凍結與解凍處理對肉類品質影響的研究進展

姜晴晴，劉文娟，魯 珺，陳士國，葉興乾，胡亞芹

（浙江大學食品與營養系，馥莉食品研究院，浙江省農產品加工技術研究重點實驗室，浙江省食品加工技術與裝備工程中心，浙江杭州310058）

凍結與解凍處理對肉類品質影響的研究進展

姜晴晴，劉文娟，魯 珺，陳士國，葉興乾，胡亞芹*

（浙江大學食品與營養系，馥莉食品研究院，浙江省農產品加工技術研究重點實驗室，浙江省食品加工技術與裝備工程中心，浙江杭州310058）

凍藏是保藏肉類制品最重要的方式之一，在延長貨架期方面起著重要的作用。雖然微生物和酶活性能夠很好地被控制，但在凍藏過程中肉類品質的劣變仍然不可避免，并成為影響其商業價值的重要因素。本文概述冷凍、貯藏及解凍過程對肉類理化性質、微觀結構及食用和加工品質的影響，如脂肪氧化，蛋白變性，微觀組織改變，保水性、色澤和質構等品質下降，并總結現今行業中品質改善措施及技術開發現狀，旨在為畜禽肉及水產類保鮮和品質控制提供參考。

凍結，貯藏，解凍，肌肉品質

雖然在過去的幾十年里，人們研究了許多新興的保鮮保藏技術，冷凍保藏仍然是目前為止肉制品貯運保鮮的最主要方式之一，在肉及肉制品進出口貿易安全保證方面起著極其重要的作用。冷凍肉是現代肉及肉制品加工中國家調節肉食品市場的重要產品，也是市場流通的主要形態。原料肉的品質對于肉制品的食用和加工品質都有重要影響，優質的原料是優質產品品質和企業獲得最佳經濟效益的重要保障。

雖然在低溫條件下微生物和酶活性受到抑制，但是肌肉品質的劣變，如質構、色澤、風味等的變化是不可避免的［1-2］。肌肉品質的劣化不僅使肉品企業產生經濟損失，還會對消費者的營養和健康產生不良影響。在實際生產過程中，影響肌肉品質的因素有很多，如凍結-解凍速度和方法、貯藏溫度和時間、溫度波動及反復凍融等［3-5］。目前，我國冷藏鏈技術尚不完善，在凍藏肉的長途運輸、貯藏及消費過程中，由于溫度波動不可避免地出現反復凍融過程。而反復凍融會引起凍結肌肉中冰晶融化后重結晶現象的發生，致使冰晶數量減少但單個冰晶體積增大，刺破細胞膜結構，損傷細胞組織結構，加速脂肪氧化和蛋白變性。肌肉經反復凍融不僅會使營養物質流失，肌肉品質下降，還會造成一定的經濟損失。近年來，反復凍融對肌肉品質的影響已經引起國內外學者的廣泛關注［6-8］。

因此，全面理解凍結-解凍過程對肉類品質的影響，選擇合適的凍結、解凍方式和改善措施，對提高肉品質量及企業制定科學的生產規程等都具有重要的指導意義。

1 常用的冷凍與解凍方式及其特點

食品冷凍是一個復雜的過程，冰晶的大小、分布以及形態均與冷凍過程密切相關，從而影響到食品的冷凍效率和產品的最終質量。食品的凍結方式一般可分為空氣鼓風凍結、間接接觸凍結和直接接觸凍結等［9］。不同的凍結方式，因凍結速率不同，在肌肉中形成的冰晶大小和分布不同，進而對肌肉品質造成不同的影響。一般來說，快速凍結有利于保持肌肉的品質［10-11］。緩慢凍結過程中，肌細胞內外會產生較大冰晶，肌原纖維被擠壓集結成束，蛋白質失去結合水，相互之間形成各種交聯而導致蛋白質變性。緩慢凍結形成的較大冰結晶，會對組織結構造成機械損傷；在解凍后，汁液流失較為嚴重，影響甚至失去其食用價值。而快速凍結時，食品溫度下降較快，肌細胞內產生冰晶的數量多且細小均勻，對細胞損傷少，蛋白質變性程度較低，有利于保持食品原有的營養價值和品質。

