根据国家统计局畜产品产量年度数据,2021—2024年国内肉类总产量分别为8 990.0、9 328.4、9 748.2、9 775(估)万t,其中2024年猪肉、牛肉、羊肉、禽肉的产量分别为5 706、779、518、2 660万t[1]。2024年中国肉类进口总量为666.6万t,其中牛肉、猪肉、羊肉、禽肉分别为287、107、36.65、40.53万t。肉类贸易中冷冻肉是最主要的流通方式[2]。冷冻过程中肌细胞内外形成大小不一的冰晶,对肌细胞内外形成挤压,一定程度上造成肌细胞的机械损伤,肌纤维蛋白也受到一定程度的挤压,最终造成冷冻肉解冻后保水能力减弱,蛋白质变性等品质劣变问题。冷冻肉制品需要经过解冻才能提高后续加工品质[3]。因此,解冻方法对冷冻肉的品质有着重要影响[4]。
目前,预制菜肴的概念逐渐在世界范围内推广,以家禽、牲畜、农产品和水产品为原料,分切、腌制、混合、成型、调味等加工而成半成品或成品,其可减少大量烹饪时间,更适合当前快节奏的现代生活[5]。预制菜肴的冻藏解冻复热是当前的研究热点之一。畜禽类预制菜品质受到冷冻方式、冷冻贮藏和流通过程中的温度波动、解冻损失等影响,冻藏后存在不同程度地降低。解冻方法包括传统方法(空气、静水和流水解冻),新型方法(超高压、真空、微波(microwave thawing,MT)、射频、远红外(far-infrared thawing,IT)、欧姆加热、磁场和超声波解冻(ultrasonic thawing,UT))等[6]。解冻方法对肉品质影响的研究内容如图1所示,冻结过程造成肌肉细胞的结构损伤,解冻后肌肉中蛋白质、脂肪氧化变性,导致理化品质和微观组织结构产生一定程度地劣变。许多研究表明冻融过程蛋白质交联或降解等使肉的保水性、营养价值、生物利用度下降[7]。温度波动越大,重结晶增生作用越严重,进一步破坏肉组织结构的完整性[8]。因此,冻融过程解冻对冷冻肉品质影响的研究很有必要。
图1 冷冻肉解冻相关研究内容
Fig.1 Research contents related to the thawing of frozen meat
本文全面综述了不同解冻方法对冷冻肉品质影响的研究,对研究技术分类、优缺点、技术理论、影响因素和研究结果进行归纳分析,同时总结了反复冻融对肉品质的影响,为冷冻肉解冻贮藏保鲜技术提供理论研究基础。
1 不同解冻方法
不同解冻方法包括传统和新型解冻方法,传统方法包括空气和水解冻,新型方法包括超高压[9]、真空[10]、MT、射频[11]、IT[12]、欧姆加热[13]、磁场[14]、UT[15]等,具体分类如图2所示。具体不同解冻方法优缺点总结如表1所示。
表1 不同解冻方法的优缺点
Table 1 Advantages and disadvantages of different thawing methods
解冻方法基本参数优点缺点应用空气0～20 ℃空气,风速、温度、湿度等因素成本低,操作方便解冻耗时长,会引起微生物的生长和繁殖体积较大而且较厚的肉类水0～20 ℃冷水、30～40 ℃温水,静水、流水解冻时间快造成一定的营养流失,同时容易滋生微生物适用于大多数冷冻水产、畜禽肉类超高压0～300 Mpa,时间,温度等解冻均匀稳定,时间短,非热处理在合适的压力条件下品质好成本较高,不便于流水线生产,过高的压力处理会造成蛋白质构象功能发生变化不适用于工厂大规模生产真空解冻压力在0.1 kPa及以上解冻效率高,有效抑制解冻中食品的氧化和一些好氧性微生物的繁殖保持解冻箱体的恒定压力,消耗的成本较大,后期维护费用较高不适用于工厂大规模生产MT915 MHz或2 450 MHz是微波常用解冻频率快速、节能、营养、安全等特点解冻不均匀,局部组织易加热过度适合工厂大规模解冻射频常用的工业频率包括13.56、27.12、40.68 MHz解冻效率高,并且能够保持良好的色泽和风味样品出现失控加热,导致温度分布不均匀射频波长穿透深度较深,更适用于一些大物料IT远红外波长为2～25 