水產品超聲輔助浸漬冷凍技術研究進展

常江，宛新國，孫智慧，李曉燕

水產品超聲輔助浸漬冷凍技術研究進展

常江a，宛新國a，孫智慧b，李曉燕c*

（哈爾濱商業(yè)大學 a.輕工學院 b.高教發(fā)展研究中心 c.能源與建筑工程學院，哈爾濱 150028）

為延長水產品銷售周期，最大程度保持其營養(yǎng)品質，促進水產品冷凍保藏及加工技術的發(fā)展和產業(yè)化。歸納總結超聲輔助浸漬冷凍的作用機理，并探究其對冰晶形成和生長以及水產品保鮮加工的影響。超聲輔助浸漬冷凍能有效提高冷凍效率，減小冰晶晶核規(guī)格，縮短冷凍時間，減緩水產品蛋白質變性與脂質氧化速率，改善水產品質構、保持其營養(yǎng)價值，是水產品冷凍處理的有效途徑。超聲輔助浸漬冷凍技術能在一定程度上解決水產品冷凍過程中存在的問題，為水產品冷凍技術產業(yè)化提供支持。超聲輔助浸漬冷凍技術在作用機制、適用范圍和特定環(huán)境下的作用衰減等方面存在著一定缺陷，還需深入闡述其作用機理，為冷凍智能裝備開發(fā)提供保障。

水產品；浸漬冷凍；超聲輔助；研究進展

隨著人們健康意識的增強，高營養(yǎng)低脂肪的水產品逐漸受到消費者青睞，但由于水產品中的內源酶和微生物，為其貯藏保鮮帶來不良影響，限制了水產及其制品的流通銷售[1]。我國水產資源豐富，養(yǎng)殖和出口量居世界前列。相關資料顯示，我國每年由于儲運導致死亡和腐敗的水產品占其總量的1/10，其中的36%被制成粉或動物飼料等，浪費極其嚴重，因此迫切需要利用高效的水產品保鮮技術保持水產品的鮮度品質，以減少其流通期間的品質劣變，提高利用率。目前，水產品的保鮮主要包括化學保藏、生物保藏和物理保藏等[2-4]。化學保藏操作方便，但存在化合物殘留，易造成安全問題；生物保藏安全性高，但存在生物活性提取物結構和成分復雜、分離純化工藝較復雜、成本高昂等問題；物理保藏安全性高，能有效抑制酶活性，減緩新陳代謝作用，從而有效保持水產品質，延長流通周期，近年來成為了國內外研究人員聚焦的熱點[5]。

傳統(tǒng)的物理保藏技術以冰溫保鮮和凍藏為主，盡管可以保持水產品的品質，但較長的冷凍時間使得晶核形成周期長、晶核大、營養(yǎng)細胞內部組織破壞程度大、營養(yǎng)流失嚴重[6-7]，因此，改進冷凍技術和方法，提高冷凍速率對提高冷凍水產品品質至關重要。浸漬冷凍技術（Immersion Chilling and Freezing，ICF）是將食品置于低溫冷凍液中實現(xiàn)速凍的加工技術，與傳統(tǒng)冷凍技術相比，其具有高效低能的特點，并能有效提升水產品品質，在國內外廣受好評[8-9]。食品的浸漬式冷凍過程最大的特征就是傳熱傳質同時發(fā)生，它不僅導致熱量迅速傳遞，同時也伴隨著食品內部水分與溶液溶質的相互遷移，其過程如圖1所示。食品在凍結過程中，其種類、形狀、大小、成分組成等因素均會影響凍結速率。浸漬式冷凍技術能有效地提高食品的冷凍速率是因為冷凍液的傳熱系數高于空氣幾倍有余。在食品與冷凍液傳熱過程中，沿熱流方向的主要熱阻是邊界層，其厚度越大，傳熱效果越差。因此，在浸漬冷凍過程中，可引入輔助技術，如高壓、超聲、電磁場和微波[10-12]等，從而提升冷凍速率，減小對水產品營養(yǎng)成分的破壞。其中發(fā)展最為迅速的是超聲波輔助冷凍。超聲的聲學效應能促進冰晶成核，減少組織破壞引起的營養(yǎng)損失，更好地保持冷凍食品的組織結構，提升保存質量[13-14]。對超聲輔助浸漬式速凍技術的保鮮機理和工作過程進行研究并不斷優(yōu)化，有利于更好地保持水產品的鮮度品質，延緩水產品流通期間的品質劣變，提升水產原料的利用率，也可為水產品物理保鮮技術的發(fā)展提供參考。本文針對水產品的超聲輔助浸漬冷凍技術的研究現(xiàn)狀，歸納總結了超聲輔助浸漬冷凍技術的機理、實驗裝置及對水產品品質影響等方面的研究進展，旨在為水產品超聲輔助浸漬冷凍加工產業(yè)化和冷鏈物流技術發(fā)展提供理論參考。