以解凍過程中傳熱方式來分，解凍方法可以分為兩大類：一類是外部加熱法，即由溫度較高的介質向凍結品表面傳熱，熱量由表面逐漸向中心傳遞，這種方法主要有空氣解凍、水解凍及接觸式解凍等［12］。由于水的導熱系數較小，而冰的導熱系數大，對于外部加熱解凍法來說，解凍速度隨著解凍的進行而逐漸減慢，解凍食品在-5～0℃范圍停留的時間較長。因此，普遍存在著解凍時間長、物料表面易變色、營養成分損失大、微生物污染嚴重等問題。第二類解凍方法是內部加熱法，主要通過高頻、微波、通電等加熱方法使凍結品各部位同時加熱。其優點是解凍時間短、食品受雜菌污染少等，但對被解凍物料的厚度有要求，并存在溫度分布不均勻、局部過熱等現象［13］。

2 冷凍-解凍對肉類品質的影響

2.1 脂肪氧化

雖然凍結后肌肉中的大部分水分形成冰晶，但一些生化反應仍因部分未凍結水的存在而發生，其中脂肪氧化是肌肉品質變壞的最重要原因之一［14］。凍藏期間由于肉品表面冰晶升華，形成了較多的細微孔洞，增加脂肪與空氣的接觸機會，致使脂肪發生氧化酸敗和羰氨反應，凍肉產生酸敗味。冰晶的反復凍結融化使冰晶大小及分布發生變化，細胞膜及細胞器破裂，一些促氧化成分釋放，尤其是血紅素鐵的釋放與脂肪氧化的程度有密切關系［6，15］。冷凍-解凍過程也會使一些抑制脂肪氧化的抗氧化酶類發生變性，其活性喪失，進而發生脂肪的氧化［16］。

2-硫代巴比妥酸（TBARS）值可用于反映脂肪氧化次級產物的多少，是判斷脂肪氧化的重要指標。胡亞芹等［17］研究液氮凍結、平板凍結、冰柜直接凍結對帶魚品質的影響，結果表明，冰柜直接凍結帶魚TBARS值上升最快，其次為平板凍結；液氮凍結樣品的TBARS值增加最慢，可能是由于凍結過程中液氮凍結速率快，帶魚肌肉中形成冰晶小而均勻，對肌細胞的機械損傷程度較小所致。Vieira等［18］研究牛肉在凍藏過程中脂肪氧化情況，發現隨著凍藏時間的延長，TBARS值增加，經-20℃貯藏90d后牛肉的TBARS值是新鮮對照樣品的2.17倍。

2.2 蛋白變性

肌肉中的蛋白質一般由水溶性的肌漿蛋白、鹽溶性的肌原纖維蛋白以及不溶性的肌基質蛋白組成，其中肌原纖維蛋白對肌肉品質具有重要的作用。蛋白質的冷凍變性機理主要有3種，即結合水的脫離學說，水與水合水相互作用引起蛋白質變性學說，細胞液的濃縮學說［9］。冷凍變性會使肌原纖維蛋白發生一系列的變化，如ATP酶活性、蛋白結構、巰基、羰基、表面疏水性等的變化，進而引起其功能性質如鹽溶性、凝膠性、乳化性等的變化。

Ca2+-ATP酶活性是評價肌球蛋白完整性的良好指標，其損失越大，說明肌球蛋白變性越嚴重。研究表明，在-20℃凍藏過程中，軟殼蟹和硬殼蟹的Ca2+-ATP活性隨凍藏時間延長而降低［19］。侯曉榮等［20］研究發現經過靜水解凍、室溫解凍、冷藏解凍、超聲波解凍、微波解凍后對蝦Ca2+-ATP酶的活性分別降低了47.15%、82.28%、28.76%、48.5%和51.13%。在冷凍-解凍過程中，肌原纖維蛋白空間結構受冰晶反復凍融的影響，發生不同程度的變化，引起鰱魚鹽溶性蛋白含量、Ca2+-ATP酶活性下降［21］。

