高压静电场解冻羊胴体的实验研究

唐树培　李保国　高志新

(上海理工大学食品科学与工程研究所　上海　200093)



高压静电场解冻羊胴体的实验研究

唐树培李保国高志新

(上海理工大学食品科学与工程研究所上海200093)

为了提高冻肉解冻速率、减少解冻过程氧化劣变，本文研制了一台高压静电解冻柜，进行了解冻羊胴体的实验研究。结果表明：随着电场场强的增加，解冻时间缩短、汁液流失率降低、高压电场能抑制细菌生长，改善羊胴体解冻后的色泽。实验测得电场强度为12.5 kV/m，与未加电场相比，解冻时间缩短11.1%，汁液流失率降低49.6%，微生物菌落总数减少了一个数量级，且解冻后羊胴体外观新鲜，肉色泽差异显著。本研究为提高羊胴体解冻效率和品质提供了新方法。

肉解冻；高压静电场；冷冻羊胴体

近年来，我国牛羊肉产销量增加迅速，由于受到产销区域限制，冷冻牛羊肉成为主要贮藏和流通方式[1]。冷冻肉的品质不仅与冻藏条件有关，还受解冻过程影响，若解冻方法不当，会引起汁液流失、色泽劣变、风味下降、脂肪氧化、蛋白降解等问题[2]。目前冻肉解冻方法主要有：空气解冻、水解冻、微波解冻及低温高湿解冻等[3]。空气解冻是将冻肉放在室温库房中解冻，操作成本低，但解冻速度慢、肉表面易氧化变色、微生物增殖快；水解冻由于冻肉浸泡在水中解冻，会使肉色灰白以及造成微生物污染，营养物质的流失，同时还会消耗水资源；微波解冻虽然解冻速度快、效率高，但是由于微波对水和冰的穿透和吸收有差别，易造成解冻不均匀和局部过热现象[3-4]；低温高湿解冻速度较快、营养流失率低及质构特性得到改善，但由于长时间的高湿环境，使微生物的繁殖增加，肉表层颜色变化[5]。

近年来，高压静电场已被越来越多的应用于食品加工领域，如电场用于食醋的催陈、果蔬的保鲜、脱水干燥和液态食品杀菌等[6]。从上世纪90年代开始，国内外学者通过实验研究，证明高压电场可提高冷冻食品的解冻速度、减少汁液流失，解冻后食品温度分布均匀，有效防止食品的油脂酸化，对微生物具有一定的抑制作用，是一种有前途的解冻方法[6-9]。

本文研究了高压电场对解冻羊胴体的影响，考察了解冻时间、感官色差、汁液流失率、微生物繁殖率等各项指标，为高压静电技术在冷冻羊肉生产加工方面的应用提供理论依据。

1 材料、设备与方法

1.1 实验材料

选用济南伊鑫食品有限公司进口新西兰羔羊胴体，聚乙烯膜包装，-18 ℃储存，单个羊胴体平均重量18 kg。

1.2 实验设备

采用自制的高压电场解冻柜。高压直流电源：输入电压220 V、50 Hz，输出电压0～50 kV可调，输出功率100 W。高压电场解冻柜的内尺寸为1100 mm×600 mm×1500 mm(长×宽×高)，主要由绝热柜体、电加热和蒸汽加湿系统、制冷系统、高压电场系统及控制系统等组成，如图1所示。

1触屏控制面板2风机3蒸发器4出风口5吊杆6温湿度传感器7空气加热器8加湿器9高压静电极板10物料温度传感器图1 高压电场解冻柜结构示意图Fig.1 Schematic of high voltage electric field thawing device

1.3 实验方法及指标

1.3.1 实验方法

实验选择重量相近羊胴体36只，每次实验各选两只，进行高压电场解冻实验，设定解冻温度：4～8 ℃，相对湿度：70%～80%，电场场强：2.5～12.5 kV/m；每隔5 min记录羊胴体温度变化，解冻终温设定为0 ℃。解冻完成后对羊胴体取样测定汁液流失率、色差及微生物菌落总数等指标。

1.3.2 检测指标

1)汁液流失率：分别称量各组冷冻羊胴体解冻前后质量，采用式(1)计算解冻汁液流失率：

汁液流失率=(解冻前肉的质量-解冻后肉的质量)/解冻前肉的质量×100%

(1)

2)肉色色差：采用CR400/410色差计测定肉样L*(亮度)、a*(红度)、b*(黄度)，对于同一肉样，平行测定3次取其平均值作为该肉样的颜色值。

3)微生物菌落总数：无菌操作取羊胴体相同部位肉样25 g，用灭菌剪刀剪碎置于均质拍打袋中，加入225 mL灭菌蛋白胨生理盐水，然后用均质器拍打1 min，按照1∶10梯度比例进行稀释，然后倒入无菌营养琼脂培养液，按照GB/T4789.2—2010《食品卫生微生物学检验菌落总数测定》，用稀释平板菌落计数法测定微生物菌落总数。

1.4 数据处理

对每批次实验数据，应用SPSS19.0软件进行方差分析，利用邓肯式多重比较对差异显著性进行分析。

2 结果与分析

2.1 高压电场对解冻羊胴体温度的影响

高压电场对解冻时间与温度的影响如图2所示。

图2 高压电场对解冻温度的影响Fig.2 Influence of thawing temperature on high voltage electric field

