鎖鮮黑科技讓夏天荔枝冬天吃
來源：科技日報 發(fā)布時間：2023-08-29 16:38:36
持續(xù)高溫天氣讓新鮮食品不易儲存，但我們卻仍然能夠享受到來自世界各地，甚至不同時令的美食。這背后離不開冷凍技術的快速發(fā)展，它讓食品的長距離運輸、跨季節(jié)保存不再是難事。
近年來出現(xiàn)的物理場輔助冷凍、液氮冷凍、定容冷凍等多項新型冷凍技術能夠實現(xiàn)食物的長時間保存，同時還能夠最大程度上保留其原始風味，讓人們可以不再受時間、地點的限制，隨心所欲享受美食。
物理場輔助冷凍：
最大程度保留果蔬原始風味
“一騎紅塵妃子笑，無人知是荔枝來。”炎炎夏日，遠在長安的楊貴妃想吃上一口產(chǎn)自嶺南的荔枝，需要派良駒千里急遞。不過，她如果想在冬天吃上荔枝，那在當時是無論如何也無法實現(xiàn)的。
在冷凍技術快速發(fā)展的今天，想在冬天吃一口夏季收獲的荔枝，已經(jīng)不再是天方夜譚。華南理工大學教授孫大文團隊的研究成果，可以讓新鮮荔枝最少保鮮6個月、最長保鮮2年，并且能夠最大程度地保留新鮮荔枝的原始風味。
食物長時間保存的關鍵在于降低其內(nèi)部的生化反應速率以及抑制微生物繁殖，低溫是最常采用的保鮮方法之一。冰箱等制冷設備的發(fā)明讓食品的保存時間得到延長，顯著提升了人們的生活質量。不過，人們漸漸發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)冰箱冷凍過后的食物在口感、營養(yǎng)等方面總是存在各種不足。例如，傳統(tǒng)冰箱冷凍保存后的水果，在解凍后會出現(xiàn)變軟、加速變質等現(xiàn)象，與新鮮水果的品質相去甚遠。
“過去人們覺得，冷凍食品的品質不如新鮮食品，這主要是由于冷凍技術不過關導致的。如果技術過關，冷凍食品的品質可以媲美新鮮食品。”孫大文介紹，在食品冷凍過程中，要想保住食品的口感與營養(yǎng)，關鍵在于控制食品內(nèi)冰晶的尺寸、大小及分布。大多數(shù)新鮮食品的主要成分是水，因此冷凍食品的本質是冷凍其中的水分。不過，由于生物熱阻的存在，食品在被放入冰箱后，并不會馬上凍結，冷凍通常是一個緩慢的過程。
在這個過程中，食物細胞中的水分會慢慢凝結成冰晶。冰晶最先形成于細胞與細胞的空隙間，但細胞內(nèi)部也有水分，如果細胞內(nèi)部不結出冰晶，細胞內(nèi)的水分就會慢慢遷移到細胞外，細胞就會失水，而細胞外的冰晶長大后就會刺破細胞，破壞整個細胞。在這種情況下，當食物被解凍時就會口感欠佳，其營養(yǎng)成分也會缺乏，最終使得解凍后的食物各方面品質都難以令人滿意。
孫大文介紹，團隊研究了物理場調控冰晶生長的新型凍結技術，避免冷凍初期冰晶無序生長對果蔬細胞造成的影響，實現(xiàn)了讓冰晶的形成、增長及分布從無序到有序可控。該團隊借助超聲波、超高壓、電場和磁場等物理場調控冰晶生長的新型凍結技術控制冰晶的形成、增長與分布，讓食物細胞內(nèi)和細胞外都長出又小又細、分布均勻的冰晶。這意味著，細胞質構基本不被破壞，食物能夠保持原來的營養(yǎng)價值和口感。
在孫大文團隊的實驗室里，團隊成員利用物理場輔助冷凍技術對一顆2年前采摘的荔枝進行快速保存，如今該荔枝不僅外觀依舊美麗、果肉晶瑩剔透，口感也能夠媲美新鮮荔枝。
液氮速凍：
迅速降溫減少細胞“凍傷”
除了利用物理場來調控冰晶生長，速凍技術同樣能夠有效抑制冰晶的無序生長。其原理是，食物在冷凍過程中存在最大冰晶生成帶（溫度區(qū)間），通常為零下1攝氏度至零下5攝氏度。在該溫度范圍內(nèi)，食物中近80%的水分會被凍成冰。如果能夠以最短時間使食物的溫度“躍”過最大冰晶生成帶，食品中便不會形成分布不均的較大冰晶，取而代之的是均勻分布的細小結晶，這會顯著降低細胞組織的“凍傷”程度，使食品在解凍后也能保持原有狀態(tài)。
