微冻技术在水产品保鲜中的研究进展

胡 玥,吴春华,姜晴晴,陈士国,胡亚芹

(浙江大学食品与营养系浙江省农产品加工技术研究重点实验室馥莉食品研究院,浙江杭州 310058)



微冻技术在水产品保鲜中的研究进展

胡 玥,吴春华,姜晴晴,陈士国,胡亚芹*

(浙江大学食品与营养系浙江省农产品加工技术研究重点实验室馥莉食品研究院,浙江杭州 310058)

本文概括介绍了微冻保鲜技术的原理与发展现状,从反映鲜度的K值、TVB-N值、pH、微生物指标、汁液损失与质构等指标着手,结合水产品肌肉组织结构的微观观察,分析微冻贮藏期间冰晶的形成机理,阐述微冻保鲜对水产品贮藏期间品质影响的应用研究进展与存在的问题。

微冻技术,水产品,腐败变质,组织结构,冰晶形成机理

根据联合国粮农组织在2014年5月最新发布的《世界渔业和水产养殖状况》,随着人口的不断增加,世界人均年消费水产品量从1960年不足10kg增长到2012年19kg以上,2012年全球水产品总量达到1.58亿吨,比2010年提高约1000万吨[1]。水产品中因富含蛋白质、活性肽、不饱和脂肪酸与其他矿物质等,且本身含有的内源性自溶酶活性远大于哺乳动物,因而极易腐败变质。因此,如何延长水产品货架期,保持水产品原有的营养价值、口感和风味,已成为食品科学领域研究的焦点之一[2]。

部分研究结果显示,造成水产品腐败变质的主要因素包括水产品中含有的高活性内源酶、腐败微生物的生长、脂肪类物质的水解及氧化等。大部分水产品最初品质变化主要由内源性自溶酶引起,尤其是自溶酶导致核苷酸降解产生的ATP关联产物,这个过程与微生物活动关系尚不明显[3]。但随着水产品解僵后自溶现象的发生,会为微生物的生长提供充足的营养物质,使其快速繁殖,从而加剧水产品腐败变质。据统计,全球大概有30%的水产品因微生物腐败变质而浪费,而化学降解和其他腐败则仅占每年总初级农业和渔业产品的25%[3]。新鲜的鱼肉类,自身含有多种营养成分,在加工、贮藏、包装、运输和销售等过程中,极易遭受到微生物的污染而腐败变质,即使是冷冻贮藏鱼肉制品,其保质期也受微生物活动的影响[4-6]。因此,在食品加工、运输和贮藏过程中,控制微生物的生长是延长食品货架期的关键因素[7-8]。此外,在低温贮藏下的脂肪氧化(化学酶促)亦可导致酸败[9]。相比其他肉制品如家禽、牛肉、猪肉和羊肉,鱼肉中由于富含高不饱和脂肪酸,更易发生脂肪氧化[10]。脂质氧化产物能与含氮物质(包括氨基酸、蛋白质、磷脂和DNA)反应形成色素与荧光化合物,对人体健康产生不利影响。

食品腐败变质过程的速度取决于温度,贮藏温度直接影响水产品中微生物的种类、活性、自身肌体内源酶的活性与各种营养成分(蛋白质、脂类、糖类等)的状态。为减少腐败和生化降解而开发的各种低温水产品保鲜技术已经在水产品贮藏体系中得到不同程度的应用。

