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超声波辅助冷冻技术及其在食品中的应用

食品研究与开发 2020年第1期41卷 190-195页

作者：邱爽李学鹏王金厢仪淑敏励建荣李婷婷牟伟丽黄建联丁浩宸渤海大学食品科学与工程学院辽宁锦州121013 大连民族大学生命科学学院辽宁大连116600 蓬莱京鲁渔业有限公司山东烟台265600 辽宁安井食品有限公司辽宁鞍山361003

冷冻是实现食品长期贮藏保鲜的主要手段,冷冻过程中水分的成核与结晶决定着食品冷冻效率和冷冻食品的质量。超声波辅助冷冻作为一种新型的冷冻技术,能在食品冷冻过程中有效地诱导成核并控制结晶过程,提高冷冻食品质量,引起研究者的广泛... 详细信息

冷冻是实现食品长期贮藏保鲜的主要手段,冷冻过程中水分的成核与结晶决定着食品冷冻效率和冷冻食品的质量。超声波辅助冷冻作为一种新型的冷冻技术,能在食品冷冻过程中有效地诱导成核并控制结晶过程,提高冷冻食品质量,引起研究者的广泛关注。该文介绍超声波辅助冷冻机制、冷冻效果的影响因素,总结超声波辅助冷冻技术在水产品、果蔬、肉类等食品冷冻加工中的应用研究进展,为超声波辅助冷冻技术在食品领域的深入研究和推广应用提供参考和借鉴。

关键词：超声波辅助冷冻成核结晶影响因素研究进展

超声波辅助冷冻对美国红鱼贮藏品质及蛋白质氧化变性的影响

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超声波辅助冷冻对美国红鱼贮藏品质及蛋白质氧化变性的影响

作者：邱爽渤海大学

学位级别：硕士

冻藏是维持水产品品质常用的方法之一,冷冻方式是影响冻品品质的关键因素。传统的冷冻方法会形成不规则的胞外冰晶,使肌肉组织在冻藏过程中受到严重的机械损伤,同时发生蛋白质氧化变性,导致解冻后汁液损失严重、品质下降。因此,如何利... 详细信息

冻藏是维持水产品品质常用的方法之一,冷冻方式是影响冻品品质的关键因素。传统的冷冻方法会形成不规则的胞外冰晶,使肌肉组织在冻藏过程中受到严重的机械损伤,同时发生蛋白质氧化变性,导致解冻后汁液损失严重、品质下降。因此,如何利用新型的冷冻方式控制冰晶使其细小均匀地分布在冷冻食品内,从而提升冷冻水产品品质一直是水产品冷冻研究的热点。本文以美国红鱼为研究对象,以空气冷冻(air freezing,AF)及浸渍冷冻(immersion freezing,IF)为对照,研究了不同功率下的超声波辅助冷冻(ultrasound-assisted immersion freezing,UIF)对美国红鱼冷冻的适用参数及对其冻藏过程中肌肉品质、微观组织结构、冰晶形态和蛋白质氧化的影响,旨在了解UIF技术对美国红鱼贮藏品质的影响规律,为UIF技术在水产品加工领域的深入研究和推广应用提供参考和借鉴。主要结论如下:1.与IF相比,UIF可以提高样品的成核温度,使其提前成核,且样品的成核温度是关于超声波起始作用温度的线性函数,回归方程y=0.62x-2.02,R=0.9887。超声波在0°C、200 W和6 s/10 s条件下样品的成核温度与冻结速率分别比IF组高42.86%与28.88%。另外,超声波起始作用温度、超声波功率以及超声波间歇模式对美国红鱼的成核延迟时间、冻结时间及冻结速率均有显著影响(P超声功率下冷冻的样品具有更高的蛋白热稳定性。相反,UIF-250W促进了蛋白氧化作用,破坏了蛋白质的功能特性。4.综上,在适当的超声功率下(200 W)进行冷冻可以使样品快速通过最大冰晶生成带,提高样品的冻结速率,降低冰晶对其造成的不可逆的机械损伤,提升冻品质量。且样品在冻藏期间品质变化程度小,肌原纤维蛋白的氧化变性得到有效抑制。而较高的超声功率(250 W)虽然降低了鱼肉的水分流动性及解冻损失,提高了鱼肉的持水力,但能破坏肌原纤维的完整性,改变肌原纤维蛋白的构象,导致其稳定性降低,从而促进肌原纤维蛋白发生氧化。

关键词：超声波辅助冷冻冰晶成核冻藏品质蛋白质氧化

超声波辅助冷冻协同木薯淀粉对魔芋葡甘聚糖凝胶特性的影响及应用研究

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超声波辅助冷冻协同木薯淀粉对魔芋葡甘聚糖凝胶特性的影响及应用...

