梁 雪，劉九陽，孔保華，曹傳愛，夏秀芳，張宏偉，劉 騫*

（東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對肉類需求量不斷增長，肉中含有豐富的蛋白質(zhì)，具有較高營養(yǎng)價值，但原料肉在常溫狀態(tài)下極易腐爛，貯藏期較短。因此，為延長肉品貯藏期，保持肉品新鮮品質(zhì)，減少營養(yǎng)成分流失，人們常采用凍藏進行貯存[1]。然而，原料肉在凍藏過程中其內(nèi)部會產(chǎn)生較大的結構變化，形成大小、形狀不同的冰晶，冰晶的形成和生長過程不僅會破壞細胞膜，還會破壞細胞組織結構，加速脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化、變性，致使汁液流失，引起解凍后肉品質(zhì)的劣變。同時，解凍過程中的重結晶對原料肉結構產(chǎn)生二次傷害，從而對一定體積的肌肉組織結構造成破壞。盡管解凍過程中肉品質(zhì)下降不可避免，但適宜的解凍方式可大大降低損失。

解凍方式影響生肉的營養(yǎng)價值、感官評價，其目的是最大程度恢復原料肉原始品質(zhì)[2]。原料肉解凍常采用的空氣解凍、水解凍等傳統(tǒng)外部解凍方法具有安全、環(huán)保、易于操作等特點。但隨著肉品行業(yè)的進一步發(fā)展，傳統(tǒng)解凍方法的弊端逐漸顯露，工業(yè)生產(chǎn)時傳統(tǒng)解凍方式熱傳導性能差、解凍時間長，導致解凍后原料肉出現(xiàn)物理損傷、蛋白變性，對原料肉質(zhì)地、顏色和風味等方面造成負面影響[3]。因此，引進新型物理場輔助解凍技術對我國原料肉品質(zhì)的提升尤為重要。近年來，國內(nèi)外學者針對此方向展開大量研究，新型物理場產(chǎn)生的熱量可以自內(nèi)向外傳遞，能夠降低蒸煮損失，控制蛋白質(zhì)被氧化的時間，加快解凍速率，降低原料肉的微觀結構損傷[4]， 提高肌原纖維蛋白的溶解度和持水能力[5-6]，降低乳化性能和膠凝性能損失[6-7]，減少冰晶損傷，最大限度保持肉制品柔嫩多汁的口感[5]。故利用新型物理場輔助解凍可以有效提升原料肉品質(zhì)。基于此，引進新型解凍技術以提升原料肉品質(zhì)是發(fā)展的趨勢所在。

因此，本文主要系統(tǒng)綜述傳統(tǒng)解凍技術和新型物理場輔助解凍技術的基本原理及其在提升肉制品品質(zhì)中的應用研究進展，以期為新型物理場輔助解凍技術在原料肉中的應用提供一定的理論指導。

1 傳統(tǒng)解凍技術

傳統(tǒng)解凍方式主要包括空氣解凍和水解凍，由于其方便、環(huán)保、易于操作等特點被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。但利用傳統(tǒng)方法解凍會嚴重影響原料肉品質(zhì)，造成其物理損傷，因此傳統(tǒng)解凍方式逐漸被新型物理場輔助解凍技術所取代。

