欧姆加热在猪肉汉堡加工中的应用

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Ohmic Heating Application on Pork Burger Processing

　　

本研究评估了在不同电场强度（OH10: 5 V/cm, OH12.5: 6.3 V/cm, OH15: 7.5 V/cm）下欧姆加热（OH）与常规烤制（CONV）在猪肉汉堡加工中的应用，重点关注微生物灭活、理化与流变学特性以及体外生物活性。CONV达到75°C需要7分钟（加热速率：11.15°C/min）。OH所需时间明显更长：17分钟（OH15）、36分钟（OH12.5）和82分钟（OH10）——这是在能源效率与产量之间的权衡，必须在工业应用中加以考虑。在能量表现方面，CONV消耗996 ± 6 kJ/kg，而OH15消耗594 ± 17 kJ/kg——减少了40%，具有统计学显著性（P = 0.0097）。OH15显著减少了总需氧中温细菌（1.7 log CFU/mL），而CONV为3.6 log CFU/mL（P < 0.05），所有加热样品中肠杆菌科均未检出。OH保持了宏量营养素组成，但降低了持水能力并增加了硬度（76–96 kPa，而CONV为36 kPa），表明质地发生了变化。OH增强了体外生物活性（DPPH抑制率：OH15为0.51%，CONV为0.29%；ACE抑制率：0.40% vs 0.15%）和维生素B₁₂保留量（0.14 vs 0.11 μg/100 g；P < 0.05）。然而，这些生物活性值代表非常低的绝对水平，不支持OH加工的汉堡具有抗氧化、抗高血压或抗糖尿病活性的说法。尽管OH具有能源效率和微生物灭活方面的优势，但其较长的加工时间——尤其是在较低电压下——对工业放大构成了挑战。未来的工作应侧重于优化电场强度，以平衡能源节约、加工时间和产品质量。

全球猪肉市场是食品体系的重要支柱，2023年产量达1.245亿吨。猪肉富含优质蛋白质和维生素B₁₂，但传统热加工存在能耗高、碳排放量大以及微生物安全风险等问题。欧姆加热（Ohmic Heating, OH）作为一种高能效电热技术，其能量转换率可超过90%，但目前在固体肉制品中的应用研究仍不足。为此，研究人员开展了一项针对猪肉汉堡的OH加工研究，并与常规烤制（Conventional Grilling, CONV）进行对比，论文发表于《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》。

研究人员制备了以猪腱肉为主（96%）并添加香辛料的汉堡饼，分为未加工对照（CTRL）、CONV以及三种OH处理组（OH10、OH12.5、OH15）。所有加热处理均使中心温度达到75°C并保持15秒。结果显示，OH15的比能耗（594 kJ/kg）比CONV（996 kJ/kg）降低40%，但加工时间长达17分钟，而CONV仅需7分钟。OH15使总需氧中温细菌（TAMB）降至1.7 log CFU/g，显著低于CONV的3.6 log CFU/g。OH样品的宏量营养素组成与CONV无显著差异，但持水能力下降、硬度增加。OH还提高了体外DPPH自由基清除率、ACE抑制率和维生素B₁₂含量，但绝对值很低。该研究为OH在固体肉制品加工中的工业应用提供了数据基础。

技术方法方面，样本原料购自巴西里约热内卢尼泰罗伊当地市场。主要方法包括：使用钛电极的定制OH装置（电场强度5、6.3、7.5 V/cm）和电烤架进行热处理；采用平板计数法测定TAMB、肠杆菌科和乳酸菌（LAB）；依据AOAC方法分析宏量营养素，并测定蒸煮损失、持水能力（WHC）、pH、水活度（a_w）、硫代巴比妥酸反应物（TBARS）和CIELAB颜色参数；以质构仪进行单轴压缩和蠕变试验，并用四元件Burger模型拟合；使用电子鼻（Heracles II）结合判别因子分析（DFA）分析挥发性有机物（VOCs）；通过DPPH、ACE抑制、α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制试验评估体外生物活性，并用HPLC测定维生素B₁₂；统计采用线性混合模型（LMM）和Fisher最小显著性差异（LSD）检验。

