基于电场协同的水产品快速冷冻方法与流程

[0001]
本发明涉及一种基于电场协同的水产品快速冷冻方法，属于水产品保鲜和加工技术领域。


背景技术：

[0002]
冷冻是应用最广泛的食品保存方法之一，能长时间保存食品。速冻能最大程度保留食品的品质、口感和营养，其中对食品质量影响最大的是冰晶形成阶段，速冻形成的冰晶细、小对细胞组织损伤小，解冻后汁液外流少、新鲜度高。从食品的冻结方法来看，速冻技术主要有鼓风式冻结、接触式冻结、液化气体喷淋式冻结和沉浸式冻结等。根据冻品类型，需要采用不同的速冻技术才能到达最佳的冻结效果。
[0003]
水产品具有低脂肪、高蛋白的特点，是合理膳食结构中不可缺少的重要成分，己成为人们摄取动物性蛋白质的重要来源。其中，鱼、虾、蟹等水产品肉质丰美，风味独特，深受广大消费者的青睐。水产品的鲜度是其最主要的品质指标，是决定其价格的主要因素，另外水产品容易腐败变质，因此必须加强水产品的保鲜技术应用。水产品富含营养物质，但同时富含大量的水分，极易腐烂，每年有大量渔获物在运输或存储过程中因保鲜问题而导致品质下降，甚至腐败。此外，由于我国海洋渔业资源日益匮乏，加之人们对水产品需求量日益增大，使我国海洋渔业不得不扩大船型，由近海渔业渐渐向远洋发展，而远洋渔业的发展不仅要求增加生产量，还要求在长时间内能尽可能地保持鱼品的质量与鲜味，以便能满足大众多样化需求，进而达到提高渔业效益的目的。因此，渔获物的保鲜问题一直困扰着海洋捕捞业的发展。
[0004]
目前，水产品渔获物的保鲜主要是采用低温冷藏冷冻的方法，一般选择0～4 ℃冷藏、-4～-1 ℃冷冻及-40～-18 ℃冻藏这3个温度带。通常温度较高的冷藏保鲜期很短，仅能维持几天，低温冷冻的保鲜期较长，但长期低温冷冻会导致水产品不可预测的蛋白质变性、持水力下降、解冻后汁液流失等品质的劣化，使水产品的鲜度和美味大幅降低。水产品因其特殊的生理特性是食品领域应用冻结处理最多的产品之一。
[0005]-18℃是水产品冻结保藏的最佳温度。 将水产品冻结至此温度最早使用的方法为直接冻结，即将水产品直接放入-18℃的环境内，缓慢冻结。但是经过研究发现0~-5℃是冰晶生成的阶段，被称为最大冰晶生成带。在此过程中，温度降级极为缓慢，细胞外的水分首先结晶，造成细胞外溶液浓度增大，以致于细胞内的水分不断渗透到细胞外并继续凝固，最后在细胞外空间形成较大的冰晶。细胞由于受冰晶挤压产生变形或破裂，破坏食品的组织结构，解冻后汁液流失率增大，不能保持食品的原有外观和鲜度，质量明显下降，对于水产品的保藏极为不利。
[0006]
传统冰箱冻结速度慢，形成冰晶较大，对鱼虾蟹等品质影响较大。浸渍冻结虽传热快，但也会形成一定大小的冰晶破坏组织。冰晶的形成对水产品的质构会产生不利影响，解冻后的硬度、胶黏性、弹性、回复性都会降低。冰晶对肌肉纤维和细胞也会产生破坏作用，同时造成解冻失水率和蒸煮失水率的提高，影响水产品品质。因此，研究减少水产品冻结过程
中冰晶形成的方法，对于保持水产品品质，提高食用价值和经济价值，具有重要意义。
[0007]
