《Food and Bioproducts Processing》：Continuous Low?Voltage Electrostatic Field During Frozen Storage Maintains Beef Quality By Inhibiting Ice Recrystallization And Oxidative Deterioration
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摘要鉴于工业速冻保鲜所伴随的高能耗，本研究旨在评估在冷冻及冷冻贮藏全程持续施加低压静电场（LVEF）能否作为速冻的节能替代方案以维持牛肉品质，并进一步厘清仅在冷冻阶段施加LVEF与全程持续处理这两种处理方式各自的作用效应。为此，牛肉样品被分为四个实验组：常规冷冻与常规贮藏（C
摘要
鉴于工业速冻保鲜所伴随的高能耗，本研究旨在评估在冷冻及冷冻贮藏全程持续施加低压静电场（LVEF）能否作为速冻的节能替代方案以维持牛肉品质，并进一步厘清仅在冷冻阶段施加LVEF与全程持续处理这两种处理方式各自的作用效应。为此，牛肉样品被分为四个实验组：常规冷冻与常规贮藏（CF-C，LVEF冷冻与常规贮藏（LF-常规贮藏与LVEF贮藏（LF-LS），以及速冻与常规贮藏（DF-常规贮藏）。在60天期间内，系统监测了冷冻曲线、冰晶形态、水分分布、质构、色泽、蛋白质氧化、脂质氧化及水溶性蛋白质含量的动态变化。结果表明，全程持续LVEF处理（LF组）显著缩短了相变时间，促进细密均匀的冰晶形成，并在冷冻贮藏期间持续抑制冰晶生长与重结晶。第60天时，与CF组相比，LF组的解冻损失低19.84%（14.71% 对 18.35%），不可动水保留率高1.53%（P21：89.52% 对 88.17%），TBARS值低23.83%（1.63 对 2.14 mg/kg）。值得注意的是，LF-LS组中高肌红蛋白始终维持在40%感官阈值以下，而CF组与LF-CS组则超过该限值，表明其色泽劣变已不可接受。与CF组相比，LF处理显著延缓了品质劣变，这一效应归因于在整个贮藏期内对冰重结晶的持续抑制，而非仅仅源于冷冻速度的加快。综上所述，全程持续低压静电场为在常规冷冻贮藏条件下获得接近速冻水平的牛肉品质提供了一条有前景的节能途径。
引言
牛肉是蛋白质、必需氨基酸及多种微量营养素的密集来源，在人类膳食结构中占据重要地位。然而，由于含水量高且营养组成丰富，牛肉极易受微生物和酶活性作用而腐败（Zhang等，2026）。随着消费水平提升和全球贸易扩张，鲜牛肉的保鲜技术在食品加工业中受到关注。冷冻保鲜（一般为?18℃）可显著抑制微生物生长和内源酶活性，是目前延长牛肉货架期、促进跨区域物流最常用的方法。然而，常规冷冻技术易生成大而不均的冰晶，从而造成不可逆的机械损伤（Xie等，2023a；Xie等，2023b）。此类损伤不仅导致解冻后严重的汁液流失和营养损失，还诱发脂质氧化和蛋白质变性，最终导致牛肉色泽、风味和嫩度等感官属性的显著劣变（Zhang等，2022）。速冻处理（例如在?40℃下冷冻）可通过提高冷冻速度、缩短相变时间、促进细密均匀冰晶形成来减轻品质劣变。然而，速冻技术在实践中存在明显缺陷，包括能耗大幅增加、压缩机组负荷升高以及生产成本上升，限制了其广泛应用。
