不同冷却方式对红烧肉短期冷藏品质的影响

红烧肉作为经典中式传统菜肴,由猪五花肉(含皮、脂、瘦肉)制成,凭借其丰腴质地、醇厚风味及丰富营养而广受青睐。随着现代生活节奏加快与饮食消费升级,中式传统菜肴向标准化、便捷化转型升级已迫在眉睫。2024年3月,国家六部委发布《关于加强预制菜食品安全监管促进产业高质量发展的通知》(国市监食生发〔2024〕27号),首次明确预制菜的定义和范围,明确了预制菜的工业化加工属性及推动预制菜食品安全标准与质量标准体系建设的方向[1]。工业化菜肴生产涵盖加工、储运及复热等关键环节,但仍面临品质保真度低,复热还原度低、货架期短等技术瓶颈。

冷却作为一种绿色、高效的保鲜手段,在热加工菜肴工业化及规模化生产中发挥着重要的品质保持作用。常见的冷却工艺主要有自然冷却、风冷和水冷等传统冷却方式,但存在冷却速率慢、冷却不均匀及交叉污染等问题,极易导致菜肴的品质劣变。其中,风冷虽应用广泛,但耗能较高,增加生产成本;水冷则存在卫生隐患。而真空冷却的速度快、效率高,能够有效避免熟制菜肴降温过程中的品质劣变,其原理是通过制造真空低压的环境使水分从食品表面和内部快速蒸发达到降温的目的[2]。相较于常规冷却,真空冷却具有降温均匀迅速、安全卫生和延长货架期等优势,已广泛应用于果蔬及肉制品的生产加工。然而,真空冷却易导致水分大量流失,对食用品质产生不利影响。为此,科研人员提出了多种真空冷却技术的改良方案,包括浸没式真空冷却、鼓泡式真空冷却、脉冲式真空冷却、超声波辅助浸没式真空冷却[3]等,此类方法虽可降低物料损失,但存在设备复杂、成本高及二次污染等弊端。

近年来,磁场技术正成为食品加工中保持品质的新兴手段。研究表明,磁场处理可通过分子动力学和热力学作用调控水的物理化学性质[4-5]。如Lin等[6]研究发现静磁场辅助过冷技术可使牛肉亚冷冻保存14 d,显著保持肌肉结构并降低滴漏损失。Sun等[7]也研究发现磁场强度为60 mT时可有效减小对虾冷冻冰晶尺寸,抑制水分迁移,显著保持肌肉品质。Wang等[8]探究了静磁场辅助解冻可减少牛排解冻损失,抑制脂肪氧化并提升保水性。可见,磁场对肌肉中水分子相变及动能具有显著影响。然而,磁场对液态水分子自由能或迁移的调控及其对快速冷却过程中水分散失的影响潜力仍未知。基于此,本研究旨在探究静磁场结合真空冷却技术对红烧肉水分保持及品质改善的作用,通过分析短期冷藏后保水性、微生物生长、水分分布及理化特性等关键指标,为热加工肉制品的降温技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 试剂与材料

猪五花肉、食盐、冰糖、大豆油、老抽,市售;MgO,上海易恩化学技术有限公司;NaCl、H3BO3,天津市永大化学试剂有限公司;HCl,深圳市博林达科技有限公司;无水乙醇,天津市致远化学试剂有限公司;平板计数琼脂、甲基红、溴甲酚绿、丙二醛试剂盒,北京索莱宝科技有限公司。以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

XLCY-05D真空预冷机,青岛环速科技有限公司;BCD-278AZ冰箱,合肥美菱有限公司;FK-7912真空封口机,温州雅美奇电子科技有限公司;YET610L热电偶高精度温度仪,深圳宇问测量技术有限公司;条形永磁体,东台市诚泰中鑫磁业有限公司;DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱,上海精宏实验设备有限公司;CR-400色差仪,日本柯尼卡美能达公司;TMS-pro质构仪,北京盈盛恒泰科技有限责任公司;MiniMR-60低场核磁共振仪,苏州纽迈分析仪器股份有限公司;SP-10002电子天平,海宁市盛博衡器有限公司;TDL-5C低速大容量离心机,上海安亭科学仪器厂;PHSJ-3F型pH计,上海仪电科仪有限公司;DL-CJ-2NDI洁净工作台,北京东联哈尔仪器制造有限公司;UV-2800A紫外可见分光光度计,尤尼柯(上海)仪器有限公司;K9840自动凯氏定氮仪,海能未来技术集团股份有限公司;HZQ-X100恒温培养箱,江苏太仓市实验设备厂。

