《食品科学》:中国农业大学赵靓教授、新疆维吾尔自治区农业科学院马燕研究员等:静磁场辅助解冻对沙棘原浆综合品质的影响

1 解冻特性曲线

冷冻沙棘原浆的解冻曲线变化趋势大体相同，可分为3 个阶段，即预热阶段、相变阶段和加热阶段。如图1A所示，第1阶段解冻温度从－18～－3 ℃，为预热阶段，该阶段升温速率较快。此时，冷冻沙棘原浆表层冰晶开始融化，但内部仍处于固态。第2阶段从－3～－1 ℃，为相变阶段，在此阶段由于冰晶融化需要大量热量，因此会出现一个温度平台，称为最大冰晶融化带。第3阶段从－1～4 ℃，为加热阶段，沙棘原浆温度逐渐接近环境温度，升温迅速。

如图1B所示，未经磁场辅助解冻的沙棘原浆完成解冻时间为51.5 min，与2、3 mT磁场处理组无显著差异。但经由特定磁场强度的静磁场辅助，冷冻沙棘原浆的解冻效率显著提升（P＜0.05），其中经1 mT磁场辅助完成解冻时间最短，为38 min，解冻时间缩短26.2%；4 mT磁场辅助完成解冻时间为40 min，解冻时间缩短22.3%。这是由于自旋核会沿外加磁场方向发生进动，该现象增强了沙棘原浆中氢核的热振动，从而促进了样品整体的热传导。但由于不同极性分子（如水、有机酸等）对磁场的响应行为存在差异，且沙棘原浆作为一个复杂的多相体系，其内部氢键网络在解冻过程中处于断裂与形成的动态平衡。磁场强度通过影响这一平衡，改变了体系的性质，从而导致解冻时间与磁场强度之间呈现出非线性关系，表现出特定的“窗口效应”。此外，磁场同样对缩短沙棘原浆相变时间有一定的积极影响。与对照组相变时间10 min相比，1、2 mT处理组相变时间显著缩短，分别为3.5、5.5 min，缩短了65%、45%。该现象是由于磁场干扰了水分子氢键排列，降低了冰晶的稳定性，抑制其重结晶，使其由固态向液态转变所需的热量更少，从而缩短了相变时间。

2 解冻能耗变化

静磁场由直流电产生，因此需要额外能量输入。如表1所示，随着磁场强度的增加，磁场辅助解冻所需解冻功率随磁场强度增加从683.3 W升至936.8 W。解冻时间随磁场变化而异，1 mT为磁场辅助解冻最优强度，该条件下总能耗最低，为495.3 W·h，较对照组降低16.1%，且效率最高。这归因于其显著缩短解冻时间，有效抵消了功率增加造成的能耗升高。然而，2～3 mT条件下解冻完成总能耗显著升高（P＜0.05），分别达701.3、687.0 W·h。由此可知，磁场辅助解冻存在最优磁场强度，偏离此最优值，解冻时间延长与维持高磁场强度所需功率增加的双重作用会导致总能耗大幅上升。

3 静磁场辅助解冻对沙棘原浆色泽的影响

沙棘原浆颜色的变化常由类胡萝卜素含量的变化、多酚氧化和褐变反应所引起。如图2所示，经由不同强度磁场辅助解冻后，沙棘原浆的L*值差异不显著，但各处理组间a*、b*值均随磁场强度增加呈现先减小后略微上升的趋势，且数值高于对照组。此外，各处理组ΔE值均小于2.00，表明解冻引起的色泽变化在人眼视觉感知上可视为无差异。但总体而言，经由磁场辅助解冻的沙棘原浆ΔE值均低于对照组，表明磁场处理能有效抑制沙棘原浆的褐变程度，具有较好的护色效果。类似地，该技术在其他食品体系中也展现出维持色泽的积极效果，例如对红辣椒进行外加磁场辅助冻融处理时，能显著延缓辣椒的a*值下降（P＜0.05）；在淀粉基炒饭冻融循环中磁场辅助冻融处理能有效延缓色泽劣变。

