低壓靜電場下不同隔距凍結(jié)-解凍對牛肉品質(zhì)的影響

李 俠，錢書意,2，楊方威，孫 圳，尚 柯，張春暉

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低壓靜電場下不同隔距凍結(jié)-解凍對牛肉品質(zhì)的影響

李 俠1，錢書意1,2，楊方威1，孫 圳1，尚 柯1，張春暉1※

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點實驗室，北京 100193；2. 天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134）

為研究低壓靜電場（low voltage electrostatic field，LVEF）輔助凍結(jié)-解凍對牛肉品質(zhì)的影響，采用牛背最長肌作為試驗材料，探究與靜電場發(fā)生板隔距分別為15、30、45、60 cm處（試驗組，凍結(jié)溫度為-18 ℃，解凍溫度為4 ℃）和自然凍結(jié)-解凍（未施加靜電場，對照組，條件同上）肉樣凍結(jié)-解凍過程中的品質(zhì)變化。對比分析了溫度曲線、色澤、解凍汁液流失、汁液中蛋白含量、蒸煮損失及質(zhì)構(gòu)特性等指標(biāo)變化，顯微觀察肌肉纖維組織中的冰晶形態(tài)和肌肉微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：與對照相比，試驗組牛肉在凍結(jié)過程中通過最大冰晶生成帶時間較短，組織中的冰晶較對照組體積小、數(shù)目多、分布均勻；肉樣解凍速度較快，解凍后肉色更新鮮，咀嚼性、嫩度較高，解凍汁液流失率、汁液中蛋白含量及蒸煮損失率均顯著降低（<0.05）；掃描、透射電鏡結(jié)果表明，試驗組肉樣解凍后肌肉微觀結(jié)構(gòu)遭破壞程度較輕，肌纖維束排列相對緊密。其中，與靜電板隔距為30 cm處凍結(jié)-解凍的肉樣亮度值、紅度值和色彩飽和度值分別為39.47、21.77和23.71，顯著高于對照組的31.74、17.76和20.73（<0.05）；解凍汁液流失率、蒸煮損失率及解凍汁液中蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)較對照分別降低4.18、8.28、0.7個百分點，咀嚼性增加32.68 N，差異顯著（<0.05）。試驗結(jié)果表明低壓靜電場輔助能顯著緩解牛肉在凍結(jié)和解凍過程中的品質(zhì)劣變，提高解凍牛肉品質(zhì)，肉樣在與靜電板隔距為30 cm處凍結(jié)-解凍較為適宜。

電場；農(nóng)產(chǎn)品；品質(zhì)控制；低壓靜電場；隔距；凍結(jié)解凍；牛肉

0 引 言

牛肉中含有豐富的蛋白質(zhì)和人體必需氨基酸，脂肪含量低、味道鮮美，深受消費者喜愛，國內(nèi)肉品中牛肉的人均消費量僅次于豬肉。凍藏作為牛肉最重要的貯藏方式，可以有效抑制微生物生長繁殖和細(xì)胞內(nèi)酶活性，延長貨架期[1]。但凍藏牛肉往往在解凍后出現(xiàn)嚴(yán)重的汁液流失和品質(zhì)劣變現(xiàn)象，造成一定經(jīng)濟損失[2]。近年來，研發(fā)提高冷凍肉與解凍肉品質(zhì)和產(chǎn)品效益的新型凍結(jié)與解凍工藝一直是肉品科學(xué)領(lǐng)域的一大熱點，涌現(xiàn)出了諸多新型輔助方法，如高壓輔助凍結(jié)-解凍、磁場輔助凍結(jié)-解凍和微波輔助凍結(jié)-解凍等[3-4]。與以上方法相比，靜電場輔助凍結(jié)-解凍技術(shù)具有效率高、設(shè)備成本低、操作簡單等優(yōu)勢。目前，國內(nèi)靜電場技術(shù)應(yīng)用的研究主要集中于水果和蔬菜的保鮮[5-6]。近期也有研究發(fā)現(xiàn)高壓靜電場輔助解凍可對豬肉嫩度及其相關(guān)食用品質(zhì)產(chǎn)生有益效 果[7]。孫芳等[8]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)解凍相比，高壓靜電場解凍技術(shù)可以縮短凍結(jié)牛肉的解凍時間，顯著減少解凍過程中肉汁損失，同時牛肉色澤鮮紅且亮度較好。然而，高壓靜電場的輸出電壓較高，安全性較差，具有明顯的局限性，無法應(yīng)用于大規(guī)模的肉品凍結(jié)與解凍。低壓靜電場輸出電壓一般不超過2 500 V，電流不超過0.2 mA，可在空間內(nèi)形成負(fù)離子環(huán)境，亦能起到抑制微生物效果，達到食品保鮮目的，具有安全性高、設(shè)備要求低、節(jié)能環(huán)保等特點。