结果如下：

3.1 欧姆加热和烤制热处理评价：通过记录升温曲线和电参数，CONV的加热速率为11.15°C/min，显著高于OH（0.65–3.95°C/min）。OH15的电场强度最高，其加热速率、热生成量（HG）和体积热生成量（VHG）也最高。OH15的比能耗为594 kJ/kg，比CONV低40%（P = 0.0097）。数学投影表明，若OH以635 W功率运行，预计加工时间为3分钟，比CONV（7分钟）快57%。

3.2 猪肉汉堡的微生物学评价：CTRL的TAMB为5.1 log CFU/g，加热后显著降低；OH15最低（1.7 log CFU/g），优于CONV（3.6 log CFU/g）。肠杆菌科在所有加热样品中均未检出。LAB在CTRL中为3.7 log CFU/g，加热后显著降低，其中OH12.5达到未检出水平。

3.3 猪肉汉堡的组成和理化性质：宏量营养素组成在各处理间无显著差异（蛋白质28.8%–29.4%，水分61.4%–62.7%，灰分3.2%–3.4%，脂肪4.1%–4.9%）。OH15的WHC与CTRL相当（57.19% vs 57.70%），而OH12.5最低（46.06%）。OH10的TBARS值最高（0.16 mg MDA/kg），但仍低于可感知酸败阈值。颜色方面，OH样品更亮（L*更高）、红度（a*）降低，CONV的黄度（b*）和色度（C*）更高，所有加工样品的总色差（ΔE*）相近。

3.4 猪肉汉堡的流变学特性：单轴压缩显示，OH样品的变形模量（76–96 kPa）显著高于CTRL（24.6 kPa）和CONV（33.9 kPa），硬度也更高。蠕变试验显示，OH样品的瞬时弹性柔量（J₀）和牛顿粘度（η_N）增加，延迟时间（τ）缩短，表明OH使汉堡质地更坚硬、更黏弹。

3.5 猪肉汉堡香气评价的挥发性有机化合物谱：电子鼻共识别出26种重要VOCs，主要来源于脂质氧化、美拉德反应和香辛料。DFA显示，生肉与熟肉样品显著分离，但CONV与所有OH样品在香气特征上没有显著差异。

3.6 猪肉汉堡的生物功能性：OH样品的DPPH抑制率（0.38%–0.51%）、ACE抑制率（0.25%–0.40%）、α-淀粉酶抑制率（0.29%–0.43%）和α-葡萄糖苷酶抑制率（0.22%–0.26%）均高于CONV和CTRL。维生素B₁₂含量也随电场强度升高而增加（0.12–0.14 vs 0.11 μg/100 g）。但这些活性绝对值极低，不能声称OH汉堡具有抗氧化、抗高血压或抗糖尿病功能。

讨论部分指出，OH的微生物灭活优势可能部分归因于更长的热暴露时间，而非纯粹的穿孔效应。钛电极表面可能在加工中发生法拉第反应和类芬顿反应，但本研究未观察到明显腐蚀。香气分析则表明OH不会改变汉堡的整体风味特征。研究结论翻译如下：本研究表明，与常规烤制相比，欧姆加热在猪肉汉堡加工中具有优势，尤其是比能耗降低40%，TAMB减少约95%，并获得更坚硬、更韧的汉堡。然而，这些优势以加工时间显著延长（17–82分钟）为代价。因此，对于产量关键的工业应用，必须仔细权衡。应优先选择较高电场强度（如OH15），以平衡节能与可接受的加工时间。研究人员承认本研究存在局限性，数学投影表明OH在等效功率下可达到3分钟加工时间，比CONV快57%。但全球可持续性效益的主张需要生命周期评价（LCA）数据支持，未来需开展中试规模研究、感官评价和LCA分析。