目前全球水产领域常用的低温保鲜技术有冷藏保鲜、冰温保鲜、微冻保鲜以及冻结等保鲜技术[11]。其中,微冻保鲜技术是公认的低温条件下可较好维持食物品质的方法[12]。微冻保鲜所需温度区域介于冷藏和冻结之间。在这一温度区域内微生物活性受到抑制,大多数细菌无法正常生长[12-13],同时内源酶的活力也受到抑制。与冷藏保鲜和冰温保鲜方法相比,微冻保鲜所需温度更低,不仅更能抑制细菌的生理生化反应及酶的活性,还会导致水产品蛋白质发生冷冻变性[14],并降低其自溶阶段的脂肪氧化速率,从而使水产品在较长时间内保持鲜度而不腐败变质。相对于冻结点以上的冷藏水产品,微冻产品在品质和货架期等方面均拥有较大优势[2]。虽然微冻保鲜的水产品货架期比冷冻产品短,一般在20～30d左右;但比起冷冻产品,微冻条件下水产品内产生的冰晶少,对细胞损伤小、解冻后的汁液流失率低、鱼肉质构变化不大,能较好保持水产品独特的风味,且微冻保鲜法能量消耗较少,生产成本相对较低。本文主要介绍微冻保鲜技术的原理及发展现状,重点阐述微冻保鲜技术在生鲜水产品中的应用研究进展以及存在问题,旨在为微冻保鲜技术改进及工业化等方面提供理论参考。

1 微冻保鲜原理及发展现状

微冻(superchilling),又称部分冻结(partial freezing)或过冷却冷藏(deep chilling),是20世纪60年代中期开始发展起来的在渔船上贮藏海产品的一种低温保鲜技术;相对于传统冷藏,此技术能明显延长水产品货架期(1.4～5倍),因而日益受到人们重视[12]。微冻保鲜的基本原理是将水产品温度降低至初始冻结点以下,通常是在其初始冻结点以下的1～2℃[16]。此时水产品中5%～30%的水分冻结成冰,未冻结部分溶液的细胞液汁浓度、渗透压增加,可有效抑制微生物生长,同时低温亦可抑制水产品中酶的活性,减少酶对体内有机物质的分解,使产品在较长的时间内保持原有的品质及鲜度[15]。此外,在这一温度范围内,水产品表面能形成1～3mm厚的薄冰层,维持水产品在贮藏和运输期间温度的稳定;同时水产品内部形成颗粒微细均匀的小冰晶,对肌肉组织造成的机械损伤小,不会导致细胞破裂溃解;水产品解冻后汁液流失少,表面色泽好,最大可能保持水产品原有的鲜度[17-19]。

微冻保鲜的方法最早在1920年由Le Danois提出,但当时没得到实际应用[12]。1935年英国捕鱼杂志上介绍了用冷盐水微冻鱼的方法,因为当时人们一直认为微冻保鲜温度刚好在最大冰晶生成区域温度范围(-1～-5℃),应尽快通过这一温度区域,以免影响产品质量,所以微冻保鲜技术的发展一直受到限制。直到1963年,葡萄牙深海捕鱼者在渔船上发明海水微冻保鲜系统,通过循环海水将鱼保存在-2～-5℃,并取得较好的保鲜效果之后,英国、德国、日本等国相继开始重视微冻保鲜技术的研究。我国的微冻保鲜研究起步较晚,但发展速度非常迅速。1978年,中国南海水产研究所首次在船上对渔获物采用低温盐水微冻保鲜获得成功,微冻鱼的保藏期可达20d以上。

目前常用的微冻方法有冰盐混合物微冻、低温盐微冻和吹冷风微冻三种,根据不同的鱼种和消费者的需要选用不同的微冻方式[20]。微冻保鲜技术已广泛应用于罗非鱼(Tilapia)、大西洋鲑(Atlanticsalmon)、鲈鱼(Lateolabraxjaponicus)、石斑鱼(Epinephelusawoara)、鲢鱼(Silvercarp)、南美白对虾(Penaeusvannamei)、草鱼(Ctenopharyngodonidellus)、大黄鱼(Pseudosciaenacrocea)等以及各种鱼糜(surimi)加工产品等的研究,并取得较好的保鲜效果[24-36]。此外,近年来也有报道微冻保鲜技术与其他保鲜技术联合使用,如气调包装、涂膜保鲜与真空包装等,可显著提高水产品质量或延长其货架期[21-22]。

