凍結速率對雞湯理化及流變特性的影響

侯佰慧，張維悅，夏楊毅,2*，張艷

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715) 2(重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶，400715)

湯食在各國飲食文化中不僅代表著營養與飽腹，還帶有舒適、寬慰等健康調理色彩[1]。雞湯富含水溶性風味物質[2]，鮮香味美、營養俱佳，還具有改善睡眠、提高情緒和調節生活節律等多種生理功能[3]，而豐富的營養物質和高水分含量也為微生物的生長提供了條件。雞湯常溫貯藏極易發生微生物繁殖[4]、脂肪氧化[5]、蛋白變性等，造成營養成分和風味物質的下降，產品腐敗變質[6]。產生的變質物質不僅對人體有害，還嚴重影響雞湯的品質，對雞湯工業化生產不利。低溫能夠降低絕大多數生化反應速度，隨著冷鏈技術的完善，食品凍藏是非常重要的保藏方法[7]，而凍結速率對品質特性和保藏性能有較大影響[8-9]。目前國內外學者關于雞湯凍藏保鮮的研究較少，主要集中在營養成分[10]、工藝研究[11-12]、揮發性風味[13-15]及貯藏等方面。鑒于此，本實驗分析了不同凍結速率對雞湯凍結前后基本理化特性和流變特性的影響，以期為獲得高品質雞湯工業化生產提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青腳麻雞，母雞(12月齡，重量約2.0 kg)，由四川省內江金鑫畜禽有限公司提供。MgO、三氯乙酸、硼酸、HCl分析純，成都市科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設備

DW-86W100 臥式超低溫保存箱，BCD-160TB冰箱，青島海爾股份有限公司；DW-FW110超低溫冷凍儲存箱，中科美菱低溫科技有限公司；YHT309熱電偶溫度計，臺灣泰仕；DDS-608電導率儀， 成都世紀方舟科技有限公司；Avanti J-30I冷凍離心機，美國貝克曼庫爾特公司；DHR-1流變儀，美國TA公司；UltraScan PRO測色儀，美國HunterLab公司；722-P可見分光光度計，上海現科儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

1.3.1.1 雞湯熬煮：母雞宰殺修整，切成3 cm×3 cm×3 cm塊狀，洗凈，沸水預煮3 min，瀝干水分，稱量，肉、水、鹽比為1∶2∶0.015，在電磁爐上于2 000 W煮沸，撇去浮油后轉為小火400 W熬煮3 h。冷卻至室溫，用200目絹布過濾后分裝于聚乙烯袋，每袋裝量60 g，備用。

1.3.1.2 凍結方法：將上述處理好的雞湯隨機分成4組，4 ℃預冷12 h，至中心溫度降至10 ℃，取出放入冰箱凍結，凍結溫度分別為-20、-40、-80 ℃，未凍結為對照組。熱電偶監測并記錄溫度達到-18 ℃以下完成凍結，繪制凍結曲線。在4 ℃冰箱解凍10 h后用于指標測定。

1.3.1.3 凍結速率計算：凍結速率V按照國際制冷協會提出的計算方法，計算公式如下：

V=δ0/τ0

(1)

式中：δ0,食品表面與熱中心的最短距離，cm；τ0,食品表面達0 ℃至熱中心溫度達初始凍結點以下10 ℃所需的時間，h。

1.3.2指標測定

1.3.2.1 pH測定

參考GB/T 9695.5—2008《肉與肉制品pH測定》進行，并稍作修改。

1.3.2.2 色差的測定

采用UltraScan PRO測色儀測定雞湯色差變化。測量模式：TTRN總透射測量模式，測量方法：濁度(Y總)，光源：D65/10。測色儀先用標準黑板校正，然后將標準白板緊貼外部鏡口，打開內室，將裝滿純水的比色皿放入光路中，關閉內室，開始校0，待校正成功，將比色皿中純水倒掉，換成雞湯樣品進行測定。記錄L*(亮度)、a*(紅度)、b*(黃度)、Y總(總透過率)