4 静磁场辅助解冻对沙棘原浆理化特性的影响

固酸比被广泛应用于果汁口感评价、配方 调配等方面，也可反映沙棘原浆的滋味。沙棘原浆中所有糖、可溶性维生素、有机酸等可以溶解于水的化合物被称为可溶性固形物。通常而言，固酸比越高，果汁滋味以甜为主，反之则以酸为主，且过低的固酸比会导致沙棘汁口感酸涩，影响消费者直接饮用的可接受度。由图3可知，在磁场辅助解冻处理后，沙棘原浆的可溶性固形物含量为10.5～11.0 °Brix；酸度为1.34～1.36；固酸比为7.81～8.17；pH值为2.94～3.05，整体以强烈酸味为主。理化指标虽整体略有波动但并无显著差异（P＞0.05），表明磁场辅助解冻处理能保留沙棘原浆固有滋味。

5 静磁场辅助解冻对沙棘原浆营养成分的影响

多酚和黄酮类化合物是沙棘原浆中的主要营养成分，具有抗氧化能力，但在加工过程中容易受到酶促褐变等原因影响导致其含量受到损失。如图4所示，与空气解冻相比，静磁场处理对沙棘原浆总黄酮的保留均有积极影响，1、2 mT磁场处理对沙棘原浆中总黄酮含量的影响尤为显著，分别为0.54、0.50 mg/g，与对照组相比分别显著提升112.5%、94.9%（P＜0.05）。沙棘原浆中总酚含量随磁场强度增大呈现逐渐下降的趋势，但经1、2 mT处理的沙棘原浆总酚含量分别为4.07、3.99 mg/g， 与对照组相比分别提高了18.3%、16.0%。磁场辅助解冻处理后总酚和总黄酮保留率提升，以及不同磁场强度下效果有差异的现象，可归因为多种生物学效应的累计与叠加，一方面磁场作用能通过改变酶结构以降低多酚氧化酶等氧化酶的酶活力缩短解冻时间，从而进一步缩短酶促反应时间，能有效保护沙棘原浆中大量果肉碎片内活性物质的完整性。另一方面，酶失活响应具有一定频率或强度范围趋势，即“强度窗口”和“时间窗口”构成的窗口效应，当磁场强度超过范围时，酶结构变得可逆并恢复，导致酶活性重新激活，造成酚类和黄酮的损失。此外，磁场可能进一步增强了沙棘原浆中黄酮类新物质的转化生成。

沙棘中富含的VC具有抗氧化、清除体内的自由基、保护细胞免受氧化损伤等作用。此外，沙棘中含有的类胡萝卜素物质同样具备清除自由基、增强免疫力和预防癌症等多种功效。由图5可知，经不同磁场强度辅助解冻的样品间，VC含量随磁场强度的增加呈先上升后略下降的趋势，整体波动范围介于89.5～98.5 mg/100 g之间，且与对照组（82.8 mg/100 g）相比均无显著差异（P＞0.05）。类胡萝卜素含量随磁场强度的增加整体呈现降低的趋势，但1、2 mT处理组的含量分别为0.097、0.098 mg/100 g，显著高于对照组的0.089 mg/100 g （P＜0.05），较对照组分别提升9.0%、10.1%。该结果与颜色指标中a*、b*值的变化趋势基本一致，表明适宜强度的磁场辅助解冻有助于更好地保留沙棘原浆中类胡萝卜素的同时，能使冻融后产品的色泽更接近鲜制沙棘原浆的橙黄色。

6 静磁场辅助解冻对沙棘原浆SOD活性的影响

沙棘原浆富含SOD，在机体抵御氧化应激中起到关键作用，能够有效清除活性氧（ROS），具有抗氧化、缓解炎症等多种生理功能，在生物体生长发育中发挥着重要作用。如图6所示，虽经不同磁场强度辅助解冻处理后的沙棘原浆与对照组SOD活性并无显著差异（P＞0.05），但2 mT磁场处理的样品SOD活性达70.0 U/mg，与对照组相比仍提升41.4%，说明适宜磁场可以通过调节电子的自旋来改善抗氧化酶的合成或能激活相关活性氧清除酶活性。该现象与Tao Jiaqi等在6 mT静磁场处理的蓝莓贮藏期间观察到的SOD活性增强结果类似。此外，Hassanpour等对静磁场影响雨生红球藻抗氧化酶活性的研究也表明，单独应用静磁场处理可显著提升73.85% SOD活性（P＜0.05）。

