冷凍大黃魚通電加熱解凍工藝參數(shù)研究

歐陽杰， 倪　錦， 沈　建， 張軍文， 談佳玉

(農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程技術(shù)重點開放實驗室，中國水產(chǎn)科學研究院漁業(yè)機械儀器研究所，國家水產(chǎn)品加工裝備研發(fā)分中心(上海)，上海 200092)

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冷凍大黃魚通電加熱解凍工藝參數(shù)研究

歐陽杰， 倪錦， 沈建， 張軍文， 談佳玉

(農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程技術(shù)重點開放實驗室，中國水產(chǎn)科學研究院漁業(yè)機械儀器研究所，國家水產(chǎn)品加工裝備研發(fā)分中心(上海)，上海 200092)

摘要：為探索冷凍大黃魚通電加熱解凍的可行性，采用直接通電和浸泡通電兩種方法對大黃魚進行解凍，分別以空氣解凍和流水解凍作為對照組，實時測定大黃魚各部位的溫度，綜合解凍時間和均勻性作為解凍效果的評價指標。結(jié)果顯示，直接通電加熱可以有效縮短解凍時間，但解凍均勻性差，魚體最高溫差達30.2 ℃，不適合大黃魚的解凍；與對照組相比，浸泡通電解凍速度提升近1倍，且均勻性較好，適合大黃魚的解凍。為了掌握浸泡通電解凍工藝參數(shù)，研究了電源形式、電壓、導電液濃度對解凍效果的影響。研究表明，電源形式(直流或交流)對解凍無顯著影響，220 V最適合大黃魚的解凍，導電液濃度為1%時解凍效果最好；重量為500 g左右的冷凍大黃魚通電加熱解凍工藝為：1% NaCl浸泡，220 V交流電通電18 min，解凍終溫為5.2 ℃。

關(guān)鍵詞：大黃魚；通電加熱；解凍；時間；均勻性

中國是水產(chǎn)品加工大國，特別是冷凍加工，占世界加工總量的一半以上[1]。解凍是影響冷凍水產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素，一般在加工前或在最終消費環(huán)節(jié)進行，消費者通常只關(guān)心解凍速度，對于水產(chǎn)品冷凍工藝方法及解凍過程造成品質(zhì)的變化往往容易被忽視[2-7]。目前，水產(chǎn)品解凍常用的方法有自然解凍、水解凍、微波解凍等。但在解凍過程中，存在解凍速度慢、表面易酸化變色、營養(yǎng)損失嚴重等缺點，還容易發(fā)生微生物污染，嚴重影響解凍后的水產(chǎn)品品質(zhì)[8-15]。創(chuàng)新和改進解凍技術(shù)、提升解凍品質(zhì)，已經(jīng)成為冷凍水產(chǎn)品加工一個重要的發(fā)展方向。

通電加熱是食品工程中的一門新興技術(shù)，利用冷凍食品本身即是導體的特性，電流通過冷凍食品內(nèi)部， 自身產(chǎn)生熱量，從而達到解凍。該技術(shù)具有加熱均勻、能量利用度高、解凍速度快、沒有物料厚度限制等優(yōu)點[16-18]。目前在美國、英國和日本等國，通電加熱技術(shù)正處于推廣應用，以及新型設備開發(fā)研究階段，主要應用在流體食品的熱加工、淀粉糊化以及解凍[19-21]。該技術(shù)在中國還處于理論分析和實驗室研究的起步階段，實際應用較少。關(guān)于通電加熱解凍，國內(nèi)外有學者做過豬肉、牛肉等的解凍，主要集中在通電加熱裝置的建立以及在肉類解凍中的應用[22-25]，但在水產(chǎn)品解凍方面的研究比較少，關(guān)于水產(chǎn)品通電加熱解凍工藝參數(shù)的研究尚未見報道。

本研究以中國主要海產(chǎn)經(jīng)濟魚類大黃魚(Pseudosciaenacrocea)為研究對象[26-27]，研究通電加熱方式、通電電源、導電液濃度等對解凍的影響，旨在探索水產(chǎn)品通電加熱解凍的可行性，并進一步掌握相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，為通電加熱解凍裝備的研發(fā)提供理論基礎和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1材料與設備

