CN115299488A - 一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水产品解冻技术领域，为解决现有技术下射频解冻需要额外添加冷却装置来避免出现局部过热，操作复杂且解冻成本较高的问题，公开了一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术，包括以下步骤：将冷冻鱼肉塑封后浸没于解冻介质溶液中进行射频解冻，其中解冻介质为石墨烯纳米颗粒、氧化石墨烯纳米颗粒和磁性氧化石墨烯纳米颗粒中的一种或几种。本发明通过使用解冻介质有效地提高了射频解冻时冷冻鱼片传热效率，改善了解冻不均匀的问题，进而减少了鱼肉水分流失、蛋白质变性和微生物污染，减缓了鱼肉感官品质的劣变。且本发明方案易实施，不需要大型器械投入，解冻介质可重复利用，解冻成本低。
Description
技术领域
本发明涉及水产品解冻技术领域，尤其涉及一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术。
背景技术
随着生活水平的提高及消费观念的转变，冷冻海鱼及冷冻海鱼鱼糜等水产冷冻加工制品的销量及加工产量逐年上升。但冷冻水产品在进一步加工或食用前需先进行解冻，一些传统的食品解冻技术如常温解冻、冷藏解冻、真空解冻、温盐水解冻、静水解冻和流水解冻等，往往耗时较长，因鱼肉中含有大量蛋白质及不饱和脂肪酸，解冻方法不当会造成蛋白质和脂肪氧化、水分流失以及微生物污染等问题，从而引起鱼肉软化、出现异味、腐败变质，甚至完全丧失食用价值和商业价值，带来经济损失并严重限制水产加工行业的进一步发展。
而新型解冻技术如高压解冻、超声波解冻、高压静电场解冻、欧姆解冻、微波解冻、射频解冻等具有耗时更短、用水量更少、微生物生长和品质劣化速度降低等优点，但仍存在着一些不足，比如冻品解冻损失大、解冻不均及解冻设备占地面积大、操作复杂以及能耗高等。国内外学者进一步将多种解冻技术进行耦合，或在现有的解冻设备中添加冷却装置来避免局部过热，或对现有解冻过程进行模拟获得较优的解冻参数，改善解冻品质，而这些技术又不可避免地使解冻过程更加复杂，并且需要制备新的解冻装置，增加了解冻成本。
例如，在中国专利文献上公开的“一种鱿鱼超声波流水解冻装置及解冻方法”，其公告号为CN110393210A，装置包括控制柜，解冻水箱，后端变频水泵，前端变频水泵，低温水箱，过滤器，净水器，流量计，电子膨胀阀，风冷冷凝器，变频制冷压缩机，蒸发器，变频低温水泵；A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7为7个进水管电动调节阀；B1，B2，B3，B4， B5，B6，B7为7个出水管电动调节阀以及连接的制冷剂管道和水管道。该方法需要的设备复杂，并且解冻不均，需要通过控制水的温度和流速以避免解冻食品表面过热，操作复杂。
发明内容
本发明为了克服现有技术下射频解冻需要额外添加冷却装置来避免出现局部过热，操作复杂且解冻成本较高的问题，提供一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术，该解冻技术通过增加解冻介质，可有效提高射频解冻均匀性和传热效率，解冻速度快，减少解冻时鱼肉品质的劣变。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术，包括以下步骤：将冷冻鱼肉塑封后浸没于解冻介质溶液中进行射频解冻。
射频解冻技术利用极性分子和离子电荷可在电磁场作用下运动、摩擦、碰撞将电磁能转化为热能的原理，使冻品在内部产生热量从而实现解冻。本发明使用解冻介质辅助射频解冻技术，提高了射频解冻过程中冷冻鱼肉内部的传热效率，传热效率的提高不仅使得冷冻鱼肉的解冻时间被大大缩短，而且还可平衡冷冻鱼肉各部分的热量分布，使热量传递更加均匀。因此，本发明的解冻技术可以省去用于避免局部过热的冷却装置，解冻操作简单，成本低。由于本发明避免了解冻时间过长、解冻时局部过热导致的鱼肉中蛋白质和脂肪氧化、水分流失和微生物污染等问题，所以相较于传统的解冻方法或直接对冷冻鱼肉进行射频解冻的方法，本发明在提高解冻效率的基础上，还避免了解冻导致的鱼肉品质劣化，改善了冷冻鱼肉的解冻品质。
作为优选，所述解冻介质溶液中解冻介质为石墨烯纳米颗粒、氧化石墨烯纳米颗粒和磁性氧化石墨烯纳米颗粒中的一种或几种。
