文章鉴读|合肥工业大学食品与生物工程学院徐宝才研究员：空间电场联合低温贮藏对调理牛排品质的影响

食品工业科技编辑部

2025-06-27

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摘要

为研究空间电场辅助不同的低温贮藏方式对调理牛排品质的影响，选取冷藏（4 ℃）、冰温（−1 ℃）、微冻（−5 ℃）、冷冻（−18 ℃）以及空间电场分别联合冰温和微冻这六种低温贮藏方式处理牛排，以新鲜产品为对照，分析总活菌计数、pH、汁液损失率、色泽、质构特性、剪切力、肌肉微观结构等变化情况。结果表明：空间电场具有明显的抑菌效应。冷藏组样品在第5 d时总活菌计数为7.58 lg CFU/g，冰温组样品在第15 d时总活菌计数为7.20 lg CFU/g，均超过可接受限值。随着环境中电场的施加，可以将冰温贮藏的样品货架期从15 d延长至20 d，并且显著地提高了牛排的色泽稳定性；另外，空间电场对冰晶生长/再结晶表现出高效的抑制能力，有效地阻止了微冻贮藏阶段冰晶的全轴向生长，维持肌肉的微观结构，进而降低了解冻损失约28%。随着电场的施加，剪切力下降的趋势得到了缓解，降低率分别为11.02%（冰温+电场）和2.13%（微冻+电场），在第20 d，与微冻样品相比，微冻+电场样品硬度、弹性、内聚力分别上升了23%、2.7%、4%，保持了良好的质构特性。结果表明，在调理牛排的低温贮藏过程中，施加空间电场来改善产品的品质是一种极具潜力的策略。

作为最古老且有效的食品保鲜技术，低温贮藏在维持肌肉食品、水果和蔬菜的安全及质量方面发挥着关键作用，根据贮藏环境温度的不同，现代工业中通常以冷藏（0~4 ℃）和冷冻（低于−18 ℃）两种方式来提高产品的品质稳定性。近年来，与传统肉制品相比，调理牛排因其食用方便、营养均衡等优势，越来越受到消费者的青睐。调理牛排产品通常采用冷藏或者冷冻方式进行贮运销售。传统的冷藏技术货架期较短，难以进行长线的冷链运输；此外，尽管冷冻技术可以大幅度延长货架期，但是贮藏过程中冰晶的生长/再结晶会对肌肉组织造成剧烈的机械损伤，解冻后过多的汁液损失会直接损害行业的经济效益和消费者的健康需求。因此，有必要开发新型的低温保存技术以维持食品原有的品质。

冰温贮藏是指将产品于 0 ℃ 至冰点的温度区间内贮藏，储存在冰温条件下的新鲜肉类因其更好的颜色、风味和营养价值而受到消费者的欢迎，已被认为是一种很有前景的鲜肉保鲜方法。然而，由于冰温贮藏的温度范围较窄，鲜肉容易发生细菌生长繁殖等一系列复杂的理化反应导致不可避免的品质劣化，货架期仍然达不到要求。微冻是一种通过部分冰结晶来保存食物的方法，通常是指低于食品冰点 1~2 ℃ 的温度范围。微冻已被证明可以显著抑制肉类、海鲜和水果和蔬菜的生化反应和微生物生长，从而延长食品的货架期。然而，由于控温技术的难度，在微冻贮藏过程中仍会发生冰晶的生长和重结晶，肌肉在贮藏过程中受到温度波动的破坏更为严重，从而影响肌肉在贮藏过程中的持水能力和品质。

最近，电场已经被证明是一种在低温保存过程中保持食品品质的有效方法，具有易于实施，适用性强和成本低廉等优点。许多学者针对电场辅助保鲜效果开展了相关研究，许昌以新疆油杏实生变异种为研究对象，发现冰温结合低压静电场保鲜技术可延长杏果实贮藏期，延缓杏果实品质下降，保持原有风味。高飞等研究发现低压静电场与微冻技术叠加应用能够更长时间保持舟山海捕红虾的营养价值。余铭等在冰温基础上施加低频电场保鲜对虾，结果表明，与常规冰温保鲜相比，低频电场冰温保鲜处理可显著抑制Ca²⁺-ATPase活性下降和蛋白质降解，维持蛋白质结构和性质的稳定，减缓虾肉品质劣变。目前电场技术应用于单一低温贮藏保鲜方式的研究较多，但是，在冰温和微冻领域综合评估调理肉制品品质的研究少见报道。