在《速冻食品的冰晶形态及辅助冻结方法研究进展》一文中，详细描述了电场在食品冷冻领域的应用。近几年，电场在食品冷冻领域得到广泛的研究。不同于高压提高过冷度，电场主要是影响冰晶的成核率来辅助冻结。在静电场条件下，极性水分子会出现转动，呈现与静电场方向对齐的趋势，并且电偶极矩沿着静电场方向分布的水分子最稳定。ｏｒｌｏｗｓｋａ等在高压直流静电场控制冰晶成核的研究中，指出随着电压的增加冰晶成核温度提高，电场辅助冻结的机理是由于水分子的重新定向和形成更有序的团簇结构而导致自由能的降低，但这个机理还需要通过试验进一步验证。ｓａｉｄｅｈ等同样指出静电场能提高冰晶成核温度，但当静电场强度进一步增强时会造成冰晶成核温度降低。对于不同食品而言，电场辅助冻结的最佳电场强度不同，要得到各种食品的最佳条件，还需要分别研究。ｍｏｋ等将脉冲电场与磁场结合用于食品冷冻，在脉冲电场与磁场的联合作用下，促进更小尺寸的冰晶形成，明显缩短了相变时间。静电场不仅能控制冰晶成核的温度，还能改善冻品的品质，是一种非常具有前景的辅助冻结方式。


技术实现要素：

[0008]
本发明要解决的技术问题是提供一种冷冻成本低，冷冻保藏时间长，水产品体内冰晶粒度小，解冻后品质高的水产品快速冷冻方法。
[0009]
本发明采用的基于电场协同的水产品快速冷冻方法，包括下列步骤：（1）配制浓度为1.5-4.5%的盐水溶液，将配制好的盐溶液用流化冰机制取流化冰浆。
[0010]
（2）将制备好的流化冰浆平铺在泡沫箱底部，将冰温保存完毕的水产品按照层冰层鱼放置在冰浆上，泡沫箱最底部冰厚2-5cm，覆盖鱼体表面的每层冰2-3cm，冰鱼体积比为0.5-1:1，流化冰要完全包埋鱼体，隔绝氧气。
[0011]
（3）低电压冰温处理：将泡沫箱放置在静电冷冻机器中，电场电压为1.0-2.5kv，温度调整为-10～-13℃，处理时间为2-8h。
[0012]
本发明和现有技术的改进在于，对水产品进行低压电场的预处理，其作用一方面是和保鲜剂一起，在水产品表面形成一层冰衣，解决冷冻过程中的水产品的失重干耗问题，另外，主要作用是电压电场将水产品体内水分出现转动，呈现与静电场方向对齐的趋势，增加冰晶成核温度提高，水产品体内水分开始准备形成及其微小的冰晶，这样后期在突然施加高电压电场时，冰晶也不会再继续增大。
[0013]
本发明先用流化冰浆对水产品进行预冷，而且在预冷的同时，预冷冻的温度选择的是-10～-13℃，这个温度比常规的冷藏温度，流化冰冰温的温度要低一些，比常规冷冻温度高一些，在这个温度下进行低压电场处理，可以达到及其显著的效果。
[0014]
（4）高电压冷冻处理：将步骤（4）的静电冷冻机器，电场电压调整为4.0-6.5 kv，温度调整为-18～-20℃，处理时间10-50min。
[0015]
低压电场处理后，将温度调整到-18℃进行短时间的高压电场处理，这个温度是冷冻最常用的温度，使水产品体内已经形成的冰晶持久化，不会在后期保藏过程中发生变化，影响水产品品质。
[0016]
（5）冷冻长期保存：将步骤（5）中电场冷冻处理水产品放入冷冻环境中，可长期保存。
[0017]
优选的，本发明将新鲜的水产品（鱼、虾类）流化冰浆对水产品进行预冷之前，先放入保鲜剂溶液中浸泡10-15min进行前处理。
[0018]
优选的，保鲜剂选择的是黄单胞菌多糖、瓜尔胶、海藻酸钠，三者的质量比为1-10:1-3:1。本发明选择的保鲜剂的作用，一方面是起到内部水分挥发、延缓脂肪氧化和抑制微生物生长来延长鱼体的货架期的作用，另一方面，所述的保鲜剂在后期电场处理时，容易被电离带上电荷，和电场共同作用，使得水产品体内的水分提高冰晶成核温度，降低冰晶的颗粒粒度。