1 超聲輔助浸漬冷凍技術機理

1.1 超聲作用機理

超聲輔助浸漬冷凍主要利用超聲的空化和微射流效應提升水產品的冷凍速率、減小晶核規(guī)格和組織損傷，提高水產品保藏和解凍品質。超聲是一種頻率在20 kHz以上、超出人耳聽覺極限的機械波，在傳播過程中可以引起振動[15]。目前，常見的超聲波分為高頻低能和低頻高能2類，高頻低能超聲波主要應用于食品的無損檢測和品質控制，頻率超過100 kHz，但能量較低；低頻高能超聲頻率介于20～100 kHz，能量較高，主要應用于改善水產品性質等方面[16-18]。空化效應的產生源于超聲在介質中傳播時可以產生一種高頻的機械壓力，這種機械壓力效應能夠使介質中質點因振動而移位，進而在介質中形成高壓區(qū)和負壓區(qū)，超聲作用會在直徑為1 μm以下的氣泡之間形成負壓空化氣泡，當超聲功率未引起氣泡破裂時，空化氣泡形成微射流減少了水產品與介質的邊界層阻力，提高了介質的傳熱效率，進而提高了冷凍效率；當超聲功率高于氣泡空化閾值時，劇烈的震動引起空化氣泡的破裂，提高了過冷度、加快了二次成核的速度、減小了冰晶的尺寸[19-20]。冷凍時間的縮短、冰晶尺寸的減小能夠降低冷凍對細胞組織造成的損傷，進而提升水產品貯藏品質。超聲輔助浸漬冷凍過程中水產品與冷凍液的傳熱傳質過程和超聲輔助冷凍技術作用機理分別如圖1和圖2所示。

圖1 超聲輔助浸漬冷凍過程中食品與冷凍液的傳熱與傳質

1.2 超聲輔助對冰晶成核及生長的影響

1.2.1 對冰晶成核的影響

初次成核和二次成核是超聲輔助成核的2個主要階段。當溫度達到成核溫度時，開始初次成核，釋放出大量潛熱，超聲的空化作用有助于過冷度的降低，從而驅動成核過程[21-22]；尺寸達到臨界閾值的微氣泡本身可充當冰核；穩(wěn)定的空化氣泡運動會導致微流和渦流，從而增強傳熱和傳質，并有助于成核。在基于預先存在的冰晶的二次成核過程中，由于空化氣泡的塌陷和剪切力，超聲輻照可將這種預先存在的冰的樹突分解為許多源自微流較小的碎片，導致產生更多的成核位點。

圖2 超聲輔助冷凍技術作用機理[21]

在無晶體溶液中形成新晶體的過程被稱為初次成核。初次成核是冷凍效果和被冷凍食品質量的決定性因素[23]。成核過程自發(fā)隨機，功率超聲的加入能提高初次成核的確定性或可重復性。功率超聲會引發(fā)空化氣泡的塌陷，會顯著提升細胞的局部壓力和過冷度，導致晶核形成，同時還會控制水到冰的相變過程，提高過冷水中冰晶形成的可能性，而冰晶的重現(xiàn)程度可由超聲強度控制[24-26]。冰晶的成核速率和數量與空化作用有關，超聲輔助能夠誘導細胞內外成核速率，并減小冰晶的尺寸分布[27-28]。吳宇桐等[29]認為超聲作用下空化氣泡破碎會使局部壓力瞬間達到5×106Pa以上，同時釋放大量的熱，引發(fā)溶液形成晶核。因此，超聲輔助浸漬冷凍技術有利于晶核的快速形成，并可將冰枝晶分解成較小碎片，減少對水產品結構損傷，但誘導冰晶成核的機制還未明晰，成核過程可能存在多種機制的相互作用，有待進一步深入研究。

