冷冻解冻对生鲜肉品质的影响及其新技术研究进展

　　摘要：冷冻是生鲜肉类贮藏和运输过程中常用的保鲜手段，但冷冻、解冻及反复冻融会加速肉中的脂质氧化及蛋白质氧化等，进而对肉品的色泽、嫩度、保水性等品质造成影响。本文分析了冷冻解冻及反复冻融对生鲜肉品质的影响，探讨了其影响机制，并对国内外冷冻解冻的新兴技术进行了总结，以期对我国肉类产业的冷冻解冻技术提供指导，并为冷冻产品品质控制及新型冷冻、解冻技术的开发提供理论指导和研究方向。

　　关键词：冷冻；解冻；反复冻融；肉品品质

　　冷冻肉是国家储备和调节肉制品市场的重要筹码，是肉类产品在进出口贸易和国内地区间流通的主要产品形态，在现代肉及肉制品加工工业中起着至关重要的作用。冷冻是最古老和最广泛使用的食品保存方法之一，它能较好地保存肉品的口感和营养价值。但随着冷冻时间的延长，肉品的品质会下降。这种下降与冷冻、解冻过程相关，主要影响因素包括冷冻解冻速率、方法以及冷冻贮藏过程中的温度波动。

　　在冷冻贮藏期间，冰晶会破坏肌肉细胞，从而造成肌肉组织的机械损伤和品质下降。因此，冷冻产品内部冰晶的数量、大小和分布影响产品的质量。而冰晶的形成由冷冻成核和核的生长两个阶段组成，成核速率和冰晶生长以及两者之间的关系决定了冰晶的大小和分布。缓慢冷冻会在细胞的胞外区域产生体积较大的冰晶，而快速冷冻则在整个组织中产生均匀分布的小晶体。因此，为保持冷冻产品的质量必须加快其冷冻速率。在解冻过程中，肉制品会受到物理化学及微生物作用的破坏。为了确保食品质量，需要在低温下快速解冻以避免温度显著升高和产品过度脱水。

　　传统的冷冻、解冻方法有：鼓风冷冻、空气冷冻、自然空气解冻、水浸融化等，这些冷冻解冻方式通常会对肉品品质造成严重的不利影响，如肉品嫩度、肉色等的劣变及脂肪氧化加重等，这些不利影响在很大程度上降低产品的食用品质与价值，给企业造成巨大的经济损失。因此，肉类产业急需开发效率更高、效果更好的冷冻、解冻新技术，以保证冷冻肉品的品质，为肉类产业的发展提供技术支撑。

　　目前已有很多学者对冷冻、解冻对肉品品质的影响进行了研究，新兴的冷冻、解冻技术也在持续研发中，但是研究结果并未及时进行系统总结。为了促进冷冻、解冻技术的发展及其在肉类产业中的应用，本文将从冷冻、解冻及反复冻融对肉品品质的影响及冷冻、解冻新技术两个方面进行总结分析，希望能为我国肉品产业冷冻、解冻技术的选择提供方案，并探讨分析冷冻解冻及反复冻融对肉品质的影响机制，为相关研究提供研究思路。

　　与冷藏相比，冷冻能抑制大多数微生物的生长繁殖、降低酶活性、延长货架期、更好地适应全球肉类商业化的进程，但冷冻过程中冰晶的产生会破坏细胞结构，从而影响肉类品质，解冻过程也会使肉品出现可溶性蛋白质含量减少等现象而降低食用品质。反复冻融是指食品处于冷冻-解冻的循环过程，出现多次冷冻、解冻的现象。它经常发生在食品的贮藏、运输和消费过程中，特别是在餐馆、家庭和零售场所。而且，反复冻融会严重影响肉品品质，且大多是不利影响，如加重脂质氧化及蛋白质氧化，使肉色劣变等。本部分将着重介绍冷冻解冻及反复冻融对肉色、嫩度、保水性、脂质氧化、蛋白质变性及氧化的影响。

