欧姆加热对肉品质影响的研究进展

田晓静

摘 要：欧姆加热即电加热，是利用原料对电流的抵抗作用，将电能转化为热能，从而达到加热目的。欧姆加热与传统加热相比具有加热速度快、出品率高、加热均匀、颜色好、嫩度高等优点。近年来，欧姆加热在肉制品加工方面的应用成为研究热点。本文综述了欧姆加热对肉及肉制品蒸煮损失、颜色、嫩度、微生物、脂肪氧化和感官等方面的影响，并对该技术在肉品加工领域的应用前景进行了展望。

关键词：欧姆加热；蒸煮损失；颜色；嫩度；微生物

Abstract： Ohmic heating， also known as electrical heating， is based on the passage of electrical current through a conductive food product， converting the electrical energy into heat energy， so as to achieve the purpose of heating. Compared to conventional heating， ohmic heating has the advantages of much shorter cooking time， higher yield， more uniform heating distribution， superior color， higher tenderness， etc. In recent years， the application of ohmic heating has become a research focus in meat products processing. This paper reviews the impacts of ohmic heating on cooking loss， color， tenderness， microorganism inactivation， fat oxidation and sensory evaluation of meat and meat products and analyzesthe potential application of ohmic heating technology in the field of meat processing.

Key words： ohmic heating； cooking loss； color； tenderness； microorganism inactivation

中图分类号：TS251.4 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2015）11-0024-04

doi： 10.15922/j.cnki.rlyj.2015.11.006

加热是肉品加工中重要的工艺流程之一。肉制品常见的热加工方法主要为蒸煮、烟熏、油炸、烤制等，这些方法主要依赖于热传导、热对流（空气、水、油等）来加热肉制品[1]。利用以上原理对肉品加热，肉品的外层先受热，由于肉导热比较慢，肉制品中心温度达到安全食用温度时，外层则已经加热过度，使肉品的营养价值和质量降低[2]。由于消费者对高品质产品的需求不断提高，克服传统加热的缺点，缩短肉的加热时间，并获得安全的肉制品至关重要[3]。目前新型食品加工技术，如欧姆加热、微波加热、射频加热、脉冲电场加热、感应加热、远红外线加热、超紫外光加热、超高压加热杀菌等在肉品加工中的应用逐渐得到重视，尤其是欧姆加热获得了更多关注[4-6]。

欧姆加热又称为电阻加热、电加热，是一种新的食品加工技术，其加工原理是把物料作为电路中一段导体，利用物料对电流的阻抗作用直接把电能转化为热能，从而达到加热物料的目的。欧姆加热具有加热速率快、物料各部分受热均匀、加热物料完整性好、能量利用率高、加热范围广等优点[6-7]。

1 欧姆加热的研究进展

19世纪初就有人提出了欧姆加热概念，并逐渐产生了利用电能加热物料的专利[8]。20世纪70年代，Sanders等[9]发明了用于加热鱼肉的欧姆加热装置。20世纪90年代，英国APV Baker公司开发了商用欧姆加热装置，并在英国等发达国家开始使用[10]。近年来，人们对欧姆加热技术的研究逐渐增多，尤其是欧姆加热对带颗粒食品进行灭菌。而在我国欧姆加热技术及其设备开发起步较晚，这方面研究成果较少[11]。随着科技进步，欧姆加热技术不仅逐步应用于各类食品热加工过程，还应用在食品杀菌、解冻和烫漂等领域[12]。国内外关于欧姆加热在食品方面的研究主要集中于两方面：一是欧姆加热参数（如电压梯度、加热频率、电极、电导率、加热温度和保温时间）对欧姆加热食品品质、加热程度、货架期和微生物致死等方面的研究；二是欧姆加热技术用于食品的解冻[6，13-17]。但到目前为止，该技术主要应用在加工液态和颗粒流体食品，欧姆加热对肉与肉制品品质的影响，国内外研究还较少。

