不同真空预冷终温对新鲜牛肉品质的影响

廖彩虎，单 斌，钟瑞敏，黄国清，赖望航

（韶关学院英东食品科学与工程学院，广东韶关512005）

真空预冷是利用降低压强来降低水的沸点，依靠物料表面和组织内水分蒸发带走物料热量的冷却方法，所以凡是含有自由水及孔隙结构的物料均能采用真空预冷来进行冷却。McDonald[1]认为真空预冷的使用有两个前提条件：其一，样品应该具有较大的表面积以方便水分的传递；其二，由于样品失水率的增加而可能引起的结构或者外观的改变不会导致样品经济损失和感官问题。目前真空预冷是果蔬采后快速降低呼吸强度、消除田间热和呼吸热、保持鲜度内在品质以及延长货架期的最有效手段。

目前真空预冷技术已经被国内外学者大量地应用到果蔬类[2-3]、熟肉制品类[4]、果酱[5]中。李文香等[6]以2、4、6℃作为预冷终温对草莓保鲜的研究，结果表明预冷终温至2℃存在着冻害现象。施冰心等[7]研究了不同的真空预冷终温（4、6、8℃）对豆腐的影响，结果表明真空预冷至4℃对豆腐品质影响最小。张海峰[8]通过对影响鲜羊肉真空降温效果的真空室压强、物料质量、补水率三个主要因素分别进行了单因素试验发现，当真空室压强一定时，随着样品重量增加，物料最终冷冻温度先降低后升高，降温速率先增大后减小。新鲜肉的传统预冷方式主要有风冷、水冷、冰冷等，而风冷仍然是新鲜牛肉预冷的主要方式，但是风冷速度慢，预冷时间长，大大增加了受微生物污染的隐患。目前，针对不同真空预冷终温和传统预冷作比较对新鲜牛肉的研究还鲜见报告，本文主要通过对不同的真空预冷终温（2、4、6℃）与传统预冷方式（-18℃冷库、0℃冷库预冷至4℃）作比较来探讨不同的预冷方式对牛肉理化指标的影响，以此来确定最佳的预冷方式。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜的牛肉 每块牛肉的重量为（250±10）g，形状大小一致，厚度为2～3cm，全部采购于韶关市第一农贸市场，采购时间为上午7点。选取牛肉外脊部分，去除表面的筋，同时按照牛肉的纤维组织进行切割，避免切断牛肉纤维。预冷后，将所有样品用密封袋（PVC材料）包装，然后将样品于（0±2）℃的冷库放置24h。

KM-50真空预冷机 东莞科美斯制冷设备有限公司；Testo175-T2温度计 德国德图公司；Testo174H温湿度计 德国德图公司；CR-400色差计日本美能达仪器公司；TA-XT2i质构仪 英国SMS公司；TAQ100差示扫描量热仪 美国TA公司。

1.2 真空预冷

实验设定产品的终温分别为2、4、6℃，冷媒介质的温度设为-13～-8℃箱内绝对压强由1个大气压下降到650Pa所需要的时间为3m in。

1.3 指标的测定

1.3.1 失水率的测定 称量好新鲜牛肉的重量m1，待预冷后再称量牛肉的重量m2，实验平行三次。失水率公式如下：

1.3.2 温湿度的测定 采用德图Testo175-T2电子温度记录仪插入猪肉中心进行温度测量，仪器精度为±0.5℃，分辨率为0.1℃，测量速率为10s～24h；采用德图Testo174H电子温湿度记录仪放在牛肉表面进行湿度测量，仪器温湿度的精度为±0.5℃和±3% RH，温湿度的分辨率为±0.1℃和±0.1%RH，测量频次为1m in～24h。

1.3.3 色差的测定 色差计使用前需进行白板、黑板矫正。新鲜牛肉的颜色用色差计进行测定，测定牛肉的L*、a*、b*值预冷后牛肉的颜色用色差计进行测定，测定L*、a*、b*值。每个样进行8次平行实验。总色差△E计算公式如下：