[0019]
进一步的，通过研究发现，基于上述相同的原理和目的，在步骤（1）配制流化冰浆时，加入质量分数为0.5-5%的海藻酸钠，在电场冷冻中，流化冰浆中的海藻酸钠容易被电离带上电荷，和电场共同作用，使得水产品体内的水分提高冰晶成核温度，使水产品中的冷冻冰晶更快通过最大冰晶生成带，同时降低冰晶的颗粒粒度。
[0020]
海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取碘和甘露醇之后的副产物，其分子由β-d-甘露糖醛酸（β-d-mannuronic，m）和α-l-古洛糖醛酸（α-l-guluronic，g）按（1
→
4）键连接而成，是一种天然多糖，黄单胞菌多糖（黄原胶）和瓜尔胶也是天然多糖。
[0021]
进一步的，步骤（5）高电压冷冻处理中，冷冻机器中充入二氧化碳和氮气。二氧化碳和氮气的体积比例是75:25。气调保鲜也是本领域中比较常见的保鲜冷藏方法，本发明还可以选择在高压处理时充入保鲜气体，本领域常规的气调为二氧化碳和氮气的组合。为了提高冷冻保藏的经济性，气调方法可以选择使用。
[0022]
现有的研究中，主要是集中在电场辅助冰温保鲜（-１
±
１℃）上，具体研究电场辅助冷冻（-18℃ 以下）的比较少，本发明的申请人在前期用流化冰预冷结合生物冰温的保鲜和保鲜剂的研究基础上，探索电场辅助的冷冻保藏方法。
[0023]
目前的冷冻水产品，主要是用-30℃速冻，让食物在30min内通过最大冰晶生成带，冻结结束时中心温度在-18℃ 以下，形成的冰晶规格在100μｍ左右。-30℃速冻的方式，对冷库和冷冻设备要求比较高，冷冻经济性比较差。
[0024]
关于电场用于食品的冷冻理论研究，现有技术中已经有大量的研究和报道，理论也比较完善，主要结论是高压电场对水产品的保鲜具体良好的效果，但是，相关的研究主要停留在理论研究基础上，实际工业化保鲜应用普及率不高，一是成本问题，高压电场需要消耗大量电力，而且一般高压电场需要处理的时间动辄在十几个小时以上，除非是保藏高经济价值的鱼类，对普通水产品来说，高压电场冷冻保藏的方法不可行，二是安全问题，有相关期刊文献报道：“高压静电场解冻发展至今依然存在问题和缺陷，安全问题有待考究。因为高压静电场中需要较高的电压，还是具有一定的危险性。如果环境湿度过大，静电场内空气可能会被击穿，具有一定的安全隐患。并且高压静电场情况下操作具体对人体有无影响还有待研究， 日本已经将高压静电冰箱应用于肉类解冻，因此高压静电保鲜还是比较安全可靠的，不过对于国内的应用还需要进行更多的研究。”而且，将水产品放入冷冻环境中进行冷冻，并辅助电场冻结，其冰晶的粒度改善没有特别大的提高，而且长期冷冻保藏后，仍然会出现蛋白质变性、持水力下降、解冻后汁液流失等品质的劣化，使水产品的鲜度和美味降低。另外，目前对冷冻辅助电场的保藏方法，一般需要持久的进行施加电场，成本费用比较高，这也是极大限制该冷冻方法的主要因素。本发明就是在现有研究理论基础上，探索一种水产品体内冰晶成核小，冷冻成本低的方法。
[0025]
本发明的有益效果：在冷冻保藏水产品的技术领域中，降低水产品体内的冰晶粒度是保藏水产品的重要指标，本发明采用冷冻结合电场的方法，得到一种冷冻成本低，保藏效果好的冷冻方法，其水产品体内冰晶粒度更小，数量比普通冷冻更少。
[0026]
说明书附图图1是实施例3大黄鱼的冷冻实验微观结构图。