冰鮮大黃魚購自某水產(chǎn)中心，大小均勻，每條重量(500±50)g，真空包裝后放入(-20±2) ℃的冰箱中貯藏備用。試驗設備：通電加熱裝置(自制)，溫度記錄儀(CHT8000-B，深圳和普泰克電子有限公司)，絕緣溫度探頭(TMDT2-32，SKF)，均質(zhì)機鼓風干燥箱(DHG-9140A，上海精宏實驗設備有限公司)，冰箱(DW-HL388，美菱)，分析天平(XS105DU，梅特勒-托利多)，水分測試儀(MA150，賽多利斯)

1.2試驗方法

1.2.1通電加熱解凍方法

直接通電解凍(圖1)：將大黃魚去掉包裝放在絕緣板上，頭尾兩端用金屬夾夾緊，通過電線連接電源，電路中串聯(lián)一個可調(diào)電阻，防止出現(xiàn)短路，連接電壓表和電流表測定魚體電壓和電流，220 V交流電通電解凍。當中心溫度上升到5 ℃時，視作完全解凍，以恒溫15 ℃自然解凍作為對照組。

圖1　直接通電加熱解凍示意圖Fig.1　Diagram of direct ohmic heating thawing

浸泡通電解凍(圖2)：將大黃魚去掉包裝，放置在解凍槽中心的解凍臺上，解凍臺材質(zhì)為塑料絕緣篩網(wǎng)，確保導電液能充分與魚體接觸，解凍槽中裝有導電液，完全淹沒水產(chǎn)品，導電液溫度為15 ℃，220 V交流電通電解凍；當中心溫度上升到5 ℃時，視作完全解凍。以流水解凍作為對照組，水溫15 ℃，流速10 L/min。

圖2　浸泡通電加熱解凍示意圖Fig.2　Diagram of immersed ohmic heating thawing

1.2.2溫度測定

中心溫度：在大黃魚的幾何中心部位插入絕緣溫度探頭，實時采集溫度數(shù)據(jù)作為中心溫度。

溫度分布測定：沿大黃魚側(cè)線均勻插入5個絕緣溫度探頭(TMDT2-32，測量精度0.1 ℃)，側(cè)線與魚體上下邊緣中間部位各均勻分布3個探頭，魚體表面和導電液中各連接3個接觸式探頭，探頭連接多路溫度記錄儀，實時測定解凍過程中大黃魚各部位的溫度。

1.2.3水分含量

稱取大黃魚背部肌肉5.0 g左右，放入托盤，采用MA150全自動水分測定儀進行測定。

1.3數(shù)理分析

所有實驗均設置3次重復，采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)分析，采用SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件進行差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1通電加熱方式對大黃魚解凍的影響

解凍時間是評價解凍效率的重要指標。由圖3可以看出，直接通電加熱解凍所需時間為52 min，對照組空氣解凍時間為85 min，浸泡式通電加熱解凍所需時間為18 min，對照組流水解凍時間為32 min，說明無論是直接接觸式還是浸泡式，通電均可以顯著縮短解凍時間。這可能是因為大黃魚和一般冷凍食品一樣，并不是所有的水都形成了冰，仍有5%～10%的水以液體的形式存在，具有導電性，電流流經(jīng)魚體時直接把電能轉(zhuǎn)化成熱能，從而加快解凍速度[28]。有研究報道[29]，相比傳統(tǒng)的解凍方法，用通電加熱方法進行解凍可節(jié)約40%～50%的時間，因為傳統(tǒng)加熱方式要通過加熱介質(zhì)對物料進行加熱, 所以在加熱的過程中有大量熱量損失。

圖3　通電加熱方式對大黃魚解凍的影響Fig.3　Effect of ohmic heating method onPseudosciaena crocea thawing

