馬國驕 金亞美 楊 哪 徐學(xué)明 謝正軍

(江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

中國是肉類的生產(chǎn)與消費大國，但由于屠宰場距離居民區(qū)甚遠(yuǎn)，新鮮肉品難以獲取，人們?nèi)粘＝佑|到的是各種冷卻肉、冷凍肉，或深加工肉制品[1]，其中冷凍肉占據(jù)了主要地位。冷凍肉一般指牲畜經(jīng)屠宰后的胴體經(jīng)預(yù)冷、排酸、急凍，繼而在-18 ℃以下貯藏，深層肉溫在-6 ℃以下的肉[2]。在冷凍過程及貯藏期間，肉類常會出現(xiàn)如重結(jié)晶、干耗、油燒等的劣變現(xiàn)象[3]，以及組織結(jié)構(gòu)、微生物、pH值等的變化，從而影響冷凍肉解凍后的品質(zhì)[4]。

磁場輔助冷凍技術(shù)作為新型冷凍技術(shù)，因其較好的生物相容性和安全性而備受關(guān)注。有研究[5-6]表明，磁場冷凍過程中食品能快速通過最大冰晶生成帶，形成的冰晶細(xì)小，對細(xì)胞組織的機械損傷小，從而減少食品解凍后的損失。有學(xué)者[7-8]采用磁場輔助冷凍藍(lán)莓和櫻桃，試圖通過觀察水果中水分子的變化情況來探究磁場輔助冷凍的原理。Tang等[9]研究表明永久磁場作用下冷凍豬肉的相變時間縮短1.76 min。Mok等[10]發(fā)現(xiàn)靜磁場結(jié)合脈沖電場處理后的雞胸肉相比對照組更快通過冰晶生成帶，而且顏色、質(zhì)地、pH值等品質(zhì)指標(biāo)也更接近新鮮雞肉?？梢?，磁場冷凍技術(shù)有改善冷凍食品品質(zhì)的潛力，但以往的文獻報道大多圍繞靜磁場或振蕩磁場對水溶液及果蔬展開研究，對于交變磁場在冷凍食品的應(yīng)用鮮見報道。

試驗擬以豬肉和牛肉為研究對象，將肉品置于交變磁場下進行冷凍及貯藏，探究交變磁場對豬肉和牛肉凍藏品質(zhì)的影響，旨在為食品的高品質(zhì)冷凍提供新方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

豬肉(后腿肉)和牛肉(后腿肉)：同一批次，購買于無錫歐尚超市。

1.2 試劑與設(shè)備

1.2.1 主要試劑

氯化鈉、氯化鉀、濃鹽酸、氫氧化鈉、三羥甲基氨基甲烷、乙二胺四乙酸二鈉：分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；

孟加拉紅培養(yǎng)基、平板計數(shù)培養(yǎng)基：國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2.2 主要儀器設(shè)備

磁場冷凍冰箱：MFI-F1型，英都斯特(無錫)感應(yīng)科技有限公司；

海爾冰箱：BCD-216SDC型，青島海爾股份有限公司；

低場核磁共振成像分析儀：MesoMR23-060V-I型，蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；

拍打式均質(zhì)器：JX-05型，上海凈信實業(yè)發(fā)展有限公司；

電子天平(0.000 1 g)：AX224ZH/E型，奧豪斯儀器有限公司；

多段可編程人工氣候箱：PQX型，寧波東南儀器有限公司；

冷凍干燥機：77530型，美國LABCONCO公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料準(zhǔn)備 將購買來的豬肉和牛肉于室溫、通風(fēng)環(huán)境下進行簡單的清理，去肥膘去筋膜后，切成尺寸為3 cm×4 cm×1 cm的肉塊，隨機裝入自封袋，排去袋中空氣，稱重后分別置于普通冰箱和磁場冷凍冷藏箱內(nèi)冷凍貯藏。

1.3.2 磁場冷凍冷藏處理 磁場冷凍冰箱冷凍室的尺寸為38 cm×32 cm×40 cm，溫度范圍為-20 ℃～RT(0.1 ℃ 可調(diào))，磁場強度設(shè)置范圍為0～5 mT(0.1 mT可調(diào))，具有靜磁場和交變磁場(頻率50 Hz)模式，時間、溫度、磁場強度和磁場類型均可通過控制面板設(shè)定。采用三維高斯計和空間位移平臺測量冷凍室內(nèi)的磁場強度及其均勻性，冷凍室中各方向的均勻度均達到99%(如圖1)。

