詹 毅，孙劲松，刘 洋，李欣妍，王新惠

（1.成都大学 旅游与文化产业学院，四川成都 610100；2.成都大学 食品与生物工程学院，四川 成都 610100；3.长江师范学院，重庆 400000）

食品由多种成分组成，通常可看作是水分和干物质的混合。未冻结食品的热物性与食品温度关系不密切，通常可以作为常数处理。食品冻结后，食品中的水分部分或全部结为冰，并且有潜热放出，所以冻结食品的热物性与食品中水分的结冰率存在密切的关系。同时，由于温度不同，食品中结冰率也不同，因此在食品中的水分全部结成冰之前，冻结食品的热物性与温度有密切关系。

猪肉是最常见的肉类食品，在日常生活中通常需要冷冻保鲜以保证在一定时间内质量安全性。有研究表明[1]，冷冻后的猪肉比新鲜的猪肉更为安全，质量更好。然而，在冷冻过程中，随着时间、温度、比热容等因素的变化，其水分含量、菌落总数、酸价等也会随之变化，其中水分含量、菌落总数、酸价也是评价猪肉品质的重要指标[2-3]。因此，通过各评价指标建立相对应的数学模型来研究时间、温度和比热容对冻猪肉品质的影响，初步计算冷冻猪肉过程中的热负荷。通过监测猪肉在-18，6，25℃3个不同的温度下的微生物总量、酸价与水分含量，分析猪肉的温度与微生物、脂肪酸氧化、水分丢失率及其品质保存时间之间的关系。

1 试验方法

1.1 原材料的准备

新鲜屠宰的猪肉，屠宰后立即放入-40℃速冻间中冷冻，后将猪肉切割成10 cm×10 cm×5 cm质量约为350 g的肉块，分成3组，分别放入3种不同温度-18，6，25℃下贮藏，待样品的温度达到贮藏目标环境温度时开始计时。贮藏开始和结束分别取一次样进行理化指标检测，测定其酸价、菌落总数、水分含量等，每次3个平行样品。

1.2 设备和试剂

BCD-507WDPT型对开双开门变频风冷冰箱，海尔集团公司产品；ESJ182-4型电子天平，天津博达宏力称重设备有限公司产品；生化培养箱，上海益恒实验仪器有限公司产品；高压蒸汽灭菌锅，上海医用核子仪器厂产品；电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司产品；超净工作台，金坛市虹盛仪器厂产品；ZNCL-TS型磁力搅拌器，上海越众仪器设备有限公司产品；ZD-2型自动电位滴定仪，四川汇巨仪器设备有限公司产品；组织捣碎机，四川天金仪表成套设备有限公司产品。

乙醚、无水乙醇、琼脂等试剂均为化学纯，成都科隆化学品有限公司提供。

1.3 理化指标测定

1.3.1 菌落总数

根据GB/T 4789.2—2010《食品卫生微生物学检验菌落总数测定》的方法进行操作，并按照GB 4789.2—2003标准，菌落总数小于4 lgCFU/g为新鲜肉，4~6 lgCFU/g为次鲜肉，大于6 lgCFU/g为变质肉。

1.3.2 酸价

根据GB 5009.229—2016《冷溶剂自动电位滴定法》的方法进行酸价测定。

1.3.3 水分含量

采用常压干燥法测定[4]猪肉中水分百分含量（%）的计算公式，如公式（1）所示：

式中：G0——恒质量后蒸发皿质量，g；

G——恒质量后称量皿和样品质量，g；

G'——干燥恒质量后称量皿与样品的质量，g。

2 数学模型的建立

2.1 冻结终点水分冻结率

由食品中水分冻结率公式[5-6]，即可得到冷冻猪肉中水分冻结率的表达式，如下公式（2）和（3）所示：

式中：ω——冻结终点温度时的食品水分冻结率，%；

t——食品最初温度，℃；

t1——食品冻结终点温度，℃；

a，b——常数，食品组成材料而定。

根据以上公式，经验证得出公式（2）是一种较粗略的计算食品中水分冻结率的办法，而公式（3）是根据试验数据推出的一种较准确的水分冻结终率的计算公式。当研究对象为同种食品且质量一定时，可以认为a，b为固定值，且食品初始温度t相同，所以食品中水分的冻结率仅与冻结终温t1有关。由公式（3）可知，当食品最初温度t相同时，食品冻结终点温度t1越小，食品水分冻结率越大。

2.2 食品冻结比热关系模型

通常在计算食品冷冻热负荷时，常将食品的冷冻过程分为3个阶段，即冷却阶段、结冰阶段、冻后降温阶段[7]。然而，食品的冻结比热是为了计算食品冻后降温阶段热负荷而提出的。因此，食品冻结比热的计算表达式如公式（4）所示：

式中：m——食品在冻结终温时的的结冰率，%；

W——食品含水率，%；

CS——水的比热，J/（kg·℃）；

Cb——冰的比热，J/（kg·℃）；

Cg——食品中干物质的比热，J/（kg·℃）)；

C0——未冻结食品的比热，J/（kg·℃）.

