趙 茜，蓋雨欣，孫海濤,,*，單雨時，梁菊芳，陸愛梅，李浩添，李 明，邵信儒，于瀟淳，劉 鵬,

（1.通化師范學院食品科學與工程學院，吉林 通化 134000；2.通化師范學院 長白山食用植物資源開發(fā)工程中心，吉林 通化 134000；3.浙江工商大學食品與生物工程學院，浙江 杭州 310018）

我國是水產品生產大國，2021年我國水產品總產量達到6 690.29萬 t，已連續(xù)多年居世界首位[1]。然而由于水產品的高蛋白、高水分含量及中性pH值等特點，捕獲后極易在微生物及內源酶的用下發(fā)生腐敗，造成資源浪費及經濟損失[2]。作為傳統(tǒng)、有效的保鮮方式，冷凍保鮮在各類水產品中得到廣泛應用。其中低溫液態(tài)速凍因凍結速率快、凍品質量高及能耗低的特點，近年來得到廣泛關注。液體冷凍的傳熱傳質過程顯著縮短了冷凍時間，其冷凍產品形成的冰晶細小均勻，更利于保持產品品質[3-4]。低溫液態(tài)速凍能夠實現(xiàn)單體速凍、載冷劑可循環(huán)利用、設備投資低等特點使其在水產品冷凍加工中凸顯了較大優(yōu)勢，并且從產業(yè)化角度而言，可顯著提高經濟效益，具有廣闊的應用前景。

載冷劑是低溫液態(tài)速凍技術的核心，近年來有研究關注于乙醇、丙二醇、丙三醇、氯化鈉等作為浸漬載冷劑組分對產品品質的影響[5-6]。然而直接浸漬冷凍容易因溶質滲透導致產品質量下降，限制了液體冷凍的推廣應用。此外，有研究指出，冷凍和冷凍貯藏過程冰晶、蛋白質和脂質的變化會影響魚類的質量和營養(yǎng)價值，而使用新型載冷劑的液體冷凍可以控制冰晶成核，調控蛋白質、脂肪的氧化及變性進程，對凍品的質量產生積極影響[7-9]。

基于此，本研究以乙醇、丙二醇、海藻糖配制低溫液態(tài)速凍載冷劑，結合空氣凍結、超低溫凍結、乙醇凍結等處理預包裝的海鱸魚，比較不同冷凍方式對海鱸魚肌肉組織持水力、水分遷移、微觀結構、新鮮度及蛋白質熱穩(wěn)定性的影響，旨在確定海鱸魚的適宜冷凍方式，為水產品低溫液態(tài)速凍及凍品質量保持提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活海鱸魚購自通化市水產批發(fā)市場，魚體健康均勻，體質量（0.75±0.05）kg。

乙醇、1,2-丙二醇（分析純） 國藥集團化學試劑有限公司；海藻糖 河南萬邦化工科技有限公司。

1.2 儀器與設備

Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀 丹麥Foss公司；AL104型電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；CT3型質構儀 美國博勒飛公司；Q2000差示掃描量熱儀（differential scanning calorimeter，DSC）美國TA儀器有限公司；PQ001低場核磁共振分析儀上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品預處理

將海鱸魚去頭、尾、魚鱗及內臟，沿脊骨將背部魚肉剖片，切分成約3.0 cm×3.0 cm×1.0 cm的魚塊并進行真空包裝，隨后置于4 ℃冰箱冷藏備用。整個處理過程在低溫環(huán)境下進行，30 min內完成。

1.3.2 樣品凍結

將處理好的魚肉樣品隨機分成4 組：空氣凍結：樣品置于（－18±2）℃的冰箱中凍結；超低溫凍結：放入－80 ℃超低溫冰箱中凍結；復配載冷劑凍結：采用蒸餾水配制含體積分數(shù)20%乙醇、體積分數(shù)20%丙二醇、5 g/100 mL海藻糖的混合溶液，于－30 ℃下浸漬凍結；乙醇凍結：無水乙醇，于－30 ℃下浸漬凍結。