二次成核指在含有已有晶體的溶液中產生新的晶體，其可通過晶體作為模板形成新的晶體核，也可通過晶體破碎產生更多的成核位點，微射流作用是二次成核的主要誘因。超聲的空化氣泡產生的微射流可破壞枝晶，改變冰晶的整體生長模式，產生新的晶核，引起二次成核[30-31]。Kiani等[32]和Zhang等[33]研究發(fā)現(xiàn)超聲空化作用會引起氣泡的擴散，導致氣泡破碎而引起微射流，使溶液二次成核。分子偏析是超聲誘導成核的另一種形式，冰晶成核的驅動力源自空化氣泡周邊的壓力梯度，其間的時間差可由氣泡塌陷引起的質量擴散時間決定。因此，2種理論從不同的角度證實了超聲輔助浸漬冷凍有利于冰晶的二次成核，主要由于超聲對枝晶的分裂作用，被破碎的冰晶會在冷夜中促進形成新的晶核，但超聲成核的機理仍未有明確闡述，還有待于深入研究。

1.2.2 超聲輔助浸漬冷凍對晶體生長規(guī)律的影響

冰晶規(guī)格和分布規(guī)律是評價冷凍食品質量的重要參數，營養(yǎng)細胞中冰晶越細、分布越均勻，對細胞和組織的破壞越小，品質和營養(yǎng)保持得越好[34-35]。超聲輔助冷凍具有誘導成核和控制冰晶生長的能力，兩者取決于過冷程度。當在系統(tǒng)溫度低于凝固點溫度時施加功率超聲，會形成許多原子核，且其只會長到有限大小。Sun等[36]利用不同頻率超聲輔助浸漬冷凍技術對鯉魚進行處理，表明175 W的超聲功率下，鯉魚組織的冰晶規(guī)格最小，組織細胞破壞程度最低。向迎春等[37]對比了–20 ℃下的冰箱冷凍、直接浸漬冷凍和超聲輔助浸漬冷凍后的明蝦，結果表明，超聲輔助能夠優(yōu)化冰晶生長和調控，減小了冷凍引起的組織損傷。綜上所述，超聲誘導成核會生成較小的冰晶，降低冰晶的平均尺寸并增加其平均圓形度，優(yōu)化冰晶的形態(tài)和分布。但是關于超聲輔助浸漬冷凍對冰晶生長或晶體形態(tài)影響的研究成果相對較少，冷凍對象的組織結構不同，冰晶的形態(tài)和分布規(guī)律也不盡相同。因此，在后續(xù)的研究中，需要從多個角度進一步明晰超聲輔助的作用機制，為實現(xiàn)工業(yè)生產提供理論依據。

1.2.3 超聲輔助浸漬對冷凍速率的影響

冷凍速率是衡量水產品冷凍效果的重要參數。相比于傳統(tǒng)冷凍方式，快速冷凍可形成更小冰晶、緩解細胞脫水速率、保護組織結構，從而更好地保持水產品品質。葉劍等[38]、向迎春等[37]和劉宏影等[39]利用超聲輔助浸漬冷凍技術分別對鮸魚、明蝦和海鱸魚片進行了處理。結果發(fā)現(xiàn)超聲輔助浸漬冷凍比直接浸漬冷凍的速度提升了10倍，比冰箱冷凍提升了90.15%。超聲輔助浸漬冷凍能夠提升冷凍速度的主要原因在于晶核的形成速率和尺寸分布。通過1.2.1節(jié)和1.2.2節(jié)可知，超聲的空化作用能夠引起晶枝的破損，生成尺寸更小、分布更均勻的冰核，可以有效地提高冰晶的形成速率，進而提高冷凍速率。因此，超聲輔助浸漬冷凍有利于提高冷凍速率，減少結晶對組織細胞的傷害，獲得更好的組織結構，保持水產品的含水率和營養(yǎng)。

2 超聲輔助浸漬冷凍裝置

近年來，國內外對超聲輔助浸漬冷凍裝置的研究日益升溫，常用的超聲輔助浸漬冷凍設備根據浸漬方式的不同可分為全浸沒式、半浸沒式和非浸沒式三大類。通常超聲輔助浸漬冷凍裝置由超聲系統(tǒng)、冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)、制冷循環(huán)系統(tǒng)、溫度檢測系統(tǒng)和數據記錄系統(tǒng)等幾部分組成。超聲系統(tǒng)通常由多個傳感器組構成，這些傳感器均勻地連接在冷凍槽底部，另一端則連接到發(fā)電機上。冷卻液循環(huán)系統(tǒng)通過位于溫度控制端的盤管泵送，并與壓縮機相連的熱交換器進行冷卻和溫度控制。溫度檢測系統(tǒng)通常與數據記錄系統(tǒng)耦合，由熱電偶探針和連接到計算機的數據記錄器組成。常見的超聲輔助冷凍裝置結構及特點如表1所示。就超聲輔助浸漬冷凍裝置而言，全浸式輔助冷凍裝置目前應用最為廣泛，半浸沒式和非浸沒式超聲輔助冷凍裝置鮮有使用。Sun等[40]在180 W超聲輔助條件下對鯉魚進行了全浸漬冷凍，研究結果表明，與傳統(tǒng)冷凍和空氣冷凍相比，超高壓輔助全浸漬冷凍的鯉魚組織中的冰晶更小，蛋白質穩(wěn)定性更高，硫代巴比妥酸活性物和揮發(fā)性鹽基氮總量較低，提高了鯉魚在冷凍過程中的質量。

