不同冻结方式对竹荚鱼品质的影响

王雪松，谢晶,2,3*

1(上海海洋大学 食品学院，上海，201306) 2(食品科学与工程国家级实验教学示范中心(上海海洋大学)，上海，201306) 3(上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台，上海，201306)

竹荚鱼属鲈形目，鲹科鱼类，又名马鲭鱼、巴浪鱼，营养丰富，富含多种不饱和脂肪酸，已被列为我国远洋渔业重点捕捞和研究对象，年捕捞量逐年递增[1]。竹荚鱼远洋捕捞之后需立即冷冻以保持其鲜度，以实现长途运输和销售。但是不同的冻结方式因其工艺以及冻结速率的不同，会对水产品的蛋白质和脂肪氧化程度、肌肉组织形态、色泽质地、水分流失等造成不同的影响[2]，因而研究不同冻结方式对竹荚鱼品质的影响意义重大。

目前，国内外关于不同冻结工艺对水产品品质的影响研究较为广泛[3-9]。对水产品冻结方式的研究主要集中在平板冻结、冰箱冻结、不冻液浸渍冻结上，而在螺旋式冻结上的研究较少，然而这种冻结方式常在生产中应用于水产品冷冻。本项目组以竹荚鱼为研究对象，通过平板冻结、螺旋冻结、搁架式速冻库冻结、不冻液浸渍冻结4种工艺对竹荚鱼进行冻结保鲜，以保水性、电导率、质构、丙二醛含量、巯基、高铁肌红蛋白为品质评价指标，并结合低场核磁共振仪和光学显微镜来观察鱼肉的水分分布以及组织结构，从而为优化竹荚鱼冻结工艺提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜竹荚鱼由台州市弘帆渔业服务有限公司提供，选取大小均一的个体，鱼体长度16～20 cm，单体质量(100±40)g，采用一层冰一层鱼的方式运回实验室进行冷冻处理。

CaCl2(分析纯)、KCl(分析纯)、磷酸盐缓冲溶液、二甲苯、无水乙醇、乙酸、苏木精染液、伊红染液，生工生物工程(上海)有限公司；Bradford法蛋白浓度测定试剂盒、微量总巯基测试盒、丙二醛(MDA)测试盒，南京建成生物工程研究所。

1.2 仪器与设备

平板速冻机、螺旋速冻机，烟台冰轮股份有限公司；搁架式超低温速冻库，江苏兆胜空调有限公司；DS系列低温恒温槽，上海方瑞仪器有限公司；Fluke 2640A网络型多点温度采集仪，美国福禄克电子仪器仪表公司；CR-400型色彩色差计，日本柯尼卡美能达公司；TA.XT Plus型质构仪，英国Stable Micro Systems公司；湘仪H-2050R冷冻离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；UV-1102型紫外可见分光光度仪，上海天美仪器有限公司；Meso MR23-060H-I型NMR分析及成像系统，上海纽迈电子科技有限公司；Eclipse E200生物显微镜，日本尼康仪器有限公司；F-7100荧光分光光度计，日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 原料预处理

用洁净的冷却水清洗鱼体，然后将新鲜竹荚鱼样品分别放入-30 ℃平板冻结机、-35 ℃螺旋速冻机(风机频率50 kHz，风速6.67 m/s)、-30 ℃搁架速冻库(冻结间尺寸为4.0 m×2.5 m×2.1 m，冻结强度为50 kg/h)、-40 ℃不冻液浸渍冻结机(质量浓度为29.3% CaCl2盐水溶液)中进行速冻，待速冻竹荚鱼的鱼体中心温度达到-18 ℃时，立即取出封装于标记好的自封袋中，转移到-18 ℃冰箱中贮藏10 d以稳定各组样品的温度，以新鲜竹荚鱼作为对照组，冻结组均在4 ℃冷藏解冻后进行指标测定。

1.3.2 冻结曲线的测定

在平板冻结(-30 ℃)、螺旋冻结(-35 ℃)、搁架速冻库冻结(-30 ℃)、盐水浸渍冻结(-40 ℃)4种速冻时，分别把热电偶的探头插入竹荚鱼鱼体的几何中心(鱼体长度一半的位置)，通过多点温度采集仪实时记录鱼体冻结过程的温度变化。

1.3.3 质构特性的测定

参考TORRES等[10]的方法。取解冻后的竹荚鱼，切成2.0 cm×2.0 cm×1.0 cm的片状，采用TA.XT Plus型质构仪测定，采用P/6平底柱形探头，测前速率为4 mm/s，测试速度为5 mm/s，形变量为60%，回程距离为20 mm。每组样品平行测定5次。

1.3.4 保水率测定

汁液损失参照公式(1)计算:

