紅外光譜解析高壓電場(chǎng)中牛肉的解凍特性

張亞明，丁昌江，2*，曹志遠(yuǎn)，趙 瑞，宋智青，2，陳 浩，2

（1 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)理學(xué)院物理學(xué)系 呼和浩特 010051 2 內(nèi)蒙古自治區(qū)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排工程技術(shù)研究中心 呼和浩特 010051）

凍藏和解凍是牛肉加工、貯藏、運(yùn)輸中的重要環(huán)節(jié)。使用不當(dāng)?shù)慕鈨龇椒?，直接影響牛肉產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味、質(zhì)地等重要食用指標(biāo)，造成汁液流失與品質(zhì)劣變。目前，肉類的解凍技術(shù)主要包括空氣解凍[1]、水解凍[2]、冰箱解凍[3-4]、微波解凍[5]、超聲波解凍技術(shù)和超高壓解凍[6]等。每種解凍技術(shù)既各具優(yōu)點(diǎn)，又存在一些不足。例如，自然解凍時(shí)間長，容易造成品質(zhì)下降；水解凍容易造成色澤、風(fēng)味和質(zhì)量差；冰箱解凍效率低，汁液損失大；微波解凍容易造成物料不均勻；超高壓解凍設(shè)備價(jià)格昂貴，能耗較高。鑒于此，探索新的牛肉解凍技術(shù)勢(shì)在必行。

高壓電場(chǎng)解凍技術(shù)是一種新型非熱食品解凍技術(shù)，具有解凍速度快，解凍品質(zhì)優(yōu)，操作簡單，抑制微生物等優(yōu)點(diǎn)[7-8]，正在成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。Rahbari 等[9]在多針-板電極系統(tǒng)中進(jìn)行冷凍雞胸肉的解凍試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)3 kV/cm 條件下的解凍時(shí)間比對(duì)照組降低2.3 倍。Li 等[10]在電壓12 kV 時(shí)對(duì)鯉魚進(jìn)行解凍，發(fā)現(xiàn)汁液流失率比對(duì)照組低2.95%，初始細(xì)菌總存活數(shù)、氣單胞菌、假單胞菌和乳酸菌分別下降0.47，0.22，0.17，0.34 lg CFU/g。He 等[11]用高壓電場(chǎng)解凍豬肉，5 d 后豬肉揮發(fā)性堿性氮（VBN） 值從10.64 mg/100 g 增至16.38 mg/100 g，而對(duì)照組豬肉VBN 值從10.66 mg/100 g 增至19.87 mg/100 g，表明高壓電場(chǎng)解凍可以延長豬肉的保質(zhì)期。高壓電場(chǎng)解凍的能耗遠(yuǎn)低于微波解凍，且解凍時(shí)間、電壓和能耗之間分別滿足二次函數(shù)關(guān)系[12]。Mousakhanian-ganjeh 等[13-14]發(fā)現(xiàn)在高壓電場(chǎng)作用下，金槍魚的解凍速率是對(duì)照組的1.78倍，并且很好地保持了產(chǎn)品質(zhì)量，解凍速度和能耗隨電壓的升高和極距的降低而升高。Amiri 等[15]在高壓電場(chǎng)作用下進(jìn)行牛肉解凍試驗(yàn)，結(jié)果表明針電極數(shù)量增加牛肉解凍損失率、蒸發(fā)損失率、蒸煮損失率和總損失率降低，持水性、溶解度和肌原纖維蛋白的凝膠強(qiáng)度先降低后升高。

近年來，紅外光譜技術(shù)因無損，不使用化學(xué)試劑，操作簡單，樣品用量少和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)而受到研究者的青睞，成為一種重要的分析手段[16-17]。Zhuang 等[18]利用近紅外和遠(yuǎn)紅外光譜法鑒別出4個(gè)地區(qū)的山藥樣品，并分析了山藥樣品的總糖、多糖和黃酮類化合物。Acri 等[19]通過分析不同地區(qū)、不同品種大蒜的紅外光譜吸收峰的差異，對(duì)食品進(jìn)行了分類。這些研究均表明紅外光譜技術(shù)在對(duì)物料成分的鑒別方面效果非常好，然而，至今尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于對(duì)高壓電場(chǎng)解凍，用牛肉紅外光譜分析，特別是共有峰率和變異峰率的雙指標(biāo)序列方面的詳細(xì)報(bào)道。

