空间电场对冷鲜猪肉低温保鲜效果的影响

张欢，郑炜，李远慧，谢超，朱婷婷

（1.浙江海洋大学食品与药学学院，浙江舟山 316022；2.舟山市常青海洋食品有限公司，浙江舟山 316021）

中国是世界猪肉生产和消费大国，目前中国猪肉市场的消费方式主要有热鲜肉、冷鲜肉和冷冻肉3种[1]。冷鲜肉是对宰杀后的畜胴体进行快速冷却处理，在24 h 内使胴体温度降低到0～4 ℃，且在后续的加工、运输及销售过程中始终保持在0～4 ℃的生鲜肉。与热鲜肉和冷冻肉相比，冷鲜肉具有营养丰富、肉质细嫩和保水性强等优势，是更加理想的产品形式[2]。目前关于冷鲜猪肉的保鲜方法主要包括低温贮藏保鲜法、气调保鲜法及真空包装法等。已有的保鲜方法虽然各有优势，但也存在一定的问题[3-4]。冷鲜猪肉容易被微生物污染，导致猪肉产品品质降低和贮藏期缩短，致使冷鲜猪肉产量及销量不能大幅上升[5]，因此，研发出高效、安全且低成本的冷鲜猪肉保鲜技术是亟待解决的问题。

空间电场保鲜技术是一种能耗低、操作简单、环保安全的非热加工技术，且处理时食品升温幅度小，对食品本身质量不会有太大影响，是一种使用范围较高的物理保鲜法[6]。在肉类产品中，空间电场的作用机理是借助两个电极之间的瞬时高压电场作用于微生物，使微生物的细胞膜遭到损坏，从而达到杀菌目的[7]。

试验通过运用电场发生装置形成的具有特定参数（0、3、6、9 kV/m）的空间电场对冷鲜猪肉进行低温贮藏（4 ℃），并对不同电场参数下冷鲜猪肉的pH 值、总挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）值、汁液流失率、色差、肌肉微观结构及水分迁移相关指标的变化规律进行分析，对空间电场技术应用于冷鲜猪肉保鲜效果的影响做一个初步的评定，以期为后续冷鲜猪肉保鲜技术的进一步研发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冷鲜猪肉（取肌肉组织较丰富的后腿肉部分）：市售，购买时预先斩切为500 g 左右的猪肉块，猪肉色泽鲜明，肌肉紧致，表面无黏液。

氧化镁、三氯乙酸、无水乙醇、乙酸异戊酯、甲醇、氢氧化钠、磷酸二氢钾、二甲苯（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；1，1，3，3-四乙氧基丙烷（标准品）：深圳市博林达科技有限公司；盐酸（标准液）：以达科技（泉州）有限公司；磷酸缓冲盐溶液、电镜固定液（2.5%）：武汉塞维尔生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

冰箱（BCD-210L3CX）：美菱集团股份有限公司；凯氏定氮仪（KDN-520）：青岛路博公司；pH 计（PHS-3C）：上海浦春计量仪器有限公司；紫外可见光光度计（UV754N）：上海元析仪器有限公司；高速离心机（KH20A）：湖南凯达科学仪器有限公司；电场装置、放电板：浙江驰力科技股份有限公司；水分测定仪（XUDHS-16）：深圳冠亚水分仪科技有限公司；食品品质分析成像仪（MZsoMR23-060H-I）：苏州纽迈分析仪器股份有限公司；分析天平（BSA224S）：德国赛多利斯公司；电热鼓风干燥箱（DHG-9620A）：上海一恒科学仪器有限公司；扫描电子显微镜（SEMS000）：思耐达精密仪器（上海）有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理

用纯水清洗样品，沥干后对样品进行密封包装后，再进行随机分组，贮藏于4 ℃冷库备用，采购样本测定各项指标的初始值，记为贮藏期的第0 天，之后每隔3 d 测量各项指标。

