基于低场核磁共振探究解冻过程中肌原纤维水对鸡肉食用品质的影响

程天赋，俞龙浩,2,*，蒋 奕，张翼飞，赵茉楠

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319；2.黑龙江省中加合作食品研究发展中心，黑龙江 大庆 163319）

肌肉中含有约75%的水，即肌原纤维水，简称为“肌水”，远远高于其他主要成分的总和（包括蛋白质（约20%）、脂质（约5%）、碳水化合物（约1%）和维生素和矿物质（灰分，约1%））[1]。肌水可分为三部分：与蛋白质相关的水（肌肉蛋白质上带电荷的亲水基团与水紧密结合，即结合水）、包埋或固化的水（对带电基团具有较少的有序分子取向，即不易流动水）、自由水（仅由毛细力保持，并且取向与带电组无关）[1-3]。此外，肌水的分布和流动性对肉品质如多汁性、嫩度和外观具有很大的影响[4]。核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）可以提供关于水质子与蛋白质中可交换质子之间相互作用的直接信息，从而提供肌水的化学物理状态[5-6]。因此，NMR横向弛豫时间T2可用于量化肌肉中水分分布和流动性的变化，从而解释这些变化与肉品质的相关性。近年来，低场（low field，LF）-NMR弛豫测量法已经被广泛用于研究肌肉和肉中水分布和流动性的变化[7]，Guiheneuf等[8]的研究表明LF-NMR技术可以对解冻猪肉的水分分布进行检测。

在食品工业中，冷冻是保存肉类和肉制品的常用方法[9]，冻鸡肉是人们日常生活中常见的冷冻肉制品之一。关于冷冻肉质量的研究报道，人们主要关注冻结过程对肉品质的影响。然而，事实上解冻过程同样是损害肉品质的重要因素[10]。不正确的解冻技术将导致肉表面上已经存在的休眠微生物群的活化和增殖，并且解冻损失率、蒸煮损失率、持水能力（water-holding capacity，WHC）、剪切力等能够反映肉品质特性[11]。同时，Peemoeller[12]、Bertram[13]等的研究证实了肌肉组织水分分布和流动性与温度的相关性，结果表明快速冷冻可抑制肌肉纤维不易流动水的增加。冻结过程中冰晶的形成会损害肌肉超微结构并影响肉质[14]。本课题组在微波解冻与冷藏解冻对冻猪肉食用品质影响的研究中发现，肌水的迁移及分布与猪肉的蒸煮损失、WHC、a*值及多汁性等具有一定的相关性[15]。本研究主要利用LF-NMR技术，探究不同解冻方式下肌水对冻鸡肉的食用品质是否有影响。

为探究鸡肉解冻过程中其肌水与食用品质之间是否依旧存在联系，本实验比较了冷藏解冻、微波解冻（微波-1、微波-2）与超声解冻（180、200 W）5 种不同解冻方式下鸡肉食用品质指标的变化情况，为解冻技术的研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冷鲜鸡胸肉（宰后32 h），购自大庆当地北京华联超市冷鲜鸡肉专柜，该鸡肉是白羽鸡经正规商业屠宰所得，购买后直接使用车载冰箱（4 ℃）运输至实验室。

1.2 仪器与设备

NMI20-15核磁共振食品成像分析仪 苏州纽迈分析仪器股份有限公司；TA-XT Plus质构仪 英国Stable Micro System公司；KP-21型求积仪 日本Koizumi公司；CR-410色差仪 日本Konica-Minolta公司；TR-52i温度记录仪、TR-5230温度探针 日本T&D公司；PH-STAR胴体pH直测仪 德国Matthaus公司；FA25乳化均质机 德国Fluko公司；SPECORD®210 PLUS紫外-可见分光光度计 德国Analytikjena仪器有限公司；5417R离心机 德国Eppendorf公司；CH4386型实验室压机 美国CARVER公司；SB25-12DTD超声波清洗仪 宁波新芝生物科技股份有限公司；G80F23CSL-G1（S0）微波炉（2 450 MHz、700 W）格兰仕微波炉电器有限公司；BCD-439wkk1FYM电冰箱海信容声（广东）冰箱有限公司；EZC35车载冰箱德国Inheidener Produktions- und Vertriebsgesellschaft公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

