李 侠，钱书意,2，杨方威，孙 圳，尚 柯，张春晖



低压静电场下不同隔距冻结-解冻对牛肉品质的影响

李 侠1，钱书意1,2，杨方威1，孙 圳1，尚 柯1，张春晖1※

（1.中国农业科学院农产品加工研究所/农业部农产品加工综合性重点实验室，北京 100193；2. 天津市食品生物技术重点实验室，天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 300134）

为研究低压静电场（low voltage electrostatic field，LVEF）辅助冻结-解冻对牛肉品质的影响，采用牛背最长肌作为试验材料，探究与静电场发生板隔距分别为15、30、45、60 cm处（试验组，冻结温度为-18 ℃，解冻温度为4 ℃）和自然冻结-解冻（未施加静电场，对照组，条件同上）肉样冻结-解冻过程中的品质变化。对比分析了温度曲线、色泽、解冻汁液流失、汁液中蛋白含量、蒸煮损失及质构特性等指标变化，显微观察肌肉纤维组织中的冰晶形态和肌肉微观结构。结果表明：与对照相比，试验组牛肉在冻结过程中通过最大冰晶生成带时间较短，组织中的冰晶较对照组体积小、数目多、分布均匀；肉样解冻速度较快，解冻后肉色更新鲜，咀嚼性、嫩度较高，解冻汁液流失率、汁液中蛋白含量及蒸煮损失率均显著降低（<0.05）；扫描、透射电镜结果表明，试验组肉样解冻后肌肉微观结构遭破坏程度较轻，肌纤维束排列相对紧密。其中，与静电板隔距为30 cm处冻结-解冻的肉样亮度值、红度值和色彩饱和度值分别为39.47、21.77和23.71，显著高于对照组的31.74、17.76和20.73（<0.05）；解冻汁液流失率、蒸煮损失率及解冻汁液中蛋白质量分数较对照分别降低4.18、8.28、0.7个百分点，咀嚼性增加32.68 N，差异显著（<0.05）。试验结果表明低压静电场辅助能显著缓解牛肉在冻结和解冻过程中的品质劣变，提高解冻牛肉品质，肉样在与静电板隔距为30 cm处冻结-解冻较为适宜。

电场；农产品；品质控制；低压静电场；隔距；冻结解冻；牛肉

0 引 言

牛肉中含有丰富的蛋白质和人体必需氨基酸，脂肪含量低、味道鲜美，深受消费者喜爱，国内肉品中牛肉的人均消费量仅次于猪肉。冻藏作为牛肉最重要的贮藏方式，可以有效抑制微生物生长繁殖和细胞内酶活性，延长货架期[1]。但冻藏牛肉往往在解冻后出现严重的汁液流失和品质劣变现象，造成一定经济损失[2]。近年来，研发提高冷冻肉与解冻肉品质和产品效益的新型冻结与解冻工艺一直是肉品科学领域的一大热点，涌现出了诸多新型辅助方法，如高压辅助冻结-解冻、磁场辅助冻结-解冻和微波辅助冻结-解冻等[3-4]。与以上方法相比，静电场辅助冻结-解冻技术具有效率高、设备成本低、操作简单等优势。目前，国内静电场技术应用的研究主要集中于水果和蔬菜的保鲜[5-6]。近期也有研究发现高压静电场辅助解冻可对猪肉嫩度及其相关食用品质产生有益效 果[7]。孙芳等[8]研究发现，与常规解冻相比，高压静电场解冻技术可以缩短冻结牛肉的解冻时间，显著减少解冻过程中肉汁损失，同时牛肉色泽鲜红且亮度较好。然而，高压静电场的输出电压较高，安全性较差，具有明显的局限性，无法应用于大规模的肉品冻结与解冻。低压静电场输出电压一般不超过2 500 V，电流不超过0.2 mA，可在空间内形成负离子环境，亦能起到抑制微生物效果，达到食品保鲜目的，具有安全性高、设备要求低、节能环保等特点。