2 微冻保鲜对水产品贮藏期间品质的影响

2.1 对产品新鲜度的影响

新鲜度是水产品质量评价的主要指标之一。新鲜度的变化是一个包括物理、生化变化复杂的过程。许多因素会影响水产品的鲜度,如捕获方法、贮藏时间、贮藏温度、pH和保鲜剂的使用等。常用来判断水产品鲜度的非感官指标有总挥发性盐基氮(TVB-N)、K值、pH和菌落总数等[23]。然而由于水产品种类繁多,个体成分复杂,仅用一个指标或特性评定水产品鲜度仍显不够,一般都需要同时考察2～3个指标对产品进行综合判定。

2.1.1 对K值的影响 K值是基于ATP及其分解产物进行定量而求得的相对值,反映鱼体死后ATP降解反应进行的程度,是评价鱼类新鲜度的一项质量指标,也是目前全球范围内公认的一种鲜度测定指标。一般而言,活杀鱼的K值低于10%,K值在20%以下被认为是极新鲜,在20%～60%为新鲜,60%～80%为鱼体的初期腐败阶段。

在草鱼冷藏和微冻保鲜研究中发现,K值均随着贮藏时间的延长而增大,但相对于冷藏(4℃)条件下贮藏到第4d和第10d的K值分别为41.22%,74.37%,微冻条件下草鱼片贮藏到第25d和第50d时的K值分别仅为37.05%和73.38%,微冻保鲜明显延长草鱼片的货架期[24]。对罗非鱼、大黄鱼、鲈鱼、鲤鱼、南美对虾[25]等鱼贝类进行微冻保鲜处理后,在30d内贮藏期间K值均在60%左右,处于二级鲜度水平,表明微冻保鲜可有效地抑制K值的增加。

此外,在微冻状态下,不同品种的水产品在贮藏期间K值变化存在较大差异,如鲈鱼、大黄鱼等的K值在贮藏初期迅速上升,然后增长速率趋于平缓,而罗非鱼、南美白对虾、鲤鱼等的K值则一直呈线性增长。鱼的种类不同,ATP关联化合物变化的速率不同,因为ATP的降解活动与酶相关,而温度会影响酶活性。不同鱼种生活水域温度不同,它们体内各种酶的最适温度是不同的,在不同的储存温度下,分解速率是不同的,因此,微冻条件下不同品种的水产品在贮藏期间K值变化存在差异。

2.1.2 对TVB-N值的影响 总挥发性盐基氮(TVB-N)一般是指水产品在贮藏期间,由于肌肉中自身酶和细菌的共同作用,蛋白质分解而产生的氨以及胺类等碱性含氮物质。此类物质具有挥发性,含量越高表明氨基酸被破坏越严重,特别是蛋氨酸和酪氨酸,水产品的营养价值因此而下降。TVB-N现已被多国作为检测水产品腐败的标准,一般用来评定鱼类的初期腐败程度,其中TVB-N≤15mg/100g为一级鲜度标准,≤25mg/100g为二级鲜度标准。

李卫东等对南美对虾进行微冻(-3℃)保鲜,发现微冻保藏至第30d,对虾的TVB-N值为17.8mg/100g,仍达二级鲜度[34]。Mugica等对背棘鳐(Raja clavata)微冻(-0.5～-1.0℃)期间的TVB-N值变化研究发现,微冻保鲜的TVB-N值变化幅度明显低于冰藏保鲜(0.5～1.0℃)处理[35]。Liu等[36]对草鱼肉在微冻(-3±0.2℃)和冰藏(0℃)保鲜中的TVB-N值变化发现,与冰藏保鲜相比,微冻处理的保鲜期可延长至21d,TVB-N 值(15.52mg/100g)远低于草鱼肉二级鲜度的界限值;而冰藏保鲜到15d,TVB-N值(19.25mg/100g)已接近草鱼肉二级鲜度的界限值。微冻条件下,鱼体内的部分水分发生冻结,内源酶活性受到抑制,同时附着在鱼体上微生物体内的部分水分也发生冻结,抑制了微生物生长繁殖,甚至导致其死亡,使鱼体在较长时间内保持其鲜度。