μm利用热效应达到解冻目的,解冻时间缩短易造成表面温度较高,促进细菌繁殖主要用于冷冻肉品的联合解冻,其单一解冻的研究较少欧姆加热电场强度、温度、频率、水分、脂肪、肌肉纤维等影响食品的电导率能量转化率高,解冻速率明显提升非均匀的食品电阻不一致,欧姆加热易引起局部过热等问题应用于大块冷冻肉解冻磁场磁场强度减少解冻时间,解冻均匀性好,改善蛋白质凝胶性能,保持良好品质设备成本高,技术要求复杂,能耗高,适用范围有限解冻技术有一些研究成果,但是工厂大规模应用存在一定限制因素UT高于20 kHz的声波解冻效率高,局部过热问题稍有缓解功率要求高,超声波功率的增大,解冻损失会随之增大选择合适频率和功率的超声波进行解冻
图2 不同解冻方法综合分类
Fig.2 Comprehensive classification of different thawing methods
1.1 空气解冻
一般来讲,在0～5 ℃空气中解冻称为慢解冻,在15～20 ℃空气中解冻称为快解冻[16]。室温空气解冻因为成本低,操作方便等,是较为经济的一种解冻方法[17]。但由于解冻耗时长,肉品长期外露在空气中容易引起微生物增殖[18]。对比传统空气解冻,高湿低温空气解冻可以明显降低蛋白质及脂肪氧化程度,显著提高冷冻肉品的保水能力。提高湿度是一种有效的辅助空气解冻的方法,但过高的湿度容易促进微生物生长繁殖。因此空气解冻必须考虑温度、湿度、风速等因素来保证肉制品的品质。
1.2 水解冻
水解冻方法可以采用静水和流水解冻2种方式。与空气解冻相比,水的比热容比空气大,导热性能也优于空气,可以传递更多的热量,解冻时间较快。尤其是高温水解冻(60 ℃左右),不仅解冻时间快,而且可以抑制解冻过程中部分微生物的生长繁殖速度,但是对冷冻肉的品质影响较大,不建议长时间高温水解冻[19-20]。水解冻通常适用于大多数冷冻水产、畜禽肉类,解冻之前最好将冷冻肉进行一定程度地包装,因为解冻过程中肉制品与水介质直接接触导致营养成分流失,同时容易使微生物繁殖,降低肉类的品质。
1.3 超高压解冻
与传统解冻技术相比,超高压解冻方法可以使冷冻肉类快速解冻、减少营养损失、改善肉的质地、嫩化肉制品同时具有杀菌作用等,但是在100～300 MPa高压处理时,对肉色品质变化影响较大。超高压快速解冻可以使冷冻产品中的固相水在压力下转化为液态水,高压解冻涉及压力、温度和时间3个变量,在三相点附近(水/冰Ⅰ/冰Ⅲ)的压力水平为209 MPa时,似乎最有效地加速了融化过程。高压解冻的理论基础包括以下过程,从0～209 MPa,水的相变温度随着压力的增加而降低,在209 MPa时降至-22 ℃。CHOI等[21]研究表明猪肉的冻结点大概为-1.4 ℃(0.1 MPa),-4.2 ℃(50 MPa),-8.9 ℃(100 MPa),-14.1 ℃(150 MPa),-21.2 ℃(200 MPa),如图3所示,随着压力的增加,冻结点迅速下降,高压处理可以在低温条件下快速解冻冷冻肉。同时高压力处理会引起疏水和静电相互作用的变化,影响蛋白质的二级、三级和四级结构,导致蛋白质功能的构象发生变化。
图3 不同压力变化件下猪肉的冻结点[21]
Fig.3 The freezing point of pork under different pressure variation conditions[21]
注:虚线为猪肉的冻结点。
1.4 真空解冻
真空解冻利用水在常温低压条件下气化成水蒸气,在低温肉体表面水蒸气凝结放热而实现快速解冻[22],解冻速率较空气解冻高2～3倍左右。真空解冻过程中的真空低氧环境可有效抑制解冻中部分好氧性微生物的繁殖和食品氧化程度。不断冷凝的水蒸气附着在冻品表面,水分会被部分重吸收,减少解冻后肉质的营养和水分损失[23]。国内外多以鱼虾类的真空解冻研究为主,解冻压力均在0.1 kPa及以上,但在解冻过程中需保持箱体的恒定压力,成本消耗较大。结合以上的优缺点,一种新型的真空升华-复水解冻系统依据冰晶在一定真空压力和温度条件下可由固态直接转变成气态的原理,先将冷冻制品中的冰晶快速升华,降低含冰量,再通入恒温水,冷冻制品的复水升温,实现解冻[24-25]。真空解冻具有广泛的应用前景。
