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速冻食品产生冰晶该如何控制？
肉类食品网 http://www.meat360.cn 2022/11/3 8:59:41 关注：1714 评论： 我要投稿
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速冻是将食品中细胞间隙的游离水和细胞内的结合水、游离水同时冻结成无数的冰晶，解冻时冰晶融化水分，被细胞迅速吸收，尽可能地维持食品原有的新鲜程度和营养。但是目前速冻技术不够完善，常出现冻结不均匀、食品解冻后色泽口味变差、营养成分流失等问题［1］。这和冻结过程中的形成的冰晶有关。冰晶生长与冻结速率、冻结温度、温度波动等因素有关，那在现代加工工艺中控制冰晶产生的方法有哪些呢？
01
超声波叠加效应［1］
在一定强度的超声波作用下，食品内部组织溶液会出现空化气泡，这些气泡可以促进晶核的形成。而且气泡的产生伴随着剧烈的循环运动，增强了传热过程的同时也会破碎大冰晶。而且还能降低溶液过冷度，加快冰晶形成［2］。
Islam等使用超声波（300W，20kHz）辅助蘑菇冻结，结果显示冰晶的尺寸范围从50~180μm 降低到0~80μm，大大提高冷冻蘑菇品质［3］。
周新丽等人利用超声波辅助冷冻平板冷冻胡萝卜，结果表面在合适的超声波影响下，样品通过最大冰晶成核带的时间较对照组减少了53%，提高了冷冻速率［4］。
02
电场叠加效应［1］
电场的引入可以抑制水分子在降温过程中的成核，进而降低冰晶的生长速率。孙伟等认为电场的引入可以增大冰晶沿电场方向上的生长概率，同时抑制其他方向上的冰晶生长［5］。
Orlowska 等通过试验发现一定程度的静电场可以促使水分子的重新取向，形成更有序的团簇结构，达到控制成核的目的［6］。
在食品冻结过程中加入交变电场和静电场。前者需要向样品提供带有脉冲或连续变化的高电压电极，后者需要构建高压静电环境。交变电场不可控制性较大，而且对电极的形状［7］、表面粗糙度、材质等特性要求较高［8］，所以并没有静电场应用广泛。
Xanthakis 等在12kV 的静电场环境下冻结猪肉，发现冰晶尺寸降低了56%［9］。
Dalvi-Isfahan 等利用静电场冻结羊肉过程中，发现随着静电场强度的增加，羊肉的汁液流失率不断降低，而颜色和硬度没有显著的变化［10］。
03
磁场叠加效应［1］
在有外加磁场的环境下，水中较大的缔合分子集团会变成较小的缔合分子集团，增强了分子集团间氢键的连接，使整个水系统更加稳定［11］。
另外水分子是反磁性的，磁场会诱导产生磁偶极矩，而这与内能有关，一定程度上影响水分子的热力学参数，如相变潜热、导热系数等［12］。
应用的磁场包括静磁场、振荡磁场和脉冲磁场。JIN 等分别用具有吸引力的和具有排斥力的静磁场（0-400mT）辅助冻结0/9%NaCl溶液，发现与对照组相比，具有排斥力的静磁场可以减少32.1% 的冷冻时间，而具有吸引力的磁场会增长17.1% 的冷冻时间。另外冰晶呈现出不规则形状，他们分析这是磁场力减弱了水分子之间和离子与水分子之间范德华健的连接，增强了氢键的连接导致的［13］。
James 等证实了低频弱振荡磁场可以增强大蒜鳞茎速冻的过冷度［14］。
Kobayashi 等认为提高过冷度的原因是振荡磁场会使植物和动物组织中的磁性纳米颗粒产生振动，防止在其表面产生冰晶核［15］。
Iwasaka 等观察到，水溶液在脉冲磁场的作用（6.5mT）下进行冻结，溶液中的出现的冰晶较控制组颗粒更均匀更大［16］。
04
冰结构蛋白在速冻面制品中的应用[17]
冰结构蛋白（抗冻蛋白），英文全称为ice structuring proteins，简称ISPs，又被称为热滞蛋白或抗冻蛋白，其能够有效地防止蛋白质出现冰结晶的现象。
一、在冷冻面团中的应用
冷冻面团技术是食品加工领域新型的一种烘焙技术。尤其是在大型食品连锁生产企业中，为了能够保证食品达到统一加工、统一配送等效果，必须要通过冷冻面团的方式来保证面团在中心工厂实现搅拌、成型、速冻等步骤。在运输到超市、商店、快餐店时还必须要进行解冻、发酵以及烤制等步骤。在这些步骤中，如果冷冻面团经过长时间的冰冻，就会造成面团的品质下降，进而影响口感，而且如果醒发的时间过长也会造成面团的比容减少。在速冻面团中添加冰结构蛋白之后，能够明显地发现面团的质地会更加的柔软而且稳定，其中的原因在于结冰量的减少[18]。
通过冷诱导的方式，从冬麦草原质体中提取分离出具有热稳定的奇异果甜蛋白质，并且针对速冻面团的超微结构所产生的影响，会发现，空白面团如果处于冷藏条件下，面筋结构会被破坏，从而减少重结晶的生成。这样一来面团的空洞减少，从而保护面筋结构。
通过将胡萝卜冰结构蛋白添加到面团之中，进一步研究了胡萝卜冰结构蛋白对于面团发酵能力、面团风味等方面所产生的影响，并且通过一系列的分析来进一步证明了冷冻面团在贮藏的过程中可结冰水含量、面包质构品质以及香气等方面能够变得更好。这样也就说明添加了胡萝卜冰结构蛋白之后酵母死亡率会明显地降低，面团的发酵能力也会增强，从而减少面包的硬度，增加面包的比容，这样能够保证解冻之后的面包在烘焙以后还能够保留面包原有的香气，而且质地结构并不会受到破坏。
速冻食品在低温贮藏、运输等过程中，由于冰结构蛋白能够有效地抑制冰晶的形成与重结晶的生成，这样就能够非常有效地保证面团食品质地的柔软，并且还能够有效地防止营养流失。所以冰结构蛋白的应用在速冻食品领域中具有非常广阔的发展前景，但是目前的冰结构蛋白成本较高，所以在未来的研究中必须要有效地降低冰结构蛋白的生产成本。
