不同浸渍冻结温度及流速对草鱼块品质的影响

邓 敏，朱志伟

(华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640)

浸渍冷冻(Immersion chilling and freezing，ICF)是一种新型的冷冻加工技术，采用高效的液体载冷剂代替常规冷加工中的空气载冷剂，具有冻结时间短、冻结速度快、冻结品质好等优点［1］。其中以法国Lucas、保加利亚Fikiin及阿根廷Zorrilla为代表的研究小组是较为领先的研究团队。Lucas等［2－4］以简化后的多孔模型研究浸渍冷冻过程中发生的冻结与传质，说明表面冰层的形成对渗透的影响规律。Fikiin等［5］研究者多研究食品物料在动态的浸渍冷冻过程的传热。Zorrilla 等［6－8］采用 CaCl2及 NaCl溶液作为载冷剂进行了草莓、干酪冻结的研究。从公开的文献报道可知，国内除了江南大学张慜课题组［9］进行了毛豆浸渍冻结对其品质影响的研究，关于ICF冻结方面的研究论文很少。本课题组在ICF冻结技术的基础研究主要集中于载冷剂的基础物性及冻结过程中多元载冷剂对明胶模型的渗透性分析［10－11］。强化对流传热能有效地提高ICF冻结效果［5］。但对于强化对流条件下ICF冻结过程中物料理化品质的变化及多元载冷剂于强化对流条件的渗透规律未见报道。本文以草鱼块的ICF冻结过程变化为研究对象，在－20、－30℃不同流速条件下进行强化 ICF冻结，针对动态ICF冻结过程中草鱼块品质变化以及载冷剂各组分吸收量方面进行研究，为控制冻结过程中溶质的渗透以及草鱼冷冻加工提供技术支撑，以便最大程度保持鱼肉的品质。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜草鱼(Gtenopharyngodon idellus) 购自广州黄沙水产市场，鱼体平均体重3000g。经宰杀去头去净内脏后，用流动冷却水洗去鱼体表面的黏液、杂质，腹腔内血污，随后去皮，去脊骨，取鱼片，整形，切成规格为2cm×2cm×2cm(长×宽×厚)的鱼块(平均质量10g)，将鱼块用保鲜膜包好平放于铝质托盘中。整个前处理在室温下进行，过程约需1h;氯化钠、无水乙醇、1，2－丙二醇、正丙醇 国药集团化学试剂有限公司;酒石酸钾钠、硫酸铜 广州化学试剂厂;氢氧化钠 天津市耀华化学试剂有限公司;三氯乙酸 天津市福辰化学试剂厂;所有试剂均为分析纯。

CS－WS－2.4/60低温浸渍冷冻机(ICF冻结装置)载冷剂为三元载剂(自制);Center309温度记录仪台湾群特有限公司;TA.XT Plus型质构仪 英国SMS公司;JA100电子天平(精度±0.01g) 上海精科天平厂;FJ－200高速分散均质机 上海标本模具厂;752可见分光光度计 上海第三分析仪器厂;7890A GC System气相色谱仪 美国Agilent科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 冻结和解冻 将草鱼块(2cm×2cm×2cm)置于冷冻设备中进行冻结，当鱼块中心温度降至－18℃时，取出鱼块，用滤纸吸干样品表面残留的液体，密封于聚乙烯塑料袋中，置于(4±1)℃冰箱中解冻18h，解冻后样品进行相关指标的测定。