3 超聲輔助浸漬冷凍對水產品品質的影響

超聲輔助浸漬冷凍能縮短冷凍時間，形成小而均勻的冰晶，提升水產品的水分、顏色與質構等，削弱冰晶對蛋白質等營養(yǎng)物質組織結構的破壞程度，保持其品質。

表1 常見超聲輔助冷凍裝置結構及特點[41]

Tab.1 Structures and characteristics of common ultrasound assisted freezing devices[41]

3.1 水分

水是決定水產品穩(wěn)定性的關鍵成分，因為其分布和相互作用隨水產品成分的不同而變化。水與其他組分的相互作用和鍵合也決定了不同溫度下的水活性。水產品的含水量較高，以游離水、固定化水和結合水的方式存在。在冷凍儲存過程中，由于水的滲透去除、冰晶對肌纖維的破壞、肌纖維蛋白的聚集等變化會引起水產品的質構、顏色、風味等發(fā)生變化，從而導致品質降低。超聲輔助浸漬冷凍技術限制了水的流動，提高了冷凍速率，縮短了冷凍周期，減少了結合水的析出。空化作用減小了冰晶的尺寸和分布，改善了水產品中水分子的分布和遷移[42-43]，降低了冰晶對組織纖維的破壞，提升了水產品的品質。葉劍等[38]發(fā)現(xiàn)空氣冷凍、浸漬冷凍后，鮸魚的持水力有所降低，而超聲輔助浸漬冷凍后鮸經過12周的儲藏后魚的持水力仍然維持得較好。說明，超聲輔助能夠在一定程度上彌補浸漬冷凍技術的短板，提升水產品品質。

3.2 質構

質構是表征水產品口感特征的重要指標之一，包括其硬度、咀嚼性、彈性等，真實反映了水產品的品質。水產品在冷凍過程中的冰晶大小、冷凍速率等工藝指標與水產品的質構有著緊密的聯(lián)系。在冷凍過程中，冰晶的形成會破壞水產品的肌原纖維及結締組織，從而引起質構的破壞。超聲輔助浸漬冷凍技術能夠提高冷凍速率、誘導晶核生長分布而形成更小且分布均勻的冰晶，減小由于冰晶的形成造成的水產品肌肉組織破壞程度，有利于水產品質構特性的保持。Ying等[44]基于Box-Behnken優(yōu)化了超聲輔助浸漬冷凍工藝條件，在超聲功率180 W下，中國對蝦的纖維組織明顯優(yōu)于非超聲冷凍的顯微組織切片。Ma等[45]研究了大黃魚超聲輔助冷凍的品質，結果表明處理后的樣品質量參數和顯微組織更接近新鮮樣品，具有更明顯的紋理特征和更強的持水能力。緩解了由于冷凍引起的解凍損失和烹飪損失，降低了大黃魚的值和硫代巴比妥酸值等，有效保持了大黃魚品質。

3.3 色差

色差指2個試樣在顏色知覺上的差異，它包括明度差、彩度差和色相差三方面。水產品在貯藏過程中，隨著腐敗的進行，體表的明度和色度會隨之改變。因此，水產品的色差是消費者評價水產品新鮮度最直觀的指標，也是刺激消費者購買欲望的直接因素。Shi等[46]研究發(fā)現(xiàn)利用超聲輔助冷凍技術處理的鯰魚由于表面游離水的增加使魚肉白度呈波動性增加，由于酶和氧氣接觸發(fā)生的脂質氧化使魚肉從白色到微黃色變化的程度變得比較緩慢，有效地抑制了魚肉顏色的變化。明度和亮度的變化與魚肉含水量緊密聯(lián)系，在儲藏過程中，魚肉會由于水分的損失影響其色澤，使魚肉黯淡無光。因此，超聲輔助浸漬冷凍技術在保持水產品水分方面的優(yōu)勢會減小其在流通和儲藏方面的色差損失，但是否與冰晶分布和大小有關，還有待進一步研究。

