不同液氮速冻温度下预制鸡排的品质变化

黄文权，阚启鑫，黄丰景，李玉坤，杨寒，刘果，陈宇立，谢灿杰＊，宋明月＊

（1.广州酒家集团利口福食品有限公司，广东广州 511442）（2.华南农业大学食品学院，广东省功能食品活性物重点实验室，广东广州 510642）（3.广东聿津食品有限公司，广东肇庆 526238）

预制菜是在加工厂完成食品原料加工后，以成品（Ready-made Food）或半成品（Semi-finished Food）的形态供应给消费者的菜品[1]。预制菜从生产商流通至消费者的全过程需要较长的时间，但产品中丰富的营养成分使其在贮藏或运输过程中容易发生腐败变质，因此通常需要冷冻处理来抑制微生物和酶的活性，从而延长产品的保质期[2]。为了提高冷冻食品的品质，一些新型冷冻技术如浸渍冷冻、超声辅助冷冻、电场辅助冷冻等方法相继衍生，其中以液氮冷冻为核心的关键技术受到了研究者的极大关注。

液氮速冻作为一种速冻技术已经成功实现了商业规模冷冻[3]，其速冻原理在于液氮的沸点极低，而当液氮与物料接触时，二者巨大的温差使液氮瞬间发生相变（从液态转变为气态），这个过程能够带走食品大量的潜热和显热，从而使食品快速的降温。通过液氮冷冻的食品降温速度快，通过最大冰晶生成带的时间短，因此在速冻过程中食品形成的冰晶较小，有助于减少组织和细胞的机械损伤，更有利于保持食品的品质。

近年来，中国已成为第二大鸡肉消费国，鸡肉在我国肉类消费总量中占比20%[4,5]。高蛋白、低脂肪的鸡肉具有必需氨基酸、矿物质、维生素等丰富的营养素[6,7]，而且易于烹饪，因此以鸡肉为原料的预制品受到了消费者的青睐。但选择合适的冷冻方式以提高鸡肉的食用品质是当前的研究热点和难点。

Kim 等[8]采用液氮速冻对鸡胸肉进行冻结，发现快速冻结的鸡胸肉会有更小和更均匀的细胞内冰晶，其解冻损失也少于慢速冻结的鸡胸肉。杨禹新等[9]研究发现，液氮速冻比常规的冻结方式（-35 ℃）能更加快速地将整鸡冻结至-18 ℃，较高的冻结速率使得细小的冰晶均匀分布在肌纤维细胞内外，因此鸡肉的汁液流失和营养损失也更少，从而具有更好的食用品质和卫生质量。吴伟彬等[10]研究了液氮速冻对黄羽肉鸡的品质影响，结果发现相比于普通空气冷冻，液氮速冻处理的鸡肉肌细胞排列更加均匀整齐，纤维间的间隙较小。此外，液氮速冻还能降低肌原纤维蛋白的降解程度，从而提高鸡肉的持水性和总巯基含量。虽然液氮速冻具有一定的优越性，但其最佳冷冻工艺因物料而异，这是因为物料之间的组织结构和化学组成存在差异[11]。本文采用液氮喷雾对鸡排进行速冻，同时以4 ℃冷藏和-18 ℃缓冻作对照，结合感官及理化评价指标的测定，以此探究不同冷冻工艺对预制鸡排的品质影响，明确预制鸡排液氮速冻的最佳条件，并为液氮速冻在预制菜中的实际应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

预制鸡排，由广州酒家集团利口福食品有限公司提供。丙二醛（Malondialdehyde，MDA）、总巯基（Sulfhydryl Group，-SH）、总超氧化物歧化酶（Total Superoxide Dismutase，T-SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione Peroxidase，GSH-Px）试剂盒购于南京建成生物工程研究所。

1.1.2 主要仪器设备

DJL-QFL 液氮速冻隧道机，深圳市德捷力低温技术有限公司；LT502 电子天平，常熟市天量仪器有限责任公司；WST-491-SGN 数显温度显示仪，安徽极讯自动化仪表有限公司；PHS-3E pH 计，上海仪电科学仪器股份有限公司；DC-P3A 新型色彩色差仪，北京纽利德科技有限公司；Enspire2300 多功能酶标仪，美国Perkin Elmer 公司；EZ-SX500N 质构仪，日本岛津公司；RD-60DTZ 低速离心机，上海卢湘仪离心机仪器有限公司。