待各組魚肉樣品中心溫度達到－18 ℃時取出，并迅速轉移樣品于－18 ℃凍藏。實驗開始前將樣品置于4 ℃冰箱解凍12 h后進行理化指標測定。

1.3.3 凍結曲線及冷凍速率的測定

將溫度記錄儀測溫探頭垂直插入魚肉中心，每10 s記錄一次，當魚片中心溫度達到－18 ℃時將探頭取出。以冷凍時間為橫坐標，魚肉中心溫度為縱坐標，繪制凍結曲線。根據(jù)式（1）[10]計算冷凍速率。

式中：L為魚肉表面與熱中心的最短距離/cm；t為魚肉表面從0 ℃開始至中心溫度達到初始凍結點（－2.2 ℃）以下10 ℃所需時間/h。

1.3.4 持水性的測定

1.3.4.1 解凍損失率

用濾紙輕輕吸去已解凍的魚塊表面水分后稱質量，按式（2）計算解凍損失率。

式中：m1為凍結前質量/g；m2為解凍后質量/g。

1.3.4.2 蒸煮損失率

?。?.0±0.5）g解凍后樣品放入燒杯中，在80 ℃水浴中加熱30 min后取出，冷卻至室溫后，稱魚肉質量，按式（3）計算蒸煮損失率。

式中：m3為蒸煮前質量/g；m4為蒸煮后質量/g。

1.3.4.3 離心損失率

取2 g肉樣，用濾紙包裹后，在4 ℃、3 000 r/min條件下離心20 min，按式（4）計算離心損失率。

式中：m5為離心前質量/g；m6為離心后質量/g。

1.3.5 低場核磁共振測定

將魚肉切割為1 cm×1 cm×2 cm，采用低場核磁共振儀，將魚肉樣品置于核磁管中，采用CPMG序列測定。設定質子共振頻率22 MHz，測定溫度32 ℃，采樣頻率100 kHz，重復等待時間2 000 ms，重復掃描8 次，所得指數(shù)衰減曲線以儀器自有軟件反演得到T2圖譜。

1.3.6 質構特性的測定

取2 cm×2 cm×1 cm魚背部肌肉，用濾紙吸去表面水分后，用質構儀的TPA模式測定不同冷凍方式魚肉的硬度、彈性、內聚性、膠著性和咀嚼性。測試速率1 mm/s、壓縮百分比30%。

1.3.7 微觀結構觀察

將冷凍魚肉固定于冷凍切片機樣品托盤上，切片厚度10 μm，用蘇木素-伊紅試劑盒染色，光學顯微鏡下觀察樣品縱切面并拍照記錄。

1.3.8 海鱸魚新鮮度表征

1.3.8.1 pH值測定

參照GB 5009.237—2016《食品安全國家標準 食品pH值的測定》，稱取10 g解凍好的魚肉樣品，加入90 mL蒸餾水，靜置30 min，測定溶液pH值。

1.3.8.2 揮發(fā)性鹽基氮含量的測定

參照GB 5009.228—2016《食品安全國家標準 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》，稱取10 g絞碎的魚肉樣品，加入1 g氧化鎂粉末，使用全自動凱氏定氮儀測定揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量。

1.3.9 蛋白熱穩(wěn)定性測定

精確稱取10 mg魚肉樣品放入坩堝，置于DSC中，起始溫度20 ℃，以10 ℃/min升溫到90 ℃。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

魚肉質構特性指標重復測定5 次，其余指標重復3 次，結果表示為平均值±標準差。采用S P S S Statistic 23.0軟件，以Duncan’s檢驗對數(shù)據(jù)作統(tǒng)計分析（P＜0.05），采用Origin 2023軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 凍結方式對海鱸魚凍結曲線及冷凍速率的影響

