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传统解冻易致肉品品质下降,本研究针对 - 18℃冻存牛羊肉胫,开发静磁场(SMF)辅助高湿低温解冻(HHLT)技术,用 BPNN-GA 优化参数。结果显示该技术显著提效降损,保留水分分布,稳定品质,为高效解冻提供方案。
在食品加工领域,冷冻肉类的解冻过程一直是影响产品品质与生产效率的关键环节。传统的室温解冻(RT)和低温解冻(LT)方式存在明显缺陷:室温解冻容易引发蛋白质降解、脂肪氧化和质地劣变等问题,而低温解冻则面临解冻时间过长的困境,且在接近 0℃时可能导致冰晶重结晶,破坏肌肉组织结构和蛋白质水合作用。这些问题不仅造成肉类品质下降,还会带来经济损失,因此开发高效且能保持品质的解冻技术成为学术界和工业界的迫切需求。
为解决上述难题,国内研究机构的研究人员开展了静磁场(Static Magnetic Field, SMF)辅助高湿低温解冻(High-Humidity Low-Temperature Thawing, HHLT)技术的相关研究,该研究成果发表在《Innovative Food Science》。研究旨在优化 SMF 与 HHLT 复合解冻工艺参数,提升牛羊肉解冻后的品质与效率。
研究人员主要采用了以下关键技术方法:首先将新鲜牛羊肉胫处理成均匀块状,冻存于 - 18℃环境;随后运用反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network, BPNN)结合遗传算法(Genetic Algorithm, GA)构建模型,对解冻温度、相对湿度、SMF 强度等参数进行优化;并通过低场核磁共振(Low Field Nuclear Magnetic Resonance, LF-NMR)和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)等技术分析水分分布与状态,同时检测解冻损失(Thawing Loss, TL)、持水能力(Water Holding Capacity, WHC)、pH、TVB-N(挥发性盐基氮)等品质指标。
验证与优化结果
通过中心复合设计(Central Composite Design, CCD)拟合数据,建立牛羊肉解冻损失的回归方程,模型决定系数 R2 分别为 0.9592(牛肉)和 0.9403(羊肉),方差分析表明模型高度显著(p<0.01)。经 GA 优化后,牛肉的最佳参数为 8℃、83% RH、4mT,羊肉为 12℃、87% RH、8mT。
解冻效率与品质对比
与传统 HHLT 相比,优化后的 SMF-HHLT 使牛肉解冻效率提升约 46.6%,羊肉提升 32.5%。解冻损失显著降低,牛肉为 1.33%,羊肉为 1.28%,优于室温、低温等传统解冻方式。
水分分布与状态分析
LF-NMR 和 MRI 结果显示,SMF-HHLT 有效保留了结合水,抑制水分流失,使水分分布与状态接近新鲜肉,说明该技术能减少肌肉组织损伤,维持良好的持水能力。
品质指标评估
SMF-HHLT 显著改善解冻后品质,减少质地和色泽劣变,稳定 pH 和 TVB-N 水平,增强脂质稳定性,表明其在抑制蛋白质氧化、维持肉品新鲜度方面效果显著。
结论与意义
本研究成功构建了具有 3-10-1 拓扑结构的 BPNN 模型,准确预测不同参数下的解冻效果,证明 BPNN-GA 模型在多变量优化中的有效性。SMF 与 HHLT 的协同作用显著提升了解冻效率,降低解冻损失,维持了肉品的水分分布、质地、色泽和营养品质。该技术为肉类加工行业提供了一种智能化、高效化的解冻解决方案,有助于减少食品浪费,提升产品市场竞争力,对推动肉类加工技术的创新与发展具有重要的理论和实践意义。