1.2 实验方案

将同一批次的预制鸡排随机分为5 组，其中2组置于保鲜冷藏（No Freezing，NF）和冰箱缓冻（Refrigerator Freezing，RF）作为对照组，保鲜冷藏组样品放于4 ℃冰箱平衡温度24 h，冰箱缓冻组样品放于-18 ℃冰箱冷冻16 h 至样品中心温度达到-18 ℃。另外3 组样品置于隧道式液氮速冻机进行液氮速冻（Liquid Nitrogen Freezing，LNF），冻结温度分别为-80、-100、-120 ℃，速冻时间设置为20 min。冻结好后的样品置于冰箱4 ℃解冻12 h后进行制样。表1 为不同处理方法的预制鸡排。

表1 不同处理方法的预制鸡排Table 1 Pre-madechicken chops with different treatment methods

1.3 测定指标

1.3.1 中心温度测定和平均降温速率计算

采用数显温度显示仪和温度计测定预制鸡排的中心温度变化。平均降温速率的结果通过计算降温过程中某一阶段的降温度数（℃）与该阶段降温所用时间（min）的比值来表示[9]。

1.3.2 感官评分

感官评分制作表参照李凤霞等[12]的方法进行设计，并适当调整。预制鸡排感官评分标准见表2。感官评定小组由10 位感官评定人员组成，年龄范围在21 至30 岁之间，性别比例为5 名男性5 名女性。将各组样品随机编号，并按照随机顺序提供给每位评定人员。评定结果取10 人的平均值。

表2 预制鸡排感官评分表Table 2 Sensory rating form of pre-madechicken chop

1.3.3 持水性

样品的持水性采用离心损失率和滴水损失率评价。

离心损失率：称取4 块5 g 样品，用剪刀剪碎后用滤纸包裹，置于放有脱脂棉的15 mL 离心管中，在2 852g下离心20 min，取出样品，剥去滤纸后称重。按照公式（1）计算离心损失率：

式中：

X1——离心损失率，%；

M1——离心前质量，g；

M2——离心后质量，g。

滴水损失率：称取4 块形状、大小相近肉样，记录重量。用细铁丝悬挂于一次性水杯中央，外套一层保鲜袋并系紧袋口、将肉样密封在杯内。在冰箱4 ℃条件下悬挂保存48 h 后，去掉保鲜袋、细铁丝和一次性水杯，用滤纸吸干肉块表面残留的水分，然后称质量。按照公式（2）计算滴水损失率：

式中：

X2——滴水损失率，%；

P1——悬挂前质量，g；

P2——悬挂后质量，g。

1.3.4 pH值和色泽

参照巨晓军等[13]的方法，pH 计采用两点校正法进行校准后，将探头插入鸡肉内部并被完全包埋，待数值稳定15 s 后，读取pH 值，同一肉样重复测定3 次，取平均值。选择不同样品的不同部位，加工成3 块3 cm×3 cm×1 cm 的块状，将肉块放于生理盐水中漂洗干净后用滤纸擦干。色差仪采用标准白板校准后，对肉块进行色泽测定，记录亮度值（L*）、红度值（a*）和黄度值（b*）。

1.3.5 质构特性

将样品加工成1 cm×1 cm×1 cm 的块状，质构仪选择TPA 模式，设定参数：测试速率为2.5 mm/s，返回速率为1.0 mm/s，行程应变比设置为40%，触发力为0.1 N。每个样品测定重复5 次取平均值。

1.3.6 氧化指标测定

采用硫代巴比妥酸法测定MDA 含量，分光光度法测定-SH 含量，羟胺法测定T-SOD 活性，比色法测定GSH-Px 活力。按照试剂盒说明书步骤进行试验操作。

1.4 数据分析

使用Excel 2016 进行数据整理，数据统计分析采用 IBM SPSS Statistics 27 进行单因素方差分析（ANOVA）和Duncan 多重比较，作图采用Origin 2022，结果用平均值±标准差表示，P＜0.05 表示差异性显著。

