電導(dǎo)率儀測(cè)定食品冰點(diǎn)方法的研究

陳淑湘宋麗榮林向東

（1.海南大學(xué)海洋學(xué)院，海南 ?？?570228；2.海南大學(xué)食品學(xué)院，海南 ?？?570228）

電導(dǎo)率儀測(cè)定食品冰點(diǎn)方法的研究

陳淑湘1宋麗榮2林向東2

（1.海南大學(xué)海洋學(xué)院，海南 ?？?570228；2.海南大學(xué)食品學(xué)院，海南 海口 570228）

通過觀測(cè)多種液態(tài)和固態(tài)食品物料的溫度和電導(dǎo)率的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降至食品物料冰點(diǎn)時(shí)，電導(dǎo)率就急劇下降。本試驗(yàn)測(cè)定出王老吉涼茶、可口可樂、玉米濃漿的冰點(diǎn)分別為－1.8，－2.0，－2.2℃；新鮮羅非魚片、南美白對(duì)蝦、黃冠梨的冰點(diǎn)分別為－1.3，－1.5，－1.2℃。

電導(dǎo)率；冰點(diǎn)；固態(tài)食品

冰點(diǎn)是指水的凝固點(diǎn)，即水和冰平衡共存時(shí)的溫度，是果蔬、肉類、蛋奶等食品物料重要的物性參數(shù)之一。對(duì)于果蔬原料來說，測(cè)定冰點(diǎn)有助于確定其適宜的貯藏溫度和凍結(jié)溫度［1］，測(cè)定牛乳的冰點(diǎn)可以判斷其中是否摻加了水分及其摻加比例［2］。目前用于測(cè)定冰點(diǎn)的儀器和方法以檢測(cè)液態(tài)物料的居多，而測(cè)定固態(tài)食品冰點(diǎn)的儀器卻還未見面市。傳統(tǒng)的固體物料冰點(diǎn)的測(cè)定方法是將固體物搗碎成液體狀后進(jìn)行測(cè)量，如櫻桃，哈密瓜、蘋果、庫(kù)爾勒香梨和葡萄冰點(diǎn)的測(cè)定［3－5］。

電導(dǎo)率是食品的電特性之一，它的大小取決于溫度、電壓梯度、電解質(zhì)的濃度、食品的組成成分、固體顆粒、組織結(jié)構(gòu)、加熱速率等［6］。電導(dǎo)率可用于測(cè)量鹽漬化土壤水溶鹽含量［7］、檢驗(yàn)摻假牛奶［8］、測(cè)定豬肉新鮮度［9］、檢測(cè)葡萄酒的冷穩(wěn)定性［10］等。電導(dǎo)率在確定農(nóng)業(yè)物料及食品的含水率和其他物理化學(xué)特性方面有廣泛應(yīng)用［11］。

由于食品物料中的離子在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電流，當(dāng)溫度下降至某一程度時(shí)，物料組織內(nèi)形成冰晶，使組織內(nèi)溶液濃度增大，從而使電導(dǎo)率發(fā)生變化，根據(jù)電導(dǎo)率與溫度變化的關(guān)系，即可確定食品物料的冰點(diǎn)［12］。本試驗(yàn)用電導(dǎo)率儀測(cè)定食品物料在降溫過程中電導(dǎo)率的變化，試圖尋求食品物料特別是固態(tài)物料冰點(diǎn)的新測(cè)定方法。

1 材料與方法

1.1 材料

王老吉涼茶：廣東加多寶飲料食品有限公司；

可口可樂：海南中糧可口可樂飲料公司；

玉米濃漿：惠爾康食品有限公司；

新鮮羅非魚魚片、鮮南美白對(duì)蝦、黃冠梨：市售。

1.2 主要儀器與設(shè)備

電導(dǎo)率儀：DDS－11，上海偉業(yè)儀器廠；

工業(yè)電導(dǎo)率儀：CON4000，武漢博文電子有限公司；

電子天平：BL－220H，Shimadzu Corporation，Japan；

恒溫磁力攪拌器：85－1，金壇市富華儀器有限公司；

電冰箱：BCD－235NCQE，泰州樂金電子冷機(jī)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 固態(tài)食品物料水分含量測(cè)定 參照GB/T 5009.3——2003《食品中水分的測(cè)定》。