1.5 MT和射频解冻
微波是一种波长为1 mm～1 m,频率300 MHz～300 GHz的电磁波。MT利用电磁波对冷冻产品中的水分、糖类和蛋白质等分子极性基团起作用,尤其是水分子,使极性分子在电场中高速振荡,造成分子间剧烈摩擦,由此产生热量将微波能转化为热能解冻冷冻肉[26]。MT常用频率为915 MHz或2 450 MHz[27]。915 MHz低频微波较2 450 MHz高频微波穿透力更强,但加热速度较慢,汁液流失情况远低于高频MT。MT速率高,降低了汁液损失和蒸煮损失,提高保水能力,适合工厂大规模解冻,但是由于波长较短穿透能力较差,MT容易存在解冻不均匀等问题,从而出现边角过热加热不均匀现象。
射频是一种频率范围在3 kHz～300 MHz的电磁波,射频加热的原理是射频发生器产生高频交变电磁场,在交变电场作用下食品中的微观粒子不断运动摩擦而产生热量升温加热食品。为了防止频段重叠引起相互干扰造成安全事故,美国联邦通信委员会规定了13.56、27.12、40.68 MHz这3个电磁波频率可应用于工业、科学和医学领域。射频解冻解冻效率高并且能够保持良好的色泽和风味,但食品形状、性质、介电特性和极板间隙等会影响解冻速度和均匀性,冰和水对电磁波能量的吸收存在的差异性导致已解冻和未解冻部位射频加热速率不同,解冻后的物料表面边角部位表现出局部过热的现象[28]。
1.6 IT
远红外波长为2～25 μm,当冷冻肉制品内有机物质的固定振动频率与红外线振动频率一致时,通过共振产生的热效应,达到解冻目的[29]。热量经过一定深度的吸收后传递到肉料中心,但当原料肉中心达到解冻终点温度时,表面由于较高温度促进细菌繁殖,降低原料肉品质。可采用低温冷风和水雾湿润冻结肉品表面[12],进行可间断低温远红外辐照加热,尽量避免过度加热对细胞结构的损伤,降低解冻汁液流失率,减少微生物数量。
1.7 欧姆解冻
欧姆解冻是一种全新的电极加热解冻方法,通过冷冻品的阻抗、介质损耗的变化将电能转化为热能,能量转化率达90%,达到快速解冻的目的[30]。欧姆加热是一个复杂的过程,随着电势梯度的增大,解冻速率明显提升。在欧姆解冻过程中,电导率是影响冷冻食品解冻效果的关键物理特性,冷冻肉制品在欧姆解冻设备中的电导率与电场强度、频率、温度,以及本身的水分、脂肪、肌肉纤维状态等因素直接相关。因为非均匀食品各部分的电阻不同,而冷冻肉制品与电极材料直接接触,欧姆解冻容易产生局部过热等问题。
1.8 磁场解冻
磁场技术作为食品加工中的一种新型方法,可分为静磁场、交变磁场、振荡磁场和脉冲磁场4种,磁场设备操作过程安全、污染小且具有成本效益,在解冻方面显示出相当大的潜力[31]。在磁场作用下,极性水分子会形成偶极子,在外部磁场的作用下会由无序紊乱状态向磁场的阴阳极进行重新排列。磁场通过引导、振动和旋转水分子来直接作用于水,显著影响液态水的氢键特性,对肌肉理化品质和纤维结构等产生影响[32]。同时磁场减小了冰晶对肌肉组织产生的二次损伤,保护了肌纤维结构的完整性,使解冻后的纤维组织排布整齐[14]。磁场作为一种物理场,减少了肌原纤维蛋白解冻后的构象变化及其聚集程度,最终提升了肉的持水性[33]。
1.9 UT
超声波是一种机械波,频率通常高于20 kHz。超声波具有和微波一样解冻效率高的优点,主要是在解冻过程中产生大量空化气泡,空化气泡破裂产生热量,同时超声波的振动能转变为热能,使介质内部温度升高,解冻原料肉。UT不会出现加热不均导致肉品质下降的情况,比MT更加均匀。原料肉在不同超声波功率和时间下的解冻效果存在差异性,UT功率和解冻时间是关键性参数[34]。超声波技术在肉解冻领域有着较好的应用前景。
2 不同解冻方法对冷冻肉pH、颜色、水分状态等品质的影响
