蓄冷材料對(duì)風(fēng)冷冰箱中豬肉品質(zhì)的影響

李先明，劉寶林，李維杰

（上海理工大學(xué)低溫生物與食品冷凍研究所，上海 200093）

蓄冷材料對(duì)風(fēng)冷冰箱中豬肉品質(zhì)的影響

李先明，劉寶林*，李維杰

（上海理工大學(xué)低溫生物與食品冷凍研究所，上海 200093）

通過在風(fēng)冷冰箱冷凍室中配置蓄冷材料，分別測(cè)定了實(shí)驗(yàn)組（添加蓄冷材料）和對(duì)照組（未添加蓄冷材料）冷凍室中溫度的變化和冷凍肉塊的干耗率、解凍汁液流失率、色差、質(zhì)構(gòu)、剪切力、微觀結(jié)構(gòu)、孔隙率等指標(biāo)，分析了蓄冷材料對(duì)冷凍肉品質(zhì)的影響。結(jié)果顯示，相比對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組風(fēng)冷冰箱冷凍室內(nèi)溫度波動(dòng)明顯減?。ā?.36 ℃），通過最大冰晶生長(zhǎng)帶的時(shí)間縮短61 min，凍存肉塊的干耗率、解凍汁液流失率明顯減小，咀嚼性更優(yōu)；肌間冰晶重結(jié)晶減弱，冰晶分布均勻，對(duì)肉塊內(nèi)部的機(jī)械損傷減弱，肌纖維的完整性得以更好的保持。結(jié)果證明，蓄冷材料對(duì)維持冷凍肉的品質(zhì)具有可行性，為更好地優(yōu)化風(fēng)冷冰箱性能提供了依據(jù)。

風(fēng)冷冰箱；溫度波動(dòng)；蓄冷材料；冷凍豬肉

風(fēng)冷冰箱已成為家用電冰箱消費(fèi)市場(chǎng)的主流發(fā)展趨勢(shì)，中國(guó)家用電冰箱產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖（2013年版）指出[1]：國(guó)內(nèi)市場(chǎng)無霜風(fēng)冷冰箱將在今后直至2020年持續(xù)快速發(fā)展，大于250 L的無霜風(fēng)冷冰箱產(chǎn)品的數(shù)量占比到2015年達(dá)到20%，到2020年將超過40%。風(fēng)冷冰箱相比直冷冰箱具備箱內(nèi)降溫速度快、箱內(nèi)無霜及自動(dòng)除霜的優(yōu)點(diǎn)，但也存在箱內(nèi)溫度波動(dòng)大、濕度較低、食品風(fēng)干嚴(yán)重、營(yíng)養(yǎng)流失的缺陷，嚴(yán)重影響食品品質(zhì)。所以，提高風(fēng)冷冰

箱保存食品品質(zhì)，更好地推廣市場(chǎng)，解決上述問題顯得十分重要，并有必要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其可行性。

楊萍等[2]的研究表明，陳列柜內(nèi)溫度波動(dòng)會(huì)引起柜內(nèi)的濕度變化，從而間接引起貯藏食品的干耗，當(dāng)陳列柜內(nèi)溫度上升，水分子移動(dòng)快，細(xì)胞液黏度下降，水分子所受束縛力下降，有利于水分的蒸發(fā)；當(dāng)柜內(nèi)溫度升高，柜內(nèi)空氣飽和蒸汽壓增大，可容納更多的水分，導(dǎo)致貯藏食品與空氣之間的蒸汽壓差增大，加快食品中水分的流失。文獻(xiàn)[3-5]研究得出，溫度波動(dòng)對(duì)凍存肉品質(zhì)具有很大的影響，是造成食品品質(zhì)降低的主要原因，溫度波動(dòng)一方面會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)存環(huán)境中空氣濕度的變化，破壞肉表面與貯藏環(huán)境之間的平衡；另一方面引起肉塊內(nèi)部冰晶的凍融循環(huán)，對(duì)凍藏肉樣中的冰晶形態(tài)有顯著影響，溫度波動(dòng)越大，產(chǎn)生的冰晶再結(jié)晶越嚴(yán)重，冰晶隨之增大，嚴(yán)重破壞了肉樣的微觀組織結(jié)構(gòu)，引起組織形態(tài)和新鮮度的劣變，不利于肉樣的保水性和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的維持，降低了所儲(chǔ)存肉樣的貨架期。