1.3.2 液態(tài)食品物料電導(dǎo)率的測(cè)定 取100mL的燒杯，裝入50mL樣品液體（若液體容易沉淀，用恒溫?cái)嚢杵鲃蛩贁嚢瑁┓湃耄?1℃冰箱內(nèi)，把連接著電導(dǎo)率儀的電極豎直放入燒杯中，電極末端不接觸燒杯底部，關(guān)上電冰箱門，觀測(cè)電導(dǎo)儀上溫度、時(shí)間和電導(dǎo)率的變化。每隔2min記錄1次，當(dāng)溫度達(dá)到－10℃時(shí)終止測(cè)量。整理數(shù)據(jù)并作出溫度－電導(dǎo)率曲線和時(shí)間－溫度曲線。

1.3.3 固態(tài)食品物料電導(dǎo)率的測(cè)定 取一塊10mm×8mm×10mm的長(zhǎng)方體物料放入平板電極中，務(wù)必使物料與電極內(nèi)壁緊密接觸，然后用保鮮膜將電極包裹好，放入－21℃冰箱內(nèi)，每隔60s記錄1次溫度與電導(dǎo)率的值。當(dāng)溫度降至0℃后，每降低0.1℃時(shí)記錄1次溫度與電導(dǎo)率值。當(dāng)食品溫度降至－15℃時(shí)終止測(cè)量。整理數(shù)據(jù)作出溫度－電導(dǎo)率曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 液態(tài)食品時(shí)間－溫度曲線的分析

用傳統(tǒng)的時(shí)間－溫度法測(cè)定液態(tài)食品物料冰點(diǎn)，其降溫過程分為3個(gè)階段［13］：① 冷卻階段，從初溫到過冷點(diǎn)，由于冷卻過程放出的熱量是顯熱，數(shù)值較小，所以初溫降得很快，達(dá)到冰點(diǎn)后會(huì)出現(xiàn)過冷現(xiàn)象；② 冰晶生成帶，在此階段，液態(tài)食品物料接觸外部的部分已經(jīng)開始生成冰晶，放出相應(yīng)的潛熱，溫度回升，達(dá)到溶劑固相與溶液相共存的穩(wěn)定平衡溫度，冷卻曲線出現(xiàn)平臺(tái)，此時(shí)溫度即為液態(tài)食品物料的冰點(diǎn)。整個(gè)凍結(jié)過程大部分的熱量在此階段中放出；③ 冰晶再生成階段，當(dāng)液態(tài)食品部分凍結(jié)后，再繼續(xù)凍結(jié)的過程中，所消耗的冷量一部分用于冰的降溫，一部分消除余下液體凍結(jié)時(shí)放出的潛熱，所以曲線的斜率小于冷卻階段。

由圖1～3可知，王老吉涼茶過冷點(diǎn)達(dá)到－3℃，溫度平臺(tái)出現(xiàn)在－1.8℃；可口可樂過冷點(diǎn)達(dá)到－2.9℃，溫度平臺(tái)出現(xiàn)在－2℃；玉米濃漿過冷點(diǎn)達(dá)到－2.7℃，溫度平臺(tái)出現(xiàn)在－2.2℃。故王老吉涼茶、可口可樂、玉米濃漿冰點(diǎn)分別為－1.8，－2.0，－2.2℃。液態(tài)食品物料中含有各種糖類、脂質(zhì)及鹽類物質(zhì)，所以其冰點(diǎn)比純水的冰點(diǎn)低。

圖1 王老吉涼茶溫度－時(shí)間曲線Figure 1 Time－temperature curve of Wong Lo Kat Herbal Tea

圖2 可口可樂時(shí)間－溫度曲線Figure 2 Time－temperature curve of Coca－Cola

圖3 玉米濃漿時(shí)間－溫度曲線Figure 3 Time－temperature curve of Corn thick liquid

2.2 液態(tài)食品溫度－電導(dǎo)率曲線的分析

液態(tài)食品物料在－21℃的低溫中的溫度－電導(dǎo)率曲線見圖4～6。由圖4～6可知，第一階段，電導(dǎo)率始終平衡在某一電導(dǎo)率值附近；第二階段，當(dāng)溫度降到－1.8，－2.0，－2.2℃時(shí)電導(dǎo)率急劇下降。此時(shí)冰晶開始形成，溶液電阻率增大，導(dǎo)致電導(dǎo)率急劇下降；第三階段，隨著溫度下降，冰晶越來越多，電阻率越來越大導(dǎo)致電導(dǎo)率繼續(xù)下降。