因此，由从公式（4）得到食品冻结比热与食品冻结过程中的温度无关，并且通常认为水的比热CS为4.2 kJ/（kg·℃）、冰的比热Cb为2.1 kJ/（kg·℃），所以食品冻结比热Cm只与未冻结食品的比热C0、食品的含水率W和食品在冻结终温时的结冰率m有关，而食品的结冰率又受到食品本身性质的影响。所以，当初温相同的情况下，影响同一食品冻结比热大小的变量只有冷冻终温。

不同温度冷冻猪肉的比热容见表1。

表1 不同温度冷冻猪肉的比热容

根据检测，在猪肉水分比例在76.8%时，冷冻温度的猪肉比热容表（见表1）：当猪肉温度从-5~-25℃降低时，检测的比热容由4.78 kJ/（kg·℃）到2.96 kJ/（kg·℃）依次递减，说明冷冻温度越低，猪肉的比热容越小。根据表1中数据可知计算得到回归方程（5）为：

式中：X——温度，℃；

Y——比热容，kJ/(kg·℃)。

并且R2=0.986 6说明冷冻猪肉温度与比热容之间存在较好的线性关系。于是可以利用温度与比热关系的回归方程（公式5），计算出猪肉的冷冻热负荷。即冷冻热负荷的计算如公式（6）所示：

式中：M——猪肉的质量，kg；

Y1，Y2——分别为初温和终温时猪肉的比热，kJ/(kg·℃)。

利用以上方法得到利用猪肉冻结比热初步计算出猪肉的冷冻热负荷，比运用传统名义的冻结比热计算得出的结果更为精确，也更加符合肉类食品冷冻的实际变化过程。利用公式（6）可以计算出，1 kg猪肉从25℃冷冻到6℃和-18℃分别所需要的冷冻热负荷为1.78 kJ和4.12 kJ。

该方法仅考虑猪肉在冻结过程中的焓值变化情况，而实际冷冻猪肉过程的热负荷受到多种因素的影响[8]。因此，建立完善的冷冻热负荷计算方法是以后冷藏冷冻食品行业重要的研究方向。

3 结果与分析

各温度下贮藏前后猪肉的理化数据见表2。

表2 各温度下贮藏前后猪肉的理化数据

冷冻肉类食品在冷藏过程中无时无刻不受到各种因素的影响，其品质与冷冻时间及冷冻温度有着密切的关系[9]。通过试验分别将猪肉冷冻在-18，6，25℃3个不同温度下，经过48 h冷冻时间，监测各温度下微生物总量、酸价及水分含量情况（见表2）：-18℃贮藏条件下，通过贮藏前后对比，发现猪肉样品的酸价含量升高了2.90%，菌落总数增加了15.60%，水分含量降低了1.40%；6℃贮藏条件下，猪肉样品的酸价含量升高了3.41%，菌落总数增加了30.40%，水分含量降低了3.79%；25℃贮藏条件下，猪肉样品的酸价含量升高了6.19%，菌落总数增加了52.80%，水分含量降低了6.50%。说明经过相同的贮藏时间，若贮藏温度越高，则酸价含量越高，菌落总数越多，水分的流失越多，即猪肉的品质越差。

此外，除去时间、温度的影响，还存在一些其他因素会对冷冻猪肉品质产生影响。在肉质解冻过程中，肉温的升高会影响微生物生长及一些其他反应。解冻速度、解冻速率、解冻方式和解冻介质等都是影响解冻后肉类品质的重要因素。郭洁玉[10]发现射频解冻和微波解冻的猪肉丸感官品质、质构品质较高，菌落总数较低，品质下降较慢。冷冻过程中的温度变化过大会影响肉制品内冰晶的形成，黄鸿兵[11]发现温度波动越剧烈猪肉品质下降越快，表现在TVB-N值增大，而不会影响蛋白乳化能力，TABRS等。除此之外，李先明等人[12]研究发现，密封包装和抽气贴体包装可以有效地维持冻肉品质，抽气贴体包装的效果优于密封包装，更具有可行性。常海军等人[13]研究表明，冻融次数增多也会严重降低猪肉的保水性和食用价值。因此，商家在运输过程中应保证全程冷链运输，减少冻融次数。此外，消费者也可以通过尽量减少从市场到餐桌的时间，做到“少买，勤买”，防止猪肉存放时间过长。

4 结论

冷冻猪肉的品质与人们的生活质量息息相关，因此很有必要对其品质变化进行研究。详细分析了冻结终点温度和食品的冻结比热关系模型，并利用猪肉冻结比热计算猪肉冷冻热负荷，计算结果更准确，更符合肉类食品冷冻的实际变化过程，并进一步分析了猪肉在冷冻过程中，其品质随时间、温度、比热容等因素的变化而发生相应的变化情况。通过试验测试，得到冷冻猪肉其水分含量、菌落总数和酸价的变化情况。总体表现为温度越低，贮藏时间相同的情况下，细菌增加越少、肉类脂肪酸氧化反应越慢、水分丢失越少，即肉类品质保存时间越长。并且贮藏温度越低，该温度下贮藏的猪肉比热越低，即温度下降1℃所需要的能量越少，并能够达到更好的贮藏效果。通过研究分析猪肉6℃冷藏、25℃常温和-18℃冷冻的贮藏方式，结合猪肉的保质期、安全性的评估，认为-18℃冷冻更有利于猪肉的贮藏。