1.3.2 样品分组

将处理好的猪肉样品分成4 个小组，具体分组情况见表1。

表1 样品贮藏条件Table 1 Sample storage conditions

空间电场装置由两个部分组成，一部分是发生装置，安装于恒温恒湿箱外部；另一部分是放电板装置，安装于恒温恒湿箱内部。具体试验操作：将试验组（D1、D2、D3）置于放电板下方，样品到放电板的距离保持一致，具体装置图片如1所示。

1.3.3 pH 值的测定

pH 值的测定参照GB 5009.237—2016《食品安全国家标准食品pH 值的测定》中的方法。测量之前使用校准液校准pH 计，随后在室温下对滤液进行测量，重复3 次，取平均值。

图1 空间电场装置Fig.1 Space electric field device

1.3.4 总挥发性盐基氮的测定

TVB-N 值的测定参照GB 5009.228—2016《食品安全国家标准食品中挥发性盐基氮的测定》中的方法并稍作修改。采用5 滴溴甲酚绿溶液和1 滴甲基红溶液作为混合指示剂，用0.100 mol/L 的HCl 标准溶液进行滴定，当溶液变为紫红色停止滴定。

1.3.5 汁液流失率的测定

处理好的猪肉样品在贮藏前称重记为M1（g），贮藏后用滤纸擦去净肉表面的汁液，然后对其称重计为M2（g），计算减少质量占净肉原质量的百分率，即为汁液流失率（X，%），计算公式如下。

1.3.6 色泽的测定

色泽的测定参考余小领等[8]的方法，为确保色差仪的准确性，在使用之前先用白板和黑板进行校准后，再对猪肉样品表面进行测定，主要记录L*值（亮度）、a*值（红度）、b*值（黄度）和△E值（总色差）的数值，重复3 次。

1.3.7 肌肉微观结构观察

样本用磷酸缓冲盐溶液（phosphate buffered saline，PBS）漂洗再浸于电镜固定液中，于室温固定2 h。取出后加入戊二醛在暗处浸泡4 h，固定完成后用乙醇脱水，随后干燥6 h[9-10]。

1.3.8 水分含量的测定

水分含量的测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中的方法，将肉块搅碎，取出碎片肌肉组织5 g，置于101～105 ℃干燥箱中干燥1 h，测定水分含量，重复干燥、冷却和测定，直到测定时质量误差小于等于2 mg。

1.3.9 横向弛豫时间（T2）反演谱图分析

通过低场核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技术测量横向弛豫时间（T2），称取猪肉5.0 g 置于核磁管（15 cm）中，再转入磁体箱中。操作参数：磁体温度35 ℃、主频21 MHz；、90°脉冲6 μs、180°脉冲12 μs、采样点数104×416、重复时间5 000 ms、累加次数4 次、回波时间0.2 ms、回波个数4 096[11]。

1.3.10 核磁成像（magnetic resonance imaging，MRI）分析

参考谢小雷等[12]的方法，稍作修改。通过对样品进行MRI 成像分析，以图像的方式显示水分在猪肉样品中的分布，成像参数：磁体温度35 ℃、主频21 MHz、90°脉冲6 μs、180°脉冲12 μs、采样点数128×128、回波时间0.36 ms、重复时间5 000 ms、序列-SE 序列、累加次数1 次[13]。

1.4 数据处理

所有样品测定进行3 次平行试验，并采用相关分析软件进行数据处理，其中Excel 和Origin8.5 用于数据分析，SPSS 21 用于误差分析，p＜0.05 表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 冷鲜猪肉贮藏过程中pH 值的变化

冷鲜猪肉贮藏过程中pH 值的变化见图2。

图2 冷鲜猪肉的pH 值在不同电场强度下的变化Fig.2 Changes of pH in chilled pork under different electric field intensities

