電冰箱全空間保鮮技術(shù)及評價(jià)方法研究

周雯虹 徐鴻 趙毅力 李曉峰 朱小兵 張佩佩

（1.中國家用電器研究院，北京 100053；2.中國家用電器研究院，北京 100037；3.青島海爾電冰箱有限公司，山東青島 266100）

電冰箱是日常家庭中儲存食物的重要電器。食物的儲存主要是保持食物的新鮮衛(wèi)生，通過一定的措施最大限度地保持食物中水分和營養(yǎng)素少流失，減少衰敗和腐壞變質(zhì)。而食物在儲藏過程中營養(yǎng)素的變化通常與儲藏條件，如溫度、濕度、氧氣、光照、儲藏方法及時(shí)間長短有關(guān)。蔬菜水果的儲藏可采用低溫、氣調(diào)等儲藏方法進(jìn)行儲藏。動物性食物通常采用低溫儲藏，包括冷藏和冷凍。谷類的儲藏應(yīng)考慮谷類種類、儲藏條件和水分含量等，避免霉變生蟲。

本文將通過對電冰箱保鮮技術(shù)的介紹，解析全空間保鮮技術(shù)，并對不同功能間室的保鮮效果評價(jià)展開研究，以期為科學(xué)評價(jià)電冰箱全空間保鮮和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂提供思路和方法。

1 保鮮技術(shù)分析

T/CAS 280-2020《全空間保鮮電冰箱》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)[1]中提出“全空間保鮮電冰箱”的概念，定義為“各食材儲藏間室均具有保鮮功能，且均能達(dá)到非冷凍食材儲藏室干濕分儲要求及冷凍恒溫要求的冷藏冷凍箱”。從定義來看，全空間應(yīng)是冰箱各間室的保鮮效果均符合要求。目前電冰箱的食材儲藏間室設(shè)置可大體分為冷藏室、冷凍室和變溫室，各間室所應(yīng)用的保鮮技術(shù)因存儲食材和功能的不同也不盡相同。

1.1 冷藏保鮮技術(shù)

電冰箱的冷藏室適用于儲藏和保存不需凍結(jié)的食品，通常以儲存蔬菜、水果居多。對于此類食品的保鮮，主要是控制其呼吸強(qiáng)度。而影響呼吸強(qiáng)度的因素，除了與食品本身的品種、成熟度有關(guān)外，還主要受環(huán)境溫度、相對濕度、微生物和氣體成分等因素的影響。

1.1.1 環(huán)境溫度

對于溫度的控制是電冰箱冷藏保鮮最基礎(chǔ)最常用的手段。隨著溫度升高，空氣的飽和濕度增大，隨之食品中的水分蒸發(fā)就會加快，容易造成失水發(fā)蔫，縮短保鮮時(shí)間。因此，在一定的空氣濕度下，降低食品存儲空間內(nèi)的溫度，可以抑制果蔬水分的蒸發(fā)，延長果蔬的保鮮時(shí)間。

此外，除了電冰箱冷藏室常規(guī)設(shè)置4℃～6℃外，冰溫保鮮技術(shù)[2]因其不破壞細(xì)胞組織、有效抑制微生物及各種酶活性、延長保鮮貯藏期、提高食品食用品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)越來越受到重視和應(yīng)用。冰溫保鮮技術(shù)是將食品的貯藏溫度控制在其冰溫帶范圍內(nèi)，維持其細(xì)胞組織的活體狀態(tài)，降低果蔬細(xì)胞組織的新陳代謝。冰溫保鮮技術(shù)的難點(diǎn)主要是不同食品的冰溫帶不同，且食品的冰溫帶一般較窄，所以需避免因溫度波動造成的品質(zhì)變化，尤其是當(dāng)溫度低于果蔬的凍結(jié)點(diǎn)后，將使果蔬遭受冷害。因此，冰溫保鮮技術(shù)對溫度的控制要求更加精準(zhǔn)，相比于普通低溫冷藏保鮮在技術(shù)上要求更加嚴(yán)格。

1.1.2 相對濕度

果蔬儲藏過程中，如果相對濕度較低，一方面會引起食品組織萎蔫，細(xì)胞膨壓下降，出現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)特性的改變，另一方面萎蔫又會引起果蔬代謝失調(diào)，刺激呼吸強(qiáng)度加快，造成營養(yǎng)成分流失。因此，高濕度對于蔬果，尤其是對葉菜類，更有利于降低失水率，保留維生素C 等營養(yǎng)素，提升保鮮效果。