低壓靜電場作為一種新型非熱技術(shù)，已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注，在肉品的凍結(jié)與解凍技術(shù)革新上提供了新的思路。然而，低壓靜電場在食品貯藏保鮮方面的應(yīng)用仍屬于初始階段，其在肉品凍結(jié)-解凍技術(shù)方面的應(yīng)用也鮮有報道。近期有研究發(fā)現(xiàn)豬肉置于低壓靜電場環(huán)境下凍結(jié)-解凍可有效降低解凍汁液流失并提高嫩度[9]，但與靜電發(fā)生板的隔距不同，將暴露在不同的電場強度下，肉品的保鮮效果當(dāng)有所區(qū)別。因此，為開發(fā)一套較為完善的低壓靜電場輔助牛肉凍結(jié)-解凍技術(shù)，本文研究了電壓強度為2 500 V的靜電場條件下與靜電發(fā)生板不同隔距處凍結(jié)-解凍對牛肉品質(zhì)的影響，為低壓靜電場技術(shù)輔助肉品凍結(jié)-解凍的工藝設(shè)計提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料

原料肉為北京御香苑畜牧有限公司提供的經(jīng)檢疫合格、質(zhì)量約為400 kg的2歲齡草原黃牛背最長?。˙ovine）。牛屠宰后在一定的溫度（0～4 ℃）、相對濕度（90%）和循環(huán)冷風(fēng)（風(fēng)速2 m/s）的外部環(huán)境條件下吊掛風(fēng)冷排酸48 h，從8頭情況相近的公牛胴體中分別取2塊背最長肌，共16塊肉樣，每塊長寬高約為5 cm× 4 cm×4 cm，運回實驗室后4 ℃冷藏并進行后續(xù)試驗。

1.2 主要設(shè)備與儀器

BSA2202S電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司）；TESTO735型溫度儀（德國德圖儀器有限公司）；CR-400色差儀（日本柯尼卡美能達公司）；BCDW-228冰箱（青島海爾股份有限公司）；DW-86L386型Haier立式超低溫保存箱（青島海爾特種電器有限公司）；TA-XT2i 質(zhì)構(gòu)分析儀（英國Stable Micro System公司）；Eiko IB.5型離子濺射噴金儀（日本Hitachi公司）；Quanta200FEG場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡（日本日立公司）；H-7500透射電子顯微鏡（日本日立公司）；DENBA+鮮度保持電場裝置（日本AGUA商事株式會社，尺寸為125 mm×175 mm× 100 mm）等。

1.3 樣品凍結(jié)與解凍

本試驗所采用的靜電場裝置由靜電場發(fā)生裝置（AC220V，50/60Hz）和放電板（140 mm×120 mm）組成，放電板在冷藏庫（-20～-18℃）內(nèi)產(chǎn)生低壓靜電場，形成負(fù)離子環(huán)境，物料不與放電板直接接觸（放電板垂直放置，肉樣與放電板平行）。靜電場發(fā)生裝置輸出電壓為2 500 V、電流0.2 mA，即為低壓靜電場（low voltage electrostatic field，LVEF）。利用MaxWell電磁場模擬軟件，模擬靜電場的電場線和電場強度，見圖1。

選取15塊肉樣隨機分為5組，自然凍結(jié)-解凍（未施加靜電場）的牛肉為對照組，靜電場環(huán)境下凍結(jié)-解凍的牛肉為試驗組，試驗組牛肉與靜電場發(fā)生板的隔距分別為15、30、45、60 cm。用透明聚乙烯膜包裝后在–18 ℃速凍庫中進行凍結(jié)試驗，將溫度儀傳感器插入肉樣幾何中心記錄中心溫度。當(dāng)肉樣中心溫度降至–18 ℃時，取出肉樣放置于4℃冰箱中進行解凍試驗，當(dāng)肉樣中心溫度達到1～4 ℃時認(rèn)為肉樣解凍完全。試驗組肉樣的凍結(jié)與解凍過程均在低壓靜電場環(huán)境下進行。

1.4 指標(biāo)測定

1.4.1 凍結(jié)-解凍曲線

樣品凍結(jié)-解凍過程中，將TESTO溫度儀插入肉樣幾何中心記錄其中心溫度，每隔1 min記錄一次溫度值，繪制凍結(jié)-解凍曲線。

1.4.2 色差的測定

用CR-400型便捷式色差儀直接測定樣品表面的亮度值*、紅度值*、黃度值*。色差計在使用前用白板進行校準(zhǔn)。每一試樣平行測定5次（選取方形肉樣四角處及肉樣幾何中心處）并計算色彩飽和度值（chroma）值。值計算公式如下：