圖1 COMSOL擬合磁場強度云圖和磁感線分布圖

將制備好的豬肉和牛肉樣品分別置于1 mT交變磁場條件及普通冰箱中，在-20 ℃凍藏2，4，6，8周后，在相同條件的4 ℃環(huán)境下解凍樣品10 h后進行各項指標(biāo)測定。

1.3.3 冷凍曲線繪制 冷凍過程中，將連接到數(shù)據(jù)記錄器的T型熱電偶線(直徑1 mm)插入豬肉和牛肉樣品的幾何中心，檢測其中心溫度變化情況，每5 min記錄一次數(shù)據(jù)，直到樣品中心溫度達到-18 ℃。

1.3.4 測定項目及方法

(1)干耗損失率：冷凍前對樣品進行稱重，取出樣品后用吸水紙輕輕抹去樣品表面冰霜，立即稱重。按式(1)計算干耗損失率。

WL=[(m0-m1)/m0]×100%，

(1)

式中：

WL——干耗損失率，%；

m0——冷凍前樣品的質(zhì)量，g；

m1——干冷凍后樣品的質(zhì)量，g。

(2)汁液損失率：參照Alizadeh等[11]，稍作改動。冷凍前對樣品進行稱重，解凍后用吸水紙輕輕吸干樣品表面水分，立即稱重。按式(2)計算汁液損失率。

DL=[(M0-M1)/M0]×100%，

(2)

式中：

DL——汁液損失率，%；

M0——冷凍前樣品的質(zhì)量，g；

M1——解凍后樣品的質(zhì)量，g。

(3)水分含量：將解凍后的豬肉和牛肉均質(zhì)后取約2 g(精確至0.000 1 g)樣品均勻平鋪在已恒重的鋁盒中，105 ℃烘箱干燥至恒重(約48 h)，取出于干燥皿中冷卻至室溫(30 min)，立即稱重。按式(3)計算水分含量。

X=[(m0-m1)/(m0-m2)]×100%，

(3)

式中：

X——樣品水分含量，%；

m0——干燥皿和樣品的質(zhì)量，g；

m1——干燥皿和干燥后樣品的質(zhì)量，g；

m2——干燥皿的質(zhì)量，g。

(4)持水力：參照Vega-Warner等[12]的方法，稍作修改。通過高速離心去除游離水來測定解凍后豬肉和牛肉的持水力。稱取約2.5 g樣品，集中放置在50 mL離心管內(nèi)的雙層快速定性濾紙中央，在4 ℃下以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心10 min。離心后，立即稱重。按式(4)計算持水力。

WHC=[1-(m0-m1)/(m0×X)]×100%，

(4)

式中：

WHC——樣品持水力，%；

m0——樣品離心前質(zhì)量，g；

m1——樣品離心后質(zhì)量，g；

X——樣品水分含量，g。

(5)水分分布及狀態(tài)：采用低場核磁共振成像技術(shù)進行分析。分別取解凍后的豬肉和牛肉樣品，切成尺寸約為1 cm×1 cm×1 cm的肉塊置于核磁樣品管中，將樣品管插入核磁共振成像分析儀(MRI)中進行成像，再用偽彩軟件分析水分分布及狀態(tài)。

(6)色值：試驗用手持色差儀對解凍后的豬肉和牛肉樣品進行色值測定。用標(biāo)準(zhǔn)白板矯正后直接將測試平面放置在樣品表面。通過國際電子實驗室委員會定義的CIELAB顏色空間中測量的L*、a*和b*值來表征樣品色值。按式(5)計算總色差ΔE值。

(5)

式中：

ΔE——總色差；

ΔL*——不同貯藏期樣品與新鮮樣品的明度差值；

Δa*——不同貯藏期樣品與新鮮樣品的紅綠色度差值；

Δb*——不同貯藏期樣品與新鮮樣品的黃藍(lán)色度差值。

(7)pH值：分別稱取3 g均質(zhì)的解凍豬肉和牛肉樣品于自封袋中，加入0.1 mol/L KCl溶液30 mL，均質(zhì)拍打60 s后，倒入50 mL離心管內(nèi)靜置5 min，用pH計測定pH值。