1.3 试验方法

参考赵越[9]的方法稍作修改,选用新鲜猪五花肉,切成约3 cm×3 cm×3 cm小块,称取300 g五花肉和800 mL水放入锅中,水开焯5 min,撇净浮沫,捞起备用。锅中加入6 g油,待油温升至150 ℃左右加入7.5 g冰糖,熬制糖色,放肉炒3 min至变色出油,加入2 g食盐,6 g酱油,搅拌至色泽均匀,加入400 mL沸水,大火(2 100 W)烧开后转小火(300 W)炖煮40 min,大火收汁。制作完成后立即冷却。

采用3种冷却方式将红烧肉中心温度降至25 ℃。a)自然冷却:室温下冷却;b)真空冷却:冷机温度5 ℃,真空度0.6～0.8 kPa,冷却终温25 ℃;c)静磁场辅助真空冷却:于真空冷却室腔体内加置2块条形永磁体(200 mm×50 mm×15 mm,1 T)平行放于盛放红烧肉器皿的两侧,磁体间距固定为10 cm,以确保处理组的样品受到一致强度的磁场作用,其余参数与真空冷却的参数一致。样品冷却后真空密封,4 ℃贮藏,于0 d和10 d取样测定指标。

1.3.2 冷却参数测定

将温度传感器探头插入肉块几何中心,以30 s为间隔记录红烧肉中心温度从80 ℃降至25 ℃的冷却过程,并绘制冷却曲线,静磁场辅助真空冷却条件下不影响测温准确性。

1.3.3 劣变品质测定

取1 g瘦肉样,用pH计测定[9]各冷却组的pH值;参照GB 4789.2—2022《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》,取25 g整块红烧肉样品以测定菌落总数,微生物数量表示为lg CFU/g;根据GB 5009.228—2016《食品安全国家标准食品中挥发性盐基氮的测定》,取10 g瘦肉样,采用凯氏定氮法测定挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)含量;称取0.1 g脂肪样,采用试剂盒法测定丙二醛含量。

固定色差仪光源为D65,采用8 mm光程玻璃比色皿,使用白板校准后,对红烧肉皮层、脂肪层和瘦肉层的L*(亮度)值、a*(红度)值、b*(黄度)值进行测定,测定时镜头垂直并紧贴肉面,防止漏光。

采用质构仪TPA模式对样品(1 cm×1 cm×0.5 cm)进行测定,选用直径25 mm的探头,参数设定为力量感应元量程0.2 N,压缩形变量50%,测试高度25 mm,测试速度50 mm/s,起始力0.2 N。分别取红烧肉的皮层、脂肪层和瘦肉层进行测定。

参考Luo等[10]的方法,分别称取红烧肉的皮、脂肪和瘦肉各1 g,采用恒重法测定水分含量;参考Feng等[11]的方法,分别取红烧肉的皮、脂肪和瘦肉各2.5 g置于离心管中,4 500 r/min离心15 min后称重以测定持水性;根据Song等[12]方法稍作修改,使用低场核磁共振仪测定红烧肉的水分分布。称取2.5 g肉样(皮、脂肪和瘦肉)放入外径为12 mm核磁管中,采用CPMG脉冲序列,以测定样品弛豫时间T2。测试参数如下:主频21 MHz,采样频率200 kHz,回波时间0.2 ms,等待时间1 500 ms,回波个数8 000,累加次数8次。

1.4 数据处理

所有实验重复3次,结果以“平均数±标准差”表示,采用SPSS 25对数据进行单因素方差分析,Duncan多重比较进行显著性统计分析(P<0.05);使用Origin 2021软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同冷却方式下红烧肉的冷却曲线

如图1所示,自然冷却温度降至25 ℃所需时间最长为80.5 min,而真空及静磁场辅助真空冷却耗时明显缩短,分别比自然冷却减少80.12%、77.64%,证实了真空冷却的快速降温优势。这主要由于自然冷却依赖热交换和对流散热,效率较低,而真空冷却则通过低压蒸发水分实现快速降温。

