微冻技术在水产品保鲜中的研究进展

吴锁连，康怀彬，李冬姣

（1.鄂州职业大学医学院，湖北鄂州 436000；2.河南科技大学食品与生物工程学院，河南洛阳 471000）

中国是全球水产品养殖及出口大国之一。水产品因营养丰富而受到广大消费者的青睐，但其内源性酶活性高，且携带大量的微生物，极易腐败变质，每年世界约有30%的水产品因微生物作用而损失，化学分解与其他腐败作用仅为总初级农业及渔业产品的25%[1]。微冻保鲜通过低温抑制微生物生长和酶活性，较好地维持了水产品的新鲜度，且解冻时汁液损失率低，能较好地保持水产品品质。通过介绍微冻保鲜的原理及其在水产品中的研究现状，以期为技术改进及工业化等方面提供理论依据。

1 微冻保鲜原理

微冻技术指将鱼体贮藏在略低于肌体水分冻结点之下（大约-3℃）的一种轻度冻结或部分冻结的保鲜技术，包括冰盐微冻、冷却微冻及低温盐水微冻法，主要适用于耐冻性差的底栖鱼类与淡水鱼。微冻保鲜技术既克服了高温冷藏中组织细胞代谢老化的弊端，又避免了低温冷冻破坏细胞结构。微冻温度的选择会因水产品种群、微冻方式而稍有差异。微冻条件下，鱼体中5%～30%的水分会冻结，导致未冻结区域的溶液浓度和渗透压升高，从而抑制细菌生长繁殖，同时降低酶对鱼体组织的分解[2]。鱼体表面会生成1～3 mm厚的薄冰层，有助于保持贮藏与运输过程中微冻温度的稳定性。鱼体内部则生成分布均匀的细小冰晶，减少对组织结构的损伤，有效保持鱼体原有的鲜度。但微冻保鲜货架期较短，且对温度的掌控要求高，1℃的波动也会使水产品中冰晶量翻倍[3]。长期微冻条件下，即使温度恒定也会有重结晶生成，即Ostwald熟化[4]。

2 微冻保鲜对水产品贮藏过程中品质的影响

2.1 对水产品新鲜度的影响

新鲜度是水产品品质评估的重要参数之一。因其品种较多、组织结构复杂，一般需要同时考查K值、总挥发性盐基氮（TVB-N值）、pH值和菌落总数（TVC）等参数指标对产品新鲜度进行综合判定。

2.1.1 K值的变化

K值指对ATP及其代谢物定量而获得的相对值，反映鱼体失活后从僵硬到自溶阶段ATP降解程度，是目前全球公认的新鲜度测定指标之一。K值越小表示鲜度越好，通常活鱼的K值＜10%，K值＜20%为极新鲜，20%～60%为新鲜，60%～80%为水产品初期腐败阶段。由于水产品种类不同，ATP的降解途径和分解速度也存在差异，导致不同品种水产品在贮藏期间K值变化也有差异。如鲈鱼、鳙鱼等的K值在贮藏前期上升较快，随后趋于平缓，而鲫鱼、南美白对虾等的K值则保持线性增长。

2.1.2 TVB-N值的变化

TVB-N值指在酶与微生物的协同作用下水解鱼体中蛋白质、生成氨及胺类等易挥发的含氮有机物，已被多国作为检测水产品新鲜度的指标之一。TVB-N值适用于鱼体软化后，数据越高表明氨基酸损失越严重，特别是蛋氨酸与酪氨酸，其中TVB-N值≤13 mg/100 g为一级鲜度标准，≤20 mg/100 g为二级鲜度标准。

2.1.3 微生物的变化

微冻贮藏过程中，细菌体内的部分水分也会产生冻结，从而抑制其生长繁殖，影响水产品新鲜度。微生物≤1×107CFU/g为水产品最高可接受度[5]。水产品新鲜度越高，微生物数量就越少，而微生物数量又受水产品种类和微冻方式等因素影响。黄海[6]研究不同种类水产品在同一的微冻条件下微生物变化，试验显示鲈鱼的TVC呈下降趋势，鲫鱼呈增长趋势，鳙鱼则呈先下降后上升趋势，研究人员分析这种现象可能与水产品体表黏液及肌肉中抑菌成分的含量有关。即使是同种水产品，采取不同的微冻方式，细菌的数量也会有差异。Zeng Q Z等人[7]研究北极虾在不同微冻方法下的微生物变化。采取冰盐微冻法时，TVC一直保持上升趋势。采取冰水微冻法时，由于冷休克，TVC则先降低后升高，且冰水微冻组的TVC始终比冰盐微冻组低。学者认为冰水的自由流动性可以减少对北极虾机械性损伤，且降温速度快，抑菌效果好，有效维持水产品品质[8]。

2.1.4 pH值的变化

鱼体失活后，肌体内的糖原与磷酸肌酸等有机物分解生成酸性化合物，导致pH值下降，随着贮藏时间的延伸，鱼体蛋白质也发生水解生成含氮的碱性化合物，引起pH值逐渐回升，因此pH值在水产品微冻贮藏期间呈“V”字形状态，当pH值为最低值时，表明鱼体已到僵硬高峰期。但是也有水产品例外。例如，石斑鱼在-3℃的微冻贮藏期间下，鱼体的pH值变化不明显，一直保持在6.8～7.1[9]。大西洋鲑鱼在-1.5℃微冻条件下，鱼体pH值则始终呈下降趋势，但是下降速度低于冰藏组[10]。