此外，針對一些對濕度敏感的食品，干濕分儲為電冰箱干貨保鮮提供了解決方案。例如，海參、燕窩、干鮑、堅(jiān)果、茶葉等食品如果因儲存不當(dāng)受潮，很有可能出現(xiàn)發(fā)霉、變質(zhì)、腐敗等情況，干區(qū)則可以很好地控制濕度，保持食品的品相和營養(yǎng)。T/CAS 280-2020《全空間保鮮電冰箱》[1]中規(guī)定，濕區(qū)的相對濕度平均值應(yīng)不低于90%，最低值應(yīng)不低于85%，且不能有直徑大于2 mm 的珠狀級或流水級凝露；干區(qū)的相對濕度平均值應(yīng)不高于45%，最大值應(yīng)不高于50%。

1.1.3 微生物

微生物是導(dǎo)致食品腐敗的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)食品中總活菌數(shù)與食品的腐敗通常會呈現(xiàn)出如下相關(guān)性。

（1）當(dāng)總活菌數(shù)低于106CFU/g 時(shí)，食品一般不發(fā)生微生物腐??；

（2）當(dāng)總活菌數(shù)高于106CFU/g 時(shí)，一些食品會表現(xiàn)出腐敗現(xiàn)象；

（3）當(dāng)總活菌數(shù)高于107CFU/g 時(shí)，肉和蔬菜腐敗并產(chǎn)生臭氣；

（4）當(dāng)總活菌數(shù)高于5×107CFU/g 時(shí)，幾乎所有食品都會出現(xiàn)腐敗的明顯標(biāo)志。

例如，鮮肉表面細(xì)菌數(shù)量達(dá)到lg7.0/cm2～lg7.5/cm2時(shí)，便可覺察到一些氣味，表面細(xì)菌數(shù)量達(dá)到lg7.5/cm2～lg8.0/cm2時(shí)便會出現(xiàn)黏性物質(zhì)。疫情當(dāng)下，消費(fèi)者對于食品安全和除菌功能的需求日益高漲。目前，電冰箱除菌技術(shù)已由最初的紫外線除菌、臭氧除菌逐步轉(zhuǎn)向銀離子除菌、光觸媒除菌、等離子除菌、納米水離子除菌等[3]。宣稱具有除菌功能的電冰箱，一般對金黃色葡萄球菌、大腸埃希氏菌的除菌率不應(yīng)低于90%。同時(shí)，GB 21551.4-2010《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能 電冰箱的特殊要求》[4]中對抗菌、防霉等也進(jìn)行了規(guī)定。

1.1.4 氣體成分

氣調(diào)保鮮是調(diào)節(jié)存儲間室中氣體比例的一種保鮮技術(shù)。通過降低氧氣濃度、提高二氧化碳或氮?dú)鉂舛?，使果蔬處于休眠狀態(tài)，從而降低果蔬的呼吸強(qiáng)度，延緩成熟腐敗過程。在氣調(diào)保鮮系統(tǒng)中，氧氣的作用主要是維持果蔬的有氧呼吸，避免無氧呼吸的產(chǎn)生。二氧化碳的作用主要是抑制需氧菌和霉菌的繁殖生長，以及果蔬細(xì)胞的呼吸強(qiáng)度。

降低儲藏空間中氧氣濃度，呼吸強(qiáng)度會有明顯降低。同時(shí)，氧濃度較低還可減少催熟類植物激素的產(chǎn)生量，從而延緩果蔬成熟衰老的進(jìn)程。此外，氧濃度低還可以抑制微生物的生長，5%～8%的氧氣濃度可降低果蔬的腐爛率。郭慧媛等[5]在對照冰箱（常氧21%）和氣調(diào)冰箱（O2含量18%～18.5%）兩種條件下對車?yán)遄拥仁澄锏谋ｕr研究結(jié)果也表明冰箱低溫氣調(diào)貯藏有利于水果的保鮮。

氣調(diào)的另一種氣體組成是二氧化碳（CO2）。二氧化碳是果蔬呼吸代謝的產(chǎn)物之一，提高果蔬存儲間室中二氧化碳的濃度，可以抑制呼吸作用，提高保鮮效果。姜愛麗等[6]在5℃的5%O2+5%CO2和5%O2+10%CO2兩種氣調(diào)條件下對鮮切蘋果的抗氧化系統(tǒng)的變化情況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)2 種濃度的CO2處理下均可有效減慢蘋果的呼吸速率，抑制腐爛的發(fā)生，并有效降低鮮切面的褐變程度。

