簡述冷凍及緩化對原料肉品質影響的研究進展

劉 兵 馬宗欣 邵智博

哈爾濱大眾肉聯食品有限公司 黑龍江哈爾濱 150080

通過對原料肉冷凍延長原料肉貨架期的技術，已經比較成熟，并且在過去幾個世紀冷凍技術已經得到大幅度提高。冷凍技術在肉類行業起著至關重要的作用，通過冷凍技術，可以確保使原料肉安全地供應世界各個地方。盡管如此，原料肉冷凍及緩化過程簡稱凍融，也存在很多問題，包括緩化后水分損失、蛋白質及脂肪氧化、顏色及嫩度等的改變。

因此，本文綜述了凍融對原料肉品質影響的多種結果，以期為解決原料肉冷凍及緩化生產過程中產生的問題，提供一定的理論參考。

1 凍融對原料肉品質的影響

1.1 水分的影響

冷凍及解凍能改變原料肉的水分含量及分布狀況，水分作為原料肉重要的品質特性，可通過多種方法檢測，包括浸出物損失、解凍損失、蒸煮損失、水的結合力及總含水量，Huff-L.E[1](2005)研究表明因為原料肉在尸僵過程中，三磷酸腺苷(ATP)的損失，從而使原料肉細胞溶液中pH值降低，當接近蛋白質等電點時，肌原纖維收縮的細胞結構的改變，使原料肉中的自由水及不易流動水不可避免的損失，并且這些減少的水分被重新分散在肌漿及細胞外間隙當中。凍融是影響積液滲出重要因素之一，原料肉滲透損失隨著冷凍時間的增加而增加，Aón,M.C[2](1980)研究表明，當冷凍時間超過19.5min以后時，滲透損失停止；Gonzalez-S.S[3](1985)研究表明，這種跡象是因為肌細胞梯度冷凍過程中形成冰晶的尺寸及分布所導致的；而Grujic',R[4](1993)在解凍率與滲出損失有不同的觀點，他認為當原料肉解凍溫度在-5℃與-1℃之間，解凍時間在50min以下時，原料肉解凍損失降到最低，這種結果主要歸因于肌細胞外小冰晶的溶化提高了水分活度，水分又通過細胞膜滲透被失水的肌肉纖維重新吸收，因此，大部分學者認為，增加水分利用率超過水分吸收率及水分滲出率，從而增加解凍效率；Huff-L.E[1](2005)提出通過短時間快解凍率，從而間接減少滲出物形成；Ambrosiadis I[5](1994)報告指出通過將冷凍肉浸沒在水中，可以加快原料肉解凍，并降低浸出物損失，此外Ambrosiadis I后期發現通過微波解凍方法比冷凍28h肉自然解凍方法，更能減少解凍過程中浸出物損失。

總之，冷凍儲藏及緩化均能降低原料肉的持水力這一結論已經被大眾認可[6，7]，有研究表明原料肉肌纖維蛋白結構的變化是導致持水能力損失的主要原因，并且證實了，這些損失水分主要來自肌漿蛋白，并且Savage A.W[8](1990)提出原料肉保水能力的減弱主要是肌原纖維結構的破壞及肌漿蛋白變性，冷凍新鮮肉及解凍肉通過熟制加工，熟制損失差異不是特別明顯[9]，這主要是因為，原料肉在熟制過程中，脂肪融化流失、蛋白質變性，肌漿蛋白保水保油的能力降低，從而產生水分損失。

1.2 蛋白質變性

傳統的觀點認為，在冷凍過程中，由于細胞內離子強度隨著水向細胞外遷移而增加，從而導致蛋白質變性。Mietsch F[10](1994)和Ngapo T.M[7](1999)認為蛋白質變性不會導致質量損失，因為他們發現，從新鮮樣本和那些被速凍并立即解凍的樣本中收集的蛋白質數量和組成沒有顯著差異。其中一些作者還使用十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS PAGE)、毛細管凝膠電泳(CGE)和差示掃描量熱法(DSC)研究了蛋白質滲出樣品的組分，發現上述組分之間沒有顯著差異。并且這些作者也指出，樣品儲存的時間和溫度可能影響了所獲得的結果。Wagner J.R[11](1985)用DSC熱圖分析了肉類樣品的變性蛋白質發現，肌球蛋白是受冷凍影響最大的蛋白質。肌原纖維蛋白的變性與冷凍速率無關，這導致了蛋白質重組后，焓值降低。通過比較DSC熱分析圖、焓變和ATP酶活性的數據分析，緩慢冷凍比快速冷凍能夠引起更明顯的蛋白質變性。Benjakul S[12](2003)發現，冷凍和冷凍貯藏導致Ca2+ATP酶活性顯著降低、Mg2+-EGTA-ATP酶活性增加，這轉化為肌球蛋白和肌鈣蛋白-原肌球蛋白復合物變性，并且他們還發現了蛋白質氧化(羰基的形成)和蛋白質變性之間的相互作用。