(1)

式中:m1，冻前竹荚鱼质量，kg；m2，冻结后竹荚鱼质量，kg。

持水力参考谭明堂等[11]的方法,按照公式(2)计算:

(2)

式中:m3，离心前竹荚鱼质量，kg;m4，离心后竹荚鱼质量，kg。

蒸煮损失参考梁钻好等[12]的方法,按公式(3)计算:

(3)

式中:m5，蒸煮前的竹荚鱼样品质量，kg;m6，蒸煮后竹荚鱼样品的质量，kg。

以上各参数每组样品均重复3次。

1.3.5 巯基含量的测定

参考EYMARD等[13]的方法提取鱼肉的肌原纤维蛋白，并用Bradford法试剂盒测定蛋白浓度，然后用总巯基测试盒来测定肌原纤维蛋白溶液中巯基的含量。

1.3.6 丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量的测定

取2 g鱼肉，加入18 mL生理盐水制成样品组织液，机械匀浆，以5 000 r/min离心10 min。采用丙二醛测试盒法测定鱼肉中MDA含量。

1.3.7 高铁肌红蛋白含量的测定

根据余文晖等[14]的方法。高铁肌红蛋白含量按照公式(4)计算:

高铁肌红蛋白/%=

(4)

式中：Ai，在波长i处的吸光值。

1.3.8 蛋白三级结构

根据LI等[15]的方法使用F-7100荧光分光光度计测量肌原纤维蛋白溶液300～400 nm的固有荧光发射光谱，缝隙的激发波长和宽度分别设为295 nm和10 nm。

1.3.9 核磁分析

1.3.10 光学显微镜观察

参考汤元睿等[17]的方法。取鱼背部肌肉3.0 mm×3.0 mm×3.0 mm小块，置于Carnoy固定液[V(乙醇)∶V(冰醋酸)=3∶1]中静置24 h，然后进行乙醇梯度脱水，二甲苯透明处理，用石蜡包埋，制成1 cm3的石蜡块，然后用Leica切片机切片，最后在苏木精-伊红法染色后，在光学显微镜下观察。

2 结果与分析

2.1 冻结方式对竹荚鱼冻结时间的影响

竹荚鱼在4种冻结方式下从10 ℃到-18 ℃的温度变化曲线如图1所示。盐水浸渍冻结、螺旋冻结、搁架速冻库冻结(速冻库冻结)、平板冻结通过最大冰晶生成带(-5～-1 ℃)的时间分别为6、39、51、78 min。各组的冻结过程均未发生过冷现象，可能是由于速冻的原因导致过冷现象不明显[18]。盐水浸渍冻结整个过程耗时20 min，显著快于其他3种冻结方式，这是由于鱼体与冷盐水直接接触进行冻结，液体的表面传热系数是空气的几十倍，故冻结速度最快[19]。其次为螺旋冻结，因为螺旋冻结传送带为网状，冷冻过程中空气与鱼体的上下两侧均产生强制对流传热，因此其冻结速度快于速冻库冻结。平板冻结是让冷板直接与鱼盘中的竹荚鱼接触，通过热传导使其快速冻结，但因是先放鱼样再启动制冷机组，因此平板冻结耗时最长(196 min)。

图1 不同冻结方式下竹荚鱼的冻结曲线Fig.1 Freezing curves of horse mackerel underdifferent freezing methods

2.2 冻结方式对竹荚鱼高铁肌红蛋白含量的影响

高铁肌红蛋白含量直接决定了红肉鱼的色泽品质。新鲜的竹荚鱼鱼肉呈现富有光泽的红色，这是由于鱼肉中存在富含亚铁肌红蛋白，这种蛋白会在冷冻和贮藏过程中发生降解，使鱼肉由最初的鲜红色转变成红褐色[20],不同冻结方式下竹荚鱼高铁肌红蛋白含量如图2所示。

图2 冻结方式对竹荚鱼高铁肌红蛋白的影响Fig.2 Effects of different freezing methods on highiron myoglobin of horse mackerel注：不同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)(下同)

由图2可知，螺旋冻结和搁架速冻库冻结组的高铁肌红蛋白含量均高于平板冻结组，这是因为前2种冻结方式均以空气作为传热介质，冻结过程中O2含量充足，更有利于高铁肌红蛋白的形成。盐水浸渍冻结组的高铁肌红蛋白含量最接近对照组，这可能是由于冻结速度快，并且浸没于盐水中隔绝O2，减少了亚铁肌红蛋白氧化成高铁肌红蛋白，从而保持了鱼肉的色泽，徐慧文等[21]研究了盐水浸渍冷冻过程中金枪鱼品质的变化，发现盐水冻结组的肌红蛋白氧化速率慢于空气组，与本实验研究结果一致。

