金枪鱼解冻技术研究

郑大宇，刘 蕾，毛伟杰，姜 荔

(哈尔滨商业大学 能源与建筑工程学院，哈尔滨 150028)

金枪鱼解冻技术研究

郑大宇，刘 蕾，毛伟杰，姜 荔

(哈尔滨商业大学 能源与建筑工程学院，哈尔滨 150028)

介绍了金枪鱼的营养价值及食用方式.阐述了国内外的解冻方式及其优缺点.应用通电加热技术具有加热速度快、加热均匀、能量利用率高等优点.近几年已被广泛应用于处理液体方面，而在肉制品处理方面还处于应用研究技术水平.通电加热技术在高质量解冻产品方面有很大的潜能.

金枪鱼；解冻；通电加热

鱼肉是营养物质的主要来源，特别是在许多沿海国家[1].鱼肉提供人类食用的动物蛋白的17%及人类消耗总蛋白质的6%[2].金枪鱼占海洋捕捞渔业的20%，以满足全世界对于蛋白质的需求[3].根据联合国粮农组织的统计结果，目前世界大洋性渔业总产量为8.5×106t，其中金枪鱼的产量超过6×106t，占公海渔业总产量70%以上，是世界远洋渔业的重要作业鱼种之一.近几年全球对于新鲜及冷冻金枪鱼的需求迅速增长[4].日本是金枪鱼的主要消费国家，占总消费量的80%左右.近年来，随着国内超低温技术的发展，金枪鱼也逐渐进入国内水产品消费市场的舞台[5].

由于世界各地对金枪鱼的需要，金枪鱼在冷冻运输过程保持其高品质是至关重要的.然而，金枪鱼作为生鱼片食用对原料鱼的质量要求非常高，并且极易受到环境和自身因素条件的变化而腐败变质[6].在冷冻金枪鱼行业，金枪鱼通常被保持在深度冻结点-60 ℃以下从而长时间保持很高的品质，直到被运输到当地的市场或者处理工厂[7].金枪鱼在适当消费之前需要进行合理解冻，合理的解冻金枪鱼是保证金枪鱼品质的关键操作.解冻需要在低温下快速实施从而可以避免食品表面的微生物的增长[8].解冻冻肉产品的技术有很多，包括微波解冻[9]、欧姆解冻、高压解冻及声学解冻[10].不恰当的解冻方式会导致过多的水分损失及造成肉的营养价值损失过大.目前，国内外对于金枪鱼及其他肉类品的解冻的研究主要集中在各种解冻方式对解冻效果的影响，包括汁液流失、K值(次黄瞟呤和肌苷的含量对ATP各级降解物含量的比值)[11]、脂质和蛋白质的氧化程度、组胺含量的变化[12]、pH值和微生物指标等各方面均做了详细的实验研究.

1 金枪鱼的介绍

1.1 金枪鱼的营养价值

金枪鱼肉质柔嫩鲜美，富含很高的蛋白质和脂肪，并含有维生素 A、D和微量元素，尤其是DHA(二十二碳六烯酸)和EPA(二十碳五烯酸)等.此外，维生素和矿物质如磷、钾、铁、锌等含量也非常丰富.蓝鳍金枪鱼的背部和腹部的营养成分如表1所示.金枪鱼中含有丰富的EPA和DHA.EPA和DHA主要具有抑制血小板凝聚、减少血栓形成、降低胆固醇、益智健脑和增强自身免疫力的作用.根据营养学家总结的研究结果，富含丰富的DHA含量的鱼类如表2所示.其中金枪鱼所含 DHA多达2.877 g，且与其他鱼类相比，金枪鱼含有很高的EPA和脂肪酸，是不可多得的营养美食.