電導(dǎo)率急劇下降的溫度點(diǎn)－1.8，－2.0，－2.2℃分別與用傳統(tǒng)的時(shí)間－溫度法所測(cè)得老吉涼茶、可口可樂、玉米濃漿冰點(diǎn)－1.8，－2.0，－2.2℃相吻合，因此推測(cè)電導(dǎo)率急劇下降的溫度即為液態(tài)食品物料的冰點(diǎn)。

圖4 王老吉涼茶的溫度－電導(dǎo)率曲線Figure 4 Temperature－conductivity curve of Wong Lo Kat Herbal Tea

圖5 可口可樂的溫度－電導(dǎo)率曲線Figure 5 Temperature－conductivity curve of Coca－Cola

圖6 玉米濃漿的溫度－電導(dǎo)率曲線Figure 6 Temperature－conductivity curve of Corn thick liquid

2.3 固態(tài)食品溫度－電導(dǎo)率曲線的分析

由圖7～9可知，固體物料放置到－21℃的低溫中，電導(dǎo)率呈不斷下降趨勢(shì)。第一階段電導(dǎo)率緩慢下降，這是由于物料中的自由水隨溫度降低而不斷冷卻，電導(dǎo)率隨溫度的下降而下降。黃冠梨水分含量（91.03%），較羅非魚（78.29%）和南美白對(duì)蝦（78.59%）高，因此其電導(dǎo)率下降較為緩慢。第二階段，電導(dǎo)率急劇下降階段。當(dāng)溫度降到－1.3，－1.5，－1.2℃時(shí)，電導(dǎo)率有較為明顯的落差。這時(shí)物料內(nèi)部開始形成冰晶，電阻率劇增，導(dǎo)致電導(dǎo)率急劇下降。第三階段，電導(dǎo)率持續(xù)下降。隨著溫度的下降，冰晶越來越多，電阻率繼續(xù)增大，導(dǎo)致電導(dǎo)率持續(xù)下降。

圖7 羅非魚的溫度－電導(dǎo)率曲線Figure 7 Temperature－conductivity curve of Tilapia

圖8 南美白對(duì)蝦的溫度－電導(dǎo)率曲線Figure 8 Temperature－conductivity curve of Penaeus vannamei Boone

圖9 黃冠梨的溫度－電導(dǎo)率曲線Figure 9 Temperature－conductivity curve of Crested pear

羅非魚片電導(dǎo)率急劇下降的溫度點(diǎn)為－1.3℃，該值符合魚類冰點(diǎn)在－0.5～－2℃［14］的范圍。南美白對(duì)蝦電導(dǎo)率急劇下降的溫度點(diǎn)為－1.5℃，與郭紅等［15］測(cè)得南美白對(duì)蝦冰點(diǎn)為（－1.4±0.1）℃一致。黃冠梨電導(dǎo)率急劇下降的溫度點(diǎn)為－1.2℃，該值與王頡［16］所測(cè)鴨梨冰點(diǎn)（－1.83±0.26）℃較為接近。因而推測(cè)羅非魚、南美白對(duì)蝦、黃冠梨的冰點(diǎn)分別為 －1.3，－1.5，－1.2℃。

樣品羅非魚、南美白對(duì)蝦、黃冠梨水分含量分別為78.29%，78.59%，91.03%。食品中水分含量越高，其冰點(diǎn)越接近純水的冰點(diǎn)，所以黃冠梨的冰點(diǎn)比羅非魚和南美白對(duì)蝦的冰點(diǎn)高。羅非魚和南美白對(duì)蝦雖然水分含量接近，但由于肌肉結(jié)構(gòu)以及脂類、蛋白質(zhì)等含量的不同，造成兩者冰點(diǎn)的差異。

3 結(jié)論

用電導(dǎo)率法測(cè)定食品物料凍結(jié)點(diǎn)，當(dāng)溫度達(dá)到物料冰點(diǎn)時(shí)，物料內(nèi)部開始形成冰晶，電阻率增大，導(dǎo)致電導(dǎo)率急劇下降，該溫度點(diǎn)即為食品物料的冰點(diǎn)。通過試驗(yàn)確定王老吉、可口可樂和玉米濃漿的冰點(diǎn)分別為－1.8，－2.0，－2.2℃。固態(tài)食品羅非魚片、南美白對(duì)蝦和黃冠梨的冰點(diǎn)分別為－1.3，－1.5，－1.2℃。用電導(dǎo)率儀測(cè)定食品物料冰點(diǎn)是一種新的檢測(cè)食品物料冰點(diǎn)的方法。

1 王頡，李里特，丹陽，等.果品蔬菜冰點(diǎn)同可溶性固形物含量關(guān)系的研究［J］.制冷學(xué)報(bào)，2005，12（1）：14～18.

