不同真空解凍條件對豬肉品質的影響

李賀強，鄒同華，宋睿琪，張坤生

(天津商業大學，天津市制冷技術重點實驗室，天津, 300134)

豬肉作為一種為人們日常生活提供營養和能量的傳統肉類廣受人們的喜愛。通常，為了穩定肉價，中央儲備肉應急投放市場前以及肉類工業在后續豬肉加工之前都需要將冷凍豬肉進行解凍處理，所以冷凍豬肉在人們的生產生活和肉類工業中發揮著至關重要的作用[1-5]。冷凍肉在解凍過程中，解凍速度的快慢、溫度等因素，都會影響解凍后豬肉的質量。因此，選擇一種合適的解凍方式可以減少肉品質量的下降和營養的損失。當前，工業生產和日常生活中使用最普遍、最經濟的解凍方式是空氣自然解凍[6]，其主要是利用空氣與凍品間的熱交換完成解凍，可根據不同食品對解凍條件的要求來調節解凍室內的空氣流速和溫度，但是，空氣解凍法對于體積較大或數量較多的凍品難以實現快速解凍[7]。以水為介質通過與凍品不斷進行熱交換的水解凍法[8]，解凍速率較空氣解凍更快，解凍后肉品的質量損失也較小，但其解凍后的肉品的營養損失較多，且解凍過程需要消耗大量流動水，不具有經濟性。微波解凍法[9]是使食品處于微波場下，食品內部極性分子間發生振動從而產生熱量來達到解凍的目的，解凍過程是由內向外的，解凍速率不受食品內外溫差的影響，同時微波具有殺菌作用，可以有效抑制解凍中食品內的微生物生長。此解凍方式對于較小的樣品解凍操作簡便，但對于凍品成分不完全均勻的較大樣品，會因為肉品內部不同組織對微波的吸收能力不同而難以做到均勻化進而影響解凍后肉的品質。

這些傳統的解凍方式雖然操作簡便，但存在著解凍速率慢、解凍不均勻，產生局部過熱等現象，有損解凍后肉的品質，與現階段人們對高品質肉類的需求不符。于是，具有解凍速率快，解凍效果均勻，解凍溫度低等優點的真空解凍法[10-11]近些年逐漸被食品解凍行業所運用，其主要原理[12]是利用水在常溫低壓條件下氣化成水蒸氣，在低溫的肉質表面水蒸氣凝結釋放潛熱而實現解凍的目的。由于真空解凍過程中解凍食品處于真空低氧環境，可有效抑制解凍中食品的氧化和一些好氧性微生物的繁殖，減少品質損失[13-18]。

國內外對于豬肉真空解凍的研究較少[19]，且多以魚蝦類的真空解凍研究為主，解凍壓力均在0.8 kPa及以上水平，而針對高真空度(解凍壓力<1 kPa)的豬肉真空解凍的研究還未見報道。本文以豬前腿肉為研究對象，對冷凍豬肉解凍效果在不同真空度下的真空解凍進行研究，通過檢測和分析解凍后豬肉的品質，研究解凍壓力對豬肉的影響，為豬肉在真空解凍領域的深度探索提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

豬前腿肉，質量約20 kg，購于天津市麥德龍超市。

1.2 儀器與設備

1.2.1 主要儀器設備

DCZKJD-10型真空解凍機，贛州市大昌冷氣設備工程有限公司；BS224S型電子秤，Sartorius公司；FA25型均質機，FLUKO公司；pH計，Hanna公司；超級恒溫水浴鍋，上海百典儀器設備有限公司；轉換型冷藏冷凍箱，合肥美的電冰柜有限公司；GP10，日本橫河公司；TA-XTC質構儀，Stable Micro systems公司。

1.2.2 真空解凍機

智能真空解凍設備，設備整體大小為2 m×1.3 m×1.9 m(長×寬×高)，每批次可以最大解凍質量為10 kg，搭配220 AC的輸入電壓。設備簡圖如圖1所示。設備由五部分組成：解凍箱體、真空系統，加濕系統，制冷系統，以及自動控制系統。

