一种快速冷却改善牛肉嫩度的方法及设备

1.本发明涉及牛肉加工技术领域，特别是涉及一种快速冷却改善牛肉嫩度的方法及设备。


背景技术：

2.为保证肉品质量及安全，肉牛在屠宰后要迅速将胴体进行冷却处理。目前广泛应用的常规冷却方式(空气冷却：0-4℃，风速0.2-1.0m/s，空气湿度90％-95％，24h-48h)虽然有效避免了“冷收缩”，但较长的冷却时间带来的冷却干耗也是困扰牛肉生产企业的重要问题。据相关学者保守计算，冷却过程中胴体损耗带来的经济损失是能耗的17倍(brownetal，2009)。因此，开发一种能够保持甚至提高肉品品质的高效冷却方式对实现企业的提质增效、可持续发展具有重要意义。
3.肉牛宰后胴体的迅速冷却，能够显著降低冷却损失。但是冷却过快，如迅速的深度冷冻能够引起肌肉的“解冻收缩”，导致食用品质的劣变。而如果肌肉温度降低至12℃及以下时ph值还在6.2以上，则会发生“冷收缩”。这种肌肉过度收缩的现象，能够使肌肉的肌节长度缩短40％以上，造成肌肉的过度韧化，食用品质极差。之后有学者创新性地采用超快速冷却方式，即将胴体温度在宰后5h内降低至0℃左右，发现由于表面的物理架构的固定而避免了冷收缩的发生。此外，超快速冷却还具有减少冷却时间、增加产品出转率、降低肌肉水分损失等潜在优势，是对经典预防肌肉冷收缩发生准则的挑战。该冷却方式与食用品质保证关键控制点中ph－温度－时间窗口理论存在不一致性。因为超快速冷却迅速经过肌肉易发生冷收缩的温度区间，使肌肉未发生冷收缩现象，而且能提高肉的食用品质。
4.尽管当前科学家们针对超快速冷却技术对肉品品质的影响进行了广泛的研究，但其对嫩度的影响结果仍存在争议。有学者对热剔骨半腱肌进行超快速冷却处理(-20℃至-25℃(3m/s))，使其中心温度在5h达到0℃(ph为6.11-6.27)，发现其肌节长度显著短于传统冷却组，但是未到冷收缩的程度，宰后1d，4d，11d的嫩度也显著差于传统冷却组(van moesekeetal，2001)，pintoetal.(2013)利用-20℃(2m/s)对离体的背最长肌冷却3.5h，使其中心温度在2h降至0℃(ph为6.16)，结果发现肌节长度比传统冷却方式短，嫩度在宰后2d后与传统方式无显著差异，而宰后7d，14d均显著差于传统冷却组。最近的研究利用-20℃的丙二醇浴对离体的西冷进行冷却，使其中心温度在宰后1.5h达到-1.5℃，该研究发现宰后2d、5d、14d的肌节长度与传统冷却组无显著差异，嫩度也无显著差异(sikesetal，2017)。综合来看，超快速冷却因其较短的冷却时间和较高的产出率，成为一种具有较好应用前景的冷却方式，但其对于肉品嫩度影响的不一致性限制了其产业化应用。因此，如何改进超快速冷却技术，保证其改善牛肉嫩度的效果是当前肉牛产业亟待解决的关键问题。
5.因此，亟需一种快速冷却改善牛肉嫩度的方法及设备来解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种快速冷却改善牛肉嫩度的方法及设备，以解决现有技术
存在的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种快速冷却改善牛肉嫩度的方法，包括如下步骤：
8.步骤一，样品预处理：取宰后的牛背最长肌，剔除表面脂肪和结缔组织，并进行真空包装；
9.步骤二，快速冷却：将步骤一中完成预处理的样品迅速转移到冷却设备进行冷却至样品温度为-3℃，在宰后5h内完成冷却；
10.步骤三，冰温冷却成熟：将步骤二中完成快速冷却的样品转移至冰鲜库，继续冷却成熟至宰后24h；
11.步骤四，冷藏成熟：宰后24h将样品均等分切成2.5cm的厚度，再完成真空贴体包装后冷藏成熟。
12.优选的，所述步骤一中的宰后热剔骨的时间需在宰后1.5h以内完成，修整后样品重量需低于4.5kg。
13.优选的，所述步骤三中的冰鲜库参数为：环境温度为-1
±
1℃；湿度为90％-92％；风速为0.5m/s。
14.优选的，所述步骤四中的冷藏成熟参数为：环境温度为0-2℃；湿度：90％-92％；风速0.5m/s。