(8)揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)含量：稱取10 g均質(zhì)的解凍豬肉和牛肉樣品于自封袋中，加入75 mL去離子水，均質(zhì)拍打60 s后，加入1 g氧化鎂粉末混勻后靜置30 min，置于K9840型自動凱式定氮儀中，加入30 mL 10 mol/L 硼酸溶液蒸餾3 min后，用0.02 mol/L的鹽酸溶液滴定。

(9)菌落總數(shù)、霉菌和酵母總數(shù)：參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢測 菌落總數(shù)測定》和GB 4789.15—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢測 霉菌和酵母計數(shù)》，分別稱取5 g解凍后豬肉和牛肉的均質(zhì)樣品于無菌袋中，加入45 mL生理鹽水，均質(zhì)拍打60 s得勻漿后逐步稀釋，傾注平皿。菌落總數(shù)平皿置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)(48±2)h，霉菌和酵母平皿置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5 d，隨后對平皿中的菌落進行計數(shù)。

(10)感官評價：采用評分法對解凍后豬肉和牛肉樣品進行感官評價。邀請6名經(jīng)過培訓(xùn)的感官評定員組成評分小組，對解凍后豬肉和牛肉樣品的色澤、氣味、質(zhì)地、組織狀態(tài)及整體可接受度進行評分，評分標(biāo)準(zhǔn)見表1、表2。

表1 解凍后豬肉感官評分標(biāo)準(zhǔn)

表2 解凍后牛肉感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.5 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)結(jié)果均用3次平行試驗的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS 22軟件進行統(tǒng)計與分析，Origin 8.5軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 豬肉和牛肉的冷凍曲線

由圖2可知，交變磁場條件下冷卻階段(即初始溫度至冰點)的降溫速率大于對照組，但冷凍曲線的主要差異體現(xiàn)在相變階段。由表3可以看出，交變磁場冷凍的豬肉和牛肉的冰點分別比對照組的低了0.9，0.5 ℃，同時，相變時間大幅度減少，交變磁場下冷凍豬肉和牛肉的相變時間分別縮短了66.67%，65.00%，說明冷凍過程中施加磁場有利于豬肉和牛肉樣品快速通過最大冰晶生成帶，縮短相變時間，與Li等[13]的研究結(jié)果一致。此外，交變磁場組的整體凍結(jié)時間也大幅度縮短。

表3 普通冰箱和磁場冷凍冰箱冷凍豬肉和牛肉的冷參數(shù)

圖2 普通冰箱和磁場冷凍冰箱冷凍下豬肉和牛肉的溫度曲線

2.2 交變磁場對凍藏豬肉和牛肉保水性的影響

2.2.1 干耗損失和汁液損失 由圖3、圖4可以看出，隨著凍藏周期的增加，干耗損失和汁液損失明顯增大，但交變磁場條件下肉的損失更少。豬肉樣品在交變磁場下各凍藏周期的干耗損失率分別比對照組小64.47%，59.53%，42.69%，30.61%；同樣，對于牛肉樣品，交變磁場組在各凍藏周期分別比對照組小52.32%，47.59%，29.31%，23.85%。

圖3 普通冰箱和磁場冷凍冰箱凍藏豬肉和牛肉的干耗損失率變化

相同凍藏周期下(如圖4)，對照組豬肉的汁液損失率最高達到了12.14%，而交變磁場組豬肉的汁液損失率在各凍藏周期分別比對照組少了17.61%，31.72%，23.35%，25.52%，甚至交變磁場下凍藏8周的豬肉汁液損失率(9.04%)小于對照組凍藏4周的(9.30%)。同時，對照組牛肉的汁液損失率均高于交變磁場組的，最高達到9.10%。汁液損失通常產(chǎn)生于肌纖維束與肌周圍網(wǎng)絡(luò)空間，以及肌肉纖維與肌內(nèi)膜網(wǎng)絡(luò)空間，當(dāng)肌肉轉(zhuǎn)化消耗時，肌肉纖維變得僵硬且不穩(wěn)定，保持水分的能力也隨之降低[14]，汁液流失越多，肌肉保水力越差，與Lagerstedt等[15]的結(jié)論一致。

圖4 普通冰箱和磁場冷凍冰箱凍藏豬肉和牛肉的汁液損失率變化

2.2.2 水分含量和持水力 由圖5、圖6可知，在各凍藏周期，對照組凍藏的豬肉和牛肉樣品水分含量均低于交變磁場組，其中冰箱凍藏8周后豬肉水分含量僅剩72.32%(該批次凍藏試驗豬肉新鮮樣品的水分含量為76.20%)。另外，交變磁場組凍藏2，4周后的豬肉和牛肉樣品仍保持較高持水力，大于80.00%(已知凍藏試驗豬肉和牛肉新鮮樣品的持水力為82.81%和85.38%)，且凍藏8周的牛肉持水力仍比對照組凍藏4周的高2.53%。綜上所述，交變磁場可以有效減緩肉品在凍藏期間持水力的下降，并使肉品維持較高水分含量。