均勻性是評價解凍效果的另一個重要指標，通過溫差來反映，最高溫差是指解凍過程中魚體局部溫度和中心溫度差的最大值。由圖3可以看出，直接通電解凍的大黃魚溫差最大，達到30.2 ℃，解凍初期尤為明顯，特別是與電極直接接觸的部位周圍，魚肉熟化較明顯，表明直接通電加熱解凍不均勻，不適合大黃魚的解凍。這是因為直接接觸通電很難保證魚體和電極的良好接觸，會出現(xiàn)電流集中現(xiàn)象，引起電流集中處的局部過熱[29]；另外一個原因可能是大黃魚魚體呈紡錘形，邊緣薄，中間厚，邊緣部分的冰晶融化快，通過的電流大，造成局部溫升大。浸泡通電解凍最高溫差為11.8 ℃，和對照組流水解凍相比無明顯升高，說明浸泡通電解凍過程中的溫升不明顯，解凍均勻度較好，適合大黃魚的解凍。

2.2通電電源對大黃魚解凍的影響

分別采用36 V、110 V、220 V、250 V的直流電和交流電進行解凍，由圖4可看出，無論是哪種電壓，采用直流電和交流電的解凍時間無顯著差異(P>0.05)，通電加熱的原理是電流流經(jīng)物料時通過自身的電導特性直接把電能轉(zhuǎn)化成熱能，按照電能的計算公式P=UI(P表示電能，U表示電壓，I表示電流)分析，解凍速度與電壓大小和通過的電流呈正相關(guān)，與電源形式無明顯相關(guān)性。

圖4　通電電源對大黃魚通電加熱解凍時間的影響Fig.4　Effect of power source on thawing time forPseudosciaena crocea

在通電電壓分別為36 V、110 V、220 V、250 V的條件下，大黃魚完全解凍的時間分別為30 min、25 min、18 min、16 min，對照組浸泡解凍大黃魚完全解凍時間為32 min，通電電壓越高，解凍的時間越短，說明通電可以促進大黃魚的解凍。36 V為公認的人體安全電壓界限[30]，采用36 V通電解凍的時間比對照組縮短2 min，說明安全電壓對大黃魚的解凍速度無明顯提升；電壓上升到220 V，解凍時間顯著減少，解凍速度提升接近1倍，220 V和250 V的時間無顯著差異(P>0.05)，考慮到安全性，沒有繼續(xù)采用高于250 V的電壓進行試驗。

對比各電壓對溫差的影響后發(fā)現(xiàn)(圖5)，隨著電壓的升高，解凍過程中的溫差變大。電壓為220 V和250 V解凍過程中，測定到的魚體最高溫度分別為16.8 ℃和17.2 ℃，按照魚肉短期放置溫度不宜超過20 ℃的原則[31]，4種電壓浸泡解凍的大黃魚溫度均在可接受范圍內(nèi)，對比電源形式發(fā)現(xiàn)采用直流電和交流電的溫差無顯著差異(P>0.05)。綜合解凍時間和溫升實驗結(jié)果，同時考慮到電壓越高，能耗越大，安全隱患也越大，而且，日常生活中多使用交流電，其設備比較簡單等因素，確定最適宜的浸泡通電加熱解凍電源為220 V交流電。

圖5　通電電源對大黃魚解凍均勻性的影響Fig.5　Effect of power source on the uniformity ofPseudosciaena crocea thawing

2.3導電液濃度對大黃魚解凍的影響

分別采用0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的氯化鈉(NaCl)溶液作為導電液進行解凍試驗，測定解凍時間、電解液溫升、肌肉水分含量等指標。由圖6可知，大黃魚解凍時間隨著NaCl濃度的升高而縮短，這可能是因為導電液導電能力的直接決定因素是自由移動離子的濃度和離子所帶電荷，NaCl濃度越高，自由移動的Na+和Cl-的濃度越高，導電能力越強，解凍速度就越快。通電解凍的電能除部分用于物料的解凍外，一部分使導電液溫度升高，溫升大小反映了電能的利用率，溫升越小，電能的利用率就越高。溫升測定結(jié)果顯示，導電液濃度越高，溫升越小。

圖6　導電液濃度對大黃魚解凍的影響Fig.6　Effect of electrolyte concentration onPseudosciaena crocea thawing