1.3.2.3 電導率測定

取10 mL樣品，待樣品冷卻至室溫，將電導率儀採頭清洗干凈后插入樣品中，選取合適的量程，待讀數穩定后，讀取并記錄。

1.3.2.4 硫代巴比妥酸值(thiobarbituric acid reactive substances，TBARS)測定

參考GB 5009.181—2003豬油中丙二醛的測定。

1.3.2.5 可溶性蛋白測定

取雞湯樣0.5 mL于試管中，加入蒸餾水將溶液總體積補充至1 mL，搖勻，每個比色管中加入雙縮脲試劑4 mL，充分搖勻，在室溫下反應30 min，于540 nm處測定吸光值，根據回歸方程，計算樣品蛋白濃度。(注：標曲y=0.050 8x+0.004 5,R2=0.999 5，最終單位為mg/mL)。

1.3.2.6 流變特性

采用Discovery DHR-1 TA流變儀，測量平行板夾

具直徑為40 mm。參數設置包括：平板夾具間隙為1 050 μm，gap為1 000，轉速范圍0～1 000 r/s。

1.4 數據統計與分析

采用SPSS 19.0進行方差分析和顯著性檢驗，Origin 8.1進行圖像處理與分析。所有試驗均做3次重復測定，試驗數據采用平均值±標準差形式。

2 結果與討論

2.1 凍結溫度對雞湯凍結速率和凍結曲線的影響

圖1為不同溫度下的雞湯凍結速率曲線。凍結初期和后期溫度下降較快，最大冰晶生成帶的中期溫度下降較為緩慢，符合一般食品的凍結曲線規律。一般認為，食品凍結操作要求快速通過最大冰晶生成帶[16]，以降低由于冰晶體積較大、分布不均勻而帶來的營養物質損失、蛋白變性、脂肪氧化等問題[17]。

圖1 不同凍結溫度的凍結曲線Fig.1 Freezing curves of different freezing temperature

由表1可知，不同凍結溫度下雞湯凍結點略有差異，凍結點范圍在-0.6～-0.9 ℃，與余力[18]研究結果一致。3組凍結溫度條件下，雞湯凍結溫度越低，通過最大冰晶生成區的時間越短，凍結速率越快。根據國際制冷學會對速凍(凍結速率大于0.5 cm/h)的劃分標準[19]，-20 ℃雞湯凍結組屬于慢速凍結，-40、-80 ℃雞湯凍結組屬于快速凍結；而-40、-80 ℃雞湯凍結組的通過最大冰晶生成區時間和凍結速率均差異顯著，是不同凍結速率的2種速凍雞湯。因此，實驗分析時以3組凍結溫度來代表凍結雞湯的3種凍結速率。

表1 不同凍結溫度下的凍結特性Table 1 Freezing features u-er different freezing temperature

2.2 凍結速率對雞湯理化性能的影響

2.2.1 凍結速率對雞湯pH的影響

圖2 凍結速率對雞湯pH的影響Fig.2 Effects of different freezing rates on pH of chicken soup注：圖中不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(p<0.01)。下圖同。

由圖2可知，經不同凍結速率處理后的雞湯，其pH均低于新鮮雞湯，且隨著凍結速率的增大，pH值降低。各凍結組之間無極顯著差異(p<0.01)，但-40 ℃、-80 ℃凍結與新鮮雞湯差異顯著(p<0.05)。這可能是由于凍結處理抑制了雞湯內微生物及內源蛋白酶的活性，糖原在缺氧環境下酵解生成乳酸，ATP被消耗分解產生無機磷酸，導致pH值的下降[20]。俞裕明[21]等研究發現經不同凍結速率處理的南方鲇冷凍魚片，pH值均發生不同程度的降低。劉書來[22]等研究發現鰹魚經在冷鹽水快速和慢速凍結完成后，魚體的pH值下降，且快速凍結的pH值較低，與本研究的結論一致。