15.一种快速冷却改善牛肉嫩度的设备，包括：冷却壳体，所述冷却壳体内设置有丙二醇溶液，所述冷却壳体外壁上设置有保温机构，所述冷却壳体的底面设置有驱动壳体，所述冷却壳体的顶面设置可拆卸连接有端盖，所述冷却壳体底面设置有驱动机构，所述驱动机构的顶部设置有夹持机构，所述冷却壳体顶部周向等间距设置有若干搅拌机构，所述驱动壳体内腔底面设置有冷却机构，所述冷却壳体内腔顶面固接有延伸杆，所述延伸杆的底面固接有温度传感器，所述温度传感器与所述冷却机构电性连接。
16.优选的，所述夹持机构包括夹持板，所述夹持板的顶面开设有若干通孔，所述通孔内壁固接有连接筒，所述连接筒的底面周向等间距固接有若干限位杆，若干所述限位杆的底面固接有底板，所述底板外套设有取样环，所述取样环内壁与若干所述限位杆外壁滑动接触，所述取样环顶部内壁固接有若干连接杆，若干所述连接杆的一端分别穿过两相邻限位杆之间缝隙且固接有取样板，所述夹持板底面固接有转动柱，所述转动柱的底面与所述驱动机构顶面固接。
17.优选的，所述驱动机构包括驱动板，所述驱动板顶面与所述转动柱底面固接，所述驱动板的底面中心固接有矩形柱，所述矩形柱外套设有驱动筒，所述驱动筒内壁与所述矩形柱外壁相适配，所述驱动筒底部外壁通过密封轴承与所述冷却壳体底面转动连接，所述驱动筒底面固接有驱动电机的输出端，所述驱动电机固接在所述冷却壳体底面，所述驱动板底面固接有同心设置的外环和内环，所述内环和外环之间分别通过两个轴承转动连接有转动环，所述转动环的底面两侧分别固接有升降柱，所述升降柱的底面贯穿所述冷却壳体底面固接有气缸，所述气缸固接在所述驱动壳体内腔底面。
18.优选的，所述搅拌机构包括搅拌电机，所述搅拌电机的输出端贯穿所述冷却壳体顶面固接有搅拌轴，所述搅拌轴外壁上固接有若干搅拌杆。
19.优选的，所述保温机构包括保温壳体，所述保温壳体固接在所述冷却壳体外壁上，
所述保温壳体内壁上固接有保温层，所述保温壳体底面与所述驱动壳体顶面固接。
20.优选的，所述冷却机构包括压缩机，所述压缩机固接在所述驱动壳体内腔底面，所述冷却壳体外壁上缠绕设置有盘管，所述盘管的两端分别贯穿所述冷却壳体底面与所述压缩机连通。
21.本发明公开了以下技术效果：与现有的技术相比，本发明的有益效果是改善了当前超快速冷却技术对肉品嫩度影响不一致的弊端，所提供的新型超快速冷却方式，可在减少冷却干耗约1％的同时，有效改善牛肉的初始嫩度，降低初始剪切力值达10％，节能减排，提高产能。此外，还配套设计了高效、智能化的冷却处理设备，有助于实现该技术的产业化应用，在改善牛肉嫩度的同时，降低宰后冷却干耗和能耗，提高生产效率。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为不同冷却方式对牛背最长肌肉剪切力值的示意图；
24.图2为不同冷却方式对牛背最长肌肉肌间线蛋白降解程度的示意图；
25.图3为不同冷却方式对牛背最长肌肉肌间线蛋白降解程度的柱状图；
26.图4为不同冷却方式对牛背最长肌肉肌钙蛋白t降解程度的示意图；
27.图5为不同冷却方式对牛背最长肌肉肌钙蛋白t降解程度的柱状图；
28.图6为不同冷却方式处理后牛肉样品肌原纤维超微结构变化示意图；
29.图7为本发明中冷却设备的结构示意图；
30.图8为图7中a1的局部放大图；
31.图9为图7中a2的局部放大图；
32.图10为图7中a3的局部放大图；
33.图11为本发明中取样环的机构示意图；
34.其中，1、冷却壳体；2、丙二醇溶液；3、驱动壳体；4、端盖；5、延伸杆；6、温度传感器；7、夹持板；8、连接筒；9、限位杆；10、底板；11、取样环；12、取样板；13、连接杆；14、转动柱；15、驱动板；16、矩形柱；17、驱动筒；18、密封轴承；19、驱动电机；20、外环；21、内环；22、转动环；23、升降柱；24、气缸；25、搅拌电机；26、搅拌轴；27、搅拌杆；28、保温壳体；29、保温层；30、压缩机；31、盘管。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
37.参照图1-11，本发明提供一种快速冷却改善牛肉嫩度的方法，包括如下步骤：
38.步骤一，样品预处理：取宰后的牛背最长肌，剔除表面脂肪和结缔组织，并进行真空包装；
39.步骤二，快速冷却：将步骤一中完成预处理的样品迅速转移到冷却设备进行冷却至样品温度为-3℃，在宰后5h内完成冷却；