低压静电场作为一种新型非热技术，已经引起了广泛关注，在肉品的冻结与解冻技术革新上提供了新的思路。然而，低压静电场在食品贮藏保鲜方面的应用仍属于初始阶段，其在肉品冻结-解冻技术方面的应用也鲜有报道。近期有研究发现猪肉置于低压静电场环境下冻结-解冻可有效降低解冻汁液流失并提高嫩度[9]，但与静电发生板的隔距不同，将暴露在不同的电场强度下，肉品的保鲜效果当有所区别。因此，为开发一套较为完善的低压静电场辅助牛肉冻结-解冻技术，本文研究了电压强度为2 500 V的静电场条件下与静电发生板不同隔距处冻结-解冻对牛肉品质的影响，为低压静电场技术辅助肉品冻结-解冻的工艺设计提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材料

原料肉为北京御香苑畜牧有限公司提供的经检疫合格、质量约为400 kg的2岁龄草原黄牛背最长肌（Bovine）。牛屠宰后在一定的温度（0～4 ℃）、相对湿度（90%）和循环冷风（风速2 m/s）的外部环境条件下吊挂风冷排酸48 h，从8头情况相近的公牛胴体中分别取2块背最长肌，共16块肉样，每块长宽高约为5 cm× 4 cm×4 cm，运回实验室后4 ℃冷藏并进行后续试验。

1.2 主要设备与仪器

BSA2202S电子天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）；TESTO735型温度仪（德国德图仪器有限公司）；CR-400色差仪（日本柯尼卡美能达公司）；BCDW-228冰箱（青岛海尔股份有限公司）；DW-86L386型Haier立式超低温保存箱（青岛海尔特种电器有限公司）；TA-XT2i 质构分析仪（英国Stable Micro System公司）；Eiko IB.5型离子溅射喷金仪（日本Hitachi公司）；Quanta200FEG场发射环境扫描电子显微镜（日本日立公司）；H-7500透射电子显微镜（日本日立公司）；DENBA+鲜度保持电场装置（日本AGUA商事株式会社，尺寸为125 mm×175 mm× 100 mm）等。

1.3 样品冻结与解冻

本试验所采用的静电场装置由静电场发生装置（AC220V，50/60Hz）和放电板（140 mm×120 mm）组成，放电板在冷藏库（-20～-18℃）内产生低压静电场，形成负离子环境，物料不与放电板直接接触（放电板垂直放置，肉样与放电板平行）。静电场发生装置输出电压为2 500 V、电流0.2 mA，即为低压静电场（low voltage electrostatic field，LVEF）。利用MaxWell电磁场模拟软件，模拟静电场的电场线和电场强度，见图1。

选取15块肉样随机分为5组，自然冻结-解冻（未施加静电场）的牛肉为对照组，静电场环境下冻结-解冻的牛肉为试验组，试验组牛肉与静电场发生板的隔距分别为15、30、45、60 cm。用透明聚乙烯膜包装后在–18 ℃速冻库中进行冻结试验，将温度仪传感器插入肉样几何中心记录中心温度。当肉样中心温度降至–18 ℃时，取出肉样放置于4℃冰箱中进行解冻试验，当肉样中心温度达到1～4 ℃时认为肉样解冻完全。试验组肉样的冻结与解冻过程均在低压静电场环境下进行。

1.4 指标测定

1.4.1 冻结-解冻曲线

样品冻结-解冻过程中，将TESTO温度仪插入肉样几何中心记录其中心温度，每隔1 min记录一次温度值，绘制冻结-解冻曲线。

1.4.2 色差的测定

用CR-400型便捷式色差仪直接测定样品表面的亮度值*、红度值*、黄度值*。色差计在使用前用白板进行校准。每一试样平行测定5次（选取方形肉样四角处及肉样几何中心处）并计算色彩饱和度值（chroma）值。值计算公式如下：

1.4.3 解冻汁液流失率及流失汁液中蛋白含量的测定

参考Honikel[10]的方法，准确称量解冻前后肉块的质量，计算汁液流失率。并用微量凯氏定氮仪测定流失汁液中的蛋白含量。解冻汁液流失率计算如下：

1.4.4 肌肉蒸煮损失的测定

参考Honikel[10]的方法，称取并记录肉样的质量，将其置于聚乙烯袋中于80 ℃水浴30 min后用20 ℃流动水冷却，吸水纸吸干肉样表面水分后称其质量。蒸煮损失计算如下：

