無線電波加熱提高狹鱈魚糜的解凍效率

胡曉亮，王錫昌，李玉林，沈建

（1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092）（2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306）

魚糜是原料魚經(jīng)過采肉、漂洗、精濾、脫水、分裝和凍結(jié)等工序制得的一種水產(chǎn)調(diào)理食品[1]。冷凍魚糜可用于大規(guī)模工業(yè)化食品制造，同時(shí)又能滿足餐飲、家庭式手工菜肴制作，是水產(chǎn)品深加工的重要原料[2]。凍藏的魚糜需解凍后，再進(jìn)入后續(xù)的加工和零售環(huán)節(jié)，如何快速解凍生產(chǎn)原料并保持其品質(zhì)不僅是魚糜生產(chǎn)加工的一大難題，同時(shí)也是食品加工領(lǐng)域迫切需要提高的技術(shù)[3]。

空氣解凍是最常用的魚糜解凍方法，通過空氣同魚糜的直接接觸將熱量傳遞到魚糜表面以及內(nèi)部，從而達(dá)到解凍的目的。這種方法成本低，適用性廣，但是耗時(shí)比較長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致與空氣直接接觸部位的魚糜失水、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化以及表面微生物繁殖[4,5]。流水解凍雖比空氣解凍快，但依然會(huì)導(dǎo)致魚糜中水溶性營養(yǎng)物質(zhì)的流失[6]。目前在研的解凍新技術(shù)包括：微波解凍、無線電波解凍、射流沖擊解凍和歐姆加熱解凍等[7]。其中微波和無線電波解凍，統(tǒng)稱介電解凍，因其獨(dú)特的整體加熱方式被認(rèn)為是最具潛力的解凍技術(shù)[8～10]。

無線電波是一種頻率范圍在1 MHz到300 MHz之間的電磁波，產(chǎn)生的高頻交變電磁場(chǎng)能激發(fā)食品內(nèi)部的離子振動(dòng)以及水分子極性轉(zhuǎn)動(dòng)從而導(dǎo)致食品整體性被加熱[11]。此外，無線電波所攜帶能量較低，所以只具有加熱效應(yīng)，不具有電離食品內(nèi)的分子結(jié)構(gòu)等所帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)[12]。國外很早就開始應(yīng)用無線電波加熱技術(shù)來解凍食品，而國內(nèi)有關(guān)無線電波解凍的相關(guān)研究較少。

Cathcart等[13]利用頻率為14～17 MHz，功率為3 kW的無線電波來解凍鱈魚魚片，無線電波僅加熱10 min就能使鱈魚片的溫度從-17 ℃上升到了9.4 ℃，既節(jié)約時(shí)間又提高了解凍產(chǎn)品質(zhì)量。Jason等[14]比較了不同解凍方式對(duì)冷凍鯡魚和白鮭魚解凍效果影響，同空氣解凍相比，使用36～40 MHz的無線電波解凍能大大縮短解凍時(shí)間，同時(shí)更好地保持了魚的營養(yǎng)成分。Farag等[15]人研究了27.12 MHz無線電波解凍4 kg塊狀冷凍牛肉，初始溫度為-20 ℃的冷凍牛肉在500 W功率的無線電波加熱11 min后可升溫到-3.6 ℃左右，無線電波具有更高的解凍效率，能量消耗更低。

本試驗(yàn)以狹鱈魚糜為研究對(duì)象，比較了空氣解凍、流水解凍和無線電波直接加熱和無線電波間歇加熱 4種解凍方式對(duì)冷凍魚糜解凍效率和品質(zhì)的影響，分析了不同解凍方式下狹鱈魚糜的中心溫度、解凍時(shí)間、持水力、白度、魚糜彈性以及微生物等指標(biāo)的變化。獲得一種能快速解凍冷凍魚糜的解凍方式，為后續(xù)冷凍魚糜解凍方式的優(yōu)化提供技術(shù)支持，同時(shí)也為該技術(shù)解凍其他冷凍食品提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

阿拉斯加狹鱈魚糜：2017年6月購于舟山興業(yè)有限公司。魚糜的主要成分見表1。

表1 狹鱈魚糜的主要成分Table 1 The composition of the Pollack surimi

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

光纖溫度傳感器（THERMIC MODEL 2100A），ETO NENKI公司；12RF50型射頻加熱設(shè)備、恒溫恒濕培養(yǎng)箱（YHS-150S），上海姚氏；恒溫水浴箱（HSG-LC-2），上海華琦；分析天平（ML54T/02），梅特勒；均質(zhì)器（VOSHIN-600R），無錫沃信；pH計(jì)（PHSJ-6L），上海雷磁；紅外熱成像分析儀（HW-TI100），山東華網(wǎng)；高速冷凍離心機(jī)（ST16R），美國THERMO公司；物性測(cè)試儀（TA.TOUCH），上海保圣；數(shù)顯白度儀（SBDY-1），上海精密。

