高壓靜電場解凍羊胴體的實驗研究

唐樹培　李保國　高志新

(上海理工大學食品科學與工程研究所　上海　200093)

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高壓靜電場解凍羊胴體的實驗研究

唐樹培李保國高志新

(上海理工大學食品科學與工程研究所上海200093)

為了提高凍肉解凍速率、減少解凍過程氧化劣變，本文研制了一臺高壓靜電解凍柜，進行了解凍羊胴體的實驗研究。結果表明：隨著電場場強的增加，解凍時間縮短、汁液流失率降低、高壓電場能抑制細菌生長，改善羊胴體解凍后的色澤。實驗測得電場強度為12.5 kV/m，與未加電場相比，解凍時間縮短11.1%，汁液流失率降低49.6%，微生物菌落總數減少了一個數量級，且解凍后羊胴體外觀新鮮，肉色澤差異顯著。本研究為提高羊胴體解凍效率和品質提供了新方法。

肉解凍；高壓靜電場；冷凍羊胴體

近年來，我國牛羊肉產銷量增加迅速，由于受到產銷區域限制，冷凍牛羊肉成為主要貯藏和流通方式[1]。冷凍肉的品質不僅與凍藏條件有關，還受解凍過程影響，若解凍方法不當，會引起汁液流失、色澤劣變、風味下降、脂肪氧化、蛋白降解等問題[2]。目前凍肉解凍方法主要有：空氣解凍、水解凍、微波解凍及低溫高濕解凍等[3]。空氣解凍是將凍肉放在室溫庫房中解凍，操作成本低，但解凍速度慢、肉表面易氧化變色、微生物增殖快；水解凍由于凍肉浸泡在水中解凍，會使肉色灰白以及造成微生物污染，營養物質的流失，同時還會消耗水資源；微波解凍雖然解凍速度快、效率高，但是由于微波對水和冰的穿透和吸收有差別，易造成解凍不均勻和局部過熱現象[3-4]；低溫高濕解凍速度較快、營養流失率低及質構特性得到改善，但由于長時間的高濕環境，使微生物的繁殖增加，肉表層顏色變化[5]。

近年來，高壓靜電場已被越來越多的應用于食品加工領域，如電場用于食醋的催陳、果蔬的保鮮、脫水干燥和液態食品殺菌等[6]。從上世紀90年代開始，國內外學者通過實驗研究，證明高壓電場可提高冷凍食品的解凍速度、減少汁液流失，解凍后食品溫度分布均勻，有效防止食品的油脂酸化，對微生物具有一定的抑制作用，是一種有前途的解凍方法[6-9]。

本文研究了高壓電場對解凍羊胴體的影響，考察了解凍時間、感官色差、汁液流失率、微生物繁殖率等各項指標，為高壓靜電技術在冷凍羊肉生產加工方面的應用提供理論依據。

1 材料、設備與方法

1.1 實驗材料

選用濟南伊鑫食品有限公司進口新西蘭羔羊胴體，聚乙烯膜包裝，-18 ℃儲存，單個羊胴體平均重量18 kg。

1.2 實驗設備

采用自制的高壓電場解凍柜。高壓直流電源：輸入電壓220 V、50 Hz，輸出電壓0～50 kV可調，輸出功率100 W。高壓電場解凍柜的內尺寸為1100 mm×600 mm×1500 mm(長×寬×高)，主要由絕熱柜體、電加熱和蒸汽加濕系統、制冷系統、高壓電場系統及控制系統等組成，如圖1所示。

1觸屏控制面板2風機3蒸發器4出風口5吊桿6溫濕度傳感器7空氣加熱器8加濕器9高壓靜電極板10物料溫度傳感器圖1 高壓電場解凍柜結構示意圖Fig.1 Schematic of high voltage electric field thawing device

1.3 實驗方法及指標

1.3.1 實驗方法

實驗選擇重量相近羊胴體36只，每次實驗各選兩只，進行高壓電場解凍實驗，設定解凍溫度：4～8 ℃，相對濕度：70%～80%，電場場強：2.5～12.5 kV/m；每隔5 min記錄羊胴體溫度變化，解凍終溫設定為0 ℃。解凍完成后對羊胴體取樣測定汁液流失率、色差及微生物菌落總數等指標。

1.3.2 檢測指標

1)汁液流失率：分別稱量各組冷凍羊胴體解凍前后質量，采用式(1)計算解凍汁液流失率：

汁液流失率=(解凍前肉的質量-解凍后肉的質量)/解凍前肉的質量×100%

(1)