将冷鲜鸡胸肉剔除筋膜修型，每块鸡胸肉约250 g，随机分为6 组，每组9 块，共54 块。一组鲜肉样作为对照，其余5 组肉样将TR-5230温度探针插入中心部位后置于－25 ℃冰箱冷冻24 h（肉样中心温度达－20 ℃），分别用于冷藏解冻（4 ℃）、微波解冻（微波-1、微波-2）[15]和超声解冻（180 W[16]、200 W[17]）。利用TR-52i温度记录仪监测解冻过程中肉样的温度变化，当肉样核心温度达到0 ℃视为解冻完成。其中两个微波解冻的过程如下。

微波-1：13 s-停20 s-13 s-停20 s-13 s-停20 s-13 s-停20 s-18 s-停26 s-7 s-停26 s-7 s-停26 s-7 s-停26 s-7 s-停26 s-7 s-停26 s。

微波-2：13 s-停20 s-13 s-停20 s-13 s-停20 s-13 s-停20 s-13 s-停20 s-13 s-停20 s-13 s-停20 s-8 s-停26 s-7 s-停26 s-7 s-停26 s-7 s-停26 s-7 s-停26-7 s-停26 s-7 s-停26 s-1 s。

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 温度测定

利用Recorder for Windows软件设定TR-52i温度记录仪的记录时间点。冷藏解冻设定为每10 min进行一次温度记录；微波解冻设定为每5 s进行一次温度记录；超声解冻设定为每10 s进行一次记录。当肉样核心温度达到0 ℃时终止解冻，绘制温度变化曲线。

1.3.2.2 pH值测定

将pH直测仪探头插到各解冻完成肉样的中心部位测定pH值。

1.3.2.3 色泽测定

采用CR-410色差仪测定解冻后肉样切面的L*、a*、b*值。1.3.2.4 WHC测定

通过滤纸压制法一式三份测定WHC。称取300 mg肉样品，置于Whatman No.2滤纸上，并使用实验室压片机在36 kg/cm2下在两个有机玻璃板之间压制3 min。使用求积仪测量压制水面积（S1/mm2）和压制肉样品面积（S2/mm2），WHC计算如式（1）所示。

1.3.2.5 解冻损失率测定

将肉样在解冻前进行称质量（m1/g），解冻后用滤纸吸干肉块表面水分再称质量，记为m2/g，按公式（2）计算解冻损失率。

1.3.2.6 蒸煮损失率测定

从对照组和解冻后各组肉样上切取约80 g（m1）放入塑料袋并标记组号，水浴加热至中心温度75 ℃，保持30 min，然后取出冷却至室温，用纸巾将肉样表面水吸干后称质量，记为m2/g，蒸煮损失率计算见式（3）。

1.3.2.7 水溶性蛋白和盐溶性蛋白含量测定

参照苑瑞生[18]的方法并稍作修改，取5 g肉样品、蒸馏水30 mL于50 mL离心管中，14 000 r/min下均质2 min后，1 500hg离心10 min，取上清液用Biuret方法测定水溶性蛋白含量。向离心残渣中加入3 g/100 mL的NaCl 30 mL，14 000 r/min均质2 min后，在1 500hg离心10 min，重复3 次后取上清液用Biuret方法测定盐溶性蛋白含量。

1.3.2.8 剪切力测定

本实验采用Warner-Bratzler法测定肉样品的剪切力。TA-XT2i型质构仪参数设置为：测试速率5 mm/s、触发力5 g、载物质量30 kg。

1.3.2.9 水分分布测定

将肉样品放置在与纤维方向垂直的圆柱形核磁管（直径14 mm、高20 cm）中，放入直径为18 mm的NMR探头上，在23.2 MHz的共振频率下使用CPMG序列测量横向弛豫时间T2。经过16 次扫描重复获取4 096 个回波数据，拟合从0.01～3 000 ms的256 对数分布的T2。

1.3.3 感官评价

参考Ku等[19]的感官评定方法，从外观、风味、质地、味道和整体可接受性5 个方面进行评价。将肉样品切成1 cm厚度，并使用电烤箱加热直到肉的核心温度达到75 ℃后，15 名评定员以9 分为标准进行肉样品的感官评价。它的得分由1 分（非常差）到9 分（非常好）表示。

