真空預冷新鮮豬肉水分流失和DSC蛋白分析研究

廖彩虎 單 斌 鐘瑞敏 黃國清

（韶關學院英東食品科學與工程學院，廣東 韶關 512005）

真空預冷是利用降低壓強來降低水的沸點，依靠物料表面和組織內水分蒸發帶走物料熱量的冷卻方法，所以對于含有自由水及孔隙結構的物料采用真空預冷方式來預冷，從理論上能取得良好的效果。McDonald等［1］認為真空預冷的使用有兩個前提條件：① 樣品應該具有較大的表面積以方便水分的傳遞；② 由于樣品失水率的增加而可能引起的結構或者外觀的改變不會導致樣品經濟損失和感官問題。

真空預冷過程中，隨著壓力的不斷下降，當壓力下降到與物料的飽和水蒸汽壓相同時，樣品中自由水分開始大量的蒸發，而大量的蒸發所需要的巨大的相變潛熱又來自于物料本身，所以使得物料的溫度快速下降。由于葉菜具有明顯的孔隙結構和大量的自由水，所以目前真空預冷是果蔬采后快速降低呼吸強度、消除田間熱和呼吸熱、保持鮮度內在品質以及延長貨架期的最有效手段之一。

目前真空預冷技術在果蔬類、熟肉制品類、果醬、魚肉等農副產品［2－5］中的應用被國內外學者廣泛地研究，但是用真空預冷技術對新鮮豬肉不同預冷終溫的研究還鮮見報告。差示掃描量熱法（DSC）是在程序控制溫度下，測量輸給物質和參比物的功率差與溫度關系的一種技術。差示掃描量熱法能直接給出蛋白質熱變性過程的溫度和能量變化，是研究蛋白質構象變化和結構穩定性的一種非常有效的方法。本試驗通過真空預冷與傳統預冷方式作比較來探討不同的預冷方式對豬肉理化指標的影響，并探討不同預冷終溫對豬肉理化指標的影響，用DSC技術來檢測豬肉預冷后蛋白質的變化，以此來尋求豬肉真空預冷的最佳溫度。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

新鮮的豬肉（瘦肉）：長白豬，韶關市第一市場。

1.1.2 主要儀器設備

真空預冷機：KMS－50型，東莞科美斯制冷設備有限公司；

色差計：SP60型，美國愛色麗股份有限公司；

差示掃描量熱儀：TAQ100型，美國TA公司；

溫度記錄儀：testo175－T2型，德國德圖集團；

電子天平（精確到0.001g）：JA1003A型，上海精天電子儀器有限公司；

溫濕度記錄儀：testo174H型，德國德圖集團。

1.2 方法

每塊豬肉（瘦肉）的重量為（150±10）g，每塊豬肉的長×寬×高大約為10cm×8cm×3cm。采用－18℃冷庫預冷、0℃冷庫預冷、真空預冷3種預冷方式。其中真空預冷自帶溫度探頭，并采用數顯控制板。試驗設定產品的終溫分別為2，4，6℃，冷媒介質的溫度設為－8℃，真空箱內絕對壓強由1個大氣壓下降到650Pa所需要的時間為3min。

1.2.1 失水率的測定 采用電子天平（精確到0.001g）稱量好新鮮豬肉的重量，待預冷后再稱量豬肉的重量，平行樣做3次。

式中：

c—— 失水率，%；

m1—— 預冷前豬肉的重量，g；

m2—— 預冷后豬肉的重量，g。

1.2.2 溫濕度的測定 采用德圖testo175－T2電子溫度記錄儀及冷凍食品探頭（NTC，螺紋設計）用于測量豬肉中心溫度，精度為±0.5℃，分辨率為0.1℃，測量速率為10s～24h，使用溫度范圍為－35～55℃；德圖testo174H電子溫濕度記錄儀，內置NTC溫度傳感器和電容濕度傳感器，溫濕度的精度為±0.5℃和±3%RH，溫濕度的分辨率為±0.1℃和±0.1%RH，使用溫度范圍為－40～70℃，測量頻次為1min～24h，用于測量環境溫度及濕度。

1.2.3 DSC的測定 參考 Deng等［6］和陳韜等［7］的方法并修改如下：取16～18mg新鮮豬肉放于鋁盤（固體盤）中，立刻密封后，放入DSC儀中，在30℃的溫度下以5℃／min升到120℃。冷卻方式為液氮，樣品吹掃氣和保護氣為氮氣（純度＞99%），試驗時將氣閥調到最小檔，保證有充足氮氣即可。