2)肉色色差：采用CR400/410色差計測定肉樣L*(亮度)、a*(紅度)、b*(黃度)，對于同一肉樣，平行測定3次取其平均值作為該肉樣的顏色值。

3)微生物菌落總數：無菌操作取羊胴體相同部位肉樣25 g，用滅菌剪刀剪碎置于均質拍打袋中，加入225 mL滅菌蛋白胨生理鹽水，然后用均質器拍打1 min，按照1∶10梯度比例進行稀釋，然后倒入無菌營養瓊脂培養液，按照GB/T4789.2—2010《食品衛生微生物學檢驗菌落總數測定》，用稀釋平板菌落計數法測定微生物菌落總數。

1.4 數據處理

對每批次實驗數據，應用SPSS19.0軟件進行方差分析，利用鄧肯式多重比較對差異顯著性進行分析。

2 結果與分析

2.1 高壓電場對解凍羊胴體溫度的影響

高壓電場對解凍時間與溫度的影響如圖2所示。

圖2 高壓電場對解凍溫度的影響Fig.2 Influence of thawing temperature on high voltage electric field

由圖2可知，隨著電場強度增加，解凍升溫明顯加快，解凍到0 ℃時間縮短。當電場強度為2.5 kV/m，解凍溫度變化與未加電場的對照組相近，但當電場強度增加到12.5 kV/m時，解凍溫度到0 ℃需要16 h，而未加電場對照組則需要18 h。原因是由于空氣中的帶電粒子在強電場作用下做加速運動，與空氣分子碰撞，使其離解成電子和離子。這些新的電子和離子又與其他空氣分子相碰撞，產生新的帶電粒子，最終產生大量的帶電粒子。與發射板電荷異號的粒子飛向發射板，同號的帶電粒子飛離發射板，形成離子風。當這些高速運動的帶電粒子與羊胴體表面接觸時，其攜帶的能量便會被冰表面的水分子吸收，提高水分子的動能，使融化速度加快。這些帶電粒子沉積在羊胴體表面，也會提高導熱速率，增強吸熱量，提高解凍速率[10]。

2.2 高壓電場對汁液流失率的影響

凍肉在解凍過程中會伴隨著汁液流失，且流失的汁液中含有大量的可溶性蛋白，進而導致解凍肉的營養流失。實驗測得羊胴體解凍過程中汁液流失率如圖3所示。

圖3 高壓電場對汁液流失率的影響Fig.3 Influence of SPA turnover on high voltage electric field

由圖3可知，隨著電場強度的增加，開始汁液流

失率較高，但當電場強度增加到7.5 kV/m后，電場強度的增加對解凍汁液流失率有較顯著的降低效果。實驗發現未加電場解凍后有較多血水，而加高壓電場血水較少。表明高壓電場解凍，能降低解凍過程中的營養流失，提高解凍羊肉的品質。

解凍是凍結的逆過程，食品解凍時，隨著冰晶的融化，細胞內親水膠質體吸收水分，出現水分逐漸向細胞擴散和滲透，解凍速率大，可以使冰晶解凍汁液全部向細胞內滲透而不至于外溢流失[11]。

2.3 高壓電場對羊胴體肉色指標的影響

肉的顏色會影響消費者的感官，是肉類感官品質的重要指標之一。表1為經高壓靜電場解凍羊肉后與初始色澤的色差影響。

表1 不同電場強度解凍羊胴體后與初始色差值

從表1可知，當高壓電場強度為2.5 kV/m時，ΔL*值、Δa*值與未加電場對照組相近，但當電場強度增加到12.5 kV/m時，實驗組解凍完成時ΔL*值為-0.68，顯著低于對照組的-2.92(P<0.05)，Δa*值為-1.16顯著低于對照組的-3.43(P<0.05)，不同電場場強解凍羊胴體的Δb*差異不顯著。L*代表肉樣的亮度值，ΔL*為負值表明肉的亮度弱；a*代表肉樣的紅度值，Δa*為負值表明紅色偏綠；b*代表肉樣黃度值，Δb*負值越高表明黃色偏藍[5]。實驗表明解凍會降低羊胴體色澤的新鮮程

度，但隨著電場強度的增加，實驗組較對照組色澤新鮮。原因是高壓靜電場產生的臭氧附著在羊胴體表面，阻止氧與肌紅蛋白的結合使羊胴體表面的色澤鮮紅，同時，高壓電場解凍過程失水率低于未加電場對照組，水分含量高可以提高光線的折射率，提高肉表面的亮度[12-14]。