本文研究多針-板電極系統(tǒng)中不同針間距對(duì)牛肉解凍特性的影響，測(cè)定解凍過程中牛肉的解凍特性和品質(zhì)參數(shù)，分析蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)以及共有峰率和變異峰率的雙指標(biāo)序列，旨在為高壓電場(chǎng)解凍技術(shù)在牛肉解凍中的應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)，也為紅外光譜拓展到高壓電場(chǎng)解凍領(lǐng)域提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 儀器及設(shè)備

高壓電場(chǎng)解凍裝置（見圖1）由高壓電源（YD（JZ）-1.5 / 50，武漢高壓電器廠）、電壓控制器（KZX-1.5KVA，武漢高壓電器廠）和多針-板電極系統(tǒng)組成[20]；BS124S 電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；HH-4 恒溫水浴鍋，榮華儀器制造有限公司；TDZ4-WS 離心機(jī)，湘儀離心機(jī)儀器有限公司；3nh-NR60CP 全自動(dòng)色差計(jì)，深圳市五蘇產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司；HY-12 壓片機(jī)，英國Specac 公司；Nicolet iS10 傅立葉變換紅外光譜儀，日本Shimadzu 公司。

圖1 高壓電場(chǎng)解凍設(shè)備Fig.1 High voltage electric field thawing equipment

高壓電源通過電壓控制器，可以輸出0～50 kV 的交流高電壓。交流電壓的頻率為50 Hz。針狀電極連接到高壓電源。每個(gè)針的長度和直徑分別為60 mm 和1 mm。相鄰針之間的距離可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為2～12 cm。接地電極是100 cm×45 cm的鋼板。針尖與接地電極之間的距離為10 cm。用溫度計(jì)和濕度計(jì)來測(cè)量解凍過程中相應(yīng)的溫度和相對(duì)濕度。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用的牛肉從內(nèi)蒙古呼和浩特市內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)附近華聯(lián)超市購買。將購買的牛肉加工成3.5 cm×3.5 cm×3.5 cm 的立方體，平均質(zhì)量約40 g，并立即放在-20 ℃的冰箱中冷凍24 h 后進(jìn)行解凍試驗(yàn)。在溫度為（23±1）℃，相對(duì)濕度為30%±1%，環(huán)境風(fēng)速為0 m/s 條件下進(jìn)行牛肉解凍試驗(yàn)。在多針-板電極系統(tǒng)中，解凍過程中電極距離和電壓分別為10 cm 和28 kV。針間距分別為2，4，6，8，10，12 cm。電壓為0 kV，其它試驗(yàn)條件與高壓電場(chǎng)解凍條件相同的解凍試驗(yàn)作為對(duì)照組。解凍前，用電子天平稱量冷凍牛肉塊的質(zhì)量，然后將溫度傳感器插入冷凍牛肉的幾何中心。用數(shù)字溫度計(jì)測(cè)量解凍過程中牛肉中心的溫度。在凍牛肉塊的幾何中心溫度為-10 ℃時(shí)開始記錄。每隔5 min 記錄一次溫度。到牛肉樣品幾何中心的溫度達(dá)到0℃時(shí)停止解凍試驗(yàn)。冷凍牛肉的中心溫度從-10℃升高到0 ℃所需的時(shí)間定義為解凍時(shí)間。用電子天平測(cè)量解凍后牛肉和汁液的總質(zhì)量。所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均平行獨(dú)立重復(fù)測(cè)量3 次，結(jié)果采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”來表示。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 解凍速率 解凍過程中牛肉的解凍率定義為：

式中，m1——冷凍牛肉的質(zhì)量，g；t——解凍時(shí)間，min。

1.3.2 蒸發(fā)損失率 解凍過程中牛肉的蒸發(fā)損失定義為[13]：

式中，m2——解凍后牛肉與汁液的總質(zhì)量（g）。

1.3.3 汁液流失率 解凍過程中牛肉的滴水損失定義為[21]：

式中，m3——解凍后牛肉的質(zhì)量（g）。

1.3.4 蒸煮損失率 根據(jù)蒸煮過程前、后牛肉樣品質(zhì)量的差異計(jì)算蒸煮損失[22]。將解凍的牛肉放入95 ℃的恒溫水浴鍋中30 min。解凍過程中牛肉的烹飪損失定義為：

