预处理对冻干肉制品品质影响的研究进展

冻干技术是在低温、高真空条件下的传质传热，能使干燥后的肉制品在合适的包装条件下常温长久贮藏。但是由于冻干技术能耗较大、作用时间较长，增加了生产成本，这成为此项技术推广应用的主要瓶颈，因此在确保冻干品质的同时降低能耗一直是业内特别关注的问题。

国内外研究人员一直在进行基于冻干过程及冻干肉制品能耗的研究工作。Aykin等对雄性小牛的股二头肌和半膜肌进行冷冻干燥，冻干过程持续48h；Ma Ji等对新鲜草鱼进行冷冻干燥，冻干过程的最高时长为36h。由上述研究可以看出，肉制品的冻干时间较长。而冻干时间除了受预冻工艺、升华干燥及解析干燥过程参数的影响外，还受到预处理工艺的影响。本文就冻干技术的不同预处理方法及其作用原理等进行综合分析，旨在为更多冻干食品的预处理工艺优化提供参考。

渗透脱水是在一定的温度条件下将动物材料置于高浓度渗透液中，利用生物细胞膜的半透性使水从细胞组织渗出的过程。

目前，常用于冻干的预处理渗透溶液主要分为冻干保护剂、水分活度抑制剂和氯化钠等，它们可以作为渗透脱水剂的原理在于溶质的离解导致溶液渗透压增加，但是对肉制品的渗透速率没有直接影响。

渗透脱水剂的浓度和分子质量与渗透压有关，例如，氯化钠可以直接作为渗透处理液，经常应用在鱼类、肉类和蔬菜中，这是由于用氯化钠和其他渗透液处理食品材料相同，物质分子质量大的渗透液可以增加食品材料的渗透，导致高失水率，渗透液用量就相应减少，反之，分子质量小的物质渗透到食品物料中就有所限制。食盐还对其他食品的品质具有改善作用，Vegagalvez等的研究发现，20%的NaCL和1.0%的CaCl预处理很大程度上提高了干辣椒的色泽、硬度和微观结构等品质。上述结果表明，氯化钠渗透预处理能够改善肉制品等食物材料的硬度等品质，调节失水率，抑制肉制品的菌落生长。渗透溶液的选择取决于肉制品的失水能力、渗透液增加的比率和所要达到的感官质量标准，因此选择合适的渗透溶液很重要。

冻干保护剂可分为糖类、多元醇类、甲胺和氦基酸类等。作为最普遍的冻干保护剂的糖类主要有单糖、低聚糖等，常用于冻干前预处理的渗透液溶质有葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽糊精和玉米糖浆等。林雯雯等在研究冻干南美白对虾时发现，麦芽糊精用作渗透脱水剂提高了冻干虾仁的持水能力和组织结构稳定性，而乳清分离蛋白用作渗透脱水剂降低了虾仁的虾青素损失能力和感官密度，增加了其持水能力，2种预处理均有助于提升冻干虾仁的贮藏品质稳定性。上述结果表明，糖类作为预处理渗透试剂不仅可以保持肉制品的持水力，还能够提高冻干制品的结构稳定性，对食品材料冻干品质的加工研究具有很大意义。

常见的多元醇类冻干保护剂包括甘油、山梨糖醇、木糖醇和叔丁醇等。多元醇类物质中含有羟基，其性质与糖类相似，具备优先水化和改善物料品质的作用。Jennings研究冻干保护剂时发现，合适的冻干保护剂会使蛋白质周边形成水分子环境，以降低冻干保护剂处理食品材料时造成的水分子缺失、蛋白质构象变化等引起的细胞损伤。因此，合适的冻干保护剂在食品冻干预处理时可以有效避免预冻导致的损伤，有效提高生产效率，改善食品质量。