為了減小風(fēng)冷冰箱內(nèi)的溫度波動(dòng)，研究人員提出了很多方法，在冰箱隔熱方面[6-8]、控制方面[9-10]、蓄冷方面[11-14]都進(jìn)行了較深入的研究，其中相變材料對(duì)減小溫度波動(dòng)效果更好。相變蓄冷材料能夠吸收或釋放大量的相變潛熱，在相變儲(chǔ)能和釋能過程中完成能量轉(zhuǎn)移，可以近似的看作是等溫過程，具備穩(wěn)定箱內(nèi)溫度波動(dòng)、延長(zhǎng)溫度回升時(shí)間、減少壓縮機(jī)啟動(dòng)次數(shù)的功能[12]。但有關(guān)冰箱配置蓄冷材料后對(duì)冷凍肉制品品質(zhì)影響的研究較少，本實(shí)驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究風(fēng)冷冰箱配置蓄冷材料后對(duì)冷凍肉品質(zhì)的影響，對(duì)更好地保持易腐肉類品質(zhì)具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

原材料：屠宰24 h內(nèi)的冷卻豬背長(zhǎng)肌，上海卜蜂蓮花超市。

BCD-241WDCV雙開門風(fēng)冷冰箱 青島海爾股份有限公司；蓄冷材料（相變溫度-18 ℃） 上海戴錫實(shí)業(yè)有限公司；FA2204B電子天平 上海越平科學(xué)儀器有限公司；自封袋 臺(tái)州市名科塑業(yè)有限公司；CR-400色彩色差儀 日本柯尼卡-美能達(dá)公司；LeiceCM1950冷凍切片機(jī) 德國(guó)萊卡微系統(tǒng)有限公司；LD85B3型真空冷凍干燥機(jī) 美國(guó)Millrock公司；XTH225型工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層（computed tomography，CT）掃描儀日本尼康公司；LW200-20T實(shí)驗(yàn)型生物顯微鏡 上海安銳自動(dòng)化儀表有限公司；T型熱電偶 美國(guó)Omega Engineering公司；34972A溫度采集儀 美國(guó)安捷倫科技有限公司；HH-1恒溫水浴鍋 北京盈訊智源科技有限公司；TA.XT2i質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)STableMicro Systems公司。

1.2 方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)方案

將2 臺(tái)風(fēng)冷冰箱中的一臺(tái)作為實(shí)驗(yàn)組，另一臺(tái)作為對(duì)照組。在實(shí)驗(yàn)組冰箱的冷凍室抽屜四周和底部貼上蓄冷盒，每個(gè)抽屜配置的蓄冷劑質(zhì)量為3 000 g；對(duì)照組冰箱冷凍室內(nèi)沒有配置蓄冷材料，開機(jī)直至運(yùn)行穩(wěn)定待用。精選不同豬個(gè)體上的豬背長(zhǎng)肌沿纖維方向切成5 cm×5 cm×5 cm的塊狀，稱質(zhì)量并測(cè)量初始色差，在肉的幾何中心布置T型熱電偶，用自封袋包裝分別置于實(shí)驗(yàn)和對(duì)照風(fēng)冷冰箱中凍存，同時(shí)用T型熱電偶測(cè)量冷凍室內(nèi)溫度，熱電偶的溫度采集周期為10 s。每3 d取出測(cè)量一次，并作3 組平行實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 冷凍干耗率的測(cè)定

凍存豬肉的冷凍干耗率根據(jù)AOAC（1995）[15]的方法測(cè)定，采用電子天平準(zhǔn)確稱量冷凍前后的樣品質(zhì)量，按照公式（1）計(jì)算得出：