1.4.5 质构特性测定（texture profile analysis，TPA）

将解冻完成的肉样用直径2 cm的取样器于几何中心处沿着平行纤维方向取2 cm高的圆柱形，并用TA-XT2i质构仪进行测定，以二次压缩模式进行质地剖面分析，每个处理的样品平行测定3次，结果取3次测定的平均值。选取的4个分析指标为硬度、弹性、黏聚性和咀嚼性。测定参数：探头P35；侧前速率2.0 mm/s；测中速率1.0 mm/s；测后速率5.0 mm/s；压缩比40%；探头2次测定间隔时间5.00 s；触发类型为自动。

1.4.6 剪切力的测定

将解冻完成的肉样用直径1.5 cm的取样器平行于纤维方向取2.0 cm高的圆柱形，采用TA-XT2i质构分析仪测定肉样剪切力，测定参数为：测前速度5.0 mm/s，测中速度1.0 mm/s，测后速度5.0 mm/s，进刀距离25 mm，探头型号为HDP/BSW。每个处理的样品平行测定5次，结果取5次测定平均值。

1.4.7 肌肉组织中冰晶形态观察

参照苏光明等[11]的方法。每个冻结处理切3个长方体小块（5 mm×4 mm×4 mm），用Carnoy溶液固定，4 ℃下静置20 h后用无水乙醇脱水。取出样品沥干，浸没于正丁醇静置2 h（重复2次），再将样品用正丁醇浸没静置12 h。将脱水后的样品浸没于甲苯中静置30 min（重复3次），沥干浸没于57 ℃的熔融石蜡，静置1 h（重复3次）。将样品放置于定型模具中用熔融的石蜡固定，冷却至室温（20 ℃）。样品切片水平放置于载玻片上，浸于甲苯溶液10 min，取出后沥干再浸没于无水乙醇10 min，再将载玻片浸没于50%乙醇溶液中并静置10 min，最后于蒸馏水中静置10 min完成再水化。置于质量分数为0.4%的亮蓝水溶液染色3 min，取出并浸没于无水乙醇清洗10 min，再用甲苯浸没10 min。滴加适量封固剂至载玻片上的样品处，并用盖玻片覆盖密封，待显微分析。

1.4.8 扫描电镜（scanning electron micrograph，SEM）观察肌肉微观结构

参照Palka和Daun的方法[12]。将待测样品切成3个长方体小块（2 mm×2 mm×5 mm），用质量分数为2.5%的戊二醛溶液固定24 h，并用0.1 mol/L的磷酸盐缓冲液（pH值7.3）冲洗后，室温（27~28℃）放置2 h。用蒸馏水冲洗样品，采用不同体积分数（25%、50%、70%、95%及100%）的乙醇梯度脱水2次，每次1 h。脱水后的样品在液氮中冷冻断裂后放入超临界CO2干燥仪，将样品观察面向上贴在扫描电镜样品台上，用Eiko IB5型离子溅射镀膜仪溅射喷金，用Quanta 200 FEG场发射环境扫描电子显微镜（加速电压20 kV）观察并照相（放大倍数500）。

1.4.9 透射电镜（transimission electron microscrope，TEM）观察肌肉超微结构

参考Prates等[13]的方法并稍作修改。将待测样品切成3个长方体小块（4 mm×4 mm×2 mm），立即放入质量分数为3%的戊二醛固定液中进行前固定，用0.1 mol/L的磷酸缓冲液（pH值7.4）冲洗，然后在通风橱中用质量分数为1%的四氧化锇进行后固定，再次用磷酸缓冲液冲洗，并用体积分数分别为30%，50%，70%，80%，90%，95%及100%的乙醇进行梯度脱水，再利用无水丙酮置换3次，每次放置7～15 min。脱水后用619#包埋剂进行包埋，包埋后的样品用莱卡UC6型超薄切片机切片，醋酸铀-柠檬酸铅进行双染色，最后用H-7 500型透射电镜观察拍照（放大倍数40 000×）。