1.1 空氣解凍

空氣解凍是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的解凍方式，一般應用于畜胴體解凍。它以空氣為傳熱介質(zhì)，利用對流熱交換的原理，通過改變空氣的溫度、相對濕度、風速、風向達到不同的解凍工藝要求。一般空氣解凍的溫度為14～15 ℃，相對濕度為95%～98%，風速為2 m/s以下[8]， 這種在低溫下解凍的方式并未涉及到溫度的顯著升高和食品的過度脫水，有利于保持食品質(zhì)量[9-10]。隨著工藝發(fā)展，兩階段空氣解凍逐漸被開發(fā)利用。兩階段空氣解凍是通過在解凍過程中將樣品的解凍溫度轉移到相變區(qū)的邊界溫度實現(xiàn)的。在第1階段，保持較高環(huán)境溫度，直到凍結樣品的表面溫度上升到預設溫度，從而有利于初始能量的快速輸入；在第2階段，整個解凍過程中環(huán)境溫度需保持在10 ℃以下[11]。由于前一階段解凍溫度較高時提供了大量熱量，兩階段空氣解凍能夠顯著縮短冷凍肉的總解凍時間，同時抑制微生物生長。Lee等[11]研究發(fā)現(xiàn)，25 ℃/-1.5 ℃兩階段解凍法可有效縮短凍肉樣總解凍時間。但空氣解凍仍速度慢、時間長，雖然未成熟的肉可以在此過程中逐漸成熟，但汁液和營養(yǎng)損失較高，蛋白及脂質(zhì)易氧化[12]，易滋生細菌。

1.2 水解凍

水解凍工藝簡單，一般采取浸漬或噴淋的方式，分為靜水解凍和流水解凍，利用冰-水之間的理化性質(zhì)進行熱交換以達到解凍目的。由于水的傳熱性質(zhì)比空氣好，相較空氣解凍而言，水解凍速率較快，一定程度上降低了解凍對冷凍肉的脂肪和蛋白氧化的影響，從而保證肉的品質(zhì)，但水解凍不利于肌原纖維蛋白凝膠的形成[13]，會產(chǎn)生較大的蒸煮損失[14]，此外，為避免生鮮肉中可溶性營養(yǎng)物質(zhì)流失及水中微生物造成細菌污染，此技術適用于外部包裝嚴密的食品，相較于其他解凍技術而言，產(chǎn)業(yè)化局限性較大。

2 新型物理場輔助解凍技術原理及應用

新型物理場解凍技術作為一種非熱加工方法，在解凍過程中，由于原料內(nèi)部溫差小，大部分電場能夠通過冰晶生成帶，減少重結晶對肌纖維的損傷，能夠保證肉品品質(zhì)，具有解凍速率高、解凍后損失小、能耗低等優(yōu)點。依據(jù)不同解凍原理，新型物理場輔助解凍可以劃分為靜電場解凍、射頻解凍、磁場解凍、微波解凍、超聲波解凍和遠紅外輻照解凍。

2.1 靜電場解凍

靜電場解凍通常是靜電場使用平行板電極產(chǎn)生均勻電場，使其在生肉解凍過程中沒有電流或電壓變化，靜電場解凍可分為高壓靜電場（2 500 V以上）解凍和低壓靜電場（0～2 500 V）解凍。

高壓靜電場輔助解凍實驗裝置如圖1所示，該裝置主要由1 個高壓發(fā)電機、高壓靜電場處理架和多個點對板電極（包括接地板電極和電暈放電電極）組成[15]。其基本原理是在平板電極之間利用電場產(chǎn)生電暈風，不帶電荷的空氣粒子在靜電場中與電離空氣粒子發(fā)生碰撞運動，產(chǎn)生湍流和旋渦，并加強熱傳遞，從而提高冷凍樣品的解凍速率，減少解凍損失[16]。此外，改變電極間的電壓和間隙可改變電場強度[16]，降低蛋白溶解度[15]，其產(chǎn)生的能量加速整個解凍過程。與空氣解凍處理相比，解凍時間可縮短1/2[17]，有良好的工業(yè)發(fā)展前景。然而，高壓靜電場解凍易導致肉品內(nèi)部溫度波動大，具有解凍不均勻的缺點[12]，同時高壓靜電場技術對環(huán)境要求苛刻，濕度較高時，空氣易被擊穿，存在安全隱患。低壓靜電場輸出電壓一般小于2 500 V，在空間內(nèi)形成負離子環(huán)境，進而影響食品內(nèi)部細胞的生命活力、凍結及解凍速率，減少細菌污染，低壓靜電場輔助解凍可以最大限度減小因冷凍引起的肌纖維橫截面間隙，從而提高肌纖維的致密性[18]，并顯著縮短肉樣通過最大冰晶生成帶的時間和解凍時間，有效提高冷凍原料肉解凍速率，相比于高壓靜電場更為安全、節(jié)能，達到食品保鮮、延長食品貨架期的目的[19]。