1.4 数据处理与分析

每个指标做9 次重复，运用SPSS 20.0软件对实验所得数据进行单因素方差分析、单侧相关性分析、显著性分析。在0.01水平上，显著性分析采用最小显著差异法（least significant difference，LSD），在0.05水平上，显著性分析采用Duncan检验多重比较。

2 结果与分析

2.1 解冻过程中肉样的温度变化

图1 不同解冻方式下的肉样中心温度变化曲线Fig.1 Core temperature curves of meat samples under different thawing conditions

解冻过程中肉样的中心温度变化曲线如图1所示。从图中可以非常明显地观察到5 种解冻方式组的解冻速率间的差异性，解冻速率为：微波-2＞微波-1＞200 W超声＞180 W超声＞冷藏。值得注意的是，当肉样中心温度达到肉的冰点（－1.1～－1.4 ℃）附近时，冻结肉的导热系数降低，解冻速率显著下降[15]。

2.2 解冻方式对鸡胸肉食用品质的影响

表1 解冻方式对鸡肉品质的影响Table1 Effect of thawing methods on chicken meat quality

如表1所示，5 组解冻肉样的pH值与对照组无显著差异（P＞0.05），表明在本次实验中解冻方式对鸡肉pH值无影响，与本课题组先前的研究[15,17]现象相同，也与常海军等[20]的研究结果一致。肉的极限pH（pHu）值是影响WHC的主要因素之一[21]。一般来说，在宰后6～8 h内，禽类肌肉的pH值从近中性下降到5.6～5.8左右（即达到pHu值），而进入成熟期后pH值会升高[22]；本实验使用的原料肉为宰后32 h的冷鲜鸡胸肉，对照组的pH值为5.96，说明原料肉度过了僵直期处于成熟期；而解冻肉样经过冷冻及解冻后pH值与对照组无显著差异，说明早在冷冻之前肉样的糖酵解酶及蛋白酶的作用已完成，肉样成熟后，其pH值较稳定，不再受冷冻及解冻方式的影响。

由表1可知，不同解冻方式下肉样的解冻损失率差异极显著（P＜0.01），呈现超声解冻＞冷藏解冻＞微波解冻的趋势。冻结的水分损失对冷冻肉的质量有一定的负面影响，因为冻结引起的结构损伤会导致肉表面干燥和融化损失，因此，减少解冻损失和尽可能多地保持肉质是必要的[23]。解冻速度快、解冻损失小是微波解冻的技术优势，微波可使肌肉中的极性分子发生剧烈的分子运动，达到解冻样本内外同时加热的效果，能够更好地保存样本自身的食用品质。本研究结果也体现了这一特征，两种微波解冻程序下的解冻损失最低，明显优于冷藏解冻与超声解冻。此外，200 W超声解冻肉样的解冻损失率极显著高于180 W的解冻肉样（P＜0.01），表明解冻损失率与超声功率呈正比，这与Lagerstedt[24]、张昕[16]和蒋奕[17]等的实验结果一致。这可能是由于功率越大，超声波携带的能量越高，转化成的热能越大，但与微波解冻相比其穿透性较弱，导致肉样与介质接触的表面温度明显高于内部温度，当肉样完全解冻时其表面温度相对较高，降低了肌肉蛋白的系水力。因此，相比于冷藏解冻的恒温条件，超声解冻表现出更高的解冻损失率（P＜0.01）。

根据Farouk等[25]的报道，当冻结的肌肉解冻时，由于解冻滴水而失去水分，因此解冻牛肉样品的蒸煮损失率低于新鲜的肌肉。但在本研究中5 组解冻肉样的蒸煮损失率均极显著高于对照组（P＜0.01）。虽然冷藏解冻肉样的解冻损失率极显著低于超声解冻（180 W与200 W）肉样，但其蒸煮损失率却显著高于两组超声解冻肉样。相比于其他解冻组，两组微波解冻肉样蒸煮损失率和解冻损失率均最低，且组间无显著差异（P＞0.05）。而在超声解冻肉样中，180 W超声解冻肉样的蒸煮损失率极显著高于200 W超声解冻肉样（P＜0.01）。