圖5 普通冰箱和磁場冷凍冰箱凍藏豬肉和牛肉的水分含量變化

圖6 普通冰箱和磁場冷凍冰箱凍藏豬肉和牛肉的持水力變化

2.3 交變磁場對凍藏豬肉和牛肉水分分布及狀態(tài)的影響

由圖7可知，隨凍藏周期的增加，樣品顏色逐漸從均勻的紅黃色向藍(lán)綠色變化，說明肉品中的水分均隨凍藏周期的增加而減少。新鮮的肉呈現(xiàn)出均勻的紅黃相間的顏色，說明水分較均勻地分布在豬肉樣品內(nèi)部，但對照組豬肉凍藏2周后就能明顯看出水分從中心向邊緣遷移的現(xiàn)象；凍藏8周時，水分流失嚴(yán)重，此時豬肉持水力減弱、保水性下降，與Bertram等[16]的結(jié)論一致，而交變磁場組的豬肉在凍藏8周后仍能在邊緣附近看到較高密度的氫質(zhì)子堆積。牛肉樣品在對照組和交變磁場組水分變化趨勢與豬肉類似，對照組的牛肉在凍藏8周后水分流失嚴(yán)重，而交變磁場組凍藏8周的牛肉水分分布與對照組凍藏4周的樣品類似。

A.新鮮樣品 B～E.普通冰箱凍藏2，4，6，8周的樣品 F～I.1 mT交變磁場下凍藏2，4，6，8周的樣品

2.4 交變磁場對凍藏豬肉和牛肉色值的影響

整個凍藏期間豬肉和牛肉的色值變化如表5、表6所示，可以看出，各組樣品的L*值和a*值隨時間均呈下降趨勢，ΔE逐漸變大，但相同凍藏周期下，磁場組的ΔE值均低于普通冰箱組，普通冰箱組豬肉與新鮮樣品的總色差分別比交變磁場組高了132.48%，7.02%，179.00%，78.77%，牛肉樣品磁場組的ΔE值也均低于普通冰箱組，更好地維持了肉的新鮮度[17]。同時，由圖8可以看出，交變磁場組的豬肉顏色更粉嫩，牛肉更鮮紅，說明交變磁場處理可以減少肉品凍藏后色澤變化的差異。

A.新鮮樣品 B～E.普通冰箱凍藏2，4，6，8周的樣品 F～I.1 mT交變磁場下凍藏2，4，6，8周的樣品

表5 普通冰箱和磁場冷凍冰箱凍藏豬肉的色值變化

表6 普通冰箱和磁場冷凍冰箱凍藏牛肉的色值變化

2.5 交變磁場對凍藏豬肉和牛肉pH值的影響

肉類在pH值較低時能更好地保持新鮮感[18]。由圖9 可以看出，隨凍藏時間的增加，對照組豬肉的pH值有明顯增加趨勢，交變磁場組則緩慢上升。同時，交變磁場組比對照組牛肉的pH值分別下降了3.08%，2.74%，1.65%，2.64%，對照組牛肉的pH值在凍藏8周后達到了6.35，接近腐爛牛肉的pH值(pH值到達6.5)。一般來說，隨貯藏時間的增加，由于肉中的蛋白質(zhì)被微生物酶解成胺類等堿性含氮物，導(dǎo)致pH值逐漸上升[19]，因此可以認(rèn)為交變磁場處理減緩了冷凍豬肉和牛肉腐敗的速度，保持了肉品的新鮮度。

