简述冷冻及缓化对原料肉品质影响的研究进展

刘 兵 马宗欣 邵智博

哈尔滨大众肉联食品有限公司 黑龙江哈尔滨 150080

通过对原料肉冷冻延长原料肉货架期的技术，已经比较成熟，并且在过去几个世纪冷冻技术已经得到大幅度提高。冷冻技术在肉类行业起着至关重要的作用，通过冷冻技术，可以确保使原料肉安全地供应世界各个地方。尽管如此，原料肉冷冻及缓化过程简称冻融，也存在很多问题，包括缓化后水分损失、蛋白质及脂肪氧化、颜色及嫩度等的改变。

因此，本文综述了冻融对原料肉品质影响的多种结果，以期为解决原料肉冷冻及缓化生产过程中产生的问题，提供一定的理论参考。

1 冻融对原料肉品质的影响

1.1 水分的影响

冷冻及解冻能改变原料肉的水分含量及分布状况，水分作为原料肉重要的品质特性，可通过多种方法检测，包括浸出物损失、解冻损失、蒸煮损失、水的结合力及总含水量，Huff-L.E[1](2005)研究表明因为原料肉在尸僵过程中，三磷酸腺苷(ATP)的损失，从而使原料肉细胞溶液中pH值降低，当接近蛋白质等电点时，肌原纤维收缩的细胞结构的改变，使原料肉中的自由水及不易流动水不可避免的损失，并且这些减少的水分被重新分散在肌浆及细胞外间隙当中。冻融是影响积液渗出重要因素之一，原料肉渗透损失随着冷冻时间的增加而增加，Aón,M.C[2](1980)研究表明，当冷冻时间超过19.5min以后时，渗透损失停止；Gonzalez-S.S[3](1985)研究表明，这种迹象是因为肌细胞梯度冷冻过程中形成冰晶的尺寸及分布所导致的；而Grujic',R[4](1993)在解冻率与渗出损失有不同的观点，他认为当原料肉解冻温度在-5℃与-1℃之间，解冻时间在50min以下时，原料肉解冻损失降到最低，这种结果主要归因于肌细胞外小冰晶的溶化提高了水分活度，水分又通过细胞膜渗透被失水的肌肉纤维重新吸收，因此，大部分学者认为，增加水分利用率超过水分吸收率及水分渗出率，从而增加解冻效率；Huff-L.E[1](2005)提出通过短时间快解冻率，从而间接减少渗出物形成；Ambrosiadis I[5](1994)报告指出通过将冷冻肉浸没在水中，可以加快原料肉解冻，并降低浸出物损失，此外Ambrosiadis I后期发现通过微波解冻方法比冷冻28h肉自然解冻方法，更能减少解冻过程中浸出物损失。

总之，冷冻储藏及缓化均能降低原料肉的持水力这一结论已经被大众认可[6，7]，有研究表明原料肉肌纤维蛋白结构的变化是导致持水能力损失的主要原因，并且证实了，这些损失水分主要来自肌浆蛋白，并且Savage A.W[8](1990)提出原料肉保水能力的减弱主要是肌原纤维结构的破坏及肌浆蛋白变性，冷冻新鲜肉及解冻肉通过熟制加工，熟制损失差异不是特别明显[9]，这主要是因为，原料肉在熟制过程中，脂肪融化流失、蛋白质变性，肌浆蛋白保水保油的能力降低，从而产生水分损失。

1.2 蛋白质变性

传统的观点认为，在冷冻过程中，由于细胞内离子强度随着水向细胞外迁移而增加，从而导致蛋白质变性。Mietsch F[10](1994)和Ngapo T.M[7](1999)认为蛋白质变性不会导致质量损失，因为他们发现，从新鲜样本和那些被速冻并立即解冻的样本中收集的蛋白质数量和组成没有显著差异。其中一些作者还使用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS PAGE)、毛细管凝胶电泳(CGE)和差示扫描量热法(DSC)研究了蛋白质渗出样品的组分，发现上述组分之间没有显著差异。并且这些作者也指出，样品储存的时间和温度可能影响了所获得的结果。Wagner J.R[11](1985)用DSC热图分析了肉类样品的变性蛋白质发现，肌球蛋白是受冷冻影响最大的蛋白质。肌原纤维蛋白的变性与冷冻速率无关，这导致了蛋白质重组后，焓值降低。通过比较DSC热分析图、焓变和ATP酶活性的数据分析，缓慢冷冻比快速冷冻能够引起更明显的蛋白质变性。Benjakul S[12](2003)发现，冷冻和冷冻贮藏导致Ca2+ATP酶活性显著降低、Mg2+-EGTA-ATP酶活性增加，这转化为肌球蛋白和肌钙蛋白-原肌球蛋白复合物变性，并且他们还发现了蛋白质氧化(羰基的形成)和蛋白质变性之间的相互作用。

