反复冷冻-解冻对牛肉品质及组织结构的影响

阿依木古丽，蔡 勇，陈士恩,*，杨具田，申晓蓉，李贞子

(1.西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃 兰州 730030；2.西北民族大学实验中心，甘肃 兰州 730030)

反复冷冻-解冻对牛肉品质及组织结构的影响

阿依木古丽1，蔡 勇2，陈士恩1,*，杨具田1，申晓蓉1，李贞子1

(1.西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃 兰州 730030；2.西北民族大学实验中心，甘肃 兰州 730030)

探讨反复冷冻-解冻对牛肉品质及组织结构的影响，对牛背最长肌进行不同次数的冷冻、解冻实验，分别检测原料肉解冻损失、煮制损失、失水率、熟肉剪切力及pH值，并观察原料肉显微、超微结构的变化。随着反复冷冻-解冻次数的增加，原料肉解冻损失和煮制损失极显著增加，失水率只在第1次冷冻-解冻后显著增加，剪切力先显著增加后降低，pH值随着冷冻-解冻次数增加而显著降低，肌纤维结构混乱，间隙显著增加，线粒体空泡样变，Z线错位排列，甚至溶解、消失。结果表明：反复冷冻-解冻严重破坏了牛肉的组织结构，显著降低了牛肉品质。

反复冷冻-解冻；牛肉；品质特征；组织结构

冷冻作为一种方便有效的食品储存方式，已得到广泛应用。研究发现，冷冻会改变肉物理特性、化学成分及显微结构，这些都会影响到肉品的感官及营养价值[1]。冷冻过程中，冰晶的形成及冰晶大小不等和分布不均是引起以上变化的主要原因[2]。冰晶的形成不仅破坏细胞膜，损坏组织结构，而且引起冷冻-解冻后肉品中大量汁液的流失，严重影响肉品质[3]。然而在实际生活中，肉品冻藏到消费者食用之前由于温度波动较大，使得原料肉常常处于冷冻-解冻状态。Boonsumrej等[4]对老虎虾进行反复冻融实验，发现冻融后虾肉硫代巴比妥酸值增加，肌纤维间隙变宽，并且剪切力显著增加；同时，另一项研究表明[5]，黑老虎虾与白老虎虾同时进行反复冻融，均出现肌纤维断裂、Z盘消失、肉品质显著下降，但以上变化在白老虎虾中更为剧烈，其机制不清楚。牛肉与虾肉肉品质及其结构特点相差较大，故本实验选择甘肃特产牛肉，进行反复冷冻-解冻实验，观察冷冻-解冻次数对肉品质及肌组织显微特性的影响，为肉类冻藏提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器与设备

2.0～2.5岁，阉割早胜牛5头，宰后肉品经常规成熟处理后，分离两侧背最长肌(第10胸椎后至荐骨前端)，除去表面脂肪和结缔组织，每侧背最长肌分成6份，每份3～4cm。

热电耦测温仪 北京华海恒辉科技有限公司；C-LM3B型数显式肌肉嫩度仪 东北农业大学；HANNA HI8424微电脑便携式酸度计 厦门欣锐仪器仪表有限公司；JEM-1230型透射电子显微镜 日本电子公司。

1.2 方法

1.2.1 肉样冷冻-解冻处理

上述分割好的背最长肌，除去表面脂肪和结缔组织，沿垂直肌纤维方向切成厚度为3～4cm的肉片，随机分成6组，第一组为对照组(新鲜)，不进行冷冻，随机取5份肉样进行各项指标的测定；其余各组经真空包装后放入－20℃冰箱中冻结，24h后取出，流水解冻，等肉样中心温度达到0～2℃后即完成第1次冷冻-解冻过程，随机取5份肉样作为第2组，进行各项指标的测定；剩余的肉样吸干表面水分后真空包装，再进行冻结(－20℃)，24h后再解冻，随机取5份肉样作为第3组，进行各项指标的测定；依次完成第3、4、5次冷冻-解冻过程后进行指标测定。