　　很多研究发现冷冻会导致肉色变暗，这在长期冷冻贮藏后尤为明显。Cho等发现，随着冷冻（-18℃）贮藏时间（0、3、6、9月）的延长，牛里脊肉的亮度（L*值）降低；Holman等发现，于-18℃下冷冻的牛背最长肌的a*值在52 周的贮藏期内逐渐降低，b*值在贮藏到12 周时显著下降。同时，他们也注意到，随着冷冻贮藏时间的延长，牛背最长肌的肌红蛋白含量不断下降；而与未冷冻样品相比，冷冻样品的高铁肌红蛋白含量更高，且其含量随着冷冻时间的延长而增加。冷冻贮藏破坏了细胞中的高铁肌红蛋白还原酶系统，肌红蛋白氧化导致的高铁肌红蛋白显著增加是肉色劣变的原因。

　　许多学者对冷冻解冻后的肉色做了一系列研究，大多发现冷冻解冻会使肉色变暗。Muela等用鼓风冷冻室、冷冻隧道、氮气室三种方法对羔羊肉进行了为期6个月的冷冻贮藏，然后于2～4℃解冻，结果发现无论采用哪种方式，冷冻解冻羊肉的颜色都比鲜肉更深；Chakanya 等在对比研究鲜鹿肉和冷冻解冻鹿肉时发现，鲜鹿肉的a*值显著高于冷冻解冻鹿肉，且其肌红蛋白含量比冷冻解冻鹿肉的高，这种差异可能归因于解冻时渗出物的损失。但Tomasz 等发现：真空包装的羊肉在-26 ℃冷冻0、6、12月，再于2℃解冻的肉色指标L *、a *、b *、C *和h*无显著变化；Muela等也观察到新鲜羊肉和冷冻（-18℃）1 个月后再解冻的羊肉的a*值之间没有差异。这可能是由于积聚在肉表层的高铁肌红蛋白在解冻后会部分还原，而后再被氧合成氧合肌红蛋白导致。

　　另外，众多研究表明，反复冻融会导致肉色劣变。李金平等将牛外脊置于-16℃冷冻24 h，2℃解冻24 h的冻融循环中，观察到L*值先增大后减小，a*值逐渐减小且在冻融5次后显著减小；Cheng等也发现牛半膜肌在经历多次冻融循环后L*值与a*值下降；Qi等对绵羊背最长肌进行冻融（在-18℃下冷冻12小时，然后在4℃下解冻12小时为一个冻融循环）处理，发现其a*值逐渐降低，L*值在前5个冻融循环内降低，b*值在5到15个循环内增加。其中，a*值的降低可能是由于反复冻融过程中水分的丧失导致色素相关物质流失造成的。b*值的变化主要和脂质氧化有关：细胞膜上高不饱和脂肪酸氧化生成的自由基与蛋白质中胺类物质发生反应，可能会导致黄色色素生成。在冻融循环期间肉的超微结构变化以及冰晶的重组使得水从细胞内空间迁移到细胞外空间，这导致大量水分流失并增加了细胞内溶质的浓度，高浓度的溶质有助于光的吸收，这是造成反复冻融过程中肉L*值降低的部分原因。

　　1.2  冷冻解冻及反复冻融对嫩度的影响

　　嫩度是消费者评判肉质优劣的重要因素之一。当肉被冷冻时，由于钙激活中性蛋白酶活性被抑制而导致蛋白质水解的速率降低，但不会使钙蛋白酶受到破坏；钙激活中性蛋白酶在解冻时可以再活化，该酶以比冻结前更快的速率水解蛋白质，这种蛋白质水解速率的增加可能归因于冷冻贮藏时钙蛋白酶抑制剂被抑制，从而导致解冻时嫩化速度加快。所以，何时（冷冻烹饪、解冻烹饪）测量、如何（仪器测量剪切力、感官品评）测量会影响冷冻贮藏肉嫩度的最终测量结果。虽说冷冻烹饪是剪切力测定的理想选择，但大多数研究还是采用了解冻烹饪。Tomasz 等发现在-26 ℃下贮藏12个月后解冻的羊肉比贮藏6个月的剪切力值小，具有令人满意的嫩度；而Muela 等发现在贮藏的前9个月内，冷冻解冻的羊肉具有相似的嫩度评分。

　　反复冻融通常会使嫩度提高。Locker 等、Qi等发现冻融循环可使牛羊肉的嫩度提高，这可能是冰晶使肌原纤维断裂导致的。光学显微镜表明，随着冻融循环次数的增加，肌肉内结缔组织的破坏程度增加，张丹等研究发现多次冻融循环（-40℃冻藏7d后解冻至中心温度0～4℃为一次冻融）使兔背最长肌的剪切力值降低，并认为是由于冻融导致的肌内膜破坏和结构的松散造成的。另外，冻融循环过程中冰晶的融化及再生成会破坏溶酶体并诱导溶酶体酶的释放，而溶酶体酶可部分参与肌原纤维蛋白的降解，Qi 等利用透射电子显微镜证实了冻融循环期间肌原纤维结构强度的减弱。