由图2可知，随着电场强度增加，解冻升温明显加快，解冻到0 ℃时间缩短。当电场强度为2.5 kV/m，解冻温度变化与未加电场的对照组相近，但当电场强度增加到12.5 kV/m时，解冻温度到0 ℃需要16 h，而未加电场对照组则需要18 h。原因是由于空气中的带电粒子在强电场作用下做加速运动，与空气分子碰撞，使其离解成电子和离子。这些新的电子和离子又与其他空气分子相碰撞，产生新的带电粒子，最终产生大量的带电粒子。与发射板电荷异号的粒子飞向发射板，同号的带电粒子飞离发射板，形成离子风。当这些高速运动的带电粒子与羊胴体表面接触时，其携带的能量便会被冰表面的水分子吸收，提高水分子的动能，使融化速度加快。这些带电粒子沉积在羊胴体表面，也会提高导热速率，增强吸热量，提高解冻速率[10]。

2.2 高压电场对汁液流失率的影响

冻肉在解冻过程中会伴随着汁液流失，且流失的汁液中含有大量的可溶性蛋白，进而导致解冻肉的营养流失。实验测得羊胴体解冻过程中汁液流失率如图3所示。

图3 高压电场对汁液流失率的影响Fig.3 Influence of SPA turnover on high voltage electric field

由图3可知，随着电场强度的增加，开始汁液流

失率较高，但当电场强度增加到7.5 kV/m后，电场强度的增加对解冻汁液流失率有较显著的降低效果。实验发现未加电场解冻后有较多血水，而加高压电场血水较少。表明高压电场解冻，能降低解冻过程中的营养流失，提高解冻羊肉的品质。

解冻是冻结的逆过程，食品解冻时，随着冰晶的融化，细胞内亲水胶质体吸收水分，出现水分逐渐向细胞扩散和渗透，解冻速率大，可以使冰晶解冻汁液全部向细胞内渗透而不至于外溢流失[11]。

2.3 高压电场对羊胴体肉色指标的影响

肉的颜色会影响消费者的感官，是肉类感官品质的重要指标之一。表1为经高压静电场解冻羊肉后与初始色泽的色差影响。

表1 不同电场强度解冻羊胴体后与初始色差值

从表1可知，当高压电场强度为2.5 kV/m时，ΔL*值、Δa*值与未加电场对照组相近，但当电场强度增加到12.5 kV/m时，实验组解冻完成时ΔL*值为-0.68，显著低于对照组的-2.92(P<0.05)，Δa*值为-1.16显著低于对照组的-3.43(P<0.05)，不同电场场强解冻羊胴体的Δb*差异不显著。L*代表肉样的亮度值，ΔL*为负值表明肉的亮度弱；a*代表肉样的红度值，Δa*为负值表明红色偏绿；b*代表肉样黄度值，Δb*负值越高表明黄色偏蓝[5]。实验表明解冻会降低羊胴体色泽的新鲜程

度，但随着电场强度的增加，实验组较对照组色泽新鲜。原因是高压静电场产生的臭氧附着在羊胴体表面，阻止氧与肌红蛋白的结合使羊胴体表面的色泽鲜红，同时，高压电场解冻过程失水率低于未加电场对照组，水分含量高可以提高光线的折射率，提高肉表面的亮度[12-14]。

2.4 高压电场解冻对菌落总数的影响

随着解冻过程温度上升，细菌会复活生长。微生物的生长繁殖会影响羊胴体品质。实验测得电场强度对微生物菌落总数的影响如表2所示。

表2 不同电场强度对微生物菌落总数的影响

从表2可知，当高压电场场强为2.5 kV/m时，解冻后微生物菌落总数为6.58×104cfu/g，显著低于未加电场对照组的9.75×104cfu/g，尤其当电场强度为12.5 kV/m时，微生物菌落总数为0.96×104cfu/g，较之对照组减少了一个数量级。表明在解冻过程中施加高压电场，对细菌的生长起到抑制作用，随着电场场强的增加，对细菌的抑制作用会明显加强。

关于高压电场抑菌机理：1)高压电场在解冻实验中电晕放电会产生臭氧，臭氧具有杀菌作用[15-16]。2)高压电场中被加速的电子与水中的氧气结合形成超氧化物阴离子自由基，因此在水溶液中大量存在eaq-、O2-、OH-、H2O2。活性氧破坏生物细胞的离子通道，改变细菌的生存生物场，使其丧失生存条件[16]。3)由于高压电场对细菌细胞膜的击穿作用。细胞膜带有一定的电荷，具有一定的通透性和强度。当细胞上加一个外加电场，这个电场将使膜内外电势差增大。此时，细胞膜的通透性也随着增加，当电场强度增大到一个临界值时，细胞的通透性剧增，膜上出现许多小孔，使膜的强度降低[16]。

3 结论

为了改进现有冻肉解冻营养流失，解冻过程氧化劣变等问题，本文自制了高压电场解冻柜，并控制解冻温度在4～8 ℃，相对湿度70%～80%的工况下，进行了羊胴体的解冻实验研究，得到如下结论：

1)与不加电场相比，采用高压静电场解冻，当电场强度增加到一定值后，羊胴体解冻时间缩短、汁液流失率降低、微生物菌落总数减少，并能显著提高解冻羊胴体的色泽。

2)实验表明，与未加电场对照组相比，当高压电场为12.5 kV/m，解冻时间缩短11.1%，汁液流失率降低49.6%，微生物菌落总数减少了一个数量级，且解冻后羊胴体外观新鲜，肉色泽鲜红。

综上所述高压静电场解冻能减缓冷冻羊胴体解冻过程中的品质劣变，改善解冻羊胴体的品质。

本文受上海市教委科研创新项目(14ZZ133)，上海市教委产学研助推计划(ZB1307LG)和上海市联盟计划(LM2014191)资助。(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).)

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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

简介

李保国，男，教授，博士生导师，上海理工大学食品科学与工程研究所，(021)55271290，E-mail: lbaoguo@126.com。研究方向：食品和农产品加工新技术(冷却、保鲜、干燥等)。