不同腌渍条件下金枪鱼肉的热物性及解冻速率研究

邱浩冉 郑钰倩 陈祥庆 焦阳

摘要：腌渍对延长水产品保质期和保持其品质具有重要意义，腌渍后水产品的冷冻后解冻工艺需根据原料热物性变化进行探索。以黄鳍金枪鱼为研究对象，将鱼片在质量体积分数为0.00%（对照）、1.44%、2.88%、5.75%与11.50%的NaCl水溶液中腌渍2 h，测定其不同温度下的密度、比热容、热导率与介电特性，并分别进行冷藏解冻与射频解冻。结果表明：随着盐水中NaCl质量体积分数增大，鱼肉密度先减后增，比热容和热导率逐渐降低，介电常数与介电损耗均逐渐升高；腌渍后金枪鱼的冷藏解冻与射频解冻的速率均随NaCl水平增加而降低，射频解冻速率远高于冷藏解冻；冷藏解冻的均匀性优于射频解冻，而射频解冻均匀性随NaCl水平升高有所改善。研究结果为腌渍金枪鱼的射频解冻工艺探索打下了基础，未来可进一步改善均匀性以提高解冻品质。

关键词：盐水平；冷藏解冻；射频解冻；解冻速率；均匀性

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0630

中图分类号：TS254 文献标志码：A 文章编号：10080864（2024）01015409

金枪鱼（Thunnus）又称鲔鱼，多分布在太平洋、大西洋和印度洋的热带、亚热带和温带广阔水域[12]，常见品种有蓝鳍金枪鱼、黄鳍金枪鱼、马苏、大目金枪鱼和鲣鱼[3]。金枪鱼营养丰富，且含有丰富的多不饱和脂肪酸，如EPA（二十碳五烯酸，eicosa-pentaenoic acid）和DHA（二十二碳六烯酸，docosahexaenoic acid），对心脑血管疾病有一定的预防作用，可以促进人体生长发育和增强自身免疫力[4]。金枪鱼占全球海洋渔业的20%，是世界远洋渔业中最重要的作业鱼种[5]。近年来，人们对于新鲜及冷冻金枪鱼的需求日益增长[6]。我国金枪鱼鱼肉消费方式更为广泛，寿司、生鱼片、调味品或罐装食品等颇为丰富[7]。为长期保持金枪鱼鱼肉的高新鲜度品质，常将其深冻保存在-60 ℃[8]。

腌渍是一种传统有效的保存手段，早在20世纪五六十年代就广泛应用于猪肉、鸡鸭肉、水产品中。水产品易于腐败变质，腌渍处理在延长保质期和保持水产品品质方面起到重要作用，是贮藏水产品的主要手段。在腌鱼类产品中，腌制金枪鱼是日本最受欢迎的即食生鱼产品之一，腌制后金枪鱼鱼肉口感独特且风味增强[9]。Jiang等[9]研究了12种冻融金枪鱼肉在腌制过程中组织微观结构的变化以及腌渍对其颜色、质构、持水力与营养成分及蛋白质的影响，结果表明，腌渍处理会影响水产品冷冻过程中细胞内冰晶的形态大小、分布位置及蛋白质性质等，从而减少食品内部微观结构损伤，提高食品品质。将金枪鱼肉腌渍后再进行冷冻保存是一种良好的储存手段，因此，冷冻后的解冻过程对其品质的影响极为关键，应全面考虑解冻时间、介质温度等因素，以抑制微生物的活动，更好的保持鱼肉的品质[10]。

解冻方式按机理一般可分为外部解冻和内部解冻2种：外部解冻指依赖于与外部热源和介质通过热传递达到解冻目的；内部解冻指运用其他生热方式在食品内部产生热量进行解冻。传统解冻方式一般为外部解冻，如自然解冻、冷藏解冻、静水/流水解冻、温盐水解冻等。4 ℃冷藏解冻后，鱼肉蛋白和脂肪氧化程度均较低，微观组织均较紧密完整，鱼肉品质得以良好保持[11]，此种解冻方式简单易行，但耗时长且难以调节解冻速率。近年来，新型解冻方式运用内部解冻机理，多通过不同频段的电磁场对冻品进行快速解冻，此种方式不依赖于热源温度，能量转化效率高。电磁场解冻虽可通过调节功率的方式调节解冻速率，但由于各频段电磁波穿透能力、样品尺寸、形态、成分的不同，常导致样品解冻不均匀。常见的内部解冻方式包括超声波解冻、欧姆解冻、微波解冻、射频（radio frequency，KF）解冻、高压静电场解冻等。其中，超声波解冻能够显著减少解冻时间，解冻后样品的微生物和品质指标与水解冻没有显著性差别，但存在表面过热问题[1213]；欧姆（通电）解冻效率较高，但需要样品与电极直接接触，适用范围有限[14]；微波解冻由于波长较短，穿透能力较差，也存在局部过热问题，不能满足工业化水产及肉类高品质解冻需求[1516]；高压静电场解冻是运用50 kV 以上高压静电场及产生的电晕风对冻结食品产生加热及非热效应，从而快速解冻物料，但解冻速度仅能达到室温解冻的2倍左右，因此解冻效率提升范围有限[1718]。