　　也有研究表明：在冻融循环过程中，肉品的剪切力值先增大后减小。常海军等将猪肉置于-18℃冷冻24 h，4℃解冻24h的冻融循环中，发现在冻融一次时剪切力达到最大值，此后逐渐下降；阿依木古丽等在研究冻融（-20℃冻藏24h后解冻为一次冻融）对牛肉品质的影响时也发现，冻融后牛肉的剪切力值先增大，并在冻融2次时达到最大值，此后显著下降。这是由于冻融后汁液流失增多，冻融初期使得肌肉收缩或者肌纤维结构变化，从而导致剪切力值上升；而随着冻融次数增加，肌纤维在冷冻、解冻过程中发生断裂，反复冻融使冰晶重新形成，破坏了细胞膜、细胞器和肌纤维结构，从而使剪切力值降低。

　　1.3  冷冻解冻及反复冻融对保水性的影响

　　衡量肉品保水性的常用指标有汁液损失（drip loss）和蒸煮损失（cooking loss）。研究表明，冷冻解冻通常会使肉品的汁液损失增加。Tomasz 等发现冷冻解冻羊肉的汁液损失比鲜肉大，在冷冻（-26℃）贮藏6个月后于2～4℃解冻24 h时，羊肉的汁液损失达到最大。冷冻对汁液损失的影响程度取决于冰晶的大小，缓慢的冷冻速率导致细胞外空间形成大而不规则的冰晶，使细胞膜发生机械损伤；同时，在冷冻贮藏期间，肌肉细胞的部分脱水增加了水溶性化合物的浓度，导致水结合蛋白变性。由冰晶引起的肌肉微观结构的变化以及蛋白质的变性，导致解冻时汁液损失增加。

　　Vieira等研究发现冷冻解冻牛肉的蒸煮损失比鲜肉更大；Cho等也发现冷冻后的牛腰大肌、西冷、里脊和腿肉的蒸煮损失比新鲜肉更大。但有学者认为冷冻解冻肉的蒸煮损失与新鲜肉无显著差异。Muela等和Leygonie等发现新鲜和冷冻解冻羊肉、鸵鸟肉的蒸煮损失没有显著差异。另外，冷冻贮藏时间对肉品蒸煮损失影响的研究也尚无定论。Tomasz等发现，随着冷冻贮藏期（0、6、12月）的延长，羊肉的蒸煮损失不断增加；Ablikim 等发现冷冻贮藏时间与羔羊肉样品的蒸煮损失之间极显著正相关；然而，也有研究发现经过不同冷冻贮藏时间的肉解冻后具有相似的蒸煮损失。蒸煮损失的影响因素很多，主要包括蛋白质变性、肌原纤维的破碎和断裂程度以及解冻损失等。

　　通常来说，反复冻融会使肌细胞收缩，水分排出暂存在肌细胞与肌内膜间、肌束与肌束膜间的空隙中。空隙中的水分与肌肉结合能力较弱，容易在外力作用下排出。同时由于冰晶的形成对细胞膜的结构完整性造成了损伤，导致水分从细胞内向细胞外区域流出。张诚研究发现，随着冻融（-18℃冷冻48h后于4℃解冻5 h为一次冻融）次数的增加，鸡肉的保水性降低，解冻损失及蒸煮损失增大。还有研究发现，肌肉的持水能力与肉中蛋白质的降解密切相关。比如，李银等研究发现肌纤维中主要蛋白质的降解导致肌纤维结构破坏，使肌肉持水能力下降，这与陈骋等研究发现的牦牛肉解冻损失率变化趋势相吻合。

