超声波雾化加湿技术对猪肉冷藏销售品质影响研究

魏鑫钰，郭嘉明，吕恩利，向蓉，赵俊宏，刘志昌，李斌

（1.广东省农业科学院设施农业研究所，广东 广州 510640；2.华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广东 广州 510642；3.广东省农业科学院动物卫生研究所，广东 广州 510640；4.广东省农业科学院动物科学研究所（水产研究所），广东 广州 510640）

【研究意义】肉类是居民生活不可或缺的消费品［1］，我国是世界肉类生产和消费大国［2-3］。目前，我国形成了以食用猪肉、禽肉为主，牛肉、羊肉为补充的格局［4］。Huang等［5］预测2025 年我国猪肉产量将达到5 810 万t，猪肉的净进口量则为80 万t。猪肉生鲜肉的常温保存时间较短，其保鲜一直是困扰肉类消费市场的主要问题［6］。【前人研究进展】目前对猪肉的保鲜方式和技术较多，如冷冻、高压、气调包装和冷藏等［7］。冷冻技术是指肉品在-18 ℃及以下环境贮藏快速冻结［8］，从而抑制微生物生长和繁殖［9］，防止腐败变质。冷冻肉在解冻时，内部的冰结晶融化成水后流出组织，其保水性、品质和营养价值均有所下降［10］。高压处理是近年新兴的一种杀菌保鲜技术，可以在保持食物品质的基础上钝化冷藏肉类酶活力、杀灭微生物，以此延长产品货架期［11-13］，但其易对冷藏肉类产品的外观和质地造成不良影响［14-15］。气调保鲜技术是通过控制包装袋或者贮藏空间中各种气体（如O2、N2和CO2）的比例达到抑制微生物的效果，有效延长肉品的货架期［16］。气调包装保鲜效果较好，但不同肉品、同一肉类不同部位的最佳气调比例不易确定，且气调包装所需气体价格较高，大幅增加肉品及肉制品生产加工企业的运行成本［17］；此外，其充注的气体本身也会对肉类品质产生影响［18-19］。市场上鲜肉冷藏销售的主要设备是冷藏陈列柜［20］，其中敞开式食品冷藏陈列柜的设计具有便于取物、消费体验好的优点，备受商家青睐［21］。冷藏鲜肉克服高压肉、冷冻肉品质上的不足，安全性、营养性、口感均优于传统的冷冻肉，消费比例约占90%［22］。然而，鲜肉在使用冷藏陈列柜销售时会因失水过多导致外观和质地变化，因此，冷藏时降低猪肉损失率的同时保证品质和外观显得尤为重要。

【本研究切入点】超声波雾化技术利用电子高频震荡将液态水分子间的分子键打散而产生自然飘逸的水雾。该技术具有成本低、液滴细小、雾化效果易控制等优点，目前在果蔬保鲜方面具有广泛应用［23-25］。付卫东等［26］设计了一个可用在小型设备或实验室调节相对湿度的超声波加湿装置，可以较好地反映加湿装置的加湿过程。陆华忠等［27］为了解果蔬保鲜运输用超声波加湿的机理，通过Fluent 流体分析软件进行超声波加湿的数值模拟，结果表明，加湿过程对车厢内温度的影响较小，货物表面的相对湿度具有一定差异，货物区水蒸气扩散较快。Guo等［28］研究了超声波加湿装置参数对冷藏运输装备湿度场分布均匀性的影响，得到了超声波加湿装置的优化参数。综上可知，目前超声波加湿主要用在果蔬冷藏方面，暂未发现其对鲜肉品质影响的研究。【拟解决的关键问题】本文以敞开式冷藏陈列柜销售的猪肉为对象，研究基于超声波雾化加湿的温湿双控工况对猪肉失水率、剪切力和pH 等品质参数的影响，对降低猪肉的损失率和提高冷藏销售品质具有一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