1.3 解凍方式

1.3.1 空氣解凍

將-18 ℃冷庫儲(chǔ)藏的狹鱈魚糜去掉包裝后，用切割器將冷凍魚糜按300 mm×200 mm×30 mm的尺寸切成塊放在托盤上。

再按照?qǐng)D1所示的魚糜溫度測(cè)定點(diǎn)，鉆孔插入光纖溫度傳感器，將放有溫度探頭的冷凍魚糜置于18±1 ℃的房間內(nèi)自然解凍，待3個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)顯示的溫度均高于0 ℃，視為完全解凍，檢測(cè)狹鱈魚糜的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)。

圖1 魚糜溫度測(cè)定點(diǎn)示意圖Fig.1 Diagram of temperature measurement point of surimi

1.3.2 流水解凍

將-18 ℃冷庫儲(chǔ)藏的狹鱈魚糜去掉包裝后，用切割器將冷凍魚糜按300 mm×200 mm×30 mm的尺寸切成塊放在托盤上，再按照?qǐng)D1所示的魚糜溫度測(cè)定點(diǎn)，鉆孔插入光纖溫度傳感器，將放有溫度探頭的冷凍魚糜置于16±1 ℃的流水解凍，流速約12 L/min，待3個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)顯示的溫度均高于0 ℃，視為完全解凍，檢測(cè)狹鱈魚糜的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)。

1.3.3 無線電波解凍

將-18 ℃冷庫儲(chǔ)藏的狹鱈魚糜去掉包裝后，用切割器將冷凍魚糜按300 mm×200 mm×30 mm的尺寸切成塊放在托盤上，再按照?qǐng)D1所示的魚糜溫度測(cè)定點(diǎn)，鉆孔插入光纖溫度傳感器，將放有溫度探頭的冷凍魚糜置于射頻加熱設(shè)備對(duì)狹鱈魚糜進(jìn)行解凍試驗(yàn)，無線電波功率為4 kW，電極板間距130 mm，待3個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)顯示的溫度均高于0 ℃，視為完全解凍，停止加熱，檢測(cè)狹鱈魚糜的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)。間歇式加熱采用功率為4 kW，電極板間距130 mm的無線電波加熱180 s后停機(jī)60 s再繼續(xù)加熱直到完全解凍。

1.4 魚糜表面溫度分布的測(cè)量

參照郭潔玉等[16]的方法，使用紅外熱成像分析儀，掃描不同解凍方式處理后的冷凍魚糜，以獲得魚糜表面的溫度分布。

1.5 魚糜中心溫度的測(cè)量

參照Alfaifi等[17]的方法，按照?qǐng)D1所示的魚糜溫度測(cè)定點(diǎn)，鉆孔插入光纖溫度傳感器，記錄空氣解凍、流水解凍和無線電波解凍過程各測(cè)量點(diǎn)的溫度變化，以升溫速率最慢的測(cè)量點(diǎn)的溫度變化值作為記錄值。

1.6 魚糜品質(zhì)測(cè)定

1.6.1 魚糜持水力

參照陳潛等[18]的方法，稱取5 g左右的解凍后的魚糜樣品，稱重記為 M1，用濾紙包裹后放入 10 mL的離心管，設(shè)定4 ℃、轉(zhuǎn)速5000 r/min的條件下離心20 min，稱量離心后的魚糜質(zhì)量記為M2，按照式1計(jì)算魚糜的持水力N，每種解凍方式做3組平行，結(jié)果取平均值。

式中：N為魚糜樣品的持水力，%；M1為離心前魚糜樣品的質(zhì)量，g；M2為離心后魚糜樣品的質(zhì)量，g。

1.6.2 魚糜彈性

參照歐陽杰等[19]的方法，將解凍后的魚糜樣品切割成10 mm×10 mm×10 mm的小塊，用物性測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量，使用直徑5 mm的圓形測(cè)試探頭，設(shè)定探頭最大下壓距離為5 mm，探頭下降速率為2.0 mm/s，記錄探頭下壓過程中樣品的反作用力數(shù)值，以最大值作為彈性值。