表1 蓝鳍金枪鱼肉的营养成分(100 g)

名称背肉腹肉名称背肉腹肉水分/g68．752．6锌/mg440510蛋白质/g28．321．4铜/mg4338脂质/g1．424．6VA/mg20100糖类/g0．10．1VE/mg0．81．5钙/mg511VD/IU210720VD/mg280220磷/mg0．10．1VB1/mg21铁/mg0．090．08VB2/mg5043钠/mg105钾/mg420440VC/mg22镁/mg4535胆固醇/mg5055

表2 主要食用鱼类脂肪酸(以100g 计)

名称金枪鱼秋刀鱼鳝鱼沙丁鱼鲑鱼竹荚鱼鲤鱼DHA/mg2877139813321136820748288EPA/mg19728447421381492408159脂肪酸/g20．1213．1919．0310．626．315．184．97

1.2 金枪鱼的保存及食用方式

金枪鱼有两种食用方式：熟食和生食.目前国内市场上的熟食金枪鱼主要是长鳍金枪鱼和鲣鱼，多以以罐头的形式进行食用.生食金枪鱼主要有蓝鳍、马苏、大目和黄鳍金枪鱼.生食金枪鱼不但营养价值全面而且口感鲜美，成为越来越流行的食用方式.近几年全球对于新鲜和冷冻金枪鱼的需求迅速增长[4].由于世界各地对金枪鱼的需要，金枪鱼在冷冻运输过程保持其高品质是至关重要的.在冷冻金枪鱼行业，金枪鱼通常被保持在深度冻结点-60 ℃以下从而长时间保持很高的品质，直到被运输到当地的市场或者处理工厂[7].

2 各种解冻方式及研究现状

冻结食品内部的冰晶体融化的过程被称为食品的解冻.肉在适当消费之前需要进行合理解冻，一些研究表明解冻过程是主要破坏肉物理化学性质及微生物的过程[10].若解冻不当，则会造成大量的汁液流失，营养价值下降、质地、色泽等发生变化，影响金枪鱼的食用品质.因此合理导热解冻冻结的肉类产品是保证金枪鱼高品质的关键操作，甚至解冻过程比冻结过程更加重要[12].所以，优化解冻过程的研究应该更加受到食品技术专家的广泛关注[2].解冻需要在低温下快速实施从而可以避免食品表明的微生物的增长[8].合适的解冻方式对于维持金枪鱼的品质是至关重要的.

解冻冻肉产品的技术有很多，不恰当的解冻方式会导致过多的水分损失及造成肉的营养价值损失过大.失水率的增加也被认为是解冻过程最重要的问题[13].据报道，营养价值的减少主要由于可溶蛋白质的浸出、高消耗的能量、大量的废水及其他传统解冻的一些问题[14].解冻方法根据传热方式可以分为两类：外部解冻法及内部解冻法.

2.1 外部解冻法

由温度较高的介质(空气、水、水蒸气)向冻结物表面传热，从而进行对流传热、热传导或热辐射解冻，这类解冻方法叫做外部解冻法.目前应用最广泛的外部解冻法有空气解冻、常压水解冻、高静水压解冻.

2.1.1 空气解冻

空气解冻是最方便最常用的解冻方式，通过自然对流或强制对流进行换热从而达到解冻食品的目的.为了获得更好的解冻效果，自然解冻时冻结物所在的空气的温度要低于20 ℃.一般在冷库中解冻是通过向0～5 ℃的冷藏库中送入风速为1 m/s左右的加湿空气的方法[13]，使冻结金枪鱼肉更加均匀地解冻，并获得更好的解冻效果.

2.1.2 水解冻

由于肉块表面与水的传热系数比在空气中的高，因此冻结鱼肉在水中的解冻速度更快，并且重量损失更小.但是由于解冻水中存在的微生物可能会引起冻品间的污染及可溶性物质流失等问题，因此水解冻时对冻结物的包装很重要.水解冻采取的主要方式有清水解冻和盐水解冻等.利用水解冻应该注意的问题有以下几点：

1)解冻水温不能超过20 ℃，并且温度越低，解冻效果越好；

2)解冻水应充分流动且能浸没冻品；

3)为了增大与解冻水的接触面积，应尽量将冻品切割成较小单位；

4)根据解冻肉的用途不同确定解冻的终点温度，一般以解冻至半解冻状态.

2.1.3 高静水压解冻

高静水压(50～1 000 MPa)解冻是利用水的最低冰点压力上升到210 MPa时，水的凝固点上升这一基本原理，使冰冻的金枪鱼处于高压低温水不冻区，从而完成解冻.在高压下，虽然会导致蛋白质大分子变性，但其他营养性质并没有减少，解冻过程中，解冻的速度只与压力大小和时间有关，不受金枪鱼的尺寸大小以及解冻起始温度的影响.