新鲜的猪背最长肌（品种：长白），于试验当天早上7：00 购于广州市天河区长湴市场；营养琼脂（NA）培养基，购于常德比克曼生物科技有限公司；真空包装袋，购于得力集团有限公司。

1.2 试验仪器

敞开式冷藏陈列柜（广州广翔制冷设备有限公司，单机制冷量3 000 W，共2 台压缩机），柜内共有4 层搁架。温湿双控陈列柜由原来的单控温陈列柜改造而成，增加了超声波雾化加湿装置，并配置自主研发的温湿双控智能控制系统，可自动控制柜内温湿度（图1）。洁净工作台（AIRTECH SW-CJ-2FD），苏州安泰空气技术有限公司；生化培养箱（LRH-150F），上海恒科学仪器有限公司；CR-400 色差计，日本美能达（KONICA MINOLTA）公司；雷磁PHS-3C pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司；旋涡混合器（XW-80A），上海精科实业有限公司；5804R低温／高速离心机，Eppendorf 有限公司；高压灭菌锅〔DGS-280B+（24 L）〕，力辰科技有限公司；真空包装机（得力14886 真空包装机，-85 kPa 真空度），得力集团有限公司。

图1 温湿双控陈列柜结构Fig.1 Structure of temperature and humidity double control display cabinet

1.3 试验方法

单控温（Temperature Control，TC）试验和温湿双控（Temperature and Humidity Control，THC）试验分别于2019 年12 月19 —20 日和2020 年1月3— 4 日在空调房进行，温度设为25 ℃。进行TC 试验时，只开启冷藏陈列柜的控温模组，温度设为0～4 ℃；进行THC 试验时，同时开启控温和控湿模组，温度设为0～4 ℃，相对湿度设为85%～95%。为避免环境对试验造成影响，空调和冷藏陈列柜均于前一天开启运行，待运行稳定后开始试验。供试验的新鲜猪背最长肌，于试验当天上午7：00 购买，并于30 min 内运回实验室。将刀具、托盘等用酒精消毒后，把猪肉切成5 cm×5 cm×1 cm 的尺寸，共计60 块，将其平铺于托盘上后放入已预冷的冷藏陈列柜内。由于鲜肉的销售时长一般不超过24 h，故试验时长设为24 h，并间隔12 h 取样测试，时间为当日8：00、20：00 和次日8：00。测定剪切力、色差、蒸煮损失率、pH 和微生物数量，5 次重复。微生物测量和pH 的测定共用5 份样品，剪切力测量、色差测量、蒸煮损失测量分别取5 份样品。

1.3.1 剪切力测定 采用质构仪测定猪肉样品剪切力。按肉块肌肉纤维的自然走向，将5 cm×5 cm× 1 cm 的样品切成尺寸为5 cm×1 cm×1 cm 的肉柱，其中每个样品切2 条肉柱，共计10条。将切好的肉柱装进真空包装袋，并用真空机将包装袋内抽成真空（-85 kPa）；随后将其放入80 ℃的恒温水浴锅中，保温10 min 后从水浴锅取出，并将肉柱表面的汁液擦拭干净，测定剪切力指标参照文献［29］。

1.3.2 色差测定 使用色差仪对其正反面进行测量，每面测量3 个点。标准白色比色板为L*=86.23，a*=0.3185，b*=0.3355，其 中，L* 代表亮度值，值越大表示样品亮度越高，反之越暗；a*代表红度值，值越大表示样品颜色越红，反之越绿；b*代表黄度值，值越大表示样品颜色越黄，反之越蓝［30］。

1.3.3 蒸煮损失率测定 将样品从冷藏陈列柜中取出称重，得到初始质量m1；再将其分别装入真空保鲜袋，放入80 ℃恒温水浴锅，保温15 min后取出，待其表面自然冷却至室温，擦拭其表面水分后称重，得到蒸煮后质量m2。蒸煮损失率计算公式如下［31］：

