冰温是指从0 ℃开始到生物体冻结温度为止的温域,在这一温域储藏肉制品,可以很高程度维持其新鲜度。因此,冰温是一种继冷藏和气调贮藏后在冰温区域内的第三代保鲜技术。目前冰温技术已经普遍应用于果蔬、畜禽肉类和水产品保鲜。
冰温技术的发现
在1970至1971年的冬天,鸟取县食品加工研究所的职员山根昭美运用CA储藏法实验性储藏了4吨梨(通过CA提高空气中二氧化碳气体的浓度降低氧气浓度,从而达到抑制储藏物呼吸的目的)。原本设定温度应保持在0 ℃,但是由于温度调节不良,使储藏库的温度变为-4℃。所有的梨都变成了晶光透明的冻梨,于是他把电源全部切断,使储藏库恢复到室温状态。几天后所有的梨全部都恢复到了保存前的状态,且完全恢复了原来的色泽和味道,这就是冰温保鲜技术的发现。
作为最近20年开发的最新保鲜技术,冰温保鲜技术相对于冷冻保鲜(-8℃以下),其滴水损失少,贮藏过程品质保持最佳,具有不破坏细胞,能很好地保持肉类品质、营养价值等优点;相对于0℃以上的冷藏保鲜技术,其保鲜时间更长,可更加有效抑制有害微生物的活动和各种酶的活性并且延长冷鲜肉货架期达1.4至4倍。冰温保鲜能更好地抑制冷鲜肉微生物增长,降低猪肉蛋白质(如Troponin I和Calpastatin)表达量,特别是能降低腐败微生物对肉蛋白质二级结构的影响,从而较好保持猪肉理化和质构品质。
冰温技术在食品制造、加工领域中也被广泛利用。冰温领域的食品加工法是通过熟化、发酵、干燥、浓缩等技法而确立的。冰点温度熟成的关键是温度管理,即维持使食品即将冰冻而还未冰冻的临界温度。在这个临界温度下,细胞为了在即将冰冻的危险中保护自身,细胞内不断蓄积防冻物质,这些物质就是能带来鲜味和甜味的氨基酸、糖类等。东京一家炸猪排店出售冰点温度熟成猪肉食品。猪肉容易腐败,所以熟成难度相对高。该店把猪肉清洗之后在熟成库中熟成2周。其熟成库的温度控制在即将冰冻的临界点温度,而且每天清扫3小时来减少库内细菌。经过该熟成处理的猪肉,与普通猪肉相比其谷氨酸含量增高了2倍。三越伊势丹公司的冰点温度熟成培根也即将上市。因此,通过优质的冰温保鲜技术还可以在一定程度上增加肉制品的风味。
到目前为止,冰温技术主要运用于新鲜食品的保存和加工领域,将来继续挖掘其用途方面的潜力是今后研究开发的重点。在医学领域中,东京慈惠会医科大学于1989年已经成功地利用冰温技术保存了白鼠的心脏。现在鸟取大学医学部也正在着手研究血液的冰温保存,美国的匹兹堡大学医学部也开始了肝脏冰温保存及移植的研究。目前冰温研究正进入一个新的飞跃阶段,就是超冰温技术。通过调节冷却速度等特殊技法,使得温度即使在冰点以下也可以成功地保持过冷状态(温度降低到冰点以下也不冻结的状态)。由此,在超冰温领域内,即使温度在通常冰点温度以下,生物体也不会冻结,这样就更进一步拓宽了冰温的研究领域。超冰温的研究如果能进一步得到发展,超保鲜、应季风味的再现、陈米变新米等返旧还新技术亦将成为可能。目前已经证实与发生氧化、老化反应的正温度领域相比,在冰温、超冰温的领域内某些种子的还原作用可以于基本上没有氧气的状态下进行。
目前,如何建立冰温卡车、冰温物资流通库、冰温陈列橱、冰温包装、冰温集装箱等为主要内容的冰温物资流通联网系统,如何普及冰温设备、机构及如何降低其成本等问题成为今后的研究课题。
食品的冰点多在-1℃至2℃之间,冰温贮藏的难点在于食品冰温带范围狭小,贮藏温度不易精确控制,目前对冰温设备的温控精度要求是±0.5℃,而商用制冷设备的温控器精度是±1℃,实际温控精度通常是±2℃,限制了冰温技术的商业应用。
经过多年的反复试验和研究积累,万金庆团队近期发明了一种“冰温真空脱水+冰点调节剂”的方法,它可以降低食品冰点至-4℃以下,然后在0至-4℃非冻结贮运流通,最大限度地维持生鲜食品的新鲜度,显著延长了食品的贮藏期,降低了对制冷设备的温控要求,对冰温技术的推广应用具有重要意义。
经过十多年的不懈努力,万金庆团队自主研制了冰温真空干燥机,解决了冰温真空干燥过程中如何维持物料的温度在冰温带以内的难题,又历经2年的自主研制,2018年,全国第一台冰温真空干燥机(中试型)“出世”。它可以控制物料在脱水过程中,温度波动在±0.5℃以内,最大限度地保持了干燥(脱水)后食品的新鲜度,为冰温技术的推广应用提供了新路径。其技术水平处于国内领先。
上海海洋大学-万金庆团队正在调试冰温真空干燥机
冰温技术包含两方面的内容:①将食品的温度控制在存冰温带内可以维持其细胞的活体状态;②当食品冰点较高时,可以人为加入冰点调节剂,如盐、糖、醋酸钠、乙醇、内烯甘醇等,使其冰点降低,扩大其冰温带。
冰温保鲜具有4个优点:①不破坏细胞;②有害微生物的活动及各种酶的活性受到抑制;③呼吸活性低,保鲜期得以延长;④能够提高肉制品的风味品质。其中第4个优点是冷藏及气调贮藏方法都不具备的优点。
冰温贮藏缺点:①可利用的温度范围狭小,一般为-0. 5~ 2.0 °C,故温度带的设定十分困难;②配套设施的投资较大。
冰温技术机理:在冰点温度附近,为阻止体内冰晶的形成,动植物从体内会不断分泌大量的不冻液(不冻液的主要成分是葡萄糖、氦基酸、天冬氨酸等)以降低冰点,生物细胞内释放水溶性分子而切断蛋白质,此时蛋白质会以氨基酸形式释放,或是分解淀粉变成糖分。无论是细菌、霉菌、酵母菌等微生物引起的食品变质,还是由酶及其他因素引起的变质,酶的活性因温度而发生的变化,当温度下降时,酶的活性就会削弱。