1.2.2 温度测定 温度测定采用经过校正的温度记录仪进行测定和记录，取鱼块的几何中心置入温度探头，每隔10s测定一次温度值。

1.2.3 冻结速率的计算 冻结速率的计算按照国际制冷协会提出的方法计算［12］。

式中:δ0－食品表面与热中心的最短距离，cm;τ0－食品表面达到0℃后至热中心温度达初始冻结点以下10℃所需的时间，h。

1.2.4 载冷剂溶质吸收测定 乙醇和丙二醇吸收量，采用气相色谱法中内标法测定［13］。

1.2.5 盐溶性蛋白含量 按照GB/T 18654.10－2002进行取样，根据MFRD的方法［14］进行测定。

盐溶性蛋白含量降低率(%)=(冻结前含量－冻结后含量)/冻结前含量×100

1.2.6 Ca2+－ATPase活性 采用定磷法，使用 Ca2+－ATP酶测试盒测定。

Ca2+－ATPase活性降低率(%)=(冻结前活性－冻结后活性)/冻结前活性×100

1.2.7 汁液流失率［15］按照AOAC的方法。

汁液流失率(%)=(冻结后鱼质量－解冻后鱼质量)/冻结后鱼质量×100

1.2.8 质构测定 采用质构仪进行测定，平行5次，测定3种质构特性参数:硬度、耐咀性、回复性。测定样本取自鱼身背部，规格2cm×2cm×2cm。测定前将样品在室温下放置0.5h，剔除低温影响。测定条件:探头型号:P35;测前速率:1.00mm/s;测试速率:1.00mm/s;测后速率:1.00mm/s;压缩变形率:30%;探头两次测定间隔时间:5.00s;数据采集速率:400.00s－1;触发类型:自动。将对照样置于(4±1)℃冰箱中。当贮藏时间与冻结样品的解冻时间相同时，取出进行理化指标测定。

1.3 数据处理

测定和分析结果采用SPSS12.0和Excel进行处理，结果采均值±标准差形式。不同处理间的比较采用最小显著差异法(least significant difference，LSD)，取95%置信度(p＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 冻结曲线和冻结速率

ICF技术具有冻结速率高的特点［16］，Fennema指出冰晶在组织内的形成与冻结速率、物料温度及物料细胞特征有关［17］。当冻结速率快，形成的冰晶体积小，数量多，分布均匀，对组织细胞的破坏作用小，食品物料能保持较好的品质［18］。强化对流是提高ICF冻结速率的有效方法［5］，加强食品物料在浸渍冷冻过程的传热，以实现物料的快速冻结。由表1结果可知，随着流速的增加，冻结速率都呈增加的趋势。－20℃时，最大流速下的冻结速率是静态下的2.67倍;－30℃时，最大流速下的冻结速率是静态下的1.86倍。据文献［19－20］报道:－30℃，风速为8.0m/s鼓风冻结脆肉皖鱼速率为3.69cm/h，－40℃4.0m/s鼓风冻结草鱼块速率为3.75cm/h，都远远低于ICF冻结速率。可见，增加流速、强化对流传热能有效提高ICF的冻结速率。图1、图2分别为－30、－20℃不同流速下的ICF冻结曲线。

表1 不同流速下ICF冻结的冻结速率Table 1 Freezing rates under different velocities of refrigerant in ICF

2.2 不同ICF冻结温度及流速对草鱼块中载冷剂组分吸收量的影响

由于食品物料与载冷剂直接接触，载冷剂中的溶质会迁移到食品物料中，ICF技术发展面临的重要问题之一是如何控制载冷剂组分对食品物料的渗透。加强对流传热是有效减少食品物料对载冷剂溶质的吸收的有效方法之一［3］。由表2结果可知，实验中ICF冻结条件下，草鱼块对载冷剂溶质的吸收量很少，－20℃ 总吸收量为 0.770～0.845mg/g，－30℃ 总吸收量为0.656～0.719mg/g。

图1 －30℃不同流速下的ICF冻结曲线Fig.1 Freezing curve under different velocities of refrigerant in ICF at－30℃

图2 －20℃不同流速下的ICF冻结曲线Fig.2 Freezing curve under different velocities of refrigerant in ICF at－20 ℃

－20℃实验冻结条件下，乙醇、丙二醇及总吸收量呈先增加后减少的趋势，在流速0～5.88L/min范围内，乙醇的吸收量从0.353mg/g增加到0.376mg/g，丙二醇的吸收量从0.424mg/g增加到0.469mg/g;在流速5.88～14.9L/min范围内，乙醇的吸收量和丙二醇的吸收量呈降低趋势，分别减少至0.344、0.426mg/g;总吸收量在14.9L/min处最小。在－30℃实验冻结条件下，在流速0～4.02L/min范围内，乙醇、丙二醇及总吸收量都呈增加趋势，分别从0.274、0.382、0.656mg/g增加到 0.298、0.421、0.719mg/g;在 4.02～9.9L/min 范围内，乙醇、丙二醇及总吸收量也出现降低的趋势，分别减少至 0.280、0.380、0.660mg/g;总吸收量在9.9L/min处最小。

动态ICF冻结条件下加强对流传热的同时也促进了传质，在一定的流速范围内，增大流速会促进传质，促进传质影响大于传热的影响，故吸收量会增加;而当流速继续增大，传热加快，会迅速在物料表面形成冰障阻止传质［2－4］，吸收量会减少。

