冷冻大黄鱼通电加热解冻工艺参数研究

欧阳杰， 倪　锦， 沈　建， 张军文， 谈佳玉

(农业部渔业装备与工程技术重点开放实验室，中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，国家水产品加工装备研发分中心(上海)，上海 200092)



冷冻大黄鱼通电加热解冻工艺参数研究

欧阳杰， 倪锦， 沈建， 张军文， 谈佳玉

(农业部渔业装备与工程技术重点开放实验室，中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，国家水产品加工装备研发分中心(上海)，上海 200092)

摘要：为探索冷冻大黄鱼通电加热解冻的可行性，采用直接通电和浸泡通电两种方法对大黄鱼进行解冻，分别以空气解冻和流水解冻作为对照组，实时测定大黄鱼各部位的温度，综合解冻时间和均匀性作为解冻效果的评价指标。结果显示，直接通电加热可以有效缩短解冻时间，但解冻均匀性差，鱼体最高温差达30.2 ℃，不适合大黄鱼的解冻；与对照组相比，浸泡通电解冻速度提升近1倍，且均匀性较好，适合大黄鱼的解冻。为了掌握浸泡通电解冻工艺参数，研究了电源形式、电压、导电液浓度对解冻效果的影响。研究表明，电源形式(直流或交流)对解冻无显著影响，220 V最适合大黄鱼的解冻，导电液浓度为1%时解冻效果最好；重量为500 g左右的冷冻大黄鱼通电加热解冻工艺为：1% NaCl浸泡，220 V交流电通电18 min，解冻终温为5.2 ℃。

关键词：大黄鱼；通电加热；解冻；时间；均匀性

中国是水产品加工大国，特别是冷冻加工，占世界加工总量的一半以上[1]。解冻是影响冷冻水产品品质的重要因素，一般在加工前或在最终消费环节进行，消费者通常只关心解冻速度，对于水产品冷冻工艺方法及解冻过程造成品质的变化往往容易被忽视[2-7]。目前，水产品解冻常用的方法有自然解冻、水解冻、微波解冻等。但在解冻过程中，存在解冻速度慢、表面易酸化变色、营养损失严重等缺点，还容易发生微生物污染，严重影响解冻后的水产品品质[8-15]。创新和改进解冻技术、提升解冻品质，已经成为冷冻水产品加工一个重要的发展方向。

通电加热是食品工程中的一门新兴技术，利用冷冻食品本身即是导体的特性，电流通过冷冻食品内部， 自身产生热量，从而达到解冻。该技术具有加热均匀、能量利用度高、解冻速度快、没有物料厚度限制等优点[16-18]。目前在美国、英国和日本等国，通电加热技术正处于推广应用，以及新型设备开发研究阶段，主要应用在流体食品的热加工、淀粉糊化以及解冻[19-21]。该技术在中国还处于理论分析和实验室研究的起步阶段，实际应用较少。关于通电加热解冻，国内外有学者做过猪肉、牛肉等的解冻，主要集中在通电加热装置的建立以及在肉类解冻中的应用[22-25]，但在水产品解冻方面的研究比较少，关于水产品通电加热解冻工艺参数的研究尚未见报道。

本研究以中国主要海产经济鱼类大黄鱼(Pseudosciaenacrocea)为研究对象[26-27]，研究通电加热方式、通电电源、导电液浓度等对解冻的影响，旨在探索水产品通电加热解冻的可行性，并进一步掌握相关的技术参数，为通电加热解冻装备的研发提供理论基础和技术支撑。

1材料与方法

1.1材料与设备

冰鲜大黄鱼购自某水产中心，大小均匀，每条重量(500±50)g，真空包装后放入(-20±2) ℃的冰箱中贮藏备用。试验设备：通电加热装置(自制)，温度记录仪(CHT8000-B，深圳和普泰克电子有限公司)，绝缘温度探头(TMDT2-32，SKF)，均质机鼓风干燥箱(DHG-9140A，上海精宏实验设备有限公司)，冰箱(DW-HL388，美菱)，分析天平(XS105DU，梅特勒-托利多)，水分测试仪(MA150，赛多利斯)

1.2试验方法

1.2.1通电加热解冻方法

直接通电解冻(图1)：将大黄鱼去掉包装放在绝缘板上，头尾两端用金属夹夹紧，通过电线连接电源，电路中串联一个可调电阻，防止出现短路，连接电压表和电流表测定鱼体电压和电流，220 V交流电通电解冻。当中心温度上升到5 ℃时，视作完全解冻，以恒温15 ℃自然解冻作为对照组。

图1　直接通电加热解冻示意图Fig.1　Diagram of direct ohmic heating thawing

浸泡通电解冻(图2)：将大黄鱼去掉包装，放置在解冻槽中心的解冻台上，解冻台材质为塑料绝缘筛网，确保导电液能充分与鱼体接触，解冻槽中装有导电液，完全淹没水产品，导电液温度为15 ℃，220 V交流电通电解冻；当中心温度上升到5 ℃时，视作完全解冻。以流水解冻作为对照组，水温15 ℃，流速10 L/min。