1.2.2 肌肉解冻损失(thawing loss，TL)测定

分别精确称量解冻后及冻结前肌肉的质量，解冻损失用公式(1)计算。

式中：m1为冻结前肉质量；m2为解冻后肉质量。

1.2.3 肌肉煮制损失(cooling loss，CL)测定

肉样精确称质量后放于蒸煮袋中，于100℃的沸水中煮制，热电耦测温仪测量肉样中心温度，待中心温度达70℃时，将肉样取出冷却后精确称质量，肌肉煮制损失按公式(2)计算。

式中：m1为煮制前肉质量；m2为煮制后肉质量。

1.2.4 失水率(water loss，WL)的测定

精确称取3～4g肉样，于1500r/min离心30min，用吸水纸吸干肉样表面水分，精确称质量，失水率按公式(3)计算。

式中：m1为离心前肉样质量；m2为离心后肉样质量。

1.2.5 熟肉剪切力(cutting force，CF)测定

肉样放于蒸煮袋中，于100℃的沸水中煮制，用热电耦测温仪测量肉样中心温度，待肉样中心温度达到70℃时，将肉样取出冷却，4℃保存过夜，用圆形取样器沿与肌纤维平行的方向钻取肉样，取样位置距离样品边缘不少于5mm，用C-LM3B型数显式肌肉嫩度仪测定剪切力，测定时垂直肌纤维进行切割。选用的参数分别是：25kg刀片，进刀速度为5mm/s。

1.2.6 pH值的测定

用HANNA HI8424微电脑便携式酸度计进行测定。将探头插入到肉样中，使pH计电极与肌肉中的组织液充分接触，待pH计读数稳定后记录。

1.2.7 肌组织显微结构观察

取肉样，修成0.5cm3，置4g/100mL甲醛溶液固定24h，酒精脱水，二甲苯透明，石蜡包埋。切片厚约5μm，苏木精-伊红染色，切片随机选取并用显微镜观察，拍照。

1.2.8 肌组织超微结构的观察

取0.5mm3大小肉样，新鲜3g/100mL戊二醛固定2h以上，1g/100mL锇酸后固定，乙醇梯度脱水，EPDN-812包埋、聚合，半薄定位，超薄切片，铅铀染色，J EM-1230型透射电子显微镜观察，照相。

1.2.9 数据处理

2 结果与分析

2.1 反复冷冻-解冻对牛肉解冻损失、煮制损失、失水率、剪切力和pH值的影响

表1 冷冻-解冻次数对牛肉解冻损失、煮制损失、失水率、剪切力和pH值的影响Table 1 Effect of freezing-thawing cycles on beef TL, CL, WL, SF and pH

如表1所示，随着冷冻-解冻次数增多，牛肉解冻损失极显著增加(P＜0.01)，第1次冷冻-解冻损失为4.61%，显著低于其余各组，冷冻-解冻3次、4次和5次之间无显著差异。新鲜肉煮制损失为18.3%，显著低于冷冻-解冻1次的煮制损失，并且在冷冻-解冻2次后，煮制损失极显著升高，反复冷冻-解冻3次、4次、5次之间无显著差异。通过离心方式测量失水率，新鲜肉在1500r/min离心30min时失水率为14.2%，冷冻-解冻1次后，失水率极显著增加至15.7%；冷冻-解冻2次后，失水率随冷冻-解冻次数增加而降低，反复冷冻-解冻3次、4次、5次之间无显著差异。牛新鲜肉熟肉剪切力为6.2kgf，pH值为5.67，第1次冷冻-解冻，剪切力上升，而pH值下降，第2次冷冻-解冻后，剪切力显著增加，而后显著下降，而pH值则随着冷冻-解冻次数的增加而降低，第4次和第5次冷冻-解冻后，pH值显著下降。

2.2 反复冷冻-解冻对牛肉显微结构的影响

图1 不同冷冻-解冻次数对牛背最长肌显微结构的影响Fig.1 Effect of freezing-thawing cycles on beef microstructure