2 结果与讨论

2.1 不同冷冻条件下预制鸡排的冷冻速率

食品的冻结过程根据温度的不同可分为预冷阶段（-1 ℃以上）、最大冰晶生成区阶段（-1～-5 ℃）和过冷阶段（-5 ℃以下）[14]。由图1 可知，相比于RF-18℃，LNF 组的样品在最大冰晶生成区的停留时间显著缩短，并且能够更加快速地完成食品的冻结，这是因为液氮汽化时能带走大量的热量（383.1 kJ/m3），而自然空气冷冻的换热系数较低。Gao 等[15]研究同样发现，液氮冷冻加快了鱼糜在最大冰晶形成区的冻结速度，缩短了鱼糜的冻结时间。通过最大冰晶生成区的时间长短通常被视为衡量冷冻食品品质的标准，这个阶段的降温速度越快，越有利于形成均匀而细小的胞内胞外冰晶，从而最大程度减少冰晶对冷冻食品的损伤[16]。Zhang 等[17]研究发现超声波辅助冷冻能够缩短鸡胸肉在最大冰晶形成区的停留时间，鸡胸肉中生成的冰晶细小而均匀，肌肉组织的破坏较小，从而展示出较好的食用品质。表3 为不同冷冻条件下样品在不同阶段的平均降温速率，无论是在哪一个阶段，液氮速冻的平均降温速率都明显高于-18 ℃冰箱缓冻，液氮温度设置越低，冷冻速度越快。RF-18℃在最大冰晶生成区的平均降温速率仅为0.009 ℃/min，而LNF-80℃、LNF-100℃和LNF-120℃在这个温度阶段的降温速率分别是其186倍、188 倍和256 倍。如表3 所示，食品在预冷阶段和过冷阶段的降温速度较快，因为这两个阶段不涉及水分的相变，而在最大冰晶生成区阶段，大部分的水会冻结成冰[18]，相变的过程会释放热量，因此导致降温速率的减缓，这与Li 等[19]的实验结果类似。综上，液氮速冻能够提升预制鸡排的冷冻速率，在快速完成食品冻结的的同时更好地保证产品品质。

图1 不同冷冻条件下预制鸡排的中心温度变化Fig.1 Central temperature changes of pre-made chicken chops under different freezing conditions

表3 不同冷冻条件下预制鸡排的平均降温速率Table 3 Average cooling rate of pre-made chicken chops under different freezing conditions

2.2 不同冷冻条件下预制鸡排的感官评分

由图2a 可知，NF4℃有着最高的感官评分，为84.00 分，其余组别的总分由高到低排序依次是LNF-100℃＞LNF-80℃＞RF-18℃＞LNF-120℃，各组之间差异显著（P＜0.05）。如图2b 所示，样品的感官评价包括色泽、气味、组织形态、组织弹性和整体喜好。就色泽和气味而言，经过冷冻后再解冻的样品肉色稍浅，鸡肉和腌料的香气也在这个过程中产生损失；就组织形态和组织弹性而言，冷冻过程中形成的冰晶会对鸡肉组织产生挤压和破坏，因此冷冻鸡肉的组织形态会出现局部松散或不完整的情况，弹性表现出不同程度的降低。图3 为不同冷冻条件下解冻后预制鸡排的外观性状对比图，如图所示，除了LNF-120℃以外，其余组别鸡排的外观性状并无太大差异，然而LNF-120℃的鸡排出现了明显的龟裂现象，这可能是因为冷冻过程中冷却介质与物料温差过大而导致。冷却介质温度较低，会造成物料的表面温度与中心温度出现较大的温差，当物料中心温度降至冰晶形成时，物料中心体积膨胀，而此时物料表面早已经冷冻定型，因此只有通过龟裂的形式来释放中心因为冰晶形成而产生的压力。杨瑾莉等[20]使用喷淋式液氮速冻机对火龙果块进行速冻，结果发现液氮速冻-100 ℃处理的样品表面裂纹明显，而液氮速冻-40、-60 和-80 ℃处理的样品完整性好。据报道，液氮喷淋传热系数可以达到约425 W/（m2.℃），在这个冷冻温度下容易造成食品的低温断裂[21]。因此，在对物料进行冷冻时不宜选用过低的液氮速冻温度。

图2 不同冷冻条件下预制鸡排的感官评分Fig.2 Sensory evaluation of pre-made chicken chops under different freezing conditions

图3 不同冷冻条件下解冻后预制鸡排的外观性状对比图Fig.3 Comparison chart of appearance characteristics of pre-madechicken chops after thawing under different freezing conditions