1.2.3 解凍汁液流失率的測(cè)定

樣品以空氣解凍的方法[16]解凍，每次取出后置于溫度15 ℃、相對(duì)濕度95%、環(huán)境風(fēng)速1.5 m/s的環(huán)境中至完全解凍，用濾紙拭去表面滲出水分，采用電子天平準(zhǔn)確稱量解凍前后的樣品質(zhì)量，根據(jù)AOAC（1995）[15]的方法測(cè)定解凍汁液流失率，按照公式（2）計(jì)算得出：

1.2.4 色差的測(cè)定

色差的測(cè)定根據(jù)Chang Haijun等[17]方法，新鮮肉和解凍完成后的肉樣，用濾紙拭去表面水分后，用CR-400色差計(jì)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定L*、a*、b*值，每個(gè)樣品平行測(cè)10 次，取其平均值。

1.2.5 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

根據(jù)常海軍等[18]的方法將樣品肉切成1.5 cm× 1.5 cm×1.5 cm的方塊狀，采用TA-XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀測(cè)定，使用配套軟件Texture Expert V 1.0加以控制，主要測(cè)定硬度、咀嚼性、回復(fù)性、彈性4 種質(zhì)構(gòu)參數(shù)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)3 次，記錄并計(jì)算均值。質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)設(shè)定為：測(cè)前速率：2.00 mm/s，測(cè)中速率：1.00 mm/s，測(cè)后速率：1.00 mm/s，壓縮比：50%，2 次下壓間隔時(shí)間：5.0 s，負(fù)載力：5.0 g，探頭類型：P/36R，數(shù)據(jù)收集率：200 pps，測(cè)定環(huán)境溫度：20 ℃。

1.2.6 剪切力的測(cè)定

根據(jù)魏心如等[19]的方法將肉樣品沿肌纖維方向切成4 cm×1 cm×1 cm的長(zhǎng)方體，采用TA-XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀測(cè)定，重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，記錄并計(jì)算均值。質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)設(shè)定

為：測(cè)試速率：2.00 mm/s，位移25 mm，觸發(fā)力5.0 g，探頭類型HDP/BS，探頭垂直于肌纖維剪切，測(cè)定環(huán)境溫度：20 ℃。

1.2.7 組織微觀檢測(cè)

只有低溫樣品被用于組織微觀檢測(cè)[20]。將每次取出的樣品通過冷凍切片機(jī)切成30μm的薄片，并通過HE染色方法染色，然后根據(jù)Pan等[21]的方法，使用顯微鏡和照相機(jī)觀察不同冷凍貯藏時(shí)期的樣品肉的微觀結(jié)構(gòu)，并使用配套軟件IS Capture加以處理。

1.2.8 工業(yè)CT孔隙率檢測(cè)

研究表明利用X射線對(duì)冷凍干燥后樣品的孔隙進(jìn)行掃描，得出的孔隙面積與傳統(tǒng)顯微鏡的方法測(cè)量結(jié)果類似，證明冷凍干燥后留下的空隙與原冰晶存在的空間對(duì)應(yīng)一致[22]。凍存樣品通過真空冷凍干燥機(jī)冷凍干燥后，采用高分辨率的X射線CT對(duì)凍干的肉樣品進(jìn)行斷層掃描，射線管掃描參數(shù)設(shè)置為電壓100 kV，電流118 μA，灰度范圍在15 000～65 000 之間，確保得到的圖像清晰。CT圖像由樣品在工作臺(tái)上旋轉(zhuǎn)360°得到，探測(cè)器相片拍攝設(shè)置為1 800 張，拍攝時(shí)間約12 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 配置蓄冷材料對(duì)風(fēng)冷冰箱的影響

2.1.1 配置蓄冷材料對(duì)冰箱運(yùn)行的影響

圖1 對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組冰箱冷凍室的溫度變化Fig.1 Changes in freezing chamber temperature in the control and experimental groups