此外,熊光权等[37]还研究微冻贮藏期间温度波动对淡水鱼TVB-N值的影响,结果发现在(-3±0.1)℃贮藏30d草鱼和鲫鱼TVB-N含量分别为18.3mg/100g和19.1mg/100g,远低于鱼肉二级鲜度限值;而(-3±2)℃贮藏第15d时草鱼和鲫鱼TVB-N含量分别为24.7mg/100g和25.6mg/100g,已超过其二级鲜度,可见温度波动对微冻保鲜中TVB-N值影响显著。温度波动会造成小冰晶的融化并因重结晶从内部刺破细胞结构,导致鱼肉解冻后汁液流失,鱼品质降低。因此,在微冻保鲜过程中要注意保持温度稳定。

2.1.3 对微生物数量的影响 一般来说,水产品所含原始菌落微生物数量越少,产品的鲜度越易保持。在微冻条件下,由于水产品中部分水分冻结,微生物体内的部分水分也发生冻结,微生物细胞液汁浓度增加,改变其细胞的生理生化反应,从而抑制微生物的生长甚至导致其死亡;只有一些具有较强耐冻能力的低温菌仍可存活并缓慢生长,从而使水产品在较长时间内保持新鲜而不发生微生物导致的腐败变质。相对冰藏和传统冷藏,微冻处理能明显抑制微生物的生长繁殖[12]。

但不同种类的鱼贝类在同一微冻条件下,细菌总数的变化不尽相同。总体可归纳为增长、下降和先下降后增长这三个发展趋势;如在微冻贮藏期间,鲈鱼的细菌菌落总数一直呈下降趋势,鲫鱼则一直呈增长趋势,造成这种现象的原因可能跟鱼贝类自身的组成成分及生长环境有关。此外,同一水产品在不同微冻方式下,水产品中冰晶含量的不同,微生物繁殖速率也会存在差异。如北极甜虾(Pandalus borealis)采用冰盐微冻时细菌菌落总数第1d上升很快,之后的保质期内细菌菌落总数上升速率缓慢;而采用冰水微冻时,细菌菌落总数在第1d内略有下降,然后缓慢上升,但冰水微冻处理的虾菌落总数一直低于冰盐微冻保鲜虾的菌落总数。研究人员认为,由于冰水自由流动并包裹北极甜虾,能达到迅速降温且对虾的伤害更小,能更好抑制微生物的生长繁殖[38]。

2.1.4 对肌肉pH变化的影响 鱼体死后,体内仍进行着各种复杂的生理生化反应,体内的糖原和磷酸肌酸等物质分解产生酸性物质,使得pH下降,水产品鲜度下降;而后随着贮藏时间的延长鱼肉表面细菌的作用使鱼肉中蛋白质分解,产生碱性物质,使其pH逐渐回升[39]。水产品肌肉pH的变化与其鲜度密切相关,因此水产品贮藏期间肌体的pH也可以作为评价其新鲜度的一项指标。

对微冻贮藏的鲢鱼、鲫鱼、罗非鱼、草鱼、鲈鱼等肌肉pH的研究发现,其pH在整个贮藏过程中的变化均呈“V”字形,且变化速率明显低于冷藏时pH变化速率。但也有例外,如石斑鱼在-3℃的低温盐水中微冻保藏,肌体的pH变化不明显,始终维持在6.8～7.1之间[40];大西洋鲑鱼在-1.5℃微冻贮藏下肌体pH一直下降,但下降速率低于冰藏处理[41]。在微冻贮藏初期,鱼体肌肉中糖原酵解与ATP分解都受到抑制,减慢了pH的下降速率;同时鱼体内外微生物以及鱼体内源酶的活动也受到抑制,影响了贮藏期内pH的上升速率。