冷藏解冻和微波解冻肉样的WHC与对照组总体无显著差异（P＞0.05），仅超声解冻肉样的WHC极显著低于对照组（P＜0.01）。在5 组解冻肉样中，微波-2解冻肉样的WHC与对照组最接近，仅比对照组低0.63%；200 W超声解冻肉样的WHC最低，仅为29.99%，与对照组相差11.36%。Kristensen等[26]的研究表明，WHC的变化与肌肉细胞骨架蛋白相关。因此，本实验的这一结果是超声波能量引起的冰晶振动对肉结构损伤较大，破坏了肌肉蛋白的空间结构所造成。

解冻方式对鸡肉的L*值和b*值无显著影响（P＞0.05）（表1）。与对照组相比，5 组解冻肉样的a*值也无显著变化（P＞0.05），但200 W超声解冻肉样的a*值极显著高于冷藏解冻肉样（P＜0.01）。虽然200 W超声解冻肉样的a*值与对照组无统计学差异，但其平均值（3.04）却大于对照组（2.24），这是由于肉样在200 W超声波的作用下其温度相对较高，导致鸡肉中的细胞骨架蛋白变性致使细胞中的亚铁血红素发生水解[27]。

嫩度被认为是评定肉品质的重要因素[28]，剪切力是反映肉嫩度的客观指标，与嫩度成反比。与对照组相比，冷藏解冻肉样剪切力显著增加（P＜0.05），增加了5.48 N，是因为冷藏解冻期间鸡肉发生汁液损失，进而导致较少量水可用于水合肌纤维，使得肉的韧性增加[29]。其余4 组解冻肉样剪切力差异显著，但微波-2解冻肉样剪切力（10.98 N）低于对照组（11.58 N），与微波解冻对猪肉嫩度的影响[15]结果一致，这可能与微波-2解冻肉样具有更高的WHC、更低的解冻损失和蒸煮损失相关。

2.3 解冻方式对鸡胸肉水溶性、盐溶性蛋白含量的影响

肌肉中的蛋白质可粗略地分为可溶于水或稀盐溶液的蛋白质（肌浆蛋白）、可溶于浓盐溶液的蛋白质（肌纤维蛋白）和不溶性蛋白质（结缔组织与小胞体等）[28]。

肌浆蛋白是主要的水溶性蛋白，其约占肌肉蛋白总质量30%，包括糖酵解途径的大部分酶、肌酸激酶和肌红蛋白等[30]。已知肌浆蛋白在加工肉质量中起作用，影响熟肉制品之间的品质差异性[31-32]。如图2所示，微波-2解冻肉样的水溶性蛋白含量与对照组无显著差异（P＞0.05），冷藏解冻和微波-1解冻肉样的水溶性蛋白含量显著低于对照组（P＜0.05），超声解冻肉样极显著低于对照组（P＜0.01）。根据Przybylski等[33]的报道，肌肉渗出物中含丰富的肌浆蛋白。因此，本研究中肉样的水溶性蛋白含量变化趋势可用各组解冻肉样的解冻损失来解释，即相应的高解冻损失导致了肉样的低水溶性蛋白含量。

图2 肉样中水溶性、盐溶性蛋白含量变化Fig.2 Changes in water/salt soluble protein contents in meat samples

盐溶蛋白占肌肉蛋白总量的约61%，包括肌球蛋白、肌动蛋白和肌联蛋白等[29]。5 组解冻肉样的盐溶性蛋白含量均显著高于对照组（P＜0.05），这可能是由于冻结和解冻过程对盐溶性蛋白的析出具有促进作用。