式中：△L*=L*-L；△a*=a*-a；△b*=b*-b；L：新鲜牛肉的L*；a：新鲜牛肉的a*；b：新鲜牛肉的b*。

1.3.4 质构的测定 采用TA-XT2i型质构仪进行测定，平行10次，主要测定5种质构特性参数即硬度、耐咀性和回复性、黏着性、粘聚性。测定外脊作为研究对象，规格1.5cm×1.5cm×0.5cm。测定前将样品用保鲜袋包住并在室温下放置0.5h，剔除低温影响。测定条件为，探头型号：P35；测前速率：2.00mm/s；测试速率：2.00mm/s；测后速率：10.00mm/s；压缩变形率：40%；探头两次测定间隔时间：5.00s；触发类型：自动[9]，硬度、弹性、咀嚼性、恢复性等数据由质构仪软件分析所得。

1.3.5 差示扫描量热仪（DSC）的测定 参考Deng[10]和陈韬[11]的方法并修改如下：取16～18mg牛肉放于铝盘（固体盘）中，立刻密封后，放入DSC仪中，在30℃的温度下以5℃/min升到120℃。冷却方式为液氮，样品吹扫气和保护气（氮气，纯度＞99%），实验时将气阀调到最小档，保证有充足氮气即可，实验数据采用TA Universal analysis分析所得。

1.4 实验设计

真空预冷至牛肉中心温度分别为2、4、6℃。传统预冷采用（-18±2）℃冷库、（0±2）℃冷库预冷牛肉中心温度至4℃终止，其中冷库中空气流速为1～1.5m/s，相对湿度90%～95%。预冷后，将所有样品用密封袋（PVC材料）包装，然后将样品于（0±2）℃的冷库放置24h后进行理化指标检测。

1.5 数据处理

测定分析结果采用SPSS 13.0 forW indows和Excel 2003进行处理，数据结果均采取均值±标准差形式。指标的比较采用最小显著差异法（least significant difference，LSD），取95%置信度（p＜0.05）。

2 结果与讨论

2.1 不同的预冷方式对牛肉的失水率影响

表1反映了不同的预冷方式对牛肉失水率的影响。由表1可以看出，不同的预冷方式对牛肉失水率存在着显著性差异（p＜0.05）。其中，-18℃冷库预冷对牛肉的失水率最低，为1.47%，要低于0℃冷库对牛肉的失水率2.36%，且存在着显著性差异（p＜0.05）。冷库对牛肉的失水率要低于真空预冷对牛肉的失水率。

随着真空预冷牛肉终温的下降，其对牛肉的失水率也随之增加，分别为3.66%、4.33%、5.13%，且存在着显著性差异（p＜0.05）。Drummond L等[12]应用真空预冷、水浸渍真空预冷和传统风冷等三种预冷技术对煮熟后的牛肉从中心72℃降至4℃。结果表明，真空预冷后的水分损失最大，为13.5%，要远大于传统风冷预冷后6.2%的失水率。其原因是真空预冷依靠蒸发自身的水分来达到降温的目的，所以失水率要大于通过风冷预冷的失水率，终温越低，其失水率也越大。

2.2 不同预冷方式对牛肉的降温曲线

表1 不同的预冷方式对新鲜牛肉的失水率Table1 Water loss of fresh beef at different precoolingway

图1反映了真空预冷对牛肉中心、牛肉表面、真空预冷箱体、-18℃冷库、0℃冷库的降温曲线。真空预冷对牛肉的降温速度要明显快于其他的预冷方式，以牛肉最终的预冷温度4℃为例，真空预冷将牛肉降至4℃所需要的时间为12min，-18℃冷库预冷将牛肉降至4℃需要24min，而0℃冷库预冷将牛肉降至4℃需要的时间为95min，真空预冷在对牛肉预冷的速度上具有明显优势。不同的真空预冷终温对牛肉的降温曲线较为接近，而且都呈现出反S的形状。真空预冷对牛肉表面的温度下降曲线可以看出，开始下降速度要大于中心温度的下降速度，然后进入平缓阶段，其原因是水分蒸发开始于牛肉的表面，此时物料表面的水分大量蒸发，引起表面温度的快速下降，然而随着物料表面水分的快速蒸发，牛肉内部的水分扩散至表面的速度达不到物料表面蒸发的速度，使得牛肉表面的降温曲线变得平缓，导致牛肉表面非常干燥。箱体的降温有一个快速下降的阶段，随后变得平缓，基本维持在16～17℃左右。