[0027]
图2是实施例4鲈鱼的冷冻实验微观结构观察。
具体实施方式
[0028]
实施例1本实施例提供的基于电场协同的水产品快速冷冻方法，包括下列步骤： （1）配制浓度为3%的盐水溶液，将配制好的盐溶液用流化冰机制取流化冰浆；（2）将制备好的流化冰浆平铺在泡沫箱底部，将冰温保存完毕的水产品按照层冰层鱼放置在流化冰浆上，泡沫箱最底部冰厚5cm，覆盖鱼体表面的每层冰3cm，冰鱼体积比为1:1，流化冰要完全包埋鱼体，隔绝氧气；（3）低电压冰温处理：将泡沫箱放置在静电冷冻机器中，电场电压为1.5kv，温度调整为-2℃，处理时间为2h；（4）高电压冷冻处理：将步骤（4）的静电冷冻机器，电场电压调整为4.0 kv，温度调整为-18℃，处理时间20min；（5）冷冻长期保存：将步骤（5）中电场冷冻处理水产品放入冷冻环境中，可长期保存。
[0029]
实施例2本实施例提供的基于电场协同的水产品快速冷冻方法，包括下列步骤：（1）配制浓度为3%的盐水溶液，将配制好的盐溶液用流化冰机制取流化冰浆；（2）将制备好的流化冰浆平铺在泡沫箱底部，将冰温保存完毕的水产品按照层冰层鱼放置在流化冰浆上，泡沫箱最底部冰厚5cm，覆盖鱼体表面的每层冰3cm，冰鱼体积比为1:1，流化冰要完全包埋鱼体，隔绝氧气；（3）低电压冰温处理：将泡沫箱放置在静电冷冻机器中，电场电压为1.5kv，温度调整为-2℃，处理时间为2h；（4）高电压冷冻处理：将步骤（4）的静电冷冻机器，电场电压调整为4.0 kv，温度调整为-18℃，处理时间20min；（5）冷冻长期保存：将步骤（5）中电场冷冻处理水产品放入冷冻环境中，可长期保存。
[0030]
将水产品放入保鲜剂溶液中浸泡10min进行前处理。保鲜剂选择的是黄单胞菌多糖、瓜尔胶、海藻酸钠，三者的质量比为2:1:1。
[0031]
在步骤（1）配制流化冰浆时，加入质量分数为2%的海藻酸钠，在电场冷冻中，流化冰浆中的海藻酸钠容易被电离带上电荷，和电场共同作用，使得水产品体内的水分提高冰晶成核温度，使水产品中的冷冻冰晶更快通过最大冰晶生成带，同时降低冰晶的颗粒粒度。
[0032]
实施例3大黄鱼的冷冻实验对照1、实验用鱼：鲜大黄鱼购自温州市海鲜批发市场，选择体态均匀、色泽明亮、精神饱满的鲜活个体。
[0033]
2、实验设计：实验分为4组，每组的保鲜处理方法如下：第一组：按照实施例1提供的方法进行冷冻保藏。高电压冷冻处理后关闭电场，保持-18℃保存。
[0034]
第二组：按照实施例2提供的方法进行冷冻保藏。高电压冷冻处理后关闭电场，保持-18℃保存。
[0035]
实施例1和实施例2处理的不同在于，实施例2用保鲜剂进行了前处理，并在流化冰浆中加入海藻酸钠。
[0036]
第三组：直接按照实施例1的步骤（4）高电压冷冻处理开始冷冻，电场电压调整为4.0 kv，温度调整为-18℃，处理时间140min；高电压冷冻处理后关闭电场，保持-18℃保存。
[0037]
第四组：直接将大黄鱼放入-18℃冷冻环境保存。
[0038]
3. 实验用主要仪器：本实施例主要仪器为多功能静电冷冻实验机，中国台湾迪弗斯科技股份有限公司制造。
[0039]
其中第一组和第二组，需要开启静电功能，第三组的样品只打开冷冻功能。
[0040]
冷冻90天后，取出样品，进行微观结构观察。
[0041]
4. 微观结构观察取大黄鱼肌肉组织，切成1 mm