1.2.4 數據處理 測定和分析結果采用 SPSS 13.0for Windows、TA Universal analysis和 Excel 2003進行處理，質構數據結果采取均值±標準差形式。指標的比較采用最小顯著差異法（least significant difference，LSD），取95%置信度（P＜0.05）。

2 結果與討論

2.1 預冷方式對豬肉失水率的影響

由表1可知，不同的預冷方式對豬肉失水率存在著顯著性差異（P＜0.05）。其中，－18℃冷庫預冷的失水率最低。隨著真空預冷終溫的下降，豬肉的失水率逐漸增加。其原因是真空預冷是通過物料本身水蒸汽的蒸發來降低溫度，所以其失水率要遠大于其它的預冷方式。真空預冷終溫越低，其蒸發的水分也越多，其失水率也增加。

表1 預冷方式對新鮮豬肉失水率的影響?Table 1 Water loss of fresh pork at different precooling way ／%

2.2 預冷方式對豬肉的降溫曲線

由圖1可知，真空預冷對豬肉的降溫速度要明顯快于其它的預冷方式。以豬肉最終的預冷溫度4℃為例，真空預冷將豬肉從28℃降至4℃所需要的時間為22min，－18℃冷庫預冷將豬肉降至4℃需要32min，而0℃冷庫預冷將豬肉降至4℃需要的時間為66min，真空預冷在對豬肉降溫的速度上具有明顯優勢。不同的真空預冷終溫對豬肉的降溫曲線較為接近，而且都呈現出反S型的形狀，即開始降溫曲線平緩（一般為3～4min），然后進入快速下降階段（一般物料降至8～10℃），最后溫度下降較為平緩。從真空預冷對豬肉表面溫度下降曲線可以看出（試驗發現，真空預冷對豬肉表面溫度下降曲線更多與樣品種類、表面積、重量以及壓力下降過程有關，而與終溫大小關系很小），開始下降速度要大于中心溫度的下降速度，然后進入平緩階段，其原因是真空預冷對豬肉的降溫開始于豬肉的表面，此時物料表面的水分大量蒸發，引起表面溫度的快速下降，然而隨著物料表面水分的快速蒸發，豬肉內部的水分擴散至表面的速度達不到物料表面蒸發的速度，使得豬肉表面的降溫曲線變得平緩，這也是為什么豬肉真空預冷以后，豬肉表面顯得特別干燥的原因。將豬肉的厚度適量的減少，以此增加豬肉的表面積，更有利于豬肉的降溫。箱體的降溫有一個快速下降的階段，隨后變得平緩，基本維持在16～17℃左右，箱體的溫度反映了箱體中環境的溫度，說明真空預冷并非終溫越低越好，也并非在真空箱內維持時間越久越好，因為隨著物料表面水的快速蒸發以后，物料溫度快速下降，物料溫度與環境溫度有較大的溫度差，即存在著環境向物料進行熱傳導的過程，會升高物料的溫度，反而增加了能源損耗。

圖1 預冷方式對豬肉的中心及表面降溫曲線Figure 1 Cooling curve of the central and surface part in fresh pork at different precooling way

圖2 真空預冷箱體內相對濕度變化曲線及豬肉降溫曲線Figure 2 Relative humidity change curve of vacuum cooling chamber and cooling curve of fresh pork