40.步骤三，冰温冷却成熟：将步骤二中完成快速冷却的样品转移至冰鲜库，继续冷却成熟至宰后24h；
41.步骤四，冷藏成熟：宰后24h将样品均等分切成2.5cm的厚度，再完成真空贴体包装后冷藏成熟。
42.步骤一中的真空包装参数为：标称厚度为56μm；氧气透过率为20cc/m2.24hr@1atm&23℃&0％rh；水蒸气透过率为5gram/m2/24hr 38℃&90％rh；真空度为0.1mpa。
43.步骤四中的真空贴体包装参数为：托盘包装盒：氧气透过率10cc/m2.24hr@1atm&23℃&0％rh；水蒸气透过率15gram/m2/24hr 38℃&90％rh；密封阻隔膜：氧气透过率25cc/m2.24hr@1atm&23℃&0％rh；水蒸气透过率：5gram/m2/24hr 38℃&90％rh；真空度：0.08mpa
44.进一步优化方案，步骤一中的宰后热剔骨的时间需在宰后1.5h以内完成，修整后样品重量需低于4.5kg。
45.进一步优化方案，步骤三中的冰鲜库参数为：环境温度为-1
±
1℃；湿度为90％-92％；风速为0.5m/s。
46.进一步优化方案，步骤四中的冷藏成熟参数为：环境温度为0-2℃；湿度：90％-92％；风速0.5m/s。
47.一种快速冷却改善牛肉嫩度的设备，包括：冷却壳体1，冷却壳体1内设置有丙二醇溶液2，冷却壳体1外壁上设置有保温机构，冷却壳体1的底面设置有驱动壳体3，冷却壳体1的顶面设置可拆卸连接有端盖4，冷却壳体1底面设置有驱动机构，驱动机构的顶部设置有夹持机构，冷却壳体1顶部周向等间距设置有若干搅拌机构，驱动壳体3内腔底面设置有冷却机构，冷却壳体1内腔顶面固接有延伸杆5，延伸杆5的底面固接有温度传感器6，温度传感器6与冷却机构电性连接。
48.设置的冷却壳体1用于储存丙二醇溶液2，用于对牛肉进行快速冷却，设置的保温机构可以提高保温效果，使丙二醇溶液2的热量散失速率降低，节约能源降低成本，设置的驱动壳体3可以用于存放驱动机构和冷却机构，实现空间利用最大化，设置端盖4可以在完成牛肉降温存放处理后密封，减少热量的丧失，提高降温时的精准度，设置的夹持机构可以实现对牛肉的夹持，将其进行位置上的限制，使不同尺寸的牛肉具有统一的最大围度，在进行大批量冷却处理前，先将一个样品处于其中，计算牛肉中心冷却到-3℃的时长，并记录，再进行大批量的冷却处理，统一时长，即可实现所有牛肉中心温度都到达-3℃后取出的标准，同时设置的冷却机构可以起到对丙二醇溶液2温度实施调控的效果，使其始终保持在-30℃的温度，进一步提高冷却温度的精准度，设置的温度传感器6可以进行实时监控，设置的搅拌机构可以对丙二醇溶液2进行搅拌，使其温度均衡，设置驱动机构可以实现夹持机构的转动和升降，使样品的取放过程更加方便，同时进一步增强搅拌效果。
49.进一步优化方案，夹持机构包括夹持板7，夹持板7的顶面开设有若干通孔，通孔内壁固接有连接筒8，连接筒8的底面周向等间距固接有若干限位杆9，若干限位杆9的底面固
接有底板10，底板10外套设有取样环11，取样环11内壁与若干限位杆9外壁滑动接触，取样环11顶部内壁固接有若干连接杆13，若干连接杆13的一端分别穿过两相邻限位杆9之间缝隙且固接有取样板12，夹持板7底面固接有转动柱14，转动柱14的底面与驱动机构顶面固接。
50.在进行牛肉冷却之前，驱动机构带动夹持板7进行上升，将真空包装好的牛肉塞进连接筒8内，使其下移至若干个限位杆9之间，实现夹持，此时所有不同尺寸的牛肉的最大围度即为若干限位杆9所围成圆形的围度，实现了统一化处理，其中心即为最中心位置，当到达指定时间后，驱动机构使其上升，将取样环11向上移动，将牛肉推出即可。
51.进一步优化方案，驱动机构包括驱动板15，驱动板15顶面与转动柱14底面固接，驱动板15的底面中心固接有矩形柱16，矩形柱16外套设有驱动筒17，驱动筒17内壁与矩形柱16外壁相适配，驱动筒17底部外壁通过密封轴承18与冷却壳体1底面转动连接，驱动筒17底面固接有驱动电机19的输出端，驱动电机19固接在冷却壳体1底面，驱动板15底面固接有同心设置的外环20和内环21，内环21和外环20之间分别通过两个轴承转动连接有转动环22，转动环22的底面两侧分别固接有升降柱23，升降柱23的底面贯穿冷却壳体1底面固接有气缸24，气缸24固接在驱动壳体3内腔底面。