2.2 不同冷却方式对红烧肉劣变品质的影响

由图2-a可看出,贮藏后,自然冷却组pH值增加,可能是由于红烧肉中蛋白质在内源酶和微生物的作用下分解为氨、胺等碱性物质所引起[13];而真空及静磁场辅助真空冷却组pH值却下降,可能归因于糖原的无氧代谢产生乳酸[13],从而导致pH值降低。贮藏前后,各组差异显著(P<0.05),贮藏10 d后,静磁场辅助真空冷却组的pH值明显低于其他处理组(P<0.05),这可能是因为磁场辅助真空处理后在一定程度上抑制了微生物的生长或减缓了碱性物质的产生[14]。

菌落总数反映了肉制品的腐败程度。由图2-b可知,贮藏前后,自然冷却组菌落总数分别为2.80 lg CFU/g 和4.01 lg CFU/g,显著高于真空(2.62 lg CFU/g和3.88 lg CFU/g)及静磁场辅助真空(2.54 lg CFU/g和3.78 lg CFU/g)冷却组(P<0.05),这说明高冷却速率可以有效抑制微生物的生长。此外,静磁场辅助真空冷却的菌落总数也显著低于真空冷却组(P<0.05),表明静磁场可进一步抑制微生物增殖。Tong等[15]也报道了静磁场处理显著降低了鲈鱼冷藏期间的微生物数量,这与本文的研究结果一致,有研究表明由于磁场对细菌产生刺激,导致某些菌株的适应性下降,从而抑制了微生物生长[16]。

TVB-N值是通过测定肉中氨和胺的含量来评判红烧肉新鲜度的重要指标[17]。由图2-c可看出,贮藏后,各冷却组TVB-N含量均增加。贮藏前,自然冷却组的TVB-N含量为9.33 mg/100 g,显著高于真空及静磁场辅助真空冷却组(P<0.05),这种差异可能是因为真空快速冷却过程减少了微生物污染及氮化合物的分解能力,导致其TVB-N含量降低。贮藏后,静磁场辅助真空冷却组的TVB-N值最低,显著低于其他处理组(P<0.05),这与菌落总数的变化基本一致,进一步证实了磁场辅助处理对微生物的生长具有一定的抑制作用。

丙二醛含量可以反映红烧肉贮存中脂质氧化程度[18]。由图2-d分析可知,贮藏前后,静磁场辅助真空冷却的丙二醛含量最低,均显著低于其他处理组(P<0.05),真空冷却组次之,自然冷却组最高,这说明磁场辅助下真空冷却可有效抑制丙二醛含量的累积。这可能是由于自然冷却速率低且与空气接触较多,使脂肪更易发生氧化反应,从而导致丙二醛含量升高;而真空冷却在低压无氧环境下减缓了脂肪过氧化,同时磁场通过影响电子自旋重排,减少自由基生成,从而协同降低脂质氧化程度,以减少丙二醛累积。孟敌等[19]研究发现,真空冷却可以显著延缓采后娃娃菜丙二醛含量的积累。陈亚鹏等[20]也通过实验得出真空冷却可以抑制丙二醛含量增加。另外,在本研究中,脂质氧化与蛋白氧化呈正相关,这与Zareian等[21]的研究结论一致,其机制可能源于氧化应激过程中脂质过氧化物与蛋白质的相互作用。综上,从pH值、菌落总数、TVB-N含量和丙二醛含量的结果可以表明,静磁场辅助真空冷却处理抑制了红烧肉品质劣变。