1.4.3 解凍汁液流失率及流失汁液中蛋白含量的測定

參考Honikel[10]的方法，準(zhǔn)確稱量解凍前后肉塊的質(zhì)量，計算汁液流失率。并用微量凱氏定氮儀測定流失汁液中的蛋白含量。解凍汁液流失率計算如下：

1.4.4 肌肉蒸煮損失的測定

參考Honikel[10]的方法，稱取并記錄肉樣的質(zhì)量，將其置于聚乙烯袋中于80 ℃水浴30 min后用20 ℃流動水冷卻，吸水紙吸干肉樣表面水分后稱其質(zhì)量。蒸煮損失計算如下：

1.4.5 質(zhì)構(gòu)特性測定（texture profile analysis，TPA）

將解凍完成的肉樣用直徑2 cm的取樣器于幾何中心處沿著平行纖維方向取2 cm高的圓柱形，并用TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀進行測定，以二次壓縮模式進行質(zhì)地剖面分析，每個處理的樣品平行測定3次，結(jié)果取3次測定的平均值。選取的4個分析指標(biāo)為硬度、彈性、黏聚性和咀嚼性。測定參數(shù)：探頭P35；側(cè)前速率2.0 mm/s；測中速率1.0 mm/s；測后速率5.0 mm/s；壓縮比40%；探頭2次測定間隔時間5.00 s；觸發(fā)類型為自動。

1.4.6 剪切力的測定

將解凍完成的肉樣用直徑1.5 cm的取樣器平行于纖維方向取2.0 cm高的圓柱形，采用TA-XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀測定肉樣剪切力，測定參數(shù)為：測前速度5.0 mm/s，測中速度1.0 mm/s，測后速度5.0 mm/s，進刀距離25 mm，探頭型號為HDP/BSW。每個處理的樣品平行測定5次，結(jié)果取5次測定平均值。

1.4.7 肌肉組織中冰晶形態(tài)觀察

參照蘇光明等[11]的方法。每個凍結(jié)處理切3個長方體小塊（5 mm×4 mm×4 mm），用Carnoy溶液固定，4 ℃下靜置20 h后用無水乙醇脫水。取出樣品瀝干，浸沒于正丁醇靜置2 h（重復(fù)2次），再將樣品用正丁醇浸沒靜置12 h。將脫水后的樣品浸沒于甲苯中靜置30 min（重復(fù)3次），瀝干浸沒于57 ℃的熔融石蠟，靜置1 h（重復(fù)3次）。將樣品放置于定型模具中用熔融的石蠟固定，冷卻至室溫（20 ℃）。樣品切片水平放置于載玻片上，浸于甲苯溶液10 min，取出后瀝干再浸沒于無水乙醇10 min，再將載玻片浸沒于50%乙醇溶液中并靜置10 min，最后于蒸餾水中靜置10 min完成再水化。置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的亮藍水溶液染色3 min，取出并浸沒于無水乙醇清洗10 min，再用甲苯浸沒10 min。滴加適量封固劑至載玻片上的樣品處，并用蓋玻片覆蓋密封，待顯微分析。

1.4.8 掃描電鏡（scanning electron micrograph，SEM）觀察肌肉微觀結(jié)構(gòu)

參照Palka和Daun的方法[12]。將待測樣品切成3個長方體小塊（2 mm×2 mm×5 mm），用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的戊二醛溶液固定24 h，并用0.1 mol/L的磷酸鹽緩沖液（pH值7.3）沖洗后，室溫（27~28℃）放置2 h。用蒸餾水沖洗樣品，采用不同體積分?jǐn)?shù)（25%、50%、70%、95%及100%）的乙醇梯度脫水2次，每次1 h。脫水后的樣品在液氮中冷凍斷裂后放入超臨界CO2干燥儀，將樣品觀察面向上貼在掃描電鏡樣品臺上，用Eiko IB5型離子濺射鍍膜儀濺射噴金，用Quanta 200 FEG場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡（加速電壓20 kV）觀察并照相（放大倍數(shù)500）。

1.4.9 透射電鏡（transimission electron microscrope，TEM）觀察肌肉超微結(jié)構(gòu)

參考Prates等[13]的方法并稍作修改。將待測樣品切成3個長方體小塊（4 mm×4 mm×2 mm），立即放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的戊二醛固定液中進行前固定，用0.1 mol/L的磷酸緩沖液（pH值7.4）沖洗，然后在通風(fēng)櫥中用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的四氧化鋨進行后固定，再次用磷酸緩沖液沖洗，并用體積分?jǐn)?shù)分別為30%，50%，70%，80%，90%，95%及100%的乙醇進行梯度脫水，再利用無水丙酮置換3次，每次放置7～15 min。脫水后用619#包埋劑進行包埋，包埋后的樣品用萊卡UC6型超薄切片機切片，醋酸鈾-檸檬酸鉛進行雙染色，最后用H-7 500型透射電鏡觀察拍照（放大倍數(shù)40 000×）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

