到食品凍結(jié)比熱與食品凍結(jié)過程中的溫度無關(guān)，并且通常認為水的比熱CS為4.2 kJ/（kg·℃）、冰的比熱Cb為2.1 kJ/（kg·℃），所以食品凍結(jié)比熱Cm只與未凍結(jié)食品的比熱C0、食品的含水率W和食品在凍結(jié)終溫時的結(jié)冰率m有關(guān)，而食品的結(jié)冰率又受到食品本身性質(zhì)的影響。所以，當初溫相同的情況下，影響同一食品凍結(jié)比熱大小的變量只有冷凍終溫。

不同溫度冷凍豬肉的比熱容見表1。

表1 不同溫度冷凍豬肉的比熱容

根據(jù)檢測，在豬肉水分比例在76.8%時，冷凍溫度的豬肉比熱容表（見表1）：當豬肉溫度從-5~-25℃降低時，檢測的比熱容由4.78 kJ/（kg·℃）到2.96 kJ/（kg·℃）依次遞減，說明冷凍溫度越低，豬肉的比熱容越小。根據(jù)表1中數(shù)據(jù)可知計算得到回歸方程（5）為：

式中：X——溫度，℃；

Y——比熱容，kJ/(kg·℃)。

并且R2=0.986 6說明冷凍豬肉溫度與比熱容之間存在較好的線性關(guān)系。于是可以利用溫度與比熱關(guān)系的回歸方程（公式5），計算出豬肉的冷凍熱負荷。即冷凍熱負荷的計算如公式（6）所示：

式中：M——豬肉的質(zhì)量，kg；

Y1，Y2——分別為初溫和終溫時豬肉的比熱，kJ/(kg·℃)。

利用以上方法得到利用豬肉凍結(jié)比熱初步計算出豬肉的冷凍熱負荷，比運用傳統(tǒng)名義的凍結(jié)比熱計算得出的結(jié)果更為精確，也更加符合肉類食品冷凍的實際變化過程。利用公式（6）可以計算出，1 kg豬肉從25℃冷凍到6℃和-18℃分別所需要的冷凍熱負荷為1.78 kJ和4.12 kJ。

該方法僅考慮豬肉在凍結(jié)過程中的焓值變化情況，而實際冷凍豬肉過程的熱負荷受到多種因素的影響[8]。因此，建立完善的冷凍熱負荷計算方法是以后冷藏冷凍食品行業(yè)重要的研究方向。

3 結(jié)果與分析

各溫度下貯藏前后豬肉的理化數(shù)據(jù)見表2。

表2 各溫度下貯藏前后豬肉的理化數(shù)據(jù)

冷凍肉類食品在冷藏過程中無時無刻不受到各種因素的影響，其品質(zhì)與冷凍時間及冷凍溫度有著密切的關(guān)系[9]。通過試驗分別將豬肉冷凍在-18，6，25℃3個不同溫度下，經(jīng)過48 h冷凍時間，監(jiān)測各溫度下微生物總量、酸價及水分含量情況（見表2）：-18℃貯藏條件下，通過貯藏前后對比，發(fā)現(xiàn)豬肉樣品的酸價含量升高了2.90%，菌落總數(shù)增加了15.60%，水分含量降低了1.40%；6℃貯藏條件下，豬肉樣品的酸價含量升高了3.41%，菌落總數(shù)增加了30.40%，水分含量降低了3.79%；25℃貯藏條件下，豬肉樣品的酸價含量升高了6.19%，菌落總數(shù)增加了52.80%，水分含量降低了6.50%。說明經(jīng)過相同的貯藏時間，若貯藏溫度越高，則酸價含量越高，菌落總數(shù)越多，水分的流失越多，即豬肉的品質(zhì)越差。

此外，除去時間、溫度的影響，還存在一些其他因素會對冷凍豬肉品質(zhì)產(chǎn)生影響。在肉質(zhì)解凍過程中，肉溫的升高會影響微生物生長及一些其他反應(yīng)。解凍速度、解凍速率、解凍方式和解凍介質(zhì)等都是影響解凍后肉類品質(zhì)的重要因素。郭潔玉[10]發(fā)現(xiàn)射頻解凍和微波解凍的豬肉丸感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)品質(zhì)較高，菌落總數(shù)較低，品質(zhì)下降較慢。冷凍過程中的溫度變化過大會影響肉制品內(nèi)冰晶的形成，黃鴻兵[11]發(fā)現(xiàn)溫度波動越劇烈豬肉品質(zhì)下降越快，表現(xiàn)在TVB-N值增大，而不會影響蛋白乳化能力，TABRS等。除此之外，李先明等人[12]研究發(fā)現(xiàn)，密封包裝和抽氣貼體包裝可以有效地維持凍肉品質(zhì)，抽氣貼體包裝的效果優(yōu)于密封包裝，更具有可行性。常海軍等人[13]研究表明，凍融次數(shù)增多也會嚴重降低豬肉的保水性和食用價值。因此，商家在運輸過程中應(yīng)保證全程冷鏈運輸，減少凍融次數(shù)。此外，消費者也可以通過盡量減少從市場到餐桌的時間，做到“少買，勤買”，防止豬肉存放時間過長。

4 結(jié)論

冷凍豬肉的品質(zhì)與人們的生活質(zhì)量息息相關(guān)，因此很有必要對其品質(zhì)變化進行研究。詳細分析了凍結(jié)終點溫度和食品的凍結(jié)比熱關(guān)系模型，并利用豬肉凍結(jié)比熱計算豬肉冷凍熱負荷，計算結(jié)果更準確，更符合肉類食品冷凍的實際變化過程，并進一步分析了豬肉在冷凍過程中，其品質(zhì)隨時間、溫度、比熱容等因素的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化情況。通過試驗測試，得到冷凍豬肉其水分含量、菌落總數(shù)和酸價的變化情況。總體表現(xiàn)為溫度越低，貯藏時間相同的情況下，細菌增加越少、肉類脂肪酸氧化反應(yīng)越慢、水分丟失越少，即肉類品質(zhì)保存時間越長。并且貯藏溫度越低，該溫度下貯藏的豬肉比熱越低，即溫度下降1℃所需要的能量越少，并能夠達到更好的貯藏效果。通過研究分析豬肉6℃冷藏、25℃常溫和-18℃冷凍的貯藏方式，結(jié)合豬肉的保質(zhì)期、安全性的評估，認為-18℃冷凍更有利于豬肉的貯藏。