2.3 不同冷冻条件下预制鸡排的持水性

持水性是指肉类保持自身或外部添加水分的能力，是衡量肉类品质的一个重要指标。肉类的持水性能主要由肌原纤维蛋白的完整性所决定，冷冻过程中，冰晶的生长和重结晶会对肌原纤维蛋白产生破坏，因此与新鲜肉类相比，冷冻肉的持水性通常会表现出不同程度的下降。Soncu 等[22]研究发现，随着冷冻贮藏时间的延长，鸡肉的持水性呈下降趋势，且鸡腿肉的持水性能比鸡胸肉下降的更加明显。不同冷冻条件下预制鸡排的持水性如图4 所示，不同组别的离心损失和滴水损失存在显著性差异（P＜0.05）。NF4℃表现出最好的持水性，离心损失率仅为16.35%，其次是LNF 组，RF-18℃持水性下降最严重，其离心损失率高达32.84%，比LNF-100℃高出11.89%，这是因为较低的冷冻速率会形成大而不规则的冰晶，从而对肌肉组织产生更严重的破坏。NF4℃的滴水损失高于其他冷冻组别，有可能是因为冷冻组别的鸡排在经历解冻后产生了额外的汁液流失，因此在之后的实验中表现出较少的滴水损失。于冰等[23]研究了液氮速冻与-18 ℃的普通式冷冻对鸡肉持水性的影响，相比于-18 ℃的普通式冷冻，液氮速冻能够显著提升鸡肉的持水性，主要体现在解冻损失、滴水损失和蒸煮损失的降低。综合考察，液氮速冻能够减少冷冻冰晶对鸡肉肌原纤维的损伤，从而改善冷冻预制鸡排的持水性。

图4 不同冷冻条件下预制鸡排的持水性Fig.4 Water holding capacity of pre-made chicken chops under different freezing conditions

2.4 不同冷冻条件下预制鸡排的pH值和色泽

表4 展示了不同冷冻条件下预制鸡排的pH 值的色泽变化。不同冷冻方式对预制鸡排的pH 值影响具有显著性差异（P＜0.05），除了LNF-100℃之外，其他冷冻组别的样品相比于NF4℃均有不同程度的下降，而且LNF 组的pH 值显著高于RF-18℃，表明液氮速冻能够延缓预制鸡排在冷冻初期的pH值下降，这与张馨月等[24]研究结果类似。有学者认为，冷冻肉类的pH 值下降可能是冷冻诱导蛋白质变性后释放氢离子而导致的[25]。因此，LNF 组有着比RF-18℃更高的pH 值可能归因于液氮速冻比慢速冷冻更有利于抑制蛋白质在冷冻过程中的变性。色泽方面，不同组别样品的L*值、a*值和b*值均无显著性差异（P＞0.05）。Yu 等[26]在对虾的冷冻处理中发现了类似的结果，在冻藏初期，-18 ℃冰箱冷冻、-35 ℃鼓风冷冻和液氮速冻处理的对虾的亮度、红度和黄度差异性不显著。有研究表明，液氮与物料之间过大的温差会导致冷冻后的成品表面颜色发白，但解冻后该现象并不明显。综上，液氮速冻工艺能改善冷冻初期预制鸡排pH 值下降的问题，并且不会对其色泽产生负面影响。

表4 不同冷冻条件下预制鸡排的pH值和色泽变化Table 4 Changes of pH value and color of pre-made chicken chops under different freezing conditions

2.5 不同冷冻条件下预制鸡排的质构特性

TPA 质构测试通过对样品进行两次压缩来模拟口腔咀嚼运动，以此获得食品的质构特性[27]。表5 展示了不同冷冻条件下预制鸡排的质构特性。与NF4℃相比，RF-18℃和LNF 组的各项质构指标均表现出不同程度的下降，这是因为冷冻初期形成的冰晶会撕裂肌肉纤维，使其脱水、收缩和变形，从而破坏了肌肉的组织结构，结果是肉的硬度和弹性下降[28]。在本实验中，LNF-80℃和LNF-100℃有着最接近NF4℃的硬度和弹性，但各组别无显著性差异（P＞0.05），这是因为合适的液氮速冻温度有利于鸡肉内部形成更为细小的冰晶，从而减少对肌纤维的破坏，而冷冻速度较慢的空气缓冻和过低的液氮速冻温度都会对鸡肉组织产生更为严重的损害。梁锐等[29]认为，冷冻肉类硬度的变化归因于由冻结浓缩和体积膨胀所诱导的肌原纤维蛋白变性。张诚等[30]研究发现，冻藏温度越低，越有利于保持鸡肉的硬度。然而常海军等[31]研究结果表明，随着冻藏时间的增加，鸡肉的硬度、胶黏性和咀嚼性表现出先增加后降低的趋势。有学者认为，冷冻过程中肌肉组织水分的减少会导致硬度的上升[32]。因此，冷冻肉类的质构变化可能是蛋白质和水分综合变化的结果。各项质构指标中除了硬度和弹性之外均存在显著性差异（P＜0.05），LNF-120℃的咀嚼性和内聚性最接近NF4℃，LNF-80℃的粘结性最接近NF4℃。简言之，相比于-18 ℃缓冻，液氮速冻更有利于保持鸡排的质构特性。

