猪肉作为一种为人们日常生活提供营养和能量的传统肉类广受人们的喜爱。通常，为了稳定肉价，中央储备肉应急投放市场前以及肉类工业在后续猪肉加工之前都需要将冷冻猪肉进行解冻处理，所以冷冻猪肉在人们的生产生活和肉类工业中发挥着至关重要的作用[1-5]。冷冻肉在解冻过程中，解冻速度的快慢、温度等因素，都会影响解冻后猪肉的质量。因此，选择一种合适的解冻方式可以减少肉品质量的下降和营养的损失。当前，工业生产和日常生活中使用最普遍、最经济的解冻方式是空气自然解冻[6]，其主要是利用空气与冻品间的热交换完成解冻，可根据不同食品对解冻条件的要求来调节解冻室内的空气流速和温度，但是，空气解冻法对于体积较大或数量较多的冻品难以实现快速解冻[7]。以水为介质通过与冻品不断进行热交换的水解冻法[8]，解冻速率较空气解冻更快，解冻后肉品的质量损失也较小，但其解冻后的肉品的营养损失较多，且解冻过程需要消耗大量流动水，不具有经济性。微波解冻法[9]是使食品处于微波场下，食品内部极性分子间发生振动从而产生热量来达到解冻的目的，解冻过程是由内向外的，解冻速率不受食品内外温差的影响，同时微波具有杀菌作用，可以有效抑制解冻中食品内的微生物生长。此解冻方式对于较小的样品解冻操作简便，但对于冻品成分不完全均匀的较大样品，会因为肉品内部不同组织对微波的吸收能力不同而难以做到均匀化进而影响解冻后肉的品质。
这些传统的解冻方式虽然操作简便，但存在着解冻速率慢、解冻不均匀，产生局部过热等现象，有损解冻后肉的品质，与现阶段人们对高品质肉类的需求不符。于是，具有解冻速率快，解冻效果均匀，解冻温度低等优点的真空解冻法[10-11]近些年逐渐被食品解冻行业所运用，其主要原理[12]是利用水在常温低压条件下气化成水蒸气，在低温的肉质表面水蒸气凝结释放潜热而实现解冻的目的。由于真空解冻过程中解冻食品处于真空低氧环境，可有效抑制解冻中食品的氧化和一些好氧性微生物的繁殖，减少品质损失[13-18]。
国内外对于猪肉真空解冻的研究较少[19]，且多以鱼虾类的真空解冻研究为主，解冻压力均在0.8 kPa及以上水平，而针对高真空度(解冻压力<1 kPa)的猪肉真空解冻的研究还未见报道。本文以猪前腿肉为研究对象，对冷冻猪肉解冻效果在不同真空度下的真空解冻进行研究，通过检测和分析解冻后猪肉的品质，研究解冻压力对猪肉的影响，为猪肉在真空解冻领域的深度探索提供一定参考。
1 材料与方法
1.1 实验材料
猪前腿肉，质量约20 kg，购于天津市麦德龙超市。
1.2 仪器与设备
1.2.1 主要仪器设备
DCZKJD-10型真空解冻机，赣州市大昌冷气设备工程有限公司；BS224S型电子秤，Sartorius公司；FA25型均质机，FLUKO公司；pH计，Hanna公司；超级恒温水浴锅，上海百典仪器设备有限公司；转换型冷藏冷冻箱，合肥美的电冰柜有限公司；GP10，日本横河公司；TA-XTC质构仪，Stable Micro systems公司。
1.2.2 真空解冻机
智能真空解冻设备，设备整体大小为2 m×1.3 m×1.9 m(长×宽×高)，每批次可以最大解冻质量为10 kg，搭配220 AC的输入电压。设备简图如图1所示。设备由五部分组成：解冻箱体、真空系统，加湿系统，制冷系统，以及自动控制系统。
图1 真空解冻设备简图
Fig.1 Vacuum thawing equipment diagram
1.3 实验方法
1.3.1 原料处理
从超市购置的猪前腿肉是未经过冷却处理的热鲜肉，用塑料袋包装后在30 min内运回实验室，取出原料肉放置于无菌操作台内进行简单的清理，去除表面的脂肪和筋膜组织，然后分割成20块，单个重约1 kg的形状、大小大致相等的立方体(12 cm×12 cm×12 cm)，将测温热电偶插入肉块中心，编号标记后装入自封袋中，置于-35 ℃的冰柜中进行冷冻。待冻结结束后取出样品放入解冻箱内，将待解冻的样品与箱体内的温度探头连接并设定不同的解冻条件后开始进行解冻。
1.3.2 真空解冻实验
为了防止解冻温度过高导致肉品内微生物大量繁殖而变质[20-21]，设定解冻箱的解冻温度为15 ℃，解冻压力分别在100、500、1 000、2 000 Pa下进行解冻实验，实验均从样品中心温度为-18 ℃每间隔5 min自动记录样品温度至样品中心温度为4 ℃(此时肉品内部冰晶融化能够顺利切割)时停止记录。解冻完成后取出样品进行品质检测，以相同解冻温度条件下的空气解冻组为对照组。