作者：徐聪郑州轻工业大学

学位级别：硕士

魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan,KGM）脱去乙酰基后可形成热不可逆凝胶。冷冻可以调控魔芋凝胶的凝胶特性,经冷冻处理后,凝胶强度提高并形成特殊的质构口感,但解冻时易发生脱水收缩现象,不仅降低出品率,还影响凝胶的品质,是制约魔芋... 详细信息

魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan,KGM）脱去乙酰基后可形成热不可逆凝胶。冷冻可以调控魔芋凝胶的凝胶特性,经冷冻处理后,凝胶强度提高并形成特殊的质构口感,但解冻时易发生脱水收缩现象,不仅降低出品率,还影响凝胶的品质,是制约魔芋凝胶产业发展的关键问题。本文通过优化冷冻方式:对比空气冷冻、浸渍冷冻和超声波辅助冷冻,添加不同木薯淀粉以及两者协同探讨其对冻融魔芋凝胶特性和结构的影响,并探讨其应用潜力,以期为魔芋凝胶的生产提供理论依据和技术支撑。研究结果如下:（1）研究了不同冷冻方式对KGM凝胶特性和结构的影响,结果发现,与空气冷冻和浸渍冷冻相比,超声波辅助冷冻可以加快KGM凝胶的降温速率,降低析水率和解冻温度,提高持水率、凝胶强度和凝胶共晶点,使KGM凝胶内部的水分分布更均匀,改善KGM凝胶冷冻时冰晶形貌,且对魔芋葡甘聚糖分子的脱乙酰化、分子结构和结晶度的影响微弱。当超声波功率为300 W时,凝胶的析水率最低为22.61%、凝胶强度最高为744.91 g,与空气冷冻相比,析水率降低了23.56%、凝胶强度提高了61.23%。（2）研究了不同木薯淀粉对冻融KGM凝胶特性和结构的影响,结果发现木薯淀粉（cassava starch,CS）、木薯醋酸酯淀粉（starch acetate,SA）、木薯乙酰化二淀粉己二酸酯淀粉（acetylated di-starch adipate,ADA）、木薯乙酰化二淀粉磷酸酯淀粉（acetylated di-starch phosphate starch,ADP）四种淀粉均可以改善冻融KGM凝胶的保水性、提高冻融KGM凝胶的热稳定性和抗脱水收缩能力,且对魔芋葡甘聚糖分子的脱乙酰化、分子结构和结晶形态影响微弱,其中添加ADP淀粉的KGM凝胶表现出最优的保水性和凝胶强度,最佳的热稳定性,最均一的微观结构,其析水率最低为8.71%,凝胶强度最高为361.44 g,与KGM凝胶相比,KGM/ADP凝胶的析水率降低了70.72%,但凝胶强度降低了21.27%。（3）研究了超声波辅助冷冻协同ADP淀粉对KGM凝胶特性的影响,结果发现,300 W功率的超声波辅助冷冻协同ADP淀粉制备的KGM凝胶的析水率最低为6.67%,凝胶强度最高为609.97 g,同时,凝胶内结合水比例提高,相比于单独的超声波辅助冷冻和添加ADP淀粉,两者协同可以更好的利用超声波辅助冷冻工艺提高凝胶强度,ADP淀粉降低析水率的特点,改善凝胶解冻时的脱水收缩现象,提高凝胶品质。（4）探究了超声波辅助冷冻协同ADP淀粉对KGM复合乳液凝胶的影响,结果发现,超声波辅助冷冻协同ADP淀粉同样可以改善KGM复合乳液凝胶的凝胶特性,且使用300 W的超声波辅助冷冻协同ADP淀粉制备的KGM复合乳液凝胶的色泽、白度和质构与动物脂肪最接近,蒸煮损失相比于动物脂肪更低,流变特性与动物脂肪最接近,在73°C附近储能模量与损失模量与动物脂肪重合,且复合乳液凝胶在升温时不会出现脂肪融化现象。

关键词：魔芋凝胶超声波辅助冷冻木薯淀粉凝胶特性

超声波辅助冷冻对海鲈鱼肌原纤维蛋白理化性质的影响

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食品与发酵科技 2022年第4期58卷 20-24页

作者：孙协军时广源魏雅静张正慧李秀霞渤海大学食品科学与工程学院辽宁锦州121013 阜新市产业技术研究院辽宁阜新123000

本文以-20℃冰箱冷冻为对照,采用-20℃(320 W)超声波辅助冷冻海鲈鱼,比较海鲈鱼肉肌原纤维蛋白溶解度、总巯基含量、粒径、最大变性温度和焓值等变化。结果表明,冷冻处理导致鱼肉肌原纤维蛋白溶解度和总巯基含量降低,粒径增加,超声波辅... 详细信息

