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保圣質(zhì)構(gòu)儀助力探究電磁場(chǎng)對(duì)凝膠冷凍特性影響

點(diǎn)擊次數(shù):554 更新時(shí)間:2025-04-18


   研究背景

電磁4.16.png



冷凍是食品長(zhǎng)期儲(chǔ)存的重要方式,但會(huì)對(duì)食品品質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械損傷、凍融濃縮等不良影響。電場(chǎng)和磁場(chǎng)輔助冷凍技術(shù)因能減少冷凍損傷受關(guān)注,不過其效果和機(jī)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(zhì)構(gòu)儀等設(shè)備,探究電場(chǎng)、磁場(chǎng)及二者聯(lián)用對(duì)凝膠冷凍特性的影響。

 

   實(shí)驗(yàn)方法

1. 樣品制備:將8%w/w)的明膠粉與去離子水混合,經(jīng)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(duì)凝膠樣品分別進(jìn)行10mT靜磁場(chǎng)輔助冷凍(MF)、5kV/cm靜電場(chǎng)輔助冷凍(EF)、10mT靜磁場(chǎng)與5kV/cm靜電場(chǎng)聯(lián)用輔助冷凍(EMF),并設(shè)無電磁場(chǎng)輔助冷凍為對(duì)照(C)。冷凍中用熱電偶記錄溫度變化,每組樣品重復(fù)8次。

3. 保圣質(zhì)構(gòu)儀的應(yīng)用:實(shí)驗(yàn)中使用保圣質(zhì)構(gòu)儀(Bosin Tech, TA-XTC-18)對(duì)凝膠進(jìn)行檢測(cè)。在檢測(cè)凝膠強(qiáng)度時(shí),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(jìn)行測(cè)試,通過力-距離曲線計(jì)算凝膠強(qiáng)度,該儀器測(cè)試精準(zhǔn)、重復(fù)性好,能穩(wěn)定輸出可靠數(shù)據(jù)。在進(jìn)行質(zhì)地剖面分析(TPA)時(shí),保圣質(zhì)構(gòu)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(fā)力,對(duì)樣品進(jìn)行兩次往復(fù)壓縮,從而獲取硬度、彈性、內(nèi)聚性等質(zhì)地指標(biāo)。

4. 其他檢測(cè)方法:用差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)定凝膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)晶溫度和熔化焓;通過低場(chǎng)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(fā)射光譜分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu);借助光學(xué)顯微鏡觀察冰晶形態(tài);運(yùn)用倒置熒光顯微鏡和掃描電子顯微鏡檢測(cè)微觀結(jié)構(gòu)。

 

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

電磁4.16結(jié)果.png



1. 冷凍參數(shù):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(shí)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(shí)間,其中EMF處理相變時(shí)間縮短17.2%

2. 水分狀態(tài):LF-NMRMRI結(jié)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(zhì)構(gòu)儀檢測(cè)結(jié)果:保圣質(zhì)構(gòu)儀檢測(cè)顯示,冷凍解凍后凝膠強(qiáng)度和硬度顯著降低,但EMF處理的樣品凝膠強(qiáng)度顯著高于對(duì)照組,且其硬度與未冷凍樣品差異不顯著,MFEF處理組與對(duì)照組在質(zhì)地指標(biāo)上無顯著差異,表明EMF能有效減輕冷凍對(duì)凝膠質(zhì)地的損傷,體現(xiàn)了保圣質(zhì)構(gòu)儀在精準(zhǔn)檢測(cè)質(zhì)地差異方面的優(yōu)勢(shì)。

4. 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu):FTIR和熒光光譜分析表明,EMFEF處理能更好地維持蛋白質(zhì)的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)。

5. 冰晶與微觀結(jié)構(gòu):EMF處理的樣品冰晶面積比對(duì)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(jié)構(gòu)保存較好,而對(duì)照組和MF處理組結(jié)構(gòu)損傷嚴(yán)重。

 

綜上所述,電場(chǎng)和磁場(chǎng)單獨(dú)或聯(lián)用輔助冷凍對(duì)凝膠冷凍特性有顯著影響,。保圣質(zhì)構(gòu)儀憑借其高精度、高穩(wěn)定性和良好的重復(fù)性,在檢測(cè)凝膠質(zhì)地變化、評(píng)估冷凍效果中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,為研究電磁場(chǎng)輔助冷凍技術(shù)提供了重要的數(shù)據(jù)支持。 


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