圖9 普通冰箱和磁場冷凍冰箱凍藏豬肉和牛肉的pH值的變化

2.6 交變磁場對凍藏豬肉和牛肉揮發(fā)性鹽基氮含量的影響

GB 2707—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 鮮(凍)畜、禽產(chǎn)品》規(guī)定，鮮凍豬、牛肉的揮發(fā)性鹽基氮限量≤15 mg/100 g。由圖10可知，隨著凍藏時間的增加，豬肉和牛肉的揮發(fā)性鹽基氮含量均呈上升趨勢，但交變磁場組均低于對照組。對照組豬肉揮發(fā)性鹽基氮含量分別比交變磁場組(2，4，6，8周)高3.09%，2.29%，16.47%，38.65%。對照組豬肉凍藏6周后已超出限量標(biāo)準(zhǔn)，達到了17.12 mg/100 g，而交變磁場組在凍藏8周后才超過限量標(biāo)準(zhǔn)。不同處理的牛肉樣品凍藏2周時的揮發(fā)性鹽基氮含量均超出限量標(biāo)準(zhǔn)，但在6，8周時開始突增，分別達到32.99，40.02 mg/100 g，說明普通冰箱中貯藏的牛肉凍藏6周后開始嚴(yán)重腐敗，而交變磁場組凍藏8周的牛肉樣品的揮發(fā)性鹽基氮含量仍低于對照組凍藏6周的。

圖10 普通冰箱和磁場冷凍冰箱凍藏豬肉和牛肉的揮發(fā)性鹽基氮含量變化

2.7 交變磁場對凍藏豬肉和牛肉微生物指標(biāo)的影響

微生物是食品腐敗的主要因素，而菌落總數(shù)是評判微生物污染程度的重要指標(biāo)之一[20]，霉菌和酵母菌也廣泛分布于日常生活環(huán)境中[19]。如圖11所示，以6 lg(CFU/g)為界線，對照組凍藏4周的豬肉菌落總數(shù)達到6.16 lg(CFU/g)；而交變磁場組的豬肉菌落總數(shù)在凍藏6周時才到6.04 lg(CFU/g)。同樣，對照組的牛肉凍藏4周后菌落總數(shù)達到6.04 lg(CFU/g)；而交變磁場組凍藏8周的牛肉菌落總數(shù)仍小于106CFU/g。由圖12可知，對照組凍藏8周的豬肉和牛肉霉菌和酵母總數(shù)突然增殖，說明此時肉品的腐敗程度加劇。交變磁場處理可以有效抑制冷凍豬肉和牛肉中微生物的生長繁殖，與Misakian等[21]的結(jié)論一致，從而減緩了肉品腐敗速度，對肉品的品質(zhì)有改善作用。

圖11 普通冰箱和磁場冷凍冰箱凍藏豬肉和牛肉的菌落總數(shù)變化

圖12 普通冰箱和磁場冷凍冰箱凍藏豬肉和牛肉的霉菌和酵母總數(shù)變化

2.8 交變磁場對凍藏豬肉和牛肉感官品質(zhì)的影響

由表7、表8可以看出，各組樣品的感官評價分值基本隨凍藏周期的增加而減小，但交變磁場組的分值整體優(yōu)于對照組?？偟膩碚f，在凍藏期間施加磁場可以更好地保存冷凍豬肉和牛肉的品質(zhì)，表現(xiàn)為色澤更鮮艷明亮、氣味酸敗味不明顯、質(zhì)地軟爛的程度更小、肌肉結(jié)構(gòu)更緊密結(jié)實、消費者整體可接受程度更高。

表7 普通冰箱和磁場冷凍冰箱凍藏豬肉的感官評分

表8 普通冰箱和磁場冷凍冰箱凍藏牛肉的感官評分

3 結(jié)論

探究了在冷凍貯藏期間施加交變磁場對豬肉和牛肉凍藏品質(zhì)的影響，得出以下結(jié)論：與普通冰箱凍藏相比，交變磁場條件下凍藏的豬肉和牛肉品質(zhì)有明顯改善，其表現(xiàn)在：降溫速率更快、冰點分別降低了0.9，0.5 ℃，相變時間分別縮短了66.67%，65.00%，整體凍結(jié)時間分別縮短了95，90 min。干耗損失和汁液損失明顯減少、水分含量更高，且交變磁場組凍藏4周后豬肉和牛肉樣品的持水力仍在80.00%以上。此外，凍藏6周后對照組豬肉的揮發(fā)性鹽基氮含量就已超標(biāo)(達到了17.12 mg/100 g)，而交變磁場組凍藏8周后才超過限量標(biāo)準(zhǔn)，交變磁場下各組樣品的L*值和a*值均大于對照組，ΔE值均小于對照組，pH值以及微生物數(shù)量的增長趨勢也均小于對照組，并保持了更好的感官品質(zhì)，包括顏色、氣味、質(zhì)地、組織狀態(tài)和消費者整體可接受度。