1.5 数据分析

本试验中采用Microsoft Excel 2007软件处理数据，指标测定为3次平行测定结果，表示为平均值±标准差，利用IBM SPSS Statistics 19统计分析软件进行Duncan法多重比较及显著性分析（<0.05）；分析图采用Microsoft Excel 2007软件绘制。

2 结果与分析

2.1 低压静电场对牛肉冻结-解冻速率的影响

肉样冻结和解冻采用的温度分别为–18 ℃和4 ℃。为研究低压静电场对牛肉冻结-解冻过程的影响，对不同处理肉样热中心的温度变化进行比较。图2a、2b分别为对照组与试验组的冻结和解冻曲线。

从图2a可以看出，对照组与试验组冻结过程的温度曲线趋势大体相同，温度降低速度经过急剧、平缓、快速3个阶段。温度曲线中出现的平缓阶段，是由于此时试样内部水分冻结形成冰晶体、放出相变热，温度下降速度减缓，这段温度范围被称为最大冰晶生成带[14]。处理组LVEF15、LVEF30、LVEF45、LVEF60通过最大冰晶生成带分别历时175、100、180、210 min，而对照组通过最大冰晶生成带历时290 min。可以看出，4组处理试样都不同程度缩短了肉样冻结时通过最大冰晶生成带所用时间，说明静电场影响了肉样冻结过程中水分的相变过程。其中LVEF30历时最短，较对照缩短66%。认定整个冻结过程是从6 ℃开始降温，样品中心温度达到–18 ℃结束。处理组LVEF15、LVEF30、LVEF45、LVEF60所需冻结时间分别为845、630、660、865 min，而对照组所需冻结时间为1 535 min，静电场下样品所需冻结时间与对照组相比明显缩短，LVEF30的冷冻速度最快。本试验中，当肉样中心温度达到1 ℃时认为肉样解冻完全，由图2b可见，试验组LVEF15、LVEF30、LVEF45、LVEF60所需解冻时间分别为1180、800、865、1130 min，而对照组所需解冻时间为1370 min。静电场条件下明显缩短了解冻时间，LVEF30解冻至1 ℃所需时间最短。低压静电场下，肉块冻结速度快，生长的冰晶体积小，解冻时更容易过渡到水分子的状态。此外，亦有研究认为肉样在静电场环境下解冻可加速冰层结构中氢键的断裂，解冻速度加快[7]。与放电板隔距为30 cm处电场强度可有效提高肉块冻结-解冻效率。

注：CK：对照组；LVEF15：距静电场发生板15 cm处样品；LVEF30：距静电场发生板30 cm处样品；LVEF45：距静电场发生板45 cm处样品；LVEF60：距静电场发生板60 cm处样品，下同。

2.2 低压静电场冻结对牛肉组织中冰晶形态的影响

冰晶以针状形态存于肌肉纤维组织之间，牛肉在不同条件下冻结后冰晶形态如图3所示。由图3可见，新鲜牛肉的肌纤维组织结构均匀、致密，肌纤维之间空隙很小。肌肉在冻结过程中组织内水结晶，体积增大，冰晶的生长导致肌肉组织受到破坏。对照组形成的冰晶体积大、数量少，在肌肉组织内分布混乱。而试验组生成的冰晶形状较小、数量多且分布均匀。对照组与试验组肌肉纤维组织遭到冰晶破坏的程度不同：对照组牛肉肌纤维出现明显断裂、受到严重机械损伤；试验组牛肉肌纤维组织结构维持较好，受到冰晶影响较小。其中LVEF30肌纤维组织结构维持较好，肌纤维遭冰晶破坏程度较小。这是由于与放电板隔距为30 cm肉样冻结速率较快，形成的冰晶体积小、分布均匀。

2.3 低压静电场对牛肉色泽的影响

牛肉色泽在正常范围内的变化不会对其营养价值和风味产生太大影响，但是作为肉类感官品质的重要指标，色泽的优劣很大程度上影响消费者的喜好。肉色的值、值分别代表肉样的亮度值、红度值。值越大说明肉光泽度越好，而值越高说明肉色泽越好，肉样越新鲜。（chroma）值代表肉样颜色饱和度，该值越大代表肉样色泽越鲜艳[15]。