近年来，大量研究表明，物理场辅助冷冻可显著提升冷冻肉品质。例如，交变磁场辅助冷冻（Zhu等，2024）、射频辅助冷冻（Manzocco等，2022）、高压辅助冷冻（Guerra-Rodríguez等，2026）以及超声波辅助冷冻（Li等，2024）均可抑制冰晶生长并减轻肉类品质劣变。然而，上述各项技术在实际保鲜设备中均存在一定局限，普遍面临实施成本高、操作复杂度高以及安全性不足等挑战，短期内难以实现大规模工程化应用。具体而言，静电场技术作为一种新兴的物理调控手段，凭借成本相对较低、设备简单及调控效果显著而逐渐受到关注。电场可影响水分子的取向和极化行为，改变冰核形成动力学，促进细密均匀冰晶的形成，从而减轻组织结构损伤（Deng等，2024）。此外，电场可能对细胞膜稳定性和蛋白质结构发挥一定调控作用，有助于维持质构特性和肉的保水性（Cifra等，2026）。已有报道（Hu等，2022）表明，高压静电场在提高猪腰脊肉冷冻效率、改善感官品质、减少解冻损失及调控冰晶大小方面优于磁场辅助冷冻。Jia等（2017）将高压直流辅助冷冻应用于猪腰脊肉，亦验证了采用10 kV辅助所得冷冻产品更接近鲜猪腰脊肉。然而，高压静电场运行时需要较高的输出电压，存在一定的安全隐患。与高压静电场相比，低压静电场（LVEF）在安全性和工业化应用的可行性方面均有提升，同时对冰晶发育和蛋白质稳定性仍具有有益的调控作用。Xie等（2021）发现，LVEF可减少腌制牛排冷冻过程中的多汁性损失和质构特性下降。Liu等（2025）测定了LVEF作用下牛肉在冷冻贮藏期间的品质变化，发现LVEF处理可有效延缓pH、TBARS、TVB-N、TVC和剪切力的变化，并降低蛋白质氧化程度。然而，这些研究仅在冷冻阶段或仅在贮藏阶段施加LVEF，至于仅在冷冻阶段施加LVEF所获益处能否在后续冷冻贮藏期间维持，目前仍属未知。此外，尚无研究系统比较LVEF辅助冷冻贮藏与作为当前冷冻肉品质保鲜"金标准"的速冻工艺。
因此，本研究旨在确定冷冻阶段LVEF所带来的益处能否在后续冷冻贮藏期间维持（即便不再持续施场），以及全程持续LVEF与工业"金标准"速冻（?40℃）在长期品质维持方面相比表现如何。
章节摘要
样品制备
所有牛肉样品（肩肉，公畜澳洲安格斯牛，24–30月龄，宰后7天，全程在0–4℃冷链条件下运输）购自中国安徽省合肥市大润发超市。牛肉置于4℃保温箱中，并在2小时内运至实验室，随后冷藏。在4℃无菌条件下，去除多余脂肪和可见结缔组织，并沿肌肉纤维方向将牛肉切成块状
冷冻曲线分析
冷冻曲线可直观反映冷冻速率，而冷冻速率对肉品质至关重要。冷冻阶段可分为三个子阶段：预冷（初始温度至冰点）、相变（?1至?5℃）和深冷（相变结束至最终温度）。如图2所示，速冻组（DF-常规贮藏组）及LVEF处理组（LF-LS组）进入冷冻贮藏阶段的速度快于对照组（CF-常规贮藏组），其曲线向左偏移。
结论
LVEF辅助冷冻加快了冷冻速率，并促进细小、均匀分布的冰晶形成。在冷冻与冷冻贮藏两阶段全程持续施加LVEF（LF-LS）进一步抑制了冰重结晶，使所得品质接近速冻（?40℃）水平。尽管速冻（?40℃）在综合品质保护能力方面仍表现最佳，LF-LS组避免了超低温保鲜所需的高能耗，并显示出
CRediT作者贡献声明
张子豪：写作—审阅与编辑，写作—初稿撰写，可视化，方法论，数据整理。王兆明：写作—审阅与编辑，监督指导，资源支持，项目管理，资金获取。Shahwana Tehreem：写作—审阅与编辑，概念构思。陈星光：写作—审阅与编辑，监督指导，资源支持，项目管理，资金获取。张华为：写作—审阅与编辑，监督指导，资源支持，项目管理，资金
致谢
本工作得到了中国安徽省科技攻关项目（项目编号：202423m10050001）、中央高校基本科研业务费专项资金（项目编号：PA2025GDGP0026）、安徽省质量基础设施标准化专项（编号：2023MKS17）、安徽省自然科学基金（项目编号：2408085QC097）以及中国博士后科学基金（项目编号：2026T190793）的资助。本文的实验工作是
张子豪|Shahwana Tehreem|陈星光|张华为|徐宝才|王兆明
中国安徽省合肥工业大学教育部长江生物过程工程研究中心，中国安徽省合肥市屯溪路193号，邮编230009
