磁场对蓝莓冷冻参数的影响

2022-01-21

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背景介绍





蓝莓是一种浆果类水果,富含花青素、有机锰和维生素K,极具营养保健及药用价值,但货架期较短。冷冻技术是食品保鲜中常用的技术,可以抑制食品中酶的活性和细菌的滋生。与热加工相比,冷冻对食品色泽、风味和营养价值的影响较小,但冰晶会对细胞组织造成机械损伤,并引起细胞内外渗透压的变化。传统的冷冻方法无法避免冰晶的破坏,因此采用新的方法减小冰晶尺寸尤为关键,作为一种新型的冷冻技术,磁场辅助冷冻备受关注。蓝莓主要由水组成,蓝莓冷冻的本质是将水转化成冰,水分子具有抗磁性,磁场作用下水分子特性发生改变。

中科院低温工程学重点实验室田长青团队采用磁场辅助冷冻蓝莓,并从宏观及微观角度评价蓝莓冷冻过程中冰晶的冻结情况。研究发现,对照组细胞微观形态中有明显的冰晶轮廓,冰晶大小不均匀,一些大冰晶刺穿细胞壁,细胞的组织结构遭到破坏。磁场环境下,冰晶表现为更小的颗粒状,冰晶的均匀分布大大减少细胞机械损伤,获得比常规冷冻法更完整的细胞结构。且与对照相比,10 mT磁场环境下,冰晶面积减少33.6%。


与对照相比,在外部磁场作用下,蓝 莓中的水分子会产生相反的磁偶极矩,以响应外部磁场,从而降低影响水分子的结合,水分子难以形成冰晶,蓝莓冷冻样品的成核温度、冻结温度和相变时间等冻结参数显著降低。成核温度与冻结温度的差值为过冷度,过冷度随磁场强度的增加而增加,10 mT磁场环境下,过冷度为7.57 ℃,而对照组仅为3.16 ℃,过冷度越高,得到的冰晶越小。与对照相比,10 mT磁场环境下蓝莓冻结过程中,潜热被迅速释放和转移,通过-1 ℃~-5 ℃最大冰晶形成区所需时间缩短46.5%,-5 ℃~-15 ℃所需相变时间减少15.1%,缩短相变时间具有节能潜力,有利于食品工业的发展。




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研究结论





从宏观和微观两个方面可以发现,磁场处理对蓝莓样品的冻结具有显著影响。与对照相比,10 mT磁场环境下冻结样品的冰晶更小、更均匀,冰晶面积减少33.6%,成核温度降低5.59 ℃,过冷度提高139.6%,且磁场环境下相变时间显著下降。磁场辅助冷冻对水分含量高的果蔬食品的冷冻冷藏具有极大的应用潜力,有利于推动食品工业的进一步发展。




参考文献:

https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.12.022


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