由图4可见，与新鲜肉样相比，经过冻结处理肉样的*值、*值及值均有不同程度下降。对照组在冻结后的*值、*值和C值分别为34.28、18.81和21.32，显著低于新鲜肉样的39.99、22.29和25.30（<0.05）。而低压静电场条件下冻结的试验组则较好的维持了肉样的色泽，其中LVEF30试验组效果最为明显：LVEF30试验组在冻结后的*值、*值和值分别为37.67、22.87和25.53，显著高于对照组（<0.05），且与新鲜肉样相比无显著差异（>0.05）。肉样在解冻后由于失水过多，与新鲜肉样相比*值出现明显降低。此外，肉样与空气接触时间过久，肌红蛋白氧化率提高使得*值和值降低。与对照相比，解冻后的试验组牛肉色泽新鲜程度较高，试验组LVEF30在解冻后的*值、*值和值分别为39.47、21.77和23.71，显著高于对照组的31.74、17.76和20.73（<0.05）。

注：不同字母代表差异显著P<0.05，下同。

2.4 低压静电场对牛肉解冻汁液流失、蒸煮损失的影响

肌肉在冷冻后水分结晶体积增大致使肌细胞膜破裂，解冻时出现汁液流失，大量可溶性蛋白随汁液流失，导致肉样的营养价值出现严重下降[16]。解冻汁液流失率和蒸煮损失是反映肉样保水性的重要依据。与对照组相比，试验组LVEF15、LVEF30、LVEF45和LVEF60的解冻汁液流失率分别为5.44%、4.19%、4.24%和5.19%，显著低于对照组的8.37%（<0.05）；流失汁液中的蛋白质量分数分别为10.29%、9.91%、9.21%和10.26%，显著低于对照组的10.61%；蒸煮损失分别为22.70%、20.02%、21.53%和22.10%，均显著低于对照组的28.30%（<0.05）（见表1）。这表明，静电场辅助冻结-解冻牛肉有效改善了牛肉的保水性，并显著降低牛肉在解冻后的营养流失。其中LVEF30的解冻汁液流失率、蒸煮损失率及解冻汁液中蛋白质量分数与对照相比分别降低了4.18、8.28、0.7个百分点，肉样保水性在试验组里最好。此前试验结果表明，LVEF30肉样的肌纤维在冻结过程中受到冰晶的破坏程度最小，解冻时较好的抑制了汁液流失。

表1 不同冻结-解冻处理对汁液流失及蒸煮损失的影响

注：表中数据为平均值±标准差，同一列中a、b、c、d 等字母表示不同处理间存在显著差异（<0.05），下同。

Note: The data in the table and figure are the average value ± the standard deviation, a, b, c, d, and so on in the same column, express that there are significant differences between different treatment groups (<0.05), the same as below.

2.5 低压静电场对牛肉质构特性的影响

质地多面剖析法能够全面反映肉及肉制品硬度、黏聚性、弹性、胶粘性、咀嚼性和回弹性等质构特性[17-19]。本试验中，对新鲜肉样以及不同条件下冻结-解冻牛肉的质构特性和剪切力进行分析（表2），结果显示，肉样在解冻后与新鲜肉样相比弹性、硬度、黏聚性和咀嚼性均有减小。与对照组相比：试验组LVEF15、LVEF30、LVEF45和LVEF60牛肉的弹性分别为637.70、592.47、589.19和612.60 N，均显著大于对照组的460.75 N（<0.05）；试验组LVEF30和LVEF45的牛肉硬度分别为215.40和252.57 N，显著小于对照组的332.76 N（<0.05）；试验组（LVEF60除外）的黏聚性与对照组无显著差异（>0.05）。咀嚼性是肉样硬度、弹性及黏聚性的综合体现，在一定范围内值越大对应的口感越好[20]。试验组LVEF15和LVEF30肉样的咀嚼性分别为139.29和145.88 N，显著优于对照组的113.20 N（< 0.05）。肉样的剪切力能够反映其嫩度，剪切力越小对应的肉样嫩度越好。试验组LVEF15、LVEF30、LVEF45和LVEF60肉样的剪切力分别为5.13、5.17、5.84 N和5.67 N，均显著小于对照组的7.39 N（<0.05）。这表明，静电场辅助冻结-解冻能够显著改善解冻牛肉的质构特性，其中试验组LVEF30牛肉的质构特性表现较好。