2 欧姆加热对肉品品质的影响

2.1 欧姆加热对肉蒸煮损失的影响

将肉加热到设定的中心温度，加热速率越快，肉的蒸煮损失越低，快速加热的蒸煮损失低于缓慢加热，使肉更柔嫩多汁[18]。Zell等[19]将整块牛股二头肌（150±2） g分别用欧姆（25、50 V/cm，保温12 min）加热和水浴（保温2 min）加热到相同的终点温度（72 ℃），欧姆加热肉的蒸煮损失显著低于水浴加热肉。分析原因主要是欧姆加热使样品快速达到设定的中心温度，蛋白变性和肌原纤维收缩的时间短，蛋白变性程度低，保水能力高于水浴加热肉[20]。Zell等[21]采用低温长时（low temperature long time，LTLT）欧姆加热（15 min）、高温短时（high temperature short time，HTST）欧姆加热（7 min）和传统蒸汽加热（80 ℃、105 min）3 种加热方式分别将牛半键肌（550±5） g加热到设定的中心温度（72、95、72 ℃），结果表明，低温长时欧姆加热样品的蒸煮损失（29.3%）显著低于其他样品（36.3%、33.8%）（P<0.05），分析原因主要是较温和的低温长时欧姆加热使蛋白变性相对较少，进而蛋白持水力相对较高，水分丢失少，而高温短时欧姆加热的蒸煮损失最大，原因是加热温度较高，高温对蛋白破坏较大，蛋白保水性降低，水分丢失多。Dai等[22]采用欧姆加热与传统水浴加热方式将猪背最长肌（170±10） g加热到设定的中心温度（60～100 ℃），欧姆加热肉的蒸煮损失（9.71%～30.22%）显著低于水浴加热肉（22.53%～38.51%）（P<0.05）。加热后肉蒸煮损失小是欧姆加热较传统加热的主要优势之一[23]。

2.2 欧姆加热对肉颜色的影响

有研究表明，肉品颜色变化率取决于加热速率[24]。Shirsat等[20]将猪肉肉糜加热到设定的中心温度73 ℃，发现欧姆加热的红肉具有较高的红度（a*）值，相对于蒸汽（80 ℃）加热或慢速欧姆加热肉（3 V/cm），快速欧姆加热肉（5或7 V/cm）的肉色变化较小。李媛等[17]利用欧姆（3、6、9 V/cm）和80 ℃水浴加热不同脂肪含量（10%、20%、30%）的肉糜制品至中心温度72 ℃，并在72 ℃保温5 min，发现脂肪含量较高的肉糜制品亮度（L*）值和色度（H）也较高，而a*值则较低；同时发现电压梯度的变化对欧姆加热肉糜制品a*值没有显著性影响，且欧姆加热与水浴加热肉糜制品a*值之间无显著性差异（P≥0.05）；而脂肪含量为10%的肉糜制品黄度（b*）值和H随电压梯度的增大而增大，其中9 V/cm欧姆加热肉糜制品b*值和H显著高于水浴加热的；对于脂肪含量为20%和30%的肉糜制品，不同电压梯度欧姆加热的肉糜制品b*值无显著性差异。Bozkurt等[14]研究电压梯度对牛肉糜颜色的影响，发现不同电压梯度对肉糜a*值没有显著影响。相较传统蒸汽加热肉的L*值（56.85），无论是低温长时（72 ℃、15 min）还是高温短时（95 ℃、7 min）欧姆加热牛肉，其表面都具有较高的L*值（63.05和62.26）[21]。

Dai[25]研究不同加热方式（欧姆加热，10 V/cm；水浴温度，85 ℃）对猪肉肌浆蛋白和颜色的影响时，发现在相同终点温度条件下（10～80 ℃），欧姆加热肉的脱氧肌红蛋白和高铁肌红蛋白含量显著低于水浴加热肉（60～80 ℃），和水浴加热肉相比，欧姆加热肉L*值显著下降，并且所有加热样品a*值随着终点温度的上升而下降，但是水浴加热肉的红度褪去较快，同时水浴加热肉b*值显著高于欧姆加热肉（10 ℃、30～80 ℃）。

2.3 欧姆加热对肉嫩度的影响

加热方式和终点温度对肉与肉制品的嫩度有直接影响。Zell等[19]采用欧姆加热（50 V/cm）和水浴加热（保温2 min）将整块牛肉加热到终点温度72 ℃，发现欧姆加热肉（52.48 N）较水浴加热肉（47.40 N）粗糙，原因是传统加热使样品较长时间暴露在较高的温度下，胶原蛋白收缩后继续长时间受热会发生明胶化，使肉嫩度提高。但将肉加热到终点温度72 ℃，欧姆加热肉（高温短时与低温长时）与水浴加热肉之间剪切力无显著性差异（P≥0.05）[16]。苗敬等[7]比较了在同一保温时间内（7、9、11 min）不同电场强度（3、6、9 V/cm）欧姆加热肉嫩度，结果表明，肉的剪切力随着电场强度的增大而增大，剪切力和肉品的嫩度呈负相关，所以低压处理组肉较高压处理组肉更嫩。原因可能是加热到设定的中心温度72 ℃，低电场强度对肉中蛋白破坏较小，进而蛋白的持水力相对较高，蒸煮损失较小，蒸煮损失的降低和较高的嫩度相关[18]；而保温7或9 min的欧姆加热和水浴加热处理组样品的剪切力之间差异性不显著（P≥0.05）[7]。

