任婷婷1，关志强2,*，李 敏2

（1.广东海洋大学食品科技学院，广东 湛江　524088；2.广东海洋大学机械与动力工程学院，广东 湛江　524088）

摘 要：真空冷冻干燥技术能较好地改善干燥肉制品的品质和风味，但是由于真空冷冻干燥技术是一种较为昂贵的加工方法，能耗大、处理时间长等特点使其在肉制品中的应用规模受到限制，而真空冷冻干燥前适宜的预处理能够改善真空冷冻干燥食品的品质，减少能耗，进而拓宽其使用范围。本文综合分析了渗透脱水、超声波、微波、烫漂和其他预处理方法在肉制品冷冻干燥中的应用现状、作用原理和研究进展，为肉品材料冻干预处理方法的选择提供参考。

关键词：真空冷冻干燥技术；预处理；肉制品；品质

真空冷冻干燥（简称“冻干”）技术是在三相点压力以下加热，使冰直接升华而去除水分的干燥技术，适用于热敏和易氧化食物材料的干燥处理，是公认的能较好保持干燥物料色、香、味、形的干燥方式[1]。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[2]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48 h；Ma Ji等[3]对新鲜草鱼进行冷冻干燥，冻干过程的最高时长为36 h；Elavarasan等[4]对淡水鲤鱼肉的水解产物进行冷冻干燥，其干燥过程时长为24 h。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[5]、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。

国内外研究人员在对冻干肉制品的不同预处理工艺研究方面做了大量工作。目前，冻干预处理方法在冻干过程中的应用研究主要包括渗透脱水、超声波、微波及烫漂等预处理方法[6]，成为近几年来冻干食品预处理的研究焦点，在医药、食品及相关科研领域有所应用[7-8]。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[9]。根据渗入液的浓度差，渗透可以分为2 种情况：高渗溶液渗透到细胞组织和细胞组织的水渗透到外部环境，整个过程伴有食品中可溶性物质（有机酸、矿物质、还原性糖和部分色素等）的少量流出。低温无相变的渗透脱水可以除去食品材料中的部分水，进而能够减少能耗，且能够减少食品品质的损坏。

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。Yalçin等[10]研究食盐预处理的冻干火鸡肉，结果表明，火鸡肉的硬度无明显变化，含水率降低至40%，冻干时间由27 h缩短至7 h；易翠平等[11]研究冻干鳡鱼时得出，采用4%的食盐水进行预处理得到的冻干鱼片的营养成分与新鲜鳡鱼相近，且菌落总数最低。食盐还对其他食品的品质具有改善作用，Vegagálvez等[12]的研究发现，20%的NaCl和1.0%的CaCl2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、甲胺和氨基酸类等。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[13]。林雯雯等[14]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。Herrera等[15]在蛇毒研制血清实验中发现，5%蔗糖渗透液显示出最好的稳定性。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。Savini等[16]在冻干处理乳酸杆菌时发现，用多元醇类做冻干保护剂保存细胞时，对菌株活性保持的成效显著，其中甘油的作用较为明显。Jennings[17]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[18]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）；Shu Guowei等[19]得出了山羊乳酸乳杆菌的最佳冻干保护剂配方（13.00%海藻糖、0.33% Na2HPO4、7.50%乳糖和21.00%脱脂乳粉），能够增强对细胞膜和蛋白质的保护作用，对冻干产品的质量有很大贡献。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[20]。

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[21-23]，进而缩短有效时长。谷小慧[24]、Fernandes[25-26]等利用超声波分别对猪肉、香蕉和菠萝进行预处理，结果表明，物料的水分迁移速率增加，干燥时长分别缩短30.88%、11.00%和8.00%。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。Zhang Lei等[27]利用超声波物理处理技术萃取油，结果表明，提取率、氧化性能与空化效应密切相关。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。Zhang等[28]在对超声波处理猪背最长肌肉进行研究时发现，超声处理可以提高肌肉的冷冻速率，改善其质量，相应缩短处理时间，是一种降低能耗的有效预处理方法；李斌等[29]研究超声波预处理鲢鱼糜的凝胶特性时发现，超声处理可以明显提高复水比率和凝胶强度，超声波预处理后的鲢鱼糜凝胶更加均匀细腻。以上研究结果表明，超声波预处理的应用可以增加肉制品中水的迁移率，改变物料的结构特性，改善干肉制品的硬度、色泽和营养结构等，同时能够缩短干燥时长、降低耗能和加工成本，成功缓解食品品质与能耗间的瓶颈问题。

