冻结温度对南极磷虾品质的影响*

刘会省，迟海，杨宪时，李学英，王妤

1(上海理工大学医疗器械与食品学院，上海，200093)2(中国水产科学研究院东海水产研究所，上海，200090)

南极磷虾是生活在南大洋的一种甲壳类浮游动物，其巨大的捕捞量占现有世界渔业产量的一半，被誉为是最有希望的动物蛋白库［1］。同时，南极磷虾的营养价值较高，不饱和脂肪酸含量丰富，氨基酸种类齐全，VA和 VE含量极高［2－3］，研究显示其蛋白质的营养价值明显高于牛奶中的蛋白质［4］。因此，开发和利用南极磷虾资源具有重大的意义。

值得注意的是，由于南极水域距离和加工技术问题，南极磷虾大多经过捕捞后船上低温冻结，运输至指定位置进行加工。南极磷虾体内酶活高，极易自溶，因此尽可能地在低温条件下冷冻加工南极磷虾对其品质保持起决定作用。目前相关研究对冻藏温度和冷藏温度条件下南极磷虾品质变化进行了报道［5］，但冻结温度对南极磷虾品质影响的研究未见报道。本试验选取了5种不同的冻结温度，以感官、质构、持水力、盐溶性蛋白质、Ca2+-ATP酶活性和组织切片变化为指标，对不同冻结温度条件下南极磷虾的品质变化进行研究，旨在为南极磷虾的冷冻加工提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

南极磷虾由我国“南极海洋生物资源开发利用项目组”于2012年6月5号南极FAO 48.1区捕捞，船上冻结后 －22℃冻藏，在 －18℃冷冻条件下于2012年9月13号运抵实验室，在－80℃冻藏备用。

1.2 试验试剂与仪器

主要试剂:牛血清蛋白购于北京索莱宝科技有限公司;考马斯亮蓝 G－250、浓磷酸、无水乙醇等购于国药集团化学试剂有限公司。

主要仪器:均质机IUL型，西班牙;高速冷冻离心机5810R型，Eppendorf，德国;721型可见光分光光度计，上海菁华科技仪器有限公司;质构仪TMS-Pro型，Food Technology Corporation，美国;RC-DT618B型双温度记录仪，杭州哈泰克科技有限公司;175－T2型温度记录仪，Testo，德国;MPR－414F型冰箱，Sanyo，日本;BX51型显微镜，Olympus，日本;HM315轮转式石蜡切片机，Microm，德国。

1.3 实验方法

1.3.1 样品处理方法

［1］方法，将样品进行流水解冻。为了快速降低样品温度并控制初始温度，解冻完全后，用滤网将样品在冰水中浸泡30 s，沥干水后放在冻结盘里在不同冻结温度下进行冻结，冻结盘规格24 cm×16 cm×6 cm(长×宽×高)，质量约2.0 kg，用热电偶监测样品表面及中心的温度变化，待样品中心温度降至－18℃时即为冻结终点，并记录时间。将冻结结束的样品解冻，解冻完全后进行相关指标的测定。同时使用第一次解冻完全后的样品作为对照组。

1.3.2 冻结速率测定

按照国际制冷协会提出的食品冻结速率的定义［6］，根据下式进行冻结速率的计算:

式中:L为食品表面与热中心的最短距离，cm;t为食品表面达0℃至热中心达初始冻结温度以下10℃所用的时间，h。

1.3.3 感官检验

按照参考文献［5］选择经过训练的评价员7名，依据表1的评分标准，以南极磷虾的体表、色泽、肌肉及90℃水煮5 min的气味和汤汁为评价指标，各项指标满分2分，最好品质为10分，最差品质为0分。

表1 南极磷虾感官检验评分规则Table 1 Rules of sensory evaluation on Antarctic krill

1.3.4 盐溶性蛋白质测定

参考Pan等［7］的方法提取样品中的盐溶性蛋白质，结合考马斯亮蓝法测定蛋白质含量，用牛血清蛋白做标准曲线，595 nm条件下测定南极磷虾盐溶性蛋白质含量［8］(标准曲线的回归方程为y=0.005 8x+0.011 5，R2=0.996 3)，计算结果以mg/g表示。

1.3.5 持水力测定

参考Robertson等［9］的方法，将30 g的样品打浆后11 000 r/min离心40 min，除去上清液后称量样品质量。

式中:m0为离心前样品的质量，g;m为样品离心后除去上清液的质量，g。

1.3.6 Ca2+-ATP酶活性测定

Ca2+-ATP酶活性测定参考超微量ATP酶测试盒(南京建成生物技术研究所提供)说明书进行。

Ca2+-ATP酶活降低率/%=［(冻结前活性－冻结后活性)/冻结前活性］×100

1.3.7 剪切力测定

本试验用TMS-Pro型质构仪检测样品的最大剪切力，采用燕尾剪切探头对样品进行剪切，测试速度:60 mm/min;回程距离:20 mm;最大力量感应量程:1 000 N，测定样本数n=10。