圖1 真空解凍設備簡圖Fig.1 Vacuum thawing equipment diagram

1.3 實驗方法

1.3.1 原料處理

從超市購置的豬前腿肉是未經過冷卻處理的熱鮮肉，用塑料袋包裝后在30 min內運回實驗室，取出原料肉放置于無菌操作臺內進行簡單的清理，去除表面的脂肪和筋膜組織，然后分割成20塊，單個重約1 kg的形狀、大小大致相等的立方體(12 cm×12 cm×12 cm)，將測溫熱電偶插入肉塊中心，編號標記后裝入自封袋中，置于-35 ℃的冰柜中進行冷凍。待凍結結束后取出樣品放入解凍箱內，將待解凍的樣品與箱體內的溫度探頭連接并設定不同的解凍條件后開始進行解凍。

1.3.2 真空解凍實驗

為了防止解凍溫度過高導致肉品內微生物大量繁殖而變質[20-21]，設定解凍箱的解凍溫度為15 ℃，解凍壓力分別在100、500、1 000、2 000 Pa下進行解凍實驗，實驗均從樣品中心溫度為-18 ℃每間隔5 min自動記錄樣品溫度至樣品中心溫度為4 ℃(此時肉品內部冰晶融化能夠順利切割)時停止記錄。解凍完成后取出樣品進行品質檢測，以相同解凍溫度條件下的空氣解凍組為對照組。

1.4 測定指標

1.4.1 解凍速率的測定

導出真空解凍機記錄的溫度數據，將數據整理后生成解凍速率曲線。

1.4.2 解凍損失率的測定

參考美國官方分析化學家協會(Association of Official Analytical Chemists, AOAC)[22]的方法，將解凍后的樣品取出后，紙巾小心擦干表面水分，稱取質量，根據公式(1)進行計算：

(1)

式中：解凍前肉質量為m1，解凍后肉質量為m2，單位為g。

1.4.3 蒸煮損失率的測定

參考AOAC的方法，將解凍后的樣品取出裝入耐高溫的自封袋中，放入水浴鍋中蒸煮至中心溫度80 ℃并保持15 min后，從自封袋中拿出后擦干表面水分進行稱量。根據公式(2)進行計算：

(2)

式中：解凍前肉質量為m3，解凍后肉質量為m4，單位為g。

1.4.4 pH值的測定

參考譚明堂等[23]的實驗方法，將解凍后的樣品，稱取10 g后加入100 mL超純水后用均質機進行均質，用pH計測量。

1.4.5 豬肉的質地

肉品的質地可以通過測定肉塊的硬度、彈性、咀嚼性、膠黏性和回復性等參數得知。在進行測試前需要對樣品進行重新切割處理才能得到更為準確的測試結果。將解凍后的樣品用刀切成長寬高均勻的立方體(1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm)，并設置質構儀的檢測參數[24]：整個測試環境溫度為20 ℃，設置探頭測前、測中以及回程的速率分別為2.00、1.00、1.00 mm/s，樣品下壓時的最大極限為50%，測試過程中使用P/50型探頭，負載力為0.05 N，期間進行2次下壓，每次的時間間隔為5 s。

1.5 數據處理

實驗的測試結果以3次平行試驗后的平均值±標準差表示，采用Origin 8.0和AutoCAD 2014進行繪圖，使用SPSS 18.0軟件進行數據處理，方差分析(P<0.05為差異顯著)和相關性分析在后續以圖表形式表示。

2 結果與分析

2.1 解凍速率的變化

在實驗過程中通過對解凍過程中的中心溫度進行測量從而得到解凍速率，解凍速率是對各解凍工藝好壞評判的最基礎條件，圖2中展示了不同解凍壓力條件下進行的真空解凍實驗過程，中心溫度從解凍起點不斷上升至解凍終點的過程中可以看出壓力值分別為100、500、1 000、2 000 Pa條件下豬肉塊中心溫度達到4 ℃所需時間為分別為8.83、9.67、10.23、10.35 h，當壓力為100 Pa時解凍速率最快。對照組空氣解凍法所需時間為28.17 h，可知解凍時間隨解凍壓力的降低不斷減少，壓力改變對解凍速率影響顯著(P<0.05)。觀察圖中曲線走勢可以看出，解凍階段分為3個階段。

圖2 不同壓力對豬肉真空解凍速率的影響Fig.2 Effects of different pressures on the vacuum thawing rate of pork