有时，单一预处理试剂效果不显著，这时采用不同添加剂组合预处理可以获得很好的效果。刘娟娟在研究鱿鱼冻干工艺时，采用响应面优化法，以蒸煮率为响应值得出了最优渗透液组合(0.75%六偏磷酸钠、1.25%焦磷酸钠和1.50%三聚磷酸钠)，以复水率为响应值得出了最佳改良剂(4%还原淀粉水解物、2%蔗糖和3%海藻糖) 。针对物料特性使用合适的复合渗透溶液，优化配方，取长补短，可以明显提高冻干肉制品的质量，有效降低其水分活度。

超声波是在介质中传播的物理能量，采用超声波对肉制品进行预处理时，其高频率的机械振动会使物料压缩和拉伸，形成絮状构造，当作用力大于肉制品等食物材料内部表面的水分附着力时，水分就容易通过微小管出来，有利于冻干时水分的去除。另外，超声波还可以促进微细通道的形成，影响物料形变，增加对流传质速率，缩小传热表面层的厚度，进而缩短有效时长。

超声波还可以有效控制空化氧化，改善食物材料的物质含量。超声波预处理可以使物料预冻过程中的水快速形成晶核，防止细胞破损解冻后出现的一系列品质问题，提高干燥速率，改善食品品质。

不同的超声波预处理条件，如超声波频率、功率、温度及时间等，对冻干食品的品质与能耗也会产生不一样的效果。超声波的功率并非越大越好，强烈的空化效应会对细胞组织结构造成破坏，进而影响肉制品的品质。

适宜的超声波处理可以瞬间击穿肉制品的细胞膜，对最终的物料不产生破坏作用，有利于物料中物质的提取。在物料冻干预处理中，超声波的应用不但可以改变材料的组织结构、降低材料的含水率，还可以降低能源消耗，提高冻干肉制品质量，因此超声波预处理是食品冻干预处理的常用肪法之一。

微波是一种能在短时间内使食品材料内部发热的处理技术，高频率的电磁波通过热量反应作用于食品材料的各个部分，能够瞬时使食品材料均匀受热缓解对肉制品等食品材料的品质损坏。

Zhang等用微波辅助冻干技术显著降低了金鲤肌肉组织中有机氯农药的提取率，微波对冻干不产生负面影响，且有辅助作用。微波预处理产生的良好的肉制品品质主要是由于影响食物材料干燥效率的主要因素是食品表面水分的蒸发，水分蒸发形成了内高外低的温度梯度，当温度梯度的方向与食品水分蒸发的方向一致时，干燥效率加快，加上瞬时的蒸汽热量使食品具有了压力梯度，含水率高的食物材料会在快速升高的压力梯度下将物料中的水排出，大大缩短冻干时长。

微波使食物材料迅速受热均匀等特点使得冻干食物材料的时长显著缩短，食物材料品质优良，生产生活中的能耗和成本远低于普通干燥技术。微波冻干不是以热传递的方式由表及里，而是以微波产生的能量直接作用于物料整体，使食品均匀受热，但是微波功率太高会使食物材料产生较高温度，从而导致食品品质损坏，因此对微波的功率进行研究尤为重要。

Darvishi等研究微波干燥的沙丁鱼时发现，随着微波功率的增加，干燥时长逐渐缩短，在功率为500 W时能耗最小；Ambros等研究细菌培养时发现，微波功率为3 W/g时，干燥完成时长最短，细菌存活率最高。总之，要想减少微波功率对食品产生的损害，就要从微波食品干燥能量转化过程着手解决，要包括两部分:一是有序运动，将电磁能转化为分子动能，二是碰撞，将动能转化成热能。

烫漂是对一些新鲜的食物材料在热水、沸水或是蒸汽中进行适当的预处理，使之具有更好的食品品质的工艺。不同性质的食物材料采用不同的烫漂方法，效果也不尽相同。对于热水烫漂预处理技术，热水与食品直接接触，加热均匀，一般加水量为食品量的1倍，否则会使体系温度下降太多，从而影响食品材料的处理效果。由于热水处理所需要的水量多，因此营养成分流失较多。