本研究以调理牛排为研究对象，通过冷藏、冰温、微冻、冷冻以及空间电场分别联合冰温和微冻这六种低温贮藏方式处理牛排，分别进行总活菌计数、pH、汁液损失率、色泽、质构特性、剪切力、肌肉微观结构变化分析等，评估了空间电场联合冰温和微冻技术对调理牛排品质的影响，旨在为空间电场在肌肉食品保鲜领域的应用提供理论指导。

结果与分析

2.1 不同贮藏条件下调理牛排菌落总数的变化

微生物生长是导致肉类变质的重要因素，菌落总数是衡量肉品贮藏过程中腐败变质的关键微生物指标之一。调理牛排在不同低温贮藏条件下的总需氧菌落数变化如图 2 所示。初始 TAC 约为 3.87 lgCFU/g。可以直观地看到所有样品的 TAC 都随时间的延长而增加，且冷藏样品的增加速率明显高于其余组样品，并在第 5 d 时超过可接受限值 6 lg CFU/g。随着环境温度的降低，冰温贮藏可将样品的货架期延长至 15 d，微冻和冷冻则远超过 20 d。

图 2 调理牛排在不同低温贮藏条件下的总需氧菌落数变化

Fig.2 Changes in total viable counts of prepared beef steak under different low-temperature storage conditions

在冰温阶段随着空间电场的施加，货架期延长至 20 d，可能归因于电场减少了腐败细菌的丰度和改变细菌阶段的分布，抑制了牛排优势腐败菌的生长，同时，Zhang 等在采用低压静电场处理大黄鱼也得到类似的研究结果，电场抗菌的机制可能是由于引起细胞膜破裂和崩解，导致细菌细胞生长缓慢，甚至死亡。Huang 等研究了高压静电场对约翰逊不动杆菌的体外抗菌机理，发现高压静电场处理可激活约翰逊曲霉的氧化应激反应和 DNA 损伤保护/修复过程。既往研究表明，暴露于高压静电场会导致各种活性氧和氧化应激的产生急剧增加，随后攻击这些细菌细胞内存在的生物大分子。在微冻和冷冻阶段，由于较低的贮存温度对腐败菌有很好的抑制作用，货架期远超过 20 d，且施加电场处理组的菌落总数一直低于未施加电场组。

2.2 不同贮藏条件下调理牛排 pH 的变化

调理牛排在不同的贮藏方式下 pH 的变化如图 3 所示，均呈现出先降后升的趋势，这主要归因于肉制品的贮藏过程伴随着多种生理生化反应，包括糖原代谢和 ATP 分解，这会导致肌肉体系 pH 的降低，此后随着微生物的生长以及内源酶的作用，引发氨和胺类等碱性物质积累，导致 pH 的上升。因此，pH 的变化可以反映肌肉组织的分解过程，冰温组样品的 pH 在第 7 d 开始上升，随着空间电场的施加，样品 pH 相对稳定。可能是由于电场抑制了肉中细菌的生长和繁殖，减缓了胺的形成速度，并延缓了贮藏过程中 pH 的变化。有研究表明贮藏期的酶活性也诱导了 pH 的变化，然而，电场技术提供了缓解这种现象的可能性。

图 3 调理牛排在不同低温贮藏条件下的 pH 的变化

Fig.3 Changes in pH of prepared beef steak under different low-temperature storage conditions

2.3 不同贮藏条件下调理牛排持水力的变化

保水性是衡量肌肉食品品质的重要属性。本研究中，样品的保水性通过汁液损失率来评价。不同处理组样品的汁液损失率如图 4 所示，冷藏组样品的汁液损失率从 1.42% 上升到 3.32%，这归因于贮藏过程中微生物繁殖以及内源性蛋白酶的作用，较大程度地降解了肌原纤维蛋白，导致肌原纤维蛋白的结构被破坏，造成蛋白质水合能力降低。在第 15 d，冰温组和冰温+电场组的损失率为 3.29%、2.32%，表明电场辅助冰温可以有效地改善贮藏过程中肌肉水分流失问题，这是因为电场有明显的抑菌作用，保持了肌原纤维蛋白结构的完整性并最终导致水分损失率的降低。

图 4 调理牛排在不同低温贮藏条件下的汁液损失率的变化

Fig.4 Changes in drip loss rate of prepared beef steak under different low-temperature storage conditions