1.4 测定指标
1.4.1 解冻速率的测定
导出真空解冻机记录的温度数据，将数据整理后生成解冻速率曲线。
1.4.2 解冻损失率的测定
参考美国官方分析化学家协会(Association of Official Analytical Chemists, AOAC)[22]的方法，将解冻后的样品取出后，纸巾小心擦干表面水分，称取质量，根据公式(1)进行计算：
解冻损失率
(1)
式中：解冻前肉质量为m1，解冻后肉质量为m2，单位为g。
1.4.3 蒸煮损失率的测定
参考AOAC的方法，将解冻后的样品取出装入耐高温的自封袋中，放入水浴锅中蒸煮至中心温度80 ℃并保持15 min后，从自封袋中拿出后擦干表面水分进行称量。根据公式(2)进行计算：
蒸煮损失率
(2)
式中：解冻前肉质量为m3，解冻后肉质量为m4，单位为g。
1.4.4 pH值的测定
参考谭明堂等[23]的实验方法，将解冻后的样品，称取10 g后加入100 mL超纯水后用均质机进行均质，用pH计测量。
1.4.5 猪肉的质地
肉品的质地可以通过测定肉块的硬度、弹性、咀嚼性、胶黏性和回复性等参数得知。在进行测试前需要对样品进行重新切割处理才能得到更为准确的测试结果。将解冻后的样品用刀切成长宽高均匀的立方体(1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm)，并设置质构仪的检测参数[24]：整个测试环境温度为20 ℃，设置探头测前、测中以及回程的速率分别为2.00、1.00、1.00 mm/s，样品下压时的最大极限为50%，测试过程中使用P/50型探头，负载力为0.05 N，期间进行2次下压，每次的时间间隔为5 s。
1.5 数据处理
实验的测试结果以3次平行试验后的平均值±标准差表示，采用Origin 8.0和AutoCAD 2014进行绘图，使用SPSS 18.0软件进行数据处理，方差分析(P<0.05为差异显著)和相关性分析在后续以图表形式表示。
2 结果与分析
2.1 解冻速率的变化
在实验过程中通过对解冻过程中的中心温度进行测量从而得到解冻速率，解冻速率是对各解冻工艺好坏评判的最基础条件，图2中展示了不同解冻压力条件下进行的真空解冻实验过程，中心温度从解冻起点不断上升至解冻终点的过程中可以看出压力值分别为100、500、1 000、2 000 Pa条件下猪肉块中心温度达到4 ℃所需时间为分别为8.83、9.67、10.23、10.35 h，当压力为100 Pa时解冻速率最快。对照组空气解冻法所需时间为28.17 h，可知解冻时间随解冻压力的降低不断减少，压力改变对解冻速率影响显著(P<0.05)。观察图中曲线走势可以看出，解冻阶段分为3个阶段。
图2 不同压力对猪肉真空解冻速率的影响
Fig.2 Effects of different pressures on the vacuum thawing rate of pork
第一阶段内，各实验组温度从-18 ℃迅速上升，待温度上升至-2 ℃左右时，温升速度减缓，该阶段内，当解冻压力为100 Pa时，该升温过程仅用了1.3 h完成，速率最快。其他实验组随着压力的升高，速率有所减缓，但都在3 h时内完成升温过程，对照组则需7.16 h温度才上升至-2 ℃。对于真空解冻过程该阶段内由于解冻箱体内输入的雾化水在高真空度下气化成大量水蒸气，与此同时水蒸气在温差较大的冻品表面迅速凝结释放大量潜热，肉品内的冰晶吸收热量先进行温升的显热过程，从而使肉品温度升高，所以解冻压力越低，箱体内气化的水蒸气越多，肉品表面凝结放热的水蒸气也越多，肉品温升速率也越快。在第二阶段内，温度上升速率明显减缓，在温度从-2 ℃上升至2 ℃过程中消耗了大量的时间，随着压力的上升，所需的时间随之延迟，这是由于压力升高，单位物质的量的水蒸气在肉品表面凝结释放的潜热减小，降低了解冻速率，延长了解冻时间。此阶段内，猪肉内的冰晶开始融化，热量为潜热，因此温升速率减缓。有研究表明[25-27]，在解冻过程中，该过程所需时间越少，可有效缓解细胞间冰晶对肌肉组织和细胞膜的破坏，对肉品品质的损害越小。第三阶段内，解冻速率又逐渐增大，温度从2 ℃逐渐上升至4 ℃，解冻完成。
2.2 猪肉持水性的变化