肌肉水分含量是衡量解凍水產(chǎn)品品質(zhì)的一個重要指標，可以反應出解凍過程中的水分損失率。由圖6可看出，導電液濃度越高，肌肉的水分含量越低，0.5%和1%的導電液濃度無顯著差異(P>0.05)，濃度大于1.5%則含水率明顯下降(P<0.05)。造成這種現(xiàn)象的原因可能是濃度太高會造成細胞失水，通常情況下，人的細胞液濃度為0.9%，淡水魚的細胞液濃度為0.5%左右，海水魚由于生活在海水環(huán)境中，細胞液濃度要高于淡水魚[32]，由試驗結(jié)果推斷，大黃魚的細胞液濃度可能接近1%, 濃度1%時細胞內(nèi)外濃度較均衡， 因而水分損失少。綜合評價解凍時間、導電液溫升和肌肉水分含量，認為濃度為1.0%的NaCl溶液是最適宜大黃魚浸泡通電解凍的導電液。

3結(jié)論

研究結(jié)果表明，直接通電加熱可以縮短解凍時間，解凍均勻性差，魚體最高溫差達30.2 ℃，不適合大黃魚的解凍；浸泡通電解凍速度提升近1倍，最高溫差為11.8 ℃，均勻性較好。浸泡通電加熱解凍過程中，直流電和交流電對解凍無顯著差異，220 V為最適合的解凍電壓；濃度為1%的導電液解凍效果最好。確定重量為500 g左右的冷凍大黃魚通電解凍工藝為：1%NaCl浸泡，220 V交流電通電18 min。本研究主要圍繞大黃魚通電解凍的效率及均勻性開展，未涉及解凍過程中大黃魚的品質(zhì)變化研究，這將在后續(xù)研究中進行完善。

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Study on process parameters of ohmic heating thawing for frozen pseudosciaena crocea

OUYANG Jie, NI Jin, SHEN Jian, ZHANG Junwen, TAN Jiayu

(KeyLaboratoryofFisheryEquipmentandEngineering,MinistryofAgriculture,FisheryMachineryandInstrumentResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,NationalR&DBranchCenterForAquaticProductProcessingEquipment(Shanghai),Shanghai200092,China)

Abstract：In order to explore the feasibility of ohmic heating thawing for frozen Pseudosciaena crocea, direct and immerse ohmic heating methods were used for thawing, respectively taking air thawing and running water thawing as control groups, the real-time temperature of each part ofPseudosciaenacroceawas tested, and the thawing time and uniformity were used as evaluation index. The results show that direct ohmic heating can shorten thawing time effectively, but thawing is uneven and the biggest temperature difference is 30.2 ℃, which is not suitable for thawing frozenPseudosciaenacrocea; immersed ohmic heating is more suitable for the thawing, with the thawing speed almost one time faster compared to the control group and with a better thawing uniformity. In order to master the process parameters of immersed ohmic heating, effects of different power modes, voltages and electrolyte concentrations on thawing were researched. The results show that power mode (direct current or alternating current) has no significant influence on thawing, 220 V is the most suitable voltage forPseudosciaenacroceathawing, and electrolyte concentration at 1% has a best thawing effect. After comprehensive analysis, it is confirmed that the ohmic heating thawing process for frozenPseudosciaenacrocea(weight about 500 g) is to immerse it in 1% NaCl, use 220 V alternating current electricity for 18 minutes, and the terminal temperature is 5.2 ℃.

Key words：Pseudosciaenacrocea; ohmic heating; thawing; time; uniformity

DOI：10.3969/j.issn.1007-9580.2016.03.011

收稿日期：2016-03-01修回日期：2016-05-14

基金項目：中國水產(chǎn)科學研究院基本科研業(yè)務費專項(2014A10XK04)

作者簡介：歐陽杰(1983—)，男，助理研究員，碩士，研究方向：水產(chǎn)品加工技術(shù)。E-mail：ouyangjie@fmiri.ac.cn 通信作者：沈建(1971—)，男，研究員，研究方向：水產(chǎn)品加工裝備與技術(shù)。E-mail：shenjian@fmiri.ac.cn

中圖分類號：TS254.4

文獻標志碼：A

文章編號：1007-9580(2016)03-055-05