由图2 可知，4 组样品的pH 值呈现先下降后上升的趋势，且在pH 值上升过程中空间电场组pH 值始终低于对照组。在贮藏第6 天时，D对照组猪肉已经成为非新鲜肉，pH 值达到6.51，高于D1～D3组。在贮藏第15 天时，各组猪肉pH 值分别为D对照：7.30、D1：6.91、D2：6.70、D3：6.51，贮藏时间D1～D3组pH 值均出现不同程度的增加，可能是因为随着贮藏时间的延长，猪肉表面的微生物不停繁殖使蛋白质分解产生碱性物质。而D3组猪肉虽表面有少量汁液渗出，但品质最佳。结合试验结果并查阅相关文献可以推测，空间电场的施加能改变细胞膜跨膜电位差，进而抑制微生物活性，使pH 值维持稳定水平，并且电场强度越高，保鲜效果越好[14]。

2.2 冷鲜猪肉贮藏过程中TVB-N 值的变化

冷鲜猪肉贮藏过程中TVB-N 值的变化见图3。

图3 冷鲜猪肉的TVB-N 值在不同电场强度下的变化Fig.3 Changes of TVB-N in chilled pork under different electric field intensities

由图3 可知，各组猪肉的TVB-N 值均随贮藏时间的延长而增加，D对照组猪肉的TVB-N 值上升速率较大，且在第9 天时大于15 mg/100 g，超过国家卫生标准，成为非新鲜肉，此时试验组均未超出标准；在第12 天时，D1组猪肉TVB-N 值也达到15.11 mg/100 g，腐败程度次于D对照组；在15 d 时，D对照组TVB-N 值已经严重超标，达到20.31 mg/100 g，肉体严重腐败，且伴有严重异味，D1～D3组TVB-N 值分别为17.61、15.02、14.82 mg/100 g，仅有D3组猪肉仍未超出国家标准，在整个贮藏期中D3组TVB-N 值始终低于其余各组。随着微生物在贮藏期的不断生长，猪肉中蛋白质被不同程度的分解，所形成的氨类物质不断累积，TVB-N 值逐渐增大[15]。由以上结果得出，施加空间电场可减慢TVB-N值的增长速度，并且电场强度的大小与TVB-N 值成负相关，这个变化趋势与pH 值变化结果一致。

2.3 冷鲜猪肉贮藏过程中汁液流失率的变化

冷鲜猪肉贮藏过程中汁液流失率的变化见图4。

图4 冷鲜猪肉的汁液流失率在不同电场强度下的变化Fig.4 Changes of drip loss rate in chilled pork under different electric field intensities

由图4 可知，猪肉的汁液流失率随时间的延长而增加，但空间电场处理过的D1～D3组的汁液流失率始终低于未经电场处理的D对照组。贮藏第9 天，各组猪肉汁液流失率明显上升，且D对照组汁液流失最严重，已经达到5.18%，对比第12 天和第15 天的各组数值，在贮藏中后期D3组汁液流失速率较其余各组缓慢；第15 天时，各组汁液流失率分别为D对照：6.17%、D1：6.01%、D2：5.98%、D3：4.22%，D3组的猪肉汁液流失率最低，品质最佳。有研究表明，空间电场在新鲜猪肉的贮藏过程中，通过电场力的作用影响了肌肉组织中水分子的排列，从而降低了其自由水流动性，这可能是添加电场作用能够抑制贮藏期间产品汁液流失的原因之一[16]。

2.4 冷鲜猪肉贮藏过程中总色差的变化

肉样的亮度用L*（亮度）值表示，反映猪肉的光泽度；肉样的红度用a*（红度）值表示，反映猪肉的新鲜程度；黄度用b*（黄度）值表示，当肉色越暗黄度值越高[17]。表2 为贮藏期中各组猪肉的L*（亮度）值、a*（红度）值、b*（黄度）值。冷鲜猪肉的总色差在不同电场强度下的变化见表2。

