真空預(yù)冷新鮮豬肉水分流失和DSC蛋白分析研究

廖彩虎 單 斌 鐘瑞敏 黃國清

（韶關(guān)學(xué)院英東食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005）

真空預(yù)冷是利用降低壓強來降低水的沸點，依靠物料表面和組織內(nèi)水分蒸發(fā)帶走物料熱量的冷卻方法，所以對于含有自由水及孔隙結(jié)構(gòu)的物料采用真空預(yù)冷方式來預(yù)冷，從理論上能取得良好的效果。McDonald等［1］認(rèn)為真空預(yù)冷的使用有兩個前提條件：① 樣品應(yīng)該具有較大的表面積以方便水分的傳遞；② 由于樣品失水率的增加而可能引起的結(jié)構(gòu)或者外觀的改變不會導(dǎo)致樣品經(jīng)濟損失和感官問題。

真空預(yù)冷過程中，隨著壓力的不斷下降，當(dāng)壓力下降到與物料的飽和水蒸汽壓相同時，樣品中自由水分開始大量的蒸發(fā)，而大量的蒸發(fā)所需要的巨大的相變潛熱又來自于物料本身，所以使得物料的溫度快速下降。由于葉菜具有明顯的孔隙結(jié)構(gòu)和大量的自由水，所以目前真空預(yù)冷是果蔬采后快速降低呼吸強度、消除田間熱和呼吸熱、保持鮮度內(nèi)在品質(zhì)以及延長貨架期的最有效手段之一。

目前真空預(yù)冷技術(shù)在果蔬類、熟肉制品類、果醬、魚肉等農(nóng)副產(chǎn)品［2－5］中的應(yīng)用被國內(nèi)外學(xué)者廣泛地研究，但是用真空預(yù)冷技術(shù)對新鮮豬肉不同預(yù)冷終溫的研究還鮮見報告。差示掃描量熱法（DSC）是在程序控制溫度下，測量輸給物質(zhì)和參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。差示掃描量熱法能直接給出蛋白質(zhì)熱變性過程的溫度和能量變化，是研究蛋白質(zhì)構(gòu)象變化和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一種非常有效的方法。本試驗通過真空預(yù)冷與傳統(tǒng)預(yù)冷方式作比較來探討不同的預(yù)冷方式對豬肉理化指標(biāo)的影響，并探討不同預(yù)冷終溫對豬肉理化指標(biāo)的影響，用DSC技術(shù)來檢測豬肉預(yù)冷后蛋白質(zhì)的變化，以此來尋求豬肉真空預(yù)冷的最佳溫度。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

新鮮的豬肉（瘦肉）：長白豬，韶關(guān)市第一市場。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

真空預(yù)冷機：KMS－50型，東莞科美斯制冷設(shè)備有限公司；

色差計：SP60型，美國愛色麗股份有限公司；

差示掃描量熱儀：TAQ100型，美國TA公司；

溫度記錄儀：testo175－T2型，德國德圖集團；

電子天平（精確到0.001g）：JA1003A型，上海精天電子儀器有限公司；

溫濕度記錄儀：testo174H型，德國德圖集團。

1.2 方法

每塊豬肉（瘦肉）的重量為（150±10）g，每塊豬肉的長×寬×高大約為10cm×8cm×3cm。采用－18℃冷庫預(yù)冷、0℃冷庫預(yù)冷、真空預(yù)冷3種預(yù)冷方式。其中真空預(yù)冷自帶溫度探頭，并采用數(shù)顯控制板。試驗設(shè)定產(chǎn)品的終溫分別為2，4，6℃，冷媒介質(zhì)的溫度設(shè)為－8℃，真空箱內(nèi)絕對壓強由1個大氣壓下降到650Pa所需要的時間為3min。

1.2.1 失水率的測定 采用電子天平（精確到0.001g）稱量好新鮮豬肉的重量，待預(yù)冷后再稱量豬肉的重量，平行樣做3次。

式中：

c—— 失水率，%；

m1—— 預(yù)冷前豬肉的重量，g；

m2—— 預(yù)冷后豬肉的重量，g。

1.2.2 溫濕度的測定 采用德圖testo175－T2電子溫度記錄儀及冷凍食品探頭（NTC，螺紋設(shè)計）用于測量豬肉中心溫度，精度為±0.5℃，分辨率為0.1℃，測量速率為10s～24h，使用溫度范圍為－35～55℃；德圖testo174H電子溫濕度記錄儀，內(nèi)置NTC溫度傳感器和電容濕度傳感器，溫濕度的精度為±0.5℃和±3%RH，溫濕度的分辨率為±0.1℃和±0.1%RH，使用溫度范圍為－40～70℃，測量頻次為1min～24h，用于測量環(huán)境溫度及濕度。