二、在速冻汤圆、水饺等传统中式食品中的应用对于速冻汤圆、速冻水饺等需要热水煮熟的食品，一旦出现开裂的情况必然会影响到食品的口感，也会造成浪费[19]。所以通过将冬小麦麸皮冰结构蛋白质添加到汤圆之中，并且通过研究分析，对于汤圆的质构、外观等方面进行了测定，能够进一步发现添加冬小麦麸皮冰结构蛋白质之后对于汤圆、速冻水饺等传统中式食品的影响具有非常重要的作用，不仅能够明显地减弱硬度，而且还能够增加弹性值。而且通过对比，在-60℃以下的环境中速冻24小时之后，没有添加冬小麦麸皮冰结构蛋白质的食品会出现开裂的情况。添加了冰结构蛋白质的食品不仅在煮熟之后不容易开裂，还能够始终保持产品的诱人外观，从而被人们广泛接受，进一步提高收益。
05
渗透脱水冷冻［1］
渗透脱水冷冻的原理是将适当温度下的果蔬浸入高渗透溶液中，利用细胞膜半透性使细胞中的水分转移到溶液中去。这种方法不仅可以减少冰晶的形成，还可以抑制褐变的发生和提升产品品质［20］。
Olatidoye 等用高浓度的蔗糖溶液和氯化钠溶液对西红柿进行处理，发现冻藏前期这种方法的影响不明显，而冻藏30d 后，处理过的西红柿营养物质流失最少，并且用蔗糖处理过的颜色更接近新鲜时的程度［21］。
包翠芬等利用渗透脱水法处理小鼠组织冷冻切片，发现6 个月后冰晶增长率下降了23.6%，降低了对组织结构的损坏［22］。
Mamada 等分别在-18℃和55℃下对黄瓜采用渗透脱水处理，发现在相同温度下，随着浓度的增大，细胞壁的抗裂应力不断增强，但是细胞膜的初始模量没有提升，说明渗透冷冻对细胞保护作用单一［23］。
参考文献：
［1］许子雄，李保国，罗权权. 速冻食品中冰晶的研究进展［J］. 包装与食品机械 第36 卷第2 期 2018 年4 月［2］ Zheng L，Sun D W. Innovative applications of powerultra sound during food freezing processes—a review［J］. Trends in Food Science & Technology，2006，17（1）：16-23.
［3］ Islam M N，Zhang M，Adhikari B，et al. The effect of ultrasound-assisted immersion freezing on selected physicochemical properties of mushrooms［J］.International Journal of Refrigeration，2014，42（3）：121-133.
［4］ 周新丽，滕芸，戴澄. 接触式超声波辅助平板冷冻对胡萝卜冷冻速率的影响［J］. 制冷学报，2017，38（2）：109-113.
［5］ 孙伟，徐晓斌，徐传骧. 静电场作用下H2O 偶极极化对冰晶形成过程的影响［J］. 西安交通大学学报，2007，41（2）：232-235.
［6］ Orlowska M，Havet M，Lebail A. Controlled ice nucleation under high voltage DC electrostatic field conditions.［J］. Food Research International，2009，42（7）：879-884.
［7］ Hozumi T，Saito A，Okawa S，et al. Effects of shapes of electrodes on freezing of super cooled water inelectric freeze control［J］. International Journal of Refrigeration，2005，28（3）：389-395.
［8］ Hozumi，Saito A，Okawa S，et al. Effects of electrode materials on freeze control of super cooled water by supplying electric field［J］. Transactions of the Japan Society of Refrigerating & Air Conditioning Engineers，2011，19（2）：181-187.
［9］ Xanthakis E，Havet M，Cheval lier S，et al. Effect of static electric field on ice crystal size reduction during freezing of pork meat［J］. Innovative Food Science &Emerging Technologies Ifset，2013，20（4）：115-120.
［10］ Dalvi-isfahan M，Hamdami N，LE-Bail A. Effect of freezing under electrostatic field on the quality of lamb meat［J］. Innovative Food Science & Emerging Technologies，2016，37：68-73.
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来源：食品研发与生产整理
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