2.2 对肌肉汁液损失的影响

汁液损失反映鱼体贮藏期间肌肉组织结构受到冰晶的机械损伤程度。肉汁渗出液含有多种营养物质,会导致产品的商业价值降低,同时渗出的汁液也易成为微生物的优质培养基,加速产品的腐败变质。目前国内外对于微冻保鲜是否可以改善肉汁渗出量尚未有统一定论。

Sivertsvik等[42]对鲑鱼微冻(-2℃)保鲜发现,微冻保鲜对汁液流失量影响较小,这与阙婷婷[43]对比乌鳢在冻藏和微冻保鲜效果的研究结果相一致,且Duun和Rustad对大西洋鳕鱼(Gadus morhua)(-2.2℃)和大西洋鲑鱼块(-3.6℃)微冻保鲜研究发现微冻处理的大西洋鳕鱼和鲑鱼块汁液损失低于冷藏和冻藏(-21℃),其认为这与鳕鱼块中盐溶蛋白的损失量有关[16]。然而Liu等[36]对草鱼的微冻保鲜后鱼肉解冻后汁液损失明显高于冰藏保鲜。Bahuaud等[44]对大西洋鲑鱼块的微冻保鲜也得到相类似的结果,同时通过光学显微镜对保鲜处理后的鱼块观察发现,微冻会加速肌原纤维-肌原纤维蛋白的分离和肌原纤维的断裂,进而导致解冻后鱼块的汁液损失增加。

此外,微冻保鲜贮藏过程中应尽可能避免温度的变化,细微的温度变化亦会导致水产品中小冰晶融化后再结晶,肉中冰晶的大小和分布均有变化,进而加剧肌肉组织纤维和细胞的破坏,导致解冻后肌肉的汁液流失量上升[6]。此外,由于水产品中肌体细胞部分冻结,使细胞相邻未冻结区域的溶液浓度升高,单位体积内酶浓度增加,加速肌体内有机物质的分解,导致汁液流失率的升高。

2.3 对肌肉质构的影响

质构尤其是硬度,为评价水产品品质的重要参数之一,它取决于产品种类、肌肉部位、保藏与加工的方法。Gallart-Jornet等研究发现微冻保鲜结合气调贮藏处理对鲑鱼的质构起负作用[11],这与Duun和Rustad[6]对大西洋鲑鱼片(-1.4℃)微冻保鲜的研究结果相一致。而Bahuaud等[44]对大西洋鲑鱼微冻(-1.5℃)后,发现微冻处理的大西洋鲑鱼解冻后,其质构学特征参数变化与对照组无明显差异。高昕等对鲈鱼在微冻贮藏条件质构(TPA)进行分析,结果表明,随着贮藏时间的延长,其破断强度、硬度、弹性、粘聚性、咀嚼性呈下降趋势。贮藏过程中,水产品肌原纤维间的空隙增大,蛋白质发生变性,肌肉细胞间结合力下降,从而导致肌肉质构不断劣化,水产品品质降低[45]。李立杰等[46]研究微冻(-3℃)对南美白对虾质构的影响,发现贮藏的前2周内,其硬度、弹性、剪切力和咀嚼性呈上升趋势,之后逐渐下降。这主要由于鱼贝类体死后会的先僵硬后解僵的过程,鱼贝类死后肌体内酶类进行无氧降解,糖原和ATP减少到一定程度,鱼体开始变硬。随着降解作用的进行,硬度不断升高,直到其达到最大僵硬度。随后,鱼体进入解僵期,鱼体内ATP酶活性下降,导致肌动球蛋白变性,使鱼体肌肉硬度下降。

此外,鱼体死后的质构变化还与自身内源性酶,特别是鱼体内的组织蛋白酶(B、L和D)、钙蛋白酶(m-和μ-)密切相关。虽然目前对微冻中有关其内源性酶与质构关系的研究较少,但即使在冻藏条件下微生物无法生长繁殖,硬度、弹性等质构指标也会不断下降,鱼肉将会逐渐劣化到无法食用,因此,这应成为今后探讨微冻保鲜鱼肉品质变化机理研究的重点关注方向。