解冻后的样品需立刻进行品质检测，以防止外界环境影响对于解冻效果的判断。判断解冻效果好坏最直观的方式是该观察其汁液的流失情况，图3展示了不同压力下真空解冻后猪肉的解冻损失率，可以看出当压力为100 Pa，解冻损失率最小，为1.45%，对比空气解冻法，真空解冻法对解冻后猪肉的损失率有明显的减少作用，压力改变对解冻损失率影响显著(P<0.05),压力条件越低，解冻损失率越低。这可能是由于当压力较低时，解冻速率较快，减少了肉类因解冻时间过长而产生的干耗现象。且当压力较低时通过相变区域所需时间较短，冰晶融化过程对细薄膜的破坏程度较小，减少了肉品因解冻而造成的汁液流失。
图3 不同压力对猪肉解冻损失率的影响
Fig.3 Effect of different pressures on pork thawing loss rate
注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)
图4为不同压力条件对真空解冻后猪肉的蒸煮损失率，在100、500、1 000、2 000 Pa条件下，各实验组的蒸煮损失率分别为5.36%、6.67%、11.10%、12.18%，对照组则高达19.9%，可以明显看出真空解冻法对猪肉解冻后的蒸煮损失率具有良好的抑制作用，压力越低，损失越小，压力的改变对于蒸煮损失率影响显著(P<0.05)，这与解冻损失率规律一致。说明当解冻压力为100 Pa时下，猪肉具有较好的持水能力，汁液流失造成的质量和营养损失较少。
图4 不同压力对猪肉蒸煮损失率的影响
Fig.4 Effects of different pressures on pork cooking loss
2.3 猪肉pH值的变化
由图5可知，不同压力条件下对真空解冻猪肉pH的影响显著(P<0.05)，与解冻前猪肉的pH(pH 6.5)相比，较低的解冻压力可以使解冻后肉品的pH值维持在一个较高的条件下，而空气解冻法处理后的样品pH值降低，根据相关文献研究表明[28-30]，猪肉pH的值会在存储过程中由于各种酸性物质不断累积而下降，当pH值接近等电点时(5.5)，蛋白质间对水分子的吸引力下降，肌原纤维间距收缩，保水性下降。图中空气解冻法的pH值最小，为5.96，由于空气解冻的时间较长，样品内的各种酸性物质不断积累导致pH有所降低，但各实验组的pH值均高于等电点，这或许是由于样品采用较低的冻结温度，冻结过程较快，使样品的保水性都保持较好。
图5 不同压力对猪肉pH值的影响
Fig.5 Effects of different pressures on pork pH
2.4 猪肉质地的变化
由表1可以看出，猪肉的质地随着解冻压力改变明显(P<0.05),随着解冻压力的不断增大，硬度、弹性、咀嚼度等指标皆随之减小，可以得知较低的解冻压力对于猪肉硬度、弹性等口感具有良好的保持作用。对照组的硬度仅为100 Pa真空条件下解冻样品的一半，咀嚼度也明显偏低。该现象主要是因为在较低的解冻压力下，解冻速率较快，所耗费时间较短，汁液流失率较小，对细胞膜等组织的破坏较小。同时较高的真空度对解冻过程中的理化反应具有一定的抑制作用，延缓了由于蛋白质分子在反应中分解成小分子而造成的肉质结构松散，使肉样的口感、可食用性等指标得以保障。而空气解冻法由于耗时较长，水分损失较多，加之蛋白质的氧化分解,造成解冻后肉品品质的损失。
表1 不同解冻压力条件下猪肉的质地指标
Table 1 Texture indexes of pork under different defrosting pressure conditions
指标不同解冻压力100 Pa500 Pa1 000 Pa2 000 Pa空气解冻硬度/N45.660 0±0.670c43.840±1.372c38.760±0.805b37.520±0.781b21.580±1.222a弹性/mm0.640 0±0.002c0.628±0.001c0.583±0.001b0.571±0.002b0.487±0.001a咀嚼度/N55.820 0±0.026c42.280±0.020b41.390±0.019b40.870±0.041b33.700±0.023a黏聚性0.444 0±0.060b0.147±0.212a0.646±0.029c0.756±0.100c0.419±0.125b胶着度1 373.100 0±295.8a1 931.400±35.5c2 575.200±299.0d2 649.400±147.3d1 654.600±320.8b回复性0.222 0±0.005a0.341±0.125b0.548±0.026c0.522±0.056c0.132±0.046ba