液氮速凍是目前食品工業(yè)中最常采用的速凍技術之一，我們常吃的速凍水餃、冷凍海鮮、冷凍牛羊肉等基本都是液氮速凍技術的“作品”。
液氮即液態(tài)氮氣，其溫度為零下195.8攝氏度，是一種無色、無味、無毒的透明液體，化學性質十分穩(wěn)定，是冷凍強度極強的制冷媒介。液氮速凍技術可以使食品每分鐘降溫7攝氏度至15攝氏度，凍結速度比普通凍結方法快30倍到40倍，這也讓食品在凍結過程中產(chǎn)生均勻細密的冰晶，保持更好的食用口感。例如，曾經(jīng)的“網(wǎng)紅”產(chǎn)品——分子冰激凌便是利用液氮速凍技術制成的，其可以使分子冰激凌擁有比傳統(tǒng)冰激凌更小的冰晶顆粒，進而帶來柔滑、細膩的口感。
液氮作為一種液體，尤其適用于冷凍形狀不規(guī)則的食品。食品全部浸沒于液氮中后，食品的各個部分都能夠與液氮充分接觸，進而使傳熱阻力降低到最小。此外，液氮本身作為一種惰性、無毒液體，幾乎不與任何成分發(fā)生反應，能夠隔絕食品與空氣的接觸，在為食品降溫的同時確保其幾乎不發(fā)生氧化變色和脂肪酸敗，保證食品最初的原始香味不受影響。這種特性也使得液氮十分適于肉類加工，液氮速凍技術可以提升肉類的保水性、減少脂肪氧化，使其保留最初的風味。此外，由于液氮冷凍速度極快，食品在冷凍過程中被微生物污染的可能性也能降至最低。
除了能保鮮食品，液氮速凍還可以作為一種新的食品加工技術，用于生產(chǎn)新型食品。食品的低溫粉碎是近幾年新興的一種食品加工方式，該技術特別適合用于加工含芳香成分多、含脂量高、含糖多以及含膠狀物質多的食品。日本便有企業(yè)將經(jīng)液氮凍結后的海藻、蔬菜等，投入粉碎機粉碎，使成品顆粒直徑達到100微米以下，且基本保持原有營養(yǎng)價值。
定容冷凍：
食品保鮮過程不產(chǎn)生冰晶
無論是利用物理場輔助冷凍還是液氮速凍，冰晶都是冷凍過程中不可避免的存在，總會對食品中的細胞組織產(chǎn)生一定程度的影響。食品在冷凍保鮮過程中是否可以不產(chǎn)生冰晶呢？定容冷凍正是這樣一種冷凍保鮮技術。
定容冷凍是將食品放入定容腔，腔內(nèi)有水，當溫度降低后，定容腔內(nèi)的水結成冰，進而膨脹產(chǎn)生壓力。壓力會改變水凝固結晶的溫度，當壓力增大時，水的凝固溫度低于0攝氏度。
因此，當水膨脹成冰，其產(chǎn)生的壓力被施加給定容腔內(nèi)的食品，此時水的凝固溫度會顯著降低，使其處于過冷狀態(tài)，即溫度低于凝固點但卻未產(chǎn)生冰晶。由于食品內(nèi)部沒有冰晶，因此也就不會對組織細胞造成破壞，冷凍保存品質顯著提升。
中國科學院理化技術研究所博士趙遠恒以土豆、櫻桃、番茄3種不同的食品為例，介紹了定容冷凍對食品品質的影響。
土豆切條后可以制作薯條，但是切開的土豆很容易氧化變色。中國科學院理化技術研究所和美國加州大學的科研人員發(fā)現(xiàn)，采用定容冷凍技術保存切塊后的土豆，可以在較大程度上保證其不變色，并使其維持高硬度。
美國農(nóng)業(yè)部的研究人員還曾利用定容冷凍技術對新鮮櫻桃進行保存。他們發(fā)現(xiàn)，與常壓冷凍相比，定容冷凍降低了櫻桃的失水率，并更好地保留了櫻桃原有的味道。
針對番茄，美國科學家分別運用定容冷凍、10攝氏度冷藏、快速冷凍和常壓冷凍對番茄進行冷凍，保存4周后解凍發(fā)現(xiàn)，定容冷凍可讓新鮮番茄保持其原有的質量、體積、顏色、營養(yǎng)成分（抗壞血酸、番茄紅素和酚類）和抗氧化活性，對番茄的質構破壞最小。
除了能夠提高食品品質，定容冷凍技術還更加節(jié)能環(huán)保。常規(guī)冷鏈運輸需要消耗大量能源，而中國科學院理化技術研究所和美國加州大學的科研人員研究發(fā)現(xiàn)，在定容冷凍保存過程中，食品本身不存在相變，因此可以有效降低設備運行能耗、減少碳排放。目前，已經(jīng)有部分食品企業(yè)嘗試將定容冷凍技術應用到食品、藥品以及相關生物材料的保存中。
責任編輯：邢敏