3 对肌肉组织结构变化的影响

新鲜鱼肌肉组织均匀,质膜清晰,肌原纤维排列紧密有序,在横切面上可见到肌肉组织的断面呈现出细密的点阵集合,在纵切面可看到由肌原纤维产生明暗相间的条纹。刚冻结的产品,其内部产生的冰晶大小并不均匀一致,随着贮藏期的延长,细微的冰晶会逐渐减少、消失,而大的冰晶则逐渐成长[47]。冻藏过程中,由于冰晶有足够的时间可以成长,冰晶的长大与肌原纤维变化将导致鱼肉蛋白质变性,对鱼的品质带来很大影响[48];在微冻温度下,产品表面只有部分水分发生冻结,细小的冰晶不会对产品造成伤害,其微观结构的变化将大大降低[47]。

刘美华比较了大黄鱼的冷冻与微冻保鲜效果,发现冷冻可使鱼体内水分结冰,体积膨胀,形成内压,肌肉组织受到不同程度的挤压而发生变形,肌原纤维受挤压且失水收缩,形成空洞;而微冻贮藏的大黄鱼肌原纤维内有较小空隙,纤维内有小的冰晶体,肌纤维较完整,未出现断裂现象,相对冷冻贮藏的大黄鱼组织结构损失较小[49]。沈月新等观察罗非鱼肌肉组织切片,发现保藏5d后-18℃冷库的冻鱼由于冻结速率较快,产生的冰晶体积较小,数量较多,大部分存在于细胞内,对肌肉组织无明显损失;而-3℃微冻鱼的冰晶是慢冻型,数量少,呈块粒状,大部分存在与细胞间隙中,冰晶周围的细胞失水收缩,细胞膜变形,肌原纤维因挤压而集结,使肌肉组织结构受到损伤,但微冻鱼还存在未冻结的肌肉组织,该部分肌肉组织的细胞结构完整,与刚捕获时罗非鱼的新鲜肌肉组织无显著差别。因此,可根据各不同鱼种选择适宜的微冻温度,使鱼体的冻结率保持在1/3～1/2左右,减少冰晶对肌肉组织所造成的不良影响[50]。缪宇平等研究鲢鱼冻结过程中肌肉组织纤维结构的变化,发现冷却至0℃的鲢肌肉组织细胞周围有薄而软、富有弹性的原生质膜,彼此相互紧密连接,排列整齐,纤维内的原生质分布均匀;冻结至-5℃,肌肉纤维间出现较小的间距,纤维内有小的冰结晶;冻结至-18℃,随着冻结过程的深入,肌肉中的水分由外至内逐渐冻结,冰结晶由小变大,引起细胞内部结构的变位和破坏,肌肉纤维逐渐变形、松散、无规则;冻结至-35℃,肌肉纤维间的冰晶增大,纤维扭曲,形状紊乱[51]。理论分析认为,肌原纤维的相互分离可能是因为冷冻保藏时胞外冰晶形成所留下的空隙以及细胞骨架蛋白内结缔组织的降解。鱼体在僵硬过程发生前、发生时和发生后,其肌肉的纤维通过胶原纤维与肌节结缔组织相连,在冷冻储藏后这些胶原纤维不断降解导致肌原纤维缓慢与肌节分离,肌原纤维间缝隙增大;另外由于肌内膜、肌束膜等肌原纤维内部结缔组织的降解也会导致肌原纤维之间的缝隙增大[52]。而肌原纤维的断裂可能是因为冷冻保藏时胞内冰晶形成对肌原纤维的破坏作用,肌原纤维扭曲和收缩可能是因为失水以及蛋白酶的降解作用。

虽然冻藏保鲜方法可以长久保持水产品的质量,但是在此条件下,蛋白质易变性,从而导致肌肉变硬,组织结构破坏,并降低其持水力;且解冻过程会大大破坏水产品的微观结构,造成肌肉纤维的断裂,影响其品质和口感,降低产品的商业价值。而微冻贮藏下,不仅能有效抑制水产品体内微生物和各种酶的活性,同时只产生较少量冰晶,减少了对细胞的组织结构的破坏,能使水产品体内组织结构较为完整的保持,从而使其品质得以保持。

