科研櫥窗
電場輔助冷凍技術
- 作者:林禹承、蔡慧君 / 水產加工組
近年來,臺灣的大宗養殖水產品面臨了非關稅性障礙的困擾,其中尤以石斑(Epinephelinae spp.) 和午仔魚 (Eleutheronema tetradactylum) 等仰賴活魚或冰鮮方式出口販售的養殖產業受到的影響最鉅,急需拓展新的銷售管道。
養殖漁業擴展市場需配合後端冷鏈之建立,在無法立即進行活魚出口的情況下,一般以冷凍加工的形式將水產品維持在低溫狀態,以確保其在長途運輸過程中能保持新鮮。傳統的冷凍加工需時較長,機械運轉過程耗能多,且因降溫速率較差,導致通過最大冰晶生成帶之時間延長,產生的冰晶容易破壞魚肉組織,營養價值和風味成分隨之流失,並使質地變得不理想。
Jha等 (2018) 研究指出,以一定強度的電場輔助冷凍,可抑制水分子間互相以氫鍵形成六方體之冰晶,進而使冷凍過程中形成的冰晶縮小,而電場間產生的離子風也會提升熱傳導速率,提升冷凍速率。因此本研究嘗試將脈衝電場(pulsed electric field) 及高壓靜電場 (high voltage electrostatic field) 導入傳統靜止空氣式冷凍,改善傳統冷凍高耗能低品質之問題。
研究人員以不同電場條件輔助冷凍龍虎斑樣品,並測量樣品通過最大冰晶生成帶 (-1 ~ -5℃) 之時間 (圖1),結果顯示,電場條件A與B,可提高冷凍速率 10 ~ 15%,而過高的電場強度C,在處理時因電極蓄積大量帶電離子,導致熱能堆積,反而使冷凍速率降低約30%。

圖1、龍虎斑樣品以不同電場處理的冷凍曲線
龍虎斑魚肉在不同冷凍處理下的組織切片顯微圖如圖2,其中粉紅色區域為魚肉組織,白色區域為冰晶生長所造成的空洞及間隙。傳統冷凍容易在冷凍過程中產生過大之冰晶,而電場冷凍冰晶尺寸較小,白色區域相較傳統冷凍更少,證實電場冷凍對肌肉組織之破壞程度更低。

圖2、不同冷凍方式之龍虎斑樣品組織切片顯微圖。左:傳統冷凍方式;右:電場冷凍
綜合以上結果顯示,以電場輔助冷凍可改善傳統冷凍效率低、品質差之問題,且具有降低耗能之潛力,未來將進一步探討本技術於產業應用之可行性,期望可進一步提升水產品品質,帶動冷凍產業技術之發展。