2.3 不同流速ICF冻结对汁液流失率的影响

汁液流失是衡量鱼肉蛋白持水性的一个重要指标，可以说明冻结过程对蛋白结构的影响［21］。从图3可知，不同的流速下，汁液流失量也不相同。－20℃时随着流速增加，汁液流失率逐渐减小，从1.567%下降到0.809%;流速越大，其对流传热效果越好，冻结速率快，形成的冰结晶体积小，分布均匀，对组织的破坏小，利于减少汁液的流失。－30℃冻结时，当流速从0增加到4.02L/min时，其汁液流失率也从1.219%下降到0.905%，但是当流速继续从4.02L/min增加到12.9L/min时，汁液流失率却从0.905%增加到1.205%。

表2 冻结后草鱼块中各组分的吸收量Table 2 Uptake amount of each solute in grass carp after freezing

图3 不同流速ICF冻结前后汁液流失率Fig.4 Drip loss of grass carp under different velocity

2.4 不同流速ICF冻结前后 Ca2+－ATPase活性变化

Ca2+－ATPase来源于肌球蛋白头部，表征其肌球蛋白S－1的性质，已被广泛用作评价肌动球蛋白完整性的指标，Ca2+－ATPase活性变化是蛋白质冷冻变性的重要指标［22］。由图4可知，随着流速的增加，Ca2+－ATPase活性降低率呈下降趋势，流速的增加利于减缓鱼蛋白的变性。－30℃下降的幅度要小于－20℃的变化趋势，其降低率都小于5%，差异不显著。

图4 不同流速ICF冻结前后Ca2+－ATPase活性变化Fig.4 Ca2+－ATPase activity of grass carp under different velocity

2.5 不同流速ICF冻结前后盐溶蛋白含量变化

盐溶性蛋白溶解度反映的是肌球蛋白杆部的性质，通常鱼肉蛋白的冷冻变性越严重，其盐溶蛋白的含量也越低［23］。图5为不同流速ICF冻结前后盐溶蛋白含量变化，－20℃时，随着流速的增加，盐溶蛋白降低率呈下降趋势，分别为 13.12%、12.75%、12.24%、11.92%、10.30%、8.68%;流速的增加利于减缓鱼蛋白的变性;－30℃时，随着流速的增加，盐溶蛋白降低率分别为 9.6%、8.80%、6.13%、5.29%、5.00%、6.3%;流速过大，其冻结速率过高易导致草鱼块表面冻裂从而使细胞损伤更大，容易导致蛋白发生变性。

表3 不同流速ICF冻结对草鱼块质构特性的影响Table 3 Effect of different velocity on texture properties of grass carp

图5 不同流速ICF冻结前后盐溶蛋白含量变化Fig.5 Change in neutral salt－soluble protein of grass carp under different velocity

2.6 不同流速ICF冻结对草鱼块质构特性的影响

表3列出了不同流速条件下草鱼块解冻后的质构特性参数。－30℃时，与新鲜对照样相比其硬度和咀嚼性没有显著性变化(p＞0.05)，在此冻结过程中，随着载冷剂流速增加，冻结速率相应增加，形成的冰晶体积小，数量多，分布均匀，对组织细胞的机械损伤小，并且蛋白变性程度也较小，故硬度和咀嚼性接近新鲜样品。

－20℃不同流速条件浸渍冻结时，随着流速的增加草鱼块的硬度和咀嚼性都有减小的趋势，流速越大其减小的幅度越小;而当流速达到14.9L/min时，硬度和咀嚼性没有显著性变化(p＞0.05)，－20℃浸渍冻结时增加载冷剂流速有利于草鱼质构特性的保持。

回复性表示样品经过探头压缩后的回弹能力，其数值越接近1，表明样品的弹性越好。经－20、－30℃冻结样品解冻后的回复性都有显著性变化(p＜0.05)，草鱼块解冻后的质地变软，可能是由汁液流失所造成的。

3 结论

3.1 增加流速在一定程度上可以减少对载冷剂溶质的吸收。在一定流速范围内，流速增加促进传质，吸收量增加，而当流速继续增大，传热加快，吸收量会有减少的趋势。

3.2 ICF冻结过程中－20℃及－30℃条件下载冷剂的流速分别为14.9L/min和9.9L/min时，其汁液流失率和Ca2+－ATPase活性的降低率都较小，质构特性的硬度和咀嚼性指标与新鲜对照样品相比没有显著性变化，于此条件进行ICF冻结有利于草鱼块冻结品质的保持。

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