4 水产品微冻保鲜中的冰晶形成机理

冰晶是水分含量在水产品中的固态存在形式,是冷冻食品中最重要的参数之一,同时也是最难理解、最难测量的参数之一。冰晶的数量及大小取决于贮藏前和贮藏期间对温度的控制。微冻保鲜技术对操作的要求较高,特别是对温度控制要求非常严格。微冻保鲜期间,轻微的温度波动即可引起水产品中冰晶大小及数量的变化,直接影响到产品质量,每种产品的冻结点不尽相同[53]。

对于不同种类、形状、大小的产品要采用不同的微冻保鲜方法和微冻温度,这就给微冻保鲜设备的研制带来极大的困难。主要难点在于微冻保鲜中的温度测量,温度随着时间和空间的变化会不断产生变化,很难进行实际测定[12]。在实际应用中,一般都是在水产品冷却和温度完成平衡之后才开始对温度进行控制与测量。在实验室中,能够精确测量微冻保鲜过程的温度,但在工业生产中,可精确控制温度在±0.5范围内的设备大量生产还存在诸多困难。且冰晶对温度的依赖性较强,产品中冰量的评估还存在极大的不确定性[53]。

微冻保鲜处理一般需要经过两个步骤,首先冷却到水产品的初始冻结点,移去结晶潜热;再抵消冰核形成和冰晶生长的热量[54]。其中微冻预处理的降温冷却速度、鱼肉状态、鱼的种类、降温媒介的传热速率、比热等因素能明显影响鱼肉贮藏期间中冰晶的形成及生长。Kaale等[55-58]采用不同降温速率对大西洋鲑鱼块进行微冻保鲜预处理,发现快速降温能迅速移除鲑鱼肉中潜热,使得细胞内外形成大量、细小、分布均匀的冰晶,贮藏后解冻的鲑鱼块汁液损失率低,持水性性能好,这与Smith等[23]研究结果相一致。然而,Bahuaud等[44]对大西洋鲑鱼微冻(-1.5℃)贮藏4周后发现,微冻在大西洋鲑鱼肌体上层形成了细胞内和细胞外冰晶,破坏其肌纤维组织形貌的完整性,同时肌体内溶酶体也遭到破损,导致解冻后产品的品质下降。比较两者发现造成结果不同的重要原因是其采用的微冻保鲜方法存在着差异性,具体为不同的降温速度与贮藏温度等。此外,Kaale等[57]还对大西洋鲑鱼块的僵硬前后的状态、鲑鱼中红色肌肉部分和白色肌肉部分以及鲑鱼表层和中心部位的冰晶大小、分布进行研究,结果发现大西洋鲑鱼微冻(-1.7 ± 0.3℃)僵硬前形成的冰晶小,分布均匀;鲑鱼红色肌肉部分形成的冰晶大小(17 ± 2μm)小于白色肌肉部分(29 ± 1μm),且随着贮藏时间的延长,冰晶大小不断增大,但红色肌肉的冰晶大小始终小于白色部分,同时肌肉中这些冰晶并未破坏肌肉组织,因为冰晶大小始终小于肌肉纤维的大小。鉴于肌肉细胞结构本身含有弹性,微冻贮藏期间形成的冰晶大小还不至于破坏其结构[23,59]。同时贮藏期间鱼片表层先形成冰晶,且直径最小,中心层部分要在微冻贮藏24h后才形成冰晶,但形成的冰晶最大。表层冰晶在1d明显变大,数目减少,这是因为微冻预冷温度低(-30℃)、时间短,且微冻贮藏的温度(-1.7℃)差距较大,温度变化梯度大,造成冰晶的融化与再结晶,进而使冰晶变大,数量减少[60-61]。但微冻贮藏的温度稳定后,各层的冰晶则变化不大。以上研究表明,即使同一种鱼类,肌体加工前的状态与肌肉部位不同对微冻保鲜的要求也有各不相同。

