电冰箱全空间保鲜技术及评价方法研究

周雯虹 徐鸿 赵毅力 李晓峰 朱小兵 张佩佩

（1.中国家用电器研究院，北京 100053；2.中国家用电器研究院，北京 100037；3.青岛海尔电冰箱有限公司，山东青岛 266100）

电冰箱是日常家庭中储存食物的重要电器。食物的储存主要是保持食物的新鲜卫生，通过一定的措施最大限度地保持食物中水分和营养素少流失，减少衰败和腐坏变质。而食物在储藏过程中营养素的变化通常与储藏条件，如温度、湿度、氧气、光照、储藏方法及时间长短有关。蔬菜水果的储藏可采用低温、气调等储藏方法进行储藏。动物性食物通常采用低温储藏，包括冷藏和冷冻。谷类的储藏应考虑谷类种类、储藏条件和水分含量等，避免霉变生虫。

本文将通过对电冰箱保鲜技术的介绍，解析全空间保鲜技术，并对不同功能间室的保鲜效果评价展开研究，以期为科学评价电冰箱全空间保鲜和相关标准的制修订提供思路和方法。

1 保鲜技术分析

T/CAS 280-2020《全空间保鲜电冰箱》团体标准[1]中提出“全空间保鲜电冰箱”的概念，定义为“各食材储藏间室均具有保鲜功能，且均能达到非冷冻食材储藏室干湿分储要求及冷冻恒温要求的冷藏冷冻箱”。从定义来看，全空间应是冰箱各间室的保鲜效果均符合要求。目前电冰箱的食材储藏间室设置可大体分为冷藏室、冷冻室和变温室，各间室所应用的保鲜技术因存储食材和功能的不同也不尽相同。

1.1 冷藏保鲜技术

电冰箱的冷藏室适用于储藏和保存不需冻结的食品，通常以储存蔬菜、水果居多。对于此类食品的保鲜，主要是控制其呼吸强度。而影响呼吸强度的因素，除了与食品本身的品种、成熟度有关外，还主要受环境温度、相对湿度、微生物和气体成分等因素的影响。

1.1.1 环境温度

对于温度的控制是电冰箱冷藏保鲜最基础最常用的手段。随着温度升高，空气的饱和湿度增大，随之食品中的水分蒸发就会加快，容易造成失水发蔫，缩短保鲜时间。因此，在一定的空气湿度下，降低食品存储空间内的温度，可以抑制果蔬水分的蒸发，延长果蔬的保鲜时间。

此外，除了电冰箱冷藏室常规设置4℃～6℃外，冰温保鲜技术[2]因其不破坏细胞组织、有效抑制微生物及各种酶活性、延长保鲜贮藏期、提高食品食用品质等优点越来越受到重视和应用。冰温保鲜技术是将食品的贮藏温度控制在其冰温带范围内，维持其细胞组织的活体状态，降低果蔬细胞组织的新陈代谢。冰温保鲜技术的难点主要是不同食品的冰温带不同，且食品的冰温带一般较窄，所以需避免因温度波动造成的品质变化，尤其是当温度低于果蔬的冻结点后，将使果蔬遭受冷害。因此，冰温保鲜技术对温度的控制要求更加精准，相比于普通低温冷藏保鲜在技术上要求更加严格。

1.1.2 相对湿度

果蔬储藏过程中，如果相对湿度较低，一方面会引起食品组织萎蔫，细胞膨压下降，出现机械结构特性的改变，另一方面萎蔫又会引起果蔬代谢失调，刺激呼吸强度加快，造成营养成分流失。因此，高湿度对于蔬果，尤其是对叶菜类，更有利于降低失水率，保留维生素C 等营养素，提升保鲜效果。

此外，针对一些对湿度敏感的食品，干湿分储为电冰箱干货保鲜提供了解决方案。例如，海参、燕窝、干鲍、坚果、茶叶等食品如果因储存不当受潮，很有可能出现发霉、变质、腐败等情况，干区则可以很好地控制湿度，保持食品的品相和营养。T/CAS 280-2020《全空间保鲜电冰箱》[1]中规定，湿区的相对湿度平均值应不低于90%，最低值应不低于85%，且不能有直径大于2 mm 的珠状级或流水级凝露；干区的相对湿度平均值应不高于45%，最大值应不高于50%。