也有研究发现，在欧姆加热过程中，电压梯度并不影响肉的硬度和嫩度（P≥0.05），但是最初的脂肪含量对嫩度有显著影响（P<0.05）[6]。在20～80 ℃范围内，欧姆加热肉的剪切力显著低于水浴加热肉，但在100 ℃时，欧姆加热肉剪切力更大（P<0.05）[22]。总体来说，欧姆加热肉较传统加热肉在嫩度方面具有较大优势。虽然，欧姆加热肉制品表面不会形成相对较硬的薄膜对某些产品来说可能是不足，但可以将欧姆加热与传统加热的优势相结合，获得更好的产品。

2.4 欧姆加热杀菌效果

欧姆加热对微生物的致死效应主要是由于热效应，除此之外，机械效应和化学效应对微生物的致死也起到一定的作用，欧姆加热会造成微生物电穿孔，从而致死微生物[26-27]。Zell等[16]将整块牛肉进行欧姆加热杀菌，发现使用电场强度8.33 V/cm将肉块的中心温加热至72 ℃再保温8.5 min，能够达到与水浴加热灭菌效果相当的水平。李媛等[17]曾对不同脂肪含量（10%、20%、30%）肉糜制品采用不同电场强度（3、6、9 V/cm）进行欧姆加热，并与水浴加热杀菌效果进行了比较，结果发现，欧姆加热处理组的杀灭效果要低于水浴加热处理组。原因是欧姆加热速度快，肉的积温小，对微生物的破坏小。苗敬等[7]研究了欧姆加热电场强度和保温时间对微生物的杀灭效果，结果表明，在保温时间相同条件下，欧姆加热肉的微生物总数随着电场强度的增加而减少，并且相对于水浴加热肉，3 V/cm处理对微生物的灭活效果较差，但6、9 V/cm欧姆加热都能达到甚至好于水浴加热的杀菌效果，这可能与欧姆加热的电效应有关。苑善振等[28]

研究贮藏期内各加热处理组菌落总数的变化情况，发现低电压（3 V/cm）欧姆加热组菌落总数略高于高电压组（6 V/cm），但差异并不显著（P>0.05）；贮藏期内（16 d）所有加热处理组菌落总数均没有超过5×104 CFU/g

的国家标准限值；在加热程度相同时，保温时间为3或6 min的水浴加热组菌落总数高于相应的欧姆加热组，即在相同加热程度下，欧姆加热肉糜制品的杀菌效果优于水浴加热，各加热处理组均未检出沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等致病菌。欧姆加热具有较好杀菌效果的原因是欧姆加热速度快，并且产品内部的温度同表层一同迅速升高，通过形成一致的温度分布抑制微生物的生长[23]。

2.5 欧姆加热对脂肪氧化的影响

Zell等[21]研究了火鸡肉低温长时、高温短时欧姆加热与蒸汽加热后的脂肪氧化程度，发现所有样品内部硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）值都较表面低，说明样品内部脂肪氧化程度较表面低，并且随贮藏时间的延长，内部TBA值升高较慢；蒸汽加热样品表面的TBA值高于2 种欧姆加热处理组。原因可能是蒸汽加热使样品表面长期暴露在高温环境下，细胞膜表面的磷脂和肌原纤维蛋白发生变性，当样品暴露在空气中时，导致了脂肪快速氧化[27]。在欧姆加热过程中，电场的交变引起电子的交换，从而加速脂肪的氧化反应[17]。Wills等[2]认为加热过程中的电流会促进自由基的生成和氧化反应的进行，导致欧姆加热肉制品具有较高的TBA值。李媛等[17]

将猪肉肉糜加热到中心温度72 ℃并保温5 min，电压梯度3 V/cm的欧姆加热肉糜制品的硫代巴比妥酸反应物质（thiobarbituric acid reactive substances， TBARs）值基本高于水浴加热和其他电压梯度（6、9 V/cm）的肉糜制品，所以，欧姆加热可能会加速肉糜制品的氧化反应，使其TBARs值高于水浴加热肉糜制品；但是由于6、9 V/cm