1.3.8 石蜡切片观察

用Bouin氏固定液对样品组织进行固定，参考文献［10］，采用石蜡包埋法对样品进行处理。用苏木精和伊红对组织切片进行染色，显微镜观察。

1.3.9 数据处理

实验数据采用SPSS 19.0进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 冻结温度对冻结曲线、冻结速率的影响

南极磷虾在不同冻结温度下的冻结速率见表2。随着冻结温度的降低，冻结速率逐渐增大。根据国际制冷协会对快速冻结的定义［11］，南极磷虾在－40℃和－50℃的冻结为快速冻结，而在－18、－23℃和－28℃的冻结为慢速冻结，有研究认为快速冻结更有利于保持冻品的冻结质量［12］。

表2 不同冻结温度下的冻结速率和冻结时间Table 2 Freezing ratesand time under different freezing temperature

图1 不同冻结温度条件下的冻结曲线Fig.1 Freezing curves under different freezing temperature

图1是在不同冻结温度下南极磷虾中心温度的变化。如图1所示，－18℃下南极磷虾冻结完成时间最长达31.8 h，随着冻结温度降低，冻结完成的时间明显缩短，通过最大冰晶生成带时间的减少，－28℃冻结条件下的冻结完成时间为18.0 h，而快速冻结条件下样品冻结结束的时间不超过6.0 h。南极磷虾通过最大冰晶生成带时，组织内部会有水分的转移，时间越长内部水分转移越明显，使得产生的冰晶变大且分布不均匀，从而引起南极磷虾的品质变化。目前，国内外有关冻结温度对南极磷虾品质的影响研究较少，而对其他肉类的研究比较多。相关研究表明，降低冻结温度或提高冻结速率可以减少对冻品品质的影响［13－14］。

2.2 冻结温度对感官评分的影响

南极磷虾在不同冻结温度下的感官评分如图2。在－18℃冻结后，南极磷虾色泽变暗，有较淡的腥味，汤汁稍混，少量样品出现黑头，感官评分6.1，随着冻结温度的降低南极磷虾的感官评分升高，在－23℃和－28℃冻结下南极磷虾的感官评分差别不明显，－40、－50℃冻结后的样品感官评分分别达8.8和9.1，说明快速冻结对南极磷虾的感官影响较小。这是由于在较低的冻结温度下南极磷虾体内的酶活降低，自溶和黑变减缓，同时冻结时间缩短，降低了南极磷虾自溶和黑变的时间。

图2 冻结温度对南极磷虾感官评分的影响Fig.2 Effect of freezing temperature onsensory evaluation of Euphau siasuperba

2.3 冻结温度对持水力的影响

图3是南极磷虾在不同冻结温度下的持水力变化。肌肉中的水大部分位于肌原纤维中由粗、细丝组成的三维网络里，在一定条件下这些三维网络可收缩和膨胀，被其包裹着的水也会随之增减。图3是南极磷虾在不同冻结温度下的持水力变化，在－18℃下的持水力最小，随着冻结温度的降低，持水力增强，－40、－50℃冻结条件下的持水力较大，南极磷虾在冻结过程中产生的冰晶对肌原纤维造成机械损伤，从而使肌原纤维包裹的水分减少，持水力下降［15］，而在快速冻结条件下，南极磷虾的肌肉牢固束缚其自身和外加水的能力可以得到保持，这与牛力等［16］的研究结果相近。

2.4 冻结温度对盐溶性蛋白质的影响

图4是南极磷虾中盐溶性蛋白质在冻结前后的含量变化，在－18℃冻结条件下盐溶性蛋白质的含量为26.81 mg/g，与对照组45.63 mg/g相比下降了41.24%，差异极显著(P＜0.01)，盐溶性蛋白质变性严重。－23、－28℃冻结条件下分别为31.70、33.59 mg/g，无明显差异(P＞0.05)，－40℃和－50℃冻结下的南极磷虾的盐溶性蛋白质含量分别为41.70 mg/g和43.59 mg/g，可见快速冻结条件下的盐溶性蛋白质的含量明显高于慢速冻结，这与关志强等［17］对文蛤蛋白质冷冻变性的研究结果一致，这可能是由于在冻结过程中肌细胞外产生冰晶，使得肌细胞内肌原纤维被挤压集结成束，同时冰晶形成时蛋白质失去结合水，导致蛋白质反应基互相结合形成各种交联而变性。

图3 冻结温度对南极磷虾持水力的影响Fig.3 Effect of freezing temperature onWHC of Euphausia superba

图4 冻结温度对南极磷虾盐溶性蛋白质的影响Fig.4 Effect of freezing temperature on salt-soluble protein of Euphausia superba

2.5 冻结温度对Ca2+-ATP酶活性的影响

图5是不同冻结温度下南极磷虾Ca2+-ATP酶活性的变化。经过不同温度冻结之后，南极磷虾Ca2+-ATP酶活性有不同程度的下降。在－18℃冻结时南极磷虾的Ca2+-ATP酶活性下降了27.42%，变性程度较其他温度条件下高。而－50℃的冻结温度条件下变性最小，在 －23℃和 －28℃冻结条件下的Ca2+-ATP酶活性无明显差异(P＞0.05)，这可能是由于这二种温度之间温差较小。经过不同的温度冻结之后南极磷虾的Ca2+-ATP酶活性下降说明南极磷虾蛋白在冻藏过程中发生了变性，而下降幅度比盐溶性蛋白下降幅度小说明肌球蛋白杆部比肌球蛋白头部更容易发生变性。