1.1.3 微生物

微生物是导致食品腐败的主要因素。研究发现食品中总活菌数与食品的腐败通常会呈现出如下相关性。

（1）当总活菌数低于106CFU/g 时，食品一般不发生微生物腐败；

（2）当总活菌数高于106CFU/g 时，一些食品会表现出腐败现象；

（3）当总活菌数高于107CFU/g 时，肉和蔬菜腐败并产生臭气；

（4）当总活菌数高于5×107CFU/g 时，几乎所有食品都会出现腐败的明显标志。

例如，鲜肉表面细菌数量达到lg7.0/cm2～lg7.5/cm2时，便可觉察到一些气味，表面细菌数量达到lg7.5/cm2～lg8.0/cm2时便会出现黏性物质。疫情当下，消费者对于食品安全和除菌功能的需求日益高涨。目前，电冰箱除菌技术已由最初的紫外线除菌、臭氧除菌逐步转向银离子除菌、光触媒除菌、等离子除菌、纳米水离子除菌等[3]。宣称具有除菌功能的电冰箱，一般对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌的除菌率不应低于90%。同时，GB 21551.4-2010《家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能 电冰箱的特殊要求》[4]中对抗菌、防霉等也进行了规定。

1.1.4 气体成分

气调保鲜是调节存储间室中气体比例的一种保鲜技术。通过降低氧气浓度、提高二氧化碳或氮气浓度，使果蔬处于休眠状态，从而降低果蔬的呼吸强度，延缓成熟腐败过程。在气调保鲜系统中，氧气的作用主要是维持果蔬的有氧呼吸，避免无氧呼吸的产生。二氧化碳的作用主要是抑制需氧菌和霉菌的繁殖生长，以及果蔬细胞的呼吸强度。

降低储藏空间中氧气浓度，呼吸强度会有明显降低。同时，氧浓度较低还可减少催熟类植物激素的产生量，从而延缓果蔬成熟衰老的进程。此外，氧浓度低还可以抑制微生物的生长，5%～8%的氧气浓度可降低果蔬的腐烂率。郭慧媛等[5]在对照冰箱（常氧21%）和气调冰箱（O2含量18%～18.5%）两种条件下对车厘子等食物的保鲜研究结果也表明冰箱低温气调贮藏有利于水果的保鲜。

气调的另一种气体组成是二氧化碳（CO2）。二氧化碳是果蔬呼吸代谢的产物之一，提高果蔬存储间室中二氧化碳的浓度，可以抑制呼吸作用，提高保鲜效果。姜爱丽等[6]在5℃的5%O2+5%CO2和5%O2+10%CO2两种气调条件下对鲜切苹果的抗氧化系统的变化情况进行研究，发现2 种浓度的CO2处理下均可有效减慢苹果的呼吸速率，抑制腐烂的发生，并有效降低鲜切面的褐变程度。

在运用气调保鲜技术存储果蔬的过程中，要合理控制气体组成及其浓度，否则容易造成果蔬的气体伤害。就氧气而言，如果氧气浓度过低，果蔬容易发生无氧呼吸，不但消耗有机营养成分，还会产生酒精、乙醛等代谢产物，影响食用品质；如果氧气浓度高，则会加强呼吸作用，加速成熟腐败。就二氧化碳而言，如果二氧化碳的浓度过高，可能会刺激呼吸作用，严重时还会引起代谢失调，导致果蔬生理病害的产生。

1.2 冷冻保鲜

电冰箱冷冻间室的温度一般为-18℃以下，通常以储存肉、禽、鱼、虾等居多。虽然在此温度下大部分微生物几乎都丧失了生物活性，但仍需注意的是食品（尤其是生鲜食品）的降温速率和温度稳定性。当温度降到-5℃～-1℃时，为冰晶生成带，如果食品冷冻缓慢，在此温度带停留时间长，会使食品中形成的冰晶核体积增大，刺破细胞膜，释放细胞液，当食品解冻时，就会出现严重的汁液流失情况，食品的口感、风味及营养价值都会受到影响。相反地，如果可以实现食品速冻，快速通过冰晶生成带，形成的冰晶核数量多、体积小，就不易造成组织细胞破裂，营养流失。同时，尽量保持恒温冷冻，即减少食品冷冻温度的波动，也可避免食品中冰晶核反复冻融、刺破细胞膜导致的营养流失。T/CAS 280-2020《全空间保鲜电冰箱》[1]中规定，达到冷冻恒温A 级的温度波动平均值应不大于0.2℃，化霜温度波动平均值应不大于1.5℃。