如图1所示，新鲜的背最长肌组织结构均匀，肌纤维横断面呈圆形或多边形，细胞核居于细胞周边，核较多，看不到肌原纤维之间的间隙(Ⅰ)；肌肉在冷冻-解冻1次即出现结构破坏，肌束混乱，肌束间间隙不均匀，肌原纤维之间出现明显的间隙(Ⅱ)；冷冻-解冻2次后肌组织开始出现肌束膜破裂，肌纤维断裂(Ⅲ)；冷冻-解冻3次、4次后，肌组织结构破坏更加明显，看不到肌束平行排列；冷冻-解冻5次时(Ⅳ)，肌纤维断裂呈更小片段。

2.3 反复冷冻-解冻对牛肉超微结构的影响

反复冷冻-解冻对牛肉肌纤维超微结构的影响如图2所示，新鲜的牛肌原纤维能见到明显的均匀的明暗相间的横纹，Z线清晰且排列整齐(i)；冷冻-解冻1次，肌原纤维间隙增大，出现明显的线粒体空泡样化，但肌节依然整齐，Z线清晰(ii)；冷冻-解冻2次，肌节略微缩短，肌纤维断裂、变形，相邻Z线间出现错位排列(ii)；冷冻-解冻3次，4次时上述变化加剧；冷冻-解冻5次(iv)，Z线明显溶解，部分Z线消失。

图2 不同冷冻-解冻次数对牛背最长肌超微结构的影响Fig.2 Light microscopic observation of the effect of freezing-thawing cycles on beef microstructure

3 讨 论

3.1 反复冷冻-解冻对牛肉解冻损失、煮制损失及失水率的影响

蒸煮损失(CL)和失水率(WL)是衡量肌肉持水性(water holding capacity，WHC)的重要指标，持水性是指肉在外力作用下，如在加压、切碎、加热、冷冻、解冻、腌制等加工或贮藏条件下保持其原有水分与添加水分的能力。它的高低可直接影响到肉的风味、颜色、质地、嫩度、凝结性等，是肉质评定的重要指标之一。而持水性的高低与宰后肌肉蛋白的溶解性有关，尤其是肌浆蛋白[6]。有关快速冷冻对肉品持水性的影响结论不尽相同，陈韬等[7]在猪肉上研究表明，快速冷却1h能有效提高猪肉的持水性；赵红艳等[8]研究发现，快速冷却1h并没有改善羊肉背最长肌的持水性。本研究结果表明，第1次冷冻-解冻，牛肉的煮制损失无显著改变，这与Pietrasik等[9]的研究结果一致。然而随着冷冻-解冻次数的增加，解冻损失和煮制损失极显著增加，表明牛肉持水性降低，这与夏秀芳等[10]研究结果一致。研究发现，反复冷冻-解冻1次和2次时增加原料肉的失水率，而此后增加冷冻-解冻次数反而降低失水率，这可能是因为肌肉被冷冻后水分在冻结过程中体积增加，使得肌细胞的细胞膜冻裂[11]，导致水分流失，在解冻时细胞中的汁液渗漏较多，导致较高的解冻失水率，而在反复冷冻-解冻次数增多时，水分丢失达到饱和，因此失水率逐渐降低。

3.2 反复冷冻-解冻对牛肉剪切力和pH值的影响

嫩度是评定肉制品品质的主要指标[12]，并且在很大程度上决定着消费者的购买趋向[13]。肌肉的剪切力(CF)是反映肉嫩度高低的指标，是肌肉中结缔组织的含量与性质及肌原纤维蛋白的化学结构状态的总体反映[14]。温度对肉品剪切力有显著影响，Christense等[15]发现鸭肉在加热过程中剪切力值不断升高，到60℃达到峰值，随着温度的继续升高剪切力值开始不断下降。冷冻后牛肉[16]和羊肉[17]的剪切力均下降，主要原因是，肌纤维在冻结-解冻过程中发生断裂，肌肉结构破坏而致。也有研究表明[12]，冻存时间不同，冷冻-解冻后牛肉的剪切力变化不一。本实验结果表明，剪切力的变化与冷冻-解冻次数有关，冷冻-解冻次数少剪切力上升而随冷冻-解冻次数增加剪切力下降，这与夏秀芳等[10]研究结果一致。这可能是因为初次冷冻-解冻使得肌肉收缩或者肌纤维结构混乱，使得剪切力上升，而随着冷冻-解冻次数增加，肌纤维本身发生变性、断裂，从而降低剪切力。实验结果发现反复冷冻-解冻1次、2次、3次对肉的pH值影响无显著差异，这与以往报道一致[18]，但随着冷冻-解冻次数的增加，肉品的pH值显著下降，可能与冷冻-解冻次数对肌肉离子成分的影响有关。