2.4 解冻方式对鸡胸肉水分分布的影响

根据Bertram等[34]的研究报道，在宰后早期猪背最长肌的水分分布中发现3 种水分群，即结合水、不易流动水和自由水，它们对应的横向弛豫时间T2分别为T20（0～10 ms）、T21（30～50 ms）和T22（100～250 ms）。马莹等[35]研究牛肉在－22～－10 ℃条件下贮藏0～7 个月的水分含量变化时发现4 个水分群，分别为T20（0～1 ms）、T21（1～10 ms）、T22（10～100 ms）和T23（100～1 000 ms），分别代表强结合水、弱结合水、可移动水及自由水。如图3所示，本实验中的微波-2和200 W超声解冻肉样出现4 个水分群，其余4 组肉样均只有3 个水分群。将这4 种水分群表示为T20（0～0.1 ms）、T21（0.1～1.0 ms）、T22（40～50 ms）和T23（100～250 ms），分别代表着强结合水、弱结合水、不易流动水和自由水。由于各组肉样的T2峰面积总和间存在显著差异（P＜0.05）（表2），因此各组间4 个峰面积间的统计学差异性并无实际意义。据推测，肉样T2峰面积总和间的统计学差异可能是冻结损失、解冻损失、白羽鸡活体的个体因素以及宰前因素所导致的。

图3 肉样横向弛豫时间T2变化的三维瀑布图Fig.3 A three-dimensional waterfall plot of changes in water populations (T2 relaxation times) in meat samples

表2 不同解冻方式下肉样横向弛豫时间T2的变化Table2 Changes in T2 relaxation times of meat samples under different thawing conditions

由表2可知，6 组肉样中，仅微波-2和200 W超声解冻肉样出现强结合水水分群，说明长时间的微波和大功率的超声波作用存在可能使弱结合水向强结合水迁移。此外，与对照组相比，5 组解冻肉样的T21峰顶点时间无显著差异（P＞0.05），T21峰比例发生了显著变化。说明解冻方式对T21峰顶点时间无影响，对弱结合水的含量有影响。与对照组相比，200 W超声解冻肉样的T21峰比例显著降低（P＜0.05），说明200 W超声解冻肉样的弱结合水含量下降。其余4 组解冻肉样的T21峰比例与对照组相比无显著差异（P＞0.05），但均有所减少。

解冻方式对T22峰顶点时间和T22峰比例有显著影响（P＜0.05）。与对照组相比，冷藏解冻和200 W超声解冻肉样的T22峰顶点时间显著延长（P＜0.05）（表2），峰值右移（图3）；其他3 组解冻肉样之间T22峰顶点时间无显著差异，但两组微波解冻肉样的T22有左移的趋势。5 组解冻肉样的T22峰比例与对照组相比均显著下降，其中微波-2解冻肉样与对照组相比差异显著（P＜0.05），其余4 组与对照组相比差异极显著（P＜0.01）。该结果说明解冻过程会降低冻鸡肉肉样肌水中的不易流动水含量。

解冻方式对T23峰顶点时间无影响，而对T23峰比例具有显著影响（P＜0.05）。与对照组相比，微波解冻肉样的T23峰比例无显著差异（P＞0.05），其中微波-2解冻肉样的T23峰比例与对照组更为接近，分别为1.15%和1.09%；冷藏解冻和超声解冻肉样的T23峰比例比对照组分别显著增加了约1.5～2.0 倍。结果表明冷藏解冻与超声解冻会增加冻鸡肉肉样肌水中的自由水含量。

以上结果表明，本实验涉及到的5 种解冻方式对冻鸡肉肉样的水分分布及其流动性均有不同程度的影响。其中微波-2解冻肉样的水分分布与鲜鸡肉最为接近，T21、T22和T23均无显著变化，但却比鲜鸡肉多出一个弛豫时间为T20的强结合水水分群；其余4 组解冻肉样均表现出不易流动水向自由水迁移的现象，这与它们具有更高的解冻损失、蒸煮损失和更低的WHC高度相关。

表3 肌水相关指标的相关性分析Table3 Correlation analysis of myof i brillar water with instrumental quality attributes