圖1 高壓靜電場輔助解凍裝置示意圖Fig. 1 Schematic representation of high voltage electrostatic field assisted thawing device

2.1.1 高壓靜電場解凍的應用

高壓靜電場技術在生肉品質(zhì)、蛋白結構及抑菌等方面應用廣泛。唐樹培等[20]發(fā)現(xiàn)，高壓靜電場輔助解凍產(chǎn)生的臭氧能附著于羊胴體表面，阻止氧與肌紅蛋白結合，同時由于水分含量高可以提高光線折射率，且高壓靜電場失水率相較傳統(tǒng)方法更少，故羊胴體表面亮度更高，色澤更好。馬堅[21]研究高壓靜電場對冷凍牛里脊解凍的影響，發(fā)現(xiàn)相較無電場冷凍-解凍的原料肉而言，150 kV/m靜電場解凍后牛里脊細胞間雖出現(xiàn)間隙，但肌細胞大小一致，排列整齊，一定程度上減輕了對牛里脊細胞和組織的破壞。這表明在高壓靜電場下解凍，能夠快速通過最大冰晶帶，保證冰晶均勻融化，減少重結晶對肌纖維細胞的破壞，減少汁液損失率，顯著提高品質(zhì)。Jia Guoliang等[22]針對高壓靜電場在兔肉解凍上的應用進行研究，對在不同電壓的靜電場中解凍后的兔肉肌蛋白進行肌質(zhì)蛋白溶解度、十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electropheresis， SDS-PAGE）等理化指標測定，發(fā)現(xiàn)此方法較傳統(tǒng)解凍可縮短約60%的時間，顯著提高解凍效率，有效降低微生物負荷，同時，由于肌原纖維蛋白氧化與解凍時間相關，因此其能抑制兔肉中肌原纖維蛋白變性。此外，高壓靜電場可以縮短-5～0 ℃的解凍時間，這是最大的冰晶生成帶，這一階段的解凍速率很大程度上影響肉的品質(zhì)，基于此，在高壓靜電場輔助解凍過程中，肌細胞及肉組織破壞受到抑制，原料肉的原有結構得到一定保持。總之，利用高壓靜電場輔助解凍對于原料肉的品質(zhì)、外觀色澤和抑菌方面都具有積極意義，可以進一步滿足人們對健康的追求。

2.1.2 低壓靜電場解凍的應用

低壓靜電場輔助解凍有助于維持肌原纖維蛋白抗變性能力和熱穩(wěn)定性，提高解凍過程中蛋白水合能力，降低肌肉自由水含量，從而有效減少汁液流失率，提高肌肉保水性[22]。尚柯等[18]在4 種不同解凍處理方式下，研究低壓靜電場解凍技術對牛肉品質(zhì)的影響，通過測定凍結-解凍過程中肌原纖維蛋白吸附結合態(tài)溴酚藍的質(zhì)量，推測其輔助凍結或解凍處理均能有效抑制疏水基團暴露，延緩蛋白水合能力的下降。同時，該研究表明，低壓靜電場顯著降低肌原纖維蛋白變性程度，提高保水率。 李俠等[23]解凍牛背最長肌，發(fā)現(xiàn)低壓靜電場條件下通過最大冰晶生成帶的時間縮短，加速冰層結構中氫鍵斷裂，解凍速率明顯提高，較為有效地維持了肌纖維束結構和排列，肌束膜受破壞程度較輕，能較為完整地維持原有結構，減少營養(yǎng)損失。