圖1顯示了實(shí)驗(yàn)組冰箱和對(duì)照組冰箱穩(wěn)定運(yùn)行后箱內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化曲線。可以看出冷凍室中配置蓄冷材料，箱內(nèi)溫度波動(dòng)明顯減弱，波動(dòng)范圍由±2.15 ℃減小到±0.36 ℃，減小了82.35%；同時(shí)還延緩了箱內(nèi)溫度的回升，減少了壓縮機(jī)的啟停周期，實(shí)驗(yàn)組的溫度回升時(shí)間比對(duì)照組延長(zhǎng)了約20 min，這與方貴銀[12]的研究結(jié)果一致，即：冰箱配置蓄冷節(jié)能器可以起到延長(zhǎng)負(fù)載溫度回升時(shí)間，達(dá)到了節(jié)能的目的，還可以實(shí)現(xiàn)斷電保冷、穩(wěn)定冷凍室溫度、減少壓縮機(jī)起動(dòng)次數(shù)、延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命。但是，配置蓄冷材料占用了約16%的總冷凍室容積，減小了冰箱的利用率，這有待進(jìn)一步去研究潛熱值更大的蓄冷材料，減小蓄冷材料的用量，將占用容積降到最小。

2.1.2 配置蓄冷材料對(duì)肉塊中心溫度的影響

圖2 肉塊中心溫度隨時(shí)間的變化Fig.2 Core temperature curve of pork with storage time

由圖2可知，將肉塊樣本分別放置在運(yùn)行穩(wěn)定后的對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組冷凍室，同時(shí)降溫，可以看出實(shí)驗(yàn)組肉塊的中心溫度通過最大冰晶生長(zhǎng)帶（-1～-5 ℃）的時(shí)間相對(duì)較短，實(shí)驗(yàn)組肉塊的中心降溫所用時(shí)間縮短了61 min，表明配置蓄冷材料對(duì)箱內(nèi)儲(chǔ)物具有速凍效果，這與王會(huì)等[23-24]的研究結(jié)果：相變蓄冷器具備速凍特性相吻合。由圖2也可以看出，實(shí)驗(yàn)組肉塊中心溫度波動(dòng)明顯低于對(duì)照組，波動(dòng)范圍在±0.08 ℃左右，這是因?yàn)橄嘧冃罾洳牧暇邆涓邼摕嶂?，在箱?nèi)出現(xiàn)溫度升高時(shí)，能迅速釋放儲(chǔ)存的冷量來抑制溫度回升，減小了肉塊溫度與儲(chǔ)存環(huán)境之間的溫差，從而穩(wěn)定了儲(chǔ)存肉塊的溫度。這說明配置蓄冷材料對(duì)減弱風(fēng)冷冰箱冷凍室內(nèi)的溫度波動(dòng)是可行的。

2.2 配置蓄冷材料對(duì)冷凍肉塊品質(zhì)的影響

2.2.1 配置蓄冷材料對(duì)凍存肉塊干耗率的影響

食品在冷卻、冷藏過程中，因食品中的水分蒸發(fā)或冰晶升華，造成食品的質(zhì)量減少，稱為“干耗”。文獻(xiàn)[2,25-26]指出：溫度波動(dòng)對(duì)食品干耗的影響較大，由于熱遷移帶動(dòng)濕遷移，相對(duì)濕度較大的濕空氣隨著熱量的傳遞從低溫向高溫遷移，箱內(nèi)的溫度波動(dòng)必然會(huì)加劇箱內(nèi)溫度場(chǎng)的不均勻和熱濕交換，當(dāng)箱內(nèi)溫度升高時(shí)，箱內(nèi)空氣的相對(duì)濕度降低，空氣的飽和蒸汽壓增大，能容納的水分更多，導(dǎo)致食品表面的水分不斷蒸發(fā)到箱內(nèi)空氣中；當(dāng)降溫時(shí)，蒸發(fā)出的水分凝結(jié)在包裝袋上出現(xiàn)“返霜”現(xiàn)象或隨著循環(huán)冷風(fēng)凝結(jié)在蒸發(fā)器上，水分流失，干耗產(chǎn)生，當(dāng)溫度再次上升時(shí)，箱內(nèi)空氣再次變得干燥，新的水分又從肉中升華流失，并隨著時(shí)間的推移和溫度波動(dòng)的無限循環(huán)，從肉塊表面向肉塊中心推移，干耗越來越大。從圖3可以明顯看出，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，凍存豬肉干耗率逐漸增加，其中凍存初期（前3 d）水分流失較快，可以從其斜率看出，這是因?yàn)樨i肉直接由15 ℃左右放入-18 ℃冷凍室，肉表面與箱內(nèi)溫差最大，表面水分與袋內(nèi)低溫的空氣的水蒸氣分壓差最大，導(dǎo)致肉中的水分迅速流失，干耗流失速率較大；隨著豬肉凍結(jié)，二者之間的水蒸氣分壓力減小，即水分流失的驅(qū)動(dòng)力減小，