解冻对肉的酸碱度产生影响,冷冻肉制品解冻过程中,存在于肌肉细胞中的蛋白质、矿物质离子等成分流出,使肌肉细胞中电解质失衡,造成pH值略微下降[35]。贮运过程中在内源酶和微生物作用下蛋白质分解,产生了胺、氨等碱性含氮物质,从而使pH值升高[36-37]。任何影响肉pH值变化的因素或处理方法,均会影响肉制品色泽、新鲜度和保水性等品质[38-39]。研究表明最终pH值平均上升0.2,显著加重了肉腐败[40]。ZHANG等[41]研究了水解冻(water immersing thawing,WT)、低温高湿解冻(low temperature combined with high-humidity thawing,LT)、组合解冻1(combined thawing 1,CT1,水解冻15 min,之后低温高湿解冻)、组合解冻2(combined thawing 2,CT2,低温高湿解冻2 h,之后水解冻)对鸡胸肉品质的影响,结果表明冷冻和解冻过程后pH值略有下降。
肉的颜色是最直接的感官指标,对于消费者的购买选择具有重要作用。冷冻肉解冻后颜色会发生一定程度的变化,肌肉中肌红蛋白(紫红色)、氧合肌红蛋白(鲜红色)和高铁肌红蛋白(褐色)相互之间的比例与肉的颜色有关。例如超高压处理在200～350 MPa压力范围之间肌肉的L*值升高,颜色变白,这可能是因为肌红蛋白中的珠蛋白发生变性或者亚铁血红素被取代或失去,当压力超过400 MPa时a*值降低,失去红色,这是因为亚铁肌红蛋白氧化成高铁肌红蛋白。即使在冷藏温度(5～10 ℃)超高压处理也会引起肉颜色的剧烈变化[42]。
如图4所示,冻结解冻过程肌细胞内外80%的水分经历水-冰-水2次相变,冰晶的形成以及后续融化会造成肌细胞损伤和肌原纤维蛋白构象发生变化[43]。肉中的水分布和流动性可以通过核磁共振弛豫时间测量法来表征,低场核磁共振弛豫时间T2被用于研究肌肉中不同状态水分的含量以及其流动性[44]。
图4 冻结解冻过程引起肌肉蛋白质水、冰变化及分布情况[43]
Fig.4 The changes and distribution of muscle protein, water and ice crystal caused by the freezing and thawing process[43]
3 不同解冻方法对冷冻肉蛋白质凝胶等品质的影响
肌原纤维蛋白与水在加热过程中结合形成凝胶,肉中肌原纤维蛋白含量高的保水性好,肌原纤维蛋白的结构也会影响保水性。如图5所示,肌原纤维蛋白冻结-解冻过程发生变性氧化,疏水作用增强,二硫键含量增加,α-螺旋含量下降,β-转角含量增加,影响肌球蛋白分子的盐解离,导致加热凝胶过程中产生聚集。蛋白质氧化变性程度可以通过巯基、羰基、二聚酪氨酸含量、Ca2+-ATPase活力、蛋白表面疏水性、蛋白质热变性以及流变特性的变化进行测定[45-48]。彭泽宇[49]研究表明微波联合空气解冻一定程度上减少猪肉肌原纤维蛋白氧化变性程度,蛋白聚集和降解程度低,肉样品中的二聚酪氨酸含量、羰基含量和表面疏水性最低,而巯基含量和Ca2+-ATPase活性最高,三级结构更稳定,内部水分与肌肉蛋白的相互作用较紧密,提高了肉的保水性。
图5 解释冻结-解冻过程肌原纤维蛋白变性和氧化影响肌球蛋白分子的盐解离和凝胶过程中聚集的模型[47]
Fig.5 Model explaining how MP denaturation and oxidation occurring in freezing/thawing influence salt dissociation of myosin molecules and further aggregation during gelation[47]