1.3 脂類及蛋白氧化

原料肉冷凍及儲存的最終溫度決定了原料肉中參與脂類及蛋白氧化的流動水總量，Petrovic' L[13](1982)發現即使原料肉冷凍及儲存溫度高于-20℃情況下，原料肉中的生化反應還在繼續產生，因為在這種溫度情況下，原料肉中仍有足夠的流動水供生化反應發生。Estévez M[14](2011)證實冷凍儲存原料肉最適合溫度為-40℃，因為這個溫度既可節約能耗又能使原料肉中的流動水含量達到最低。并且這小部分水與原料肉中其它成分相結合，參與化學反應較少[15]。有研究表明原料肉冷凍過程中，部分水的冷凍間接的引起肌細胞內外的溶質濃度提高，從而增加了化學反應的產生[16]，同時原料肉冷凍過程中由于水分產生的大冰晶，破壞肌細胞膜使線粒體酶、溶酶體從肌漿中釋放出來[17]。

原料肉在冷凍儲藏的過程中，由于有少量流動水的存在，初級脂類氧化就已經發生了。Owen J.E[18](1975)通過實驗發現解凍前不飽和脂肪酸的氧化，使原料肉的顏色、氣味、味道及安全性降低。并且Nesvadba P[19](2008)與Singh R.P[20](2001)證明了這個現象，他們在冷凍儲存貨架期的研究中，發現原料肉在凍緩過程中會加速原料肉中的脂肪氧化。一般通過檢測硫代巴比妥酸含量(TBARS)方法測定脂肪次級代謝產物，這些次級代謝產物能夠使原料肉變質及產生刺激性的風味，Vieira C[6](2009)通過測定TBARS方法測定不好的風味，發現-20℃條件下，儲存90d冷凍肉產生不好的風味種類比新鮮肉多，并且檢測結果顯示原料肉冷凍儲存不能完全阻止脂肪氧化產生。Benjakul S[21](2001)也發現凍融過程能加速肌肉組織過氧化值增加，原因是原料肉冷凍過程中產生的冰晶使細胞膜破壞，促氧化劑被釋放氧化出來，加速脂類氧化。有足夠的證據指出脂肪氧化主要發生在肌細胞膜層面，并不是在小部分甘油三脂層面上。

蛋白質氧化與多種因素有關，例如氧化脂質、氧化酶等。Xiong Y.L[22](2000)認為丙二醛是蛋白質衍生物反應形成羰基作為替代物之一，并且Rowe L.J[23](2004)發現原料肉中蛋白質氧化的發生，促使原料肉食用性、剪切力及保水性降低、風味及顏色變差，這些改變部分是由活性氧化自由基攻擊蛋白質后，蛋白質通過共價或非共價鍵重新形成蛋白聚集體引起的。蛋白質氧化還包括氨基酸分解、蛋白質重組、表面疏水性增加、蛋白質交聯，這些都是蛋白質羰基化的原因[24]。

研究表明凍融引起肌肉細胞微觀結構破壞，從而細胞中的線粒體酶、溶酶體、血紅素及一些氧化因子等被釋放出來，促進蛋白質發生氧化反應。Liu G,Xiong[25](2000)證實了原料肉中發生氧化反應的這些氨基酸主要來自肌原纖維蛋白，其占整個肌肉總蛋白含量的55%～65%。并且由于原料肉蛋白氧化形成不穩定的蛋白網，導致蛋白硬度增加、持水能力減弱、可溶性蛋白損失。肌原纖維蛋白氧化，使肌動蛋白與肌球蛋白重新聚集并凝結，肌纖維間隙縮小，從而使原料肉持水能力減弱。并且肌纖維間隙縮小間接使細胞間空間增大，從而降低持水能力，因此原料肉中水做為滲出物被釋放出來[26]。