本試驗中采用Microsoft Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)，指標(biāo)測定為3次平行測定結(jié)果，表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，利用IBM SPSS Statistics 19統(tǒng)計分析軟件進行Duncan法多重比較及顯著性分析（<0.05）；分析圖采用Microsoft Excel 2007軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 低壓靜電場對牛肉凍結(jié)-解凍速率的影響

肉樣凍結(jié)和解凍采用的溫度分別為–18 ℃和4 ℃。為研究低壓靜電場對牛肉凍結(jié)-解凍過程的影響，對不同處理肉樣熱中心的溫度變化進行比較。圖2a、2b分別為對照組與試驗組的凍結(jié)和解凍曲線。

從圖2a可以看出，對照組與試驗組凍結(jié)過程的溫度曲線趨勢大體相同，溫度降低速度經(jīng)過急劇、平緩、快速3個階段。溫度曲線中出現(xiàn)的平緩階段，是由于此時試樣內(nèi)部水分凍結(jié)形成冰晶體、放出相變熱，溫度下降速度減緩，這段溫度范圍被稱為最大冰晶生成帶[14]。處理組LVEF15、LVEF30、LVEF45、LVEF60通過最大冰晶生成帶分別歷時175、100、180、210 min，而對照組通過最大冰晶生成帶歷時290 min?？梢钥闯觯?組處理試樣都不同程度縮短了肉樣凍結(jié)時通過最大冰晶生成帶所用時間，說明靜電場影響了肉樣凍結(jié)過程中水分的相變過程。其中LVEF30歷時最短，較對照縮短66%。認(rèn)定整個凍結(jié)過程是從6 ℃開始降溫，樣品中心溫度達到–18 ℃結(jié)束。處理組LVEF15、LVEF30、LVEF45、LVEF60所需凍結(jié)時間分別為845、630、660、865 min，而對照組所需凍結(jié)時間為1 535 min，靜電場下樣品所需凍結(jié)時間與對照組相比明顯縮短，LVEF30的冷凍速度最快。本試驗中，當(dāng)肉樣中心溫度達到1 ℃時認(rèn)為肉樣解凍完全，由圖2b可見，試驗組LVEF15、LVEF30、LVEF45、LVEF60所需解凍時間分別為1180、800、865、1130 min，而對照組所需解凍時間為1370 min。靜電場條件下明顯縮短了解凍時間，LVEF30解凍至1 ℃所需時間最短。低壓靜電場下，肉塊凍結(jié)速度快，生長的冰晶體積小，解凍時更容易過渡到水分子的狀態(tài)。此外，亦有研究認(rèn)為肉樣在靜電場環(huán)境下解凍可加速冰層結(jié)構(gòu)中氫鍵的斷裂，解凍速度加快[7]。與放電板隔距為30 cm處電場強度可有效提高肉塊凍結(jié)-解凍效率。

注：CK：對照組；LVEF15：距靜電場發(fā)生板15 cm處樣品；LVEF30：距靜電場發(fā)生板30 cm處樣品；LVEF45：距靜電場發(fā)生板45 cm處樣品；LVEF60：距靜電場發(fā)生板60 cm處樣品，下同。

2.2 低壓靜電場凍結(jié)對牛肉組織中冰晶形態(tài)的影響

冰晶以針狀形態(tài)存于肌肉纖維組織之間，牛肉在不同條件下凍結(jié)后冰晶形態(tài)如圖3所示。由圖3可見，新鮮牛肉的肌纖維組織結(jié)構(gòu)均勻、致密，肌纖維之間空隙很小。肌肉在凍結(jié)過程中組織內(nèi)水結(jié)晶，體積增大，冰晶的生長導(dǎo)致肌肉組織受到破壞。對照組形成的冰晶體積大、數(shù)量少，在肌肉組織內(nèi)分布混亂。而試驗組生成的冰晶形狀較小、數(shù)量多且分布均勻。對照組與試驗組肌肉纖維組織遭到冰晶破壞的程度不同：對照組牛肉肌纖維出現(xiàn)明顯斷裂、受到嚴(yán)重機械損傷；試驗組牛肉肌纖維組織結(jié)構(gòu)維持較好，受到冰晶影響較小。其中LVEF30肌纖維組織結(jié)構(gòu)維持較好，肌纖維遭冰晶破壞程度較小。這是由于與放電板隔距為30 cm肉樣凍結(jié)速率較快，形成的冰晶體積小、分布均勻。