表2 不同冻结-解冻处理对牛肉质构特性的影响

2.6 低压静电场对牛肉肌原纤维微观结构的影响

扫描电镜观察到的是肌纤维束的横截面，对新鲜以及不同条件下冻结-解冻的牛肉分别进行扫描电镜观察，分析肌纤维束和肌束膜的完整性以及肌纤维束间空隙等指标，所得结果见图5a（放大500倍进行拍照）。由图5a可见，新鲜牛肉的肌纤维束和肌束膜结构完整，肌纤维束排列紧密、肌束缝隙小。而解冻后的牛肉肌纤维的完整性丧失，肌纤维束排列疏松、肌束间隙大，肌束膜的结构发生破裂。对照组的牛肉肌纤维严重变形，某些区域甚至呈空洞状。与对照组相比，试验组的肌肉微观结构相对完整、肌纤维束排列较为紧密且缝隙较小、肌束膜遭破坏的程度也较轻。其中试验组LVEF15和LVEF30肉样在解冻后较为有效维持了肌纤维束和肌束膜的结构，肌纤维束间的缝隙也无明显扩大。肌肉中的肌束膜具有弹性，能够起到维持肌肉组织完整性和肌纤维束的致密排列作用。肌束膜遭到破坏会导致肌纤维束间缝隙加大，水分更加容易渗出，肌肉的保水性下降，出现严重的汁液流失。

透射电镜观察的是肌纤维束的纵截面，对新鲜牛肉以及不同条件下冻结-解冻的牛肉分别进行透射电镜观察，所得结果见图5b（放大倍数40 000×）。图5b可见，新鲜肉样肌原纤维结构完整，肌纤维束排列紧密，A带、I带清晰可辨，Z线、M线明显且完整。解冻后的对照组肉样Z线断裂，M线模糊，A带和I带被严重破坏。静电场辅助冻结-解冻的试验组如LVEF15及LVEF30肉样Z线、M线保持相对完整，A带和I带依旧清晰可辨。这说明静电场辅助冻结解冻有效维持了牛肉的肌纤维组织结构完整性。陈韬通过研究肌肉组织变化与持水性的关系发现肌原纤维的完整性与肌肉的保水特性存在显著相关性[21]。同时，肌纤维束完整和致密的组织结构破坏会导致肉样的弹性、咀嚼性降低。静电场辅助冻结-解冻的肉样肌纤维束结构更加完整、致密，这也验证了其汁液流失率低和质构特性维持较好的研究结果。