射频是一种频率范围为0.3～300.0 MHz的电磁波，其中用于食品加工最常用的频率为13.56、27.12和40.68 MHz[19]。射频加热是通过离子位移和偶极子旋转的组合来实现的。食品的射频加热过程即将物料放置于2块平行电极板中间，在极板间施加电场使得电磁能转换为热能，从而使得物料温度升高[20]。介电特性是控制射频波与食物之间相互作用的物理特性。食品介电特性的影响因素包括温度、电磁场频率、食品组成成分、体积、密度等[21]。Llave等[6]研究了射频解冻金枪鱼块，发现比传统的方法节省了50%以上的时间，当极板大小与金枪鱼块尺寸相近时，加热均匀性最好；Farag等[22]采用27.12 MHz射频波解冻4 kg大块牛肉样品，发现相比于传统方法，射频解冻时间大大缩短且样品表面温度更加均匀。王亚盛[23]研究发现，冷冻鲅鱼射频解冻后品质优于微波解冻和传统解冻方法。与微波相比，射频波波长较长、穿透性好、加热效率高、可控性好，且已有部分提升加热均匀性的有效方案开发，具有工业化潜力，可作为肉类及水产品解冻的优选方案。

金枪鱼的热物理特性随盐水平及解冻温度变化对于腌渍的金枪鱼射频解冻速率及均匀性影响研究具有重要意义。因此，本研究探究了不同盐水平腌渍金枪鱼其热物理特性方面的影响，比较了不同盐水平处理后的金枪鱼样品在冷藏解冻与射频解冻下的解冻速率以及温度分布均匀性，分析两者之间的差异，以期为射频解冻工艺在腌渍金枪鱼乃至其他水产品的研究和应用提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

原料为福建省连江县生产的冷冻黄鳍金枪鱼（Thunnus albacares）背部肌肉鱼片，2021 年10 月18日购于上海峥嵘农副产品有限公司，单独包装于24 cm× 10 cm× 3 cm 聚乙烯密封袋中，实验前在-60℃冰箱冷冻保存待用。NaCl（AR分析纯），上海爵智科技发展有限公司。

1.2 仪器与设备

A655sc 型科研型红外热像仪，美国FLIRSystems公司； Q2000型差示扫描量热仪，美国TA公司；JR-12 型绞肉机，广州尚喜厨电器有限公司；KD2 Pro型土壤热特性分析仪，北京力高泰科技有限公司；PAL-SALT 型手持式盐度计，日本ATAGO公司；HHS-2型数显恒温水浴锅，鼎鑫宜仪器制造有限公司；N1501A型开放式探头，美国Agilent Technologies 公司；E5071C 型矢量网络分析仪，美国Agilent Technologies 公司；SC-10 型油浴锅，北京万瑞固德科技有限公司；XF-Z8型制冰机，河南新飞电器股份有限公司；BCD-610W型冰箱，西门子（中国）有限公司。

1.3 样品制备

将购买的大块金枪鱼肉切割分成20 cm×8 cm× 3 cm的长方体，切分后置于4 ℃冰箱中解冻。解冻后样品再次分割为尺寸为3 cm×3 cm×0.5 cm的长方体，放入容器中于4 ℃冰箱中冷藏备用。分别配制质量体积分数分别为0.00%（对照）、1.44%、2.88%、5.75%和11.50%的NaCl水溶液作为腌渍液，样品与腌渍液体积比例为1∶3，于4 ℃环境下腌渍2 h。

取不同盐水平腌渍处理的金枪鱼鱼肉块，每6块为1组放入塑料容器（12 cm×10 cm×4 cm），每个处理3组平行，共15组，其中3组为对照。为有效降低鱼肉的菌落总数，将鱼肉连带容器放入设定温度为-22 ℃的冰箱冷冻24 h，得到初温为-20 ℃的样品[24]，用于后续解冻试验。