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。章斌等[30]发现超声波预处理对香蕉的冻干影响显著，且影响因素顺序为超声时间＞超声功率＞超声频率；超声波预处理缩短了香蕉片的冻干时长，增加了冻干后的复水率；超声频率决定声压和声强，其与声压和声强呈正相关，但相关性不明显，超声频率对冻干时间缩短、复水率提高等的效果不明显，因此超声频率对肉品冻干效果的影响有待考察。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。Li Min等[31]研究超声波脱水对罗非鱼冻干的影响时发现，500 W的超声波脱水能够显著改善冻干罗非鱼鱼片的咀嚼性和味道；李敏等[32]研究不同功率的超声波预处理对罗非鱼片冻干性能的影响时发现，450 W超声波预处理的罗非鱼品质较优。超声波的机械作用能量不仅能改变肉制品预冻时的传递速率，而且能够降低能量消耗，产生的理化性质变化和微观结构变化不仅有利于物料致密性的提高，而且使物料中的水分更易除去，稳定肉品的色泽、硬度等品质，因此，针对冻干物料本身的性质优化超声波预处理工艺也很重要。

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方法之一。

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[33]。Zhang等[34]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；吴港城等[35]研究海参时的结果表明，结合了微波的真空干燥技术与冻干技术相比为海参提供了更好的硬度和活性成分，干燥能耗降低约50%。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。Duan等[36]研究干燥海参时发现，与传统冻干技术相比，结合了微波的干燥技术得到了品质相似的优良产品，时长却减少了一半。微波冻干从内部干燥的特点克服了常规干燥技术形成硬表面，从而阻碍水分排出的缺点。另外，研究人员还在微波冻干技术的研究中建立了传质传热的数学模型。Jiang Ning等[37]针对微波加热对冻干阶段的研究建立了微波加热二次冷冻干燥的数学模型，并且将模拟的干燥曲线与实验结果进行比较，得到相当好的一致性。综上所述，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[38]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[39]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，主要包括两部分：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[40]。

微波预处理技术对冻干来说是一种新型、高效的方法，微波预处理技术有很多特点，如处理时微波与食物材料直接接触而使其均匀受热、加热腔的密闭空腔反射微波，避免泄漏，从而能够全部被食物材料吸收、避免一些大型器壁及设备的输送、从内而外的干燥方式以及不需要对空气加热等，均大大降低了能量消耗，为微波预处理改善食品的冻干品质提供了保障，为微波冻干新技术的研究提供了有力支撑。

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[41]。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[42]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；Amib等[43]的研究表明，在60 ℃的隔板温、室温蒸馏水条件下可以得到质地较好的牛肉干产品。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。烫漂技术主要应用于蔬菜和水果，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[44]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[45]。

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。刘达等[46]研究预处理对红虾的干燥特性和品质特性的影响，结果表明，烫漂时间为1.43 min时虾干样品的综合品质最优；康三江等[47]研究得到速冻苹果丁时能够保持酶活性的最优条件为热烫时长4.5 min、温度92 ℃、料液比1∶11（m/V），与未烫漂的速冻苹果丁相比能量消耗少，可溶性固形物和VC损失率低，说明合适的烫漂预处理可以较好地保持食品品质。上述研究均对冻干肉制品的烫漂预处理技术具有较好的指导作用。

目前烫漂技术已运用到肉制品的处理中，烫漂预处理技术本身的特点包括对食物材料进行杀菌消毒、除去污染物和黏性物质、缩小物料体积、使组织结构变软和富有弹性，这些特点均能缩短肉制品的冻干时长、降低能耗。国内外研究人员已成熟运用烫漂预处理技术，在提高果蔬的冻干品质、降低能量消耗和缩短冷冻干燥时间等方面已有大量验证，但对肉制品的研究还需进一步加强。总之，针对烫漂预处理技术的研究为冻干技术提供了良好的参考价值。

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（pulsed electric fields，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[48]。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。Faridnia等[49]研究脉冲电场对牛半腱肌肉质量的影响，结果表明，PEF改变了细胞组织结构的完整性和连续性；Jia等[50]对冷冻兔肉进行研究，结果表明，PEF处理有利于减少兔肉样品的肌原纤维蛋白变性，缩短解冻时长约60%。