干耗流失速率相對(duì)減小。從圖3還可以看出，實(shí)驗(yàn)組的干耗明顯小于對(duì)照組，這是由于對(duì)照組溫度波動(dòng)幅度相對(duì)實(shí)驗(yàn)組大，可以從圖1看出，對(duì)照組的箱內(nèi)溫度波動(dòng)范圍為±2.15 ℃，明顯高于實(shí)驗(yàn)組的±0.36 ℃。這說明冰箱配置蓄冷材料后，一方面可以穩(wěn)定溫度波動(dòng)，減弱因溫度波動(dòng)而引起的箱內(nèi)空氣濕度變化，減小了干耗的驅(qū)動(dòng)力——水蒸氣分壓力差；另一方面減少啟停次數(shù)，降低了因升降溫次數(shù)引起的干耗的幾率。

圖3 肉塊干耗率和解凍汁液流失率隨時(shí)間的變化Fig.3 Changes in weight loss rate and dripping loss rate of frozen pork with storage time

2.2.2 配置蓄冷材料對(duì)凍存肉塊解凍汁液流失率的影響凍存豬肉在解凍過程中會(huì)伴隨著汁液流失，汁液的流失會(huì)帶走大量的可溶性蛋白，使得肉的營(yíng)養(yǎng)成分流失，其原因與食品的切分程度、凍結(jié)方式、凍藏條件及解凍條件相關(guān)，其中，切分越細(xì)小，解凍后汁液流失率就越多[16]。圖3是解凍后汁液流失率隨著貯藏時(shí)間的變化曲線。可以看出，肉塊的解凍汁液流失率隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，原因是在凍存過程中，豬肉的肌間冰晶產(chǎn)生凍融循環(huán)，冰晶體積不斷增大，導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)的機(jī)械損傷，肌細(xì)胞膜破裂，解凍時(shí)細(xì)胞中的水分不斷滲出導(dǎo)致的汁液流失。其中實(shí)驗(yàn)組的肉塊解凍汁液流失率明顯低于對(duì)照組，這是由于對(duì)照組的溫度波動(dòng)較大，啟停次數(shù)較多，引起的反復(fù)凍融循環(huán)次數(shù)增加，機(jī)械損傷和細(xì)胞膜破裂程度嚴(yán)重，解凍損失相比更嚴(yán)重。由上述說明，凍存過程中溫度波動(dòng)大是不利于肉塊長(zhǎng)期貯藏的，較大的溫度波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致冰晶生長(zhǎng)過大，組織損傷嚴(yán)重，配置相變蓄冷材料來降低溫度波動(dòng)，減弱貯藏食品汁液流失是可行的。

2.2.3 配置蓄冷材料對(duì)凍存肉塊色差的影響

表1 冷凍肉色差隨時(shí)間的變化Table1 Changes in color parameters with storage time

肉的色差是肉類感官品質(zhì)評(píng)定的重要指標(biāo)，對(duì)肉的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值影響不大，但會(huì)影響消費(fèi)者的購買欲望。從表1可以看出，對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的色差變化規(guī)律為L(zhǎng)*值降低，a*值降低，b*值增大。其中，L*值降低可能一方面是肉塊在凍存過程中的失水，會(huì)導(dǎo)致表面光線反射率降低，另一方面，肌肉組織與空氣接觸，導(dǎo)致肌肉組織發(fā)生氧化還原反應(yīng)，降低了肉表面的亮度；a*值的下降可能是貯藏過程中發(fā)生氧化作用產(chǎn)生高鐵肌紅蛋白，并隨著貯藏時(shí)間的積累表現(xiàn)出來；b*值的增加可能是蛋白的變性和脂質(zhì)氧化導(dǎo)致。但配置蓄冷材料后，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組相比，色差沒有顯著性差異，這可能是肉塊色差變化主要是肉塊與空氣之間的相互作用引起的，蓄冷材料并不能影響其反應(yīng)，又由于肉塊在低溫條件下貯藏，其反應(yīng)速率也受到抑制；實(shí)驗(yàn)中，肉塊還置于自封袋內(nèi)，肉塊與空氣不能大范圍相互作用，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)造成顯著差異。這與黃鴻兵[3]的結(jié)果一致，即短期恒溫及溫度波動(dòng)貯藏對(duì)樣品的顏色沒有產(chǎn)生顯著影響。

