焦耳加热对肉块品质的影响

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本文作者：苗敬谢丽胡文娟刘毅李兴民戴瑞彤作者单位：中国农业大学食品科学与营养工程学院

欧姆加热技术是近几年发展起来的一项加工技术，鉴于其加热均匀、升温快、机械损伤小等优点[1-2]，而迅速成为肉品加工工业的研究焦点。欧姆加热又名电阻抗加热，焦耳加热，直接电阻加热，是一项直接将处理物料直接通入电路(50Hz或60Hz的低频交流电)中，利用其中的导电物料的导电特性和导电物料的电阻抗性，使其在电路中阻挡电流的顺利通过而使电流做功产热的加工技术[3-6]。这种技术很好的避免了在水浴加热过程中出现的当外表皮已经达到加工温度时，内部远达不到这个温度，或者说当内部到达加工温度时，外部已经达到加热过熟的状态[7-8]，产生类似于青草的不良风味。而且，传统的加热方式耗时长，耗能大，对于节能生产很不利。目前为止，该技术主要应用在加工液态和颗粒流体食品中。但是国内外研究中，对于保温时间对肉块品质的影响的研究还较少。本实验研究了不同电场强度(3、6、9V/cm)，不同保温时间(7、9、11min)欧姆加热处理对肉块加热程度值，微生物杀灭效果和质构的影响，并与改进的水浴加热方式处理的肉块进行了品质的比较。

1材料与方法

1.1样品预处理

购自第5肉联厂的猪通脊肉(背最长肌)，剔除表面可见脂肪和结缔组织，然后修整成规则的肉块(3cm×3.5cm×7.5~9.5cm)，亚硝酸钠(2.5%w/w)和氯化钠(0.15g/kg)被混合，然后均匀涂布在肉块的表面，真空包装后在4℃冰箱中腌制至少24h后使用。

1.2欧姆加热装置

实验采用的是自主设计制造的欧姆加热装置。本实验装置包括3部分：欧姆加热装置，变频电源，加热装置。其中，加热装置是以丙烯酸为原料的圆柱状加热槽(4cm内径，13cm长度)。变频电源采用的是沃森变频电源，可改变电压和加热频率。实验时，肉块被夹在2个采用不锈钢304制成的电极中间，但必须确保电极与肉块接触紧密，无气泡。K型热电偶被用来测定肉块的中心温度。欧姆加热的保温过程仍然是在圆柱状加热槽内完成，电磁继电器被用来控制这个保温的过程。

1.3水浴加热方式

酒精温度计被用来测定肉块的中心温度。肉块以及酒精温度计被一起真空包装在真空包装袋中，然后放到恒温水浴锅(设定在82℃)中进行加热。中心温度达到72℃以后，继续保持2min。在加热过程中，每隔10s记录1次温度。

1.4欧姆加热方式

腌制后的肉块被夹在2个电极之间进行不同电场强度(3、6、9V/cm)和不同保温时间(7、9、11min)的的欧姆加热。加热完成的样品立即进行真空包装，流水冷却至室温待用。加热过程中每隔10s记录1次温度[9]。

1.5微生物杀灭效果

在超净工作台上，用灭菌的手术刀将冷却至室温的肉块剪碎，取5g放入盛有45mL灭菌生理盐水的锥形瓶中，震荡均匀，进行梯度稀释。取适当稀释倍数的菌悬液倒平板，于37℃条件下培养48h计数。

1.6加热程度值

加热程度值Cs表示，在加热杀菌期间食物所受的蒸煮过度和维生素破坏的程度[10]。加热程度值的计算参考Mansfield(1962)[11]给出的计算方法：（略）。

1.7质构

加热完成的样品被切成2cm×2cm×2cm的立方体块。质构测试采用TPA测试。触发点为0.5g，测试速度为0.9mm/s，压缩高度为1cm。测定样品的硬度，黏性，弹性，胶着性和咀嚼性，进行质地特征的分析。第一循环硬度Hardness1为第一压缩循环的峰值负载；黏附性Adhesiveness为胶黏性的程度，以第一压缩后探头回撤时负峰数值下的面积来计算；弹性Springiness为压缩至目标形变量后，样品可恢复的程度；胶着性Gumminess用来分离半固体食品以达到可吞咽状态所需的能量，为硬度和内聚性的乘积；咀嚼性Chewiness是用来咀嚼1个固体食物达到可吞咽状态所需的能量，为硬度、内聚性和弹性三者的乘积。