1.3 变温区

不同食品适宜储存的温湿度各不相同。据调研，黄瓜适宜存储在10℃～13℃，芒果、香蕉适宜存储在13℃左右，相较于冷藏室的温度条件，这些果蔬极易发生冷害。冷害会破坏果蔬的呼吸协调性，引起果蔬的不正常呼吸，导致生理失调，耐贮性和抗病性下降，极易被微生物侵染，如香蕉的腐生菌、黄瓜的灰霉菌等，受到冷害的果蔬极易迅速腐烂。因此，目前很多电冰箱都设置了变温区，供用户根据食品种类和自身存储需求来选择适宜的温湿度储存食品，如热带水果的储藏、肉类的软冻等。

1.4 其他保鲜技术

除以上在电冰箱应用较广的保鲜技术外，辐照、光照、电场、磁场、等离子体等新型保鲜技术也在积极研发应用中。

辐照保鲜技术是物理保鲜技术的一种，包括γ 射线辐照技术、电子束辐照保鲜技术、紫外辐照保鲜技术、LED 光辐照保鲜技术等。由于现有技术的局限性，辐照保鲜技术还存在着不同食品辐照条件的选择以及放射性物质对人体的危害等问题。

光照保鲜技术是根据采摘后的果蔬仍然具有生物活性的特点，应用光合作用原理，开发的一种保鲜技术。光合作用，即在有光条件下，绿色植物通过光合作用以CO2和H2O 为原料合成有机物的酶促反应，转变为有机化合物并放出氧气。王美霞等[7]采用红蓝光照射，对采后西兰花的相关品质指标展开研究，发现随着光照强度增加，西兰花的失水率缓慢增大，叶绿素、维生素C 等营养素的损失逐渐减少。

此外，李海波等[8]研究发现低压静电场的添加有利于维持杨梅果实的高品质，且在低温环境下大大延长了杨梅的货架期。熊宇飞等[9]也发现高压静电场可有效延缓刀额新对虾硬度的降低，抑制微生物生长，延缓蛋白质的降解。

2 评价方法

评价冰箱的保鲜性能，一方面是评价冰箱本身的技术参数，其中最显著的当属对温湿度及其波动的精准控制，如QB/T 4832-2015《家用电冰箱保湿性能技术要求及试验方法》[10]中对湿度的规定；另一方面则是评价储存于电冰箱中的食品品质的变化。当食品开始发生腐败变质时，首先是感官性状发生变化，如蔬果失水发蔫，肉类变软变粘；其次是食品营养成分的损失，食用价值严重降低。同时，腐败变质的食品必然受到大量微生物的污染，就有可能存在致病菌，引起人体的不良反应。在以上的过程中，选取具有代表性的关键指标，或长时间监测或对比食品储存前后的变化，可作为评价电冰箱保鲜效果的有力证明。

2.1 水分

水分是食品的重要组成部分。当食品不再新鲜，首先就是感官和重量的变化。对于蔬菜、水果通常使用失重率作为评价指标，其主要原理是水分的蒸发导致质量的下降；对于肉类等通常使用汁液流失率作为评价指标，因为肉类一般是冷冻储存，在降温过程中，食品中的水会形成冰晶，刺破细胞膜，当食品解冻时，就会出现汁液流失。目前，QB/T 5510-2021《家用电冰箱保鲜性能试验方法》[11]采用羊毛片来模拟，进行失重率的测试。

2.2 维生素

维生素是维持机体生命活动过程所必须的一类微量低分子有机化合物。大多数的维生素既不能在机体内合成，也不能大量储存，虽然需要量不大，但一般都需要依靠从食物中摄取。其中，维生素C 是食物中最具代表性的一类维生素，其广泛存在于蔬菜、水果中，如菠菜、青椒、猕猴桃、草莓、樱桃等。在食品储存过程中，维生素C 会发生明显的下降趋势，因此，维生素C 多用来作为评价电冰箱保鲜效果的指标。与此相似的，还包括维生素A、胡萝卜素等。