3.4 蛋白質

水產品中的蛋白質含量豐富，還含有多種礦物質、氨基酸及維生素等營養(yǎng)物質，備受消費者的關注。由于水產品肉質含水量較高，容易引起蛋白質的變性，因此，在儲藏和銷售過程中受到了諸多限制。冷凍是當下最常見的儲存方式，探究超聲輔助浸漬冷凍對水產品蛋白質的影響，能夠檢驗水產品在凍藏過程中的品質變化。孫協(xié)軍等[47]研究了海鱸魚片在超聲輔助浸漬冷凍下的魚肉蛋白質特性，結果表明，此方法能保持纖維蛋白的三級結構和品質。Yang等[48]利用超聲輔助浸漬冷凍技術對美洲石首魚的品質和蛋白質氧化程度進行了分析。結果表明，利用超聲輔助冷凍技術處理的石首魚肌原纖維的氧化變性蛋白質在冷凍儲存90 d后減少。此外，超聲頻率為200 W組的冷凍樣本與其他組相比具有更高的蛋白質穩(wěn)定性。因此，超聲輔助浸漬冷凍能降低蛋白質的變性和結構破壞的程度，降低氧化程度，加速角狀體的冷凍過程，保持其肌肉質量，提高蛋白的穩(wěn)定性和完整性，使水產品纖維更加緊實，提升其口感并保持營養(yǎng)，減少自由水和結合水的流動性，保持組織細胞的含水量，提升加工品質。超聲輔助能改善冷凍后水產品的品質和營養(yǎng)價值，其根本在于超聲輔助對冰晶的成核作用。因此，對其作用機理的進一步探究，能實現(xiàn)超聲輔助浸漬冷凍技術的工業(yè)化。

4 結語

超聲輔助浸漬冷凍技術能加快晶核的形成、控制冰晶規(guī)格和分布、提高冷凍速度、減小組織損傷、最大程度保持水產品品質和營養(yǎng)價值。關于該技術在水產品中的應用和作用機制的研究也成為了研究熱點，擁有廣闊的應用前景，能為水產品加工產業(yè)發(fā)展和智能裝備開發(fā)提供有效途徑。已有研究成果表明超聲輔助浸漬冷凍具有一定的優(yōu)越性，但也存在著一定的技術缺陷：對脂肪含量比較高的海產品而言，超聲的空化作用會引起局部壓力和溫度的增大，在水中生成大量自由基，加速脂類物質的氧化變質；如何避免超聲作為能量波，在傳遞過程中可能會出現(xiàn)的散射或衰減引起的作用減弱；當水產品中含有特殊結構時，超聲作用可能會產生異味，影響水產品品質。綜上所述，超聲輔助浸漬冷凍技術的適用范圍和技術缺陷尚未得到解決，作用機制也尚未明晰，需要在今后的研究中深入探究并解決。

[1] WU S L, KANG H B, LI D J. Research Status and Application Progress of Fresh-Keeping Technology of Aquatic Products[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2019, 47(22): 4-6.

[2] 謝晶, 譚明堂, 范敏浩. 冰晶的形成和影響因素及其對水產品品質的影響[J]. 糧食與油脂, 2023, 36(9): 1-6.

XIE J, TAN M T, FAN M H. Formation and Influencing Factors of Ice Crystals and Impact on the Quality of Aquatic Products[J]. Cereals & Oils, 2023, 36(9): 1-6.

[3] 呂任之. 淺談我國水產品工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 廣東蠶業(yè), 2020, 54(4): 49-50.

LYU R Z. Discussion on the Present Situation and Development Trend of Aquatic Products Industry in China[J]. Guangdong Sericulture, 2020, 54(4): 49-50.

[4] 崔蓬勃, 周劍, 丁玉庭, 等. 水產品物理保鮮技術的最新研究進展[J]. 浙江工業(yè)大學學報, 2022, 50(3): 341-348.

CUI P B, ZHOU J, DING Y T, et al. Latest Research Progress on Physical Fresh-Keeping Technology of Aquatic Products[J]. Journal of Zhejiang University of Technology, 2022, 50(3): 341-348.

[5] 劉亞楠, 李歡, 蔣凡, 等. 基于活性包裝視角下的水產品保鮮機制研究進展[J]. 食品科學, 2022, 43(13): 285-291.

LIU Y N, LI H, JIANG F, et al. Progress in Research on the Preservation Mechanism of Aquatic Products from the Perspective of Active Packaging[J]. Food Science, 2022, 43(13): 285-291.