低壓靜電場在原料肉解凍中的應用較少，由于較高的相對濕度可以在肉表面產(chǎn)生水膜，阻止氧氣接觸，減少水分流失，同時抑制蛋白及脂質(zhì)氧化[24-25]，基于此，目前的研究方向主要是將其與高濕技術相結合輔助解凍。Hu Feifei等[26]對解凍后豬排品質(zhì)進行研究，發(fā)現(xiàn)高濕-低壓靜電場解凍通過阻止肌紅蛋白過度氧化形成大量肌紅蛋白，維持了解凍肉排顏色穩(wěn)定性，降低解凍后顏色劣變；同時，靜電場可促進冷凍誘導變性肌原纖維蛋白的復性，并維持蛋白質(zhì)與水的結合能力[27]。因此，高濕-低壓靜電場解凍能顯著減少解凍損失和離心損失，維持較好持水能力，降低硬度，增加肉質(zhì)彈性?？傊?，低壓靜電場能有效改善解凍肉品質(zhì)，減少細菌污染，延緩肉質(zhì)劣變，且目前研究較少，前景廣闊，未來應該通過更深入地研究將其與高濕度解凍等輔助技術相結合，以期得到能夠廣泛應用的創(chuàng)新型解凍技術。

2.2 射頻解凍

近年來，射頻加熱作為一種新的冷凍產(chǎn)品解凍方法被提出。射頻能量是一種非電離形式的電磁波，射頻解凍包括高頻解凍和低頻解凍，射頻解凍頻率為3 kHz～300 MHz[28]，在射頻場的響應下，極化分子與產(chǎn)物中的帶電離子之間的摩擦作用產(chǎn)生熱量[29]，其熱量由三極管產(chǎn)生，并由一對電極板傳導，在射頻解凍處理過程中，將樣品放置在2 個電極之間的靜態(tài)傳送帶上，選擇電極間隙10 cm以達到最大電流密度[30]。射頻解凍將凍結原料肉視為電阻，利用偶極旋轉和離子移動引起電阻升高，從而實現(xiàn)對腔內(nèi)食物內(nèi)部區(qū)域的加熱。這種由電磁能轉化而成的熱能主要受介電常數(shù)和介電損耗因子的影響，由于電勢在食品中的耗散是均等的，因而與傳統(tǒng)方法相比，解凍至相同溫度所需的操作次數(shù)較少，且解凍食品的質(zhì)量更高[31]。而且，射頻解凍具有加熱速率快、體積大、選擇性強等優(yōu)點。射頻解凍的低頻解凍以歐姆解凍為主，是替代電加熱的方法之一[32]，通常情況下，射頻的高度與傳熱速率成正比，與穿透深度成反比，因此不宜解凍厚度較大的肉類。

射頻解凍技術具有較低的頻率和較長的波長，適用于大體積原料肉。目前射頻解凍的大部分研究主要集中在解凍過程中的溫度變化及如何改善射頻解凍加工裝置以提高其加熱均勻性等方面。Duygu等[31]以-35 ℃下冷凍牛腰長肌為實驗對象，發(fā)現(xiàn)射頻解凍可一定程度上抑制牛腰長肌內(nèi)部出現(xiàn)重結晶，減少水分流失，維持貯藏期解凍后的水分活度和濕度，以減少凍肉的質(zhì)量損失，同時縮短解凍時間。朱亞莉[14]通過監(jiān)測冷凍豬肉在空氣、水及射頻條件下解凍的品質(zhì)變化，得出當原料肉體積在一定范圍內(nèi)時，射頻解凍溫度分布均勻，解凍時間最短，解凍豬肉的品質(zhì)介于空氣解凍與水解凍之間。這是由于解凍的終點溫度從-4 ℃升至-1 ℃時，射頻解凍存在過熱現(xiàn)象，但其過熱區(qū)域面積小，可通過調(diào)整射頻參數(shù)或添加環(huán)繞介質(zhì)等解決邊角過熱問題。為進一步改善射頻解凍效果，Dong Jiecheng等[33]發(fā)現(xiàn)，水分、脂肪和鹽含量是影響射頻解凍性能的最主要因素，水分、脂肪的添加有利于牛肉解凍均勻性，其解凍后色澤好，且脂肪含量越高，升溫速率越明顯，為解凍對象的選擇提供了一定指導?？偠灾?，利用射頻解凍可以有效縮短解凍時間，當物料在電極之間處于移動狀態(tài)時，能改善加熱均勻性[34-35]，改善解凍后原料肉品質(zhì)，達到快速解凍的目的。