2 李佳君.乳－冰點(diǎn)的測(cè)定－熱敏電阻式冰點(diǎn)測(cè)定儀法［J］.中國(guó)乳品工業(yè)，1990，18（2）：84～89.

3 喬勇進(jìn)，孫蕾，吳興梅，等.先鋒櫻桃冰點(diǎn)確定及適宜貯藏溫度［J］.山東林業(yè)科技，2004，10（3）：9～10.

4 閻瑞香，賈凝，宋茂樹，等.蒜薹冰點(diǎn)溫度、可溶性固形物含量與含水量相關(guān)性的研究［J］.食品科學(xué)，2008，28（10）：554～557.

5 陳國(guó)剛，王禎麗，童軍茂.新疆四種瓜果冰點(diǎn)的測(cè)定［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，40（5）：287～289.

6 孫玉利，李法德，楊玉娥，等.食品物料的電導(dǎo)率及其影響因素［J］.包裝與食品機(jī)械，2005，23（2）：4～7.

7 何文壽，劉陽春，何進(jìn)宇.寧夏不同類型鹽漬化土壤水溶鹽含量與其電導(dǎo)率的關(guān)系［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，28（1）：111～116.

8 丁偉，楊百亮，黃素珍.利用電導(dǎo)率檢驗(yàn)排假牛奶［J］.中國(guó)公共衛(wèi)生，1994（1）：28.

9 宋華賓，馬成林，高曉偉.應(yīng)用電導(dǎo)率側(cè)定豬肉折鮮度的試臉研究［J］.吉林畜牧獸醫(yī)，1990（5）：4～5.

10 呂振榮，王君勇.電導(dǎo)率法檢驗(yàn)葡萄酒的冷穩(wěn)定性［J］.釀造加工，2008，10（6）：62～63.

11 李云飛，殷涌光，金萬鎬.食品物性學(xué)［M］.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2005.

12 林向東，張琪，荊世聰，等.用電導(dǎo)率法測(cè)定蓮藕冰點(diǎn)的研究［J］.冷飲與速凍食品工業(yè)，2006，12（4）：83～86.

13 孫長(zhǎng)青，王世平.牛奶的冰點(diǎn)測(cè)定及利用冰點(diǎn)下降檢測(cè)牛奶中摻水及其他摻雜技術(shù)［J］.中國(guó)乳品工業(yè)，1991，19（3）：110～122.

14 張洪臣，趙桂麗.魚的微凍保鮮技術(shù)［J］.水產(chǎn)品加工，2006，24（5）：60～61.

15 郭紅，董士遠(yuǎn)，劉尊英，等.南美白對(duì)蝦冰溫下菌相變化［J］.中國(guó)海洋學(xué)報(bào)，2010，40（6）：77～80.

16 王頡，李里特，丹陽，等.果品蔬菜冰點(diǎn)同可溶性固形物含量關(guān)系的研究［J］.制冷學(xué)報(bào)，2005，12（1）：14～18.

Research on determination of food freezing point by conductivity meter

CHEN Shu－xiang1SONG Li－rong2LIN Xiang－dong2

（1.Ocean College of Hainan University，Haikou，Hainan570228，China；2.College of Food Science and Technolody，Hainan University，Haikou，Hainan570228，China）

According to investigate the changes between temperatures and conductivities of different liquid and solid foods.It was found that when temperature decreased to the freezing point of foods，the conductivities were sharply dropped.According to this method，the freezing points of Wong Lo Kat Herbal Tea，Coca－Cola and Corn thick liquid were determined，they were－1.8℃，－2℃，－2.2℃respectively.The freezing points ofTilapia，Penaeus Vannamei Booneand Crested pear were also investigated，they were－1.3℃，－1.5℃，－1.2℃.

conductivity；freezing point；solid food

10.3969/j.issn.1003－5788.2012.02.017

海南省09年度重點(diǎn)科技項(xiàng)目（編號(hào)：090110）；海南大學(xué)09年度重點(diǎn)科技項(xiàng)目（編號(hào)：hd09xm34）

陳淑湘（1986－），女，海南大學(xué)在讀碩士研究生。E－mail：jay－61＠qq.com

林向東

2011－12－10