　　1.4 冷冻解冻及反复冻融对脂质氧化的影响

　　虽然冷冻使肉品中的大部分水分形成冰晶，但一些生化反应仍因部分未冻结水的存在而发生，脂质氧化就是其中之一。脂质氧化不仅使肉品的外观、风味、营养价值等发生变化，还缩短了肉品的货架期，是造成肉品品质劣变的重要原因之一，而目前接受度较高的反映脂质氧化的方法为硫代巴比妥酸法（thiobarbituric acid，TBA）。Chakanya等发现：与鲜肉相比，冷冻解冻（-20℃冷冻2个月后于4℃解冻24 h）鹿肉的TBA值在展示期（4℃）内总是更高，且其脂质氧化速率更快，这可能是因为冷冻贮藏会增加由冰晶引起的细胞脂质结构损伤，从而使氧化速率加快。另外，有研究发现脂质氧化水平与冷冻速率相关。Muela等用鼓风冷冻室（-30℃）、冷冻隧道（-40℃）、氮气室（-75℃）三种方法对羊肉进行预冷冻，解冻后发现通过氮气室冷冻的羊肉脂质氧化水平最低。因此，有效控制脂质氧化的方法之一是在低温下快速冷冻。冻融循环通常会加速脂质氧化。Chen等、Wu等研究表明，随着冻融循环次数的累加，肉中的脂质氧化程度越来越深。这种上升趋势一方面主要是由于在冻融循环期间反复形成冰晶，从而导致肌细胞结构的完整性被破坏，破碎的细胞器释放出大量内源酶（脂肪酶、蛋白酶、核酸酶）及促氧化剂（自由基等），特别是脂肪酶可加速脂质氧化反应，诱导更多的丙二醛产物生成；另一方面，冰晶的形成会导致内部水分的损失，因此内部溶质浓度增加，进而也导致脂质氧化反应加速。

　　1.5  冷冻解冻及反复冻融对蛋白质的影响

　　1.5.1  冷冻解冻及反复冻融对蛋白质变性的影响

　　根据溶解性，肌肉蛋白质一般可分为三种：肌浆蛋白（水溶性）、肌原纤维蛋白（盐溶性）、基质蛋白（不溶性）。其中，冷冻对蛋白质变性的影响主要集中在肌原纤维蛋白上。冷冻会使肌原纤维蛋白的溶解性、ATP 酶活性、二硫键含量、表面疏水性等发生改变。本部分将主要就肌原纤维蛋白溶解性进行介绍。余小领等发现，随着冻藏（-18℃）时间的延长，猪肉肌原纤维蛋白溶解度逐渐降低；朱明明等发现，与鲜肉相比，无论采用何种解冻方式，冷冻解冻后猪肉的肌原纤维蛋白溶解度均比鲜肉低；张丹等研究发现，兔肉肌原纤维蛋白溶解度随着冻融循环的增加呈下降趋势。造成这些现象的原因可能是：冷冻解冻及反复冻融促进了肌纤维收缩，使蛋白质的空间结构发生改变，产生了二硫键、氢键和疏水键等，从而导致蛋白质和水分子间的作用力减弱，蛋白质溶解度下降，发生变性。

　　1.5.2  冷冻解冻及反复冻融对蛋白质氧化的影响

　　冷冻、解冻及反复冻融会使肌细胞超微结构受损，随后释放出线粒体酶、溶酶体酶、血红素铁及其他促氧化剂，这些促氧化剂增加了蛋白质氧化的程度和速率。参与蛋白质氧化的氨基酸残基主要包括赖氨酸、苏氨酸和精氨酸，其氧化导致蛋白质聚合及肽断裂。蛋白质若在冻藏过程中受到活性氧基团（ROS）的攻击，将促使羰基化合物生成及蛋白质巯基含量下降。因此，蛋白质氧化的显著特征是羰基衍生物的生成与巯基含量的降低，而冷冻解冻及反复冻融通常会加速肉中的蛋白质氧化。

　　羰基是由蛋白质肽链上带有的NH-及NH2-基团断裂后形成的。Ayla 等研究发现，在冻藏期间，鸡胸肉及鸡腿肉的羰基含量显著增加，且与-18℃和-12℃相比，在-7℃冻藏样品的羰基含量更高。李婉竹等发现，随着冻融（-18℃冷冻7d后于4℃解冻24 h为一次冻融）次数的增加，牦牛肉的羰基含量显著增加，这表明反复冻融会产生大量的活性氧自由基，使牦牛肉蛋白质氨基酸侧链的NH-或NH2-基团部分转化为羰基基团。另外，羟自由基诱导的蛋白质氧化使细胞遭到破坏，导致蛋白质中巯基转化成二硫键，从而造成蛋白质巯基含量下降。因此，巯基含量可以反映冻融条件下的蛋白质氧化水平。朱迎春等发现在5次冻融（-18℃冷冻7d 后流水解冻至中心温度0～2℃）循环中，牛肉饼的巯基含量显著降低，说明在反复冻融过程中蛋白质氧化明显；还有研究发现巯基含量在冻融循环前期显著低于后期，这表明：与前期相比，冻融循环后期的蛋白氧化速率更快。