7 静磁场辅助解冻对沙棘原浆抗氧化能力的影响

沙棘原浆中富含多酚类、黄酮类、VC、类胡萝卜素和有机酸等多种营养物质，这些物质作为天然抗氧化剂，具有较强的抗氧化能力。为全面评估沙棘原浆的抗氧化活性，采用DPPH自由基清除法与FRAP法进行相互验证以提高评价结果的准确性与可靠性。如图7所示，磁场辅助解冻处理样品的DPPH自由基清除率均高于空气解冻样品，其中1 mT处理组的清除率达66.9%，较对照组显著提高了8.19%（P＜0.05）。随磁场强度增强，沙棘原浆样品的DPPH自由基清除能力呈现逐渐下降的趋势。这可能与磁场辅助解冻处理后沙棘原浆中总酚、总黄酮及类胡萝卜素含量的下降有关。静磁场辅助解冻样品的FRAP均显著高于对照组（1.42 µmol/mL） （P＜0.05），1、2、3 mT磁场强度处理组的FRAP分别为3.85、3.88、3.81 µmol/mL，较对照组分别提升171%、173%、168%；其中4 mT磁场强度下解冻的沙棘原浆FRAP达到最高值，为4.46 µmol/mL，较对照组提升214%。推测原因为磁场辅助解冻对沙棘原浆酚类等水溶性抗氧化活性物质的保留及释放产生了积极影响，以及有机酸与酚类物质的协同效应。

8 静磁场辅助解冻对沙棘原浆挥发性风味化合物的影响

沙棘原浆的香气作为一项关键的风味感官评价指标，受其中挥发性化合物的种类组成以及相对含量的影响。如图8所示，采用GC-IMS从解冻处理后的沙棘原浆中共鉴定出挥发性化合物42 种，主要化合物类别为酯类（18 种）、醇类（9 种）、酮类（8 种）和烯烃类（3 种），此外还检出其他微量风味化合物（醛类1 种、吡啶类1 种、醚类1 种、腈类1 种）。正己醇、丁酸乙酯（D）、乙酸乙酯（D）为沙棘原浆挥发性物质中的主要组分，三者均具有清新的水果香气，相对含量居于前列且较为接近，介于总挥发性物质含量的7%～8%之间。整体而言，各磁场处理组之间及其与对照组之间均无显著差异（P＞0.05），外加磁场辅助解冻对沙棘原浆的风味影响不大。

沙棘原浆中已鉴定出的挥发性化合物可经鼻腔嗅觉受体感知，通过独立、相加、协同或掩蔽效应发挥作用，但仅有一小部分对沙棘原浆的整体香气形成起关键作用。因此，研究人员常使用ROAV评估食品中挥发性风味成分对整体香气贡献强度的关键指标，当ROAV≥1时，该挥发性成分为关键香气化合物；当0.1≤ROAV＜1时，该成分为修饰性香气成分。

在解冻沙棘原浆中，选定相对含量较高且感官阈值较低的2-甲基丁酸乙酯（M）为关键性风味化合物，设定其ROAVstan为100，ROAV分析结果如表2所示，静磁场辅助解冻沙棘原浆中筛选出14 种关键挥发性化合物，其中风味贡献最大的物质为呈苹果香型的2-甲基丁酸乙酯。此外还有呈菠萝香、脂香、酒香的关键化合物丁酸乙酯、己酸乙酯。同时筛选出对沙棘原浆香气具有修饰作用的挥发性化合物（0.1≤ROAV＜1）共9 种，主要为呈苹果、菠萝似果香及脂香的酯类物质（7 种），另有醛类和烯烃类物质各1 种，分别呈青草香、松木香。其中，经静磁场辅助解冻后，沙棘原浆中关键呈香酯类——2-甲基丁酸甲酯、丁酸乙酯（D）及乙酸异戊酯（D）的ROAV均略高于对照组，表明静磁场处理可能通过有效减缓脂肪氧合酶催化的氧化进程，抑制不饱和脂肪酸的氧化，从而更好地保留了这些贡献果香、甜香的酯类风味物质。