部分鱼类在微冻贮藏期间鲜度指标变化见表1。

2.2 对水产品汁液渗出率的影响

汁液渗出率主要用于评估冰晶对鱼体组织的机械性损伤程度。微冻状态下，水产品组织细胞部分发生冻结，导致相邻未冻结区的溶液浓度上升，酶含量升高，从而加速鱼体肌肉组织分解，使其汁液渗出率上升。而肉汁渗出液营养丰富，又能促进微生物的生长，加速水产品腐败变质。水产品汁液渗出率＜2%被认为是可接受的[15]。冷藏或冰藏状态下，一般水产品的汁液渗出率＞2%，而微冻状态下，很多水产品汁液渗出率＜2%，且波动不大[16-18]，但是随着贮藏时间的延长，水产品的汁液渗出率也会上升。学者发现采取不同的微冻贮藏温度，大西洋鳕鱼汁液渗出率存在差异。Duun A S等人[19]研究表明，在-2.2℃微冻条件下，鳕鱼汁液渗出率≤1.5%，冰藏鳕鱼贮藏15 d后汁液渗出率＞5%。Simpson M V等人[20]研究显示，-3℃微冻保鲜比0℃冷藏保鲜的鳕鱼汁液渗出率更高。还有学者认为，大西洋鳕鱼蛋白质在-3℃变性比-2℃更严重，因为蛋白质的冷冻变性及降解作用会影响鱼体肌肉组织的持水力。微冻贮藏期间应该尽力避免温度波动，防止解冻后肌肉的汁液渗出率上升。

表1 部分鱼类在微冻贮藏期间鲜度指标变化

2.3 对水产品质构的影响

质构是评估水产品质的重要指标之一，且与水产种类、组织部位、贮藏和加工方式等有关。微冻条件下，鱼体蛋白质易发生低温变性，细胞之间结合力降低，肌原纤维间的空隙增加，导致鱼体组织质构持续劣变，直至腐败变质。李立杰等人[21]研究-3℃微冻保鲜对南美白对虾质构的作用，试验显示在微冻贮藏前期，对虾的硬度、弹性、剪切力及咀嚼性等参数一直升高，2周后各项指标又逐渐下降。学者认为水产品失活后，随着组织内酶类的无氧降解作用，水产品进入僵直期，质构指标特别是硬度升高；随着鱼体ATP酶的活性降低，肌动球蛋白发生变性，水产品进入解僵期，肌肉硬度降低。除此之外，水产品失活后的质构变化还和内源性酶，尤其是组织蛋白酶（B，L和D）、钙蛋白酶（m-和μ-）紧密相关。

2.4 对水产品组织结构的影响

微冻贮藏期间，鱼体生成的较少量冰晶可以降低组织的机械性损伤，延长货架期。缪宇平等人[22]通过组织冷冻切片和镜检分析鲢鱼冻结期间组织结构的变化，试验显示冷却到0℃，肌肉纤维组织排列致密，原生质分布均匀；冷冻到-5℃，肌肉纤维之间呈现较小的间距，且有细小冰晶生成；冷冻到-18℃，肌肉纤维内冰结晶逐渐长大，导致纤维排列松散变形，无规则；冷冻到-35℃，肌肉纤维内冰晶进一步增大，引起纤维组织扭曲，形态杂乱。学者认为肌原纤维的分离可能与冷冻贮藏时胶原纤维及结缔组织的降解有关[23]。而肌原纤维的断裂也许与胞内冰晶的机械损伤相关，肌原纤维扭曲与收缩也许与水产品冻结脱水及蛋白酶的分解作用有关。

3 冰晶形成机理

冰晶是微冻保鲜技术中最重要的指标之一，冰晶的数量和大小均决定于对温度的掌控。微冻保鲜要先冷却到鱼体初始冻结点，消除结晶潜热；再抵消晶核形成和冰晶生长的热量[24]。微冻条件下，水产品表层先生成细小冰晶，贮藏24 h后，中心部分才形成较大的冰晶，随着贮藏温度稳定后，各层的冰晶则变化不大。水产品种类、降温速率、媒介的导热性、比热等要素均能显著影响冰晶的生成及生长。Kaale L D等人[25-26]研究不同降温速度对大西洋鲑鱼微冻保鲜的影响，实验显示快速降温能高效消除鲑鱼的潜热，生成大量分布均匀的细小冰晶，降低解冻后肉汁损失，保持良好的持水性。即使是对同一种水产品进行微冻保鲜，鱼体加工前的状态和组织部位不同也会产生不同的影响。Bahuaud D等人[27]采用-1.5℃微冻贮藏大西洋鲑鱼4周后，鱼体上层生成的冰晶破坏了肌纤维的完整性，且损伤组织内溶酶体，降低了解冻后水产品的品质。学者发现，造成以上结果的差异性，主要原因在于采取了不同的降温速率和贮藏温度等。

4 结语

随着生活水平的提升和科技的发展，消费者对食品的质量需求越来越高，因此深入研究及不断完善水产品保鲜技术显得十分紧迫。微冻保鲜能较好地保持水产品新鲜度、保留原有营养成分及抑菌等优势，同时微冻技术能减少水产品的冷冻和解冻步骤，降低能源消耗及劳动力成本，减少运输成本与环境因素的影响。目前研发适应水产品贮藏和运输的微冻保鲜设备，研究微冻保鲜技术与其他技术联合保鲜是其未来发展方向。