52.设置的矩形柱16可以在驱动筒17内腔进行相对滑动可以配合驱动板15的升降动作，同时，在驱动板15进行转动时，通过两个轴承，设置的转动环22可以与驱动板15在其位置固定的情况下发生相对转动，增强驱动板15稳定性的同时，还可以满足气缸24对其的升降动作。
53.进一步优化方案，搅拌机构包括搅拌电机25，搅拌电机25的输出端贯穿冷却壳体1顶面固接有搅拌轴26，搅拌轴26外壁上固接有若干搅拌杆27。
54.进一步优化方案，保温机构包括保温壳体28，保温壳体28固接在冷却壳体1外壁上，保温壳体28内壁上固接有保温层29，保温壳体28底面与驱动壳体3顶面固接。
55.进一步优化方案，冷却机构包括压缩机30，压缩机30固接在驱动壳体3内腔底面，冷却壳体1外壁上缠绕设置有盘管31，盘管31的两端分别贯穿冷却壳体1底面与压缩机30连通。
56.设置温度传感器6与压缩机30电性连接，实现了对丙二醇溶液2温度的实时调控，保证其始终处于-30℃。
57.在本发明的一个实施例中，
58.样品采集与处理
59.挑选18头胴体体重和月龄相似的西门塔尔牛杂交牛，宰后约1.5h随机从其中6头牛的左侧背最长肌取下约30g肉样迅速放入液氮中作为1.5h的样品。之后将这18头牛的左胴体随机分成三组(n＝6)，分别采用不同的冷却方式冷却。第一组为常规冷却，即将牛胴体置于0～4℃条件下冷却24h。同时，迅速取下剩余两组左侧背最长肌，修除皮下脂肪后真空包装袋包装，分别置于以下条件冷却：1)-30℃丙二醇溶液2(55％)冷却至中心温度0℃后转移至-1.0℃环境中继续冷却成熟至宰后24h，记为超快速冷却；2)-30℃丙二醇溶液2(55％)冷却至中心温度-3℃，而后转移至-1.0℃环境中继续冷却至宰后24h，记为新型超快速冷却。在此期间，分别在宰后1.5、3、4、5、10和24h测定肌肉中心温度，对于不便立即测定的指标，在预设时间点采集样品液氮冷冻后，-80℃冻藏待测。随后，将样品分切成2.54cm厚的牛
排，真空贴体包装(托盘包装盒：氧气透过率10cc/m2.24hr@1atm&23℃&0％rh；水蒸气透过率15gram/m2/24hr 38℃&90％rh；密封阻隔膜：氧气透过率25cc/m2.24hr@1atm&23℃&0％rh；水蒸气透过率5gram/m2/24hr 38℃&90％rh)后0℃运回实验室，置于0-2℃继续贮藏14d，分别在贮藏的第0、7和14d(即宰后的2、9和16d)测定剪切力值。数据统计分析：采用sas(9.2，美国sas委员会)程序中的混合模型(mixed procedure)来进行显著性分析，差异显著水平为p《0.05。模型中牛个体为随机效应，宰后时间、冷却方式以及它们之间的交互作用为固定效应。采用sigmaplot10.0作图。
60.结果与分析
61.嫩度方面，贮藏初期(0d，图1)，新型超快速冷却处理后牛肉的剪切力值最低(p《0.05)，相较于常规冷却组初始嫩度改善约10％。同时，基于肌间线蛋白和肌钙蛋白t的结果也证实了这一现象，宰后成熟7
–
14d时，新型超快速冷却处理组中肌间线蛋白和肌钙蛋白t的降解程度最高(图2，3，4，5)。此外，透射电镜的结果进一步的发现宰后5h，超快速冷却和新型超快速冷却两处理组中，由于冰晶的形成部分肌原纤维结构物理性破坏，z线发生扭曲或者断裂(图6)。宰后成熟7d时，超快速冷却和新型超快速冷却中肌节长度均有所增加，整体来看，新型超快速冷却处理组中肌原纤维破坏程度明显大于其他两处理组。综合以上结果，新型超快速冷却处理改善牛肉嫩度的效果最佳，缩短了冷却时间，极大地提高了生产效率。
62.图中：cc表示常规冷却，vfc表示超快速冷却，sc表示新型超快速冷却。a-f表示同一处理组不同宰后时间差异达到显著水平(p《0.05)；x-y表示同一宰后时间不同处理组差异达到显著水平(p《0.05)。
63.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
64.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。