的欧姆加热时间短，电场交变引起的电子交换作用的时间短，还未达到显著影响氧化反应的程度，则肉糜制品TBARs值低于3 V/cm欧姆加热的肉糜制品。苑善振等[28]

研究欧姆加热对猪肉糜脂肪氧化影响时，发现保温时间0 min时，9 V/cm欧姆加热组TBA值显著高于其他组

（P<0.05），而3或6 V/cm和水浴加热组之间无显著性差异（P≥0.05）；加热程度相同条件下，保温时间为3、6 min的9 V/cm欧姆加热组TBA值高于水浴加热组，说明高电压欧姆加热可能会加速肉糜的脂肪氧化，使得加热后的肉糜TBA值高于水浴加热的肉糜。

2.6 欧姆加热对感官品质的影响

目前，消费者对欧姆加热产品的喜好程度及欧姆加热产品感官特性的研究报道很少。将肉糜样品加热到相似的终点温度，蒸汽加热和欧姆加热（3、5、7 V/cm）样品之间无可感知的差异[30]。Zell等[16]在研究低温长时（72 ℃、15 min）、高温短时（95℃、7 min）欧姆加热和传统蒸汽加热牛肉品质时，发现颜色、多汁性和嫩度存在显著性差异（P≥0.05），欧姆加热高温短时样品的颜色更易被接受，低温长时加热肉较其他样品稍微粗糙并且汁液较少，这可能与较高的蒸煮损失和较高的终点温度有关。Zell等[21]继续研究得到了稍微不同的结果，即与传统蒸汽加热肉相比，欧姆加热肉的颜色更好，低温长时样品颜色显著变好（P<0.05）；同时，低温长时样品的多汁性显著好于其他样品，但是高温短时加热样品较其他样品更粗糙并且汁液更少，这可能是欧姆加热肉蒸煮损失减少，使肉更多汁[18]。与低温长时加热样品相比，传统加热和高温短时加热样品有显著强烈的气味，但是，高温短时加热肉的气味不被接受；对肉的芳香特性进行评估，认为传统加热产品的肉香味最纯正，高温短时样品次之[21]。欧姆加热肉制品在感官上获得较好的评价是欧姆加热技术应用于肉制品工业生产的关键，进一步的研究应集中于使用标准技术和确定合适的加工参数范围以获得较好的产品。

3 欧姆加热存在的问题

随着科技的进步，欧姆加热技术将在食品生产中得到越来越广泛的应用，但人们对欧姆加热的高质量产品还没有充分认识，加上欧姆加热自身的局限性，目前商业化利用欧姆加热仅局限于流体和半流体食品，在固体食品的加工方面还面临着诸多困难。肉作为固态食品，应用欧姆加热还有很多问题需要解决：1）肉成分不均匀，食品组成成分对欧姆加热效果有很大影响。肉中溶解的可解离且具有导电性的酸、盐等物质，不同状态下其含量和解离程度都不一样，所以电导率也不同；此外肉中还含有很多非导电性物质，如脂肪、空气、骨头等，这些非导电性物质的存在也会影响欧姆加热的效果[11]；2）电极导电性、电极稳定性和电极耐腐蚀性等诸多因素都会限制欧姆加热的发展；3）现存的数学模型主要集中于液体和颗粒流体食品，肉制品的加热预测模型几乎没有，不能很好预测欧姆加热过程中肉品的温度变化和加热时间，不能满足其在生产实践中应用的要求[31]；4）肉的欧姆加热过程中，较大的电场强度和较高的固形物含量会造成在加热到设定的终点温度后，即使立即停止加热，肉的温度还会继续升高，超过设定的终点温度，所以很难把握欧姆加热肉的终点温度[20]。因此，欧姆加热技术的工业化应用，工艺参数以及机理性等方面的研究还有很长的一段路要走。

4 结 语

总体来说，和传统加热相比，欧姆加热大大缩短了加热时间，为肉品工业带来较高的生产效率，并且产品品质在颜色、嫩度等方面能达到甚至好于传统加热肉。因此，未来我们可以不断优化欧姆加热的相关品质参数，使用合适的电场强度，并配合适当的保温时间，甚至可以将欧姆加热与传统加热的优势结合起来对肉进行加热，生产出安全、可靠的肉制品。

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