2.3 磁場解凍

磁場解凍一般采取亥姆霍茲線圈與直流穩(wěn)壓電源相互結合所產(chǎn)生的穩(wěn)恒靜磁場，使磁場在一定范圍內(nèi)保持均勻，僅允許小范圍的上下波動。由于周圍各點磁場強度相同，從而保證肌肉組織各部分接受到的磁場強度相同。在電磁場應用時，磁場可改變水分子的移動方向，進而使其內(nèi)能及氫鍵結構等均發(fā)生改變，而水分子、氨基酸等具有較大偶極矩的分子均是原料肉主要成分，通過影響其內(nèi)部極性分子的運動軌跡，達到改善其理化品質(zhì)和纖維結構等參數(shù)的目的[36]。Toledo等[37]研究穩(wěn)恒磁場對水溶液的作用時發(fā)現(xiàn)，水分子簇內(nèi)與簇間不同氫鍵的接連在磁場環(huán)境下競爭加劇，易形成較小分子簇，這表明磁場可以削弱和破壞水分子簇團中的氫鍵，阻止水分子團簇，抑制結晶，減少對原料肉結構的破壞。

磁場輔助解凍是一種非熱的潔凈能源解凍技術，通常微弱的磁場就可以產(chǎn)生明顯的效果，擁有良好的節(jié)能性。其能影響冰晶大小及晶核生成率，使晶核生成率更大，形成的冰晶更小、更圓滑，更易均勻分布。在研究牛肉解凍過程中超微結構和感官特性變化時，Choi等[38]發(fā)現(xiàn)，相較于鼓風解凍，磁場輔助技術在解凍過程中冰晶對組織細胞的損傷更低，減少冷凍貯藏期間質(zhì)量變化，降低解凍損失；同時，此過程中大冰晶的再結晶更小、更圓潤，受再結晶影響的持水力增減較低，感官特性得以較好維持。在此基礎上，江俊波[36]發(fā)現(xiàn)，空氣解凍后牛肉肌肉纖維嚴重受損，相鄰纖維之間界限模糊不清，經(jīng)適當磁場強度（10、20、30 G）處理后肌肉纖維分布均勻，組織間的細胞外間隙狹窄，肌肉組織橫截面形狀相對規(guī)則；當磁場強度進一步增強時，肌纖維分布開始分散，肌肉組織之間的細胞外間隙增加。研究表明，磁場輔助技術能縮短近40%的解凍時間，縮小肌纖維間空隙，使之排列緊密；在一定程度上抑制脂質(zhì)氧化，有效預防肌肉變質(zhì)，降低蛋白損失，最大限度維持原有嫩度；產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是磁場發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的均勻磁場在重結晶過程中抑制大冰晶生成，減小冰晶尺寸，減少細胞損傷，保護組織細胞完整性，同時加速解凍過程的完成[36]。