9 相关性分析

相关性分析可用于研究两个或多个变量之间的统计关系及其密切程度、其中Pearson相关系数适用于衡量连续变量之间的线性相关性强弱和方向。将磁场强度与实验测得解冻特性、色泽、理化指标、营养指标共21 个指标进行Pearson相关性分析，结果如图9所示。磁场强度与愉悦香气呈极显著正相关（P＜0.01），这可能与磁场能缩短解冻时间、抑制非酶氧化从而延缓酯类成分的氧化有关；与FRAP呈高度显著正相关（P＜0.001），这与磁场能在缩短解冻时间的同时抑制多酚氧化酶、过氧化物酶等氧化酶活性，从而更好地保留酚类、有机酸等抗氧化成分有关；与解冻功率呈极其显著正相关（P＜0.000 1），这与提高磁场强度需要额外输入电能有关。解冻完成时间与解冻完成能耗呈显著正相关（P＜0.05）；与L*值、FRAP呈显著负相关（P＜0.05）。相变时间与pH值、ΔE值呈极显著正相关（P＜0.01）；与b*值、DPPH清除率呈显著负相关（P＜0.05）；与类胡萝卜素含量呈极显著负相关（P＜0.01）；与a*值、总酚含量呈高度显著负相关（P＜0.001）；与总黄酮含量呈极其显著负相关（P＜0.000 1）。解冻完成时间和相变时间对沙棘原浆品质的影响主要是由于酶促褐变与类胡萝卜素、酚类、黄酮类等抗氧化活性物质氧化损失。综上，适当强度的磁场处理能够有效提升沙棘原浆的抗氧化能力及感官品质。该技术可作为一种有潜力的非热处理技术、有效保留沙棘原浆等果蔬汁的品质。

10 基于指标相关性的指标权重确定法（CRITIC）综合评价

核心指标权重系数的确定是综合评价的前提。CRITIC是一种客观赋权法，其以评价指标的变异性和评价指标间的冲突性作为标准进行计算，利用指标所反映的客观信息确定权重，从而体现各指标对最终结果的重要程度。指标变异性越大，能反映更多信息，应分配更高权重；指标与其他指标的相关性越小，则其冲突性越大，同样应赋予更高的权重。

为综合评价静磁场辅助解冻沙棘原浆品质，基于前期实验测定的各项指标进行CRITIC综合评价。由表3可知，总酚的变异性最大（0.360）；固酸比的冲突性最强，为16.179。综合指标变异性和冲突性，愉悦香气、解冻功率、固酸比、VC、解冻完成总时间为15 个指标中权重占比前5的指标，权重占比分别为9.41%、9.25%、8.54%、8.38%、7.40%。综合各项指标，可得不同磁场辅助解冻处理的沙棘原浆综合评分如式（4）所示：

式中：Z为沙棘原浆综合评分；y1～y15分别为愉悦香气、解冻功率、固酸比、VC含量、解冻完成总时间、FRAP、解冻完成能耗、总酚含量、ΔE、相变时间、总黄酮含量、SOD活性、不良气味、类胡萝卜素含量、DPPH自由基清除率正向化处理后的值。

运用式（4）可得不同磁场辅助解冻后的沙棘原浆综合品质得分，如图10所示，经过磁场强度1 mT辅助解冻处理后的沙棘原浆品质综合得分最高且显著高于对照组，达0.62。