[6] 勵建榮. 海水魚類腐敗機制及其保鮮技術研究進展[J]. 中國食品學報, 2018, 18(5): 1-12.

LI J R. Research Progress on Spoilage Mechanism and Preservation Technology of Marine Fish[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2018, 18(5): 1-12.

[7] 李娜, 孫敏, 王春華, 等. 水產品保鮮貯藏期間品質評價方式的研究進展[J]. 食品安全質量檢測學報, 2022, 13(4): 1099-1105.

LI N, SUN M, WANG C H, et al. Research Progress on Quality Evaluation Indexes of Aquatic Products during Fresh-Keeping and Storage[J]. Journal of Food Safety & Quality, 2022, 13(4): 1099-1105.

[8] LEBAIL A, CHEVALIER-LUCIA D, MUSSA D M, et al. High Pressure Freezing and Thawing of Foods: A Review[J]. International Journal of Refrigeration, 2002, 25(5): 504-513.

[9] CHENG X F, ZHANG M, XU B G, et al. The Principles of Ultrasound and Its Application in Freezing Related Processes of Food Materials: A Review[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2015, 27: 576-585.

[10] ORLOWSKA M, HAVET M, LE-BAIL A. Controlled Ice Nucleation under High Voltage DC Electrostatic Field Conditions[J]. Food Research International, 2009, 42(7): 879-884.

[11] KAKU M, KAMADA H, KAWATA T, et al. Cryopreservation of Periodontal Ligament Cells with Magnetic Field for Tooth Banking[J]. Cryobiology, 2010, 61(1): 73-78.

[12] XANTHAKIS E, LE-BAIL A, RAMASWAMY H. Development of an Innovative Microwave Assisted Food Freezing Process[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2014, 26: 176-181.

[13] ZHENG L Y, SUN D W. Innovative Applications of Power Ultrasound during Food Freezing Processes-A Review. Trends in Food Science & Technology, 17(1), 16-23[J]. Trends in Food Science & Technology, 2006, 17(1): 16-23.

[14] LI D M, ZHU Z W, SUN D W.. Effects of Freezing on Cell Structure of Fresh Cellular Food Materials: A Review[J]. Trends in Food Science & Technology, 2018: 46-55.

[15] 孫獻坤, 王慶玲, 劉瑞, 等. 超聲波輔助冷凍技術及其對肉品品質影響的研究進展[J]. 食品科技, 2022, 47(6): 153-158.

SUN X K, WANG Q L, LIU R, et al. Ultrasonic Assisted Freezing Technology and Its Effect on Meat Quality: A Review[J]. Food Science and Technology, 2022, 47(6): 153-158.

[16] IOANNIS S A, KONSTANTIONS V K, SMALIA G S. Ultrasounds in the Food Methods and Effects on Quality, Safety, and Organoleptic Characteristics of Foods: A Review[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2017, 57: 109-128.

[17] VICENT V, NDOYE F T, VERBOVEN P, et al. Effect of Dynamic Storage Temperatures on the Microstructure of Frozen Carrot Imaged Using X-ray Micro-CT[J]．Journal of Food Engineering, 2019, 246: 232-241.

[18] MARTíNEZ-PADILLA L P, FRANKE L, XU X Q, et al. Improved Extraction of Avocado Oil by Application of Sono-Physical Processes[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2018, 40: 720-726.

[19] 先兆君. 超聲輔助冷凍對預制調理紅糖饅頭面團品質的影響及作用機制研究[D]. 合肥: 合肥工業(yè)大學, 2021: 5-7.

XIAN Z J. Effect of Ultrasound-Assisted Freezing on Quality of Prepared Brown Sugar Steamed Bread Dough and Its Mechanism Investigation[D]. Hefei: Hefei University of Technology: 5-7.

[20] PAN N, DONG C H, DU X, et al. Effect of Freeze-Thaw Cycles on the Quality of Quick-Frozen Pork Patty with Different Fat Content by Consumer Assessment and Instrument-Based Detection[J]. Meat Science, 2021, 172: 108313.

[21] AGHAPOUR AKTIJ S, TAGHIPOUR A, RAHIMPOUR A, et al. A Critical Review on Ultrasonic-Assisted Fouling Control and Cleaning of Fouled Membranes[J]. Ultrasonics, 2020, 108: 106228.

[22] NAKAGAWA K, HOTTOT A, VESSOT S, et al. Influence of Controlled Nucleation by Ultrasounds on Ice Morphology of Frozen Formulations for Pharmaceutical Proteins Freeze-Drying[J]. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 2006, 45(9): 783-791.