注：同行数据后不同小写字母表示差异达P <0.05显著水平
表2为各质地指标与压力间的皮尔森相关性分析可知，咀嚼度与硬度和弹性间均有极显著的相关系(P<0.01)，即肉样的硬度和弹性较大时，该样品具有良好咀嚼度。压力、胶着度、回复性间也有极显著的相关性(P<0.01)，除此之外黏聚性与压力间也具有显著地相关性(P<0.05)，黏聚性[31]反映了猪肉纤维在抵抗受损时细胞间结合力的大小。综上表明，在较低压力下进行的真空解冻，可以一定程度上保障猪肉的质地，减少解冻后猪肉品质的损失。
表2 不同解冻压力条件下猪肉质地各指标间的Pearson相关性分析
Table 2 Analysis of pearson correlation among pork texture indexes under different thawing pressure
Pearson相关性不同解冻压力压力/Pa硬度/N弹性/mm咀嚼度/N黏聚性胶着度回复性压力/Pa10.1730.045-0.1630.635*0.832**0.820**硬度/N10.986**0.801**-0.1190.0370.345弹性/mm10.832**-0.229-0.0880.244咀嚼度/N1-0.060-0.362-0.047黏聚性10.581*0.428胶着度10.822**回复性1
注：*表示显著相关(P<0.05)，**表示极显著相关(P<0.01)(下同)
2.5 各指标间Pearson相关性分析
由表3可以看出，在不同解冻后压力下部分指标间皆存在较强的相关性，其中解冻时间，解冻损失率、蒸煮损失率、pH等，相关性非常显著(P<0.01),具体表现为随着解冻时间的延长，猪肉的解冻损失率、蒸煮损失率都随之增大，pH值则有所下降。当解冻压力较低时，更多的雾化水汽化产生蒸气，使得在冻品表面由于凝结而释放的热量增多，因而在解冻过程中通过相变区域所需时间较短，冰晶融化过程对细胞膜的破坏程度较小，从而减少了因细胞破裂而造成的汁液流失，同时在较低压力条件，酶活性和理化反应都受到抑制，减缓了蛋白质在酶的作用下分解成小分子而产生的电荷流失，因此pH值下降较小。
表3 不同解冻压力条件下各指标间的Pearson相关性分析
Table 3 Pearson correlation analysis between indicators under different thawing pressure conditions
Pearson相关性不同解冻压力压力/Pa解冻时间/h解冻损失率蒸煮损失率pH压力/Pa1-0.437*-0.321*-0.023**-0.497解冻时间/h10.988**0.895**-0.377解冻损失率10.938**-0.488蒸煮损失率1-0.648**pH1
上述研究表明，真空解冻明显优于空气自然解冻，且解冻过程的真空度越高，真空解冻速率越快。即解冻压力为100 Pa时解冻所需时间最短。通过各项品质检测后得知，100 Pa条件下进行真空解冻后的样品与其他实验组相比较具有更低的解冻损失率和蒸煮损失率，解冻后的pH值维持最好，质构等品质指标也更优，因此解冻压力为100 Pa条件下的真空解冻，在加快解冻速率的同时，也能更好地保障解冻后猪肉的品质。
3 结论
与空气自然解冻相比，真空解冻能实现更快地解冻速率，能更好地保持解冻后猪肉的品质，且真空解冻过程中，较高的真空度能有效抑制肉品内部微生物的生长和肉品脂肪、蛋白质的氧化分解，进而更好地维持了解冻后猪肉的鲜度；真空解冻的不同解冻压力对解冻后猪肉的品质影响显著(P<0.05)。其中，真空度为100 Pa时，解冻耗时最短，为8.83 h；解冻损失率、蒸煮损失最低，分别为1.45%和5.36%；pH值最好，为6.41；且差异显著(P<0.05),各质构指标最优。所以，与空气自然解冻相比，冷冻猪肉更宜使用真空解冻方式来最大限度地保障解冻后猪肉的品质。
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