由表3可知，a*值与解冻损失率显著正相关（P＜0.05），但相关系数（r）较低，仅为0.555，本课题组针对猪肉的研究中，此相关系数达0.721[15]，这是哺乳动物与非哺乳动物间的肌红蛋白含量差异造成的；与T20峰比例呈显著负相关（P＜0.05）（r＝－0.843）。WHC与T20、T21和T22峰比例呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数（r）分别为0.924、0.658和0.769；与解冻损失率（r＝－0.829）、蒸煮损失率（r＝－0.670）、T23峰比例（r＝－0.637）呈极显著负相关（P＜0.01），这一结果与Pearce等[36]对鲜肉的研究结果一致。T20、T21和T22峰比例与肉样的解冻损失率、蒸煮损失率呈显著（P＜0.05）或极显著负相关（P＜0.01）。本实验5 种解冻方式中，两组微波解冻肉样的解冻损失率和蒸煮损失率更低，WHC更高，其余3 组解冻肉样则恰恰相反（表1）。而T23峰比例与解冻损失率和蒸煮损失率间存在极显著正相关（P＜0.01），200 W超声解冻肉样的T23峰比例比对照组增加了约2 倍，进而导致了其具有更高的解冻损失率（4.79%），同时还降低了肉样的嫩度，对肉品质产生不利影响。此外，蒸煮损失率、T20、T22和T23峰比例与剪切力存在显著相关性，其中蒸煮损失率、T23峰比例与剪切力之间呈极显著正相关（P＜0.01），即与嫩度呈极显著负相关；T20峰比例与剪切力呈显著负相关（P＜0.05）（r＝－0.820），T22峰比例与剪切力呈极显著负相关（P＜0.01）（r＝－0.627），即T20、T22峰比例与嫩度成正比。

上述结果表明，肉样中结合水与不易流动水含量的增加有助于肉样持水能力和嫩度的提高，对鸡肉肉质的变化起到积极的作用，而自由水含量的增加对鸡肉品质起消极作用。

2.5 感官评价结果

不同方式解冻后鸡肉肉样感官评价结果如表4所示。解冻对鸡肉肉样的外观和风味无影响，对质地、多汁性及整体可接受性具有显著影响（P＜0.01）。与对照组相比，5 组解冻肉样的质地评分均显著下降，冷藏和两组超声解冻肉样的评分最低，微波-2解冻肉样的质地评分与对照组最接近；微波-2解冻肉样的多汁性与对照组相比无显著差异（P＞0.05），其他组别的多汁性评分均显著或极显著下降。由表3可知，多汁性评分与WHC（r＝0.821）、T20（r＝0.984）、T21（r＝0.5 8 4）和T22（r＝0.8 0 2）峰比例呈正相关，与解冻损失率（r＝－0.765）、蒸煮损失率（r＝－0.981）、T23峰比例（r＝－0.839）和剪切力（r＝－0.606）呈极显著负相关（P＜0.01），多汁性是衡量肉食用品质的一项重要指标，该结果表明结合水和不易流动水的增加与WHC的升高对肉样的食用品质具有正面影响，而大量汁液的流失会对肉样的食用品质产生不利影响。微波-2解冻肉样的整体可接受度与对照组相比无显著差异（P＞0.05），其余4 组解冻肉样的整体可接受度均极显著低于对照组（P＜0.01），冷藏解冻和200 W超声解冻肉样的可接受性最差。

表4 鸡肉感官质量特性评分Table4 Sensory quality characteristics of chicken breast meat samples

3 结 论

本研究结果表明，肌水在解冻过程中迁移情况对鸡胸肉的品质具有较大影响。结合水、不易流动水含量与肉样的WHC、嫩度和多汁性评分呈极显著正相关（P＜0.01），与解冻损失率、蒸煮损失率和剪切力呈极显著负相关（P＜0.01）；自由水与这些指标的相关性与之相反。本实验结果中，冷藏解冻、微波-1解冻与两组超声解冻肉样出现较为明显的不易流动水向自由水迁移的现象，且肉品质均显著变差；而微波-2解冻对鸡胸肉品质的负面影响最小，肌水水分群中还出现了强结合水水分群，并且微波解冻具有解冻速度快的天然优势。此外，虽然200 W超声解冻肉样的T2横向弛豫时间分布中同样出现强结合水峰，但其肉质仍最差，这可能是水分迁移所增加的自由水对肉质的不利影响程度更大，将这一小部分强结合水的积极作用抵消所致；至于强结合水水分群出现的原因仍需要进一步的探讨。因此，从解冻过程中肌水对鸡胸肉品质影响的角度考虑，微波-2解冻技术更适合冷冻鸡胸肉的解冻。