1.6.3 魚糜白度值

參照Martín等[20]的方法，使用經(jīng)校準(zhǔn)后的白度儀測(cè)定不同解凍方式處理后魚糜的白度值，每種解凍方式做3組平行，結(jié)果取平均值。

1.6.4 魚糜菌落總數(shù)

參照張信仁等[21]的方法，取用不同解凍方式處理后的魚糜樣品10 g，放入盛有240 mL滅菌生理鹽水的無菌均質(zhì)杯中，8000 r/min均質(zhì)1.5 min，然后制備10倍系列的稀釋樣品勻液，吸取1 mL樣品勻液于培養(yǎng)基內(nèi)，在36 ℃培養(yǎng)48 h后記錄相應(yīng)的稀釋倍數(shù)和菌落數(shù)量，菌落計(jì)數(shù)以菌落形成單位表示，每個(gè)稀釋度的菌落數(shù)采用兩個(gè)平板的平均數(shù)。

1.7 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2013軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖；用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 16.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯著性檢驗(yàn)，顯著水平p<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同解凍方式處理后魚糜表面的溫度分布

圖2 不同解凍方式處理后魚糜表面的溫度分布Fig.2 Temperature distribution of surimi surface by different thawing methods

由圖2可知，經(jīng)空氣解凍和流水解凍后的狹鱈魚糜表面溫差較小，溫度分布較為均勻。無線電波解凍過程中魚糜表面會(huì)出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，特別是魚糜的邊角部位同魚糜中心位置溫差較大，這是由于介電加熱具有選擇加熱的特性，隨著被加熱魚糜溫度的升高，魚糜的介電特性隨溫度的變化會(huì)導(dǎo)致熱點(diǎn)部位吸收能量越來越多，升溫越來越迅速，而相應(yīng)的較冷部位吸收能量少，導(dǎo)致溫度分布差異增大。此外，魚糜樣品溫度分布的不均勻還與無線電波加熱腔內(nèi)電場(chǎng)分布的不均勻性有關(guān)。Ma等[22]研究發(fā)現(xiàn)無線電波加熱腔體內(nèi)不同位置的電場(chǎng)強(qiáng)度差異較大，無線電波在傳播過程中遇到金屬壁而發(fā)生反射形成駐波，無線電波的振動(dòng)傳遞給臨近的質(zhì)點(diǎn)后形成二次波源，腔體內(nèi)部空氣分子諧振引起對(duì)電磁波能量吸收的不均勻，致使加熱腔內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度呈現(xiàn)強(qiáng)弱交錯(cuò)的峰。Uyar等[6]應(yīng)用無線電波加熱肉塊也得出了類似的結(jié)論，當(dāng)電磁波進(jìn)入物料后，肉塊樣品中間部位的電場(chǎng)分布是比較均勻的，但在樣品邊角部位的電場(chǎng)發(fā)生了扭曲，所以導(dǎo)致了冷凍肉塊的邊角部位電場(chǎng)強(qiáng)度較高。采用間歇式加熱并不能完全緩解無線電波加熱過程出現(xiàn)的局部過熱現(xiàn)象，但間歇式加熱后的魚糜表面溫度分布均勻性要優(yōu)于連續(xù)式加熱，因?yàn)樵陂g歇時(shí)間內(nèi)，狹鱈魚糜高溫部位與低溫部位發(fā)生熱交換，從而延緩了魚糜表面溫度的過快升高。

2.2 不同解凍方式處理后魚糜中心溫度的變化

物料的中心溫度是反應(yīng)解凍進(jìn)程的重要參數(shù)，本試驗(yàn)以狹鱈魚糜中心溫度高于0 ℃作為完全解凍的標(biāo)準(zhǔn)。由圖3可知，三種解凍方式中，無線電波解凍耗時(shí)最短，流水解凍次之，空氣解凍耗時(shí)最長(zhǎng)。應(yīng)用無線電波解凍的魚糜中心溫度上升最快，加熱時(shí)間僅需4.6 min就可以使狹鱈魚糜的中心溫度達(dá)到1.8 ℃；應(yīng)用流水解凍使狹鱈魚糜的中心溫度達(dá)到1.7 ℃需要花費(fèi)35 min左右；采用空氣解凍魚糜的中心溫度上升最緩慢，需要195 min才能使狹鱈魚糜的中心溫度超過0 ℃。

圖3 不同解凍方式處理后魚糜中心溫度變化Fig.3 Changes in central temperature of surimi by different thawing methods

