微凍技術在水產品保鮮中的研究進展

吳鎖連，康懷彬，李冬姣

（1.鄂州職業大學醫學院，湖北鄂州 436000；2.河南科技大學食品與生物工程學院，河南洛陽 471000）

中國是全球水產品養殖及出口大國之一。水產品因營養豐富而受到廣大消費者的青睞，但其內源性酶活性高，且攜帶大量的微生物，極易腐敗變質，每年世界約有30%的水產品因微生物作用而損失，化學分解與其他腐敗作用僅為總初級農業及漁業產品的25%[1]。微凍保鮮通過低溫抑制微生物生長和酶活性，較好地維持了水產品的新鮮度，且解凍時汁液損失率低，能較好地保持水產品品質。通過介紹微凍保鮮的原理及其在水產品中的研究現狀，以期為技術改進及工業化等方面提供理論依據。

1 微凍保鮮原理

微凍技術指將魚體貯藏在略低于肌體水分凍結點之下（大約-3℃）的一種輕度凍結或部分凍結的保鮮技術，包括冰鹽微凍、冷卻微凍及低溫鹽水微凍法，主要適用于耐凍性差的底棲魚類與淡水魚。微凍保鮮技術既克服了高溫冷藏中組織細胞代謝老化的弊端，又避免了低溫冷凍破壞細胞結構。微凍溫度的選擇會因水產品種群、微凍方式而稍有差異。微凍條件下，魚體中5%～30%的水分會凍結，導致未凍結區域的溶液濃度和滲透壓升高，從而抑制細菌生長繁殖，同時降低酶對魚體組織的分解[2]。魚體表面會生成1～3 mm厚的薄冰層，有助于保持貯藏與運輸過程中微凍溫度的穩定性。魚體內部則生成分布均勻的細小冰晶，減少對組織結構的損傷，有效保持魚體原有的鮮度。但微凍保鮮貨架期較短，且對溫度的掌控要求高，1℃的波動也會使水產品中冰晶量翻倍[3]。長期微凍條件下，即使溫度恒定也會有重結晶生成，即Ostwald熟化[4]。

2 微凍保鮮對水產品貯藏過程中品質的影響

2.1 對水產品新鮮度的影響

新鮮度是水產品品質評估的重要參數之一。因其品種較多、組織結構復雜，一般需要同時考查K值、總揮發性鹽基氮（TVB-N值）、pH值和菌落總數（TVC）等參數指標對產品新鮮度進行綜合判定。

2.1.1 K值的變化

K值指對ATP及其代謝物定量而獲得的相對值，反映魚體失活后從僵硬到自溶階段ATP降解程度，是目前全球公認的新鮮度測定指標之一。K值越小表示鮮度越好，通常活魚的K值＜10%，K值＜20%為極新鮮，20%～60%為新鮮，60%～80%為水產品初期腐敗階段。由于水產品種類不同，ATP的降解途徑和分解速度也存在差異，導致不同品種水產品在貯藏期間K值變化也有差異。如鱸魚、鳙魚等的K值在貯藏前期上升較快，隨后趨于平緩，而鯽魚、南美白對蝦等的K值則保持線性增長。

2.1.2 TVB-N值的變化

TVB-N值指在酶與微生物的協同作用下水解魚體中蛋白質、生成氨及胺類等易揮發的含氮有機物，已被多國作為檢測水產品新鮮度的指標之一。TVB-N值適用于魚體軟化后，數據越高表明氨基酸損失越嚴重，特別是蛋氨酸與酪氨酸，其中TVB-N值≤13 mg/100 g為一級鮮度標準，≤20 mg/100 g為二級鮮度標準。

2.1.3 微生物的變化

微凍貯藏過程中，細菌體內的部分水分也會產生凍結，從而抑制其生長繁殖，影響水產品新鮮度。微生物≤1×107CFU/g為水產品最高可接受度[5]。水產品新鮮度越高，微生物數量就越少，而微生物數量又受水產品種類和微凍方式等因素影響。黃海[6]研究不同種類水產品在同一的微凍條件下微生物變化，試驗顯示鱸魚的TVC呈下降趨勢，鯽魚呈增長趨勢，鳙魚則呈先下降后上升趨勢，研究人員分析這種現象可能與水產品體表黏液及肌肉中抑菌成分的含量有關。即使是同種水產品，采取不同的微凍方式，細菌的數量也會有差異。Zeng Q Z等人[7]研究北極蝦在不同微凍方法下的微生物變化。采取冰鹽微凍法時，TVC一直保持上升趨勢。采取冰水微凍法時，由于冷休克，TVC則先降低后升高，且冰水微凍組的TVC始終比冰鹽微凍組低。學者認為冰水的自由流動性可以減少對北極蝦機械性損傷，且降溫速度快，抑菌效果好，有效維持水產品品質[8]。

2.1.4 pH值的變化

魚體失活后，肌體內的糖原與磷酸肌酸等有機物分解生成酸性化合物，導致pH值下降，隨著貯藏時間的延伸，魚體蛋白質也發生水解生成含氮的堿性化合物，引起pH值逐漸回升，因此pH值在水產品微凍貯藏期間呈“V”字形狀態，當pH值為最低值時，表明魚體已到僵硬高峰期。但是也有水產品例外。例如，石斑魚在-3℃的微凍貯藏期間下，魚體的pH值變化不明顯，一直保持在6.8～7.1[9]。大西洋鮭魚在-1.5℃微凍條件下，魚體pH值則始終呈下降趨勢，但是下降速度低于冰藏組[10]。