2.4 高壓電場解凍對菌落總數的影響

隨著解凍過程溫度上升，細菌會復活生長。微生物的生長繁殖會影響羊胴體品質。實驗測得電場強度對微生物菌落總數的影響如表2所示。

表2 不同電場強度對微生物菌落總數的影響

從表2可知，當高壓電場場強為2.5 kV/m時，解凍后微生物菌落總數為6.58×104cfu/g，顯著低于未加電場對照組的9.75×104cfu/g，尤其當電場強度為12.5 kV/m時，微生物菌落總數為0.96×104cfu/g，較之對照組減少了一個數量級。表明在解凍過程中施加高壓電場，對細菌的生長起到抑制作用，隨著電場場強的增加，對細菌的抑制作用會明顯加強。

關于高壓電場抑菌機理：1)高壓電場在解凍實驗中電暈放電會產生臭氧，臭氧具有殺菌作用[15-16]。2)高壓電場中被加速的電子與水中的氧氣結合形成超氧化物陰離子自由基，因此在水溶液中大量存在eaq-、O2-、OH-、H2O2。活性氧破壞生物細胞的離子通道，改變細菌的生存生物場，使其喪失生存條件[16]。3)由于高壓電場對細菌細胞膜的擊穿作用。細胞膜帶有一定的電荷，具有一定的通透性和強度。當細胞上加一個外加電場，這個電場將使膜內外電勢差增大。此時，細胞膜的通透性也隨著增加，當電場強度增大到一個臨界值時，細胞的通透性劇增，膜上出現許多小孔，使膜的強度降低[16]。

3 結論

為了改進現有凍肉解凍營養流失，解凍過程氧化劣變等問題，本文自制了高壓電場解凍柜，并控制解凍溫度在4～8 ℃，相對濕度70%～80%的工況下，進行了羊胴體的解凍實驗研究，得到如下結論：

1)與不加電場相比，采用高壓靜電場解凍，當電場強度增加到一定值后，羊胴體解凍時間縮短、汁液流失率降低、微生物菌落總數減少，并能顯著提高解凍羊胴體的色澤。

2)實驗表明，與未加電場對照組相比，當高壓電場為12.5 kV/m，解凍時間縮短11.1%，汁液流失率降低49.6%，微生物菌落總數減少了一個數量級，且解凍后羊胴體外觀新鮮，肉色澤鮮紅。

綜上所述高壓靜電場解凍能減緩冷凍羊胴體解凍過程中的品質劣變，改善解凍羊胴體的品質。

本文受上海市教委科研創新項目(14ZZ133)，上海市教委產學研助推計劃(ZB1307LG)和上海市聯盟計劃(LM2014191)資助。(The project was supported by the Innovative of Shanghai Municipal Education Commission (No. 14ZZ133), Boost Program of Industry Academe Research of Shanghai (No. ZB1307LG) and Alliance Program of Shanghai (No. LM2014191).)

[1]黃鴻兵. 冷凍及解凍對豬肉冰晶形態及理化品質的影響[D]. 南京: 南京農業大學, 2005.

[2]余小領, 李學斌, 閆利萍, 等. 不同凍結和解凍速率對豬肉保水性和超微結構的影響[J]. 農業工程學報, 2007, 23(8): 261-265. (YU Xiaoling, LI Xuebin, YAN Liping, et al. Effects of different freezing and thawing rate on water holding capacity and ultra structure of pork[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2007, 23(8): 261-265.)

[3]馮晚平, 胡娟. 冷凍食品解凍技術研究進展[J]. 農機化研究, 2011, 33(10): 249-252. (FENG Wanping, HU Juan. Research process on thawing technology of frozen food[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2011, 33(10): 249-252.)

[4]Xia X F, Kong B H, Liu J, et al. Influence of different thawing methods on physicochemical changes and protein oxidation of porcine longissimus muscle[J]. Food Science and Technology, 2012, 46(1): 280-286.

[5]張春暉, 李俠, 李銀, 等. 低溫高濕變溫解凍提高羊肉品質[J]. 農業工程學報, 2013, 29(6): 267-273. (ZHANG Chunhui, LI Xia, LI Yin, et al. Low-variable temperature and high humidity thawing improves lamb quality[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(6): 267-273.)

[6]謝晶, 華澤釗. 速凍馬鈴薯在高壓直流電場中解凍的實驗研究[J]. 制冷學報, 2001, 22(2): 1-6. (XIE Jing, HUA Zezhao. The experimental research on the thawing process of quickly frozen potato in the high static-electric voltage fields[J]. Journal of Refrigeration, 2001, 22(2): 1-6.)

[7]謝晶, 張源, 華澤釗, 等. 豬肉在高壓靜電場中的凍結和解凍[J]. 制冷技術, 2001, 21(3): 25-28. (XIE Jing, ZHANG Yuan, HUA Zezhao, et al. Experimental research on freezing and thawing process of pork in high static-electric voltage fields[J]. Refrigeration Technology, 2001, 21(3): 25-28.)