3 讨 论

牛肉在冻结-解冻过程中会出现品质劣变，现存的很多肉品冻结和解冻方法存在许多缺陷：如设备投资成本高、操作安全性差、解冻损失严重等。本文采用低压静电场来辅助牛肉冻结和解冻过程，通过试验验证，该法较自然冻结-解冻对肉品质影响小。静电场辅助冻结-解冻的牛肉色泽较为新鲜，分析原因有二：一是因为试验组牛肉解冻汁液流失少，肉样表面含水率高，提高了光线折射率而使其表面亮度上升；二是静电场环境下能够产生臭氧附着在牛肉表面，氧与肌红蛋白结合生成鲜红色的氧合肌红蛋白，氧合肌红蛋白含量的上升会提高肉样红度[22]。Jin等[23]研究发现施加静电场的生理盐水冻结速度快、通过最大冰晶生成带时间短，生长出的冰晶体积小且分布均匀。Kaale等[24]也曾报道冰晶在生长过程中施加电场能够起到抑制冰晶生长效果。静电场冻结主要是基于电场诱导过冷水的结晶成核，在外电场的作用下，沿电场方向的水分子比其他方向的水分子需要克服的位能束缚小，容易克服液固界面阻力，形成冰核的概率最大，而电场中其他方向的水分子形成冰核都会受到抑 制[25-26]。本试验中，静电场辅助冻结的牛肉冻结所需时间短，通过最大冰晶生成带速度快，观察到牛肉肌肉组织中形成的冰晶小、数量多且分布均匀，这与Jin等的研究结果类似。Xanthakis等[27]研究发现高压静电场辅助猪肉冻结过程中大冰晶的生长被限制，猪肉微观结构的破坏程度显著降低。本试验通过扫描和透射电镜观察发现静电场辅助冻结下的牛肉较为完整维持了肌肉的肌纤维组织结构，肌肉微观结构较对照组受破坏程度小。牛肉解冻时，随着冰晶的融化，细胞内的亲水胶质体吸收水分，水分逐渐向细胞内扩散和渗透[28]。He等[29]研究发现高压静电场能显著缩短冷冻肉的解冻时间。冯晚平等[30]曾报道，若冷冻肉解冻时间过长，肉表面的微生物则会大量繁殖，同时氧化作用导致腐败现象，肉质嫩度受到严重影响。本试验中，静电场环境下冻结牛肉的解冻速度明显高于自然解冻，解冻后牛肉的汁液流失显著降低（<0.05）。Hughes等[31]发现细胞间隙中的水分对肌肉嫩度有重要影响，肌肉的持水能力越高，嫩度越好。本试验中，试验组牛肉的汁液流失及蒸煮损失较对照组小，说明其持水能力更好，而牛肉质构特性研究结果表明，试验组牛肉剪切力显著小于对照组（<0.05），说明试验组牛肉的嫩度优于对照组，与Hughes等的研究结果一致。

牛肉冻结过程中，LVEF30试样冻结速率高于对照和其余试验组。牛肉的冻结速率越高，生成的冰晶形状较小、分布均匀，LVEF30组试样肌纤维遭冰晶破坏程度较小。而牛肉在冻结过程中冰晶的形成致使肌细胞膜破裂，解冻出现汁液流失，大量可溶性蛋白随汁液流失，这解释了LVEF30的解冻汁液流失率、蒸煮损失率及解冻汁液中蛋白质量分数均低于其余试验组的试验结果。SEM结果表明LVEF30试样解冻后肌纤维束和肌束膜的结构得到更为有效维持，肌纤维束间隙较其余试验组相比小，质构特性表现较好。

4 结 论

牛肉在经过冻结-解冻品质出现劣变，不同的冻结和解冻方法会对牛肉品质造成不同程度影响。本研究中使用静电场辅助牛肉的冻结-解冻过程，与自然冻结-解冻相比，可有效减缓牛肉冻结-解冻过程中的品质劣变，改善解冻牛肉的品质：

1）低压静电场下牛肉的冻结-解冻效率得到显著提高（<0.05），冻结过程中生长的冰晶体积小且在肌肉组织内分布均匀，对肌肉组织破坏程度轻，肉样肌纤维束结构更加完整、致密。

2）解冻后牛肉的持水性得到改善，营养损失降低。其中与静电板隔距为30 cm处冻结-解冻，解冻汁液流失率、蒸煮损失率及解冻汁液中蛋白质量分数与自然冻结-解冻相比分别降低了4.18、8.28、0.7个百分点，差异显著（<0.05）。

3）解冻牛肉色泽与质构特性得到有效维持。与静电板隔距为30 cm处冻结-解冻肉样*值、*值和值分别为39.47、21.77和22.25，显著高于自然冻结-解冻的31.74、17.76和20.73（<0.05）；弹性、黏聚性、咀嚼性及嫩度均显著高于自然冻结-解冻肉样（<0.05）。

4）与静电板隔距为30 cm处冻结-解冻的肉样较其他试验组相比色泽更为鲜艳、质构特性与保水性表现更好，肉样置于与静电板隔距为30 cm处冻结-解冻较为适宜。

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Effects of different gauges under low voltage electrostatic field assisting thawing-freezing on beef quality

Li Xia1, Qian Shuyi1,2, Yang Fangwei1, Sun Zhen1, Shang ke1, Zhang Chunhui1※

(1.100193,; 2.300134,)

