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保圣質構儀助力探究電磁場對凝膠冷凍特性影響

點擊次數:626 更新時間:2025-04-18


   研究背景

電磁4.16.png



冷凍是食品長期儲存的重要方式,但會對食品品質產生機械損傷、凍融濃縮等不良影響。電場和磁場輔助冷凍技術因能減少冷凍損傷受關注,不過其效果和機制尚不明晰。本研究采用單一明膠凝膠食品模型,利用保圣質構儀等設備,探究電場、磁場及二者聯用對凝膠冷凍特性的影響。

 

   實驗方法

1. 樣品制備:將8%w/w)的明膠粉與去離子水混合,經攪拌、加熱、冷卻后倒入特定模具,在4℃冰箱老化成凝膠。

2. 冷凍處理:使用特制的磁電耦合裝置,對凝膠樣品分別進行10mT靜磁場輔助冷凍(MF)、5kV/cm靜電場輔助冷凍(EF)、10mT靜磁場與5kV/cm靜電場聯用輔助冷凍(EMF),并設無電磁場輔助冷凍為對照(C)。冷凍中用熱電偶記錄溫度變化,每組樣品重復8次。

3. 保圣質構儀的應用:實驗中使用保圣質構儀(Bosin Tech, TA-XTC-18)對凝膠進行檢測。在檢測凝膠強度時,它配備TA/0.5圓柱形探頭(直徑12.7mm),以2mm/s0.5mm/s2mm/s的穿刺速度,4mm的穿刺深度進行測試,通過力-距離曲線計算凝膠強度,該儀器測試精準、重復性好,能穩定輸出可靠數據。在進行質地剖面分析(TPA)時,保圣質構儀使用TA/36R圓柱形探頭(直徑35mm),以3mm/s0.5mm/s0.5mm/s的壓縮速度,10%的壓縮比和0.03N的觸發力,對樣品進行兩次往復壓縮,從而獲取硬度、彈性、內聚性等質地指標。

4. 其他檢測方法:用差示掃描量熱儀(DSC)測定凝膠的玻璃化轉變溫度、結晶溫度和熔化焓;通過低場核磁共振(LF-NMR)和磁共振成像(MRI)分析水分分布;采用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和熒光發射光譜分析蛋白質結構;借助光學顯微鏡觀察冰晶形態;運用倒置熒光顯微鏡和掃描電子顯微鏡檢測微觀結構。

 

實驗結果

電磁4.16結果.png



1. 冷凍參數:EFMFEMF處理均顯著降低了凝膠樣品的成核溫度,EMF處理使總冷凍時間縮短10.5%,平均冷凍速率提高11.7%EFEMF處理顯著縮短了相變時間,其中EMF處理相變時間縮短17.2%

2. 水分狀態:LF-NMRMRI結果表明,EFEMF處理減少了樣品解凍后自由水的形成,改善了水分分布,而MF處理效果不明顯。

3. 保圣質構儀檢測結果:保圣質構儀檢測顯示,冷凍解凍后凝膠強度和硬度顯著降低,但EMF處理的樣品凝膠強度顯著高于對照組,且其硬度與未冷凍樣品差異不顯著,MFEF處理組與對照組在質地指標上無顯著差異,表明EMF能有效減輕冷凍對凝膠質地的損傷,體現了保圣質構儀在精準檢測質地差異方面的優勢。

4. 蛋白質結構:FTIR和熒光光譜分析表明,EMFEF處理能更好地維持蛋白質的二級和三級結構。

5. 冰晶與微觀結構:EMF處理的樣品冰晶面積比對照組減少49.28%,且冰晶分布更均勻。倒置熒光顯微鏡和掃描電子顯微鏡顯示,EFEMF處理的樣品凝膠結構保存較好,而對照組和MF處理組結構損傷嚴重。

 

綜上所述,電場和磁場單獨或聯用輔助冷凍對凝膠冷凍特性有顯著影響,。保圣質構儀憑借其高精度、高穩定性和良好的重復性,在檢測凝膠質地變化、評估冷凍效果中發揮了關鍵作用,為研究電磁場輔助冷凍技術提供了重要的數據支持。 


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