式中，mx——蒸煮之前牛肉的質(zhì)量（g）；my——蒸煮之后牛肉的質(zhì)量（g）。

1.3.5 離心損失率 根據(jù)離心過程前、后牛肉重量的差異計(jì)算離心損失[23]。將一小部分解凍的牛肉放入離心機(jī)中，以4 000 r/min 的速度離心30 min。解凍過程中牛肉的離心損失定義為：

式中，mb——離心之前牛肉的質(zhì)量（g）；ma——離心之后牛肉的質(zhì)量（g）。

1.3.6 顏色 將解凍后的牛肉用色差計(jì)直接測(cè)其表面的亮度值L*，紅度值a*，黃度值b*。先將儀器進(jìn)行校正，檢測(cè)時(shí)，對(duì)同一樣品取5 個(gè)點(diǎn)，結(jié)果取平均值。

1.3.7 傅里葉變換紅外光譜 將解凍的牛肉產(chǎn)品粉碎，并與溴化鉀混合。將其置于壓片機(jī)中形成半透明片狀樣品。用傅立葉變換紅外光譜儀掃描樣品，以除去水和二氧化碳的干擾，從而獲得掃描光譜。用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)獲取的紅外光譜進(jìn)行基線校正，然后用相關(guān)圖譜軟件處理紅外光譜原始數(shù)據(jù)。

1.3.8 紅外指紋圖譜共有峰率和變異峰率的測(cè)定 根據(jù)紅外光譜進(jìn)行紅外指紋圖譜共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列分析[24]，具體為：

1） 共有峰的確定方法 對(duì)于一組吸收峰，若組內(nèi)吸收峰的波數(shù)最大差異顯著小于其與相鄰組之間的平均波數(shù)差，就確定該組峰是一組共有峰。

2） 共有峰率的定義

式中，P——共有峰率 （%）；Ng——在比較的兩個(gè)IR 圖中都出現(xiàn)的吸收峰的個(gè)數(shù)；Nd——相互比較的兩個(gè)IR 圖中的獨(dú)立峰總數(shù)；na——指紋圖譜a 中相對(duì)與其共有峰的非共有峰數(shù)，稱為a 的變異數(shù)；nb——指紋圖譜b 中相對(duì)與其共有峰的非共有峰數(shù)，稱為b 的變異數(shù)。

3） 變異峰率的定義

式中，Pva——指紋圖譜a 的變異峰率 （%）；Pvb——指紋圖譜b 的變異峰率 （%）；Na——指紋圖譜a 的總峰數(shù)；Nb——指紋圖譜b 的總峰數(shù)。

4） 雙指標(biāo)序列定義 以指紋圖譜共有峰率和變異峰率的計(jì)算公式及各樣品為參考，分別計(jì)算其它樣品紅外指紋圖譜的共有峰率和變異峰率，并且根據(jù)共有峰率的大小排成一個(gè)序列（包含共有峰率和變異峰率值），該序列稱為共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列。通過該序列可以精確知道不同針間距和對(duì)照組之間的差異。

1.3.9 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定 采用紅外光譜中酰胺I 帶（1 600～1 700 cm-1）的數(shù)據(jù)，通過模擬計(jì)算得到α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、β-反平行和無規(guī)則卷曲對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)組成的百分比[25]。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

利用單因素方差分析和顯著性分析來計(jì)算高壓電場(chǎng)和對(duì)照組條件下冷凍牛肉之間的解凍時(shí)間、解凍速率、蒸發(fā)損失率、汁液流失率、蒸煮損失率和離心損失率。當(dāng)P＜0.05 時(shí)為具有差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 牛肉的中心溫度、解凍時(shí)間和解凍速率的測(cè)量結(jié)果