蒸汽烫漂在受热和营养损失方面与热水处理的效果相反。一系列研究表明，烫漂技术可以有效保护营养物质的流失，改善食物材料的品质。何学连的研究表明，对热烫虾的工艺进行优化可以使酚氧化酶的活性显著降低，并改善产品品质。

烫漂预处理还可以防止食品中的部分淀粉老化变性，可以使酶钝化，防止酶促褐变，尤其是一些含酚类物质的果蔬产品。烫漂技术在食品冻干的预冻阶段呈现的效果尤为明显，烫漂后细胞组织均匀和变软使食品预冻阶段的伤害变小、时间和能耗降低、品质得到改善。烫漂技术主要应于蔬菜和水果，国内外对肉类冻干的烫漂预处理研究较少，但是其对肉类研究具有较好的指导意义，例如，Nowak等以芹菜为例进行研究时发现，在自然强制对流的情态下，热烫使冻结进展更快，复水后的漂白样品的最终含水量接近新鲜材料中的含水量。烫漂工艺的原理在于通过改变产品的物理特性来提高干燥效果和脱水率，细胞膜渗透性和水分去除率的增加使得食品质量得到提高。

影响烫漂护色的主要因素是预处理的时间和温度，为了得到优良产品，必须要求在烫漂处理时能瞬时达到食物材料所需要的温度，并控制在一定时间范围内，才能够使烫漂处理效果显著。

肉制品冻干技术的预处理方法多种多样，除了上述常见的方法外，还有一些其他的预处理方法，如高压脉冲电场、真空冷却、冻融和热风等，这些方法也陆续被研究人员挖掘，大量研究证明，这些预处理方法对肉类制品的冻干有重要的指导作用。

高压脉冲电场(PEF)是一种新兴的非热加工技术，在短脉冲和高压作用条件下，肉制品内部细胞的电位差会变大，当超过自然电位差时会使细胞破裂，导致细胞的通透性增强。PEF技术杀菌彻底、作用均匀、作用时间短、热量小和耗能低等特点能够极大地保护食物材料的营养及风味，使此项技术备受关注。

真空冷却是将处理的物料在真空室内经真空泵抽成低压真空状态，使得水分蒸发吸热，从而致使肉制品等食物材料的温度下降而加快冷却的技术。真空冷却技术是食品冷冻冷藏链中不可或缺的一环，其蒸发方式主要为水经重力作用或在压力梯度下由里及表而蒸发，或水在压力梯度的作用下直接从物料内部以气态的方式迁移而蒸发。

冻融技术是将食品原料低温冷冻再溶解的过程，通过干燥前的冻融预处理将肉制品中的水分去除，从而缩短干燥时间。吴宝川等用冻融技术预处理罗非鱼片，缩短了干燥时长，提高了干燥罗非鱼片的品质。

热风处理是通过气体作为加热体，与食品材料直接接触发生作用的技术。热风处理技术具有很高的气流速率，能使食品临界湿含量降低，适用于处理散粒状物料，适合连续干燥大量食品，其工艺生产能力大，操作方便。王雅娇等研究热风干燥南美白对虾，得出最佳的热风条件和此条件下的干燥模型，能够降低能量，保证食品品质。

为优化预处理技术，通常以微波和超声波等机械力处理肉品等食品材料来改变食品内部的结构特性，以提高冻干速率。通过机械力的作用，再添加辅助添加剂进行渗透处理，能更好地提高干燥物料的品质。刘新玲等在用食盐渗透、超声波辅助预处理冻干猪肉时得出，超声预处理能够很好地改善猪肉的腌制效果。

除了肉品处理，还有些组合预处理方法对其他食品的预处理具有指导意义，例如，Dermesonlouoglou等在研究PEF对猕猴桃渗透脱水(0D)的传质和品质的影响时得出，在作用过程中有水分产生时，经PEF和OD组合预处理加工的猕猴桃品质(可接受的颜色变化、硬度增加和VC含量升高程度)良好。