本文以-20℃冰箱冷冻为对照,采用-20℃(320 W)超声波辅助冷冻海鲈鱼,比较海鲈鱼肉肌原纤维蛋白溶解度、总巯基含量、粒径、最大变性温度和焓值等变化。结果表明,冷冻处理导致鱼肉肌原纤维蛋白溶解度和总巯基含量降低,粒径增加,超声波辅助冷冻效果优于传统冰箱冷冻(P超声波辅助冷冻组鱼肉肌原纤维蛋白的最大变性温度Tmax和焓值ΔH显著低于冰箱冷冻组(P超声波辅助冷冻后的鱼肉热稳定性更好;且超声波辅助冷冻后的鱼肉肌原纤维蛋白的内源荧光强度变化更小。相比于冰箱冷冻处理,超声波辅助冷冻的鱼肉蛋白质理化性质和结构更接近于新鲜鱼肉。

关键词：海鲈鱼超声波辅助冷冻肌原纤维蛋白理化性质

超声波辅助冷冻和低温速冻对海鲈鱼冻藏品质的影响

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超声波辅助冷冻和低温速冻对海鲈鱼冻藏品质的影响

正交超声波场和多频超声波场对马铃薯块冷冻效率和品质的影响

中国食品科学技术学会第十八届年会

作者：陈笑俏刘宏影李秀霞渤海大学食品科学与工程学院

为了研究超声波辅助冷冻与常规鼓风低温速冻对冻藏鱼肉品质的影响,以海鲈鱼为研究对象,设定了-20℃和-40℃超声波辅助冷冻与相同温度下低温速冻4种冻结方式,分析了冻结后置于-18℃贮藏2,4,6,8,10,12周后海鲈鱼肉的解冻损失、蒸煮损失、... 详细信息

为了研究超声波辅助冷冻与常规鼓风低温速冻对冻藏鱼肉品质的影响,以海鲈鱼为研究对象,设定了-20℃和-40℃超声波辅助冷冻与相同温度下低温速冻4种冻结方式,分析了冻结后置于-18℃贮藏2,4,6,8,10,12周后海鲈鱼肉的解冻损失、蒸煮损失、质构特性、水分分布、组织结构变化及蛋白质结构变化。结果表明:-40℃超声辅助冷冻处理的海鲈鱼鱼片的解冻损失率和蒸煮损失率最低,硬度和弹性减小的幅度相对较小,不易流动水比例保持稳定,且-40℃超声辅助冷冻处理的海鲈鱼鱼片与其它3个处理组鱼片相比,肌纤维排列最紧密,无断裂,内源荧光强度下降速率最小,α-螺旋含量显著较高（P ＜0.05）,蛋白结构最稳定。相比于同温度的低温速冻,超声波辅助冷冻有效地保持了冻藏过程中海鲈鱼肉的品质,且-40℃超声波辅助冷冻效果好于-20℃超声波辅助冷冻。

关键词：超声波辅助冷冻低温速冻海鲈鱼品质蛋白质结构

来源： cnki会议评论

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正交超声波场和多频超声波场对马铃薯块冷冻效率和品质的影响

作者：张培智华南理工大学

学位级别：硕士

超声波辅助冷冻(Ultrasound-assisted freezing,UF)是一种新型的快速冷冻技术,近几年来引起了越来越多研究人员的关注,其在食品工业中也有较好的应用前景。在现有研究的基础上,本论文主要研究了正交叠加的超声波场和多频超声波对果蔬产... 详细信息