冻结解冻后肌原纤维蛋白发生一定程度地交联聚集和降解,形成较大的蛋白质聚集体,通过测定蛋白质平均粒径和粒径分布分析其聚集程度变化对凝胶品质的影响。使用超声波联合远红外(ultrasonics combined with far-infrared thawing,UIT)或MT对红鼓鱼蛋白质变性和水分迁移的影响,SDS-PAGE结果表明UT、MT和IT样品的肌球蛋白有一定程度地降解,超声波联合微波(ultrasonics combined with microwave thawing,UMT)样品与新鲜样品相似,聚集和降解较少[50]。拉曼光谱研究表明,UMT和UIT样品的α-螺旋含量最接近新鲜样品,且蛋白质结构更稳定。紫外二阶导光谱法结果表明,UIT处理减少了蛋白质聚集的氧化作用效果,而UMT、UT和IT处理比较接近新鲜样品的效果,MT处理改善蛋白质氧化聚集效果较好。粒度测定表明,IT和UT样品有一定的聚集,UIT、UMT和MT样品有轻微的聚集。UMT和UIT能更好地保持红鼓鱼片品质。
ZHANG等[51]研究了超声波辅助解冻(0 ℃-对照,0 ℃-28 kHz,0 ℃-50 kHz,25 ℃-对照,25 ℃-28 kHz, 25 ℃-50 kHz,60 ℃-对照,60 ℃-28 kHz,60 ℃-50 kHz)对冻鹅肉的解冻效率、产品质量和构象特性的影响,结果表明50 kHz单频超声波辅助解冻,蛋白质浊度较低,鹅肉组织的硬度值也显著提高,表现出较高的弹性、胶性和嚼劲。超声波协同其他技术可以在一定程度上减少解冻水分损失,同时对蛋白质和脂肪的结构功能特性影响较小。如图6所示,未经处理的鱼糜经过冻藏后肌原纤维蛋白质发生冻结变性,加热处理形成的凝胶网络较为松散,超声波辅助(ultrasound-assisted freezing,UAF)冷冻鱼糜的肌原纤维蛋白变性程度较小,加热处理形成的凝胶网络较为紧密,超声波辅助冷冻添加腺苷一磷酸(adenosine monophosphate,AMP)鱼糜的肌原纤维蛋白变性程度更小,加热处理形成紧密的网络结构。具体不同解冻方法对肉品质影响的相关研究内容如表2所示。
表2 不同解冻方法对肉品质影响的研究实例
Table 2 Research examples on the effects of different thawing methods on the meat quality
解冻技术解冻对象解冻条件解冻结果参考文献空气猪里脊肉空气解冻温度分别为4、12、20、30 ℃不同空气解冻温度对猪里脊肉品质的影响存在差异性[53]低温静水鸡胸肉利用冰块控制解冻用水温度分别为4、8、12、16、20 ℃12～16 ℃包装静水解冻能更好地保持鸡胸肉的品质[54]超高压猪肉20 ℃水解冻和4 ℃空气解冻作为对照组,高压条件设置为70 MPa(35 min)、140 MPa(29 min)、210 MPa(25 min)70、140、210 MPa条件下解冻显著缩短了猪肉的解冻时间,但是对保水性、蛋白质特性和超微结构影响较大。140 MPa比70、210 MPa更适合解冻[55]超高压牛肉40 ℃热水协同150 MPa压力,40 min保压时间,对比常压解冻降低了10%汁液损失率,50%硬度,与新鲜牛肉无显著色差[20]超声波辅助真空(ultrasound vacu-um thawing,UVT)和微波真空解冻(microwave vacuum thawing,MVT)真鲷UVT、MVT、冷藏、真空、MT和UTMVT解冻后,肌肉蛋白有着理想的黏弹性,UVT解冻后,肌肉蛋白有着相对稳定的二级结构。UVT和MVT是相对较好的解冻方法[56]UT、真空(vacuum thawing,VT)、MT、水浸渍解冻(WT)猪里脊肉UT(20 ℃,45 min)、VT(25 ℃,30 min)、MT(5 min)、WT(14 ℃,55 min)不同方法解冻后的猪里脊肉肌原纤维蛋白凝胶特性与鲜肉相比均下降;UT和VT之间肉品凝胶特性没有显著性差异,比传统水解冻效果要好[57]UMT、UIT、UT、MT、IT大嘴黑鲈鱼UMT(终点温度4 ℃)、UIT(2根红外管辐照)、UT(400 W 40 kHz)、MT(300 W 2 450 Hz)、IT(300 W环境温度10 ℃)UMT、UIT和MT样品的黏弹性更接近新鲜样品。