不同針間距下牛肉解凍時(shí)的中心溫度曲線圖，解凍時(shí)間和解凍速率的結(jié)果見圖2。從圖2a可以看出，在所有試驗(yàn)條件下牛肉的中心溫度從-10 ℃到-5 ℃階段內(nèi)上升較快；從-5 ℃到0 ℃階段內(nèi)上升較慢，且各處理組之間有一定差異。還可以看出解凍過程中高壓電場(chǎng)對(duì)從-5 ℃到0℃階段有非常大的影響。Li 等[10]使用不同解凍方法解凍魚肉時(shí)，發(fā)現(xiàn)解凍過程中魚肉的幾何中心溫度在最初的幾分鐘內(nèi)升高較快，從-5 ℃到0 ℃階段內(nèi)緩慢上升。在食品冷凍行業(yè)中，通常認(rèn)為物料中心溫度從-5 ℃到-1 ℃階段內(nèi)是最大冰晶形成的區(qū)域，解凍所用時(shí)間最長[11，26]。這些研究成果與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

從圖2b 可以看出，在高壓電場(chǎng)下樣品的解凍時(shí)間比對(duì)照組短，解凍速度快，隨著針間距的變化，解凍時(shí)間和速率也發(fā)生變化。高壓電場(chǎng)作用，不同針間距牛肉下的解凍時(shí)間從36.6 min 到50 min，分別比對(duì)照組縮短2.25 倍到3.1 倍。針間距為2，4，6，8，10，12 cm 時(shí)，解凍時(shí)間比對(duì)照組分別縮短了2.25，2.33，2.6，3.1，2.58，2.350 倍；解凍速率加快了2.23，2.23，2.54，2.96，2.48，2.29 倍。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，針間距為8 cm 時(shí)解凍效果最好。

圖2 針間距對(duì)解凍參數(shù)的影響Fig.2 Effects of needle spacing on thawing parameters

在多針-板電極系統(tǒng)中，高壓電場(chǎng)作用下會(huì)使針狀電極附近的空氣電離成離子，在非均勻電場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生的離子被加速，形成離子風(fēng)。可以估算離子風(fēng)速度的公式為[7]：

式中，ΔU——兩極板之間的電壓（V）；d——極距（cm）；ρ——空氣密度（g/cm3）。

對(duì)于單針-板電極，離子分布可以用公式（13）計(jì)算[27]：

式中，j（0）——最大電流密度（A/cm2）；m——方程的指數(shù)；θ=arctan（r/d）；r——平面電極上距垂直中心軸的徑向距離（cm）；d——放電電極和接地電極之間的間隙（cm）。

外加電壓與放電電流之間的關(guān)系為[27]：

式中，U——施加電壓 （V）；U0——電暈放電的初始電壓 （V）；A——接地電極面積（cm2）；b——離子遷移率 （%）；d——放電電極和接地電極之間的間隙（cm）；g0——無量綱幾何因子。

對(duì)于多針-板電極，離子分布是多個(gè)單針-板電極的疊加。圖3為不同針間距下離子的電流密度分布。從圖3可以看出，離子風(fēng)與針間距、電壓和電極距離有關(guān)。離子風(fēng)的平均風(fēng)速受到針間距的變化而產(chǎn)生影響，進(jìn)而引起離子風(fēng)的疊加效果發(fā)生變化。隨著針間距的減小，針尖放電增強(qiáng)，空氣中的離子數(shù)量增加，風(fēng)速和風(fēng)量增加。通過以上研究，發(fā)現(xiàn)在高壓電場(chǎng)下，離子風(fēng)對(duì)牛肉解凍速度的影響較大。因此，牛肉的解凍特性也與針間距、電壓和電極距離有關(guān)。從圖3b 可以看出，當(dāng)電壓為28 kV 時(shí)，電極距離為10 cm，針距為8 cm，解凍速度最快。在離子風(fēng)的作用下，離子風(fēng)與物料表面發(fā)生碰撞，并在表面上形成的邊界層上引起湍流，最終導(dǎo)致傳熱系數(shù)提高，提高解凍效果。許多研究人員發(fā)現(xiàn)，高壓電場(chǎng)解凍的機(jī)理主要是離子風(fēng)的作用[9，15]，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