2.3 冻结方式对竹荚鱼质构特性的影响

质构特性是用于表征水产品肌肉品质变化的重要指标。冻结过程中，冰晶的形成使细胞受到一定的机械损伤，导致肌肉纤维变形，从而降低鱼肉的硬度。另外，低温会导致蛋白质变性，使鱼肉的黏着性和胶黏性下降，蛋白质含量的减少会导致鱼肉咀嚼性变差，回复性降低[22]。由表1可知，在硬度、胶黏性、咀嚼性上：螺旋冻结>速冻库冻结>盐水浸渍冻结>平板冻结，黏着性和回复性上：螺旋冻结>速冻库冻结>平板冻结>盐水浸渍冻结。平板冻结是由于冻结过程中，鱼体间相互挤压导致质构特性较差，这与巩涛硕等[23]的研究结果一致。盐水浸渍冻结组的黏着性和回复性最差，与邓敏等[24]的研究结果不一致，可能是由于冻结速率快，表面温度下降快，产生低温断裂导致的。结果表明，螺旋冻结组的质构指标与对照组最接近，说明可以较好保持鱼肉肌肉的质构特性。

表1 冻结方式对竹荚鱼质构特性的影响Table 1 Effects of different freezing methods on texture of horse mackerel

2.4 冻结方式对竹荚鱼脂肪氧化的影响

竹荚鱼的不饱和脂肪酸含量高，即使在很低的温度下也会保持液体状态，在冻结过程中由于冰晶的压力使脂肪酸转移到表层，使其更易被氧化，产生有害物质[25]。MDA则是鱼肉脂肪氧化的二级产物之一，其含量越大，说明鱼肉脂肪氧化程度越高[26]。由图3可知，对照组的MDA含量为0.14 nmol/mg，4种冻结方式的MDA含量均较对照组高且组间存在差异性，说明4种冻结方式均会导致脂肪氧化。其中盐水浸渍冻结的MDA值含量最高，脂肪氧化程度最高，ROMOTOWSKA等[27]的研究也发现在盐水浸渍冻结的大西洋鲭鱼相比未盐浸组的TBA值高，说明盐浸处理加快了鱼肉的脂肪氧化速率。螺旋冻结的MDA含量为0.33 nmol/mg，最接近对照组，这是由于其冻结速率快，冰晶对细胞的机械损伤小，水分流失少，从而减缓了竹荚鱼的脂肪氧化变质。

图3 冻结方式对竹荚鱼MDA含量的影响Fig.3 Effects of different freezing methods on MDAcontent of horse mackerel

2.5 冻结方式对竹荚鱼蛋白质品质的影响

鱼肉冷冻过程中，肌肉纤维蛋白发生的变性及氧化会对鱼肉水分、质地等品质造成损伤[28]。由于半胱氨酸是对氧化最敏感的氨基酸残基之一，因此半胱氨酸残基上巯基的丢失被认为是肉类蛋白质氧化的重要标志，巯基含量越小，蛋白氧化程度越高[29]。蛋白质变性造成蛋白质二级、三级结构遭受破坏，荧光光谱法被广泛用于测定色氨酸等芳香族氨基酸的暴露量指数，从而监测肌原纤维蛋白的构象变化，较低的荧光强度是肌原纤维蛋白质三级结构扩展的标志[30]。巯基和蛋白荧光强度的变化趋势见图4、图5，有研究表明脂类分解的氧化产物对蛋白质氧化及变性有促进作用[31]。盐水浸渍冻结的巯基含量以及蛋白荧光强度最低，其快速冻结速率并没有减缓蛋白氧化，这可能是由于鱼肉蛋白与盐类浓溶液接触，发生盐析作用而导致其变性。平板冻结组因冻结时间较长，肌肉间隙间形成大冰晶，使肌细胞内的肌原纤维被挤压，集结成束，蛋白质反应基相互结合形成各种交联。螺旋冻结组的巯基含量及蛋白荧光强度与对照组最为接近，说明螺旋冻结组可以有效地保持竹荚鱼肌原纤维蛋白的品质。

图4 冻结方式对竹荚鱼总巯基含量的影响Fig.4 Effects of different freezing methods on total proteinsulfhydryl content of horse mackerel

图5 冻结方式对竹荚鱼蛋白三级结构的影响Fig.5 Effects of different freezing methods on proteintertiary structure of horse mackerel