Farag等[15]人應(yīng)用無線電波對(duì)塊狀冷凍牛肉進(jìn)行解凍也得出了類似的結(jié)論。空氣解凍最大的缺陷是解凍時(shí)間較長(zhǎng)，此外空氣解凍通常都在專用的解凍室內(nèi)進(jìn)行，占地面積較大。流水解凍比空氣解凍的速度快，這是因?yàn)樗膫鳠嵝员瓤諝獾膫鳠嵝阅芎玫木壒?，但采用流水解凍?huì)造成物料的質(zhì)量損失。Soyer等[23]對(duì)冷凍雞肉進(jìn)行解凍，發(fā)現(xiàn)沒有包裝的冷凍雞肉，采用流水解凍后的質(zhì)量損失高于空氣解凍，這是由于流水解凍時(shí)，冷凍雞肉直接與水接觸，切斷面的可溶性物質(zhì)被水浸出增加了汁液的流失。無線電波加熱具有整體加熱的特性，無須熱傳導(dǎo)過程就能使被加熱物料內(nèi)外部同時(shí)加熱、同時(shí)升溫，無線電波加熱可以將解凍時(shí)間縮短到傳統(tǒng)方法的三十分之一。

2.3 不同解凍方式處理后魚糜持水力的變化

圖4 不同解凍方式處理后魚糜持水力的變化Fig.4 Changes in water holding capacity of surimi by different thawing methods

汁液流失和持水力的下降是水產(chǎn)品解凍過程中常出現(xiàn)的問題。圖4為不同解凍方式處理后狹鱈魚糜的持水力變化。由圖4可知，四種解凍方式對(duì)冷凍魚糜持水力的變化沒有顯著差異，經(jīng)空氣解凍和流水解凍的狹鱈魚糜持水力分別為83.8%和81.5%，空氣解凍和流水解凍后魚糜的持水力要優(yōu)于無線電波解凍，采用無線電波連續(xù)加熱處理后的魚糜持水力最低僅為77.3%。這可能是由于無線電波加熱升溫迅速，魚糜內(nèi)部冰晶融化成水，這些水分子不能完全回復(fù)到原細(xì)胞中重新被吸收，造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，魚糜持水力降低。歐陽杰等[19]研究冷凍大黃魚的解凍方法也得出了類似的結(jié)論：低溫解凍時(shí)大黃魚溫度上升緩慢，冰晶融化速率相對(duì)較慢，對(duì)肌肉細(xì)胞的破壞較小，所以能保持較高的持水力。胡曉亮等[11]研究發(fā)現(xiàn)：物料持水力的降低與肌肉組織在凍結(jié)與解凍過程中產(chǎn)生的冰晶和受到的機(jī)械損傷有關(guān)，緩慢解凍可減少物料的汁液流失和營養(yǎng)成分的降低。

2.4 不同解凍方式處理后魚糜彈性的變化

圖5 不同解凍方式處理后魚糜彈性的變化Fig.5 Changes in elasticity of surimi by different thawing methods

魚糜彈性是評(píng)價(jià)魚糜品質(zhì)和口感的重要參數(shù)之一。圖5為不同解凍方式處理后狹鱈魚糜的彈性變化。由圖5可知，不同解凍方式處理后魚糜彈性的變化沒有顯著差異，應(yīng)用無線電波解凍后的魚糜彈性略優(yōu)于空氣解凍和流水解凍，采用無線電波間歇加熱后的魚糜彈性值最高，可達(dá)到42.30/N，這可能是因?yàn)椋嚎諝饨鈨龊土魉鈨鏊俣染徛?，通過最大冰晶融解帶的時(shí)間長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間的緩慢升溫造成狹鱈魚糜中的蛋白質(zhì)發(fā)生酶解、氧化、變性等一系列不利的影響。雖然無線電波加熱會(huì)導(dǎo)致魚糜局部溫度上升過快，但由于魚糜過熱的面積小，局部溫度不會(huì)過高，所以對(duì)魚糜質(zhì)構(gòu)的影響較小，無線電波解凍比傳統(tǒng)解凍方式更為高效，適用于大塊物料的解凍，是一種極具潛力的解凍方式。

2.5 不同解凍方式處理后魚糜白度的變化

圖6 不同解凍方式處理后魚糜白度的變化Fig.6 Changes in whiteness of surimi by different thawing methods