图5 冻结温度对南极磷虾Ca2+-ATP酶活性的影响Fig.5 Effect of freezing temperature onCa2+-AT Pase activity of Euphausia superba

2.6 冻结温度对南极磷虾质构的影响

不同冻结温度下南极磷虾最大剪切力的变化如图6所示。由于南极磷虾个体比较小，肌肉组织柔软，虾壳较薄致使其最大剪切力较小。对照组的最大剪切力为2.69 N，该结果与杨峰等［18］对南极磷虾的最大剪切力的测定值相近。样品在－18℃冻结条件下，最大剪切力值最小，－23、－28℃冻结后的最大剪切力值为2.09、2.34 N，与对照组之间均存在显著性差异，－50℃冻结条件下的最大剪切力值较大，－40℃和－50℃冻结条件下的测定值无明显差异(P＞0.05)。南极磷虾的最大剪切力随着冻结温度的降低而增大，这与卢燕等［19］对其他肉类冻结品质变化的研究结果相一致，进一步证明不同冻结温度下产生的冰晶对肌肉组织的破坏程度不同，快速冻结对冻品的肌肉组织破坏程度较小。

图6 冻结温度对南极磷虾剪切力的影响Fig.6 Effect of freezing temperature oncutting forceof Euphausia superba

2.7 冻结温度对肌肉组织的影响

肌肉组织中存在着自由水和结合水，在冻结过程中，水分不断结成冰使得水分转移，由于冻结温度和冻结速率的不同，冰晶的大小和分布不同。冻结温度越低，冻结速率越大，冻结过程中产生的冰晶小且分布均匀，则对组织的损伤小。图7是南极磷虾在不同冻结温度下的组织切片，在－18℃冻结条件下，冻结速率慢，冻结时间长，产生的冰晶大且分布不均匀使得肌肉组织之间间隙较大，并且可以看到明显的断裂痕迹，肌肉组织损伤严重。在－23、－28℃冻结下，南极磷虾的肌肉组织与对照组相比肌肉间隙明显，纤维条纹粗大，但是彼此间的肌肉组织间隙差别不明显，这可能是由于冻结时间和通过最大冰晶生成带的时间相近，也可能是持水力差别不明显和最大剪切力差异不显著的原因。样品经过－40℃和－50℃冻结后，肌肉组织纤维条纹较细、组织间隙小，说明快速冻结比慢速冻结更有利于南极磷虾品质的保持，－40、－50℃冻结后肌肉组织间隙差别不大。李敏等［20］研究了冻结方式对文蛤肌肉结构的影响后发现，在小范围内提高冷冻速度对冻品品质的改善不明显。余小领等［21］对不同冻结速率下猪肉超微结构进行观察后认为，样品经过冻结后，肌肉组织都会受到不同程度的损伤，随着冻结温度的降低冻结产生的损伤减小;Sanz等［22］的研究结果显示，提高冻结速率可以有效地减少冰晶对组织结构的损伤。本研究结果证实了上述结论。

3 结论

(1)南极磷虾在－40℃和－50℃的冻结为快速冻结，在－18、－23℃和－28℃的冻结为慢速冻结。

(2)冻结导致南极磷虾的感官评分和持水力降低，冻结温度越低，感官评分和持水力越高。

(3)南极磷虾经过不同温度冻结后，盐溶性蛋白质含量下降，在－18℃冻结条件下与对照组相比下降了41.24%且差异极显著(P＜0.01)，－50℃下盐溶性蛋白质含量与对照组无明显差异(P＞0.05)，快速冻结条件下的盐溶性蛋白质的含量明显高于慢速冻结。

(4)冻结对南极磷虾的Ca2+-ATP酶的活性有一定的影响，冻结温度降低，则酶活升高，快速冻结对南极磷虾的Ca2+-ATP酶的活性影响较小。

(5)与对照组相比，经过不同温度冻结后南极磷虾的最大剪切力都有所下降，但是－50℃下与对照组差异不明显(P＜0.05)。

(6)通过组织切片的观察，经过慢速冻结后的南极磷虾与对照组相比组织间隙明显、肌纤维粗大，尤其在－18℃冻结条件下的肌肉组织有明显断裂的现象，而－40、－50℃冻结条件下的南极磷虾的肌肉损伤较小。

图7 不同温度条件下的组织切片Fig.7 Tissue section of Euphausia superba under different freezing temperature

本研究结果证明，快速冻结有利于南极磷虾品质的保持。由于在－40℃和－50℃冻结下的南极磷虾的各项质量指标差别不明显，综合考虑节能等问题，南极磷虾的最佳冻结温度确定为－40℃。

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