UMT样品中显示出较高的氧化稳定性。UMT和UIT表现出较高的蛋白质稳定性和凝胶性。UMT和UIT在提高鱼类解冻质量方面具有潜在的应用前景[58]冰箱解冻(refrigerator thawing,RT)、流水解冻(under running water thawing,URWT)、欧姆解冻(ohmic thawing,OT)含有不同脂肪含量的牛肉糜(2%、10%、18%)RT(4 ℃)、URWT(4 ℃)、OT(10、13、16 V/cm)随着脂肪含量的增加,欧姆解冻后肉糜样品的颜色增加,欧姆解冻显著缩短解冻时间,与URWT和RT相比分别减少64%和87%的解冻时间[59]
续表2
解冻技术解冻对象解冻条件解冻结果参考文献远红外和欧姆联合解冻火鸡胸肉3种冻结方式:-20 ℃ 21 d,-70 ℃ 21 d,液氮速冻;解冻先采用远红外单面500 W,双面每面250 W预处理,后采用欧姆解冻15 V/cm,至中心温度-1 ℃欧姆联合远红外(单面、双面)解冻时间与单独欧姆解冻处理缩短了69.23%、50.14%,对于液氮速冻样品,远红外双面预处理联合欧姆解冻的总损失减少20%～70%。联合解冻后蛋白质二级结构、蛋白质溶解度品质变化较好,尤其是远红外双面预处理解冻模式[60]射频解冻不同形状、厚度、底面积和放置方式的8种牛肉糜射频解冻(额定解冻频率40.68 MHz)厚度大的样品解冻速度快,但解冻均匀性较差,相同厚度的样品,底面积越大,解冻速度越慢,解冻均匀性较好,当样品垂直放置时,长方体样品出现严重过热现象,圆柱体样品的解冻均匀性相对较好[61]射频解冻鸡胸肉[(500±10) g],大小12 cm×6 cm×6 cm射频装置的参数(27.12 MHz、6 kW),调整极板间距(8、9、10、11 cm)、阳极高压(70%、75%、80%)、冻肉厚度(4、5、6 cm),对照为20 ℃常温空气解冻20 ℃常温解冻需要6 h,射频解冻时间缩短至54.67 min,鸡胸肉的菌落总数、汁液损失和总挥发性盐基氮含量均显著降低[11]静磁场(static magnetic field,SMF)牛排SMF强度分别为1、2和3 mT[(4±0.3) ℃],分别标记为SMAT-1、SMAT-2和SMAT-3。对照组在常规冰箱中解冻(4±0.3) ℃,未进行SMF处理与对照组相比,SMAT-1、2和3处理的解冻时间分别缩短了约10.9%、20.0%和8.5%。SMAT处理显著减少解冻损失,保持颜色稳定性,并降低牛排中的脂质氧化程度。SMAT处理增强了肌肉的持水能力。SMAT-2处理保护了肌肉微结构,减少羰基含量,并增加总巯基含量。SMAT处理有效改善解冻后牛肉的质量和肌原纤维蛋白特性,尤其是在2 mT时[14]SMF中国对虾一组在SMF 5 mT的磁场强度-20 ℃下冷冻,另一组则在冰柜中冷冻[(-20±0.2) ℃]。所有冷冻组均储存24 h。冰箱冷冻的虾在4 ℃下解冻(TF-0 h),并在同一温度下储存24 h(TF-24 h)。在SMF中冷冻的虾肉分别在冰箱中解冻(SMF-RT-0 h)和在磁场中解冻(SMF-SMT-0 h),并在相同条件下继续储存24 h(SMF-RT-24 h)(SMF-SMT-24 h)较高的总巯基含量和盐溶性,以及较低的表面疏水性,表明使用磁场时虾蛋白质的结构损伤最小。另外,磁场的应用增加了虾蛋白的β-折叠含量,而对蛋白质组成的变化没有显著影响。虾肉在解冻后储存期间品质下降,延长使用磁场辅助解冻可以维持水分保持能力和减轻蛋白质变性。磁场辅助冷冻和解冻显著改善了虾的质量特征[32]
图6 UAF/AMP介导冷冻鱼糜中的肌原纤维蛋白冷冻保护及其增强凝胶行为的示意图[52]
Fig.6 Schematic representation of the UAF/AMP-mediated cryoprotections to MP in frozen surimi and its reinforced gelling behaviors[52]