如圖1所示，空氣凍結、超低溫凍結、乙醇凍結組魚肉的凍結曲線呈現(xiàn)先下降、逐漸平緩和再下降3 個階段，而復配載冷劑凍結處理的魚肉凍結曲線呈現(xiàn)近乎直線下降的趨勢。復配載冷劑凍結、乙醇凍結組凍結速率分別為8.20 cm/h和6.25 cm/h，分別是空氣凍結速率（0.25 cm/h）的32.80 倍和25.00 倍。這是由于液體冷凍的復配載冷劑及乙醇傳熱系數(shù)遠高于冷空氣的傳熱系數(shù)[11]。4 組凍結方式中，復配載冷劑的冷凍速率最快，其原因是鱸魚魚片與乙醇、丙二醇、海藻糖組成的載冷劑之間的傳熱系數(shù)最大，冷凍處理下魚片中心溫度迅速下降，大幅提高了鱸魚魚片的冷凍速率。Qian Pan等[12]以氣體冷凍和液體冷凍凍結鳙魚，也發(fā)現(xiàn)液體快速冷凍魚肉通過最大冰晶形成區(qū)所需的時間更短，冷凍速率明顯快于氣體冷凍。－1～－5 ℃為最大冰晶生成帶，是影響冷凍水產品質量的主要溫度區(qū)間。由表1可知，空氣凍結、超低溫凍結、復配載冷劑凍結、乙醇凍結跨越最大冰晶生成帶的時間（即相變時間）分別為166.67、20.50、2.17 min和7.50 min，可見復配載冷劑凍結組耗時最短。這進一步說明，液體冷凍可通過直接接觸的換熱方式增強冷凍液和魚片間的熱交換速率，并且相比乙醇凍結組，乙醇、丙二醇、海藻糖水溶液的復配載冷劑對縮短跨越最大冰晶生成帶時間、保持魚肉品質更有效。

表1 凍結方式對海鱸魚凍結特性的影響Table 1 Effect of freezing methods on the freezing characteristics of sea bass

圖1 凍結方式對海鱸魚凍結曲線的影響Fig.1 Effect of freezing methods on the freezing curve of sea bass

2.2 凍結方式對海鱸魚肌肉組織持水力的影響

如圖2A所示，經空氣凍結、超低溫凍結、復配載冷劑凍結、乙醇凍結的海鱸魚解凍損失率分別為4.51%、4.31%、3.47%、4.26%，其中復配載冷劑組樣品的解凍損失率最低（P＜0.05）。復配載冷劑凍結速率快，通過最大冰晶生成區(qū)的時間短，生成的冰晶密度很小且分布均勻，這減少了低溫冷凍對肌肉組織結構的損傷，并減少了解凍過程中汁液的滲出。對于與復配載冷劑體積相同的乙醇溶液，同等狀態(tài)下其強揮發(fā)性影響了載冷劑與魚肉間的傳熱效率，其跨過最大冰晶生成帶的時間相對延長，影響魚肉組織結構，形成的大冰晶更易導致肌纖維損傷，進而導致解凍損失較高。凍結方式對魚肉蒸煮損失率的影響如圖2B所示，其中，空氣凍結組海鱸魚的蒸煮損失最高，為30.44%，顯著高于乙醇凍結組的27.80%、超低溫凍結組的23.89%和復配載冷劑凍結組的22.41%（P＜0.05）。空氣凍結組冷凍速率為0.25 cm/h，屬于慢速冷凍[13]，緩慢跨越最大冰晶生成帶導致了細胞間及細胞內產生大冰晶，破壞了細胞的結構和完整性，增加了水分的流動性，在加熱作用下更易失水，從而降低了持水能力。由圖2C可知，空氣凍結組魚肉的離心損失率最高，其原因很可能是凍結過程中魚肉蛋白質的化學結構發(fā)生變化，引起肌肉組織持水力下降。另外，凍結過程中，冰晶的形成使細胞受到一定的機械損傷，導致肌纖維損傷，也會引起持水力下降?？諝鈨鼋Y與超低溫凍結、復配載冷劑凍結、乙醇凍結相比凍結速率最慢，形成的冰晶大，細胞結構破壞程度大，導致持水性低于其他3 組。Zhao Xi等[14]采用乙醇、丙二醇為主要組分的載冷劑對美國紅魚進行液體冷凍，并與空氣凍結比較，結果表明，氣體的傳熱系數(shù)低于低溫冷凍液，空氣凍結冷凍速率慢引起了肌肉組織持水力顯著下降，這與本研究結果一致。

圖2 凍結方式對海鱸魚肌肉組織持水力的影響Fig.2 Effect of freezing methods on the water-holding capacity of sea bass