2.2.4 配置蓄冷材料對(duì)凍存肉塊質(zhì)構(gòu)的影響

表2 9 d后對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組凍肉質(zhì)構(gòu)的變化Table2 Texture properties of frozen pork in the control and experimental groups after storage for 9 days

質(zhì)構(gòu)的分析可以用來綜合評(píng)價(jià)肉的凍存前后品質(zhì)變化，能比較客觀地反映其品質(zhì)。通過質(zhì)構(gòu)儀可以定量的得出肉樣品的硬度、黏附性、彈性、凝聚性、咀嚼性等。其中，彈性是蛋白質(zhì)及其水化層形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)外力的抵抗力的表現(xiàn)，凝聚性反映細(xì)胞間結(jié)合力的大小，從表2可以看出，凍存9 d后實(shí)驗(yàn)組的彈性和凝聚性高于對(duì)照組，但沒有顯著變化。硬度、彈性及凝聚性的聯(lián)合作用表現(xiàn)為咀嚼性，反映肉從咀嚼到可吞咽狀態(tài)所需的能量，在一定的范圍內(nèi)，咀嚼性越大，表明樣品的口感就越優(yōu)[27]。從表2也可以看出，實(shí)驗(yàn)組的硬度為7 517.15 g，顯著低于對(duì)照組的8 153.12 g（P＜0.05）；咀嚼性為3 579.83 g，顯著高于對(duì)照組的2 513.69 g （P＜0.05）。這說明配置蓄冷材料對(duì)提高冷凍肉的質(zhì)構(gòu)特性是可行的。

如圖4所示，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，熟豬肉的剪切力變化趨勢(shì)為先增大后減小。其中，對(duì)照組的剪切力變化顯著，實(shí)驗(yàn)組的變化相對(duì)穩(wěn)定。這可能是因?yàn)閮龃娉跗冢捎谌獾母珊氖椭毫魇鄬?duì)較多，導(dǎo)致肉的纖維收縮變得緊實(shí)，剪切力有增大的趨勢(shì)，但隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，受溫度波動(dòng)引起的冰晶凍融循環(huán)對(duì)肌纖維的損傷占主導(dǎo)作用，使得肌纖維完整性遭到破壞，纖維斷裂，肌間間距增加，剪切力快速減小[28]；

而實(shí)驗(yàn)組配置了蓄冷材料，溫度波動(dòng)小，凍融循環(huán)導(dǎo)致的重結(jié)晶損傷較小，肌肉的組織結(jié)構(gòu)得到了較好的維持，剪切力變化不明顯。該結(jié)果表明，配置相變材料可以有效地降低冰晶對(duì)肌纖維的機(jī)械損傷，更好地維持凍存樣品的品質(zhì)。

圖4 對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組凍肉剪切力隨時(shí)間的變化Fig.4 Changes in WBSF values of frozen pork in the control and experimental groups during storage

2.2.5 配置蓄冷材料對(duì)凍存肉塊組織微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖5 冷凍切片的顯微鏡照片F(xiàn)ig.5 Micrographs of frozen pork slices

