保聖質構(gou)儀助力探究(jiu)電磁場對(dui)凝(ning)膠冷凍(dong)特性(xing)影響(xiang)

   研究背景(jing)

冷凍(dong)是食品(pin)長(chang)期(qi)儲存的重要(yao)方式，但會(hui)對(dui)食(shi)品品質產(chan)生機械損傷(shang)、凍(dong)融(rong)濃(nong)縮等(deng)不良(liang)影(ying)響。電(dian)場和(he)磁場輔助冷凍(dong)技(ji)術(shu)因(yin)能減少冷(leng)凍(dong)損(sun)傷(shang)受(shou)關(guan)註(zhu)，不(bu)過(guo)其(qi)效果(guo)和(he)機制(zhi)尚不(bu)明(ming)晰。本研究采用(yong)單壹明(ming)膠凝膠食(shi)品模型，利(li)用(yong)保(bao)聖質構(gou)儀等(deng)設(she)備(bei)，探究(jiu)電場、磁場及二(er)者(zhe)聯用(yong)對(dui)凝(ning)膠冷凍(dong)特性(xing)的影響。

   實驗方法

1. 樣品制備(bei)：將8%（w/w）的明(ming)膠粉(fen)與(yu)去離子(zi)水(shui)混合(he)，經攪拌(ban)、加(jia)熱(re)、冷(leng)卻(que)後倒(dao)入特定模具，在(zai)4℃冰(bing)箱老化(hua)成凝膠。

2. 冷凍(dong)處(chu)理(li)：使用特制的磁電耦合(he)裝(zhuang)置(zhi)，對(dui)凝(ning)膠樣品分(fen)別(bie)進(jin)行10mT靜(jing)磁場輔助冷凍(dong)（MF）、5kV/cm靜(jing)電場輔助冷凍(dong)（EF）、10mT靜(jing)磁場與5kV/cm靜(jing)電場聯用(yong)輔(fu)助冷凍(dong)（EMF），並設(she)無(wu)電(dian)磁場輔助冷凍(dong)為對(dui)照（C）。冷凍(dong)中用熱(re)電(dian)偶記(ji)錄(lu)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)，每(mei)組樣(yang)品(pin)重復(fu)8次(ci)。

3. 保聖質構(gou)儀的應用(yong)：實(shi)驗中使用保(bao)聖質構(gou)儀（Bosin Tech, TA-XTC-18）對(dui)凝(ning)膠進行檢測(ce)。在(zai)檢測(ce)凝膠(jiao)強(qiang)度時(shi)，它(ta)配(pei)備(bei)TA/0.5圓柱形探(tan)頭(tou)（直徑(jing)12.7mm），以(yi)2mm/s、0.5mm/s、2mm/s的穿刺(ci)速(su)度，4mm的穿刺(ci)深度進(jin)行測(ce)試，通(tong)過(guo)力-距離曲線(xian)計算凝(ning)膠強度(du)，該(gai)儀器測(ce)試精(jing)準(zhun)、重復(fu)性(xing)好，能(neng)穩(wen)定輸(shu)出(chu)可靠(kao)數據。在(zai)進(jin)行質地剖(pou)面(mian)分(fen)析(xi)（TPA）時，保聖質構(gou)儀使用TA/36R圓柱形探(tan)頭(tou)（直徑(jing)35mm），以(yi)3mm/s、0.5mm/s、0.5mm/s的壓縮速(su)度，10%的壓縮比和(he)0.03N的觸(chu)發(fa)力，對(dui)樣(yang)品進行兩次(ci)往復(fu)壓(ya)縮，從而獲(huo)取(qu)硬(ying)度(du)、彈(dan)性(xing)、內(nei)聚性(xing)等(deng)質地指標(biao)。

4. 其(qi)他檢測(ce)方法：用差示(shi)掃(sao)描(miao)量熱(re)儀（DSC）測(ce)定凝(ning)膠(jiao)的玻璃化(hua)轉變(bian)溫度、結晶溫度和(he)熔化(hua)焓；通過(guo)低(di)場核磁共振(zhen)（LF-NMR）和(he)磁共振(zhen)成像（MRI）分析(xi)水(shui)分分(fen)布(bu)；采(cai)用傅裏(li)葉變(bian)換(huan)紅外光譜(pu)（FTIR）和(he)熒(ying)光發(fa)射光譜(pu)分析(xi)蛋(dan)白(bai)質結構(gou)；借助光學(xue)顯(xian)微(wei)鏡觀(guan)察(cha)冰(bing)晶形態(tai)；運用(yong)倒(dao)置(zhi)熒(ying)光顯(xian)微(wei)鏡和(he)掃描(miao)電子(zi)顯(xian)微(wei)鏡檢測(ce)微(wei)觀(guan)結構(gou)。