微冻组和冷冻组的水分损失率一直处于较高水平，在第 20 d，微冻组和冷冻组的损失率为 7.19%、7.80%，这可能是因为冷冻过程中冰晶的过度横向生长导致持水能力下降，微冻组损失上升的原因是因为贮藏期间因温度波动和时间延长引发的冰再结晶。电场组减少了牛排约 2% 的水分损失，这是由于电场的介入可以有效降低肌丝点阵的密度，同时通过调节肌原纤维之间的静电和疏水相互作用来保持规则的晶格阵列使肌原纤维的持水能力显著提高。

2.4 不同贮藏条件下调理牛排微观结构的变化

不同处理组样品的肌肉纤维横截面如图 5 所示，其中肌纤维呈红色，白色区域则表示肌纤维之间的间隙。新鲜样品呈现出完整而紧密的肌纤维结构，随着贮藏时间的延长，冷藏组样品和冰温组样品的肌纤维间隙呈现逐步增大的趋势，这可能是因为腐败细菌和内源性酶的作用导致牛肉肌肉纤维的降解，其中部分会分解形成许多小碎片。随着电场的施加，样品的肌肉纤维更加完整，纤维间的间隙更小。该现象也证明了空间电场可以延缓肌细胞的破裂和纤维分离。然而，在微冻和冷冻样品中，肌肉细胞间空隙的增加可以视为冰晶对肌肉组织结构的破坏，肌肉纤维之间出现了由冰晶留下的空隙，组织结构完整性受到破坏。与冷藏和冰温处理相比，冷冻导致了明显的肌原纤维结构损伤。此外，微冻样品肌束之间的空隙比冷冻样品大，表明微冻样品的组织受到了更严重的损害。与快速冷冻形成的小冰晶相比，微冻将在细胞外空间形成大冰晶，加重了冻结损伤。在电场结合微冻处理组中，肌肉纤维排列更为紧密，间隙较小，并且随着贮藏时间的延长表现更为显著，这与电场结合微冻样品中验证的高水合能力（WHC）一致。此外，结构损伤与冰晶形成有关。据以前的研究报道称，从热力学定律的角度来看，电场可以降低冰晶形成的自由能障碍，这有助于增强成核速率和小冰晶核的数量，导致牛肉肌肉纤维中小而均匀的冰晶的形成。因此，适当强度的电场处理可能减轻由于冰晶引起的肌肉微观结构损伤，对于保持调理牛排肌肉结构更为有效。

图 5 调理牛排在不同低温贮藏条件下的微观结构的变化

Fig.5 Changes in the microstructure of prepared beef steak under different low-temperature storage conditions

2.5 不同贮藏条件下调理牛排色泽的变化

色泽在很大程度上决定了消费者对产品质量的认知，从而显著影响购买决策。不同处理组牛排的 L*值（亮度），a*值（红度），b*值（黄度）的变化趋势见表 1。各处理组牛肉样品的 L*值在贮藏前期呈现上升趋势，这是由于肉表面汁液外渗导致的折射率变化。随着贮藏时间的延长，各组样品的 L*值下降，可能是由于肉中的肌红蛋白被氧化为高铁肌红蛋白，颜色变暗。牛排的 a*值呈现下降的趋势。在整个贮藏期间，冰温组和冰温+电场组的 a*值显著高于其他组（P<0.05），保留了在贮藏过程中的颜色变化。即冰温组和电场处理中储存的样品的肉表面颜色远优于其他处理组，这可能部分归因于冰温贮藏能有效抑制高铁肌红蛋白的积累，冰温贮藏的肉类色泽更稳定。在贮藏第 10 d，冰温组的 a*值显著下降（P<0.05），而冰温+电场组在第 10 d 仍可维持良好色泽。各处理组的 b*没有显著性差异。因此电场辅助冰温可以大幅度提高产品的色泽稳定性。