各种外部解冻方法外的主要优缺点如表3所示.

表3 各种外部解冻法的主要优缺点

优点缺点空气解冻操作简单，设备简单，投资成本低金枪鱼新鲜度较差，色泽保持效果一般常压水解冻解冻速度相对较快，重量损失小冻品间互相污染、可溶性物质流失高静水压解冻解冻时间短，对产品质量没有负面影响，灭菌效果显著操作复杂

2.2 内部解冻法

内部解冻法是使冻结物内部先解冻，热量由中心传向外部.此类方法是利用食品的电特性来加热解冻，主要有微波解冻、高频解冻和欧姆解冻等.

2.2.1 微波解冻

微波是指频率为300 MHz～300 GHz的电磁波，其中工业上常用的微波频率是915 MHz和2 450 MHz[15].微波解冻主要利用电磁波作用于冷冻水产品中的分子极性基团，使得冻品中的水分子在电场中改变极性分子的轴向排列，引起分子间互相旋转、振动、碰撞，产生剧烈摩擦而发热.微波解冻的特点是穿透实物在食品内部产生热量，从而可以加快食品的解冻速率[16-17].虽然微波加热可以实现从物料内部开始加热，但是由于微波解冻过程会优先吸收液态的水使得食物产生过多的水分损失，因此会引起局部过热.这也是微波加热的一大难题[9]，因此限制了微波解冻的应用[18].

2.2.2 高频解冻

高频解冻主要应用13.56 MHz的高频波进行解冻，与微波解冻原理相同，高频波照射冷冻食品时，使得食品中的极性分子，特别是水分子在电场中高速地反复振荡，使得分子间不断摩擦，在极短的时间内使食品内外同时升温解冻，此过程仅需要5～15 min[19].因此，通常将高频和微波两种加热方式统称为介电感应加热解冻.

2.2.3 高压解冻

高压解冻是一种新型的解冻方式.高压在冻结方面应用较多，而解冻方面目前并没有得到广泛的应用.最近的研究表明高压解冻可以保持食品原有的高品质并能够减少必要的解冻时间[2].高压解冻在大气压下与传统解冻相比，能够减少1/3的解冻时间并且在感官品质方面有一定的提升[20].高压解冻被用于解冻猪肉[21]、金枪鱼[22]也有研究表明当在200～400 MPa范围内解冻时，鱼肉纹路方面的解冻效果也有明显提升[23].

2.2.4 声学解冻

应用声学解冻方式解冻食品在60年前提出[10]，然而由于其渗透率较低导致了加热不均匀，此外由于解冻过程需要较高的功率也阻碍了其在解冻方面的应用[24].最近松弛机理的研究表明在食品冰晶的松弛频率范围内，食品能够吸收声能[25].在松弛频率范围内的解冻过程如图1所示.利用声学解冻，解冻过程只使用导电加热、因此比其他解冻方式速度更快，即融化率较高.Miles等将高功率超声应用于解冻肉和鱼,他们的工作表明，接受超声波解冻实现频率在500 kHz，这符合弛豫机制[26].因此, 如果选择适当的频率和声功率，声解冻食品行业仍然是一个有前途的技术.

图1 与导热相比冰晶的松弛频率对于相变区域的影响

2.2.5 欧姆解冻

欧姆解冻又称电阻解冻或通电加热解冻，是低频电流的加热解冻.它将冻结食品看作为一段导体，通过50～60 Hz或更低频率的交流电，在食品阻抗损失、介质损耗的变化过程中将电能转化为热能使得冻结物温度升高完成解冻过程.经实验证明，这种方法比热传导法的解冻速度快2～3倍，且耗能少,但对物料本身的形状有所限制，并且要求冻结物和电源紧密接触,否则解冻不均匀，会产生局部过热现象.

各种内部解冻结的优缺点见表4.