1.4 密度的测定

采用排水法[25]测定不同腌渍处理样品的密度（kg·m-3）：将腌渍后的样品取出沥干表面水分，再采用排水法进行测定。

1.5 比热容的测定

采用差示扫描量热法[26]测定各腌渍处理样品的比热容（Cp）。将腌渍后的样品取出，沥干表面水分后取少量的鱼肉放入铝制坩埚并稍按压平整，盖上坩埚盖将其放入压封装置的坩埚槽内进行紧密封压，密封后置于4 ℃冰箱中冷藏备用。测定时，将样品与参比坩埚同时放入差示扫描量热仪中，量温度：-30～30 ℃，升温速率：1 ℃·min-1。

式中，Csp p 为样品比热容，J·g-1·K-1；mcal 为标准物质质量，mg；msp为样品质量，mg；Pspecimen为样品热流，mW； Pblank 为空白热流，mW； Pcalibration 为标准物质的热流，mW； Ccal p 为标准物质比热容，J·g-1·K-1。

1.6 热导率的测定

采用探针法[27]测量腌渍样品的导热系数。将切成小块腌渍后的样品放入绞肉机中搅成肉泥状，装入半径为3 cm、高为10 cm 的圆柱体容器中，过程中注意排气。将样品放入-22 ℃冰箱冷冻24 h后由表面钻孔至几何中心，再放入-22 ℃冰箱冻藏24 h。测定时取出样品，在孔中插入温度探针，在室温下使其自然升温，采用热特性分析仪测定不同浓度腌渍的金枪鱼样品在-20～20 ℃范围内的热导率变化。

1.7 介电特性的测定

介电特性包括介电常数和介电损耗，使用开放式探针连接网络分析仪进行测量[28]。将样品装入自制带保温夹层的容器中（d=2.5 cm， h=10 cm），连接到油浴循环系统，在控制温度下测定其介电特性。频率范围为2～302 MHz，温度范围-25～30 ℃，每5 ℃间隔采样1次，待温度稳定5 min后记录结果。介电常数表示存储电场能量的能力，介电损耗表示损耗电场能力，如公式（2）所示。

1.8 冷藏解冻

腌渍后的样品用擦拭纸擦去表面水分，18块样品分3组。在冷冻前预先将光纤传感器插入孔中，孔径1.5 cm，置于-22 ℃冰箱进行冷冻，正式实验时将样品放入4 ℃冰箱冷藏解冻至-4 ℃，记录解冻过程中样品中心温度。解冻后快速将样品移至红外热像仪镜头下方，对焦后迅速拍照并记录解冻后样品的表面温度分布情况，试验重复3次。

1.9 射频解冻仿真

采用COMSOL Multiphysics （COMSOLMultiphysics 5.2，Burlington，MA，USA）多物理场耦合有限元软件为平台建立三维模型研究腌渍金枪鱼的射频解冻过程。基于40.68 MHz、400 W的小型射频解冻设备（图1）模拟不同腌渍处理冷冻金枪鱼样品的射频解冻过程，仿真参数如表1所示。

将冷冻至-20 ℃的金枪鱼放置在射频解冻炉的中心位置，在样品中心插入荧光光纤传感器以同步记录金枪鱼解冻过程中的温度变化，当鱼肉中心温度达到-4 ℃时停止解冻，并使用红外热像仪拍摄记录鱼肉解冻后的表面温度分布，分析其解冻速率与温度分布均匀性。

1.10 数据分析

实验中的数值均进行了3次平行测定，结果表示为平均值±标准偏差。使用SPSS StatisticsV22.0软件进行t 检验，并使用Origin Pro 2019绘制图表。

2 结果与分析

2.1 腌渍处理对金枪鱼的热物理特性的影响

2.1.1 金枪鱼密度变化 不同腌渍处理鱼肉中盐含量如图2所示，随着盐水平增大，金枪鱼鱼肉中的盐含量显著升高（P<0.05）。鱼肉本身盐含量约为0.43%，当11.50%盐水腌渍处理时，鱼肉中心位置盐含量达5.47%。

由图3可知，金枪鱼样品密度随盐水平增加呈现先增加后减小的规律，其中2.88%盐水腌渍的鱼肉的密度最小，约为1.05 kg·m-3。4组实验组与对照组均有显著性差异（P<0.05），但1.44%与5.75%处理组间无显著性（P>0.05）差异。