3.3 反复冷冻-解冻对牛肉微细结构的影响

研究表明[19]，肌原纤维直径、肌节长度与嫩度关系密切，肌纤维直径越细，肌节长度越长，肉嫩度越好。肉的快速冷却可使肌肉收缩并导致肉质变硬，发生冷收缩的肉硬度是正常肉的3倍[20]。高压能使肌内膜和肌束膜产生分离，使肌原纤维间隙增大[21]。同时能使牛、羊肉肌节缩短、Z线断裂或消失，从而使得其剪切力显著下降[22]。实验结果表明，反复冷冻使得牛肌束膜破裂，肌纤维排列混乱甚至发生肌纤维断裂，肌原纤维之间出现明显裂隙，并且肌节略微缩短，线粒体空泡样变，Z线出现错位排列，甚至溶解、消失。以上变化可能与冷冻-解冻过程中肌纤维大量失水及肌原纤维变性有关，其具体机制仍需深入研究。

4 结 论

随着冷冻-解冻次数的增加，牛背最长肌解冻损失、煮制损失和失水率显著升高；而熟肉剪切力先升高后显著降低；随着冷冻-解冻次数的增多，肌纤维结构混乱，肌节缩短，线粒体肿胀，空泡样变，Z线错位排列、溶解、消失。实验结果表明，反复冷冻-解冻破坏肌纤维微细结构，极显著的降低牛肉品质。

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Effect of Repeated Freezing-thawing on Quality Properties and Structure of Beef

AYIMUGULI1，CAI Yong2，CHEN Shi-en1,*，YANG Ju-tian1，SHEN Xiao-rong1，LI Zhen-zi1
(1. College of Life Science and Engineering, Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730030, China；
2. Experiment Center, Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730030, China)

In order to understand the effect of repeated freezing-thawing on beef quality properties and structure, vacuum packaged bovine longissimus dorsi (LD) muscle was subjected to 5 cycles of repeated freezing-thawing (one cycle was freezing－20 ℃ for 24 h and subsequent thawing under running water until the central temperature reached 0－2 ℃), and the thawing loss (TL), cooking loss (CL), water loss (WL), shear force (SF), pH and microstructure of beef were measured after each repeated cycle. The results indicated that as the number of repeated cycle increased, beef TL and CL were significantly increased, a significant increase in beef WL was observed only after the first repeated cycle, beef SF showed a trend to significantly increase first and then decrease, pH was significantly lowered, a confused structure of muscle fiber bundles with markedly widened gaps and vacuolated structure formation in the mitochondria were observed, and the Z-disc was found to be deranged, dissolved or even diminished. In summary, repeated freezing-thawing can result in seriously damaged beef structure and obviously reduced meat quality.

repeated freezing-thawing；beef；quality properties；structure

TS251.1

A

1002-6630(2011)07-0109-04

2010-08-05

西北民族大学与甘肃宁县人民政府合作项目(H2008-11)；西北民族大学与玛曲民康高新绿色畜产品开发有限公司合作项目(H2010-7)

阿依木古丽(1980—)，女，讲师，硕士，主要从事动物形态学研究。E-mail：jimu...@163.com

*通信作者：陈士恩(1964—)，男，副教授，本科，主要从事食品安全与品质控制研究。E-mail：chshien@163.com