2.3 低壓靜電場對牛肉色澤的影響

牛肉色澤在正常范圍內(nèi)的變化不會對其營養(yǎng)價值和風(fēng)味產(chǎn)生太大影響，但是作為肉類感官品質(zhì)的重要指標(biāo)，色澤的優(yōu)劣很大程度上影響消費者的喜好。肉色的值、值分別代表肉樣的亮度值、紅度值。值越大說明肉光澤度越好，而值越高說明肉色澤越好，肉樣越新鮮。（chroma）值代表肉樣顏色飽和度，該值越大代表肉樣色澤越鮮艷[15]。

由圖4可見，與新鮮肉樣相比，經(jīng)過凍結(jié)處理肉樣的*值、*值及值均有不同程度下降。對照組在凍結(jié)后的*值、*值和C值分別為34.28、18.81和21.32，顯著低于新鮮肉樣的39.99、22.29和25.30（<0.05）。而低壓靜電場條件下凍結(jié)的試驗組則較好的維持了肉樣的色澤，其中LVEF30試驗組效果最為明顯：LVEF30試驗組在凍結(jié)后的*值、*值和值分別為37.67、22.87和25.53，顯著高于對照組（<0.05），且與新鮮肉樣相比無顯著差異（>0.05）。肉樣在解凍后由于失水過多，與新鮮肉樣相比*值出現(xiàn)明顯降低。此外，肉樣與空氣接觸時間過久，肌紅蛋白氧化率提高使得*值和值降低。與對照相比，解凍后的試驗組牛肉色澤新鮮程度較高，試驗組LVEF30在解凍后的*值、*值和值分別為39.47、21.77和23.71，顯著高于對照組的31.74、17.76和20.73（<0.05）。

注：不同字母代表差異顯著P<0.05，下同。

2.4 低壓靜電場對牛肉解凍汁液流失、蒸煮損失的影響

肌肉在冷凍后水分結(jié)晶體積增大致使肌細(xì)胞膜破裂，解凍時出現(xiàn)汁液流失，大量可溶性蛋白隨汁液流失，導(dǎo)致肉樣的營養(yǎng)價值出現(xiàn)嚴(yán)重下降[16]。解凍汁液流失率和蒸煮損失是反映肉樣保水性的重要依據(jù)。與對照組相比，試驗組LVEF15、LVEF30、LVEF45和LVEF60的解凍汁液流失率分別為5.44%、4.19%、4.24%和5.19%，顯著低于對照組的8.37%（<0.05）；流失汁液中的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10.29%、9.91%、9.21%和10.26%，顯著低于對照組的10.61%；蒸煮損失分別為22.70%、20.02%、21.53%和22.10%，均顯著低于對照組的28.30%（<0.05）（見表1）。這表明，靜電場輔助凍結(jié)-解凍牛肉有效改善了牛肉的保水性，并顯著降低牛肉在解凍后的營養(yǎng)流失。其中LVEF30的解凍汁液流失率、蒸煮損失率及解凍汁液中蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)與對照相比分別降低了4.18、8.28、0.7個百分點，肉樣保水性在試驗組里最好。此前試驗結(jié)果表明，LVEF30肉樣的肌纖維在凍結(jié)過程中受到冰晶的破壞程度最小，解凍時較好的抑制了汁液流失。

表1 不同凍結(jié)-解凍處理對汁液流失及蒸煮損失的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同一列中a、b、c、d 等字母表示不同處理間存在顯著差異（<0.05），下同。

Note: The data in the table and figure are the average value ± the standard deviation, a, b, c, d, and so on in the same column, express that there are significant differences between different treatment groups (<0.05), the same as below.

2.5 低壓靜電場對牛肉質(zhì)構(gòu)特性的影響

質(zhì)地多面剖析法能夠全面反映肉及肉制品硬度、黏聚性、彈性、膠粘性、咀嚼性和回彈性等質(zhì)構(gòu)特性[17-19]。本試驗中，對新鮮肉樣以及不同條件下凍結(jié)-解凍牛肉的質(zhì)構(gòu)特性和剪切力進行分析（表2），結(jié)果顯示，肉樣在解凍后與新鮮肉樣相比彈性、硬度、黏聚性和咀嚼性均有減小。與對照組相比：試驗組LVEF15、LVEF30、LVEF45和LVEF60牛肉的彈性分別為637.70、592.47、589.19和612.60 N，均顯著大于對照組的460.75 N（<0.05）；試驗組LVEF30和LVEF45的牛肉硬度分別為215.40和252.57 N，顯著小于對照組的332.76 N（<0.05）；試驗組（LVEF60除外）的黏聚性與對照組無顯著差異（>0.05）。咀嚼性是肉樣硬度、彈性及黏聚性的綜合體現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)值越大對應(yīng)的口感越好[20]。試驗組LVEF15和LVEF30肉樣的咀嚼性分別為139.29和145.88 N，顯著優(yōu)于對照組的113.20 N（< 0.05）。肉樣的剪切力能夠反映其嫩度，剪切力越小對應(yīng)的肉樣嫩度越好。試驗組LVEF15、LVEF30、LVEF45和LVEF60肉樣的剪切力分別為5.13、5.17、5.84 N和5.67 N，均顯著小于對照組的7.39 N（<0.05）。這表明，靜電場輔助凍結(jié)-解凍能夠顯著改善解凍牛肉的質(zhì)構(gòu)特性，其中試驗組LVEF30牛肉的質(zhì)構(gòu)特性表現(xiàn)較好。