2.1.2 金枪鱼比热容变化 如图4所示，不同腌渍处理的金枪鱼的比热容随温度变化的趋势呈现倒U型。不同腌渍处理的金枪鱼的比热容存在一定的规律，随着盐水平增加，比热容有所减小，尤其是峰值明显降低，整体曲线呈左移的规律。在-30～0 ℃温度范围内，随着盐水平增加，比热容有所增加，11.50%盐水处理的金枪鱼比热容最大，对照组的比热容最小，说明单位质量金枪鱼升高单位温度所需的能量最多，对照组则相反；在0～10 ℃范围内，随着盐水平增加比热容值减小；在10～30 ℃范围内，5组样品的比热容无显著变化。

2.1.3 金枪鱼热导率变化 如图5所示，不同腌渍浓度处理的金枪鱼样品都呈现相同的规律：在0 ℃以下，热导率随温度的升高而增大，在0 ℃左右达到热导率峰值，而后迅速下降，在0 ℃以上随着温度增加缓慢增长。产生此规律的原因可能是：在冻结点以上时，鱼肉内部的水对热导率影响较大，水的热导率随着温度降低而降低；在0 ℃附近水发生相变结成冰，冰的热导率远大于水，这是导致金枪鱼的热导率在0 ℃左右发生突变的主要原因。此外，随着盐水平的增加，金枪鱼样品的热导率降低，并且盐水平越大，热导率越低。

2.1.4 金枪鱼介电特性变化 金枪鱼块经腌渍后，鱼肉内部组成成分发生了变化，鱼肉介电特性随之产生了相应的变化。由图6可知，随着盐水平的增大，金枪鱼的介电常数和介电损耗因子均升高，且11.5%盐水处理时，介电常数与介电损耗明显增大（表2）。介电常数与介电损耗随着盐水平变化的规律与Mao等[29]的结果一致。

2.2 腌渍金枪鱼解冻速率与表面温度分布

2.2.1 腌渍金枪鱼冷藏解冻速率及表面温度分布 将冷冻后的样品进行4 ℃冷藏解冻，至冷点位置到达-4 ℃停止解冻。解冻速率如图7所示，随着盐水平的增加，解冻速率减小，达到终温-4 ℃所需要的时间增加。对照组与1.44% 盐水处理的样品解冻时间相近，约为75 min，而11.50%盐水处理的样品达到终温-4 ℃所需时间为225 min，解冻时间相差约3倍。这与腌渍金枪鱼肉的比热容在-30～0℃范围内随盐水平增加而增加，而热导率随盐水平增加而下降有关，导致了解冻过程中热扩散率的显著降低。

由图8可知，经过不同盐水平处理后的金枪鱼鱼肉经冷藏解冻后，整体温度分布较为均匀，但随着腌渍液水平升高，温差有所增加。样品中心温度达到-4 ℃时，冷藏解冻的样品表面最高温度均在0 ℃以上。从标准差（表3）来看，各组样品的标准差较为接近，由此可见冷藏解冻均匀性较好。

2.2.2 腌渍金枪鱼射频解冻速率及表面温度分布均匀性 运用COMSOL Multiphysics 多物理场有限元分析软件，对不同处理腌渍的金枪鱼样品进行射频解冻仿真，其解冻速率如图9所示。结果显示，随着盐水平的升高，解冻速率有所减缓，该结果与Llave等[30]的研究结果一致。

如图10所示，在射频解冻后，部分样品由于存在局部边角过热现象，射频解冻的均匀性整体比冷藏解冻略差。尤其是低盐水平腌渍的金枪鱼样品，如对照组与1.44%腌渍组，解冻后样品中心温度处于-5～0 ℃之间，而边角位置已达5～10 ℃左右，在Huang等[31]研究中均出现了此现象。反之，高盐水平腌渍处理的样品如2.88%、5.75%与11.5%，边角温度约为0～5 ℃左右，但其高温面积较大，影响了整体加热均匀性。