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[51]。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。McDonald等[52]研究牛肉的真空冷却过程，与其他冷却方式进行比较发现，真空冷却的牛肉嫩度较优，颜色为粉色；Zhang等[53]研究真空冷却预处理熟牛肉时获得了高的冷却效率，提高了VC的保留率，结果表明，真空冷却处理有利于产品的保鲜，保护产品内的化学物质不被破坏，从而降低冻干的生产成本。

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[54]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[55]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；Bando等[56]采用回热技术结合冷冻干燥，通过使用所提出的创新方法可以节省超过80%的干燥所需能量。上述研究结果表明，热风预处理技术能很好地改善食物材料的质构、色泽等品质，得到的冻干物料复水性强，能够节省大量能量。

我国对冻干预处理技术的研究已比较成熟，根据肉制品材料本身的性质，采用的预处理技术和方法也各不相同。为了得到更好的冻干制品品质，在遵循优势互补原则的前提下对预处理方法进行优化，从而达到缩短冻干时长、加快冻干速率和减小能耗的目的，进一步实现生产加工工艺与利用的高值化。

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。Patrick等[57]用海藻糖浸渍和微波干燥法进行研究，得到的家猫精子结构和功能完好无损。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[58]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；Drummond等[59]通过对牛肉进行浸入式真空冷却，克服了真空冷却样品时的不利影响，如汁液流失等，提高了产品质量；王海鸥等[60]对牛蒡进行冷冻干燥，结果表明，超声波热烫可以最大程度地保持牛蒡的质量，复水率比未烫漂组高12.42%。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[61]在研究PEF对猕猴桃渗透脱水（osmotic dehydration，OD）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。

总之，组合预处理方法是解决冷冻干燥技术瓶颈问题的一个重要方向，也是未来研究和技术开发的关注点，在推进冻干技术在肉制品干燥加工的应用中起着不可或缺的作用。

作为所有干燥方式中能获得较好干燥品质的技术，冻干技术可以获得高质量的干燥肉制品，满足人们的需求；同时，较大的能耗又抑制了它的大力推广及应用。结合其他领域的技术进步，采用合适的预处理方法可以较好地解决冻干技术推广及应用中的能耗问题。通过有效的预处理技术还可以进一步改善冻干肉制品的色泽、外观和质构等品质，改善其营养结构，有望很大程度地拓宽肉制品冻干技术的应用市场。

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Recent Advances in Understanding the Effect of Pretreatment Methods on the Quality of Freeze-Dried Meat Products

REN Tingting1, GUAN Zhiqiang2,*, LI Min2(1.College of Food Science and Technology, Guangdong Ocean University, Zhanjiang　524088, China;2.College of Mechanical and Power Engineering, Guangdong Ocean University, Zhanjiang　524088, China)

Abstract:While vacuum freeze-drying can significantly improve the quality and flavor of dried materials, its application in meat processing is limited by its high cost, high energy consumption and time-consuming process. Appropriate pretreatment before vacuum freeze-drying can improve the quality of dried food products while reducing energy consumption, thereby broadening its application. In this paper, we review the current status of the application of osmotic dehydration, ultrasonic,microwave, blanching and other pretreatments in the vacuum freeze-drying of meat products as well as the working principle of these pretreatments, with the aim of providing useful information for the selection of the appropriate pretreatment for the freeze-drying of meat materials.

Keywords:vacuum freeze-drying; pretreatment; meat products; quality

DOI:10.7506/rlyj1001-8123-201805010

收稿日期：2018-02-17

基金项目：广东省科技计划项目（2014A020208115）；广东省自然科学基金项目（2015A030313613）

第一作者简介：任婷婷（1992—），女，硕士研究生，研究方向为水产品高值化加工与利用。E-mail：[email protected]

*通信作者简介：关志强（1956—），男，教授，硕士，研究方向为食品冷冻冷藏工程。E-mail：[email protected]

中图分类号：TS205.1

文献标志码：A

文章编号：1001-8123（2018）05-0057-07

引文格式：任婷婷, 关志强, 李敏. 预处理对冷冻干燥肉制品品质影响的研究进展[J]. 肉类研究, 2018, 32(5): 57-63.

DOI:10.7506/rlyj1001-8123-201805010.　 http://www.rlyj.pub

REN Tingting, GUAN Zhiqiang, LI Min. Recent advances in understanding the effect of pretreatment methods on the quality of freeze-dried meat products[J]. Meat Research, 2018, 32(5): 57-63. DOI:10.7506/rlyj1001-8123-201805010.　 http://www.rlyj.pub