2.6 冻结方式对竹荚鱼保水性和水分迁移的影响

鱼肉的保水性是评价冷冻水产品质量的指标之一，汁液流失会使鱼肉的质量减少，营养成分与风味也会受到影响。汁液流失是由于在冻结过程中冰晶的产生对鱼肉组织产生机械损伤，从而使鱼肉中的蛋白质、淀粉等物质持水能力下降所造成的。由表2中可以看出，螺旋冷冻组的持水力与蒸煮损失最接近对照组；平板冻结组的汁液损失(2.16%)最严重，可能是因为冻结速率慢，生成的冰晶大，导致组织细胞失水严重，且因冷板的挤压导致鱼体表面的水分流失，导致其保水性最差，这与谭明堂等[3]的研究结果相一致。

横向弛豫时间T2的分析曲线上显示3个代表3种水成分的峰，分别为：T2b(<10 ms)代表与大分子紧密结合的结合水；T21(30～100 ms)为固定在肌原纤维结构中的不易流动水；T22(>100 ms)代表肌原纤维外的游离水[30]。T2的大小反映了水与肌肉组织之间的结合力强度，其值越大说明水分流动性越强，峰的面积代表每种水分的相对含量。表3、图6分别表示不同冻结方式下3种水分的T2及相对含量。各冻结组的3种水分的T2均显著大于对照组，说明冻结会导致水分从肌原纤维蛋白中流出。盐水浸渍冻结组、平板冻结组的水分弛豫时间较大，并且自由水的相对含量较多，说明肌原纤维蛋白结构破坏较严重，从而增加了水的流动性，这与表2中保水性的研究结论相一致。螺旋冻结组的水分T2和相对含量均最接近对照组，说明螺旋冻结组可以减少冻结过程鱼肉的水分流失。

表2 冻结方式对竹荚鱼保水性的影响 单位：%

表3 冻结方式对竹荚鱼横向弛豫时间的影响 单位：ms

图6 冻结方式对竹荚鱼各状态水分含量的变化Fig.6 Effect of different freezing methods on waterdistribution of different status of horse mackerel

核磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)可以直观地观察加工过程中鱼肉内部组织的水分分布及迁移情况[32]。相应的伪彩色图像如图7所示，其中红色表示质子信号密度高，蓝色表示质子信号密度低。弛豫时间较短的水在鱼肉样品中占主导地位，即图像亮度越高(趋于红色)，水分流失越少[33]。由图7可以看出，各冻结组的MRI图像相对于对照组的红色区域明显减少，说明冻结过程使水从肌原纤维内逐渐排入肌原纤维间隙中，然后由于汁液损失而流向鱼肉表面。MRI图亮度由高到低依次为对照组、螺旋冻结、速冻库冻结、平板冻结、盐水浸渍冻结。同样证明了螺旋冻结组的保水性优于其他冻结组。

图7 不同冻结方式下竹荚鱼的核磁共振成像图Fig.7 MRI of different freezing methods on horse mackerel

2.7 冻结方式对竹荚鱼微观结构的影响

光学显微镜中观察到的鱼肉组织外存在间隙是由于冰晶引起的机械损伤，通常冻结速度越快，产生的冰晶越小，对鱼肉组织细胞造成的机械损伤越小[34]。图8可以看出，对照组新鲜竹荚鱼的肌肉组织最完整，肌纤维间隙最小。从纵断面的组织结构图可以看出，经过各冻结处理后，鱼肉的肌纤维均发生一定程度的断裂。综合横断面和纵断面的组织结构图，可以看出盐水浸渍冻结组和螺旋冻结组的鱼肉组织状态最接近对照组，这是由于这两组冻结速率快，生成的冰晶小，对肌肉组织破坏小。冻结速率较慢的平板冻结组和速冻库冻结组均出现较大的肌纤维间隙，且平板冻结组的肌纤维断裂明显，可能是由于形成更大的冰晶造成鱼肉肌纤维撕裂。

图8 冻结方式对竹荚鱼微观组织结构的影响(×100)Fig.8 Effects of different freezing methods onmicrostructure of horse mackerel (×100)

3 结论

本文研究了4种快速冻结方式对竹荚鱼水分、组织变化、蛋白脂肪氧化3个方面品质上的影响。结果表明，平板冻结、搁架速冻库冻结2组的冻结速率较慢，导致肌纤维结构破坏严重，鱼肉品质下降，不推荐使用；盐水浸渍冻结耗时最短，但因鱼体与盐水直接接触，鱼肉保水性较差，蛋白质变性和脂肪氧化程度较高，因此并不是最优的速冻方式，若要利用这种冻结方式速度快的优点，则建议采用贴体包装后再进行不冻液冻结；螺旋冻结组的冻结速率较快，且保水性、质构特性、蛋白质脂肪氧化等品质最接近对照组，肌纤维破坏较小，可以较好保持鱼肉品质，是推荐的竹荚鱼冻结方式。