表2 冷鲜猪肉的总色差在不同电场强度下的变化Table 2 Changes of chromatic aberration in chilled pork under different electric field intensities

由表2 可知，贮藏期间各组猪肉样品的L*（亮度）值均逐渐下降，说明猪肉在冷藏过程中表面亮度逐渐下降，这与猪肉表面组织发生氧化有关。a*（红度）值的变化趋势为先上升后下降，在贮藏前期a*（红度）值增大，可能与样品包装有关系，包装内存在一定的氧气，猪肉中的肌红蛋白与这部分氧气结合，使得猪肉表面颜色变红；随着包装袋内的氧气被逐渐消耗，肉样鲜度也逐渐下降，在贮藏中后期a*（红度）值逐渐降低，肉色趋于暗色[18]。D对照组b*（黄度）值逐渐上升，D1～D3组b*（黄度）值波动幅度不大。在贮藏期中D1、D2组猪肉的L*（亮度）值和a*（红度）值稍高于对照组，D3组显著高于D对照组（p＜0.05）。第15 天时，D对照、D1、D2、D3组a*（红度）值分别为7.68，9.35，9.35，10.03，说明空间电场能起到较好的护色效果。

用△E（总色差）值来反映肉样与新鲜猪肉之间的色泽差异，其数值越大，表示各组猪肉色泽与鲜肉之间的差异越大，从变化趋势上看，△E（总色差）值逐渐上升，各组猪肉均在贮藏期结束时与鲜肉色泽出现不同程度的差异，其中对照组色泽劣变最严重。空间电场对猪肉中脂肪的氧化有一定的抑制作用，维持较好的感官和色泽，在观察中也发现D3组猪肉在贮藏期中的颜色保持度最佳，说明9 kV/m 电场强度将猪肉色泽维持在相对高的水平。

2.5 冷鲜猪肉贮藏过程中肌肉微观结构的变化

冷鲜猪肉贮藏过程中肌肉微观结构的变化见图5。

图5 不同电场强度下冷鲜猪肉电镜图Fig.5 SEM scanning images of chilled pork under different electric field intensities

由图5a 可知，新鲜猪肉的肌肉细胞结构完整。贮藏至15 d，各组猪肉肌肉组织差异明显，D对照组猪肉肌纤维间空隙最大，并且产生较多黏连，细胞结构有明显损坏，D1组次之，D2组肌纤维间隙较小，但肌纤维排列不如D3组整齐，与新鲜猪肉相比，D3纤维保持的较为完整，虽有少量絮状物，但肌肉间排列依然紧密[19]。由扫描电镜结果可得出，猪肉在冷藏中随时间的延长肌肉纤维会遭到破坏，而空间电场的作用是使猪肉在相同贮藏时间内达到较好的保鲜效果，使猪肉保持更好的质地，且一定程度地延长保鲜期，通过对比不同电场强度的保鲜效果发现，9 kV/m 的保鲜效果最好。

2.6 冷鲜猪肉贮藏过程中水分含量的变化

冷鲜猪肉贮藏过程中水分含量的变化见图6。

图6 冷鲜猪肉水分含量在不同电场强度下的变化Fig.6 Changes of water content in chilled pork under different electric field intensities

由图6 可知，4 组猪肉样品的水分含量随着贮藏时间的延长逐渐下降。新鲜猪肉的水分含量达到75.76%。在第6 天时，测得各组水分含量分别为D对照：71.26%、D1：73.31%、D2：74.38%、D3：75.11%，在贮藏中期D对照组水分含量降低幅度最大。在第15天，各组样品水分含量分别为D对照：66.34%、D1：68.27%、D2：69.53%、D3：71.33%，D3组水分含量仍在70%以上，猪肉保水性最好。各组样品内水分含量随时间延长而下降，这可能是贮藏期间猪肉蛋白质结构发生变化，导致肌肉保水性下降，水分含量随之降低，且随着电场强度的改变，各组猪肉的水分含量有明显差异，说明通过电场力的作用影响了肌肉组织中水分子的排列，从而降低了其自由水流动性[20]。

