声学辅助冷冻技术对水果保鲜效果的深度评估：与传统及速冻方法的比较研究

【编辑推荐】为探究新型声学辅助冷冻（AEF）技术在水果保鲜中的应用潜力，本研究系统比较了AEF与传统商业冷冻、工业速冻对蓝莓和葡萄品质的影响。结果表明，AEF虽能减少冰晶尺寸，但并未显著改善水果的质地、色泽和感官特性，甚至导致更明显的结构劣化。该研究为优化非热保鲜技术提供了重要实验依据，对减少食品浪费具有参考意义。

　　

随着食品工业对保鲜技术要求的不断提高，冷冻技术作为延长水果保质期的关键手段备受关注。然而，传统冷冻方法如商业冷冻和速冻存在明显局限性，尤其是冰晶形成对细胞结构的破坏，导致水果解冻后质地软化、色泽劣化和营养成分流失。据统计，全球每年约有13亿吨食物被浪费，其中水果因易腐特性占据较大比例。为解决这一问题，新型非热保鲜技术——声学辅助冷冻（Acoustic Extra Freezing, AEF）应运而生。该技术通过发射交变磁场诱导机械/“声学”弹性波，影响结晶过程，理论上可形成更均匀的冰晶，减少细胞损伤。但目前关于AEF在实际应用中效果的系统研究仍较为缺乏。

为此，Katrin Oldenburg、Michael Nelles、Fabien Schultz和Leif-Alexander Garbe团队在《NFS Journal》上发表了一项深入研究，比较了AEF与传统商业冷冻、工业速冻对高水分水果（蓝莓和葡萄）保鲜质量的影响。研究通过多种分析手段，全面评估了冷冻及解冻后水果的质地、色泽、微观结构和感官特性。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：

1. 1.
   三种冷冻处理：AEF设备（Advanced Freezers BV生产）、工业速冻（-40°C）和商业冷冻（-18°C）；
2. 2.
   三种解冻方式：冰箱（7°C）、水浴（15°C）和AEF设备自带的升温程序（25°C）；
3. 3.
   物理测量：使用Lab*色度仪分析色泽（ΔE值），质构分析仪（TA-XT2i Plus）测定硬度和脆性；
4. 4.
   显微镜观察：尼康Eclipse E400显微镜（40×）检查细胞结构完整性；
5. 5.
   pH测定：采用inoLab pH计；
6. 6.
   感官评价：描述性分析和排序测试（遵循DIN ISO 10963标准），由19名评审员参与。

3.1.1. 水果的色泽测量

研究发现，新鲜水果在所有参数（质地、色泽和感官）上均表现最优。Among frozen variants, shock freezing preserved sensory and structural properties best. The AEF method, despite its theoretical advantage of producing more uniform ice crystals, did not outperform conventional techniques. 与新鲜样品相比，解冻后的水果出现明显褐变（ΔE值增大），尤其是AEF处理的样品色泽变化更为显著。显微镜下可见果皮裂纹和色素迁移，表明细胞结构受损。

3.1.2. 水果的质地测量

质地分析表明，所有冷冻方法均导致水果硬度下降，未能恢复至新鲜状态。AEF处理的样品在脆性和强度上略优于速冻样品，但仍不如传统商业冷冻。蓝莓经水浴解冻后质地保持较好，但AEF结合其自带升温程序并未展现出优势。

3.1.3. 水果的显微镜检测

微观结构显示，冷冻和解冻过程导致细胞壁严重破坏，细胞内色素泄漏。无论是AEF还是传统方法，均出现类似的结构损伤，表明现有AEF技术未能有效保护细胞完整性。

3.1.4. 水果的pH测量

pH测定结果显示，冷冻和解冻过程对水果酸度影响较小，各组间无显著差异。这表明酸碱稳定性不是冷冻导致品质下降的主要因素。

3.1.5. 水果的感官分析

感官评价表明，解冻后的水果普遍出现质地软化、异味（如发酵味）和色泽变差等问题。评审员认为所有冷冻样品均无法与新鲜水果媲美，且AEF处理并未带来感官体验的改善。

5. Discussion

本研究与早期文献（如Pechurin等人2021年研究）的乐观结论不同，发现AEF技术在实际应用中并未显著优于传统方法。尽管AEF理论上可通过声波控制冰晶形成，但实验结果表明其可能导致更严重的细胞损伤和色泽劣化。这种差异可能与操作参数（如样品厚度、声波频率）未优化有关。此外，解冻方式对品质有重要影响，水浴解冻在某些方面表现更好，但适用于工业规模的方法仍需探索。

6. Conclusions

研究表明，当前AEF技术仍需大幅优化才能投入实际应用。尽管其作为一种非热保鲜技术具有潜力，但在细胞结构保存、感官品质和色泽稳定性方面均未达到预期效果。未来研究应聚焦于优化声波参数、能量输入和解冻协议，以充分发挥其在高质量水果产品保鲜中的价值。该工作为减少食品浪费和推进冷冻技术革新提供了重要数据和方向。