2.3 凍結方式對海鱸魚水分分布的影響

弛豫時間T2為0～1 ms和1～10 ms的水分代表與大分子物質緊密結合的結合水；T2為10～100 ms的水分是肌肉中水分的主要形式，為不易流動水；T2為100～1 000 ms的水分流動性最強，是肌纖維外的自由水[15-16]。如圖3所示，不同冷凍組處理樣品之間的結合水含量沒有明顯差異。與其他3 組相比，在復配載冷劑組中，對應T2為10～100 ms的不易流動水峰面積所占比例最大，表明其不易流動水相對含量最高。這是由于復配載冷劑冷凍速率快（8.20 cm/h），通過最大冰晶生成帶時間短（2.17 min），快速冷凍過程中形成了細小均勻的小冰晶，減小了冰晶形成和晶體生長對細胞的損傷，減緩了不易流動水向自由水的遷移。Wang Yueqi等[17]研究以乙醇、丙二醇、低聚果糖、氯化鈣及檸檬酸組成的液體載冷劑對石斑魚進行液體冷凍發(fā)現(xiàn)，液體冷凍有助于形成均勻分布的冰晶，減少肌肉組織的水分流失及微觀結構損傷，這與本研究結果一致。Wu Zeyu等[18]研究也指出，液體冷凍及超聲輔助液體冷凍能夠顯著降低不易流動水和自由水的損失。

圖3 凍結方式對海鱸魚水分分布的影響Fig.3 Effect of freezing methods on water distribution in sea bass

2.4 凍結方式對海鱸魚質構特性的影響

由表2 可知，復配載冷劑凍結組的魚肉硬度為（4 911.28±56.96）g，顯著高于其他3 組（P＜0.05）。這是因為快速跨越最大冰晶生成帶有效減小了冰晶對肌肉組織結構造成的損傷，此外，較高的冷凍速率也一定程度地抑制了蛋白酶和微生物的活性，因此復配載冷劑凍結組魚肉硬度下降緩慢。超低溫凍結與復配載冷劑有類似的保持肌肉組織彈性的特點，這與超低溫的凍結溫度有關，相比空氣凍結組，超低溫凍結能夠以更大的溫差加快魚肉與冷空氣的傳熱過程，因此魚肉的彈性保持較好。空氣冷凍魚肉膠著性、咀嚼性顯著低于其他3 組（P＜0.05），乙醇冷凍組和復配載冷劑組較高的冷凍速率有利于保持海鱸魚的膠著性、咀嚼性。研究人員對美國紅魚[19]、鱸魚[20]的冷凍研究同樣發(fā)現(xiàn)了液體冷凍具有類似的保持魚肉組織結構的優(yōu)勢。卞歡等[21]研究海藻糖溶液浸泡處理凍結鯽魚發(fā)現(xiàn)，海藻糖溶液浸泡處理能顯著提高鯽魚的質構特性，這與本研究采用乙醇、丙二醇、海藻糖組成的復配載冷劑處理海鱸魚的研究結果一致。

表2 凍結方式對海鱸魚質構特性的影響Table 2 Effect of freezing methods on the texture of sea bass

2.5 不同凍結方式下海鱸魚的微觀結構

冷凍過程中產生的冰晶的大小和分布直接影響冷凍水產品的質量，其直觀表現(xiàn)是魚肉肌肉組織微觀結構的完整性[22]。由圖4可知，空氣凍結組魚肉肌纖維之間的間隙較大，部分肌纖維與肌節(jié)分離，這是由于慢速冷凍作用下形成了形狀不規(guī)則的大冰晶，從而加速了肌肉組織的損傷。與其他3 組相比，復配載冷劑組魚肉的肌纖維之間排列更為整齊且緊密，這是由于快速凍結過程中，密集成核現(xiàn)象，形成了大量的細小冰晶，有利于保持肌肉組織結構。Liu Shulai等[23]研究浸泡冷凍對烏鱧冰晶形成和蛋白質特性的影響指出，低溫的液體冷凍魚肉中冰晶的分布更均勻、平均截面積更小，這與本研究結果一致。李新等[24]研究液氨及液氮處理對斑點叉尾鮰魚肉的影響，也指出液體速凍更有利于保持魚肉組織結構完整性。海鱸魚的微觀組織結構與肌肉組織持水力、水分分布及質構特性的結果一致。