第一階段內，各實驗組溫度從-18 ℃迅速上升，待溫度上升至-2 ℃左右時，溫升速度減緩，該階段內，當解凍壓力為100 Pa時，該升溫過程僅用了1.3 h完成，速率最快。其他實驗組隨著壓力的升高，速率有所減緩，但都在3 h時內完成升溫過程，對照組則需7.16 h溫度才上升至-2 ℃。對于真空解凍過程該階段內由于解凍箱體內輸入的霧化水在高真空度下氣化成大量水蒸氣，與此同時水蒸氣在溫差較大的凍品表面迅速凝結釋放大量潛熱，肉品內的冰晶吸收熱量先進行溫升的顯熱過程，從而使肉品溫度升高，所以解凍壓力越低，箱體內氣化的水蒸氣越多，肉品表面凝結放熱的水蒸氣也越多，肉品溫升速率也越快。在第二階段內，溫度上升速率明顯減緩，在溫度從-2 ℃上升至2 ℃過程中消耗了大量的時間，隨著壓力的上升，所需的時間隨之延遲，這是由于壓力升高，單位物質的量的水蒸氣在肉品表面凝結釋放的潛熱減小，降低了解凍速率，延長了解凍時間。此階段內，豬肉內的冰晶開始融化，熱量為潛熱，因此溫升速率減緩。有研究表明[25-27]，在解凍過程中，該過程所需時間越少，可有效緩解細胞間冰晶對肌肉組織和細胞膜的破壞，對肉品品質的損害越小。第三階段內，解凍速率又逐漸增大，溫度從2 ℃逐漸上升至4 ℃，解凍完成。

2.2 豬肉持水性的變化

解凍后的樣品需立刻進行品質檢測，以防止外界環境影響對于解凍效果的判斷。判斷解凍效果好壞最直觀的方式是該觀察其汁液的流失情況，圖3展示了不同壓力下真空解凍后豬肉的解凍損失率，可以看出當壓力為100 Pa，解凍損失率最小，為1.45%，對比空氣解凍法，真空解凍法對解凍后豬肉的損失率有明顯的減少作用，壓力改變對解凍損失率影響顯著(P<0.05),壓力條件越低，解凍損失率越低。這可能是由于當壓力較低時，解凍速率較快，減少了肉類因解凍時間過長而產生的干耗現象。且當壓力較低時通過相變區域所需時間較短，冰晶融化過程對細薄膜的破壞程度較小，減少了肉品因解凍而造成的汁液流失。

圖3 不同壓力對豬肉解凍損失率的影響Fig.3 Effect of different pressures on pork thawing loss rate注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)(下同)

圖4為不同壓力條件對真空解凍后豬肉的蒸煮損失率，在100、500、1 000、2 000 Pa條件下，各實驗組的蒸煮損失率分別為5.36%、6.67%、11.10%、12.18%，對照組則高達19.9%，可以明顯看出真空解凍法對豬肉解凍后的蒸煮損失率具有良好的抑制作用，壓力越低，損失越小，壓力的改變對于蒸煮損失率影響顯著(P<0.05)，這與解凍損失率規律一致。說明當解凍壓力為100 Pa時下，豬肉具有較好的持水能力，汁液流失造成的質量和營養損失較少。

圖4 不同壓力對豬肉蒸煮損失率的影響Fig.4 Effects of different pressures on pork cooking loss

2.3 豬肉pH值的變化

由圖5可知，不同壓力條件下對真空解凍豬肉pH的影響顯著(P<0.05)，與解凍前豬肉的pH(pH 6.5)相比，較低的解凍壓力可以使解凍后肉品的pH值維持在一個較高的條件下，而空氣解凍法處理后的樣品pH值降低，根據相關文獻研究表明[28-30]，豬肉pH的值會在存儲過程中由于各種酸性物質不斷累積而下降，當pH值接近等電點時(5.5)，蛋白質間對水分子的吸引力下降，肌原纖維間距收縮，保水性下降。圖中空氣解凍法的pH值最小，為5.96，由于空氣解凍的時間較長，樣品內的各種酸性物質不斷積累導致pH有所降低，但各實驗組的pH值均高于等電點，這或許是由于樣品采用較低的凍結溫度，凍結過程較快，使樣品的保水性都保持較好。