圖3 離子的電流密度分布Fig.3 Current density distribution of ions

2.2 汁液流失率、蒸發(fā)損失率、蒸煮損失率和離心損失率的測(cè)量結(jié)果

肌肉中的大部分水分存在于肌原纖維內(nèi)，肌原纖維與肌膜之間或細(xì)胞與肌肉束之間。許多因素會(huì)影響肌肉組織中的水分流失，例如：肉的原始形式，三磷酸腺苷的流失，pH 值的降低，離子濃度變化，后期的蛋白質(zhì)水解和肌原纖維收縮引起的空間效應(yīng)，這都會(huì)影響持水能力[28]。如今，可以使用不同的指標(biāo)來評(píng)估肉類的持水能力，包括汁液流失率、蒸發(fā)損失率、蒸煮損失率和離心損失率[29]。

表1顯示了在不同解凍條件下牛肉的汁液流失率、蒸發(fā)損失率、蒸煮損失率和離心損失率的結(jié)果。消費(fèi)者主要是通過牛肉大理石花紋、顏色和汁液流失率來判斷肉的品質(zhì)[30]。汁液流失率是在解凍過程中牛肉內(nèi)部冰晶融化成水以及蛋白質(zhì)組成的液體從牛肉中排出所導(dǎo)致的。從表1可以看出，高壓電場(chǎng)解凍過程中牛肉的汁液流失率顯著低于對(duì)照組（P＜0.05）。這表明高壓電場(chǎng)解凍可以有效減少汁液流失率。當(dāng)針間距小于10 cm 時(shí)，汁液流失率沒有顯著差異。隨著針間距的不斷增加，汁液流失率也會(huì)增加。從圖2可以看出，當(dāng)針距大于8 cm 時(shí)，解凍時(shí)間分別為46.7 min 和53 min。如果解凍時(shí)間太長，牛肉自身的質(zhì)量會(huì)使肌原纖維之間的水分流失，進(jìn)而導(dǎo)致汁液流失率增加。牛肉在高壓電場(chǎng)下的蒸發(fā)損失率明顯高于對(duì)照組 （P＜0.05）。隨著針間距的增加，蒸發(fā)損失率減少。導(dǎo)致蒸發(fā)損失率增加的主要原因是高壓電場(chǎng)下離子風(fēng)的產(chǎn)生。Mousakhani-Ganjeh 等[13]解凍金槍魚發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)損失隨著電壓的升高而增加，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。高壓電場(chǎng)下牛肉的蒸煮損失率顯著低于對(duì)照組（P＜0.05）。Hsieh 等[31]發(fā)現(xiàn)高壓電場(chǎng)可以有效減少雞大腿肉的蒸煮損失率，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。在不同的針間距下，蒸煮損失率在8 cm 處達(dá)到最大值。蒸煮損失率的原因很復(fù)雜，主要與熱處理過程中肌原纖維蛋白的熱變性程度有關(guān)。從表1可以看出，高壓電場(chǎng)解凍過程中牛肉的離心損失率明顯低于對(duì)照組（P＜0.05）。這表明高壓電場(chǎng)可以減少解凍過程中對(duì)牛肉細(xì)胞的損害而引起的水分流失。在不同的針間距下，離心損失率在8 cm 處達(dá)到最大值。離心損失率與汁液流失率密切相關(guān)。

表1 針間距對(duì)汁液流失率、蒸發(fā)損失率、蒸煮損失率和牛肉總損失率的影響Table 1 Influence of needle spacing on the drip loss，evaporation loss，cooking loss and total loss of beef

2.3 顏色的測(cè)量結(jié)果

解凍牛肉樣品的表面顏色通過測(cè)量其亮度（L*）、紅色（a*）和黃色（b*）數(shù)值進(jìn)行表達(dá)。圖4為在高壓電場(chǎng)作用下牛肉解凍后表面的顏色變化。L0*、a0*和b0*分別是對(duì)照組的亮度、紅色和黃色。Li*、ai*和bi*分別是在不同針距下的亮度、紅色和黃色。L0*、a0*和b0*分別為29.43±0.47、18.13±0.43和7.07±0.12。從圖4可以看出，牛肉表面的Li*/L0*、ai*/a0*和bi*/b0*存在顯著性差異 （P＜0.05）。Li*/L0*和bi*/b0*的值大于1。表明高壓電場(chǎng)作用下牛肉的亮度（L*）和黃度（b*）大于對(duì)照組。隨著解凍時(shí)間的延長，牛肉表面的水分將減少，導(dǎo)致L*和b*值降低。在大多數(shù)情況下，ai*/a0*之比小于1。表明高壓電場(chǎng)作用下牛肉的紅度小于對(duì)照組。Holman等[32]指出，當(dāng)a*值等于或大于14.5 時(shí)，牛肉的顏色被認(rèn)為可以接受（95%接受）。O3是高壓電場(chǎng)放電過程中的副產(chǎn)物，具有很強(qiáng)的氧化性。解凍過程中牛肉中的脫氧肌紅蛋白容易被O3氧化成肌紅蛋白，導(dǎo)致肌紅蛋白含量增加，進(jìn)而引起a*值降低[33]。顏色參數(shù)（L*、a*和b*值）在針間距為8 cm 處達(dá)到最大值。