1.3.4 微生物数量测定 微生物数量测定参照文献［32］，部分改动。猪肉中常见的菌落主要有大肠杆菌和沙门氏菌，故分别使用普通琼脂和麦康凯培养平板培养。取样时，在酒精灯旁将样品装入事先高压灭菌过的真空袋中，并将其放入泡沫保温箱内，15 min 内送至广东省农业科学院动物卫生研究所。试验在洁净工作台进行，从5 个样品中分别取约3 g 试样，放入搅拌机，加注135 mL 灭菌过的纯净水，稀释10 倍；为防止高温灭活细菌，采用旋涡混合器震荡10 min；10 倍稀释溶液，稀释梯度为10-2、10-3、10-4和10-5，并取100 μL 涂抹平板，每个梯度涂抹2 个平板。涂抹完成后置于37 ℃生化培养箱培养12 h 后取出计数，计数时选择菌落数为30～300 个的平板，其他平板视为无效，舍弃。

1.3.5 pH 测定 使用2 mL 离心管取1.3.4 中的固液混合物3 管，放入离心机，以10 000 r/min 离心10 min；离心后取出3 管上清液置入另一干净离心管中，振荡均匀，将pH 计电极插入其中，待示数稳定后读数［31］。

2 结果与分析

2.1 超声波雾化加湿对冷藏猪肉剪切力的影响

剪切力的大小反映猪肉的嫩度，剪切力越小说明猪肉嫩度越高，反之越低。从图2 可以看出，冷藏猪肉的初始值为102.9 N，不同时间和工况对冷藏猪肉的剪切力影响不同。冷藏12 h 后，TC 工况下冷藏猪肉的剪切力与初始值相比差异较小，冷藏24 h 后，冷藏猪肉的剪切力迅速下降为65.2 N。在THC 工况下，冷藏期前12 h 的猪肉剪切力下降较小，冷藏24 h 后，冷藏猪肉的剪切力则几乎没有变化。

图2 超声波雾化加湿对冷藏猪肉剪切力的影响Fig.2 Effect of ultrasonic atomizing humidification on shear force of refrigerated pork

2.2 超声波雾化加湿对冷藏猪肉色差的影响

颜色是评价猪肉外观的主要指标，其优劣在很大程度上影响消费者的购买意愿。本试验采用L*、a*、b*值和综合色差（CIELAB）表征肉色（图3）。从图3A 可以看出，在TC 和THC 工况下，L*值随时间变化的趋势相似，均呈现出先上升后下降的趋势。猪肉的初始L*值为45.16，在TC 工况下冷藏12 h 后其值上升为46.6，但在24 h 后其值下降为45.4；在THC 工况下，冷藏12 h 后其值上升为45.5，较TC 工况上升幅度小，但在24 h 后其值下降为43.5，较TC 工况下降幅度大。

图3 超声波雾化加湿对冷藏猪肉色差的影响Fig.3 Effect of ultrasonic atomizing humidification on color difference of refrigerated pork

a*值与高铁肌红蛋白含量相关［33］。从图3B可以看出，两种工况下猪肉a*值随时间的变化规律相似，均呈现先上升后下降的趋势。猪肉的初始a*值为9.0，在TC 工况冷藏12 h 后其值上升为9.3，随后下降为冷藏24 h 后的8.9。在THC工况下，冷藏12 h 后其a*值上升为10.5，冷藏24 h 后则降为10.1。

b*值主要受硫化肌红蛋白含量的影响。从图3C 可以看出，随着贮藏时间延长，两种工况下猪肉的b*值呈现出相同的变化趋势，即快速上升后增速减缓。猪肉的初始b*值为-1.8，冷藏12 h时TC 工况下的b*值为0.92，THC 工况下为1.06。冷藏24 h 后TC 工况下的b*值为1.1，而THC 工况下的b*值为2.8，两者相差1.7。