表 1 不同处理对调理牛排色泽的影响

Table 1 Effect of different treatments on color of prepared beef steak

2.6 不同贮藏条件下调理牛排剪切力和质构的变化

人类对肉类适口性的感知源于咀嚼过程中涉及的感官和物理过程的复杂相互作用，在决定肉类适口性的各种主观特性中，嫩度起着重要作用。本研究中，以剪切力的大小评估样品的嫩度，不同处理组牛排的嫩度如图 6 所示。随着贮藏时间的延长，各组样品的剪切力都呈现降低的趋势，但是下降的速率存在显著的区别。在第 5 d 时，冷藏牛排的剪切力从66.140 N 到 24.985 N，下降了 62.23%，同时冰温和微冻样品剪切力分别为 39.210 N 和 45.124 N，然而，随着电场的施加，剪切力下降的趋势得到了缓解，降低率分别为 11.02%（冰温+电场）和 2.13%（微冻+电场）。这可能归因于空间电场对内源酶的抑制从而减少肌原纤维蛋白的降解，导致剪切力值较高。

图 6 调理牛排在不同低温贮藏条件下的剪切力的变化

Fig.6 Changes in the shear force of prepared beef steak under different low-temperature storage conditions

质构特性也是评价肉制品品质的重要指标，包括硬度，弹性和内聚力。如表 2 所示，新鲜牛排的硬度（884.99 g）、弹性（0.968）、内聚力（0.778）在低温贮藏期间呈现明显的下降趋势。在贮藏第 5 d 后，冰温+电场组硬度均显著高于冰温组（P<0.05），有研究表明在电场辅助的条件下，内源性蛋白酶系统作用被限制，蛋白酶量减少和酶催化活性降低减缓蛋白降解速率，相较于未加电场组，肌纤维的排列更加紧致，间隙小，对肉的硬度有一定的维持作用。对于微冻贮藏，冰晶对质构特性造成的破坏通过电场处理得到了部分恢复，这可能是由于电场可有效减少冷冻过程中冰晶对肌肉的超微结构损伤，保持了完整的肌原纤维结构。因此，空间电场的应用不仅改善了调理牛排的质地特性，而且保持了牛肉肌肉更好的嫩度。

表 2 不同处理对调理牛排质构的影响

Table 2 Effect of different treatments on texture of prepared beef steak

结论

在冰温贮藏过程中，电场可以抑制调理牛排贮藏过程中微生物的生长从而延长货架期，同时提高了肉色稳定性；在微冻过程中，电场可以抑制冰生长/重结晶，并降低汁液损失和改善质构特性，综上所述，在调理牛排的低温贮藏过程中应用空间电场可以有效地减缓冷冻食品的品质劣变。此外，低温贮藏过程中，空间电场如何影响肌肉蛋白质的理化特性和空间构象需进一步研究。

引用本文：王明珠，谢勇，檀利军，等. 空间电场联合低温贮藏对调理牛排品质的影响[J]. 食品工业科技，2025，46（12）：344−351. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024080110.

Citation: WANG Mingzhu, XIE Yong, TAN Lijun, et al. Effect of Space Voltage Electrostatic Field Combined with Low-temperature Storage on Quality of Prepared Beef Steak[J]. Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(12): 344−351. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024080110.

基金项目：国家重点研发专项-工业化菜肴新鲜度保持与贮运关键技术装备研发项目（2023YFD2100703）；十四五国家重点研发计划项目（2021YFD2100803）；安徽省重点研究与开发计划项目（2023n06020030）。

通信作者简介

徐宝才，男，博士/研究员，博士生导师，现任合肥工业大学食品与生物工程学院院长，肉品加工与质量控制国家重点实验室主任，农产品生物化工教育部工程研究中心主任。

长期坚持一线教学和实践育人工作，主持承担了食品科学与工程国家级一流本科专业建设、教育部新工科研究与实践项目。获得安徽省创新创业优秀指导教师等荣誉/称号。获得国家教学成果二等奖 1 项、安徽省教学成果二等奖 1 项。从事肉品科学、肉品加工及质量安全控制技术研究，主持承担了国家“十二五”科技支撑计划课题、“973计划”课题、国家自然基金、国家十三五重点研发计划项目等。发表科技论文100余篇，获发明专利20余项，制定了肉制品相关国家/行业标准10余项，开发20余种新产品新技术；获得国家科技进步奖二等奖1项，省部级科技奖励一等奖2项、二等奖3项。

先后入选国家科技部中青年科技创新领军人才、中组部国家科技创新领军人才、教育部“长江学者”特聘教授，被评为国务院特殊津贴专家，全国食品安全工作先进个人。

现兼任安徽省食品科学技术学会理事长、中国畜产品加工研究会常务理事、江苏省食品科技学会副理事长等。

（以上信息来自合肥工业大学食品与生物工程学院官网）

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