部分魚類在微凍貯藏期間鮮度指標變化見表1。

2.2 對水產品汁液滲出率的影響

汁液滲出率主要用于評估冰晶對魚體組織的機械性損傷程度。微凍狀態下，水產品組織細胞部分發生凍結，導致相鄰未凍結區的溶液濃度上升，酶含量升高，從而加速魚體肌肉組織分解，使其汁液滲出率上升。而肉汁滲出液營養豐富，又能促進微生物的生長，加速水產品腐敗變質。水產品汁液滲出率＜2%被認為是可接受的[15]。冷藏或冰藏狀態下，一般水產品的汁液滲出率＞2%，而微凍狀態下，很多水產品汁液滲出率＜2%，且波動不大[16-18]，但是隨著貯藏時間的延長，水產品的汁液滲出率也會上升。學者發現采取不同的微凍貯藏溫度，大西洋鱈魚汁液滲出率存在差異。Duun A S等人[19]研究表明，在-2.2℃微凍條件下，鱈魚汁液滲出率≤1.5%，冰藏鱈魚貯藏15 d后汁液滲出率＞5%。Simpson M V等人[20]研究顯示，-3℃微凍保鮮比0℃冷藏保鮮的鱈魚汁液滲出率更高。還有學者認為，大西洋鱈魚蛋白質在-3℃變性比-2℃更嚴重，因為蛋白質的冷凍變性及降解作用會影響魚體肌肉組織的持水力。微凍貯藏期間應該盡力避免溫度波動，防止解凍后肌肉的汁液滲出率上升。

表1 部分魚類在微凍貯藏期間鮮度指標變化

2.3 對水產品質構的影響

質構是評估水產品質的重要指標之一，且與水產種類、組織部位、貯藏和加工方式等有關。微凍條件下，魚體蛋白質易發生低溫變性，細胞之間結合力降低，肌原纖維間的空隙增加，導致魚體組織質構持續劣變，直至腐敗變質。李立杰等人[21]研究-3℃微凍保鮮對南美白對蝦質構的作用，試驗顯示在微凍貯藏前期，對蝦的硬度、彈性、剪切力及咀嚼性等參數一直升高，2周后各項指標又逐漸下降。學者認為水產品失活后，隨著組織內酶類的無氧降解作用，水產品進入僵直期，質構指標特別是硬度升高；隨著魚體ATP酶的活性降低，肌動球蛋白發生變性，水產品進入解僵期，肌肉硬度降低。除此之外，水產品失活后的質構變化還和內源性酶，尤其是組織蛋白酶（B，L和D）、鈣蛋白酶（m-和μ-）緊密相關。

2.4 對水產品組織結構的影響

微凍貯藏期間，魚體生成的較少量冰晶可以降低組織的機械性損傷，延長貨架期。繆宇平等人[22]通過組織冷凍切片和鏡檢分析鰱魚凍結期間組織結構的變化，試驗顯示冷卻到0℃，肌肉纖維組織排列致密，原生質分布均勻；冷凍到-5℃，肌肉纖維之間呈現較小的間距，且有細小冰晶生成；冷凍到-18℃，肌肉纖維內冰結晶逐漸長大，導致纖維排列松散變形，無規則；冷凍到-35℃，肌肉纖維內冰晶進一步增大，引起纖維組織扭曲，形態雜亂。學者認為肌原纖維的分離可能與冷凍貯藏時膠原纖維及結締組織的降解有關[23]。而肌原纖維的斷裂也許與胞內冰晶的機械損傷相關，肌原纖維扭曲與收縮也許與水產品凍結脫水及蛋白酶的分解作用有關。

3 冰晶形成機理

冰晶是微凍保鮮技術中最重要的指標之一，冰晶的數量和大小均決定于對溫度的掌控。微凍保鮮要先冷卻到魚體初始凍結點，消除結晶潛熱；再抵消晶核形成和冰晶生長的熱量[24]。微凍條件下，水產品表層先生成細小冰晶，貯藏24 h后，中心部分才形成較大的冰晶，隨著貯藏溫度穩定后，各層的冰晶則變化不大。水產品種類、降溫速率、媒介的導熱性、比熱等要素均能顯著影響冰晶的生成及生長。Kaale L D等人[25-26]研究不同降溫速度對大西洋鮭魚微凍保鮮的影響，實驗顯示快速降溫能高效消除鮭魚的潛熱，生成大量分布均勻的細小冰晶，降低解凍后肉汁損失，保持良好的持水性。即使是對同一種水產品進行微凍保鮮，魚體加工前的狀態和組織部位不同也會產生不同的影響。Bahuaud D等人[27]采用-1.5℃微凍貯藏大西洋鮭魚4周后，魚體上層生成的冰晶破壞了肌纖維的完整性，且損傷組織內溶酶體，降低了解凍后水產品的品質。學者發現，造成以上結果的差異性，主要原因在于采取了不同的降溫速率和貯藏溫度等。

4 結語

隨著生活水平的提升和科技的發展，消費者對食品的質量需求越來越高，因此深入研究及不斷完善水產品保鮮技術顯得十分緊迫。微凍保鮮能較好地保持水產品新鮮度、保留原有營養成分及抑菌等優勢，同時微凍技術能減少水產品的冷凍和解凍步驟，降低能源消耗及勞動力成本，減少運輸成本與環境因素的影響。目前研發適應水產品貯藏和運輸的微凍保鮮設備，研究微凍保鮮技術與其他技術聯合保鮮是其未來發展方向。