魚糜白度值是評(píng)價(jià)魚糜品質(zhì)的重要參數(shù)之一，魚糜的白度值同魚糜的漂洗次數(shù)及脂肪氧化程度有關(guān)[24]。圖6為不同解凍方式處理后狹鱈魚糜的白度值變化。由圖6可知：采用空氣解凍、流水解凍和無線電波解凍狹鱈魚糜對(duì)魚糜的白度值變化沒有顯著差異，流水解凍后的狹鱈魚糜白度值最大，白度值可達(dá)到62.8，采用無線電波連續(xù)加熱后的狹鱈魚糜白度值最小，白度值為61.3。沈金金等[25]對(duì)鼬鳚魚的漂洗工藝開展了研究，結(jié)果表明：隨著漂洗時(shí)間的增加，魚糜的離子強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，增加了肌原纖維蛋白的流失，從而影響了魚糜的凝膠強(qiáng)度，漂洗12 min后鼬鳚魚糜白度值最高，可達(dá)到69.39。無線電波快速解凍雖有局部過熱現(xiàn)象，但溫度仍處于可控的范圍內(nèi)，不會(huì)使魚糜熟化變色而降低狹鱈魚糜的白度值。

2.6 不同解凍方式處理后魚糜菌落總數(shù)的變化

圖7 不同解凍方式處理后魚糜菌落總數(shù)的變化Fig.7 Changes in total bacterial amount of surimi by different thawing methods

菌落總數(shù)是反應(yīng)狹鱈魚糜受微生物侵染程度的重要參考指標(biāo)。狹鱈魚糜富含水分及各種營養(yǎng)成分，微生物的生長(zhǎng)繁殖是引起魚糜品質(zhì)劣變的主要原因之一[26]。圖7為不同解凍方式處理后狹鱈魚糜的菌落總數(shù)變化。由圖7可知：采用空氣解凍、流水解凍和無線電波解凍狹鱈魚糜對(duì)魚糜的菌落總數(shù)變化沒有顯著差異，采用無線電波解凍的狹鱈魚糜菌落總數(shù)要低于流水解凍和空氣解凍，這是由于無線電波解凍速度快，高頻交變電磁場(chǎng)產(chǎn)生的熱量在一定程度上抑制了微生物的生長(zhǎng)；空氣解凍雖然耗時(shí)較長(zhǎng)，但魚糜溫度長(zhǎng)時(shí)間維持在-4 ℃以下，起到了抑制微生物生長(zhǎng)的作用，空氣解凍后的狹鱈魚糜菌落總數(shù)為5.8×103CFU/g。趙偉[27]等應(yīng)用功率為6 kW，頻率為27.12 MHz的無線電波設(shè)備對(duì)椰菜粉進(jìn)行殺菌處理也得出了相似的結(jié)論，認(rèn)為無線電波加熱可以有效殺滅椰菜粉中的微生物，經(jīng)無線電波處理5 min后微生物從7.2個(gè)對(duì)數(shù)降低到3.0個(gè)對(duì)數(shù)，且顏色基本不改變。無線電波加熱能在保持食品品質(zhì)的前提下殺滅微生物，可見無線電波加熱在食品殺菌領(lǐng)域也有較好應(yīng)用潛力和研究前景。

3 結(jié)論

3.1 空氣解凍和流水解凍后的狹鱈魚糜溫度分布較為均勻；無線電波解凍過程中魚糜邊角部位會(huì)出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，采用無線電波間歇式加熱能有效延緩魚糜表面溫度的過快升高。

3.2 應(yīng)用無線電波解凍時(shí)，加熱時(shí)間僅需4.6 min就可以使狹鱈魚糜的中心溫度達(dá)到1.8 ℃；而采用空氣解凍魚糜的中心溫度上升最緩慢，需要195 min才能使狹鱈魚糜的中心溫度超過0 ℃。無線電波加熱具有整體加熱的特性，無須熱傳導(dǎo)過程就能使魚糜內(nèi)外部同時(shí)升溫，且升溫迅速，無線電波加熱可以將解凍時(shí)間縮短到傳統(tǒng)方法的三十分之一。

3.3 應(yīng)用無線電波解凍后的狹鱈魚糜的持水力和白度值同傳統(tǒng)解凍方法沒有顯著差異，無線電波間歇加熱后的狹鱈魚糜的持水力為78.8%，白度值為61.7。無線電波加熱在一定程度上能增加狹鱈魚糜的彈性，無線電波解凍能有效抑制魚糜微生物的生長(zhǎng)繁殖，解凍后的狹鱈魚糜菌落總數(shù)僅為4.9×103CFU/g。采用無線電波間歇式加熱的物料溫度分布均勻性較好，解凍效率高，又能最大限度地保持冷凍食品的品質(zhì)，是一種極具潛力的解凍方式。