石墨烯及其衍生物可用于食品加工、食品分析领域，其中氧化石墨烯被广泛应用于抑菌及用食品保鲜材料开发等领域，而基于石墨烯/氧化石墨烯的磁性纳米材料因具有稳定性、萃取和分离效果更佳等优点，近年来被广泛用于牛奶、鸡肉、鸡蛋及食用色素等样品的吸附前处理，但目前仍未见将石墨烯及其衍生物用于食品解冻研究的相关报道。发明人发现石墨烯及其衍生物可以提高射频解冻中冻品内部的传热效率，并首次将石墨烯及其衍生物作为解冻介质应用于射频解冻技术中，使得冻品在射频解冻过程中各部分热量分布更均匀，并且该解冻介质可重复使用，极大地降低了解冻成本。
作为优选，所述石墨烯纳米颗粒的厚度为0.5-3.0nm，片径为0.5-5μm。
作为优选，所述氧化石墨烯纳米颗粒的厚度为0.3-1.2nm，片径为0.1-0.5μm。
作为优选，所述磁性氧化石墨烯纳米颗粒中氧化石墨烯片径小于5μm，磁性Fe3O4粒径为10-20nm。
作为优选，所述解冻介质溶液中解冻介质浓度为0.05-0.2mg/mL。
作为优选，所述射频解冻过程中，射频工作频率为40.68MHz。
对于射频加热解冻过程，一般在家用、工业、科学和医疗领域允许应用的射频频率为 13.56、27.12、40.68MHz，射频的频率越低，射频穿透深度越大，但吸收率也越低，导致升温效率下降；频率越高，则渗透深度会相应下降，因此选用高频率进行加热虽然可提高升温效果，但仅能使被解冻食品的表面升温。本发明使用了解冻介质提高传热效果，可将热量较为均匀地传导至冷冻鱼肉内部，因此可在实现加热均匀的基础上选用40.68MHz的射频工作频率以减少解冻时间。
作为优选，所述射频解冻过程中，射频输出功率为400W。
作为优选，所述冷冻鱼肉的中心温度达到0℃即为解冻完成。
本发明将石墨烯纳米颗粒、氧化石墨烯纳米颗粒和磁性氧化石墨烯纳米颗粒作为解冻介质，并与射频技术结合用于冷冻鱼肉的解冻，与传统解冻技术相比，本发明所述的解冻技术传热效率高，可以极大地缩短冷冻鱼肉的解冻时间；解冻介质对传热效率的改善还可平衡冷冻鱼肉各部分的热量分布，因此与单一射频解冻技术相比，本发明有效地解决了解冻不均匀出现局部过热现象的问题；同时，由于本解冻技术的解冻时间短、解冻均匀性好，解冻过程中冷冻鱼肉中从冰到水的相变前沿移动速度快，本解冻技术可有效地减少鱼肉水分流失、蛋白质变性和微生物污染现象，即减缓了鱼肉感官品质的劣变，实现鱼肉解冻品质的改善。并且本解冻技术方案易实施，不需要大型器械投入，且解冻介质可重复利用，解冻成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施方法对本发明做进一步的描述。
下述具体实施方法中的冷冻带鱼鱼片通过下述步骤处理得到：将新鲜带鱼切成8×4 ×3cm3的鱼片，称重，然后对鱼片进行冷塑封，再浸入液氮中进行深冷速冻30min。
实施例1
一种冷冻带鱼鱼片的解冻方法，步骤如下：
(1)在冷冻带鱼鱼片中心插入温度传感器，然后置于石墨烯纳米颗粒水性分散液中，其中石墨烯纳米颗粒浓度为0.1mg/mL，石墨烯纳米颗粒的厚度为0.5-3.0nm，片径为0.5-5μm；
(2)将浸没于石墨烯纳米颗粒水性分散液中的冷冻带鱼鱼片放入射频解冻机中，设置射频工作频率为40.68MHz，射频输出功率为400W后进行射频解冻，当带鱼鱼片中心温度达到0℃时，停止解冻，记录解冻时间。
实施例2
一种冷冻带鱼鱼片的解冻方法，步骤如下：
(1)在冷冻带鱼鱼片中心插入温度传感器，然后置于氧化石墨烯纳米颗粒水性分散液中，其中氧化石墨烯纳米颗粒浓度为0.1mg/mL，氧化石墨烯纳米颗粒的厚度为0.335-1.2nm，片径为0.1-0.5μm；
(2)将浸没于氧化石墨烯纳米颗粒水性分散液中的冷冻带鱼鱼片放入射频解冻机中，设置射频工作频率为40.68MHz，射频输出功率为400W后进行射频解冻，当带鱼鱼片中心温度达到0℃时，停止解冻，记录解冻时间。
实施例3
一种冷冻带鱼鱼片的解冻方法，步骤如下：
(1)在冷冻带鱼鱼片中心插入温度传感器，然后置于磁性氧化石墨烯纳米颗粒水性分散液中，其中氧化石墨烯纳米颗粒浓度为0.1mg/mL，磁性氧化石墨烯纳米颗粒中氧化石墨烯片径小于5μm，磁性Fe3O4尺寸为10nm；
(2)将浸没于磁性氧化石墨烯纳米颗粒水性分散液中的冷冻带鱼鱼片放入射频解冻机中，设置射频工作频率为40.68MHz，射频输出功率为400W后进行射频解冻，当带鱼鱼片中心温度达到0℃时，停止解冻，记录解冻时间。
对比例1
一种冷冻带鱼鱼片的解冻方法，步骤如下：
(1)在冷冻带鱼鱼片中心插入温度传感器，然后置于10℃的水中解冻，当带鱼鱼片中心温度达到0℃时，停止解冻，记录解冻时间。
对比例2
一种冷冻带鱼鱼片的解冻方法，步骤如下：