圖4 不同針間距下解凍后牛肉的表面顏色變化動(dòng)力學(xué)Fig.4 Surface color change kinetics of thawed beef at different needle spacing

2.4 紅外光譜的測(cè)量結(jié)果

圖5為不同解凍條件下牛肉的紅外光譜。經(jīng)過查找資料，吸收峰歸屬如下：峰值在3 292.3 cm-1附近屬于N-H 或O-H 的伸縮振動(dòng)峰，2 923.1 cm-1附近屬于C-H2的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，2 852.9 cm-1附近屬于C-H3的對(duì)稱拉伸振動(dòng)峰，1 655.4 cm-1附近屬于酰胺I 帶，1 540.1 cm-1附近屬于酰胺II帶，1 454.2 cm-1附近屬于C-H2的彎曲振動(dòng)峰，1 393.7 cm-1附近屬于C-H3的對(duì)稱變形振動(dòng)峰，1 307.6 cm-1和1 238.8 cm-1附近屬于酰胺III帶，1 172 cm-1附近屬于C-H3的搖擺振動(dòng)峰，1 117.2 cm-1附近屬于C-C 的彎曲振動(dòng)峰[34-37]。從圖5可以看出，與對(duì)照組相比，不同高壓電場(chǎng)處理組下的紅外光圖譜的特征峰的位置都比較接近，然而吸收峰強(qiáng)度不同。高壓電場(chǎng)作用下牛肉的紅外吸收峰明顯高于對(duì)照組。說明高壓電場(chǎng)解凍可以保存牛肉的營養(yǎng)成分，不同針間距處理組之間也存在差異。當(dāng)針間距為6 cm 和8 cm 時(shí)，吸收峰強(qiáng)度高于其它組。當(dāng)針間距為8 cm 時(shí)，牛肉解凍效果最佳。

圖5 不同解凍條件下牛肉的紅外光譜Fig.5 Infrared spectrum spectra of beef under different thawing conditions

2.5 共有峰率與變異峰率雙指標(biāo)序列分析的測(cè)量結(jié)果

表2為在不同解凍條件下牛肉紅外指紋圖譜的吸收峰的波數(shù)。根據(jù)確定共有峰的方法，可以從表2中找到多組共有峰。對(duì)于其中一組峰（1 659.7，1 656.6，1 649.3，1 654.3，1 654.3，1 651.5，1 660.9，1 655.3 cm-1），平均波數(shù)為1 655.4 cm-1，該組峰的最大波數(shù)差為11.6 cm-1。該組峰與其前、后相鄰組峰的平均波數(shù)差值分別為88.1 cm-1和115.4 cm-1，波數(shù)差明顯大于11.6 cm-1，可以判斷該組峰是一組共有峰。表3為在不同針間距條件下牛肉紅外指紋圖譜的雙索引序列分析。使用共有峰率和變異峰率的雙指標(biāo)，可以共性和差異兩個(gè)方面全面刻畫兩個(gè)指紋圖譜。共有峰率越高，兩個(gè)指紋圖譜的共性越大。變異峰率的變化越大，說明不同針間距的影響越大。

表2 不同針距下牛肉紅外指紋圖譜的吸收峰波數(shù)Table 2 Wavenumbers of absorption peaks of beef infrared fingerprints under different needle spacings

表3 不同解凍條件下牛肉紅外指紋圖譜的雙指標(biāo)序列分析Table 3 Double-index sequences analysis of beef infrared fingerprints under different thawing conditions