×
1 mm
×
2 mm大小长方体块状，立即固定。首先放入2.5%戊二醛中固定2 h以上，取出用磷酸缓冲液漂洗，再放入1%锇酸固定液固定1～2 h，固定完毕，用缓冲液漂洗20 min后进行脱水；采用梯度脱水法，先放入70%丙酮脱水15 min，再依次80%丙酮15 min，90%丙酮15 min，100%丙酮10 min（二次）；将脱水后的组织块置于环氧树脂包埋剂中，浸透，然后置烤箱烘干，在45 ℃烘箱内放置12 h以上；超薄切片，染色，透射电子显微镜下观察微观结构。
[0042]
5.不同冷冻方式处理的大黄鱼肌肉纤维透射电子显微镜图如图1所示，图a-d分别表示第一至第四组的实验结果。
[0043]
通过观察图1中4组冷冻处理方法的大黄鱼组织机构图，可以明显看出，电场辅助冷冻的方式，其组织机构中，冰晶的粒度小，组织机构更完整。图d中，鱼肉中的细胞间隙最大，冰晶破坏细胞情况最严重。
[0044]
图c为直接电场冷冻的方式，其冰晶颗粒的数量和范围都大于图a和图b，证明采用本发明的提高的冷冻方式效果更好，而且图b中的冰晶数量和颗粒粒径小于图a的。
[0045]
实施例4鲈鱼的冷冻实验对照1、实验用鱼：鲜鲈鱼购自温州市海鲜批发市场，选择体态均匀、色泽明亮、精神饱满的鲜活个体。
[0046]
2、实验设计：实验分为4组，每组的保鲜处理方法如下：第一组：按照实施例1提供的方法进行冷冻保藏。高电压冷冻处理后关闭电场，保持-18℃保存。
[0047]
第二组：按照实施例2提供的方法进行冷冻保藏。高电压冷冻处理后关闭电场，保持-18℃保存。
[0048]
实施例1和实施例2处理的不同在于，实施例2用保鲜剂进行了前处理，并在流化冰浆中加入海藻酸钠。
[0049]
第三组：直接按照实施例1的步骤（4）高电压冷冻处理开始冷冻，电场电压调整为4.0 kv，温度调整为-18℃，处理时间140min；高电压冷冻处理后关闭电场，保持-18℃保存。
[0050]
第四组：直接将大黄鱼放入-18℃冷冻环境保存。
[0051]
3. 实验用主要仪器：本实施例主要仪器为多功能静电冷冻实验机，中国台湾迪弗斯科技股份有限公司制造。
[0052]
其中第一组和第二组，需要开启静电功能，第三组的样品只打开冷冻功能。
[0053]
冷冻90天后，取出样品，进行微观结构观察。
[0054]
4. 微观结构观察取大黄鱼肌肉组织，切成1 mm
×
1 mm
×
2 mm大小长方体块状，立即固定。首先放入2.5%戊二醛中固定2 h以上，取出用磷酸缓冲液漂洗，再放入1%锇酸固定液固定1～2 h，固定完毕，用缓冲液漂洗20 min后进行脱水；采用梯度脱水法，先放入70%丙酮脱水15 min，再依次80%丙酮15 min，90%丙酮15 min，100%丙酮10 min（二次）；将脱水后的组织块置于环氧树脂包埋剂中，浸透，然后置烤箱烘干，在45 ℃烘箱内放置12 h以上；超薄切片，染色，透射电子显微镜下观察微观结构。
[0055]
5.不同冷冻方式处理的鲈鱼肌肉纤维透射电子显微镜结果如图2，图a-d分别表示第一至第四组的实验结果。
[0056]
通过观察图2中4组冷冻处理方法的鲈鱼组织机构图，结果和实施例3相同，添加电场辅助冷冻的方式，鲈鱼体内形成的冰晶的粒度小，更规则一些，组织机构更完整。并且实施例2提高的冷冻方式比实施例1的效果更明显。