To research the effect of low voltage electrostatic field (LVEF) assisted freezing-thawing on beef quality, using bovineas experimental materials, the beef quality of samples at the distance of 15, 30, 45 and 60 cm away from the electrostatic field generating plate (test group) and without LVEF treatment (control group) was studied during freezing-thawing process. The test group and the control group had the same freezing temperature of-18 ℃ and thawing temperature of 4 ℃. The indices including freezing-thawing temperature curve, color, thawing loss,protein content of thawing drip, cooking loss,texture profiles were compared and analyzed.Scanning electron micrograph (SEM) and transmission electron microscope (TEM) were used to observe the microstructure of muscle, and the ice crystal morphology in muscle fiber tissue was observed under light microscope. During the process of freezing, the temperature curve showed that LVEF had accelerated the freezing process of beef samples, and the time used in the zone of the maximum ice crystal formation was shorter compared to the control group. Accordingly, the ice crystals in muscle fiber tissue were smaller and uniformly distributed under LVEF. From the thawing temperature curve, it was found that the thawing speed of treatment group was faster. After the process of thawing, several indices were determined. The result showed that LVEF could significantly increase lightness (*) value, redness (*) value, chroma () value, tenderness and chewiness (<0.05). In addition, cooking loss, thawing loss and protein content of thawing drip were significantly decreased by LVEF (<0.05). SEM and TEM showed that the muscle microstructures of control group and treatment group were both damaged after freezing-thawing process. The microstructure of muscle fiber bundles of control group was damaged more seriously, and more muscle fiber bundles were torn and a visibly larger gap was exhibited between muscle fibers, while the muscle microstructure of treatment sample was less damaged and the fiber bundles were relatively tight.Particularly, the samples at the distance of 30 cm away from the electrostatic field generating plate (LVEF30) required the shortest time to finish the process of freezing and thawing, and the time used in the zone of the maximum ice crystal formation was only 290 min, which was shortened by 66% compared with the control group. LVEF30 formed the smallest and most uniform ice crystals,and the muscle fiber tissue was less damaged by ice crystals. SEM showed that LVEF30 maintained the structure of muscle fibers and perimysium effectively, and the gap between muscle fibers had no obvious expansion. TEM showed that Z-disc and M-disc remained relatively intact and A-band and I-band were still clear and legible, which indicated that LVEF30 maintained the integrity of the myofibrillar structure effectively. The* value,* value andvalue of LVEF30 were 39.47, 21.77 and 23.71 respectively, which were significantly higher than 31.74, 17.76 and 20.73 of the control group (<0.05), and had no significant differences with the fresh meat (>0.05).Thawing loss, protein contentof thawing drip and cooking loss of LVEF30 were reduced 4.18, 8.28 and 0.7 percent points, respectively, compared to the control group, and the difference was also significant (<0.05). The experimental results show that LVEF is able to alleviate the deterioration of beef quality during the freezing-thawing process and improve the quality of the thawed beef significantly, and the most suitable gauge for treatment group is 30 cm.

electric field; agricultural products; quality control; low voltage electrostatic field; gauge; freezing-thawing; beef

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.037

TS251.1

A

1002-6819(2017)-08-0278-08

2016-10-18

2017-03-30

国家自然科学基金项目（31371797）；新疆民族特色食品产业升级技术研究与示范项目（2016A01001）

李 侠，女，内蒙古人，助理研究员，研究方向为肉品科学。北京 中国农业科学院农产品加工研究所/农业部农产品加工综合性重点实验室，100193。Email：lixia5299@163.com

张春晖，男，河南固始人，研究员，博士生导师，研究方向为肉品科学。北京 中国农业科学院农产品加工研究所/农业部农产品加工综合性重点实验室，100193。Email：dr_zch@163.com

李 侠，钱书意，杨方威，孙 圳，尚 柯，张春晖.低压静电场下不同隔距冻结-解冻对牛肉品质的影响[J]. 农业工程学报，2017，33(8)：278－285. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.037 http://www.tcsae.org

Li Xia, Qian Shuyi, Yang Fangwei, Sun Zhen, Shang Ke, Zhang Chunhui.Effects of different gauges under low voltage electrostatic field assisting thawing-freezing on beef quality[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(8): 278－285. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.037 http://www.tcsae.org