2.4 微波解凍

微波是一種波長1 mm～1 m的電磁波，微波頻率300 MHz～300 GHz[28]，因其具有微波解凍速率快、效率高、解凍后品質(zhì)好等優(yōu)點，微波技術廣泛應用于肉類的解凍。微波解凍原理是利用微波能夠直接穿透至物料內(nèi)部，作用于內(nèi)部極性分子，通過實現(xiàn)高頻率變換電場方向，使物料內(nèi)部的水分子急劇旋轉運動、碰撞摩擦，從而產(chǎn)生熱量，將微波電能迅速轉換為物料內(nèi)部熱能，以達到物料內(nèi)部水分蒸發(fā)干燥的目的[39-40]。微波解凍相比于傳統(tǒng)解凍方式解凍速率快、解凍損失較低，然而，微波具有選擇性加熱的特性，存在解凍不均勻的現(xiàn)象。微波解凍裝置如圖2所示。

圖2 微波輔助解凍裝置示意圖Fig. 2 Schematic representation of microwave-assisted thawing device

微波解凍技術研究主要集中在解凍后肉類機理特性、肉類營養(yǎng)品質(zhì)方面，其具有解凍速率快、解凍損失少的技術優(yōu)勢。范璐璐等[41]以冷凍豬腿肉為原料，采用空氣解凍、水解凍和微波解凍技術，研究不同解凍技術對豬腿肉解凍后品質(zhì)的影響，研究表明，微波解凍方式下解凍速率快、解凍損失較低。程天賦等[42-43]通過低場核磁共振研究得出，特定加熱間歇時長微波解凍能夠加快解凍速率，避免上層肉解凍后汁液流至下層遇冷復結冰的情況，有效緩解冰晶對于組織細胞的破壞，保持解凍均衡，維持水分含量；同時測定水溶性蛋白及鹽溶性蛋白含量發(fā)現(xiàn)，微波過程中此類蛋白損失較傳統(tǒng)解凍更少，能有效提高肉嫩度（P＜0.01），維持良好顏色，使凍肉中不易流動水向結合水遷移，保證肉類品質(zhì)。但在其過程中，若原料肉體積過大，將存在明顯的微波不均勻性，因此加工產(chǎn)品厚度應小于微波穿透深度，以達到均勻體積加熱的目的，減少融化損失和表面損傷[44]。因此，要選用合適的原料厚度進行微波解凍，以達到最佳解凍效果。

2.5 超聲波解凍

超聲波是一種綠色新型加工技術，包括低頻高強度超聲波（又稱為功率超聲，頻率20～100 kHz，強度10～1 000 W/cm2）和高頻低強度超聲波（頻率100 kHz～1 MHz，強度低于1 W/cm2），低頻高強度超聲波主要應用于食品加工領域，高頻低強度超聲波主要應用于食品無損檢測和醫(yī)學診斷[45]。

超聲波解凍原理主要是利用熱效應，在解凍過程中，超聲波振動轉變?yōu)闊崮?，使物料?nèi)部溫度上升，達到解凍的效果。熱效應的強弱主要與超聲波強度和作用時間有關。超聲波解凍時，能量作用于冰凍組織與解凍組織的分界處，可在該位置產(chǎn)生穩(wěn)定熱效應，使得凍藏肉類的凍結層穩(wěn)定地向解凍層推進與轉換[46]。同時，在超聲輔助解凍過程中，超聲空化效應也會加速凍藏肉類的解凍，超聲空化效應引起的高速射流會導致氣泡的不對稱坍塌和微流，可吸收更多能量，導致溫度升高，減少冰/液界面的傳熱傳質(zhì)阻力現(xiàn)象，加速從冰到水的相變速率，提高解凍速率，并避免局部過熱現(xiàn)象[47-51]。與微波解凍相比，超聲解凍肉類更加均勻，不會出現(xiàn)加熱不均導致肉品品質(zhì)下降的情況。然而，只有在合適的超聲功率和頻率下，解凍食品質(zhì)量才能得到改善[52]。不適當?shù)某暡l件下，由空化引起的表面過熱和機械損傷可能會損害解凍食品質(zhì)量，若食物組織中存在孔洞，傳遞過程中超聲波會出現(xiàn)衰減，不同食品材料具有不同衰減系數(shù)，從而產(chǎn)生不同程度熱破壞和機械破壞。

