等效电路电阻谱技术作为预测欧姆烹饪和传统烹饪条件下乳化香肠质地质量的手段

《Journal of Food Engineering》：Equivalent-circuit electrical impedance spectroscopy as a predictor of textural quality of emulsified sausages under ohmic and conventional cooking

　　电导率阻抗光谱（EIS）被用于评估工业热处理对肉制品电导率和质地特性的影响，比较传统加热（CH）与5、10 V cm?1电热处理（OH5/OH10）在鸡肉和猪肉香肠中的效果。结果表明，OH10显著缩短烹饪时间（85-95秒），同时保持或改善质地（如硬度、弹性），而CH导致质地明显下降（猪肉香肠硬度降低26%）。等效电路模型（R-CPE）显示电阻（R）是EIS最敏感的参数，与质地指标（硬度、弹性）强相关，验证了EIS作为非破坏性实时监控工具的潜力，为工业加工优化提供新方法。

　　本研究探讨了电化学阻抗谱（EIS）在评估加工肉类产品在不同热处理方式下的结构和功能变化方面的潜力。EIS作为一种非破坏性技术，已被广泛应用于生物组织的膜完整性评估和离子传输分析。然而，关于工业热处理如何影响肉类阻抗特性的数据仍较为有限，且EIS参数与肉类质地之间的预测关系也尚未完全明确。本研究针对两种加工肉制品——鸡肉和猪肉香肠，采用不同的烹饪方法进行实验，旨在量化EIS变化及其与质地特性的潜在关联。

实验中，两种香肠均被加热至80 °C，分别采用传统加热（CH）和电加热（OH）两种方式。传统加热方式为水浴加热，而电加热则在5 V/cm和10 V/cm两个电场强度下进行。通过对比不同加热方式对香肠结构和质地的影响，研究者希望找到一种快速、非破坏性的方法，用于实时监测和优化加工过程。研究结果表明，电加热方法不仅能够缩短烹饪时间，还能够在一定程度上保留甚至改善香肠的质地特性。

在鸡肉香肠中，电加热（特别是10 V/cm的电场强度）在烹饪过程中表现出较高的效率，能够在较短时间内达到所需的温度，从而减少了烹饪时间。这种高效的加热方式使得鸡肉香肠的硬度保持得较好，甚至有所增强，相较于传统加热方法，其质地特性更为理想。而在猪肉香肠中，传统加热方式导致了较为显著的质地软化，硬度下降了约26%，而电加热则有效限制了硬度的损失，仅下降了7%到14%。这表明，电加热在处理猪肉香肠时具有一定的优势，尤其是在保持其结构完整性方面。

研究还采用了细胞破坏指数（Zp）作为评估膜完整性的一个指标。Zp值在传统加热处理的样品中显著高于电加热处理的样品，特别是在猪肉香肠中，这说明传统加热方式对细胞膜的破坏更为严重。这种破坏不仅影响了香肠的质地，还可能对营养成分和微生物安全性产生不利影响。相比之下，电加热方式在保持细胞膜完整性方面表现更为优异，有助于维持产品的质量特性。

此外，研究中使用了阻抗谱分析和等效电路模型来提取关键的电参数。等效电路模型由一个串联电阻（R）和一个常相位元件（CPE）组成，能够更准确地反映阻抗变化的特性。分析结果显示，R值在传统加热处理的鸡肉香肠和所有电加热处理的猪肉香肠中均有所增加，表明该参数对热处理的响应最为敏感。这种敏感性使得R值成为评估质地变化的一个重要指标，从而为EIS在加工肉类中的应用提供了理论依据。

在质地分析方面，研究采用了质地剖面分析（TPA）方法，对硬度、凝聚力、弹性和咀嚼性等参数进行了量化评估。TPA结果表明，EIS参数与质地特性之间存在显著的相关性，尤其是硬度和弹性。这种相关性为EIS在非破坏性质地评估中的应用提供了支持，使得EIS成为一种可行的替代方法。与传统的TPA方法相比，EIS能够在不破坏样品的情况下，提供关于质地特性的实时数据，这对于工业生产中的质量监控和过程优化具有重要意义。

研究还指出，电加热技术在工业加工中具有显著的优势。它不仅能够提高加热效率，还能减少能源和水资源的消耗，符合现代食品加工对可持续发展的要求。电加热的均匀加热特性使得整个样品的温度分布更加一致，减少了局部过热或未充分加热的风险，从而提高了产品的质量和安全性。相比之下，传统加热方法在加热过程中可能会导致温度分布不均，进而影响产品的质地和口感。

通过本研究，研究者验证了EIS作为非破坏性工具在评估加工肉类质地方面的有效性。EIS结合等效电路模型，不仅能够提供关于阻抗变化的详细信息，还能够通过参数分析预测质地特性。这种预测能力对于工业生产中的实时质量监控和过程优化至关重要，因为它能够在生产过程中及时发现偏离标准的情况，从而采取相应的措施，确保最终产品的质量。

在实际应用中，EIS技术的非破坏性和快速性使其成为工业加工中理想的监测工具。传统的质量控制方法往往需要破坏样品，这不仅增加了成本，还可能导致样品的损失。而EIS能够在不破坏样品的情况下，快速获取关键的质地信息，从而提高生产效率和产品质量。此外，EIS技术的可扩展性也为其在不同加工条件下的应用提供了可能，使其能够适应多种热处理方式和产品类型。

综上所述，本研究通过对比传统加热和电加热两种方法对鸡肉和猪肉香肠的影响，揭示了EIS在评估加工肉类质地方面的潜力。电加热技术在缩短烹饪时间、保持质地特性方面表现出色，而EIS则为这一过程提供了非破坏性的监测手段。这些发现不仅有助于优化加工工艺，还为食品工业中实时质量监控和过程控制提供了新的思路和技术支持。未来的研究可以进一步探索EIS在其他加工肉类中的应用，以及如何通过优化等效电路模型提高预测精度，从而推动EIS技术在食品加工领域的广泛应用。