1.2.3 DSC的測定 參考 Deng等［6］和陳韜等［7］的方法并修改如下：取16～18mg新鮮豬肉放于鋁盤（固體盤）中，立刻密封后，放入DSC儀中，在30℃的溫度下以5℃／min升到120℃。冷卻方式為液氮，樣品吹掃氣和保護氣為氮氣（純度＞99%），試驗時將氣閥調(diào)到最小檔，保證有充足氮氣即可。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 測定和分析結(jié)果采用 SPSS 13.0for Windows、TA Universal analysis和 Excel 2003進行處理，質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)果采取均值±標(biāo)準(zhǔn)差形式。指標(biāo)的比較采用最小顯著差異法（least significant difference，LSD），取95%置信度（P＜0.05）。

2 結(jié)果與討論

2.1 預(yù)冷方式對豬肉失水率的影響

由表1可知，不同的預(yù)冷方式對豬肉失水率存在著顯著性差異（P＜0.05）。其中，－18℃冷庫預(yù)冷的失水率最低。隨著真空預(yù)冷終溫的下降，豬肉的失水率逐漸增加。其原因是真空預(yù)冷是通過物料本身水蒸汽的蒸發(fā)來降低溫度，所以其失水率要遠大于其它的預(yù)冷方式。真空預(yù)冷終溫越低，其蒸發(fā)的水分也越多，其失水率也增加。

表1 預(yù)冷方式對新鮮豬肉失水率的影響?Table 1 Water loss of fresh pork at different precooling way ／%

2.2 預(yù)冷方式對豬肉的降溫曲線

由圖1可知，真空預(yù)冷對豬肉的降溫速度要明顯快于其它的預(yù)冷方式。以豬肉最終的預(yù)冷溫度4℃為例，真空預(yù)冷將豬肉從28℃降至4℃所需要的時間為22min，－18℃冷庫預(yù)冷將豬肉降至4℃需要32min，而0℃冷庫預(yù)冷將豬肉降至4℃需要的時間為66min，真空預(yù)冷在對豬肉降溫的速度上具有明顯優(yōu)勢。不同的真空預(yù)冷終溫對豬肉的降溫曲線較為接近，而且都呈現(xiàn)出反S型的形狀，即開始降溫曲線平緩（一般為3～4min），然后進入快速下降階段（一般物料降至8～10℃），最后溫度下降較為平緩。從真空預(yù)冷對豬肉表面溫度下降曲線可以看出（試驗發(fā)現(xiàn)，真空預(yù)冷對豬肉表面溫度下降曲線更多與樣品種類、表面積、重量以及壓力下降過程有關(guān)，而與終溫大小關(guān)系很?。_始下降速度要大于中心溫度的下降速度，然后進入平緩階段，其原因是真空預(yù)冷對豬肉的降溫開始于豬肉的表面，此時物料表面的水分大量蒸發(fā)，引起表面溫度的快速下降，然而隨著物料表面水分的快速蒸發(fā)，豬肉內(nèi)部的水分?jǐn)U散至表面的速度達不到物料表面蒸發(fā)的速度，使得豬肉表面的降溫曲線變得平緩，這也是為什么豬肉真空預(yù)冷以后，豬肉表面顯得特別干燥的原因。將豬肉的厚度適量的減少，以此增加豬肉的表面積，更有利于豬肉的降溫。箱體的降溫有一個快速下降的階段，隨后變得平緩，基本維持在16～17℃左右，箱體的溫度反映了箱體中環(huán)境的溫度，說明真空預(yù)冷并非終溫越低越好，也并非在真空箱內(nèi)維持時間越久越好，因為隨著物料表面水的快速蒸發(fā)以后，物料溫度快速下降，物料溫度與環(huán)境溫度有較大的溫度差，即存在著環(huán)境向物料進行熱傳導(dǎo)的過程，會升高物料的溫度，反而增加了能源損耗。

圖1 預(yù)冷方式對豬肉的中心及表面降溫曲線Figure 1 Cooling curve of the central and surface part in fresh pork at different precooling way

圖2 真空預(yù)冷箱體內(nèi)相對濕度變化曲線及豬肉降溫曲線Figure 2 Relative humidity change curve of vacuum cooling chamber and cooling curve of fresh pork