蛋白的鹽溶性是肌肉蛋白質重要的性質之一，對熱凝膠的形成等有重要影響，蛋白溶解性降低是肌肉品質下降的重要標志［22］。肌肉中的鹽溶性蛋白主要為肌原纖維蛋白，它對肌肉制品的工藝特性及感官品質具有重要的影響。在凍藏過程中，二硫鍵、氫鍵和疏水鍵的形成會造成蛋白聚集，從而降低其鹽溶性［23］。Badii等［24］研究發現，不同貯藏溫度下（-10℃、-30℃）的大西洋鱈魚和黑線鱈魚肌肉蛋白溶解性都隨著貯藏時間的延長而降低，并且貯藏溫度越高，蛋白溶解性損失越快。蛋白溶解性的降低還可能與甲醛有關，甲醛可由氧化三甲胺在酶的作用下產生，并可與多肽鏈形成交聯聚集［4］。肌原纖維蛋白還可與脂肪氧化產物如丙二醛等相互作用，進而使蛋白發生變性，形成復合物，降低蛋白溶解性［2，14，25］。反復凍融使蛋白質的空間結構發生改變，使得蛋白質之間的作用增強，產生二硫鍵、氫鍵和疏水鍵等，從而導致蛋白質和水分子間的作用力減弱，蛋白質的溶解度下降，進而導致肉的加工性能降低［26］。研究發現，反復凍融降低肉糜形成凝膠的能力和乳化性質，凍融次數越多，影響愈大［27-28］。

2.3 組織結構變化

在凍結及凍藏條件下，由于冰晶的形成和長大，對肌肉組織造成機械損傷。當組織結構損傷嚴重時，纖維間的間隙變大，結構變得松散。余小領等［29］研究發現隨著凍藏時間的延長，冰晶在凍結肉樣中逐漸增大，導致肌束受壓聚集，肌肉微觀組織受到破壞。細胞內或細胞外的冰晶會引起組織細胞完整性破壞，進而促進微觀結構的劣變［30］。不同的凍結速率會影響冰晶的大小，對微觀結構產生不同的影響，進而影響貯藏后肌肉品質［31］。Sigurgisladottir等［32］研究發現冷凍影響煙熏大西洋鮭魚片的微觀結構，造成肉樣中的肌纖維收縮和細胞外間隙增大。

2.4 持水性變化

肉的持水性是指當肉受到外力作用時對肌肉本身所含的水分及添加到肉中水分的保持能力，持水性是評定肉品質的重要指標之一，其大小與肉的風味、色澤、質構、凝結性及最終產品的多汁性等屬性密切相關。肌肉在凍藏中持水性下降主要是冰晶的形成及生長使細胞膜和組織結構受到機械損害，解凍后水分不能被組織完全吸收，造成汁液流失；同時肌肉中的一些營養成分如小分子肽、氨基酸等會隨著持水性下降而流失，肌肉營養品質下降。另外，細胞內的肌原纖維蛋白質變性，冰晶融化的水不能重新與蛋白質分子結合而分離出來，造成汁液流失，表現為持水能力下降。

多數研究認為，凍結速率越大，冷凍肉持水性越好。有研究表明隨著時間的延長，帶魚肌肉持水力逐漸降低，且液氮凍結處理的帶魚持水力較平板凍結和冰柜直接凍結持水力同期值高［17］。Boonsum re等［33］對虎蝦經鼓風凍結和液氮低溫冷凍，發現采用鼓風凍結樣品的解凍汁液流失大于液氮低溫冷凍樣品，微波解凍樣品的解凍汁液流失大于冰箱解凍樣品，原因可能是微波解凍對凍品快速加熱，從而加快凍品中水分的蒸發。盡管微波解凍的速率較快，但由于蝦外形尺寸大小不均勻，在蝦的解凍過程中會引起明顯的蛋白質變性和解凍不均勻，故不推薦使用微波對蝦進行解凍［34］。呂玉等［35］研究發現，解凍方法對豬肉的解凍汁液損失影響較大，豬肉經流水解凍時汁液損失最少。余小領等［36］發現解凍速率對豬肉解凍汁液流失率有重要的影響，在一定的范圍內存在最佳解凍速率可以使肉品的解凍汁液流失率最低。但也有研究表明，過大的凍結速率并不利于提高肉品的持水性，采用超快速凍結來保證肉的功能特性是沒有必要的［37］。因此，實際生產過程中應當結合生產條件、肉類特性，選擇適當的凍結和解凍方式以最大程度地保證肉品的保水性。