1.3 脂类及蛋白氧化

原料肉冷冻及储存的最终温度决定了原料肉中参与脂类及蛋白氧化的流动水总量，Petrovic' L[13](1982)发现即使原料肉冷冻及储存温度高于-20℃情况下，原料肉中的生化反应还在继续产生，因为在这种温度情况下，原料肉中仍有足够的流动水供生化反应发生。Estévez M[14](2011)证实冷冻储存原料肉最适合温度为-40℃，因为这个温度既可节约能耗又能使原料肉中的流动水含量达到最低。并且这小部分水与原料肉中其它成分相结合，参与化学反应较少[15]。有研究表明原料肉冷冻过程中，部分水的冷冻间接的引起肌细胞内外的溶质浓度提高，从而增加了化学反应的产生[16]，同时原料肉冷冻过程中由于水分产生的大冰晶，破坏肌细胞膜使线粒体酶、溶酶体从肌浆中释放出来[17]。

原料肉在冷冻储藏的过程中，由于有少量流动水的存在，初级脂类氧化就已经发生了。Owen J.E[18](1975)通过实验发现解冻前不饱和脂肪酸的氧化，使原料肉的颜色、气味、味道及安全性降低。并且Nesvadba P[19](2008)与Singh R.P[20](2001)证明了这个现象，他们在冷冻储存货架期的研究中，发现原料肉在冻缓过程中会加速原料肉中的脂肪氧化。一般通过检测硫代巴比妥酸含量(TBARS)方法测定脂肪次级代谢产物，这些次级代谢产物能够使原料肉变质及产生刺激性的风味，Vieira C[6](2009)通过测定TBARS方法测定不好的风味，发现-20℃条件下，储存90d冷冻肉产生不好的风味种类比新鲜肉多，并且检测结果显示原料肉冷冻储存不能完全阻止脂肪氧化产生。Benjakul S[21](2001)也发现冻融过程能加速肌肉组织过氧化值增加，原因是原料肉冷冻过程中产生的冰晶使细胞膜破坏，促氧化剂被释放氧化出来，加速脂类氧化。有足够的证据指出脂肪氧化主要发生在肌细胞膜层面，并不是在小部分甘油三脂层面上。

蛋白质氧化与多种因素有关，例如氧化脂质、氧化酶等。Xiong Y.L[22](2000)认为丙二醛是蛋白质衍生物反应形成羰基作为替代物之一，并且Rowe L.J[23](2004)发现原料肉中蛋白质氧化的发生，促使原料肉食用性、剪切力及保水性降低、风味及颜色变差，这些改变部分是由活性氧化自由基攻击蛋白质后，蛋白质通过共价或非共价键重新形成蛋白聚集体引起的。蛋白质氧化还包括氨基酸分解、蛋白质重组、表面疏水性增加、蛋白质交联，这些都是蛋白质羰基化的原因[24]。

研究表明冻融引起肌肉细胞微观结构破坏，从而细胞中的线粒体酶、溶酶体、血红素及一些氧化因子等被释放出来，促进蛋白质发生氧化反应。Liu G,Xiong[25](2000)证实了原料肉中发生氧化反应的这些氨基酸主要来自肌原纤维蛋白，其占整个肌肉总蛋白含量的55%～65%。并且由于原料肉蛋白氧化形成不稳定的蛋白网，导致蛋白硬度增加、持水能力减弱、可溶性蛋白损失。肌原纤维蛋白氧化，使肌动蛋白与肌球蛋白重新聚集并凝结，肌纤维间隙缩小，从而使原料肉持水能力减弱。并且肌纤维间隙缩小间接使细胞间空间增大，从而降低持水能力，因此原料肉中水做为渗出物被释放出来[26]。