然而目前除了对大西洋鲑鱼微冻期间的冰晶形成有部分研究外,对于其他鱼种的微冻处理和微冻贮藏期间冰晶形成机理还未见报道,且对鱼肉微冻后含冰率(微冻程度)的测定通常采用能量消耗法,该法耗时耗力,无法实现其快速在线检测。

5 结语和展望

我国幅员辽阔,水产品资源丰富,种类繁多。近年来,随着水产养殖业的不断发展,我国水产品年产量持续保持在50万t以上,连续多年稳居世界前列。水产品(尤其是鱼贝类)因含高蛋白、低脂、低胆固醇和低热量等特点,备受广大消费者喜爱。随着人们生活水平的不断提高,消费者对生鲜食品的需求量愈来愈高,对高品质水产品的关注度也日益提高。因此深入研究水产品保鲜技术,对于增加有效供给,完善水产品保鲜体系具有十分重要的意义。作为商业使用的微冻保鲜可减少产品的冷冻和解冻程序,从而高产品产量,降低能源和劳动力成本,大大减少加工中运输成本与环境因素的影响。

在微冻贮藏的温度范围内对水产品进行保鲜,具有保持食物新鲜度、保留食物的高营养质量和抑制有害微生物的生长等三大优势。从分子水平上研究微冻贮藏期间的品质(如汁液损失率、质构、脂肪氧化、蛋白质变性和其他质量参数)变化机理,特别是鱼体自身的内源酶与品质变化的相关性,是将来水产品微冻保鲜中非常值得深入探讨的内容。目前微冻保鲜之所以尚未在水产品保鲜贮藏流通中得到实质性的应用,其主要原因在于微冻保鲜对设备要求较高,对设备内温度控制及分布要求严格。微冻贮藏期间温度的微小波动,就可能造成水产品中冰晶的融化再重结晶成大颗粒的冰晶,破坏细胞组织,影响产品品质。研究微冻贮藏期间的冰晶生长机理,有效控制冰晶生长和重结晶,具有理论和实践的双重意义。此外,微冻保鲜贮藏期间产品的温度及热力学性能随时间、空间的变化为非线性型,典型的单因素研究产品在贮藏期间的品质变化已无法满足工业上的需求,需要加载高分辨率的空间、时间与不同计算机语言的设备对贮藏过程加以监控。通过数学建模,CFD仿真模拟微冻贮藏过程,研究微冻技术与水产品原料性质间的相互关系。同时借助经典流体力学、热力学、质量守恒理论与数学模型,深入研究微冻贮藏期间的冰晶生长机理,直观反映微冻期间冰晶的变化趋势,优化微冻保鲜工艺。估算微冻时间确定微冻程序,将有效改善货架期。保持微冻贮藏期间温度的稳定对保持理想的食品质量至关重要。

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Research progress in superchilling of aquatic products

HU Yue1,WU Chun-hua,JIANG Qing-qing,CHEN Shi-guo,HU Ya-qin*

(Department of Food Science and Nutrition,Zhejiang Key Laboratory for Agro-Food Processing,Fuli Institute of Food Science,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)

The principle and current development of superchilling were introduced in this paper,mainly from macroscopic indexes such as the K value,TVB-N,pH,microbial index,drip loss and TPA,combined with observing microstructure of aquatic products muscle tissue,and the ice crystal formation mechanism during storage was analyzed. The progress of superchilling application and the problems existing in the superchilling storage technology were also introduced.

superchilling technology;aquatic products;deterioration;muscle tissue structure;ice crystal formation mechanism

2014-08-07

胡玥(1991-),女,硕士研究生,研究方向:水产品加工。

*通讯作者:胡亚芹(1972-),女,博士，副教授,研究方向:水产品加工与储藏。

国家支撑计划项目(2012BAD38B09)。

TS254.1

A

:1002-0306(2015)09-0384-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.09.075