2.5 色澤變化

肉色是消費者對肉品質量進行評價的重要依據，也是消費者選擇冷凍肉產品時最直觀的指標，對消費者購買欲影響很大。冷凍肉保水性的變化、表層肌紅蛋白的氧化、高鐵肌紅蛋白還原酶活力變化、脂肪氧化等決定其凍結、凍藏過程中顏色的變化。史策等［38］發現隨著凍融次數的增加，魚肉的L*值和b*值逐漸增大，色澤發生劣變，使肉的可接受程度降低，同時鰱魚肉b*值的增加與TBARS的增大有密切關系。姜晴晴等［39］研究表明隨著凍融次數的增加，魷魚L*值、a*值等都有不同程度的下降，而b*值則顯著增加。a*值下降一方面是因為水分丟失的同時也導致色素相關物質流失；另一方面是因為凍融后pH降低（酸物質增多），催化氧合肌紅蛋白氧化，導致高鐵肌紅蛋白大量積累所導致；L*值和b*值的變化主要和脂肪氧化有關［8］。細胞膜上高不飽和脂肪酸氧化生成的自由基與蛋白中胺類物質發生反應，可能會導致黃色素產生［40］。

2.6 質構變化

肉品的嫩度和質構是評價肉品食用品質的指標之一，尤其在評價原料肉時，嫩度指標更為重要。肉品經凍結后一般剪切力變大、嫩度降低、口感變差，通常提高凍結速率有利于改善肉品嫩度。阮征等［41］研究發現與新鮮脆肉鯇魚片相比，速凍樣品經解凍后硬度與耐嚼性無變化，慢凍樣解凍后硬度與耐嚼性卻有所下降，回復性均有所下降。Muda等［42］把羊肉通過三種方式（隧道凍結、鼓風凍結、液氮浸沒凍結）凍結并凍藏6個月后發現，除經液氮浸沒凍結的羊肉在凍藏期間嫩度變化不顯著外，經其他兩種方式凍結的羊肉在凍藏過程中嫩度均顯著降低、消費者接受程度減小。經過反復凍融5次后，鰱魚的硬度、咀嚼性和回復性分別減少了99.31%、99.56%和61.70%［38］。

3 改善冷凍肉品質的新技術

鑒于在凍藏-解凍過程中，冷凍肉品質會發生不同程度的劣變，影響終端消費，改善凍肉品質的研究一直都在不斷發展。隨著工程技術的進步，在食品冷凍研究和應用領域出現了許多新型技術與手段，為凍肉品質的提高提供技術支持。

3.1 高壓技術

在普通的食品冷凍工藝中，是將食品放置在低溫的條件下，讓食品迅速冷卻，但是由于熱量的傳導需要一個過程，因而食品的凍結速度慢，這樣會使凍結的食品內部產生粗大的冰晶，影響食品的品質。而高壓冷凍技術通過改變壓力來控制食品中水的相變過程。在高壓條件下將食品冷卻到一定溫度（此時水仍未結冰），其后迅速將壓力釋放，就會在食品內部形成細小而均勻的冰晶體，并且冰晶體積不會膨脹，從而可減少食品的損傷提高食品的質量。Tironi等［43］研究發現與傳統凍結和解凍方式相比，超高壓凍結和解凍在保持鱸魚蛋白溶解性、持水性、色澤和組織完整性方面存在很大優勢。可能是因為高壓形成的過冷作用，在樣品中形成均勻的晶核，進而形成大量小的結晶，減少了冰晶對組織的破壞作用［44］。但是，廖彩虎等［45］發現高壓解凍后，雞肉Ca2+-ATPase活性和鹽溶性蛋白含量急劇下降，汁液流失量和顏色變化較常壓下解凍明顯增大，因此，超高壓解凍并不適合三黃雞的解凍。

3.2 添加抗凍蛋白及其他物質

抗凍蛋白是一類能抑制冰晶生長的特殊蛋白質，在很多有機物中都存在，包括細菌、真菌、昆蟲、植物材料及魚類等。加入抗凍蛋白可以減少肉制品的滲水并抑制冰晶的形成從而減少營養流失。Payne等［46］將從南極鱈魚中分離的抗凍糖蛋白在屠宰前靜脈注入羔羊體內，發現注射抗凍糖蛋白能降低羊肉汁液流失率并控制冰晶大小。作為一類新型的食品添加劑，抗凍蛋白可以有效減少冷凍貯藏食品中冰晶的形成和重結晶，從而提高低溫冷鏈系列食品的質量。但由于目前其價格較高，其應用受到很大限制，現僅限于科研和某些專門應用方面。