（續(xù)表3）

A 組：N1∶N4 （92.9；0，7.7），N4∶N1（92.9；7.7，0）；N1∶N2（92.3；8.3，0），N2∶N1（92.3；0，8.3）；N2∶N7（92.3；0，8.3），N7∶N2（92.3；8.3，0）。

B 組：N3∶N5 （64.3；44.4，11.1），N5∶N3（64.3；11.1，44.4）；N4∶N5（71.4；40.0，0），N5∶N4（71.4；0，40.0）。

在A 組中，N1 和N4，N1 和N2，N2 和N7 具有最高的共有峰率和最小的變異峰率，因此具有最高的相似性。表明當(dāng)針間距為2，6，12 cm 時(shí)，高壓電場(chǎng)具有相似的作用。在不同解凍條件下，針間距為6 cm 時(shí)與對(duì)照組具有最高的相似性。在B 組中，N3 和N5，N4 和N5 具有非常低的共有峰率和非常高的變異峰率。表明當(dāng)針間距為8 cm 時(shí)，高壓電場(chǎng)對(duì)牛肉的內(nèi)部成分影響與對(duì)照組相比是最大的。從以上分析可以看出，在不同的針間距下，高壓電場(chǎng)對(duì)牛肉內(nèi)部成分的影響不同。這些分析正確反映了實(shí)際情況，與本試驗(yàn)結(jié)果相似。

2.6 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)量結(jié)果

圖6顯示了不同針間距的酰胺I 帶（1 600～1 700 cm-1）的紅外光譜圖曲線擬合結(jié)果。距報(bào)道，酰胺I 帶的形狀用于確定蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)，其位于1 600～1 700 cm-1[24]。各子峰與二級(jí)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：1 610～1 642 cm-1是β-折疊，1 642～1 650 cm-1是無規(guī)卷曲，1 650～1 660 cm-1是α-螺旋，1 660～1 680 cm-1是β-轉(zhuǎn)角，1 680～1 700 cm-1是β-反平行折疊[38]。α-螺旋和β-折疊（平行和反平行）是有序結(jié)構(gòu)的代表。β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲是無序結(jié)構(gòu)的代表[39]。從圖6中可以看出，在2，4，6，8，10，12 cm 和對(duì)照組，有序結(jié)構(gòu)的含量分別為65.68%，59.65%，61.97%，61.10%，73.56%，61.91%和68.79%。在2，4，6，8，10，12 cm 和對(duì)照組，無序結(jié)構(gòu)的含量分別為33.57%，40.36%，37.22%，37.2%，26.45%，38.1%和30.51%。α-螺旋和β-折疊通過肽鏈之間的氫鍵維持，氫鍵是穩(wěn)定二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力。高壓電場(chǎng)會(huì)影響牛肉的微觀結(jié)構(gòu)，氫鍵作用減弱，導(dǎo)致α-螺旋和β-折疊破裂，形成無規(guī)卷曲和β-轉(zhuǎn)角。Zhang 等[40]研究了高壓對(duì)雞胸肉的影響，發(fā)現(xiàn)α-螺旋和β-折疊的有序結(jié)構(gòu)減少，β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲的無序結(jié)構(gòu)增加。這表明高壓產(chǎn)生的能量將導(dǎo)致蛋白質(zhì)解開并削弱氫鍵，從而導(dǎo)致有序結(jié)構(gòu)被破壞。

圖6 不同針間距下牛肉的酰胺I 帶（1 600～1 700 cm-1）的紅外光譜圖曲線擬合結(jié)果Fig.6 The infrared spectrum spectrograms and curve-fitting results of amide I band for beef of the different needle spacings in the range of 1 600-1 700 cm-1

3 結(jié)論

高壓電場(chǎng)作用下牛肉的解凍速率和蒸發(fā)損失率均顯著高于對(duì)照組，解凍時(shí)間、汁液流失率、蒸煮損失率和離心損失率均顯著低于對(duì)照組。不同針間距處理組的牛肉紅外光譜的吸收峰強(qiáng)度隨針間距的增加呈一定規(guī)律性。紅外指紋圖譜的共有峰率和變異峰率的雙指標(biāo)序列分析表明，高壓電場(chǎng)解凍在4，6，8 cm 處對(duì)牛肉有一定程度的影響。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，高壓電場(chǎng)可以降低α-螺旋和β-折疊的有序結(jié)構(gòu)，增加β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲的無序結(jié)構(gòu)。