表4 各种内部解冻法的主要优缺点

优点缺点微波解冻解冻时间很快局部过热且水分损失较大，微波对人体有害高频解冻解冻速度极快高频波对人体组织有伤害，要有安全防护措施，局部过热，投资费用较大高压解冻解冻速度快，水分损失小使用成本较高声学解冻加热速度快，融化率高加热不均匀，对松弛频率要求高欧姆解冻速度快，耗电少，解冻后汁液流失率低，持水能力强电极及冻结物要完全接触，否则容易造成局部过热

3 通电加热技术的特点及存在问题

3.1 通电加热技术的特点

欧姆加热就是利用物料本身的电阻特性直接把电能转化为热能的一种加热方式(如图2所示).当物料的两端施加电场时，物料中有电流通过，在电路中把物料作为一段导体，由于物料的电阻特性，利用它本身在导电时所产生的热量达到加热的目的.当在食品物料的两端施加电场时，物料中通过电流并使其内部产生热量.对于固体物料，脂肪多且水分较少的样品用欧姆加热的方式效果较差.

图2 欧姆加热技术加热原理图

通电加热是物料直接将电能转化为热能，热量由内部向外部传递.欧姆加热的特点主要有以下几点：

1)加热速度快，容易控制；

2)加热均匀；

3)能量利用率高，通电加热方式通过自身的电导特性直接把电能转化成热能，能量利用率高，转化率高达90%，而传统加热方式的转化率则为45%～50%；

4)环境友好型操作方式，欧姆加热设备体积小、操作简单、平稳，开启关闭则非常迅速.当断电时系统中不会有残余热量产生，同时对环境无污染.

3.2 通电加热技术在解冻中存在的问题

欧姆解冻技术在欧美等发达国家已经处于产品的应用和推广阶段，而在我国仅仅是处于初级发展阶段.欧姆加热技术在应用中主要存在以下几个问题：

1)加热速度的控制；2)对于非均匀的复杂食品物质，由于各部分的电阻都不同，在通电时内部电流能否均匀分布是解冻中的主要问题； 3)在接触式欧姆加热解冻中，应研制出一种耐腐蚀、无污染的电极与物料接触，避免产生电流集中现象，引起局部过热.

4 结 语

欧姆加热最早出现是在19世纪初期.到20世纪初，美国生产出用于牛奶巴氏消毒的欧姆加热装置，但并没有推广开来，主要因为未找到合适的惰性电极材料.然而，随着食品卫生法公布铁、铝、铂及钛可以作为电极材料，这项技术有了更好的发展前景.近几年欧姆加热已被证明是一种成功的技术在处理液体方面，而在肉制品处理方面还处于应用研究技术水平.欧姆加热与传统加热相比在相同的加热温度范围的条件下需要很短的处理时间.欧姆解冻在高质量解冻产品方面有很大的潜能.

[1] BOSCHA C, O’NEILL B, SIGGE G O,etal. Mercury accumulation in Yellowfin tuna (Thunnus albacares) with regards to muscle type, muscle position and fish size [J]. Food Chemistry, 2015.

[2] 刘 燕. 金枪鱼块解冻工艺优化的研究[D]. 上海: 上海海洋大学, 2011.

[3] ARRIZABALAGA H, DUFOUR F, KELL L,etal. Global habitat preferences of commercially valuable tuna [J]. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 2015, 11(3): 102-112.

[4] LLAVE Y, TERADA Y, FUKUOKA M,etal. Dielectric properties of frozen tuna and analysis of defrosting using a radio-frequency system at low frequencies [J]. Journal of Food Engineering, 2014, 13(9): 1-9.

[5] 廖明涛. 冻藏条件下蓝鳍金枪鱼鱼肉色泽变化的研究[D]. 杭州: 浙江工商大学, 2013.

[6] 李双双, 夏松养, 李仁伟. 茶多酚对冻藏金枪鱼的保鲜效果研究 [J]. 食品科技, 2012, 12(1): 126-129.

[7] AGUSTINI T W, SUZUKI T, HAGIWARA T,etal. Change of K value and water state of yellowfin tuna Thunnus albacares meat stored in a wide temperature range (20 C to 84 C) [J]. Fisheries science, 2001, 67(2): 306-313.

[8] ICIER F, IZZETOGLU G T, BOZKURT，etal. Effects of ohmic thawing on histological and textural properties of beef cuts [J]. Journal of Food Engineering, 2010, 99(3): 360-365.