在運(yùn)用氣調(diào)保鮮技術(shù)存儲果蔬的過程中，要合理控制氣體組成及其濃度，否則容易造成果蔬的氣體傷害。就氧氣而言，如果氧氣濃度過低，果蔬容易發(fā)生無氧呼吸，不但消耗有機(jī)營養(yǎng)成分，還會產(chǎn)生酒精、乙醛等代謝產(chǎn)物，影響食用品質(zhì)；如果氧氣濃度高，則會加強(qiáng)呼吸作用，加速成熟腐敗。就二氧化碳而言，如果二氧化碳的濃度過高，可能會刺激呼吸作用，嚴(yán)重時(shí)還會引起代謝失調(diào)，導(dǎo)致果蔬生理病害的產(chǎn)生。

1.2 冷凍保鮮

電冰箱冷凍間室的溫度一般為-18℃以下，通常以儲存肉、禽、魚、蝦等居多。雖然在此溫度下大部分微生物幾乎都喪失了生物活性，但仍需注意的是食品（尤其是生鮮食品）的降溫速率和溫度穩(wěn)定性。當(dāng)溫度降到-5℃～-1℃時(shí)，為冰晶生成帶，如果食品冷凍緩慢，在此溫度帶停留時(shí)間長，會使食品中形成的冰晶核體積增大，刺破細(xì)胞膜，釋放細(xì)胞液，當(dāng)食品解凍時(shí)，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的汁液流失情況，食品的口感、風(fēng)味及營養(yǎng)價(jià)值都會受到影響。相反地，如果可以實(shí)現(xiàn)食品速凍，快速通過冰晶生成帶，形成的冰晶核數(shù)量多、體積小，就不易造成組織細(xì)胞破裂，營養(yǎng)流失。同時(shí)，盡量保持恒溫冷凍，即減少食品冷凍溫度的波動，也可避免食品中冰晶核反復(fù)凍融、刺破細(xì)胞膜導(dǎo)致的營養(yǎng)流失。T/CAS 280-2020《全空間保鮮電冰箱》[1]中規(guī)定，達(dá)到冷凍恒溫A 級的溫度波動平均值應(yīng)不大于0.2℃，化霜溫度波動平均值應(yīng)不大于1.5℃。

1.3 變溫區(qū)

不同食品適宜儲存的溫濕度各不相同。據(jù)調(diào)研，黃瓜適宜存儲在10℃～13℃，芒果、香蕉適宜存儲在13℃左右，相較于冷藏室的溫度條件，這些果蔬極易發(fā)生冷害。冷害會破壞果蔬的呼吸協(xié)調(diào)性，引起果蔬的不正常呼吸，導(dǎo)致生理失調(diào)，耐貯性和抗病性下降，極易被微生物侵染，如香蕉的腐生菌、黃瓜的灰霉菌等，受到冷害的果蔬極易迅速腐爛。因此，目前很多電冰箱都設(shè)置了變溫區(qū)，供用戶根據(jù)食品種類和自身存儲需求來選擇適宜的溫濕度儲存食品，如熱帶水果的儲藏、肉類的軟凍等。

1.4 其他保鮮技術(shù)

除以上在電冰箱應(yīng)用較廣的保鮮技術(shù)外，輻照、光照、電場、磁場、等離子體等新型保鮮技術(shù)也在積極研發(fā)應(yīng)用中。

輻照保鮮技術(shù)是物理保鮮技術(shù)的一種，包括γ 射線輻照技術(shù)、電子束輻照保鮮技術(shù)、紫外輻照保鮮技術(shù)、LED 光輻照保鮮技術(shù)等。由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性，輻照保鮮技術(shù)還存在著不同食品輻照條件的選擇以及放射性物質(zhì)對人體的危害等問題。

光照保鮮技術(shù)是根據(jù)采摘后的果蔬仍然具有生物活性的特點(diǎn)，應(yīng)用光合作用原理，開發(fā)的一種保鮮技術(shù)。光合作用，即在有光條件下，綠色植物通過光合作用以CO2和H2O 為原料合成有機(jī)物的酶促反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)化合物并放出氧氣。王美霞等[7]采用紅藍(lán)光照射，對采后西蘭花的相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)展開研究，發(fā)現(xiàn)隨著光照強(qiáng)度增加，西蘭花的失水率緩慢增大，葉綠素、維生素C 等營養(yǎng)素的損失逐漸減少。