1.4 颜色影响

原料肉冻融后的颜色变化，可通过凝胶电泳对渗出液中的肌红蛋白进行检测[27]。蛋白变性促使肌红蛋白对自然氧化敏感性的增加，表现出初期的最佳颜色后随之减弱。这一理论已经证实，通过比较原料肉在冻融过程中的亮度和肌红蛋白抗氧化的能力，来验证Abdallah M.B[28](1999)与Livingston D.J[29](1981)等提出存在一种能够将蛋氨酸肌红蛋白还原为肌红蛋白的酶系统，称为肌红蛋白还原活性(MRA)。该理论认为，原料肉初期的氧化反应形成的氧合肌红蛋白，使原料肉保持了鲜亮的颜色。然而随着原料肉的放置时间增长，MRA的活性降低。由于MRA和辅酶因子，NADH参与MRA无关的反应所使用，这些都将加速原料肉氧化反应和光泽的损失。β-羟基酰基辅酶脱氢酶(HADH)在线粒体细胞质冻融过程中被释放，这种酶利用NADH，从而导致MRA的更快失活[30]。

所有形式的氧化都被认为是相互关联的。当脂质氧化开始时，会促使含氧肌红蛋白反应的促氧化剂的形成，进而导致氧化肌红蛋白的形成[31]。因此，通过冷冻储存间接加大脂质氧化速度，最终导致肌红蛋白氧化的速度增加，使MRA在抗氧化方面变得不那么有效，使原料肉在冷冻后，颜色稳定性下降得更快。

1.5 pH值影响

原料肉经冻融后的pH值往往低于原料肉冻融之前的pH值[32]。由于原料肉的pH值是通过测量肌浆溶液中氢离子(H+)含量的得出，原料肉在冻融后，由于蛋白质氧化变性，释放出氢离子，从而导致原料肉pH值的降低。并且肉类组织中汁液的流失可能会导致溶质浓度的增加，从而导致pH值的降低。

1.6 嫩度影响

原料肉的嫩度，可通过测量峰值力显示出来，有研究表明原料肉的嫩度，会随冻融时间增加而增加[33]。并且还发现，原料乳嫩度的变化，与冷冻储藏时间的长短及原料肉在冷冻前蛋白质氧化变性的程度有关。当原料肉在冷冻前蛋白质完全氧化变性，冷冻对原料肉嫩度的影响变得不相关。

大众认为，嫩化的机制是蛋白质分解、氧化酶分解肌肉蛋白，或者是由于冷冻过程中肌细胞中冰晶形成而导致的肌细胞结构破坏，蛋白酶的释放来加快氧化的速度导致嫩化。从嫩度的感官评估中可知[34]，在冻融样品肉与冷鲜肉相比过程中，发现了较低的峰值力。在这种情况下，感官小组评定经过冻融的原料肉的鲜嫩程度明显低于单纯冷冻肉。这一感官结果是由于解冻过程中原料肉汁液的流失，导致肌肉纤维的持水能力减弱，因此剪切力的减少是由于冰晶形成导致膜强度减弱，进而减少了剪切肉所需的力。

1.7 微生物影响

冷冻和解冻都不会减少原料肉中存活微生物的总量。但是原料肉在冷冻过程中，微生物使原料肉腐败程度被有效地降低，因为在低温情况下大部分微生物处于休眠状态。不好的方面是微生物在解冻过程中恢复了活性[35]。由于解冻的过程比冷冻慢得多，且原料肉解冻各个部位温度不均一，使解冻肉的某些暴露部位达到微生物适合生长温度，这是原料肉自然解冻的微生物生长主要原因。由于原料肉冷冻及解冻过程中，产生的温度变化、水分、蛋白质、维生素及矿物质为微生物生长提供有利条件，因此，冷冻肉要想达到冷鲜肉鲜嫩效果，需要更好的卫生条件及处理方式[36]。

2 结论及展望

通过生产高品质原料肉，满足消费者需求，为食品加工厂增加效益，同时也推动整个肉类行业的发展，并且随着全球原料肉贸易总量的增加，生产能力与消费需求差距逐渐增大，猪肉、牛肉及鸡肉的需求量在逐渐增大，冷冻及缓化技术还需要进一步的提升及改善，才能满足未来的肉类市场需求。近几年由于经济的发展需求，原料肉冷冻及缓化技术虽然有一定的提升，如超低温速冻、超声辅助缓化等新技术应用，改善了原料肉冻融缺点，但因成本预算的提升，新技术仍不能大范围的推广，原料肉冻融后水分损失、蛋白氧化等不利因素，仍不可避免，因此有必要对原料肉冷冻及缓化做进一步的研究。