图1 不同预冷方式对牛肉的中心及表面降温曲线Fig.1 Cooling curve of the central and surface part in fresh beef at different precoolingway

2.3 真空预冷箱体内相对湿度变化曲线

图2反映了真空预冷对箱体内（含牛肉）和空箱（不含牛肉）的相对湿度及对牛肉中心温度下降曲线的变化。当箱体内无样品的时候，真空预冷对箱体内相对湿度的变化曲线是先快速下降，然后出现一个几乎一条直线，即湿度不变，最后又快速上升。其原因是随着总压下降，水蒸气分压也随之下降，且此温度下的纯水饱和蒸汽压几乎不变，所以相对湿度快速下降；当真空度恒定时，水蒸气分压不再发生改变，所以相对湿度维持不变；当箱体打开时，随着总压的上升，其水蒸气分压也快速上升，所以相对湿度快速上升（无样品时，箱体内温度几乎不变，所以饱和蒸汽压几乎不变）。

当箱体内面含有牛肉进行真空预冷时，其相对湿度曲线趋势与无样品时相似，不同的是恒压过程中相对湿度缓慢上升，其原因可能是牛肉水分的蒸发，使得水蒸气分压增加。对含样品进行真空预冷时，当时间为5～6m in时，相对湿度出现了一个拐点，而这个拐点出现时，温度曲线下降的速率也开始快速增加；同样在13m in左右时，当湿度开始上升时，即开始卸压阶段，温度也出现了上升的拐点。Ozturk H M等[13]利用不同终压的真空预冷技术对西生菜进行研究，结果表明，无论终压为0.7kPa还是1.5kPa，西生菜在真空预冷过程中其相对湿度都经历一个快速的下降，再快速的上升，然后再缓慢的下降，其实验结果与本实验的结果有所出入。其原因在于本实验将温湿度计放在肉制品表面，而文献作者将温湿度放入西生菜内部。

图2 真空预冷箱体内相对湿度变化曲线及牛肉降温曲线Fig.2 Relative humidity change curve of vacuum cooling chamber and cooling curve of fresh beef

2.4 不同的预冷方式对牛肉质构的影响

表2反映了不同的预冷方式对牛肉质构的影响。由表2可知，不同的预冷方式对牛肉的硬度、弹性、咀嚼性、恢复性均存在着显著性的差异（p＜0.05）。预冷以后，其硬度较新鲜牛肉均有所增加；弹性和恢复性较新鲜牛肉均有所下降。

-18℃冷库的牛肉其硬度小于0℃冷库，咀嚼性、弹性和恢复性均大于0℃冷库，与新鲜牛肉更为接近。不同的真空预冷终温对牛肉也存在着显著性差异（p＜0.05），特别是当真空预冷的终温为2℃时，其硬度和咀嚼性较其他预冷方式均达到最大，弹性和恢复性较其他预冷方式均达到最小，较新鲜牛肉的质构差异最大。真空预冷至4℃较6℃其硬度和弹性更接近新鲜牛肉，而真空预冷至6℃较4℃其咀嚼性和恢复性更接近新鲜牛肉，真空预冷至4℃、6℃其对牛肉的质构差异性不显著（p＞0.05）。从总体分析可以看出，真空预冷终温4℃较牛肉预冷更为适合。

表2 不同的预冷方式对新鲜牛肉的质构值Table2 Value of TAP of fresh beef at different precooling way

2.5 不同的预冷方式对牛肉色差值的影响

表3 不同的预冷方式对新鲜牛肉的色差值Table3 Value of chromatism of fresh beef at different precoolingway