4 反复冻融对冷冻肉品质的影响
目前冷链物流在运输、销售、生产、储藏过程中的任何环节都容易产生温度波动或者冷链间断等现象,造成肉制品反复冻融现象易发生,导致肉品质变差[62]。较多研究表明冻融会使羰基含量增加,总巯基含量下降,蛋白质交联或降解等,降低肉的保水性,加快肉类脂质氧化,对肉的颜色、风味和健康造成负面影响[63]。反复冻融过程中的温度波动使冰晶发生重结晶和聚集,破坏肉组织内部结构,导致汁液损失增加[64]。如图7所示,将冷冻猪肉糜解冻后的汁液损失进行10 kDa超滤膜分离出>10 kDa和<10 kDa添加物加入猪肉糜进行冻融循环(-20 ℃冻藏7 d,4 ℃解冻12 h为一次冻融处理),结果表明这些添加物具有低温保护作用,延缓肌原纤维蛋白变性和氧化方面表现出表面疏水性和羰基含量降低,游离巯基和蛋白质溶解度增加[48],从而促进了更好的凝胶网络形成,提高了胶凝性能。反复冻融对肉品质影响的相关研究如表3所示。HAN等[65]研究表明多次冻融循环促进了α-螺旋向β-转角的二级结构转变,三级结构的展开,反复的冻融循环使熟虾肌原纤维蛋白的含水率降低,结构扭曲,导致其理化性质和结构的破坏。在反复冻融之前可以通过在原料肉表面喷洒葡萄籽提取液,或者浸泡猕猴桃多酚、冷冻保护剂,改善其在冻融循环过程中的品质劣变,具体见表3。
表3 反复冻融对肉品质影响的研究
Table 3 Research on the effects of repeated freezing and thawing on the meat quality
解冻条件解冻对象研究方法研究结果参考文献冻融循环大眼金枪鱼浸泡在1 mol/L NaCl溶液中,在(4.5±0.5) ℃下连续摇匀1 h,制备盐样品(盐渍),以不加盐样品(无盐)为对照。鱼肉液体比为1∶3(质量比)。-20 ℃冻结21 h, 4 ℃解冻3 h,重复1、3、5次经过多次冻融,盐渍样品的保水能力和弹性增强。在盐渍样中观察到球形冰晶,而在未盐渍中观察到大冰晶。过多的冻融循环加速了盐渍肉的变色,可能是由于盐降低了氧化稳定性。在不超过3次冻融循环下,淡盐金枪鱼肉能较好地保持整体品质[66]冻融循环蟹肉将蟹肉样本随机分为3组。C组(对照组)样品仅在冻融循环后进行测量。H-F组为100 ℃蒸15 min后冷冻,多次冻融循环后测定指标。F-H组样品先冷冻,经过几次冻融循环后,在100 ℃下蒸15 min。样品在-40 ℃下放置3 h,后运至-20 ℃保存。解冻将冷冻样品置于冰水中直到中心温度达到0 ℃。重复1、3、5次。每次间隔1周随着冻融循环次数增加,H-F组的pH、颜色、K值和微观结构变化不显著,但挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)增加,保水能力(water holding capacity,WHC)降低。但随着冻融循环次数的增加,C组和F-H组的pH和WHC值显著降低,TVB-N、L∗和K值显著升高。各组的蛋白质均有降解,但H-F组的降解程度较低。虽然各组中总游离氨基酸的含量随着冻融循环次数的增加而降低,但H-F组有较好的风味[5]冻融循环煮制小龙虾肉以未作任何处理的新鲜去壳小龙虾为对照,将小龙虾在100 ℃下煮15 min,剥壳,把肉沥干30 min从表面除去水分。然后将样本随机分为4组。分别在0、1、2和5次冻融处理后对其进行相关测定。一个冻融处理为在-20 ℃储存小龙虾12 h,在4 ℃下解冻3 h冻融循环5次后,熟虾的水分含量、持水量、pH值和质构特性降低,总色差、汁液损失、蛋白质和脂肪氧化显著增加。SDS-PAGE显示了肌原纤维蛋白变性或降解。