表2 不同凍結(jié)-解凍處理對牛肉質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.6 低壓靜電場對牛肉肌原纖維微觀結(jié)構(gòu)的影響

掃描電鏡觀察到的是肌纖維束的橫截面，對新鮮以及不同條件下凍結(jié)-解凍的牛肉分別進行掃描電鏡觀察，分析肌纖維束和肌束膜的完整性以及肌纖維束間空隙等指標(biāo)，所得結(jié)果見圖5a（放大500倍進行拍照）。由圖5a可見，新鮮牛肉的肌纖維束和肌束膜結(jié)構(gòu)完整，肌纖維束排列緊密、肌束縫隙小。而解凍后的牛肉肌纖維的完整性喪失，肌纖維束排列疏松、肌束間隙大，肌束膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生破裂。對照組的牛肉肌纖維嚴(yán)重變形，某些區(qū)域甚至呈空洞狀。與對照組相比，試驗組的肌肉微觀結(jié)構(gòu)相對完整、肌纖維束排列較為緊密且縫隙較小、肌束膜遭破壞的程度也較輕。其中試驗組LVEF15和LVEF30肉樣在解凍后較為有效維持了肌纖維束和肌束膜的結(jié)構(gòu)，肌纖維束間的縫隙也無明顯擴大。肌肉中的肌束膜具有彈性，能夠起到維持肌肉組織完整性和肌纖維束的致密排列作用。肌束膜遭到破壞會導(dǎo)致肌纖維束間縫隙加大，水分更加容易滲出，肌肉的保水性下降，出現(xiàn)嚴(yán)重的汁液流失。

透射電鏡觀察的是肌纖維束的縱截面，對新鮮牛肉以及不同條件下凍結(jié)-解凍的牛肉分別進行透射電鏡觀察，所得結(jié)果見圖5b（放大倍數(shù)40 000×）。圖5b可見，新鮮肉樣肌原纖維結(jié)構(gòu)完整，肌纖維束排列緊密，A帶、I帶清晰可辨，Z線、M線明顯且完整。解凍后的對照組肉樣Z線斷裂，M線模糊，A帶和I帶被嚴(yán)重破壞。靜電場輔助凍結(jié)-解凍的試驗組如LVEF15及LVEF30肉樣Z線、M線保持相對完整，A帶和I帶依舊清晰可辨。這說明靜電場輔助凍結(jié)解凍有效維持了牛肉的肌纖維組織結(jié)構(gòu)完整性。陳韜通過研究肌肉組織變化與持水性的關(guān)系發(fā)現(xiàn)肌原纖維的完整性與肌肉的保水特性存在顯著相關(guān)性[21]。同時，肌纖維束完整和致密的組織結(jié)構(gòu)破壞會導(dǎo)致肉樣的彈性、咀嚼性降低。靜電場輔助凍結(jié)-解凍的肉樣肌纖維束結(jié)構(gòu)更加完整、致密，這也驗證了其汁液流失率低和質(zhì)構(gòu)特性維持較好的研究結(jié)果。