實驗結果(guo)

1. 冷凍(dong)參(can)數：EF、MF和(he)EMF處理(li)均顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)了凝(ning)膠樣(yang)品(pin)的成核溫度(du)，EMF處理(li)使總冷(leng)凍(dong)時(shi)間(jian)縮短10.5%，平(ping)均冷(leng)凍(dong)速(su)率(lv)提高11.7%，EF和(he)EMF處理(li)顯(xian)著(zhu)縮短了(le)相變(bian)時(shi)間(jian)，其(qi)中EMF處理(li)相變(bian)時(shi)間(jian)縮短17.2%。

2. 水(shui)分狀(zhuang)態(tai)：LF-NMR和(he)MRI結果(guo)表(biao)明(ming)，EF和(he)EMF處理(li)減少了(le)樣品(pin)解凍(dong)後自(zi)由水(shui)的形成，改善(shan)了(le)水(shui)分分(fen)布(bu)，而(er)MF處理(li)效果(guo)不明(ming)顯(xian)。

3. 保聖質構(gou)儀檢測(ce)結果(guo)：保(bao)聖質構(gou)儀檢測(ce)顯(xian)示(shi)，冷凍(dong)解(jie)凍(dong)後凝(ning)膠強(qiang)度和(he)硬(ying)度(du)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)，但EMF處理(li)的樣品凝膠(jiao)強(qiang)度(du)顯(xian)著(zhu)高於(yu)對(dui)照組，且(qie)其(qi)硬(ying)度(du)與未(wei)冷(leng)凍(dong)樣(yang)品(pin)差(cha)異(yi)不(bu)顯(xian)著(zhu)，MF和(he)EF處理(li)組與(yu)對(dui)照組在(zai)質地指標(biao)上(shang)無(wu)顯(xian)著(zhu)差異(yi)，表(biao)明(ming)EMF能有效減輕冷凍(dong)對(dui)凝(ning)膠質地的損傷(shang)，體(ti)現了(le)保聖質構(gou)儀在(zai)精(jing)準(zhun)檢測(ce)質地差(cha)異(yi)方面的優勢。

4. 蛋白(bai)質結構(gou)：FTIR和(he)熒(ying)光光譜(pu)分析(xi)表(biao)明(ming)，EMF和(he)EF處理(li)能更(geng)好(hao)地維(wei)持蛋(dan)白(bai)質的二(er)級(ji)和(he)三級(ji)結構(gou)。

5. 冰(bing)晶與微(wei)觀(guan)結構(gou)：EMF處理(li)的樣品冰(bing)晶面積比對(dui)照組減少49.28%，且(qie)冰(bing)晶分布更(geng)均勻(yun)。倒(dao)置(zhi)熒(ying)光顯(xian)微(wei)鏡和(he)掃描(miao)電子(zi)顯(xian)微(wei)鏡顯(xian)示(shi)，EF和(he)EMF處理(li)的樣品凝膠(jiao)結構(gou)保存(cun)較好(hao)，而(er)對(dui)照組和(he)MF處理(li)組結構(gou)損傷(shang)嚴(yan)重。

綜上(shang)所述(shu)，電(dian)場和(he)磁場單獨(du)或(huo)聯用(yong)輔(fu)助冷凍(dong)對(dui)凝(ning)膠冷凍(dong)特性(xing)有顯(xian)著(zhu)影響，其(qi)中EMF處理(li)效果(guo)最佳。保聖質構(gou)儀憑(ping)借其(qi)高精度(du)、高穩(wen)定性(xing)和(he)良好(hao)的重復(fu)性(xing)，在(zai)檢測(ce)凝膠(jiao)質地變(bian)化(hua)、評(ping)估(gu)冷(leng)凍(dong)效果(guo)中發(fa)揮(hui)了關(guan)鍵(jian)作用(yong)，為研究電磁場輔助冷凍(dong)技(ji)術(shu)提供了(le)重要(yao)的數據支(zhi)持(chi)。