1.4 顏色影響

原料肉凍融后的顏色變化，可通過凝膠電泳對滲出液中的肌紅蛋白進行檢測[27]。蛋白變性促使肌紅蛋白對自然氧化敏感性的增加，表現出初期的最佳顏色后隨之減弱。這一理論已經證實，通過比較原料肉在凍融過程中的亮度和肌紅蛋白抗氧化的能力，來驗證Abdallah M.B[28](1999)與Livingston D.J[29](1981)等提出存在一種能夠將蛋氨酸肌紅蛋白還原為肌紅蛋白的酶系統，稱為肌紅蛋白還原活性(MRA)。該理論認為，原料肉初期的氧化反應形成的氧合肌紅蛋白，使原料肉保持了鮮亮的顏色。然而隨著原料肉的放置時間增長，MRA的活性降低。由于MRA和輔酶因子，NADH參與MRA無關的反應所使用，這些都將加速原料肉氧化反應和光澤的損失。β-羥基酰基輔酶脫氫酶(HADH)在線粒體細胞質凍融過程中被釋放，這種酶利用NADH，從而導致MRA的更快失活[30]。

所有形式的氧化都被認為是相互關聯的。當脂質氧化開始時，會促使含氧肌紅蛋白反應的促氧化劑的形成，進而導致氧化肌紅蛋白的形成[31]。因此，通過冷凍儲存間接加大脂質氧化速度，最終導致肌紅蛋白氧化的速度增加，使MRA在抗氧化方面變得不那么有效，使原料肉在冷凍后，顏色穩定性下降得更快。

1.5 pH值影響

原料肉經凍融后的pH值往往低于原料肉凍融之前的pH值[32]。由于原料肉的pH值是通過測量肌漿溶液中氫離子(H+)含量的得出，原料肉在凍融后，由于蛋白質氧化變性，釋放出氫離子，從而導致原料肉pH值的降低。并且肉類組織中汁液的流失可能會導致溶質濃度的增加，從而導致pH值的降低。

1.6 嫩度影響

原料肉的嫩度，可通過測量峰值力顯示出來，有研究表明原料肉的嫩度，會隨凍融時間增加而增加[33]。并且還發現，原料乳嫩度的變化，與冷凍儲藏時間的長短及原料肉在冷凍前蛋白質氧化變性的程度有關。當原料肉在冷凍前蛋白質完全氧化變性，冷凍對原料肉嫩度的影響變得不相關。

大眾認為，嫩化的機制是蛋白質分解、氧化酶分解肌肉蛋白，或者是由于冷凍過程中肌細胞中冰晶形成而導致的肌細胞結構破壞，蛋白酶的釋放來加快氧化的速度導致嫩化。從嫩度的感官評估中可知[34]，在凍融樣品肉與冷鮮肉相比過程中，發現了較低的峰值力。在這種情況下，感官小組評定經過凍融的原料肉的鮮嫩程度明顯低于單純冷凍肉。這一感官結果是由于解凍過程中原料肉汁液的流失，導致肌肉纖維的持水能力減弱，因此剪切力的減少是由于冰晶形成導致膜強度減弱，進而減少了剪切肉所需的力。

1.7 微生物影響

冷凍和解凍都不會減少原料肉中存活微生物的總量。但是原料肉在冷凍過程中，微生物使原料肉腐敗程度被有效地降低，因為在低溫情況下大部分微生物處于休眠狀態。不好的方面是微生物在解凍過程中恢復了活性[35]。由于解凍的過程比冷凍慢得多，且原料肉解凍各個部位溫度不均一，使解凍肉的某些暴露部位達到微生物適合生長溫度，這是原料肉自然解凍的微生物生長主要原因。由于原料肉冷凍及解凍過程中，產生的溫度變化、水分、蛋白質、維生素及礦物質為微生物生長提供有利條件，因此，冷凍肉要想達到冷鮮肉鮮嫩效果，需要更好的衛生條件及處理方式[36]。

2 結論及展望

通過生產高品質原料肉，滿足消費者需求，為食品加工廠增加效益，同時也推動整個肉類行業的發展，并且隨著全球原料肉貿易總量的增加，生產能力與消費需求差距逐漸增大，豬肉、牛肉及雞肉的需求量在逐漸增大，冷凍及緩化技術還需要進一步的提升及改善，才能滿足未來的肉類市場需求。近幾年由于經濟的發展需求，原料肉冷凍及緩化技術雖然有一定的提升，如超低溫速凍、超聲輔助緩化等新技術應用，改善了原料肉凍融缺點，但因成本預算的提升，新技術仍不能大范圍的推廣，原料肉凍融后水分損失、蛋白氧化等不利因素，仍不可避免，因此有必要對原料肉冷凍及緩化做進一步的研究。