图2　浸泡通电加热解冻示意图Fig.2　Diagram of immersed ohmic heating thawing

1.2.2温度测定

中心温度：在大黄鱼的几何中心部位插入绝缘温度探头，实时采集温度数据作为中心温度。

温度分布测定：沿大黄鱼侧线均匀插入5个绝缘温度探头(TMDT2-32，测量精度0.1 ℃)，侧线与鱼体上下边缘中间部位各均匀分布3个探头，鱼体表面和导电液中各连接3个接触式探头，探头连接多路温度记录仪，实时测定解冻过程中大黄鱼各部位的温度。

1.2.3水分含量

称取大黄鱼背部肌肉5.0 g左右，放入托盘，采用MA150全自动水分测定仪进行测定。

1.3数理分析

所有实验均设置3次重复，采用Microsoft Excel 2010进行数据分析，采用SPSS 19.0 统计软件进行差异显著性分析。

2结果与分析

2.1通电加热方式对大黄鱼解冻的影响

解冻时间是评价解冻效率的重要指标。由图3可以看出，直接通电加热解冻所需时间为52 min，对照组空气解冻时间为85 min，浸泡式通电加热解冻所需时间为18 min，对照组流水解冻时间为32 min，说明无论是直接接触式还是浸泡式，通电均可以显著缩短解冻时间。这可能是因为大黄鱼和一般冷冻食品一样，并不是所有的水都形成了冰，仍有5%～10%的水以液体的形式存在，具有导电性，电流流经鱼体时直接把电能转化成热能，从而加快解冻速度[28]。有研究报道[29]，相比传统的解冻方法，用通电加热方法进行解冻可节约40%～50%的时间，因为传统加热方式要通过加热介质对物料进行加热, 所以在加热的过程中有大量热量损失。

图3　通电加热方式对大黄鱼解冻的影响Fig.3　Effect of ohmic heating method onPseudosciaena crocea thawing

均匀性是评价解冻效果的另一个重要指标，通过温差来反映，最高温差是指解冻过程中鱼体局部温度和中心温度差的最大值。由图3可以看出，直接通电解冻的大黄鱼温差最大，达到30.2 ℃，解冻初期尤为明显，特别是与电极直接接触的部位周围，鱼肉熟化较明显，表明直接通电加热解冻不均匀，不适合大黄鱼的解冻。这是因为直接接触通电很难保证鱼体和电极的良好接触，会出现电流集中现象，引起电流集中处的局部过热[29]；另外一个原因可能是大黄鱼鱼体呈纺锤形，边缘薄，中间厚，边缘部分的冰晶融化快，通过的电流大，造成局部温升大。浸泡通电解冻最高温差为11.8 ℃，和对照组流水解冻相比无明显升高，说明浸泡通电解冻过程中的温升不明显，解冻均匀度较好，适合大黄鱼的解冻。

2.2通电电源对大黄鱼解冻的影响

分别采用36 V、110 V、220 V、250 V的直流电和交流电进行解冻，由图4可看出，无论是哪种电压，采用直流电和交流电的解冻时间无显著差异(P>0.05)，通电加热的原理是电流流经物料时通过自身的电导特性直接把电能转化成热能，按照电能的计算公式P=UI(P表示电能，U表示电压，I表示电流)分析，解冻速度与电压大小和通过的电流呈正相关，与电源形式无明显相关性。

图4　通电电源对大黄鱼通电加热解冻时间的影响Fig.4　Effect of power source on thawing time forPseudosciaena crocea

在通电电压分别为36 V、110 V、220 V、250 V的条件下，大黄鱼完全解冻的时间分别为30 min、25 min、18 min、16 min，对照组浸泡解冻大黄鱼完全解冻时间为32 min，通电电压越高，解冻的时间越短，说明通电可以促进大黄鱼的解冻。36 V为公认的人体安全电压界限[30]，采用36 V通电解冻的时间比对照组缩短2 min，说明安全电压对大黄鱼的解冻速度无明显提升；电压上升到220 V，解冻时间显著减少，解冻速度提升接近1倍，220 V和250 V的时间无显著差异(P>0.05)，考虑到安全性，没有继续采用高于250 V的电压进行试验。

对比各电压对温差的影响后发现(图5)，随着电压的升高，解冻过程中的温差变大。电压为220 V和250 V解冻过程中，测定到的鱼体最高温度分别为16.8 ℃和17.2 ℃，按照鱼肉短期放置温度不宜超过20 ℃的原则[31]，4种电压浸泡解冻的大黄鱼温度均在可接受范围内，对比电源形式发现采用直流电和交流电的温差无显著差异(P>0.05)。综合解冻时间和温升实验结果，同时考虑到电压越高，能耗越大，安全隐患也越大，而且，日常生活中多使用交流电，其设备比较简单等因素，确定最适宜的浸泡通电加热解冻电源为220 V交流电。