3 讨论

本文研究了不同腌渍处理对金枪鱼肉热物理特性的影响，对比分析了冷藏解冻与射频解冻2种方法解冻腌渍金枪鱼的解冻速率与温度分布均匀性，发现随着盐水平增大，鱼肉的密度先减后增。前期金枪鱼密度减小可能是由于一部分的氯离子被束缚在肌原纤维间，增加了负电荷引起的静电斥力，导致肌原纤维膨胀，三维结构松弛[32]，使得鱼肉的保水性增加，导致鱼肉中含水量高。随着盐水平增加，渗透压导致肌纤维发生收缩，降低了鱼肉的持水能力，导致金枪鱼肉的含水量减少，与2.88% 盐水处理的样品相比，5.75% 与11.5% 盐水腌渍处理的鱼肉样品的密度有所升高。因此，腌渍液水平会影响鱼肉的持水能力，从而影响其密度。

在-30～0 ℃，随盐水平增大，鱼肉比热容逐渐增大。鱼肉的比热容与其盐含量关系密切，影响比热容的主要原因是腌渍过程中盐分的渗入改变了鱼肉组织水合作用。鲁长新[33]研究发现，在鲢鱼组织中添加盐分后，表观比热逐渐降低，但是当鱼肉完全冷冻后即-30 ℃时，表观比热有所升高。在鱼肉组织冷冻保存过程中，盐分不仅改变了鱼肉组织系统各组分的比例，同时与组织中水分等以离子键形式结合改变组织中的水合作用，从而影响组织的表观比热[34]，与本文研究结果相符。

在-30～0 ℃，随腌渍液水平增大，热导率逐渐减小，这与有关含盐量对粉质黏土热导率影响的结果一致，添加盐分会改变物质的周围的双电层从而产生絮凝作用，从而降低其热导率[35]。此外，随着水平的递增，NaCl 溶液的导热系数逐渐降低[36]。金枪鱼肉原本内部水中的盐含量低，在高盐水平腌渍液中浸泡后，腌渍液中的盐分会不断渗入鱼肉组织内部，导致鱼肉内部的盐含量不断增高，最终导致导热系数低的盐溶液逐渐取代原来组织中导热系数高的水分，使得金枪鱼鱼肉内部的水分盐含量增加，产生热导率降低的现象。

随着盐水平增大，介电常数有显著升高。这是由于水分子是典型的偶极子，也是食品中的主要组成部分。鱼肉中水分含量随盐水平升高而升高，使得电容特性增强，反映为介电常数增加[37]。介电损耗增大主要是因为不同盐水平产生的差异，盐水平越大，鱼肉中离子含量增大，从而使得鱼肉的电导率增大，样品的离子损失显著增加，因此介电损耗增大。而水的加入使得偶极子的含量增加，极化能力增大，因而介电损耗也随加水率的增大略有增大[37]。此外，随着腌渍液水平的增加，金枪鱼的介电常数与介电损耗的差值越来越大，盐水平低时，两者差值较小，在11.50%盐水处理时，两者差值相差10倍，这将对后续的解冻均匀性造成一定影响。

冷藏解冻与射频解冻2种方式的解冻速率均随盐水平升高而逐渐降低，射频解冻速率远高于冷藏解冻。Fattahi等[38]使用欧姆加热技术解冻金枪鱼，发现在电压为50 V的条件下，解冻速率随盐水平上升而减慢。相关研究表明，介电常数和介电损耗的值越接近，加热速率越高[39]。添加盐分增加了损耗因子和介电常数之间的差值，同时介电损耗增大会降低穿透深度，这也会导致样品中的加热速率降低。根据介电特性的测定结果可知，腌渍液水平越高，介电常数与介电损耗的值相差越大，尤其是11.50%盐水腌渍处理的样品，其介电常数在50～250，而介电损耗在250～3 500，介电常数与介电损耗之间的差值过大会使得电磁波的穿透深度变小，加热效率变低，这也预示了金枪鱼经过高水平腌渍液处理后，其射频解冻速率降低。

冷藏解冻均匀性随盐液水平升高略有下降，而射频解冻均匀性随盐液水平升高有所改善，盐水平为2.88% 与5.75% 时金枪鱼解冻均匀性较好，为1.44% 和11.50% 时金枪鱼解冻均匀性次之。这是由于随着盐水平升高，介电常数与介电损耗之间的差值逐渐增大，冷点位置到达目标温度的时间延长，降低了解冻效率。在解冻效率降低后，原本过热的区域进一步扩大，导致了解冻均匀性下降。因此，过低和过高的盐水平都可能造成局部温度过高或高温区域面积过大，适中的处理水平使得金枪鱼样品具备较好的解冻均匀性。综上，盐含量对腌渍金枪鱼的解冻速率及均匀性均有显著影响，射频解冻在水产品及其腌制品的解冻中具有良好的应用潜力。

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（责任编辑：温小杰）