此外，李海波等[8]研究發(fā)現(xiàn)低壓靜電場的添加有利于維持楊梅果實(shí)的高品質(zhì)，且在低溫環(huán)境下大大延長了楊梅的貨架期。熊宇飛等[9]也發(fā)現(xiàn)高壓靜電場可有效延緩刀額新對蝦硬度的降低，抑制微生物生長，延緩蛋白質(zhì)的降解。

2 評價(jià)方法

評價(jià)冰箱的保鮮性能，一方面是評價(jià)冰箱本身的技術(shù)參數(shù)，其中最顯著的當(dāng)屬對溫濕度及其波動的精準(zhǔn)控制，如QB/T 4832-2015《家用電冰箱保濕性能技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》[10]中對濕度的規(guī)定；另一方面則是評價(jià)儲存于電冰箱中的食品品質(zhì)的變化。當(dāng)食品開始發(fā)生腐敗變質(zhì)時(shí)，首先是感官性狀發(fā)生變化，如蔬果失水發(fā)蔫，肉類變軟變粘；其次是食品營養(yǎng)成分的損失，食用價(jià)值嚴(yán)重降低。同時(shí)，腐敗變質(zhì)的食品必然受到大量微生物的污染，就有可能存在致病菌，引起人體的不良反應(yīng)。在以上的過程中，選取具有代表性的關(guān)鍵指標(biāo)，或長時(shí)間監(jiān)測或?qū)Ρ仁称穬Υ媲昂蟮淖兓?，可作為評價(jià)電冰箱保鮮效果的有力證明。

2.1 水分

水分是食品的重要組成部分。當(dāng)食品不再新鮮，首先就是感官和重量的變化。對于蔬菜、水果通常使用失重率作為評價(jià)指標(biāo)，其主要原理是水分的蒸發(fā)導(dǎo)致質(zhì)量的下降；對于肉類等通常使用汁液流失率作為評價(jià)指標(biāo)，因?yàn)槿忸愐话闶抢鋬鰞Υ妫诮禍剡^程中，食品中的水會形成冰晶，刺破細(xì)胞膜，當(dāng)食品解凍時(shí)，就會出現(xiàn)汁液流失。目前，QB/T 5510-2021《家用電冰箱保鮮性能試驗(yàn)方法》[11]采用羊毛片來模擬，進(jìn)行失重率的測試。

2.2 維生素

維生素是維持機(jī)體生命活動過程所必須的一類微量低分子有機(jī)化合物。大多數(shù)的維生素既不能在機(jī)體內(nèi)合成，也不能大量儲存，雖然需要量不大，但一般都需要依靠從食物中攝取。其中，維生素C 是食物中最具代表性的一類維生素，其廣泛存在于蔬菜、水果中，如菠菜、青椒、獼猴桃、草莓、櫻桃等。在食品儲存過程中，維生素C 會發(fā)生明顯的下降趨勢，因此，維生素C 多用來作為評價(jià)電冰箱保鮮效果的指標(biāo)。與此相似的，還包括維生素A、胡蘿卜素等。

2.3 蛋白質(zhì)

對于肉類、水產(chǎn)、雞蛋和大豆制品這類富含蛋白質(zhì)的食品，通過檢測蛋白質(zhì)的分解情況可以判斷食品的新鮮程度。食品中的蛋白質(zhì)在微生物的蛋白酶和肽鏈內(nèi)切酶等作用下可分解形成氨基酸，氨基酸及其他含氮的低分子物質(zhì)再通過脫羧基、脫氨基、脫硫作用形成多種腐敗產(chǎn)物。比如，氨基酸在脫氨基酶的作用下，脫去的氨基與甲基會構(gòu)成一甲胺、二甲胺、三甲胺；組氨酸、賴氨酸和鳥氨酸在脫羧酶的作用下，會分別生成組胺、尸氨和腐氨，發(fā)出惡臭氣味。梅俊等[12]在對海水魚產(chǎn)品的保鮮研究中，就是通過研究分析微生物增長、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化等指標(biāo)，來評估維持海水魚鮮度品質(zhì)的方法。