　　2  生鲜肉新兴冷冻解冻技术概述

　　冷冻解冻及反复冻融会对肉品品质造成许多不利影响，而且传统的冷冻解冻方式效率较低、效果较差。为了提高冷冻解冻效率及效果，科研人员做出了大量的努力和尝试，表1列出了一些新的冷冻方法，如冲击冷冻、超高压冷冻、超声波辅助冷冻等，并概述了其对肉品品质的影响。

　　与传统的冷冻方式相比，新兴冷冻技术（见表1）可以改善冷冻生鲜肉品的一个或多个品质指标或提高冷冻效率。其中磁场辅助冻结、电场辅助冻结、射频辅助冷冻均可以改善冷冻对肉色的不利影响；速冻液冷冻、高压冷冻、压力变换辅助冷冻、静电场辅助冷冻、微波辅助冷冻、超声辅助浸泡冷冻均减小了冷冻对生鲜肉微观结构的破坏；压力变换辅助冷冻、静电场辅助冻结、射频辅助冷冻均使生鲜肉的汁液损失减少；微冻液快速冷冻降低了肉品的脂肪氧化程度。表1 列出的这些冷冻新技术通过较高的冷冻速率减小了冰晶体积，改善了冷冻产品的品质。通过分析新技术对生鲜肉品质影响的结果，冲击冷冻，压力变换冷冻，电场、磁场、射频等单一或多种结合的辅助冷冻是较为理想的冷冻方法。

　　类似地，表2 列出了新开发的诸如超声波辅助解冻、超高压解冻、高压静电场解冻和射频解冻等解冻方案及其对肉品的影响。与传统的解冻方式相比，射频解冻、微波解冻、超声波解冻、欧姆解冻、压力欧姆解冻受热均匀，可以显著提高解冻效率；低温静水解冻、微波解冻、高压静电场解冻均显著降低了肉制品的菌落总数；低温静水解冻、射频解冻、高压静电场解冻、低温高湿解冻、欧姆解冻均显著提高了肉品的保水性；真空解冻减小了对蛋白质构象的损害。传统解冻技术主要适合于家用，但对肉品品质质量的影响较大，因此大规模生产过程中应该推广使用新的解冻技术。综合分析解冻技术对肉品质、解冻效率和微生物稳定性的影响，射频解冻、微波解冻、高压静电场解冻、欧姆解冻、压力欧姆解冻可能是未来解冻技术发展的方向。

　　这些新的冷冻、解冻方法的研究，不仅明确了新方法对产品品质的影响，还为产业应用及提高产品的品质提供了多种选择方案。

表2  新兴的解冻技术

　　随着全球贸易的增长及生产商与消费者之间空间距离的扩大，冷冻技术在肉类贮藏和运输中的需求在逐渐增加。因此，肉类科学家在冷冻、解冻及反复冻融对牛肉、羊肉、鸡肉、猪肉等主流肉类产品的影响方面进行了大量研究；但是，冷冻、解冻及反复冻融对肉色、保水性、嫩度等品质的影响还存在许多不一致的地方，而且对挥发性成份的研究也十分少见。因此，关于冷冻、解冻及反复冻融对肉品品质影响的相关机制还需要更加系统、深入的研究。

　　冷冻、解冻会对生鲜肉的品质造成不利影响，为减缓这些不利影响，近年来科研人员开发了许多新兴的冷冻、解冻技术。不同的冷冻、解冻方式各有利弊，对肉品加工企业来说，要针对不同的肉品种类和目标要求选择合适的冷冻、解冻技术，同时还要考虑到设备、出品率等因素。另一方面，冷冻、解冻新技术研究虽已取得一些成就，但离肉类工业的商业化应用还有很大距离，需要加快新技术的成果产业应用以提高冷冻生鲜肉的品质。相信随着科学技术的进步，未来食品冷冻行业会有更好的发展前景。