11 结论 

本研究探究了不同磁场强度的静磁场条件辅助解冻对沙棘原浆解冻特性与品质的影响。与空气解冻相比，静磁场辅助解冻沙棘原浆的效率显著提高，其中1 mT磁场辅助下的沙棘原浆解冻时间为38 min，解冻效率较对照组提升了26.2%。磁场还可有效减少冰晶重结晶，缩短相变时间，1、2 mT处理的沙棘原浆解冻相变时间分别为3.5、5.5 min，显著缩短了65%、45%（P＜0.05）。在品质方面，磁场处理后的沙棘原浆色差变化较小；可溶性固形物含量、酸度、固酸比、pH值等理化指标与对照组相比无显著差异（P＞0.05）；磁场处理不仅能有效保持总酚、总黄酮、类胡萝卜素含量且能促进其营养活性物质释放，其中1、2 mT处理的解冻沙棘原浆总黄酮含量显著升高，总酚含量高于未经磁场处理的沙棘原浆。此外、磁场处理还显著提高了沙棘原浆的FRAP和SOD活性，表明磁场具有增强沙棘原浆抗氧化能力及激活SOD的作用。CRITIC综合评价结果显示，1 mT为最优磁场强度，其辅助解冻处理后的沙棘原浆综合评分最高，其综合品质显著优于常规空气解冻处理得到的沙棘原浆。综上，静磁场辅助解冻可作为一种有效提高沙棘原浆解冻效率和品质的方法，具有广阔的应用前景。

作者简介

通信作者：

赵靓，教授，中国农业大学食品科学与营养工程学院，食品科学与工程系，博士生导师，食品加工系主任，挂职北京工商大学研究生院副院长，曾挂职中国农业大学发展规划处副处长；从事果蔬加工技术创新及副产物综合利用研究工作。担任农业农村部果蔬加工重点实验室副主任、国家农业产业技术体系特色蔬菜加工岗位科学家、中国农学会农产品贮藏加工分会秘书长、北京食品科学技术学会未来食品分会秘书长、中国食品科学技术学会果蔬加工技术分会委员、中国食品工业协会第五届中国调味品专家委员会专家、IFT Non-thermal Processing Division 中国区负责人、Food Engineering Reviews和Journal of Future Foods编委、《食品科学》等杂志青年编委等。担任“十四五”国家重点研发计划项目首席，主持国家自然科学基金青年B类、C类及面上基金项目以及国家、省部、横向合作等项目20余项；建立“辣椒加工教授工作站”和三部委“遵义辣椒加工科技小院”。发表论文100余篇；授权国内外发明专利近20件（美国发明专利1 件）；制定国家标准2 项、农业行业标准10余项；第一完成人获中国食品工业协会科技进步二等奖，作为骨干获教育部技术发明一等奖、神农中华农业科技奖一等奖、中国轻工业联合会技术发明一等奖、第二批全国高校黄大年式教师团队、神农中华农业科技奖优秀创新团队奖等省部及社会力量奖励9 项。

通信作者：

马燕，研究员，硕士生导师、博士，新疆维吾尔自治区农业科学院农产品加工研究所。长期从事食品新资源挖掘、特色果蔬加工关键技术创新及副产物综合利用等研究工作。兼任中国农学会农产品贮藏加工分会委员、中国食品科学技术学会果蔬加工/非热加工技术分会委员、新疆特色果蔬产教融合共同体常务理事等学术职务。自治区天山英才“青年拔尖人才”入选者。主持完成国家级项目1 项，省部级项目10 项，厅局级项目2 项，企业横向课题2 项；完成2 个调味品、2 个药食同源产品；授权发明专利10 项，发表论文50余篇，其中SCI收录10 篇。主持科研项目15余项，承担国家重点研发专项任务、自治区重大专项和自治区自然基金等研究项目课题10 项；发表学术论文60余篇；获国家发明专利8 项；主持参与制定农业和地方标准5 项；获省部级科技进步一等奖、三等奖、神农中华农业科技二等奖、中国食品工业协会科学技术二等奖4 项。

第一作者：

周戚薇，硕士研究生，中国农业大学食品科学与营养工程学院食品科学与工程专业。研究方向为果蔬加工，聚焦新型物理场辅助冷冻/解冻技术对浆果原浆综合品质的影响，重点开展沙棘、白桑葚等药食同源特色浆果的加工与利用研究；同时开展干辣椒品质评价体系研究，系统探究辣椒品质指标筛选、综合评价模型建立。