[9] SHERMAN L, Dorner I. A new rapid method for thawing fresh frozen plasma [J]. Transfusion, 1974, 14(6): 595-597.

[10] LI B, SUN D W. Novel methods for rapid freezing and thawing of foods-a review [J]. Journal of Food Engineering, 2002, 54(3): 175-182.

[11] 李念文, 谢 晶, 周 然. 金枪鱼解冻方法及解冻品质评价的研究进展 [J]. 广东农业科学, 2012, 39(19): 108-111.

[12] DUYGU B, UMIT G. Application of ohmic heating system in meat thawing [J]. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 2015, 195(28): 22-28.

[13] FAROUK M, SWAN J. Effect of muscle condition before freezing and simulated chemical changes during frozen storage on the pH and colour of beef [J]. Meat Science, 1998, 50(2): 245-256.

[14] ROBERTS J S, BALABAN M O, ZIMMERMAN R,etal. Design and testing of a prototype ohmic thawing unit [J]. Computers and Electronics in Agriculture, 1998, 19(2): 211-22.

[15] 胡晓亮, 王易芬, 郑晓伟, 等. 水产品解冻技术研究进展 [J]. 中国农学通报, 2015, 31(29): 39-46.

[16] CHURCHILL W, SCHMIDT B, LINDSEY J,etal. Thawing fresh frozen plasma in a microwave oven. A comparison with thawing in a 37 degrees C waterbath [J]. American Journal of Clinical Pathology, 1992, 97(2): 227-232.

[17] WATANABE S, KARAKAWA M, HASHIMOTO O. Computer simulation of temperature distribution of frozen material heated in a microwave oven [J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2010, 58(5): 196-204.

[18] VIRTANENA, GOEDEKEN D, TONG C. Microwave assisted thawing of model frozen foods using feed‐back temperature control and surface cooling [J]. Journal of Food Science, 1997, 62(1): 150-154.

[19] 李守桂, 张海强. 运用高压电场加速食品解冻 [J]. 冷饮与速冻食品工业, 2002, 8(1): 41-42.

[20]MAKITA T. Application of high pressure and thermophysical properties of water to biotechnology [J]. Fluid Phase Equilibria, 1992, 76(1): 87-95.

[21] HE X, LIU R, TATSUMI E,etal. Factors affecting the thawing characteristics and energy consumption of frozen pork tenderloin meat using high-voltage electrostatic field [J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2014, 22(1): 110-115.

[22] MOUSNAHANI-G A, HAMDAMI N, SOLTANIZADEH N. Impact of high voltage electric field thawing on the quality of frozen tuna fish (Thunnus albacares) [J]. Journal of Food Engineering, 2015, 15(6): 39-44.

[23] TERAMOTO A, FUCHIGAMI M. Changes in temperature, texture, and structure of Konnyaku (Konjac Glucomannan Gel) during high-pressure-freezing [J]. Journal of food science, 2000, 65(3): 491-497.

[24] BRODYA A J. Ultrasonic defrosting of frozen foods [J]. Food Technology, 1959, 13(2): 109-112.

[25] KISSAM A, NELSON R, NGAO J,etal. Water-thawing of fish using low frequency acoustics [J]. Journal of Food Science, 1982, 47(1): 71-75.

[26] MILES C, MORLEY M, RENDELL M. High power ultrasonic thawing of frozen foods [J]. Journal of Food Engineering, 1999, 39(2): 151-159.

Research on tuna thawing technology

ZHENG Da-yu, LIU Lei, MAO Wei-jie, JIANG Li

(School of Energy and Civil Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150028, China)

The nutritional value and edible way of tuna were introduced in this paper. This paper also expounded the thawing method and the advantages and disadvantages of domestic and foreign. Ohmic heating had the characteristics of heating quickly, uniformity and its high energy utilization rate. It was applied in processing liquid widely. However, it was still in technical level of application research. Electric heating technology has great potential in effectively thawing product.

tuna; thawing; ohmic heating

2016-04-26.

黑龙江省自然科学基金项目(E201231).

郑大宇(1965-)，男，教授，研究方向：传热传质.

TG580

A

1672-0946(2017)01-0056-05