3 討 論

牛肉在凍結(jié)-解凍過程中會出現(xiàn)品質(zhì)劣變，現(xiàn)存的很多肉品凍結(jié)和解凍方法存在許多缺陷：如設(shè)備投資成本高、操作安全性差、解凍損失嚴(yán)重等。本文采用低壓靜電場來輔助牛肉凍結(jié)和解凍過程，通過試驗驗證，該法較自然凍結(jié)-解凍對肉品質(zhì)影響小。靜電場輔助凍結(jié)-解凍的牛肉色澤較為新鮮，分析原因有二：一是因為試驗組牛肉解凍汁液流失少，肉樣表面含水率高，提高了光線折射率而使其表面亮度上升；二是靜電場環(huán)境下能夠產(chǎn)生臭氧附著在牛肉表面，氧與肌紅蛋白結(jié)合生成鮮紅色的氧合肌紅蛋白，氧合肌紅蛋白含量的上升會提高肉樣紅度[22]。Jin等[23]研究發(fā)現(xiàn)施加靜電場的生理鹽水凍結(jié)速度快、通過最大冰晶生成帶時間短，生長出的冰晶體積小且分布均勻。Kaale等[24]也曾報道冰晶在生長過程中施加電場能夠起到抑制冰晶生長效果。靜電場凍結(jié)主要是基于電場誘導(dǎo)過冷水的結(jié)晶成核，在外電場的作用下，沿電場方向的水分子比其他方向的水分子需要克服的位能束縛小，容易克服液固界面阻力，形成冰核的概率最大，而電場中其他方向的水分子形成冰核都會受到抑 制[25-26]。本試驗中，靜電場輔助凍結(jié)的牛肉凍結(jié)所需時間短，通過最大冰晶生成帶速度快，觀察到牛肉肌肉組織中形成的冰晶小、數(shù)量多且分布均勻，這與Jin等的研究結(jié)果類似。Xanthakis等[27]研究發(fā)現(xiàn)高壓靜電場輔助豬肉凍結(jié)過程中大冰晶的生長被限制，豬肉微觀結(jié)構(gòu)的破壞程度顯著降低。本試驗通過掃描和透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)靜電場輔助凍結(jié)下的牛肉較為完整維持了肌肉的肌纖維組織結(jié)構(gòu)，肌肉微觀結(jié)構(gòu)較對照組受破壞程度小。牛肉解凍時，隨著冰晶的融化，細(xì)胞內(nèi)的親水膠質(zhì)體吸收水分，水分逐漸向細(xì)胞內(nèi)擴散和滲透[28]。He等[29]研究發(fā)現(xiàn)高壓靜電場能顯著縮短冷凍肉的解凍時間。馮晚平等[30]曾報道，若冷凍肉解凍時間過長，肉表面的微生物則會大量繁殖，同時氧化作用導(dǎo)致腐敗現(xiàn)象，肉質(zhì)嫩度受到嚴(yán)重影響。本試驗中，靜電場環(huán)境下凍結(jié)牛肉的解凍速度明顯高于自然解凍，解凍后牛肉的汁液流失顯著降低（<0.05）。Hughes等[31]發(fā)現(xiàn)細(xì)胞間隙中的水分對肌肉嫩度有重要影響，肌肉的持水能力越高，嫩度越好。本試驗中，試驗組牛肉的汁液流失及蒸煮損失較對照組小，說明其持水能力更好，而牛肉質(zhì)構(gòu)特性研究結(jié)果表明，試驗組牛肉剪切力顯著小于對照組（<0.05），說明試驗組牛肉的嫩度優(yōu)于對照組，與Hughes等的研究結(jié)果一致。

牛肉凍結(jié)過程中，LVEF30試樣凍結(jié)速率高于對照和其余試驗組。牛肉的凍結(jié)速率越高，生成的冰晶形狀較小、分布均勻，LVEF30組試樣肌纖維遭冰晶破壞程度較小。而牛肉在凍結(jié)過程中冰晶的形成致使肌細(xì)胞膜破裂，解凍出現(xiàn)汁液流失，大量可溶性蛋白隨汁液流失，這解釋了LVEF30的解凍汁液流失率、蒸煮損失率及解凍汁液中蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于其余試驗組的試驗結(jié)果。SEM結(jié)果表明LVEF30試樣解凍后肌纖維束和肌束膜的結(jié)構(gòu)得到更為有效維持，肌纖維束間隙較其余試驗組相比小，質(zhì)構(gòu)特性表現(xiàn)較好。

4 結(jié) 論

牛肉在經(jīng)過凍結(jié)-解凍品質(zhì)出現(xiàn)劣變，不同的凍結(jié)和解凍方法會對牛肉品質(zhì)造成不同程度影響。本研究中使用靜電場輔助牛肉的凍結(jié)-解凍過程，與自然凍結(jié)-解凍相比，可有效減緩牛肉凍結(jié)-解凍過程中的品質(zhì)劣變，改善解凍牛肉的品質(zhì)：

1）低壓靜電場下牛肉的凍結(jié)-解凍效率得到顯著提高（<0.05），凍結(jié)過程中生長的冰晶體積小且在肌肉組織內(nèi)分布均勻，對肌肉組織破壞程度輕，肉樣肌纖維束結(jié)構(gòu)更加完整、致密。

2）解凍后牛肉的持水性得到改善，營養(yǎng)損失降低。其中與靜電板隔距為30 cm處凍結(jié)-解凍，解凍汁液流失率、蒸煮損失率及解凍汁液中蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)與自然凍結(jié)-解凍相比分別降低了4.18、8.28、0.7個百分點，差異顯著（<0.05）。

3）解凍牛肉色澤與質(zhì)構(gòu)特性得到有效維持。與靜電板隔距為30 cm處凍結(jié)-解凍肉樣*值、*值和值分別為39.47、21.77和22.25，顯著高于自然凍結(jié)-解凍的31.74、17.76和20.73（<0.05）；彈性、黏聚性、咀嚼性及嫩度均顯著高于自然凍結(jié)-解凍肉樣（<0.05）。