表3反映了不同的预冷方式对牛肉色差值的影响。不同的预冷方式对牛肉的L*、a*、b*均存在着显著性差异（p＜0.05）。预冷后，牛肉的L*值除0℃冷库预冷较新鲜有增大之外，其他较新鲜的均发生了下降，说明预冷以后牛肉的色泽变暗淡；a*值均较新鲜的有所增加，即牛肉的颜色变红；b*值均较新鲜的也都发生了增加，牛肉的色泽变黄。冷库-18℃预冷较冷库0℃预冷，其L*、a*、b*都更接近于新鲜牛肉值，除a*外，均存在着显著性差异（p＜0.05）。不同的真空预冷终温除L*之外，也均存在着显著性差异（p＜0.05）。真空预冷至4℃后，其L*值均大于真空预冷至2℃和6℃的L*值，与新鲜肉制品的色差值更接近。真空预冷终温6℃，其a*、b*较真空预冷终温2℃和4℃值更接近新鲜牛肉值，但与真空预冷至4℃相比，差异性不显著（p＞0.05）。从总色差值△E来看，真空预冷至6℃的总色差值最小，为3.15；冷库0℃预冷的色差值最大，为9.31。真空预冷至4、6℃的色差值最小。综合分析，真空预冷4、6℃都较适合牛肉的预冷。

2.6 不同的预冷方式对牛肉DSC的影响

图3为典型的牛肉肌肉蛋白质DSC热流图。其中，峰Ⅰ表示肌球蛋白头部的变性，所以峰Ⅰ的变性焓值最能反映冷冻过程中肌肉蛋白质的变性程度相对于峰Ⅱ、峰Ⅲ；峰Ⅱ表示肌球蛋白尾部和肌浆蛋白的变性；峰Ⅲ表示肌动蛋白的变性。其中，变性焓值反映了蛋白质的变性程度，变性焓值越小，其蛋白质变性越严重，数据如表4所示。

表4反映了不同的预冷方式对牛肉峰Ⅰ、峰Ⅱ、峰Ⅲ变性温度和变性焓值的影响。不同的预冷方式对峰Ⅰ、峰Ⅱ、峰Ⅲ的变性焓值存在着显著性差异（p＜0.05）。预冷后，峰Ⅰ、峰Ⅱ、峰Ⅲ的变性焓值较新鲜的牛肉值均减少，说明预冷过程中，其蛋白质均发生不同程度的变性。-18℃冷库预冷较0℃冷库预冷，其变性焓值都更接近于新鲜牛肉，即-18℃冷库预冷更能防止肌球蛋白、肌浆蛋白、肌动蛋白的变性，其原因可能是快速的预冷方式更能够防止蛋白质的变性。不同的真空预冷终温，其变性焓值存在显著性差异（p＜0.05）。真空预冷至4℃峰Ⅰ、峰Ⅲ的变性焓值相对于其他的预冷方式更接近于新鲜牛肉；然而，真空预冷至2℃的峰Ⅱ的变性焓值反而较其他真空预冷终温的高，更接近新鲜的牛肉。峰Ⅰ的变性焓值反映了肌球蛋白变性，肌球蛋白的变性通常反映牛肉的变性程度。说明真空预冷4℃较其他的预冷方式防止蛋白质变性的效果更好。

3 结论

真空预冷较传统风冷冷却方式在降温速率上具有明显的优势，可以极大程度上缩短牛肉胴体预冷的时间。真空预冷新鲜牛肉中心温度至4℃较其他预冷终温在理化指标更为理想。但失水率过大仍然是真空预冷的缺陷，可以从以下二个方面进行，一是采用水浸渍真空预冷、多阶段恒压水浸渍真空预冷技术等解决水分损失过大等问题；二是补充水分、合理安排装载量及有效控制压强下降的大小。

表4 不同的预冷方式对新鲜牛肉的差示扫描热量值分析结果Table4 DSC analysis results of different precooling way at fresh beef

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