多項研究證明超聲波解凍對縮短原料肉解凍時間、改善理化性質(zhì)具有積極作用[53]。與常溫解凍相比，超聲波解凍能夠降低肉樣蒸煮損失及解凍損失，具有較高的不易流動水含量，其作用下的豬肉、牛肉和羊肉解凍損失分別降低43%、45%和43%，相應的蒸煮損失分別降低8.1%、7.5%和10.1%[54]。Guo Zonglin等[55]也通過實驗得出，20 kHz下400 W超聲功率可有效降低白牦牛肉解凍損失，避免解凍過程中礦物質(zhì)和水溶性維生素損失，改善肌球蛋白結構特征，增加巰基含量和α-螺旋向更松散的β-結構的轉變，提高肌球蛋白保水能力。同時，超聲波解凍處理的樣品微觀結構最完整，減少了肉類蛋白和脂質(zhì)氧化，且揮發(fā)物總含量和種類均高于對照組，最大限度地減少生肉因解凍引起的不良變化[56]。杜鵬飛等[57]對比靜水解凍與超聲波解凍發(fā)現(xiàn)，超聲波解凍時間顯著縮短，減少原料肉與外界接觸時間，有效抑制微生物增長。此外，通過檢測肌原纖維小片化指數(shù)（myofibril fragmentation index，MFI）及剪切力發(fā)現(xiàn)，超聲波解凍較傳統(tǒng)解凍可有效提高羊肉的MFI，增大肌纖維碎片化程度，減小剪切力，進而顯著提升羊肉嫩度及紅度值。為保證超聲波解凍后肉類品質(zhì)，要針對不同的原料選擇合適的超聲波參數(shù)，以達到最佳解凍效果[7]?？傊?，超聲波技術能夠顯著縮短解凍時間，減少解凍損失，最大限度達到提升肉類品質(zhì)的目的。

2.6 遠紅外輻照解凍

遠紅外輻照解凍原理主要是利用熱效應，凍藏肉類內(nèi)有機物質(zhì)由分子構成，具有固定振動頻率，當振動頻率與紅外線振動頻率一致時，分子由共振產(chǎn)生熱量，達到解凍目的，此時該物料具有最大的吸收紅外輻射能力[58]。將熱量直接投射到物料表面，經(jīng)過一定深度的吸收后再傳導到物料中心，相比依靠介質(zhì)對流傳熱解凍，能夠提高吸收熱量的效率。但局限于凍結食品的傳熱特性，當原料肉中心到達相變溫度時，表面溫度較高，會促進細菌繁殖，從而減損原料肉品質(zhì)?；诖?，應選擇低溫遠紅外輻照加熱源，并配置低溫介質(zhì)保護，采取可間斷加熱的加工途徑[59]。由于其梯度加熱的特點，能夠盡量避免過度加熱和對細胞結構的損傷，解凍后的汁液流失率較低、微生物數(shù)量也有所減少。Sakai等[60]采用間歇式紅外解凍方法將物料表面溫度控制在15 ℃以下，抑制物料表面溫度快速上升，減小色差改變。但遠紅外解凍速率較慢，所受限制過多，所以一般采取與其他技術相結合的方式輔助解凍。遠紅外輻照解凍原理如圖3所示。

圖3 遠紅外輻照解凍原理[61]Fig. 3 Principle of thawing by far infrared irradiation[61]

2.7 不同物理場技術協(xié)同解凍

為更全面發(fā)揮物理場的功能作用，常將它們結合使用，以達到解凍保鮮的目的。常見的物理場協(xié)同解凍技術包括遠紅外-微波解凍、超聲-微波解凍（ultrasonic microwave thawing，UMT）、超聲-遠紅外解凍（ultrasound-far infrared thawing，UIT）、超聲-射頻解凍、微波-真空解凍（microwave-vacuum thawing，MVT）及微波-空氣對流解凍（microwave-air convection thawing，MAT）等。