1.8统计方法

采用SPSS15.0数据分析软件对各指标进行单因素方差分析。数据结果以平均值±SD进行记录。数据分析采用多重比较法。

2结果与分析

2.1欧姆加热的加热杀菌效果

Biss等[12]提出欧姆加热对微生物的致死效应主要是由于其热效应的影响。然而，也有报告指出，在欧姆加热过程中，也同时存在着机械效应和化学效应也对微生物的致死起到一定的作用。Cho等[13]将在欧姆加热过程中的热效应排除后，发现欧姆加热会造成微生物的电穿孔，从而致死微生物。Zell等(2010年)对整块牛肉进行了欧姆加热杀菌效果的研究，研究发现使用8.33V/cm的电场强度将肉块的中心温度欧姆加热至72℃时，保温8.5min能够达到与水浴加热灭菌效果相当的水平[14]。在此实验的基础上，本实验对电场强度和保温时间对微生物的杀灭效果进行了研究。由图1以及图2所显示的结果可知，在同一保温时间内，欧姆加热的微生物总菌数随着电场强度的增加而减少。并且，相较于水浴加热的微生物总菌数对数值(2.17)，3V/cm处理组对微生物的灭活效果不能达到与水浴加热相当的水平，而6、9V/cm都能够较好的达到与水浴加热相当甚至更好的杀菌效果。这可能是由于在欧姆加热过程中，较高电场强度处理组的升温速度太快，温度计探头反应慢于肉块中心实际的温度变化，导致在探头达到设定温度电磁继电器断开后，热量堆积较多，在后续的保温过程当中，温度保持继续上升，而造成较好的杀菌效果。在6、9V/cm处理组和水浴处理组之间差异性不显著(p>0.05)而李媛等曾对不同脂肪含量(10%，20%，30%)肉糜制品采用不同电场强度(3、6、9V/cm)进行欧姆加热，并就杀灭效果和水浴加热肉糜制品进行了研究。结果发现欧姆加热处理组的杀灭效果要低于水浴加热处理组在上升，这一结果与本实验结果有所出入，但这主要是由于在其实验中的保温时间太短(5min)，热量堆积不足，微生物受热时间很短，不足以达到致死的程度，导致该结果[15]。

2.2加热程度值

由图2可知，对于不同的欧姆加热处理可以看出，3、6、9V/cm处理组的加热程度值分别达到0.73、0.15、0.06，也就是加热程度值随所用电场强度的增加而减小。且3V/cm处理组的加热程度值分别是6、9V/cm处理组的4.8和12倍。加热程度值低，则对食品的营养成分和维生素的破坏就小，因此欧姆加热在将肉块加热到中心温度72℃的过程中，6、9、3V/cm相比，可以更好的保留肉中的营养成分。水浴加热样品(1.50)的加热程度值分别是6、9V/cm的10和25倍，同时显示出欧姆加热的优势，即便是3V/cm处理组，加热程度值也只相当于水浴加热的不到50%。同时，由图中的加热速率曲线可以看出，随着电场强度的增大，加热速率明显得到加强，显著缩短了加热到中心温度72℃所需的时间，凸显了欧姆加热加热速度快的优点。Zell等[16]对整鸡肉分别进行了低温长时和高温短时，水浴加热，发现3种加热方式的加热程度值分别为4.0、5.4、8.5，发现水浴加热的加热程度值也是明显大于欧姆加热处理组，和本实验结果基本一致。

2.3质构

不同保温时间，不同电场强度欧姆加热和水浴加热对肉块质构值的影响见表3。由表2可知，在同一保温时间内，样品的硬度随着所用电场强度的增加而增大。虽然保温7min的6V/cm比9V/cm处理组的硬度值大，但是在统计学分析下，差异性不显著(p>0.05)。相比于水浴加热(5824.7g，除3V/cm，保温7min外)，欧姆加热的处理组硬度值最大与之相差-1711.2~994.6g，但总体差异性不显著(p>0.05)。水浴加热处理组的弹性显著高于欧姆加热处理组(p<0.05)。对于胶着性与咀嚼性，水浴加热样品组与欧姆加热处理组之间差异不显著(p>0.05)。在不同的保温时间内，虽然9min处理组的硬度值较大，但对于除去3V/cm，保温11min以及3V/cm，保温7min处理组而言，差异性不显著(p>0.05)。在同一保温时间内，剪切力随着电场强度的增大而增大。由于剪切力是和肉品的嫩度呈现负相关的1个参数，所以，6V/cm处理组比3V/cm老，而比9V/cm处理组的嫩。保温7、9min的欧姆加热处理组和水浴加热处理组样品的剪切力之间差异性不显著(p>0.05)。Zell等(2010)对整鸡肉进行了低温长时欧姆加热和水浴加热研究，发现水浴加热的硬度值(81.9N)要低于低温短时欧姆加热处理组(83.9N)，但是差异性不显著[16]。这样的一种变化趋势与本实验结果揭示的规律基本相符。

3结论

使用较高的电场强度，并配合适当的保温时间对肉块进行加热，能够起到较好的灭菌效果。所用电场强度越高，加热速率越快，达到目标中心温度之前，肉中的维生素等营养成分的损失会越小，越有利于避免加热过度的问题。不同的电场强度，不同的保温时间对肉块进行欧姆加热，不会在质构(硬度、黏性、弹性、胶着性、咀嚼性)品质上造成和水浴加热制品特别大的差异，从而影响消费者的可接受性。同时由于欧姆加热较快的加热速率，能够为生产带来较高的生产效率，从而为企业创收。