2.3 不同冷却方式对红烧肉色泽的影响

从表1可知,贮藏前,真空冷却的红烧肉皮层、脂肪层和瘦肉层颜色较深,其L*值显著低于自然冷却组(P<0.05),但a*值显著高于自然冷却组(P<0.05),这一方面是因为真空冷却快速失水导致肌肉纤维收缩,促使肉品色素浓缩并减弱光线散射,从而降低L*值;另一方面,低压无氧环境延缓了肌红蛋白氧化,同时水分迁移促使色素向表层富集[22-23],因而维持了更鲜红的色泽,这与此前研究结果一致[24]。而静磁场辅助使得真空冷却的L*值增加,可能磁场作用下改善了肌肉纤维的持水性,从而增强了肉品表面光反射能力,a*值则与真空冷却水平相当。贮藏10 d后,各处理组的L*值与b*值均下降,但a*值变化趋势不一;其中L*值减小可能是由于肌红蛋白氧化成高铁肌红蛋白导致,而b*值变化可能与贮藏前后脂质氧化和微生物增殖相关;此外,a*值主要受氧合肌红蛋白氧化速率和高铁肌红蛋白还原活性的影响[14]。

2.4 不同冷却方式对红烧肉质构的影响

对于红烧肉皮层(图3-a),贮藏前,真空冷却处理的硬度、胶黏性和咀嚼性显著高于自然冷却组(P<0.05),这可能与皮层含水率密切相关,而静磁场辅助真空冷却处理降低了皮层的硬度、胶黏性和咀嚼性;贮藏10 d后,各处理组差异不显著。脂肪层(图3-b)中贮藏前后真空冷却处理的硬度值均显著高于自然冷却组(P<0.05),另外,贮藏前自然冷却的胶黏性显著低于其他组(P<0.05),但贮藏后各处理组的胶黏性差异不显著。对于瘦肉层(图3-c),贮藏前,真空及静磁场辅助真空冷却的硬度和咀嚼性显著高于自然冷却组(P<0.05),内聚性、弹性和胶黏性差异不明显。但不同的是,贮藏后,真空及静磁场辅助真空冷却的内聚性显著高于自然冷却组,这可能是由于其肌原纤维蛋白的持水性较好,间接影响了内聚性。此外,相比于真空冷却,静磁场辅助真空冷却的硬度与胶黏性均降低,而咀嚼性显著下降(P<0.05),这表明静磁场辅助在一定程度上改善了真空冷却失水而导致的红烧肉硬度增加的质构特性。

2.5 不同冷却方式对红烧肉水分含量的影响

水分含量可以反映红烧肉冷却前后的质量损失。贮藏前,自然冷却的皮层(图4-a)和瘦肉层(图4-c)水分含量显著高于真空及静磁场辅助真空冷却组,而真空冷却处理的脂肪层(图4-b)水分含量也明显低于自然冷却组(P<0.05)。这是由于真空冷却在真空和低压环境下通过蒸发水分,带走热量达到降温目的,从而导致了红烧肉水分下降。贮藏10 d后,各冷却组的水分含量均降低,但发现自然冷却的瘦肉层(图4-c)水分含量仅显著高于真空冷却组(P<0.05),与静磁场辅助真空冷却组差异不明显,且贮藏前后,静磁场辅助真空冷却的红烧肉各组织部分含水率均高于真空冷却组,这可能是因为静磁场通过调控水分子氢键网络有序排列,增强蛋白质结构稳定性并促进均匀网络结构形成[25],从而一定程度上抑制了水分流失,更好地保持了红烧肉中水分。有研究也发现静磁场预冷的蓝莓失重率显著低于其他冷却方式(P<0.05),表明静磁场辅助预冷可以有效减少质量损失[26],且水分含量变化与前文色泽及质构特性结果一致。

2.6 不同冷却方式对红烧肉持水性的影响

持水能力反映了肌肉纤维结构和化学特性的稳定性[27]。表2表明,贮藏后,各冷却组的红烧肉持水能力均降低,可能是由于贮藏中发生的物理和化学变化导致。贮藏前,静磁场辅助真空冷却的皮层持水性最高,贮藏10 d后,自然冷却组的皮层持水性显著低于其他组(P<0.05)。另外,贮藏前,真空及静磁场辅助真空冷却的脂肪层表现出较好的持水性能,显著高于自然冷却组(P<0.05);贮藏前后各冷却组的瘦肉层持水能力虽无显著性差异,但对比发现,自然、真空和静磁场辅助真空冷却贮藏后的持水性平均值分别下降了0.74%、0.39%和0.32%,这说明虽然真空冷却导致红烧肉失水,但保留红烧肉肌纤维中水分的能力较强,而且静磁场辅助可能具有更强的保水潜力。如Zhu等[28]研究证实,水分子作为抗磁性物质,在磁场作用下会增强电子原子极化与跃迁偶极矩,可能导致原子位置改变,从而改变水分分布。同时,磁场通过增加氢键数量,增强蛋白质-水及蛋白质-蛋白质间的相互作用,进而提高持水性。因此,接下来进一步通过水分组成来反映不同冷却处理的红烧肉在贮藏前后水分分布的变化。