超声波辅助冷冻(Ultrasound-assisted freezing,UF)是一种新型的快速冷冻技术,近几年来引起了越来越多研究人员的关注,其在食品工业中也有较好的应用前景。在现有研究的基础上,本论文主要研究了正交叠加的超声波场和多频超声波对果蔬产品冷冻过程的影响,进一步提高果蔬产品的冷冻效率并改善其解冻后的产品品质,从而促进超声波在食品冷冻工业中的应用。本论文首先考察了超声波冷冻腔体中场强分布情况,以及不同超声波参数对空化效应的影响;然后,以新鲜马铃薯作为研究对象,考察了单频超声波不同作用参数和正交超声波场对马铃薯冷冻过程的影响;最后,研究了双频和三频超声波对马铃薯冷冻效率和品质的影响,同时对比了单频、双频和三频超声波处理的冷冻效果。从宏观(汁液流失率、硬度)以及微观(总钙含量、L-抗坏血酸含量、总酚含量、微观结构)两个角度对冻品品质进行分析,并结合冷冻速率对冷冻效果进行评估,得到以下几点结论:1、在不同水平测试面、功率和方向的超声波作用下,冷冻腔体内的超声波场强分布有显著差异,故需将物料放置在声强分布相对均匀区域和高度,以减少声强波动带来的实验误差。适合的条件:对于单频超声波,底面超声时物料放置高度为10 mm,侧面和正交超声时为80 mm,物料放置区域为冷冻腔体中接近中间的位置;对于双频和三频超声波,物料放置高度为80 mm,物料放置区域为中心位置。另外,空化效应的研究显示,当其他条件相同时,空化效应随着超声功率和频率数量的增加而不断增强。2、选用不同功率的超声波进行UF处理时,样品的冷冻速率随着超声功率的增加不断升高,然而样品的汁液流失率、硬度和总钙含量等理化指标是呈现先上升后下降的趋势,这表明不能仅从冷冻速率来考虑冷冻效果的好坏,更应该根据冻品品质来选择合适的超声参数。在单频超声波UF过程中,最优的处理条件:频率为20 kHz,功率为270W,在该条件下样品的冷冻速率最高且品质较好。3、对于单频超声波,选用相同的作用频率20kHz,正交方向的UF处理使样品冷冻效率提高了38.2%,汁液流失率减少36.0%,硬度值、总钙含量、L-抗坏血酸含量和总酚含量分别提高了31.7%,30.1%、20.7%和25.0%,在该条件下冷冻效率最高且冻品品质较好。对于双频超声波,选用相同的作用频率20+28kHz,正交方向的UF处理同样有最优的冷冻效果,而侧面方向的UF处理对冷冻效果的提升并不明显,这可能与侧面两个超声波形成了120°的夹角有关。4、在双频超声波中,20+28 kHz频率组合的UF处理显示了最高的冷冻效率,且样品解冻后的质构和营养成分保存较好;在三频超声波中,BBSUF处理后样品的冷冻速率提高了48.1%,汁液流失率减少了45.4%,硬度值、总钙含量、L-抗坏血酸含量和总酚含量分别提高35.3%,42.5%,33.2%和41.1%,故BBSUF是三频超声波中的最优作用方式。5、在最优的作用方式下,对比单频、双频和三频超声波对马铃薯UF冷冻过程的影响,可以发现,随着超声波频率数量的增加,冷冻速率也逐渐提高,样品的汁液流失不断减少,其解冻后的质构和营养成分保存更好。

关键词：超声波辅助冷冻正交多频冷冻效率品质

不同冷冻处理对魔芋葡甘聚糖凝胶特性和结构的影响

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食品科学 2022年第21期43卷 111-116页

作者：栗俊广徐聪张旭玥庞杰陈历水陈宇豪白艳红郑州轻工业大学食品与生物工程学院河南郑州450001 河南省冷链食品质量与安全控制重点实验室河南郑州450001 福建农林大学食品科学学院福建福州350002 漯河市卫龙生物技术有限公司漯河市食品安全与营养健康重点实验室河南漯河462000

为研究冷冻处理对魔芋葡甘聚糖凝胶特性和结构的影响,分别采用空气冷冻、浸渍冷冻和超声波辅助冷冻处理魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)凝胶,通过质构分析、X射线衍射、低场核磁共振、差示扫描量热、冷场扫描电子显微镜观察分析KG... 详细信息

为研究冷冻处理对魔芋葡甘聚糖凝胶特性和结构的影响,分别采用空气冷冻、浸渍冷冻和超声波辅助冷冻处理魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)凝胶,通过质构分析、X射线衍射、低场核磁共振、差示扫描量热、冷场扫描电子显微镜观察分析KGM凝胶性质和结构的变化。结果表明,与空气冷冻和浸渍冷冻相比,超声波辅助冷冻可以加快凝胶的降温速率,降低析水率,提高凝胶强度,且不改变KGM的结晶度。与空气冷冻相比,300 W超声波辅助冷冻KGM凝胶的析水率和强度均达到最佳,析水率降低了23.56%,凝胶强度提高了61.23%。差示扫描量热分析结果显示超声波辅助冷冻可以提高凝胶共晶点,降低解冻温度。微观形貌观察结果显示,300 W超声波辅助冷冻KGM凝胶网络结构最均匀致密、孔隙最小。综合分析,使用300 W的超声波辅助冷冻可以有效改善KGM凝胶特性,本研究可为新型KGM凝胶食品的生产提供理论指导。