4）與靜電板隔距為30 cm處凍結(jié)-解凍的肉樣較其他試驗組相比色澤更為鮮艷、質(zhì)構(gòu)特性與保水性表現(xiàn)更好，肉樣置于與靜電板隔距為30 cm處凍結(jié)-解凍較為適宜。

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Effects of different gauges under low voltage electrostatic field assisting thawing-freezing on beef quality

Li Xia1, Qian Shuyi1,2, Yang Fangwei1, Sun Zhen1, Shang ke1, Zhang Chunhui1※

(1.100193,; 2.300134,)

To research the effect of low voltage electrostatic field (LVEF) assisted freezing-thawing on beef quality, using bovineas experimental materials, the beef quality of samples at the distance of 15, 30, 45 and 60 cm away from the electrostatic field generating plate (test group) and without LVEF treatment (control group) was studied during freezing-thawing process. The test group and the control group had the same freezing temperature of-18 ℃ and thawing temperature of 4 ℃. The indices including freezing-thawing temperature curve, color, thawing loss,protein content of thawing drip, cooking loss,texture profiles were compared and analyzed.Scanning electron micrograph (SEM) and transmission electron microscope (TEM) were used to observe the microstructure of muscle, and the ice crystal morphology in muscle fiber tissue was observed under light microscope. During the process of freezing, the temperature curve showed that LVEF had accelerated the freezing process of beef samples, and the time used in the zone of the maximum ice crystal formation was shorter compared to the control group. Accordingly, the ice crystals in muscle fiber tissue were smaller and uniformly distributed under LVEF. From the thawing temperature curve, it was found that the thawing speed of treatment group was faster. After the process of thawing, several indices were determined. The result showed that LVEF could significantly increase lightness (*) value, redness (*) value, chroma () value, tenderness and chewiness (<0.05). In addition, cooking loss, thawing loss and protein content of thawing drip were significantly decreased by LVEF (<0.05). SEM and TEM showed that the muscle microstructures of control group and treatment group were both damaged after freezing-thawing process. The microstructure of muscle fiber bundles of control group was damaged more seriously, and more muscle fiber bundles were torn and a visibly larger gap was exhibited between muscle fibers, while the muscle microstructure of treatment sample was less damaged and the fiber bundles were relatively tight.Particularly, the samples at the distance of 30 cm away from the electrostatic field generating plate (LVEF30) required the shortest time to finish the process of freezing and thawing, and the time used in the zone of the maximum ice crystal formation was only 290 min, which was shortened by 66% compared with the control group. LVEF30 formed the smallest and most uniform ice crystals,and the muscle fiber tissue was less damaged by ice crystals. SEM showed that LVEF30 maintained the structure of muscle fibers and perimysium effectively, and the gap between muscle fibers had no obvious expansion. TEM showed that Z-disc and M-disc remained relatively intact and A-band and I-band were still clear and legible, which indicated that LVEF30 maintained the integrity of the myofibrillar structure effectively. The* value,* value andvalue of LVEF30 were 39.47, 21.77 and 23.71 respectively, which were significantly higher than 31.74, 17.76 and 20.73 of the control group (<0.05), and had no significant differences with the fresh meat (>0.05).Thawing loss, protein contentof thawing drip and cooking loss of LVEF30 were reduced 4.18, 8.28 and 0.7 percent points, respectively, compared to the control group, and the difference was also significant (<0.05). The experimental results show that LVEF is able to alleviate the deterioration of beef quality during the freezing-thawing process and improve the quality of the thawed beef significantly, and the most suitable gauge for treatment group is 30 cm.

electric field; agricultural products; quality control; low voltage electrostatic field; gauge; freezing-thawing; beef

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.037

TS251.1

A

1002-6819(2017)-08-0278-08

2016-10-18

2017-03-30

國家自然科學(xué)基金項目（31371797）；新疆民族特色食品產(chǎn)業(yè)升級技術(shù)研究與示范項目（2016A01001）

李 俠，女，內(nèi)蒙古人，助理研究員，研究方向為肉品科學(xué)。北京 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點實驗室，100193。Email：lixia5299@163.com

張春暉，男，河南固始人，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向為肉品科學(xué)。北京 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點實驗室，100193。Email：dr_zch@163.com

李 俠，錢書意，楊方威，孫 圳，尚 柯，張春暉.低壓靜電場下不同隔距凍結(jié)-解凍對牛肉品質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(8)：278－285. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.037 http://www.tcsae.org

Li Xia, Qian Shuyi, Yang Fangwei, Sun Zhen, Shang Ke, Zhang Chunhui.Effects of different gauges under low voltage electrostatic field assisting thawing-freezing on beef quality[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(8): 278－285. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.037 http://www.tcsae.org