质构仪助力探究电磁场对凝胶冷冻特性影响_abio生物试剂品牌网
研究背景
冷冻是食品长期储存的重要方式，但会对食品品质产生机械损伤、冻融浓缩等不良影响。电场和磁场辅助冷冻技术因能减少冷冻损伤受关注，不过其效果和机制尚不明晰。本研究采用单一明胶凝胶食品模型，利用保圣质构仪等设备，探究电场、磁场及二者联用对凝胶冷冻特性的影响。
实验方法
1. 样品制备：将8%（w/w）的明胶粉与去离子水混合，经搅拌、加热、冷却后倒入特定模具，在4℃冰箱老化成凝胶。
2. 冷冻处理：使用特制的磁电耦合装置，对凝胶样品分别进行10mT静磁场辅助冷冻（MF）、5kV/cm静电场辅助冷冻（EF）、10mT静磁场与5kV/cm静电场联用辅助冷冻（EMF），并设无电磁场辅助冷冻为对照（C）。冷冻中用热电偶记录温度变化，每组样品重复8次。
3. 保圣质构仪的应用：实验中使用保圣质构仪（Bosin Tech, TA-XTC-18）对凝胶进行检测。在检测凝胶强度时，它配备TA/0.5圆柱形探头（直径12.7mm），以2mm/s、0.5mm/s、2mm/s的穿刺速度，4mm的穿刺深度进行测试，通过力-距离曲线计算凝胶强度，该仪器测试精准、重复性好，能稳定输出可靠数据。在进行质地剖面分析（TPA）时，保圣质构仪使用TA/36R圆柱形探头（直径35mm），以3mm/s、0.5mm/s、0.5mm/s的压缩速度，10%的压缩比和0.03N的触发力，对样品进行两次往复压缩，从而获取硬度、弹性、内聚性等质地指标。
4. 其他检测方法：用差示扫描量热仪（DSC）测定凝胶的玻璃化转变温度、结晶温度和熔化焓；通过低场核磁共振（LF-NMR）和磁共振成像（MRI）分析水分分布；采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和荧光发射光谱分析蛋白质结构；借助光学显微镜观察冰晶形态；运用倒置荧光显微镜和扫描电子显微镜检测微观结构。
实验结果
1. 冷冻参数：EF、MF和EMF处理均显著降低了凝胶样品的成核温度，EMF处理使总冷冻时间缩短10.5%，平均冷冻速率提高11.7%，EF和EMF处理显著缩短了相变时间，其中EMF处理相变时间缩短17.2%。
2. 水分状态：LF-NMR和MRI结果表明，EF和EMF处理减少了样品解冻后自由水的形成，改善了水分分布，而MF处理效果不明显。
3. 保圣质构仪检测结果：保圣质构仪检测显示，冷冻解冻后凝胶强度和硬度显著降低，但EMF处理的样品凝胶强度显著高于对照组，且其硬度与未冷冻样品差异不显著，MF和EF处理组与对照组在质地指标上无显著差异，表明EMF能有效减轻冷冻对凝胶质地的损伤，体现了保圣质构仪在精准检测质地差异方面的优势。
4. 蛋白质结构：FTIR和荧光光谱分析表明，EMF和EF处理能更好地维持蛋白质的二级和三级结构。
5. 冰晶与微观结构：EMF处理的样品冰晶面积比对照组减少49.28%，且冰晶分布更均匀。倒置荧光显微镜和扫描电子显微镜显示，EF和EMF处理的样品凝胶结构保存较好，而对照组和MF处理组结构损伤严重。
综上所述，电场和磁场单独或联用辅助冷冻对凝胶冷冻特性有显著影响，其中EMF处理效果最佳。保圣质构仪凭借其高精度、高稳定性和良好的重复性，在检测凝胶质地变化、评估冷冻效果中发挥了关键作用，为研究电磁场辅助冷冻技术提供了重要的数据支持。
冷冻是食品长期储存的重要方式，但会对食品品质产生机械损伤、冻融浓缩等不良影响。电场和磁场辅助冷冻技术因能减少冷冻损伤受关注，不过其效果和机制尚不明晰。本研究采用单一明胶凝胶食品模型，利用保圣质构仪等设备，探究电场、磁场及二者联用对凝胶冷冻特性的影响。
实验方法
1. 样品制备：将8%（w/w）的明胶粉与去离子水混合，经搅拌、加热、冷却后倒入特定模具，在4℃冰箱老化成凝胶。
2. 冷冻处理：使用特制的磁电耦合装置，对凝胶样品分别进行10mT静磁场辅助冷冻（MF）、5kV/cm静电场辅助冷冻（EF）、10mT静磁场与5kV/cm静电场联用辅助冷冻（EMF），并设无电磁场辅助冷冻为对照（C）。冷冻中用热电偶记录温度变化，每组样品重复8次。
3. 保圣质构仪的应用：实验中使用保圣质构仪（Bosin Tech, TA-XTC-18）对凝胶进行检测。在检测凝胶强度时，它配备TA/0.5圆柱形探头（直径12.7mm），以2mm/s、0.5mm/s、2mm/s的穿刺速度，4mm的穿刺深度进行测试，通过力-距离曲线计算凝胶强度，该仪器测试精准、重复性好，能稳定输出可靠数据。在进行质地剖面分析（TPA）时，保圣质构仪使用TA/36R圆柱形探头（直径35mm），以3mm/s、0.5mm/s、0.5mm/s的压缩速度，10%的压缩比和0.03N的触发力，对样品进行两次往复压缩，从而获取硬度、弹性、内聚性等质地指标。
4. 其他检测方法：用差示扫描量热仪（DSC）测定凝胶的玻璃化转变温度、结晶温度和熔化焓；通过低场核磁共振（LF-NMR）和磁共振成像（MRI）分析水分分布；采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和荧光发射光谱分析蛋白质结构；借助光学显微镜观察冰晶形态；运用倒置荧光显微镜和扫描电子显微镜检测微观结构。
实验结果
1. 冷冻参数：EF、MF和EMF处理均显著降低了凝胶样品的成核温度，EMF处理使总冷冻时间缩短10.5%，平均冷冻速率提高11.7%，EF和EMF处理显著缩短了相变时间，其中EMF处理相变时间缩短17.2%。
2. 水分状态：LF-NMR和MRI结果表明，EF和EMF处理减少了样品解冻后自由水的形成，改善了水分分布，而MF处理效果不明显。
3. 保圣质构仪检测结果：保圣质构仪检测显示，冷冻解冻后凝胶强度和硬度显著降低，但EMF处理的样品凝胶强度显著高于对照组，且其硬度与未冷冻样品差异不显著，MF和EF处理组与对照组在质地指标上无显著差异，表明EMF能有效减轻冷冻对凝胶质地的损伤，体现了保圣质构仪在精准检测质地差异方面的优势。
4. 蛋白质结构：FTIR和荧光光谱分析表明，EMF和EF处理能更好地维持蛋白质的二级和三级结构。
5. 冰晶与微观结构：EMF处理的样品冰晶面积比对照组减少49.28%，且冰晶分布更均匀。倒置荧光显微镜和扫描电子显微镜显示，EF和EMF处理的样品凝胶结构保存较好，而对照组和MF处理组结构损伤严重。
综上所述，电场和磁场单独或联用辅助冷冻对凝胶冷冻特性有显著影响，其中EMF处理效果最佳。保圣质构仪凭借其高精度、高稳定性和良好的重复性，在检测凝胶质地变化、评估冷冻效果中发挥了关键作用，为研究电磁场辅助冷冻技术提供了重要的数据支持。