[8]郭衍銀, 朱艷紅, 趙向東, 等. 高壓靜電對速凍冬棗解凍品質的影響[J]. 制冷學報, 2009, 30(2): 45-48. (GUO Yanyin, ZHU Yanhong, ZHAO Xiangdong, et al. Effect of high voltage electrostatic field on quality of thawing “Dongzao” jujube[J]. Journal of Refrigeration, 2009, 30(2): 45-48.)

[9]孫芳, 李培龍, 孟繁博, 等. 高壓靜電解凍技術對牛肉品質的影響研究[J]. 中國牛業科學, 2011, 37(6): 13-17. (SUN Fang , LI Peilong , MENG Fanbo, et al. Effect of high voltage electrostatic field thawing beef on beef quality[J]. China Cattle Science, 2011, 37(6): 13-17.)

[10] 白亞鄉, 欒忠奇, 李新軍, 等. 高壓靜電場解凍機理分析[J]. 農業工程學報, 2010, 26(4): 347-350. (BAI Yaxiang, LUAN Zhongqi, LI Xinjun, et al. Thawing mechanism of high voltage electrostatic field[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010, 26(4): 347-350.)

[11] 李修渠, 李里特. 食品解凍新技術[J]. 肉類工業, 1999(7): 20-21.(LI Xiuqu, LI Lite. New technology for thawing food[J]. Meat Industry, 1999(7): 20-21.)

[12] Huff-Lonergan E, Parrish F C, Robson R M. Effects of postmortem aging time, animal age and sex on degradation of titin and nebulin in bovine longissimus muscle[J]. Animal Science, 1995, 73(4): 1064-1073.

[13] 李念文, 謝晶, 周然, 等. 不同真空蒸汽解凍條件對金槍魚感官的影響[J]. 制冷學報, 2014, 35(5): 76-82. (LI Nianwen, XIE Jing, ZHOU Ran, et al. Effects of vacuum-steam thawing on the sense of tuna[J]. Journal of Refrigeration, 2014, 35(5): 76-82.)

[14] 陳景宜, 牛力, 黃明, 等. 影響牛肉肉色穩定性的主要生化因子[J]. 中國農業科學, 2010, 45(16): 3363-3372. (CHEN Jingyi, NIU Li, HUANG Ming, et al. Major bio-factors affecting beef color stability[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2010, 45(16): 3363-3372.)

[15] 丹陽, 李里特. 高壓靜電場(HVEF)臭氧產生能力以及所產生臭氧對毛霉菌的抑制作用[J]. 食品工業科技, 2004(1): 49. (DAN Yang , LI Lite. Ozone and ozone produced for mucor inhibition in high voltage electrostatic field[J]. Science and Technology of Food Industry, 2004(1): 49.)

[16] 張伯清, 羅瑩, 魏寶東. 高壓靜電場殺菌效果研究[J]. 保鮮與加工, 2005, 17(6): 39-41. (ZHANG Baiqing, LUO Ying, WEI Baodong. Research on sterilization by high voltage electrostatic field[J]. Storage and Process, 2005, 17(6): 39-41.)

About the corresponding author

Li Baoguo, male, professor, Ph.D., Institute of Food Science and Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, +86 21-55271290, E-mail: lbaoguo@126.com. Research fields: new processing techniques for food and agricultural products (cooling, preservation and drying, etc).

Experimental Study on Thawing of Frozen Lamb with High Voltage Electrostatic Field

Tang ShupeiLi BaoguoGao Zhixin

(Institute of Food Science and Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai, 200093, China)

In order to improve the thawing rate and decrease the oxidation deterioration of frozen meat during thawing process, a high voltage electrostatic thawing device was designed, and frozen lamb thawing was studied using the thawing device. The results indicate that with the increasing of electric field intensity, thawing time and juices loss was decreased, the growth of bacteria was inhibited, the color and luster of lamb thawing was improved. Compared with that without high voltage electrostatic field, when the electric field intensity was 12.5 kV/m, the time of thawing frozen lamb was shorten 11.1%, the rate of juices loss was decreased 49.6%, the total microbial counts reduced an order of magnitude and the appearance of lamb was fresh, color and luster difference was obvious. This study provides a new method for improving efficiency and quality of lamb thawing.

meet thawing; high voltage electrostatic field; frozen lamb

0253- 4339(2016) 03- 0069- 05

10.3969/j.issn.0253- 4339.2016.03.069

2015年9月26日

TS205.7; TS251.5+3

A

簡介

李保國，男，教授，博士生導師，上海理工大學食品科學與工程研究所，(021)55271290，E-mail: lbaoguo@126.com。研究方向：食品和農產品加工新技術(冷卻、保鮮、干燥等)。