(1)在冷冻带鱼鱼片中心插入温度传感器，然后置于射频解冻机中，设置射频工作频率为 40.68MHz，射频输出功率为400W后进行射频解冻，当带鱼鱼片中心温度达到0℃时，停止解冻，记录解冻时间。
对比例3
一种冷冻带鱼鱼片的解冻方法，步骤如下：
(1)在冷冻带鱼鱼片中心插入温度传感器，然后置于水中；
(2)将浸没于水中的冷冻带鱼鱼片放入射频解冻机中，设置射频工作频率为40.68MHz，射频输出功率为400W后进行射频解冻，当带鱼鱼片中心温度达到0℃时，停止解冻，记录解冻时间。
检测上述实施例及对比例解冻后的带鱼鱼片的品质，其中TBARS值检测步骤为：
(1)将20mL 20％的TBA溶液与5.0g的带鱼鱼肉均匀地混合，均质，于室温静置60min；
(2)将均质化得到的混合物在4℃下以6000g离心，离心15min后，取5mL上清液与5mL 0.02mol/L TBA溶液混合后将放入100℃的水中，加热40min，然后冷却至室温；
(3)用分光光度计在532nm处测量吸光度，TBARS值由MDA含量表示，单位为mg MDA/kg，由以下公式进行计算：
TBARS(ω1)＝A1/A0×ω0
其中，A1为样品的吸光度，A0为标准品的吸光度，ω0为标准品的质量分数；
TVB-N值由全自动凯氏定氮仪(Kjeltec8400，FOSS)进行测定；质构指标由质构仪检测得到，质构仪的型号为Brookfield，CT3质构分析仪。
检测结果如下表所示。
由表格中的数据可知，相比于静水解冻的对比例1，本发明的解冻用时较短，且鱼肉解冻后品质较好，脂质过氧化以及蛋白质腐败较对比例1少，同时解冻后鱼肉有较好的口感。实施例1-3中实施例3解冻后的鱼肉品质最佳，这表明选用磁性氧化石墨烯纳米颗粒作为解冻介质的效果最好。
对比例2对冷冻鱼肉直接进行了射频解冻，虽然解冻时间较实施例1-3短，但其TBARS 和TVB-N值均较高且食用口感不佳，鱼肉品质比实施例1-3差，甚至差于对比例1，这是因为直接使用射频解冻时会导致鱼肉受热不均匀，在鱼肉内部还没有解冻时其表面就已过热，过热部分的鱼肉中蛋白质大量变性影响鱼肉品质。对比例3中没有使用解冻介质，在没有解冻介质参与的情况下水在射频解冻时的传热效果弱于实施例1-3，因此解冻时间长于实施例 1-3，对比例3的TVB-N值也较高，这表明了仅将冷冻鱼肉浸于水中射频解冻也会产生局部过热现象，进而导致鱼肉解冻后品质下降。
Claims (9)
1.一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术，其特征是，包括以下步骤：将冷冻鱼肉塑封后浸没于解冻介质溶液中进行射频解冻。
2.根据权利要求1所述的一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术，其特征是，所述解冻介质溶液中解冻介质为石墨烯纳米颗粒、氧化石墨烯纳米颗粒和磁性氧化石墨烯纳米颗粒中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术，其特征是，所述石墨烯纳米颗粒的厚度为0.5-3.0 nm，片径为0.5-5 μm。
4.根据权利要求2所述的一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术，其特征是，所述氧化石墨烯纳米颗粒的厚度为0.3-1.2 nm，片径为0.1-0.5 μm。
5.根据权利要求2所述的一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术，其特征是，所述磁性氧化石墨烯纳米颗粒中氧化石墨烯片径小于5 μm，磁性Fe3O4粒径为10-20 nm。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术，其特征是，所述解冻介质溶液中解冻介质浓度为0.05-0.2 mg/mL。
7.根据权利要求1所述的一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术，其特征是，所述射频解冻过程中，射频工作频率为40.68 MHz。
8.根据权利要求1所述的一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术，其特征是，所述射频解冻过程中，射频输出功率为400 W。
9.根据权利要求1所述的一种改善鱼肉解冻品质的石墨烯辅助射频解冻技术，其特征是，所述冷冻鱼肉的中心温度达到0 oC即为解冻完成。
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