多次冻融循环促进了α-螺旋向β-转角的二级结构转变,三级结构的展开,反复的冻融循环使熟虾肌原纤维蛋白的含水率降低,结构扭曲,导致其理化性质和结构破坏[65]反复冻融(喷洒葡萄籽提取物)阿勒泰羊肉将0.5 g/100 mL葡萄籽提取物水溶液喷洒在羊肉表面,对其进行1、3、5、7次冻融处理在反复冻融过程中,羊肉的亮度值、红度值、氧合肌红蛋白相对含量、pH值和剪切力呈下降趋势,黄度值、硫代巴比妥酸反应物(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)值、脱氧肌红蛋白和高铁肌红蛋白相对含量呈上升趋势,TVB-N含量呈先上升后下降的趋势。同时羊肉的风味发生劣变,添加葡萄籽提取物能减缓羊肉在冻融过程中pH值的下降和显著减小TBARS值,同时改善羊肉的风味[67]反复冻融(浸泡猕猴桃多酚)羊肉1 mg/mL猕猴桃蔬果多酚、表儿茶素、叔丁基对苯二酚(tert-butylhydroquinone,TBHQ)溶液,按照肉液比1∶1(质量比)添加,对照为添加蒸馏水。在0～4 ℃浸泡15 min,置于-18 ℃冷冻24 h,4 ℃冷藏解冻12 h。进行1、3、5 次冻融处理汁液流失量随着冻融次数增加呈现升高趋势,猕猴桃多酚组的汁液流失率较表儿茶素、TBHQ处理组及空白组分别降低17.57%、16.83%和40.10%,多酚处理有利于维持肌纤维组织结构的完整,延缓氧化[68]反复冻融(浸泡冷冻保护剂)牛背脊肉肉样品(2 cm×2 cm×2 cm),4 ℃下分别在0.9%生理盐水(质量分数,下同)(对照组)、3%海藻糖+4%蔗糖(trehalose sucrose,TS);0.3%卡拉胶+4%蔗糖(carrageenan sucrose,CS);0.3%卡拉胶+3%海藻糖(carrageenan trehalose,CT)中浸泡5 h,-18 ℃冷冻2 d,4 ℃解冻1 d为1次冻融,分别进行1、2、3、4和5次冻融5次冻融后CT、CS及TS组解冻损失分别为35.75%、35.05%和28.94%。TS组具有最低的解冻损失,有最佳的多次冻融保护效果。CT组脂质氧化抑制效果最强。经5次冻融后,添加TS和CS冷冻保护剂的牛肉结构更紧密[69]
F-T:冻融循环
图7 从解冻汁液损失中提取的>10 kDa和<10 kDa膜分离成分在猪肉糜冻融循环中改变低温贮藏中肌原纤维蛋白凝胶行为的作用模型[48]
Fig.7 The action model of membrane separation components with values >10 kDa and <10 kDa extracted from thawed juice loss in altering the gel behavior of myofibrillar protein in pork mince during low-temperature storage by freeze-thaw cycles[48]
5 总结与展望
不同解冻方法适用程度与冷冻肉原料的大小状态等相关,研究过程中主要包括不同解冻参数设置,例如温度、湿度、压力、频率、功率、电场强度、磁场强度等。肉品质通过色泽、pH、保水性、质构、水分迁移、微观结构、脂肪氧化变性、与凝胶乳化加工特性相关的蛋白质构象功能变化等方面进行研究。目前许多研究集中在如何改善冻融后的肉品质劣变,基本研究策略为通过添加抗冻剂天然多糖、蛋白质,抗氧化物质多酚,浸泡NaCl溶液,以及物理场辅助冷冻解冻技术如超高压、电磁、超声波单项或多项技术联合应用等调控冰晶生长抑制冷冻肉制品品质劣变[70-71]。
随着预制菜产业的发展,锁鲜效果的提升对于预制菜行业来说至关重要[72],冻藏是预制菜流通环节的重要一环,冷冻调理肉制品的贮藏品质变化及如何调控其品质变化相关研究是未来研究重点。另外如何通过新技术例如核磁共振、蛋白质组学技术等区分冷冻肉和新鲜肉是一个重要研究方向。高光谱成像技术预测冷冻肉在冻融循环中的水分分布以及近红外光谱预测肉的冻藏时间和冻融循环次数也是重要研究方向[73-74]。
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