隨著人們對食物健康營養的注重，一些天然植物提取物、抗氧化劑等開始取代合成物在維護肌肉品質方面發揮作用。Tironi等［47］研究發現向鮭魚肉糜中添加迷迭香提取物可以有效抑制貯藏中脂肪氧化及顏色的劣變。Liu等［48］研究發現獼猴桃蛋白酶提取物可以降低由凍融循環引起的豬肉品質的變化。今后這類天然物質或將成為有效提高凍肉品質的重要發展方向之一。

3.3 其他新技術

微凍保鮮是一種新興的保鮮技術，可降低凍結過程中冰晶對產品造成的機械損傷，細胞的潰解和氣體膨脹，而且食用時無需深度解凍，可以減少解凍時的汁液流失，保持食品原有的鮮度［49］。雖然微凍保鮮在保持肌肉品質方面有較大的優勢［50-52］，但是并沒有得到良好的實際應用，主要是因為精確控溫設備及溫度精準控制技術等問題尚未解決。

Anese等［53］研究射頻輔助液氮凍結對豬肉微觀結構的影響時發現，與空氣凍結和常規液氮凍結相比，實驗組豬肉中形成更小的細胞內結晶，呈現出更好的組織結構，有效降低解凍時滴液損失。Xanthakis等［54］研究靜電場對冷凍豬肉中冰晶形成的影響，隨著電壓的增大，冰晶直徑逐漸減小，顯著降低冰晶對肌肉組織的破壞作用。研究者對其他的解凍方式如低溫高濕變溫解凍［55］、歐姆解凍［56］等進行研究，與傳統解凍方式相比，這些解凍方式在保持肌肉品質方面有很大的優勢。

4 結論與展望

在冷凍-解凍過程中，冷凍肉會發生不同程度的變化，如脂肪氧化、蛋白變性、微觀結構發生變化等，進而影響肉類的食用及加工品質，其商品價值下降。在實際生產中，重視肌肉冷凍、解凍工藝及貯藏條件的優化，降低冷凍-解凍過程中肌肉品質的劣化，有助于提高我國肉類制品的競爭力。

為了降低冷凍肉品質的劣化，一些新的技術和手段如超高壓技術等開始應用于食品冷凍領域，并顯示出很好的應用前景。但是目前這些技術大多數還處于實驗和探索階段，在實際冷凍應用中仍不夠成熟。今后，一方面，應加強冷凍肌肉品質變化機理的研究，為控制冷凍肌肉品質質量，提高企業經濟效益提供理論指導；另一方面，應進一步加強高新設備的研發，為新技術的工業化應用提供技術支持。

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Research progress of the impact of freezing and thawing onmeat quality

JIANG Qing-qing，LIUW en-juan，LU Jun，CHEN Shi-guo，YE Xing-qian，HU Ya-qin*
（Department of Food Science and Nutrition，Fuli Institute of Food Science，Zhejiang Key Laboratory for Agro-Food Processing，Zhejiang R&D Center for Food Technology and Equipment，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China）

Frozen storage is one of the most important methods to preserve meat and meat products，and it playsa critical role in prolonging meat shelf-life. Despite microbial spoilage and enzyme activity being effectivelyinhibited，quality deterioration cannot be avoided during freezing，frozen storage and thawing. In this review，theeffects of freezing，storage and thawing process on physicochemical properties，microstructure and the edibleand processing properties of meat，such as lipid oxidation，protein denaturation，microstructural changes anddeterioration of water-holding capacity，color and texture were summarized. The current protocols applied tocontrol the effects of freezing and thawing on meat quality were also reviewed，and might provide theoreticalinstructions for the preservation and quality control of livestock and poultry meat and aquatic products.

freezing；storage；thawing；meatquality

TS251

A

1002-0306（2015）08-0384-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.08.072

2014－07－30

姜晴晴（1990-），女，碩士研究生，研究方向：水產品貯藏與保鮮加工。

*通訊作者：胡亞芹（1972-），女，博士，副教授，研究方向：水產化學。

國家科技支撐計劃課題（2012BAD38B09）。