图5　通电电源对大黄鱼解冻均匀性的影响Fig.5　Effect of power source on the uniformity ofPseudosciaena crocea thawing

2.3导电液浓度对大黄鱼解冻的影响

分别采用0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的氯化钠(NaCl)溶液作为导电液进行解冻试验，测定解冻时间、电解液温升、肌肉水分含量等指标。由图6可知，大黄鱼解冻时间随着NaCl浓度的升高而缩短，这可能是因为导电液导电能力的直接决定因素是自由移动离子的浓度和离子所带电荷，NaCl浓度越高，自由移动的Na+和Cl-的浓度越高，导电能力越强，解冻速度就越快。通电解冻的电能除部分用于物料的解冻外，一部分使导电液温度升高，温升大小反映了电能的利用率，温升越小，电能的利用率就越高。温升测定结果显示，导电液浓度越高，温升越小。

图6　导电液浓度对大黄鱼解冻的影响Fig.6　Effect of electrolyte concentration onPseudosciaena crocea thawing

肌肉水分含量是衡量解冻水产品品质的一个重要指标，可以反应出解冻过程中的水分损失率。由图6可看出，导电液浓度越高，肌肉的水分含量越低，0.5%和1%的导电液浓度无显著差异(P>0.05)，浓度大于1.5%则含水率明显下降(P<0.05)。造成这种现象的原因可能是浓度太高会造成细胞失水，通常情况下，人的细胞液浓度为0.9%，淡水鱼的细胞液浓度为0.5%左右，海水鱼由于生活在海水环境中，细胞液浓度要高于淡水鱼[32]，由试验结果推断，大黄鱼的细胞液浓度可能接近1%, 浓度1%时细胞内外浓度较均衡， 因而水分损失少。综合评价解冻时间、导电液温升和肌肉水分含量，认为浓度为1.0%的NaCl溶液是最适宜大黄鱼浸泡通电解冻的导电液。

3结论

研究结果表明，直接通电加热可以缩短解冻时间，解冻均匀性差，鱼体最高温差达30.2 ℃，不适合大黄鱼的解冻；浸泡通电解冻速度提升近1倍，最高温差为11.8 ℃，均匀性较好。浸泡通电加热解冻过程中，直流电和交流电对解冻无显著差异，220 V为最适合的解冻电压；浓度为1%的导电液解冻效果最好。确定重量为500 g左右的冷冻大黄鱼通电解冻工艺为：1%NaCl浸泡，220 V交流电通电18 min。本研究主要围绕大黄鱼通电解冻的效率及均匀性开展，未涉及解冻过程中大黄鱼的品质变化研究，这将在后续研究中进行完善。

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Study on process parameters of ohmic heating thawing for frozen pseudosciaena crocea

OUYANG Jie, NI Jin, SHEN Jian, ZHANG Junwen, TAN Jiayu

(KeyLaboratoryofFisheryEquipmentandEngineering,MinistryofAgriculture,FisheryMachineryandInstrumentResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,NationalR&DBranchCenterForAquaticProductProcessingEquipment(Shanghai),Shanghai200092,China)

Abstract：In order to explore the feasibility of ohmic heating thawing for frozen Pseudosciaena crocea, direct and immerse ohmic heating methods were used for thawing, respectively taking air thawing and running water thawing as control groups, the real-time temperature of each part ofPseudosciaenacroceawas tested, and the thawing time and uniformity were used as evaluation index. The results show that direct ohmic heating can shorten thawing time effectively, but thawing is uneven and the biggest temperature difference is 30.2 ℃, which is not suitable for thawing frozenPseudosciaenacrocea; immersed ohmic heating is more suitable for the thawing, with the thawing speed almost one time faster compared to the control group and with a better thawing uniformity. In order to master the process parameters of immersed ohmic heating, effects of different power modes, voltages and electrolyte concentrations on thawing were researched. The results show that power mode (direct current or alternating current) has no significant influence on thawing, 220 V is the most suitable voltage forPseudosciaenacroceathawing, and electrolyte concentration at 1% has a best thawing effect. After comprehensive analysis, it is confirmed that the ohmic heating thawing process for frozenPseudosciaenacrocea(weight about 500 g) is to immerse it in 1% NaCl, use 220 V alternating current electricity for 18 minutes, and the terminal temperature is 5.2 ℃.

Key words：Pseudosciaenacrocea; ohmic heating; thawing; time; uniformity

DOI：10.3969/j.issn.1007-9580.2016.03.011

收稿日期：2016-03-01修回日期：2016-05-14

基金项目：中国水产科学研究院基本科研业务费专项(2014A10XK04)

作者简介：欧阳杰(1983—)，男，助理研究员，硕士，研究方向：水产品加工技术。E-mail：ouyangjie@fmiri.ac.cn 通信作者：沈建(1971—)，男，研究员，研究方向：水产品加工装备与技术。E-mail：shenjian@fmiri.ac.cn

中图分类号：TS254.4

文献标志码：A

文章编号：1007-9580(2016)03-055-05