[23] QIU S, CUI F C, WANG J X, et al. Effects of Ultrasound-Assisted Immersion Freezing on the Muscle Quality and Myofibrillar Protein Oxidation and Denaturation in Sciaenops Ocellatus[J]. Food Chemistry, 2022, 377: 131949.

[24] COMANDINI P, BLANDA G, SOTO CABALLERO M, et al. Effects of Power Ultrasound on Immersion Freezing Parameters of Potatoes[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2013, 18: 120-125.

[25] CHENG X F, ZHANG M, ADHIKARI B, et al. Effect of Ultrasound Irradiation on some Freezing Parameters of Ultrasound-Assisted Immersion Freezing of Strawberries[J]. International Journal of Refrigeration, 2014: 49-55.

[26] HICKLING R. Nucleation of Freezing by Cavity Collapse and Its Relation to Cavitation Damage[J]. Nature, 1965, 206: 915-917.

[27] QIU L Q, ZHANG M, CHITRAKAR B, et al. Application of Power Ultrasound in Freezing and Thawing Processes: Effect on Process Efficiency and Product Quality[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2020, 68: 105230.

[28] PETZOLD G, AGUILERA J M. Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods[J]. Food Biophysics, 2009, 4(4): 378-396.

[29] 吳宇桐, 崔夢晗, 王宇琦, 等. 超聲輔助冷凍技術的作用機制及其對食品品質影響的研究進展[J]. 食品科學, 2018, 39(17): 275-280.

WU Y T, CUI M H, WANG Y Q, et al. Mechanism of Ultrasonic-Assisted Freezing Technique and Its Effect on the Quality of Frozen Foods: A Review[J]. Food Science, 2018, 39(17): 275-280.

[30] KIANI H, ZHANG Z H, SUN D W. Effect of Ultrasound Irradiation on Ice Crystal Size Distribution in Frozen Agar Gel Samples[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2013, 18: 126-131.

[31] CHOW R, BLINDT R, CHIVERS R, et al. A Study on the Primary and Secondary Nucleation of Ice by Power Ultrasound[J]. Ultrasonics, 2005, 43(4): 227-230.

[32] KIANI H, SUN D W. Water Crystallization and Its Importance to Freezing of Foods: A Review[J]. Trends in Food Science & Technology, 2011, 22(8): 407-426.

[33] ZHANG X, INADA T, YABE A, et al. Active Control of Phase Change from Supercooled Water to Ice by Ultrasonic Vibration 2. Generation of Ice Slurries and Effect of Bubble Nuclei[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2001, 44(23): 4533-4539.

[34] DELGADO A E, ZHENG L Y, SUN D W. Influence of Ultrasound on Freezing Rate of Immersion-Frozen Apples[J]. Food and Bioprocess Technology, 2009, 2(3): 263-270.

[35] 李曉燕, 樊博瑋, 趙宜范, 等. 超聲輔助冷凍技術在食品浸漬式冷凍中的研究進展[J]. 包裝工程, 2021, 42(11): 11-17.

LI X Y, FAN B W, ZHAO Y F, et al. Research Progress of Ultrasound-Assisted Freezing Technology in Food Immersion Chilling and Freezing[J]. Packaging Engineering, 2021, 42(11): 11-17.

[36] SUN Q X, ZHAO X X, ZHANG C, et al. Ultrasound-Assisted Immersion Freezing Accelerates the Freezing Process and Improves the Quality of Common Carp (Cyprinus Carpio) at Different Power Levels[J]. LWT, 2019, 108(3): 106-112.

[37] 向迎春, 黃佳奇, 欒蘭蘭, 等. 超聲輔助凍結中國對蝦的冰晶狀態(tài)與其水分變化的影響研究[J]. 食品研究與開發(fā), 2018, 39(2): 203-210.

XIANG Y C, HUANG J Q, LUAN L L, et al. Study on the Effect of Ultrasonic Assisted Freezing on the Ice Crystals and Water Changes in Penaeus Chinensis[J]. Food Research and Development, 2018, 39(2): 203-210.

[38] 葉劍, 林勝利, 戴璐怡, 等. 超聲輔助浸漬冷凍對鮸魚肉品質的影響[J]. 食品安全質量檢測學報, 2022, 13(16): 5193-5199.

YE J, LIN S L, DAI L Y, et al. Effects of Ultrasound-Assisted Immersion Freezing on the Muscle Quality in Miichthys Miiuy[J]. Journal of Food Safety & Quality, 2022, 13(16): 5193-5199.