2.7 横向弛豫时间T2 反演谱图分析

冷鲜猪肉贮藏过程中6、15 d 时，4 组猪肉T2横向弛豫时间反演谱图分别见图7、图8。

图7 冷鲜猪肉T2 谱图（第6 天）Fig.7 T2 spectrum of chilled pork（6th day）

图8 冷鲜猪肉T2 谱图（第15 天）Fig.8 T2 spectrum of chilled pork（15th day）

由图7、图8 可知，水分由结合水、不易流动水和自由水3 种形式组成，经过归一化处理后的峰面积D对照、D1、D2、D3组T22的峰面积分别为14 708.84、16 308.81、16 357.87、17 697.72，峰占比分别为78.14%、81.34%、86.12%、89.01%，表现为D对照＜D1＜D2＜D3。

T22、T23峰面积随贮藏时间的延长而减小，说明3种形式的水出现迁移的现象，T21峰面积变化不大，因为结合水与蛋白质分子结合较紧密[21-22]，不易受外界影响。T22面积反映不易流动水含量，其含量越低表示肌肉细胞外间隙越大，这与之前的电镜分析结果一致，贮藏后期的D3组猪肉细胞间不易流动水保持较好，D对照组猪肉肌间间隙较大，细胞完整性差，故不易流动水流失严重，品质降低。通过对比发现，试验组猪肉细胞间不易流动水保持较好，证实了空间电场能增加猪肉的保水性，进而提高保鲜效果。

2.8 MRI 成像分析

冷鲜猪肉贮藏过程中4 组猪肉MRI 成像图见图9。

图9 冷鲜猪肉在不同贮藏时间下的MRI 成像图Fig.9 MRI image of chilled pork at different storage times

MRI 成像图可明显观察出猪肉内部水分分布。H质子密度与水分含量有关，密度越大，水分含量越高，成像图中就表现为红色越明显；成像图中绿色和黄色越明显，说明猪肉中水分含量越低。图9 分别展示了0、6、15 d 各组猪肉MRI 的H 质子分布情况。

由图9 可知，在贮藏6 d 之后，各组红色区域颜色逐渐减弱，猪肉内部出现汁液流失并伴随着水分迁移的现象。但D2和D3组红色较D对照和D1明显。贮藏至15 d 时，对照组MRI 图像已经完成变为黄绿色，猪肉水分流失严重，D1组为试验组MRI 红色最少，D3组红色区域面积最大且最深[23]。综上说明空间电场的施加有利于保持猪肉的水分，且在施加的电场参数范围内，电场强度越高，猪肉在贮藏期间的水分流失越少，这与水分含量变化的规律一致[24]。空间电场保鲜技术对猪肉的保鲜效果优于普通冰箱保存，此保鲜技术对提高猪肉的品质有一定的效果。

3 结论

本研究通过在冷鲜猪肉低温贮藏（4 ℃）过程中运用电场发生装置形成具有特定参数（0、3、6、9 kV/m）的空间电场，探究不同电场强度下空间电场对冷鲜猪肉低温保鲜效果的影响。试验结果表明，冷鲜猪肉在低温贮藏15 d 过程中，空间电场的施加有助于减缓冷鲜猪肉品质劣变速度，不同电场强度的各组样品品质出现了一定程度的差异，其中较低电场强度的处理组样品品质劣化相对明显，9 kV/m 保鲜效果是最好的，3 kV/m 和6 kV/m 次之。考虑到成本和安全的问题，电场强度暂时提高到9 kV/m，结合本研究内容，更高的电场强度对冷鲜猪肉的品质有何影响需要更深入的研究，这对于改善冷鲜猪肉的保鲜技术具有指导意义。