不同貯藏時(shí)間的肉塊順紋切片，經(jīng)染色后在顯微鏡下觀察得到的照片如圖5所示，可以看出隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，肌纖維間的間距增加和肌纖維被撕裂的程度加劇。新鮮肉的肌纖維排列緊實(shí)，間距均勻，連接良好，無斷裂；對(duì)照組第1次（凍藏3 d）取出觀察時(shí)，肌纖維有斷裂，肌間間距略微增大，第2次取出時(shí)（凍藏6 d），斷裂較第1次嚴(yán)重，纖維略微出現(xiàn)無序排列，當(dāng)?shù)?次取出時(shí)（凍藏9 d），肌纖維被撕裂分開，肌間間距進(jìn)一步增大，無序的排列著。實(shí)驗(yàn)組第1次取出時(shí)（凍藏3 d），纖維結(jié)構(gòu)和肌間間距保持良好，與鮮肉類似，第2次取出時(shí)（凍藏6 d）也開始出現(xiàn)肌纖維斷裂，但實(shí)驗(yàn)組凍藏6 d的結(jié)果優(yōu)于對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組凍藏6 d還存在部分完整的肌纖維，肌間間距得以維持，第3次取出時(shí)（凍藏9 d），纖維結(jié)構(gòu)雖有斷裂，但與實(shí)驗(yàn)組凍藏6 d變化不大，明顯優(yōu)于對(duì)照組。這些變化是因?yàn)閮鋈谘h(huán)引起的肌間冰晶重結(jié)晶，產(chǎn)生不均勻的大冰晶壓迫肌纖維結(jié)構(gòu)，使肌內(nèi)膜破裂，肌纖維斷裂的結(jié)果。對(duì)照組相比實(shí)驗(yàn)組明顯嚴(yán)重，這是由于對(duì)照組溫度波動(dòng)較大和較頻繁，造成冰晶凍融循環(huán)加劇，冰晶體積增大，導(dǎo)致的機(jī)械損傷。該結(jié)果表明，配置相變材料，可以有效地減弱肌纖維間的重結(jié)晶現(xiàn)象，對(duì)提升凍肉樣品的品質(zhì)是可行的。

2.2.6 配置蓄冷材料對(duì)凍存肉塊肌間冰晶（孔隙率）的影響

圖6 豬肉的CT掃描圖Fig.6 Computed tomography images of cross-section of pork

對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組在不同貯藏時(shí)間對(duì)應(yīng)下的凍干樣品，通過CT掃描3D重構(gòu)后的局部放大圖如圖6所示，孔隙和肉的肌纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)代表的是冰晶形態(tài)，灰白色的肌纖維網(wǎng)絡(luò)代表著肉樣品組織，黑色區(qū)域代表著冰晶升華后留下孔隙，即凍結(jié)狀態(tài)下的肌間冰晶形態(tài)。從圖6A可以看出，組織間出現(xiàn)了許多微小的、分布相對(duì)均勻的冰晶，其樣品孔隙率為11.75%。對(duì)照組與新鮮組相比，纖維結(jié)構(gòu)和孔隙構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變

化，可以看出，對(duì)照貯藏3 d的黑色區(qū)域略微擴(kuò)張，冰晶體積增大，冰晶對(duì)樣品纖維結(jié)構(gòu)造成損壞，此時(shí)孔隙率為19.34%（圖7）；對(duì)照貯藏6 d的孔隙（冰晶）進(jìn)一步增大，冰晶大小不一，此時(shí)孔隙率為25.36%；對(duì)照貯藏9 d的孔隙率達(dá)到了37.32%（圖7），圖中可以更加明顯地看出，肉纖維結(jié)構(gòu)斷裂，出現(xiàn)了冰晶間的融合，形成更大的冰晶，纖維結(jié)構(gòu)的機(jī)械損傷很嚴(yán)重；實(shí)驗(yàn)組的孔隙體積較小，分布較均勻，孔隙率分別為14.68%、19.26%、27.28%（圖7），實(shí)驗(yàn)組貯藏6 d與對(duì)照組貯藏3 d、實(shí)驗(yàn)組貯藏9 d與對(duì)照組貯藏6 d相差不大，這可以從孔隙率數(shù)據(jù)定量得出。這表明對(duì)照組的溫度波動(dòng)范圍大會(huì)加劇冰晶的凍融循環(huán)，促進(jìn)冰晶體積增大，擠壓組織纖維和組織細(xì)胞，造成機(jī)械損傷，并隨著貯藏時(shí)間越來越嚴(yán)重。該結(jié)果與顯微鏡切片觀察結(jié)果一致，這說明配置蓄冷材料可以最大限度地保持冰晶的細(xì)小化和均勻分布，減小對(duì)肉塊微觀結(jié)構(gòu)的損傷。