2.3 超声波雾化加湿对冷藏猪肉微生物数量的影响

从表1 可以看出，初始猪肉的微生物菌落数为8 250 个/mL。两种工况冷藏12 h 后的微生物数量与初始值相比差异不显著，但THC 工况比TC 工况下的微生物数量略多，约为1.1 倍。冷藏24 h 后，两种工况下猪肉微生物的数量分别为28 000、149 713 CFU/mL；TC 工况的微生物数量是初始值的3.4 倍，但THC 工况的微生物数量是初始值的18.1 倍，且是TC 工况的5.3 倍，说明加湿会增加冷藏猪肉的微生物数量。

表1 超声波雾化加湿对冷藏猪肉微生物数量的影响Table 1 Effect of ultrasonic atomizing humidification on microorganism quantity on refrigerated pork

2.4 超声波雾化加湿对冷藏猪肉蒸煮损失率的影响

蒸煮损失率反映猪肉蒸煮前后的质量损失，若猪肉的损失率较大，则会造成明显的经济损失。研究表明，肉类的蒸煮损失率越低越好［34］，因此需要评价低温高湿环境对冷藏猪肉蒸煮损失的影响。从图4 可以看出，两种工况下蒸煮损失率随时间的变化趋势相似，呈现出先快速下降后降幅减缓的趋势。在TC 工况下冷藏猪肉的蒸煮损失率由初始值的32.1%降低为冷藏12 h 后的26.6%，并在24 h 后降为26.2%；但在THC 工况下，冷藏12 h 后的蒸煮损失率为25.2%，比TC工况低1.4 个百分点；冷藏24 h 后的蒸煮损失率为24.6%，比TC 工况低1.6 个百分点。

图4 超声波雾化加湿对冷藏猪肉蒸煮损失率的影响Fig.4 Effect of ultrasonic atomizing humidification on cooking loss rate of refrigerated pork

2.5 超声波雾化加湿对冷藏猪肉pH 的影响

pH 是评价猪肉品质的重要指标之一，反映冷藏时肌糖原酵解速率，是判断正常和异常肉的依据［35］。由图5 可知，在冷藏过程中pH 随时间的变化而降低。在TC 工况下，pH 由初始的6.12降低为冷藏12 h 后的5.79，最后降为冷藏24 h 后的5.70；在THC工况下，pH先降为冷藏12 h后的6.07，最后降为冷藏24 h 后的5.96。在THC 工况下冷藏24 h 后猪肉仍属于一级鲜肉（pH 为5.8～6.2）［36-37］，且TC 工况的猪肉pH 比THC 工况下低。

图5 超声波雾化加湿对冷藏猪肉pH 的影响Fig.5 Effect of ultrasonic atomizing humidification on pH of refrigerated pork

2.6 超声波雾化加湿对冷藏陈列柜温湿度的影响

敞开式冷藏陈列柜销售的猪肉出现品质差异，原因之一是由于超声波雾化后的液滴附着在猪肉表面，对猪肉品质产生直接影响；其次则是冷藏陈列柜内部的温湿度出现较大差异，对猪肉品质产生间接影响。从图6 可以看出，在制冷机组启动后，TC 工况下的温度变化速率低于THC 工况，TC 工况温度较THC 工况高1.2 ℃。THC 工况的相对湿度变化较缓。通过单因素方差分析发现，THC 和TC 工况下的温湿度差异显著。

图6 冷藏陈列柜单个制冷周期柜内的温湿度Fig.6 Temperature and relative humidity in single refrigeration cycle of refrigerated display cabinet

3 讨论

目前，我国猪肉销售方式较粗放，猪肉表面易受风干作用而失水，影响销售品相和口感，因此需要进一步开发冷藏销售技术，以保障鲜肉品质。超声波雾化加湿技术在果蔬冷藏储运和销售上具有较多应用［25,27］，弥补了传统冷藏销售的缺点，但在鲜肉保鲜上的应用较少。