2.3 蛋白质

对于肉类、水产、鸡蛋和大豆制品这类富含蛋白质的食品，通过检测蛋白质的分解情况可以判断食品的新鲜程度。食品中的蛋白质在微生物的蛋白酶和肽链内切酶等作用下可分解形成氨基酸，氨基酸及其他含氮的低分子物质再通过脱羧基、脱氨基、脱硫作用形成多种腐败产物。比如，氨基酸在脱氨基酶的作用下，脱去的氨基与甲基会构成一甲胺、二甲胺、三甲胺；组氨酸、赖氨酸和鸟氨酸在脱羧酶的作用下，会分别生成组胺、尸氨和腐氨，发出恶臭气味。梅俊等[12]在对海水鱼产品的保鲜研究中，就是通过研究分析微生物增长、蛋白质和脂质氧化等指标，来评估维持海水鱼鲜度品质的方法。

2.4 挥发性盐基氮

挥发性盐基氮（TVB-N）是动物性食品由于酶和细菌的作用，在腐败过程中，使蛋白质分解而产生的氨以及胺类等碱性含氮物质。研究表明，挥发性盐基氮与食物腐败变质程度之间有着明确的正相关关系。在我国食品安全标准中对挥发性盐基氮的限量有明确规定（见表1），因此，挥发性盐基氮（TVB-N）成为鱼、肉类腐败鉴定的关键化学指标。

表1 我国食品安全标准对不同食品挥发性盐基氮的卫生要求

2.5 三甲胺

三甲胺是季胺类含氮物经微生物还原产生的，新鲜的鱼虾等水产品和肉类中不含有三甲胺。三甲胺主要用于测定鱼、虾等水产品的新鲜程度，目前也常被用做模拟肉类、鱼类腐败产生的异味标志物质。除三甲胺外，甲硫醇通常被用做模拟蔬菜类腐败产生的异味标志物质。

2.6 微生物

目前电冰箱中常用的微生物检测指标是菌落总数、大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌。菌落总数除了可以表示食品的卫生状态，还可以用于预测食品的耐贮藏性。食品中的细菌在繁殖过程中，会以食品营养成分为底物，进行分解。一般来讲，食品中细菌数量越多，食品腐败变质的速度就越快，当食品中的活菌数达到108CFU/g 时，可认为处于初期腐败阶段。例如，当鱼的菌落总数为105CFU/cm2时，在0℃条件下可保存6 天；而菌落总数为103CFU/cm2时，在0℃条件下可保存12 天。大肠埃希氏菌作为肠道致病菌污染食品的指示菌，常被用于检测电冰箱冷藏室的除菌效果。

近年来，随着对低温除菌的深入研究，单核增生李斯特氏菌逐渐引起了人们的广泛关注。单核增生李斯特氏菌是一种兼性厌氧菌，在自然界中分布较广，且生存能力较强，是引起人畜共患病的重要食源性致病菌之一，具有较高的致病性。李斯特菌的特点就是对极端环境具有耐受性，如低pH、低温、高渗透压下都可存活，在4℃环境中仍可生长繁殖，是冷藏食品威胁人类健康的主要致病菌之一。有相关流行病学研究证实，人类感染单核增生李斯特氏菌90%以上是通过食品，包括酸奶、奶酪、肉类、火腿、烟熏肉、家禽、海鲜和蔬菜产品等。另据调查，64%的感染者家中冰箱检出李斯特菌。因此，单核增生李斯特氏菌成为检测电冰箱除菌效果的新菌种。

2.7 特征物质

除日常的餐桌食物外，一些特殊的食品或药材也被存放在冰箱内，以期保持其营养价值，例如海参、燕窝、枸杞、茶叶等。根据每种食品的成分不同，可以选取其特征物质作为衡量其保鲜效果的指标，例如海参中的海参多糖、海参皂苷，燕窝中的唾液酸，枸杞中的枸杞多糖等。

3 结论

通过对电冰箱各间室保鲜技术的分析和典型性保鲜性能评价方法的研究，不难发现，冰箱的保鲜技术正在由宏观向精准，由感官向量化，由保质向健康发展。健康、保鲜、除菌现已成为冰箱行业的关键词，在充分了解国人使用习惯的基础上，根据不同的食品存储需求，采用不同的保鲜技术，打造差异化、精准化的存储空间，将保鲜、除菌赋能于冰箱产品，才能不断满足消费者对健康饮食和品质生活的热切追求。