圖7 計(jì)算機(jī)斷層掃描獲得的凍存豬肉孔隙率Fig.7 Porosity values of frozen pork calculated by computed tomography

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)在風(fēng)冷冰箱冷凍室內(nèi)配置高效相變蓄冷材料，分析了蓄冷材料對(duì)箱內(nèi)溫度波動(dòng)和冷凍豬肉品質(zhì)的影響，結(jié)果表明：

1）配置蓄冷材料，對(duì)穩(wěn)定冰箱內(nèi)的溫度波動(dòng)作用明顯，實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組溫度波動(dòng)減小82.35%；此外，配置蓄冷材料可以使豬肉更快地通過最大冰晶生長(zhǎng)溫度帶，為提高冷凍食品的品質(zhì)提供了有利條件，但配置蓄冷材料占用了冰箱容積，減小了冰箱利用率，有待進(jìn)一步研發(fā)高潛熱值的蓄冷材料，減少用量，提高冰箱的儲(chǔ)物量。

2）配置蓄冷材料，使干耗產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力——水蒸氣分壓力差減小，降低了冷凍肉塊的干耗率，為維持肉塊的品質(zhì)提供了有利條件。

3）配置蓄冷材料，使得肉塊解凍后的汁液流失率減少，咀嚼性和剪切力明顯優(yōu)于對(duì)照組；但對(duì)肉塊色差的影響不顯著。

4）從組織結(jié)構(gòu)看，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，冰晶在肉塊中逐漸增大，導(dǎo)致肌纖維斷裂，肌間距增大，肉的品質(zhì)降低。配置蓄冷材料，可以有效地減小冰晶體積的增長(zhǎng)速度，使冰晶分布更加均勻，對(duì)肉塊的機(jī)械損傷明顯減少，提高了冷凍肉塊的品質(zhì)。

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Effects of Phase Change Material on the Quality of Frozen Pork in Frost-Free Refrigerator

LI Xianming, LIU Baolin*, LI Weijie
(Institute of Cryobiology and Food Freezing, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

In this study, phase change material was placed in the freezing chamber of a frost-free refrigerator to examine its effect on the quality of frozen pork. The changes in freezing chamber temperature in the experimental group (with phase change material) and the control group (without phase change material) were recorded. Weight loss rate, dripping loss rate, color difference, texture, Warner-Bratzler shear force (WBSF) values, microstructure, and porosity of frozen pork were used to evaluate the effectiveness of phase change material. The results showed that the temperature fluctuation was significantly smaller (± 0.36 ℃) in the experimental group compared with the control group. The time required to pass through the maximum ice crystal growth zone was reduced by 61 min. Compared with the control group, weight loss rate and dripping loss rate of frozen pork were decreased significantly in the experimental group. Microscopic and micro-CT image results showed that ice crystals were distributed uniformly and the ice recrystallization between muscle fibers was reduced. These results indicated that the mechanical damage of the inner tissue was reduced and the integrity of the muscle fiber was maintained. The results of this research have proved that phase change material is feasible to maintain the quality of frozen pork and provided a potential way to improve the performance of frost-free refrigerator.

frost-free refrigerator; temperature fluctuations; phase change materials; frozen pork

10.7506/spkx1002-6630-201622040

TS251.44

A

1002-6630（2016）22-0263-06

李先明, 劉寶林, 李維杰. 蓄冷材料對(duì)風(fēng)冷冰箱中豬肉品質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(22): 263-268. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201622040. http://www.spkx.net.cn

LI Xianming, LIU Baolin, LI Weijie. Effects of phase change material on the quality of frozen pork in frost-free refrigerator[J]. Food Science, 2016, 37(22): 263-268. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201622040. http://www.spkx.net.cn

2016-03-11

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD19B01）；東方學(xué)者跟蹤計(jì)劃項(xiàng)目

李先明（1991—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称防鋬隼洳亍-mail：xmlee1@163.com

*通信作者：劉寶林（1968—），男，教授，博士，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。E-mail：blliuk@163.com