[39] 劉宏影. 超聲波輔助冷凍與低溫速凍對海鱸魚冰晶形成及品質特性的影響[D]. 錦州: 渤海大學, 2020.

LIU H Y. Effects of Ultrasonic-Assisted Freezing and Low-Temperature Quick Freezing on Ice Crystal Formation and Quality Characteristics of Sea Bass[D]. Jinzhou: Bohai University, 2020.

[40] SUN Q X, SUN F D, XIA X F, et al. The Comparison of Ultrasound-Assisted Immersion Freezing, Air Freezing and Immersion Freezing on the Muscle Quality and Physicochemical Properties of Common Carp (Cyprinus Carpio) during Freezing Storage[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2019, 51: 281-291.

[41] FU X Z, BELWAL T, CRAVOTTO G, et al. Sono- Physical and Sono-Chemical Effects of Ultrasound: Primary Applications in Extraction and Freezing Operations and Influence on Food Components[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2020, 60: 104726.

[42] CAO Y, ZHAO L Y, HUANG Q L, et al. Water Migration, Ice Crystal Formation, and Freeze-Thaw Stability of Silver Carp Surimi as Affected by Inulin under Different Additive Amounts and Polymerization Degrees[J]. Food Hydrocolloids, 2021, 124(6): 107267.

[43] LIU H Y. Effcets of Ultrasound-Assisted Freezing and Quick-freezing on Ice Crystal and Formation and Quality Characteristics of Sea Bass ()[D]. Jinzhou: Bohai University, 2021: 16-38.

[44] YING Y B, XIANG Y C, LIU J L, et al. Optimization of Ultrasonic-Assisted Freezing of Penaeus Chinensis by Response Surface Methodology[J]. Food Quality and Safety, 2021, 5: 1-9.

[45] MA X, MEI J, XIE J. Effects of Multi-Frequency Ultrasound on the Freezing Rates, Quality Properties and Structural Characteristics of Cultured Large Yellow Croaker (Larimichthys Crocea)[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2021, 76: 105657.

[46] SHI L, YIN T, XIONG G Q, et al. Microstructure and Physicochemical Properties: Effect of Pre-Chilling and Storage Time on the Quality of Channel Catfish during Frozen Storage[J]. LWT, 2020, 130 109606.

[47] 孫協(xié)軍, 時廣源, 魏雅靜, 等. 超聲波輔助冷凍對海鱸魚肌原纖維蛋白理化性質的影響[J]. 食品與發(fā)酵科技, 2022, 58(4): 20-24.

SUN X J, SHI G Y, WEI Y J, et al. Effect of Ultrasonic Assisted Freezing on Physicochemical Properties of Sea Bass Myofibrin[J]. Food and Fermentation Sciences & Technology, 2022, 58(4): 20-24.

[48] YANG F, JING D T, DIAO Y D, et al. Effect of Immersion Freezing with Edible Solution on Freezing Efficiency and Physical Properties of Obscure Pufferfish (Takifugu Obscurus) Fillets[J]. LWT, 2019, 118(4): 108762.

Research Progress in Ultrasound Assisted Immersion Freezing Technology for Aquatic Products

CHANG Jianga, WAN Xinguoa, SUN Zhihuib, LI Xiaoyanc*

(a. Light Industry, b. Higher Education Development Research Center, c. School of Energy and Building Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150028, China)

The work aims to extend the sales cycle of aquatic products, maximize their nutritional quality, and promote the development and industrialization of frozen storage and processing technology for aquatic products. The mechanism of ultrasound assisted immersion freezing and its impact on the formation and growth of ice crystals as well as the preservation and processing of aquatic products were summarized and reviewed. The ultrasound assisted immersion freezing could effectively improve the freezing efficiency, reduce the size of ice crystals, shorten the freezing time, slow down the protein denaturation and lipid oxidation rate of aquatic products, improve the quality structure of aquatic products and maintain their nutritional value, which was an effective way to freeze aquatic products. Ultrasound assisted immersion freezing technology can solve the problems existing in the freezing process of aquatic products to some extent, providing support for the industrialization of aquatic product freezing technology. The ultrasonic assisted immersion freezing technology has certain shortcomings in terms of its mechanism of action, applicability, and attenuation in specific environment. It is necessary to further elaborate on its mechanism of action to provide support for the development of intelligent freezing equipment.

aquatic products; immersion freezing; ultrasound assistance; research progress

TB661

A

1001-3563(2024)01-0183-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.01.021

2023-09-19

“十三五”國家科技支撐計劃項目（2016YFD0400301）