表5 不同冷冻条件下预制鸡排的质构特性Table 5 Texture characteristics of pre-madechicken chops under different freezing conditions

2.6 不同冷冻条件下预制鸡排的氧化稳定性

不同冷冻条件下预制鸡排的氧化稳定性见表6。冷冻方式的不同并未对冷冻初期预制鸡排的氧化指标产生显著性影响（P＞0.05）。MDA 是脂质氧化的次级产物，其含量常被用于评价肉类的脂质氧化程度，MDA 含量越高，细胞氧化损伤和脂质氧化越严重[33]。相比于NF4℃、LNF-80℃和LNF-100℃的MDA 含量分别减少了19.51%和11.70%，证明低温快速冷冻能够延缓样品的脂质氧化；而RF-18℃的MDA 含量增加了3.90%，这可能是因为缓冻过程中大冰晶对细胞的破坏作用比短时间的低温更能影响脂质氧化进程。牛力等[34]研究发现，-25 ℃和-35 ℃冻结下的鸡胸肉的TBARS 值比-15 ℃冻结的更低。LNF-120℃的MDA 含量最高，有可能是因为过低的液氮温度造成样品断裂，破坏了细胞结构，从而释放出更多的促氧化剂促进脂质氧化。巯基是蛋白质中活性最强的基团，在冷冻过程中容易转化成二硫键从而影响蛋白质的结构[35]。巯基含量越低，蛋白质氧化程度越高。RF-18℃的巯基含量低于NF4℃，说明短期的冻融会促进鸡排的蛋白氧化，LNF-80℃和LNF-120℃的巯基含量高于NF4℃，然而LNF-100℃的巯基含量有所减少，但无统计学差异（P＞0.05）。GSH-Px 和T-SOD 是抗氧化系统的关键酶，能够控制促氧化因子和清除自由基，从而保护细胞免受氧化损伤[36,37]，是评价肉类品质优劣的重要指标。Utama 等[38]研究发现，鸡胸肉和鸡腿肉在冷藏期间的SOD 活性和GSH-Px 活性不断下降，并且认为这两种抗氧化酶的活性与脂质氧化呈显著负相关。在本实验中，LNF 组的SOD 活力均低于NF4℃和RF-18℃，然而其GSH-Px 活力却有所提高，表明液氮速冻在短期内会降低超氧化物歧化酶的活力，但是能提高谷胱甘肽过氧化物酶的活性。Carvalho等[39]研究发现，越快完成鸡肉的冷却，越有利于保持鸡肉的SOD 和GSH-Px 酶活性，而且鸡肉的蛋白和脂质氧化程度也越低。综上，合适的液氮速冻温度有利于减少冷冻初期鸡排生成的脂质氧化产物，同时提高GSH-Px 活力。

表6 不同冷冻条件下预制鸡排的氧化指标分析Table 6 Analysis of oxidation index of pre-madechicken chops under different freezing conditions

3 结论

本实验采用液氮速冻工艺对预制鸡排进行冷冻处理。结果表明，液氮速冻能够显著缩短鸡排冻结时间，提高冷冻速率。相比于-18 ℃空气缓冻，液氮速冻能够更好地维持预制鸡排的感官属性、持水性和质构特性；相比于4 ℃冷藏保鲜，液氮速冻一定程度上延缓了样品的脂质氧化和pH 值下降，提高GSH-Px 活力，同时并未对其色泽产生显著性影响。因此，液氮速冻工艺是一种理想的速冻方法，能够在提升冷冻效率的同时较好地保持预制鸡排在冷冻前的食用品质。值得注意的是，液氮速冻-120 ℃会使肉样出现低温断裂的情况，因此不建议采用过低温度进行液氮速冻。