2.2.2 凍結速率對雞湯色差的影響

雞湯的色澤與其L*值(亮度值)、Y總值(透過率)、b*(黃度值)、a*(紅度值)密切相關，是影響消費者感官及雞湯品質的一個重要因素。解凍后的雞湯呈乳白色溶液狀，如表2所示a*(紅度值)為負值，代表雞湯紅度較弱，同時凍結處理后雞湯L*值(亮度值)、Y總值(透過率)出現不同程度的提高，與史策結論相似[23]。且凍結速率越大，L*值、Y總值越大。-20 ℃凍結雞湯與新鮮雞湯的色澤無顯著差異(p>0.05)；-40 ℃凍結雞湯a*、Y總值大于新鮮雞湯，且差異顯著(p<0.05)；-80 ℃凍結組雞湯L*值、a*、Y總值與新鮮雞湯存在極顯著差異(p<0.01)，說明較新鮮雞湯清亮，透過率較高，具體機理有待進一步研究。

表2 不同凍結速率對雞湯色澤的影響Table 2 Effects of different freezing temperatures on the color of chicken soup

注：表中同一列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(p<0.01)。下表同。

2.2.3 凍結速率對雞湯電導率的影響

電導率可以反應溶液中蛋白、脂肪等大分子物質的降解情況，作為判斷新鮮度的指標之一[24]。由圖3可以看出，經不同凍結速率處理雞湯電導率均高于對照組，-20、-40 ℃凍結與新鮮雞湯差異顯著(p<0.05)，且-20 ℃和對照組有極顯著差異(p<0.01)，-80 ℃凍結與新鮮雞湯差異不顯著(p>0.05)。這可能是由于凍結速率較低，形成冰晶顆粒較大，解凍時蛋白結構遭到破壞，組成成分發生分解，引起的電導率差異極顯著。

圖3 凍結速率對雞湯電導率的影響Fig.3 Effects of different freezing rates on conductivity of chicken soup

2.2.4 凍結速率對雞湯TBARS值的影響

由圖4可知，雞湯經不同凍結速率凍結處理后，TBARS值均升高，其中-20 ℃凍結組極顯著高于其他組別(p<0.01)，-40、-80 ℃的凍結雞湯與對照組無顯著差異(p>0.05)。TBARS是肉及其產品中不飽和脂肪酸的氧化產物丙二醛與硫代巴比妥酸反應后產物的含量，用來衡量食品中脂肪的氧化程度，由于-20 ℃凍結組凍結速率較慢，脂肪氧化加重，所以快速凍結可以降低脂肪氧化程度。牛力[25]在研究不同凍結速率對雞胸肉品質的影響時也發現，-15 ℃凍結組的TBARS值顯著大于-25、-35 ℃下凍結組，與本實驗結果相似。

圖4 凍結速率對雞湯硫代巴比妥酸值的影響Fig.4 Effects of different freezing rates on TBARS of chicken soup

2.2.5 凍結速率對雞湯可溶性蛋白含量的影響

由圖5可知，新鮮雞湯可溶性蛋白含量為8.99 mg/mL，3種凍結速率處理后，雞湯可溶性蛋白含量均降低，且與新鮮差異顯著(p<0.05)，3組可溶性蛋白含量分別下降了9.41%、9.18%、3.21%，-80 ℃凍結組下降程度最小，速凍比慢凍更能降低蛋白變性。雞湯中的可溶性蛋白主要包括水溶性的肌漿蛋白及鹽溶性的肌原纖維蛋白[26-27]，凍結處理后，蛋白質表面功能基團所結合的水分會被移去，使這些功能基團游離出來而相互作用，從而使蛋白質分子間發生聚集變性[28]。鄧敏[29]研究了空氣鼓風凍結、酒精溶液浸漬凍結、三元載冷劑浸漬凍結的草魚塊鹽溶蛋白含量凍結前后變化，發現凍結速率較快的三元載冷劑浸漬凍結可使草魚鹽溶性蛋白損失最少。由于實驗原料、樣品處理和實驗設計的差異，國內外的研究結果不盡相同[30]，后續研究工作將考慮凍結處理對脂肪酸和可溶性蛋白結構特性的影響。

