探头式超声辅助浸渍冷冻对肉类品质的影响及基于田口法的工艺优化研究

推荐：针对传统冷冻方法导致肉类品质下降的问题，研究人员开展探头式超声辅助浸渍冷冻(UIF)技术研究，通过田口法优化超声功率(125 W)和占空比(50%)，显著缩短冷冻时间并降低解冻损失(8.45%)和蒸煮损失(8.84%)，SEM显示HDC-UIF-125处理形成均匀细小冰晶。该研究为肉类冷冻保鲜提供了创新性解决方案。

　　

肉类冷冻保鲜技术面临重大挑战——传统冰箱冷冻(RF)和浸渍冷冻(IF)过程中，缓慢的冷冻速率会导致细胞内外形成大而不规则的冰晶，这些冰晶会破坏肌肉组织结构，造成严重的解冻汁液流失和质地劣变。据统计，常规冷冻肉类的解冻损失高达18.78%，严重影响产品品质和经济效益。更快速、更高效的冷冻技术成为肉类工业亟待突破的瓶颈。

为攻克这一难题，来自伊朗Alborz省认证养殖场的荷斯坦犊牛肩肉被制成标准样品(3×2×1.5 cm³)，研究人员系统比较了RF、IF及不同功率(50-400 W)超声辅助浸渍冷冻(UIF)的效果。创新性地采用探头式超声系统(UPT400，24 kHz)结合甲醇冷却介质(-22±1°C)，通过田口法优化工艺参数，并运用扫描电镜(SEM)、色差仪(ΔE、BI)和质构仪等分析手段，全面评估了不同处理对肉类微观结构和品质的影响。

关键技术方法包括：1) 建立探头式UIF系统，采用全周期(FDC)和半周期(HDC)两种超声模式；2) 应用田口法L16正交阵列优化超声功率和占空比；3) 通过SEM(100×)观察冰晶形态；4) 采用LAB*色空间分析颜色参数；5) 使用Warner-Bratzler剪切力测定仪量化嫩度。

研究结果揭示：

3.1. 处理优化
田口分析显示125 W功率配合50%占空比(HDC)为最优参数，其信噪比(SN_S)显示该组合能同时最小化冷冻时间(-41.9059)和品质损失(-41.5113)。

3.2. UIF作用机制
超声空化气泡作为冰晶成核位点，微射流和声流效应加速热质传递。HDC模式可避免连续超声导致的过热问题，125 W功率实现空化强度与热效应的最佳平衡。

3.3. 冷冻时间分析
HDC-UIF-125将冷冻时间从RF的8650秒缩短至约150秒，50-400 W功率处理中125 W效果最优(P<0.05)，过高功率(>125 W)会因空化过热反而延长冷冻时间。

3.4-3.6. 品质指标
HDC-UIF-125处理组的解冻损失(8.45%)、蒸煮损失(8.84%)和剪切力(20 N)均显著优于RF组(18.78%、14.95%、28 N)，且与新鲜肉无统计学差异(P>0.05)。

3.7. 占空比影响
HDC模式比FDC节能50%，且能更好维持肌纤维结构，其剪切力(20 N)显著低于FDC模式(23 N)(P<0.05)。

3.8-3.9. 颜色与微观结构
色差分析显示HDC-UIF-125的ΔE和BI值最低，SEM证实其冰晶尺寸(15-20 μm)最接近新鲜肉，而RF组出现50-100 μm的大孔洞结构。

这项发表于《Applied Food Research》的研究具有三重重要意义：首先，探头式UIF相比传统超声浴系统能实现更集中的能量传递(功率密度达20000 W/L)；其次，125 W/50% HDC的参数组合为工业化应用提供了精准工艺窗口；最后，该方法通过调控冰晶形态从根本上解决了冷冻肉品质劣变难题。研究团队特别指出，该技术可扩展应用于水产、禽类等易冻伤食品，为冷冻食品工业带来革新性进步。未来研究将聚焦于规模化设备开发和不同肉类的适配性优化。