2.7 不同冷却方式对红烧肉水分分布的影响

低场核磁共振是观察红烧肉中水分迁移与分布的最有效检测手段。不同冷却方式均呈现出3个峰(图5),其中T2b(0～10 ms)对应与大分子紧密结合的结合水;T21(10～100 ms)代表肌原纤维蛋白网络中的不易流动水;T22(100～1 000 ms)对应于肌原纤维束之间的自由水[29];M2b、M21、M22则分别代表结合水、不易流动水和自由水的相对含量。贮藏后,红烧肉皮层(图5-a)、脂肪层(图5-c)和瘦肉层(图5-e)各组样品的T2b无明显变化,这是因为结合水与红烧肉中的蛋白质和其他大分子紧密结合,不易受到外界条件的影响[10]。相比之下,各冷却组皮层(图5-a)和瘦肉层(图5-e)的T21与T22均发生不同程度的右移,表明不易流动水与自由水的水分活度变大,流动性随之增强;但各组脂肪层(图5-c)中T21与T22变化不明显,这可能是由于与脂肪结合的水分子较为紧密,且水分含量占比不高,贮藏过程中变化缓慢。

由图5-b可以看出,贮藏前后,真空及静磁场辅助真空冷却的皮层M2b均显著高于自然冷却组(P<0.05),这可能是由于真空冷却的速率快且冷却均匀,一定程度上抑制了冷却过程中胶原蛋白的变性;且发现静磁场辅助真空冷却的M2b最高,这表明磁场作用下可结合更多的不易流动水,增加蛋白质与水的分子间作用力[30]。另外,贮藏后,M21逐渐减小,M22逐渐增加,说明随着水分活度和失水量的逐渐增加,皮层中的不易流动水逐渐转化为自由水。脂肪层以不易流动水为主,M21占比约为97%,M2b占比约为2%,M22占比极少约为0.1%,不同处理组间水组成占比无显著性变化(图5-d)。此外,贮藏前,真空及静磁场辅助真空冷却的瘦肉层M21显著高于自然冷却组(P<0.05),且各处理组的M22差异显著(P<0.05),其中自然冷却的M22最高,真空冷却组次之,静磁场辅助真空冷却组最低,这也表明了真空快速冷却对肌纤维结构的破坏较小,维持了肌原纤维蛋白的水结合特性[6];贮藏10 d后,各组的M2b差异不显著,但静磁场辅助真空冷却的M21显著高于自然和真空冷却组(P<0.05),M22显著低于自然和真空冷却组(P<0.05,图5-f),这进一步表明磁场作用可通过抑制不易流动水向自由水的转化,加强红烧肉中肌原纤维蛋白与水分子的结合。这一结果也解释了磁场辅助真空冷却具有更好的持水性。

3 结论

本实验发现真空冷却能快速降低热加工红烧肉的温度,相较于常规的自然冷却,能够有效抑制短期贮藏的微生物繁殖,并延缓了蛋白质和脂质的氧化,从而保持红烧肉色泽与质构等品质。值得注意的是,静磁场辅助真空冷却效果更优,该处理组冷藏前后的菌落总数、TVB-N值和丙二醛含量不仅均显著低于自然冷却组,而且也显著低于冷藏10 d后的真空冷却组。这主要是由于静磁场辅助不仅减少了真空快速冷却过程中水分流失,而且抑制了贮藏期间红烧肉中水分活度变大,流动性增强的变化趋势,进而改善了红烧肉色泽和质构特性。真空冷却处理增加了红烧肉皮层M2b和瘦肉层M21比例,有助于保持水分;而静磁场辅助真空冷却进一步抑制不易流动水向自由水的转化,更好地维持肌原纤维蛋白的水结合特性。综上,静磁场辅助真空冷却有效改善了红烧肉的品质,减小了冷藏过程对红烧肉食用品质的不利影响。

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