根据TC 和THC 两种工况对冷藏猪肉品质影响的对比可知，超声波雾化加湿技术对猪肉品质既有积极影响也有消极影响。THC 工况下猪肉冷藏24 h 后，其剪切力差异不显著，说明THC 工况可以维持猪肉的嫩度，提高猪肉冷藏后的品质。在TC 工况下冷藏24 h 后，猪肉的剪切力迅速下降，这可能是由于储存时间较长，钙激活蛋白酶活性增加，加速了肌纤维中起连接、支架作用的蛋白质水解，引起细胞结构弱化，造成肌肉松软，促使肉嫩度增加［38］。在TC 工况下的猪肉色差a*与魏里朋等［38］研究结果相似，冷藏前期a*值呈现上升趋势，冷藏后期则呈现下降趋势。与TC工况相比，THC 工况下a*值变化较大，原因可能是由于在THC 工况下肌红蛋白与氧气结合生成氧合肌红蛋白和高铁肌红蛋白的速率加快，导致a*值上升较快［39-40］。THC 工况下b*值偏高，可能是由于超声波加湿技术使猪肉表面微生物增长速度加快，代谢加速，引起硫化肌红蛋白含量增加，最终导致 b* 值升高［41］。贮存24 h 内，THC工况下的猪肉蒸煮损失率较TC 工况低1.5%，其原因可能是由于在THC 工况下，猪肉处于湿润的环境，猪肉肌纤维的横向收缩减小，保水能力增加［42］，因此减少了猪肉在冷藏期间水分的损失，导致其蒸煮损失率降低。在THC 工况下，冷藏24 h 后仍属于一级肉［36-37］，而TC 工况下的猪肉已为二级肉，其原因可能是由于超声波加湿降低了猪肉细胞组织的新陈代谢速率，进而减缓了乳酸等酸性物质的产生，最终导致pH 的下降速率减小［43］。

由于超声波雾化加湿用水是普通生活用水，易滋生细菌，因此在THC 工况下，猪肉表面的微生物数量比TC 工况多，这可能是由于加湿用水未进行消毒杀菌，在今后研究中将深入研究超声波雾化加湿导致微生物数量增加的原因和机制，优化加湿装置的功能。THC 工况下微生物数量在冷藏24 h 后为TC 工况的5.3 倍，但冷藏12 h 后两者差异不显著。因此，在使用超声波 雾化加湿系统时，为避免细菌过快滋生，应该提高用水的洁净度或每12 h 更换1 次加湿用水。下一步我们将研究敞开式陈列柜空气循环过程中微生物的时空分布状况，了解微生物滋生和繁殖的源头，探索减少微生物数量的有效措施。由于THC 工况下微生物数量增多，其代谢也增多，因此猪肉的颜色较TC 工况差。

总体来看，THC 工况的温度均低于TC 工况，相对湿度的变化规律比较多元。在降温阶段，THC 工况的相对湿度高于TC 工况，其原因可能是由于在THC 工况下，蒸发器上的结霜能力较强，且空气的冷负荷增加，增强了空气的携冷能力，最终导致其降温能力更强。然而在回温阶段则出现了相反情况，其原因可能是由于温度与饱和蒸气压关系的影响，引起了相对湿度的变化，也有可能是由于周期后移导致，具体原因有待进一步探究。后续我们将对单一指标进行试验，研究冷藏猪肉品质在时间序列上的动态变化情况，以便于更好地了解其在一天内的变化规律。

4 结论

本研究以敞开式冷藏陈列柜的猪肉为试验对象，探究其在TC 和THC 两种工况下冷藏24 h 后品质变化情况，并揭示THC 对维持猪肉品质的积极作用。冷藏24 h 后，THC 工况下猪肉的剪切力和pH 下降较TC 工况慢，说明THC 工况能维持猪肉的嫩度和pH。两种工况的L*值、a*值、b*和蒸煮损失率随时间变化的趋势相似，其中THC工况可降低L*值和蒸煮损失率、提高a*值和b*值，但微生物数量增加。TC工况下柜内温度较THC 工况高1.2 ℃，相对湿度差异小。综上，THC 工况能减缓猪肉嫩度和pH 下降速率，并降低蒸煮损失率，但其微生物数量增多。本研究对提高猪肉销售品质和优化冷藏陈列柜参数具有一定的参考意义。