圖5 不同壓力對豬肉pH值的影響Fig.5 Effects of different pressures on pork pH

2.4 豬肉質地的變化

由表1可以看出，豬肉的質地隨著解凍壓力改變明顯(P<0.05),隨著解凍壓力的不斷增大，硬度、彈性、咀嚼度等指標皆隨之減小，可以得知較低的解凍壓力對于豬肉硬度、彈性等口感具有良好的保持作用。對照組的硬度僅為100 Pa真空條件下解凍樣品的一半，咀嚼度也明顯偏低。該現象主要是因為在較低的解凍壓力下，解凍速率較快，所耗費時間較短，汁液流失率較小，對細胞膜等組織的破壞較小。同時較高的真空度對解凍過程中的理化反應具有一定的抑制作用，延緩了由于蛋白質分子在反應中分解成小分子而造成的肉質結構松散，使肉樣的口感、可食用性等指標得以保障。而空氣解凍法由于耗時較長，水分損失較多，加之蛋白質的氧化分解,造成解凍后肉品品質的損失。

表1 不同解凍壓力條件下豬肉的質地指標Table 1 Texture indexes of pork under different defrosting pressure conditions

表2為各質地指標與壓力間的皮爾森相關性分析可知，咀嚼度與硬度和彈性間均有極顯著的相關系(P<0.01)，即肉樣的硬度和彈性較大時，該樣品具有良好咀嚼度。壓力、膠著度、回復性間也有極顯著的相關性(P<0.01)，除此之外黏聚性與壓力間也具有顯著地相關性(P<0.05)，黏聚性[31]反映了豬肉纖維在抵抗受損時細胞間結合力的大小。綜上表明，在較低壓力下進行的真空解凍，可以一定程度上保障豬肉的質地，減少解凍后豬肉品質的損失。

表2 不同解凍壓力條件下豬肉質地各指標間的Pearson相關性分析Table 2 Analysis of pearson correlation among pork texture indexes under different thawing pressure

2.5 各指標間Pearson相關性分析

由表3可以看出，在不同解凍后壓力下部分指標間皆存在較強的相關性，其中解凍時間，解凍損失率、蒸煮損失率、pH等，相關性非常顯著(P<0.01),具體表現為隨著解凍時間的延長，豬肉的解凍損失率、蒸煮損失率都隨之增大，pH值則有所下降。當解凍壓力較低時，更多的霧化水汽化產生蒸氣，使得在凍品表面由于凝結而釋放的熱量增多，因而在解凍過程中通過相變區域所需時間較短，冰晶融化過程對細胞膜的破壞程度較小，從而減少了因細胞破裂而造成的汁液流失，同時在較低壓力條件，酶活性和理化反應都受到抑制，減緩了蛋白質在酶的作用下分解成小分子而產生的電荷流失，因此pH值下降較小。

表3 不同解凍壓力條件下各指標間的Pearson相關性分析Table 3 Pearson correlation analysis between indicators under different thawing pressure conditions

上述研究表明，真空解凍明顯優于空氣自然解凍，且解凍過程的真空度越高，真空解凍速率越快。即解凍壓力為100 Pa時解凍所需時間最短。通過各項品質檢測后得知，100 Pa條件下進行真空解凍后的樣品與其他實驗組相比較具有更低的解凍損失率和蒸煮損失率，解凍后的pH值維持最好，質構等品質指標也更優，因此解凍壓力為100 Pa條件下的真空解凍，在加快解凍速率的同時，也能更好地保障解凍后豬肉的品質。

3 結論

與空氣自然解凍相比，真空解凍能實現更快地解凍速率，能更好地保持解凍后豬肉的品質，且真空解凍過程中，較高的真空度能有效抑制肉品內部微生物的生長和肉品脂肪、蛋白質的氧化分解，進而更好地維持了解凍后豬肉的鮮度；真空解凍的不同解凍壓力對解凍后豬肉的品質影響顯著(P<0.05)。其中，真空度為100 Pa時，解凍耗時最短，為8.83 h；解凍損失率、蒸煮損失最低，分別為1.45%和5.36%；pH值最好，為6.41；且差異顯著(P<0.05),各質構指標最優。所以，與空氣自然解凍相比，冷凍豬肉更宜使用真空解凍方式來最大限度地保障解凍后豬肉的品質。