Cai Luyun等[56]利用UMT、MVT及掃描電鏡等技術觀察發(fā)現(xiàn)，當肉通過MVT方式解凍時，肌動蛋白熱穩(wěn)定性及三級結構得到改善，具有較好的蛋白黏彈性，而UMT和UIT與其他解凍方法相比更能保持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性和肌肉纖維結構，抑制解凍過程中水分的遷移，并降低蛋白質(zhì)變性程度。通過SDS-PAGE和粒徑測量顯示，MAT使豬背最長肌肌原蛋白的聚集和降解程度降低，同時，MAT處理后解凍肉與生鮮肉的固定水和游離水差異不明顯，說明處理后水與肌肉蛋白的相互作用更緊密[54]。由于微波和紅外的工作原理分別為體積加熱和表面梯度加熱，結合使用這2 個物理場，即遠紅外-微波解凍可能會產(chǎn)生協(xié)同效應[62]，避免過度加熱及細胞結構損傷，有效提高解凍效果，減少物料的膜通透性和解凍損失[49]，提高解凍效率。此外，利用磁性納米粒子輔助紅外解凍可使樣品維持穩(wěn)定的蛋白質(zhì)二級、三級結構，具有較高的熱穩(wěn)定性和凝膠特性，同時降低甲醛和生物胺含量，有利于維持肉品品質(zhì)，保證肉品安全[63]。總之，多個物理場協(xié)同解凍是目前研究的重點，也是未來物理場輔助解凍工業(yè)化的重要研究方向之一。

3 新型物理場輔助解凍技術的產(chǎn)業(yè)化前景及其局限性

隨著這些新型的解凍方法被開發(fā)，其顯著優(yōu)勢吸引大批研究人員研究探索，雖然傳統(tǒng)的解凍方法由于其不需要特定設備和精確控制的方便性，以及具有更高的解凍容量[64]仍被繼續(xù)使用，但新型物理場輔助解凍技術也逐漸邁上工業(yè)化進程。新型物理場輔助解凍技術的產(chǎn)業(yè)化前景及其局限性如表1所示。

表1 新型物理場輔助解凍技術的產(chǎn)業(yè)化前景及其局限性Table 1 Industrial prospects and limitations of new physical fieldassisted thawing technologies

4 結 語

在當代肉品工業(yè)中，傳統(tǒng)解凍方式解凍速率慢，易滋生細菌污染肉制品，新型物理場技術打破傳統(tǒng)解凍技術的局限，更大程度地加快解凍速率，減緩解凍過程中的重結晶，避免原料肉組織細胞的破壞，進一步改善解凍肉的嫩度、色澤和持水性，減少解凍損失與蒸煮損失，抑制微生物的生長，并防止肉品氧化變質(zhì)。此外，新型物理場技術之間交叉融合，產(chǎn)生協(xié)同效應，積極推動現(xiàn)代肉品解凍工業(yè)不斷發(fā)展。但在實際生產(chǎn)上，新型技術仍存在些許不足，不常見于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)?；诋斍暗难芯砍晒孕枰骄慷喾N物理場結合的解凍方式，改良物理場設備作用機制，根據(jù)解凍肉品外形及解凍要求進行針對性選擇，進一步擴大新型物理場輔助技術在肉品解凍中的應用。同時，在日后的研究中，應更深入探究其機理，密切關注分析解凍前后的理化指標及品質(zhì)變化，更多地嘗試不同物理場間的結合。從實驗到生產(chǎn)，以期新型物理場輔助解凍技術在肉品工業(yè)中真正發(fā)揮作用，建立可持續(xù)、具有成本效益的新型解 凍工業(yè)。