2.4 揮發(fā)性鹽基氮

揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）是動物性食品由于酶和細(xì)菌的作用，在腐敗過程中，使蛋白質(zhì)分解而產(chǎn)生的氨以及胺類等堿性含氮物質(zhì)。研究表明，揮發(fā)性鹽基氮與食物腐敗變質(zhì)程度之間有著明確的正相關(guān)關(guān)系。在我國食品安全標(biāo)準(zhǔn)中對揮發(fā)性鹽基氮的限量有明確規(guī)定（見表1），因此，揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）成為魚、肉類腐敗鑒定的關(guān)鍵化學(xué)指標(biāo)。

表1 我國食品安全標(biāo)準(zhǔn)對不同食品揮發(fā)性鹽基氮的衛(wèi)生要求

2.5 三甲胺

三甲胺是季胺類含氮物經(jīng)微生物還原產(chǎn)生的，新鮮的魚蝦等水產(chǎn)品和肉類中不含有三甲胺。三甲胺主要用于測定魚、蝦等水產(chǎn)品的新鮮程度，目前也常被用做模擬肉類、魚類腐敗產(chǎn)生的異味標(biāo)志物質(zhì)。除三甲胺外，甲硫醇通常被用做模擬蔬菜類腐敗產(chǎn)生的異味標(biāo)志物質(zhì)。

2.6 微生物

目前電冰箱中常用的微生物檢測指標(biāo)是菌落總數(shù)、大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌。菌落總數(shù)除了可以表示食品的衛(wèi)生狀態(tài)，還可以用于預(yù)測食品的耐貯藏性。食品中的細(xì)菌在繁殖過程中，會以食品營養(yǎng)成分為底物，進(jìn)行分解。一般來講，食品中細(xì)菌數(shù)量越多，食品腐敗變質(zhì)的速度就越快，當(dāng)食品中的活菌數(shù)達(dá)到108CFU/g 時(shí)，可認(rèn)為處于初期腐敗階段。例如，當(dāng)魚的菌落總數(shù)為105CFU/cm2時(shí)，在0℃條件下可保存6 天；而菌落總數(shù)為103CFU/cm2時(shí)，在0℃條件下可保存12 天。大腸埃希氏菌作為腸道致病菌污染食品的指示菌，常被用于檢測電冰箱冷藏室的除菌效果。

近年來，隨著對低溫除菌的深入研究，單核增生李斯特氏菌逐漸引起了人們的廣泛關(guān)注。單核增生李斯特氏菌是一種兼性厭氧菌，在自然界中分布較廣，且生存能力較強(qiáng)，是引起人畜共患病的重要食源性致病菌之一，具有較高的致病性。李斯特菌的特點(diǎn)就是對極端環(huán)境具有耐受性，如低pH、低溫、高滲透壓下都可存活，在4℃環(huán)境中仍可生長繁殖，是冷藏食品威脅人類健康的主要致病菌之一。有相關(guān)流行病學(xué)研究證實(shí)，人類感染單核增生李斯特氏菌90%以上是通過食品，包括酸奶、奶酪、肉類、火腿、煙熏肉、家禽、海鮮和蔬菜產(chǎn)品等。另據(jù)調(diào)查，64%的感染者家中冰箱檢出李斯特菌。因此，單核增生李斯特氏菌成為檢測電冰箱除菌效果的新菌種。

2.7 特征物質(zhì)

除日常的餐桌食物外，一些特殊的食品或藥材也被存放在冰箱內(nèi)，以期保持其營養(yǎng)價(jià)值，例如海參、燕窩、枸杞、茶葉等。根據(jù)每種食品的成分不同，可以選取其特征物質(zhì)作為衡量其保鮮效果的指標(biāo)，例如海參中的海參多糖、海參皂苷，燕窩中的唾液酸，枸杞中的枸杞多糖等。

3 結(jié)論

通過對電冰箱各間室保鮮技術(shù)的分析和典型性保鮮性能評價(jià)方法的研究，不難發(fā)現(xiàn)，冰箱的保鮮技術(shù)正在由宏觀向精準(zhǔn)，由感官向量化，由保質(zhì)向健康發(fā)展。健康、保鮮、除菌現(xiàn)已成為冰箱行業(yè)的關(guān)鍵詞，在充分了解國人使用習(xí)慣的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的食品存儲需求，采用不同的保鮮技術(shù)，打造差異化、精準(zhǔn)化的存儲空間，將保鮮、除菌賦能于冰箱產(chǎn)品，才能不斷滿足消費(fèi)者對健康飲食和品質(zhì)生活的熱切追求。