关键词：超声波辅助冷冻魔芋葡甘聚糖凝胶特性

不同冷冻处理对KGM-ADSP复合乳液凝胶质构、流变和热特性的影响

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轻工学报 2023年第4期38卷 20-26页

作者：赵电波闫曙亮栗俊广何向丽赵建生白艳红郑州轻工业大学食品与生物工程学院河南郑州450001 郑州轻工业大学中原食品实验室河南漯河462300 河南双汇投资发展股份有限公司河南漯河462300

以魔芋葡甘聚糖(KGM)、木薯乙酰化二淀粉磷酸酯(ADSP)为原料,甲基纤维素为乳化剂,大豆植物油为油相,制备KGM-ADSP复合乳液凝胶,通过测定不同冷冻处理KGM-ADSP复合乳液凝胶和猪背脂(对照组)的色泽、白度、离心损失等,研究不同冷冻处理对K... 详细信息

以魔芋葡甘聚糖(KGM)、木薯乙酰化二淀粉磷酸酯(ADSP)为原料,甲基纤维素为乳化剂,大豆植物油为油相,制备KGM-ADSP复合乳液凝胶,通过测定不同冷冻处理KGM-ADSP复合乳液凝胶和猪背脂(对照组)的色泽、白度、离心损失等,研究不同冷冻处理对KGM-ADSP复合乳液凝胶质构、流变和热特性的影响。结果表明:冷冻处理可显著提高KGM-ADSP复合乳液凝胶的白度、硬度、弹性和离心损失,降低其蒸煮损失、储能模量和损失模量,且KGM-ADSP复合乳液凝胶在升温时均不会发生油脂融化现象;经300 W超声波辅助冷冻处理后的KGM-ADSP复合乳液凝胶,其白度、质构、硬度、内聚性、咀嚼性和流变特性均与猪背脂最接近,且在一定热环境下与猪背脂的储能模量和损失模量差异较小,可作为热加工肉制品的脂肪替代物。

关键词： KGM-ADSP复合乳液凝胶超声波辅助冷冻质构特性流变特性热特性

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超声波作用下液—固相变过程的研究

超声波作用下液—固相变过程的研究

作者：程博中国矿业大学

学位级别：硕士

水是地球上最丰富又最缺乏的物质。地球总水量非常丰富,14.1亿立方公里,但其中只有2%是淡水。天然的淡水十分有限,但地球上存在的最丰富的物质又恰恰是水。地球表面总水量的97.3%为海水,海水的淡化是解决水资源问题的必经之路。近几十... 详细信息

水是地球上最丰富又最缺乏的物质。地球总水量非常丰富,14.1亿立方公里,但其中只有2%是淡水。天然的淡水十分有限,但地球上存在的最丰富的物质又恰恰是水。地球表面总水量的97.3%为海水,海水的淡化是解决水资源问题的必经之路。近几十年自然科学领域中科学技术发展的一个重要趋势就是朝着微观化迈进,但目前的研究尚且不够深入。以冻结法为代表的新型海水淡化技术体现出来越来越多的优点,但该技术的高效利用仍是一个难点,超声波辅助结晶技术得到了越来越多的关注。本文通过对超声波作用下液固相变过程及规律进行研究,探究更高效的制冰以及冷冻脱盐方法,对于实际工程应用有着十分重要的科学意义和价值。笔者首先对选题的背景以及研究价值进行了阐述,介绍了超声波辅助相变过程的研究进展。随后利用流场分析软件Fluent分别对液滴冻结过程以及融化过程进行了数值模拟,并对超声波作用下含氯化钠冰溶液冻结/融化进行实验分析,得到了相关的结论。具体研究工作包括:(1)从理论角度分析超声波作用下的液固相变问题,建立了液滴冻结/冰体融化数学模型,对相变过程进行模拟分析,得到了不同超声波功率及频率条件下液固相变过程中不同时刻的温度分布图、液相区域变化图等,揭示了不同超声波作用参数对液-固相变的作用规律。(2)搭建了超声冰体冻结/融化显微观测实验台,对超声作用下液滴冻结及冰体融化过程中冰体表面及状态变化进行了实验研究。(3)通过实验分析研究不同氯化钠含量冰体的融化以及母液盐浓度的变化规律,得到了超声波参数(超声波功率、强度及频率)对冰体融化及脱盐的影响。

关键词：海水淡化超声波辅助冷冻数值模拟