2.3 真空預冷箱體內相對濕度變化曲線

圖2反映了真空預冷對箱體內（含豬肉）和空箱（不含豬肉）相對濕度及對豬肉中心溫度的變化。真空預冷過程可以概述為3個階段，即降壓階段、恒壓階段、卸壓階段。當箱體內無樣品時，真空預冷對箱體內相對濕度的變化曲線是先快速下降，然后出現一個幾乎一條直線，即濕度不變，最后又快速上升。其原因可能是隨著總壓下降，水蒸氣分壓也隨之下降（總壓＝絕干空氣壓強＋水蒸氣分壓），且此溫度下的純水飽和蒸汽壓幾乎不變（因為箱內無樣品，箱內的溫度基本維持不變），所以相對濕度（相對濕度＝水蒸氣分壓／同溫度下純水飽和蒸氣壓）快速下降；當真空度恒定時，水蒸氣分壓不再發生改變，而且純水飽和蒸汽壓也不會改變，所以相對濕度維持不變；當箱體打開時，隨著總壓的上升，其水蒸氣分壓也快速上升，而純水飽和水蒸氣壓不變，所以相對濕度快速上升。當箱體內有豬肉進行真空預冷時，其相對濕度是先經歷幾分鐘的平緩，甚至出現了上升，其原因可能是豬肉內部水蒸氣并沒有被及時帶走，從而使得相對濕度增加，這從含樣品和無樣品相對濕度之差曲線可以看出。然后再經歷了一個快速下降階段，隨后相對濕度有所上升，其原因可能是豬肉水分的蒸發，使得水蒸氣分壓增加；同樣當卸壓時，其相對濕度也隨之增加。無論是含樣品還是沒有含樣品進行真空預冷時，當時間為5～6min時，相對濕度均出現了一個拐點，當這個拐點出現時，溫度曲線下降的速率也開始快速增加，此時的真空度最大；同樣在15min左右時，當濕度開始上升時，即開始卸壓階段，溫度也出現了上升的拐點（注：此時溫度探頭從豬肉終取出）。

2.4 預冷方式對豬肉DSC蛋白的影響

圖3為豬肉肌肉蛋白質DSC熱流圖。其中，峰Ⅰ表示肌球蛋白頭部的變性，所以相對于峰Ⅱ、峰Ⅲ，峰Ⅰ的變性焓值最能反映冷凍過程中肌肉蛋白質的變性程度；峰Ⅱ表示肌球蛋白尾部和肌漿蛋白的變性；峰Ⅲ表示肌動蛋白的變性。其中，變性焓值反映了蛋白質的變性程度，變性焓值越小，其蛋白質變性越嚴重。

不同的預冷方式對新鮮豬肉的差示掃描熱量值見表2。

圖3 典型豬肉肌肉蛋白質DSC熱流圖Figure 3 DSC thermogram of denaturation enthalpies value and temperature of typical pork muscle protein

表2 不同的預冷方式對新鮮豬肉的差示掃描熱量值分析結果?Table 2 DSC analysis results of different precooling way at fresh pork

由表2可知，不同的預冷方式對峰Ⅰ、峰Ⅱ、峰Ⅲ的變性焓值存在著顯著性差異（P＜0.05）。預冷后，峰Ⅰ、峰Ⅱ、峰Ⅲ的變性焓值較新鮮的豬肉值均減少，說明預冷過程中，其蛋白質均發生不同程度的變性。－18℃冷庫預冷較0℃冷庫預冷，其變性焓值都更接近于新鮮豬肉，即－18℃冷庫預冷更能防止肌肉蛋白、肌漿蛋白、肌動蛋白的變性，其原因可能是快速的預冷方式更能夠防止蛋白質的變性。不同的真空預冷終溫，其變性焓值差異性顯著（P＜0.05）。真空預冷至4℃峰Ⅰ、峰Ⅱ的變性焓值相對于其它方式更接近于新鮮豬肉；然而，真空預冷至2℃的峰Ⅰ、峰Ⅱ、峰Ⅲ的變性焓值反而較其它的終溫的低，其原因可能是真空預冷的預冷速度更快，能夠較好地防止蛋白質的變性，特別是肌球蛋白和肌漿蛋白，但是持續的真空預冷（失水量增加）反而使得蛋白質變性更加嚴重。峰Ⅰ的變性焓值反映了肌球蛋白變性，肌球蛋白的變性通常更能反映豬肉蛋白的變性程度。說明真空預冷4℃較其它方式防止蛋白質變性的效果更好。

3 結論

真空預冷較其它傳統冷卻方式在降溫速度上具有明顯的優勢，這將極大的縮短豬肉胴體預冷的時間。真空預冷豬肉降至4℃較其它的預冷終溫理化指標更為理想。但真空預冷較其它傳統預冷方式也存在著缺陷，即真空預冷豬肉后的失水率要高于其它傳統預冷方式。所以，補充水分、合理安排裝載量及有效的控制壓強大小等方式將是真空預冷豬肉后期研究的主要方向。

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6 Deng Y R，Karlsson A H.Relationship between thermal denaturation of porcine muscle proteins and water－holding capacity［J］.Journal of Food Science，2002，67（5）：1 642～1 647.

7 陳韜，周光宏，徐幸蓮.不同持水性冷卻肉的品質比較和蛋白質DSC測定［J］.食品科學，2007，27（6）：31～34.