2.3 真空預(yù)冷箱體內(nèi)相對濕度變化曲線

圖2反映了真空預(yù)冷對箱體內(nèi)（含豬肉）和空箱（不含豬肉）相對濕度及對豬肉中心溫度的變化。真空預(yù)冷過程可以概述為3個階段，即降壓階段、恒壓階段、卸壓階段。當(dāng)箱體內(nèi)無樣品時，真空預(yù)冷對箱體內(nèi)相對濕度的變化曲線是先快速下降，然后出現(xiàn)一個幾乎一條直線，即濕度不變，最后又快速上升。其原因可能是隨著總壓下降，水蒸氣分壓也隨之下降（總壓＝絕干空氣壓強＋水蒸氣分壓），且此溫度下的純水飽和蒸汽壓幾乎不變（因為箱內(nèi)無樣品，箱內(nèi)的溫度基本維持不變），所以相對濕度（相對濕度＝水蒸氣分壓／同溫度下純水飽和蒸氣壓）快速下降；當(dāng)真空度恒定時，水蒸氣分壓不再發(fā)生改變，而且純水飽和蒸汽壓也不會改變，所以相對濕度維持不變；當(dāng)箱體打開時，隨著總壓的上升，其水蒸氣分壓也快速上升，而純水飽和水蒸氣壓不變，所以相對濕度快速上升。當(dāng)箱體內(nèi)有豬肉進行真空預(yù)冷時，其相對濕度是先經(jīng)歷幾分鐘的平緩，甚至出現(xiàn)了上升，其原因可能是豬肉內(nèi)部水蒸氣并沒有被及時帶走，從而使得相對濕度增加，這從含樣品和無樣品相對濕度之差曲線可以看出。然后再經(jīng)歷了一個快速下降階段，隨后相對濕度有所上升，其原因可能是豬肉水分的蒸發(fā)，使得水蒸氣分壓增加；同樣當(dāng)卸壓時，其相對濕度也隨之增加。無論是含樣品還是沒有含樣品進行真空預(yù)冷時，當(dāng)時間為5～6min時，相對濕度均出現(xiàn)了一個拐點，當(dāng)這個拐點出現(xiàn)時，溫度曲線下降的速率也開始快速增加，此時的真空度最大；同樣在15min左右時，當(dāng)濕度開始上升時，即開始卸壓階段，溫度也出現(xiàn)了上升的拐點（注：此時溫度探頭從豬肉終取出）。

2.4 預(yù)冷方式對豬肉DSC蛋白的影響

圖3為豬肉肌肉蛋白質(zhì)DSC熱流圖。其中，峰Ⅰ表示肌球蛋白頭部的變性，所以相對于峰Ⅱ、峰Ⅲ，峰Ⅰ的變性焓值最能反映冷凍過程中肌肉蛋白質(zhì)的變性程度；峰Ⅱ表示肌球蛋白尾部和肌漿蛋白的變性；峰Ⅲ表示肌動蛋白的變性。其中，變性焓值反映了蛋白質(zhì)的變性程度，變性焓值越小，其蛋白質(zhì)變性越嚴(yán)重。

不同的預(yù)冷方式對新鮮豬肉的差示掃描熱量值見表2。

圖3 典型豬肉肌肉蛋白質(zhì)DSC熱流圖Figure 3 DSC thermogram of denaturation enthalpies value and temperature of typical pork muscle protein

表2 不同的預(yù)冷方式對新鮮豬肉的差示掃描熱量值分析結(jié)果?Table 2 DSC analysis results of different precooling way at fresh pork

由表2可知，不同的預(yù)冷方式對峰Ⅰ、峰Ⅱ、峰Ⅲ的變性焓值存在著顯著性差異（P＜0.05）。預(yù)冷后，峰Ⅰ、峰Ⅱ、峰Ⅲ的變性焓值較新鮮的豬肉值均減少，說明預(yù)冷過程中，其蛋白質(zhì)均發(fā)生不同程度的變性。－18℃冷庫預(yù)冷較0℃冷庫預(yù)冷，其變性焓值都更接近于新鮮豬肉，即－18℃冷庫預(yù)冷更能防止肌肉蛋白、肌漿蛋白、肌動蛋白的變性，其原因可能是快速的預(yù)冷方式更能夠防止蛋白質(zhì)的變性。不同的真空預(yù)冷終溫，其變性焓值差異性顯著（P＜0.05）。真空預(yù)冷至4℃峰Ⅰ、峰Ⅱ的變性焓值相對于其它方式更接近于新鮮豬肉；然而，真空預(yù)冷至2℃的峰Ⅰ、峰Ⅱ、峰Ⅲ的變性焓值反而較其它的終溫的低，其原因可能是真空預(yù)冷的預(yù)冷速度更快，能夠較好地防止蛋白質(zhì)的變性，特別是肌球蛋白和肌漿蛋白，但是持續(xù)的真空預(yù)冷（失水量增加）反而使得蛋白質(zhì)變性更加嚴(yán)重。峰Ⅰ的變性焓值反映了肌球蛋白變性，肌球蛋白的變性通常更能反映豬肉蛋白的變性程度。說明真空預(yù)冷4℃較其它方式防止蛋白質(zhì)變性的效果更好。

3 結(jié)論

真空預(yù)冷較其它傳統(tǒng)冷卻方式在降溫速度上具有明顯的優(yōu)勢，這將極大的縮短豬肉胴體預(yù)冷的時間。真空預(yù)冷豬肉降至4℃較其它的預(yù)冷終溫理化指標(biāo)更為理想。但真空預(yù)冷較其它傳統(tǒng)預(yù)冷方式也存在著缺陷，即真空預(yù)冷豬肉后的失水率要高于其它傳統(tǒng)預(yù)冷方式。所以，補充水分、合理安排裝載量及有效的控制壓強大小等方式將是真空預(yù)冷豬肉后期研究的主要方向。

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