圖5 凍結速率對雞湯可溶性蛋白含量的影響Fig.5 Effect of different freezing rates on soluble protein of chicken soup

2.3 凍結速率對雞湯流變特性的影響

食品流變學可以利用數學語言對雞湯加工工藝和過程進行量化來控制雞湯品質[31]，對雞湯工業化開發具有重要指導作用。從圖6可知，在開始剪切速率增加的很小范圍內，雞湯黏度迅速下降，之后隨著剪切速率增加，黏度緩慢下降逐漸趨于恒定，整體表現出剪切稀化的假塑性流體特征。與芮闖對花生蛋白流變特性研究結論一致[32]。蛋白分子之間相互作用、脂肪顆粒等其他分子之間相互作用，導致開始時粘度較大。隨著剪切速率增加分子間作用力與水合結構遭到破壞，降低了流體阻力，此外觸變效應及分子鏈出現斷裂也會引起假塑性現象，黏度呈下降趨勢。雞湯屬于多元混合物，流變特性會收到更多因素影響，GOUDOULAS[33]在研究二元混合物的流變特性時指出，混合物的流變動力學與單一物質有明顯差異，并構建了可以預測二元混合物彈性性質的動力學模型。雞湯作為多元混合物，具體流變機理有待進一步研究。在剪切速率相同的條件下，凍結組雞湯表觀黏度均低于對照組，且凍結速率越慢，表觀黏度越低，因為凍結速率越快，冰晶體積越小越均勻，疏水基團的暴露越少，即蛋白質分子變性程度小，速凍處理比慢凍處理對雞湯溶液黏度影響較低。

圖6 凍結速率對雞湯表觀黏度的影響Fig.6 Effect of different freezing rates on soluble protein of chicken soup

由圖7可知，剪切應力和剪切速率的關系曲線不通過原點，表明雞湯中有屈服應力的存在，雞湯的流變曲線屬于非賓漢塑性流體。屈服應力的存在意味著雞湯中大分子物質相互作用和顆粒相互聚集形成了一種弱的三維網狀結構，破壞這種結構需要克服屈服應力，相同剪切速率時凍結組的剪切應力均小于對照組，-20 ℃慢速凍結對雞湯流變影響更顯著，而且隨著雞湯凍結速率的增大，物質間的相互作用越強，短時間內破壞網狀結構所需克服的屈服應力也就越大，剪切應力逐漸變大。

圖7 凍結速率對雞湯剪切應力的影響Fig.7 Effect of different freezing rates on soluble protein of chicken soup

3 結論

雞湯在-20、-40、-80 ℃凍結條件下的凍結曲線符合一般食品凍結曲線的特征，凍結速率分別為0.404、0.822、2.070 cm/h，其中-80 ℃凍結雞湯中心溫度下降最快，通過最大冰晶生成帶時間最短,不同凍結溫度下雞湯凍結點略有差異。凍結處理會使PH、可溶性蛋白含量、表觀粘度逐漸降低，而電導率、TBARS、L*值(亮度值)、Y總值(透過率)會較高于新鮮雞湯，除了-20 ℃，其他凍結組的TBARS與對照組無顯著差異(p>0.05)。慢凍和速凍組的電導率、TBARS有顯著差異(p<0.05)，可溶性蛋白差異不顯著(p>0.05)。速凍組-40 ℃和-80 ℃的雞湯除了電導率，其他理化指標均無顯著差異(p>0.05)隨剪切速率增加，雞湯流變曲線符合剪切稀化的假塑性流體特征，黏度值逐漸減小，剪切應力逐漸變大。當剪切速率相同時，凍結組雞湯表觀黏度和剪切應力均低于對照組，且凍結速率越慢，表觀黏度越低，-20 ℃慢速凍結對雞湯流變影響更顯著，速凍處理比慢凍處理對雞湯溶液黏度影響較小，具體機理有待進一步研究。綜合比較，快速凍結更適合雞湯冷凍處理。

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