圖4 凍結方式對海鱸魚微觀結構（縱截面）的影響（40×）Fig.4 Effect of freezing methods on the longitudinal cross-sectional microstructure of sea bass (40 ×)

2.6 凍結方式對海鱸魚新鮮度的影響

由圖5A可知，不同冷凍方式處理魚肉pH值差異不顯著，表明冷凍處理方式對魚肉pH值影響較小。這可能是因為各組魚肉冷凍及解凍處理過程中乳酸、磷酸的積累及三磷酸腺苷的降解程度接近[25]。Sun Qinxiu等[26]研究結果表明，經空氣凍結、浸漬冷凍和超聲輔助冷凍處理后，鯉魚樣品的pH值無顯著差異（P＞0.05），與本研究結果一致。TVB-N含量反映了在微生物和內源酶作用下蛋白質分解產生的揮發(fā)性氨和胺類化合物的程度，是評價水產品新鮮度的重要指標。如圖5B所示，復配載冷劑組魚肉的TVB-N含量為14.03 mg/100 g，顯著低于空氣凍結處理組，表明采用載冷劑液體凍結海鱸魚對保持魚肉新鮮度更具優(yōu)勢。這是因為復配載冷劑的快速冷凍過程抑制了魚肉中的內源酶活力及微生物的生長，從而降低了魚肉蛋白的降解，更有利于保持冷凍魚肉的品質。Ma Xuan等[27]研究多頻超聲輔助冷凍對大黃魚冷凍速率、理化性質及微觀結構的影響，發(fā)現(xiàn)液體冷凍后大黃魚的TVB-N含量顯著降低，可以提高冷凍大黃魚的品質。石鋼鵬等[28]研究液氮及冷凍液速凍對大口黑鱸魚肉品質的影響也發(fā)現(xiàn)了類似的結果。總體而言，在不同冷凍處理方式下，液體冷凍相比空氣凍結及超低溫凍結表現(xiàn)出更好的保持魚肉鮮度的優(yōu)勢，復配載冷劑凍結相較乙醇凍結，對保持魚肉的新鮮度更有效。

圖5 凍結方式對海鱸魚新鮮度的影響Fig.5 Effect of freezing methods on the freshness of sea bass

2.7 凍結方式對海鱸魚蛋白熱穩(wěn)定性的影響

如圖6所示，每種冷凍方式處理的魚肉樣品均呈現(xiàn)2 個吸熱峰。其中，峰I為肌球蛋白的熱變性溫度，峰II為肌動蛋白的熱變性溫度[29]。由表3可知，復配載冷劑凍結魚肉肌球蛋白和肌動蛋白的變性溫度高于其他組，但差異不顯著（P＞0.05）。觀察各組變性焓值可以發(fā)現(xiàn)，復配載冷劑凍結魚肉肌動蛋白的變性焓值顯著高于其他組（P＜0.05），表明復配載冷劑凍結魚肉蛋白質變性更難，組織中蛋白結構更穩(wěn)定。這是由于液體冷凍的凍結速率更快，低溫速凍有助于形成均勻冰晶，肌肉組織損傷更小，更利于維持魚肉蛋白質的熱穩(wěn)定性。Zhang Chao等[30]研究超聲輔助浸泡冷凍法對雞胸肉在冷凍貯藏過程中蛋白質氧化、結構和熱穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)相比空氣凍結，浸入式冷凍處理可以有效減緩蛋白質氧化和蛋白質熱穩(wěn)定性損失，與本研究結果一致。此外，Sun Qinxiu等[31]研究液體冷凍及超聲輔助冷凍處理鯉魚也發(fā)現(xiàn)，液體冷凍處理可減少鯉魚在長期冷凍貯藏期間的蛋白質結構變化。

表3 不同凍結方式下魚肉變性溫度（Tmax）和熱焓（ΔH）的變化Table 3 Effect of freezing methods on the thermal denaturation temperature and enthalpy change of sea bass

圖6 凍結方式對海鱸魚蛋白DSC曲線的影響Fig.6 Effect of freezing methods on the DSC curve of sea bass

3 結 論

乙醇、丙二醇、海藻糖水溶液作為復配載冷劑顯著提高了海鱸魚的冷凍速率，縮短跨越最大冰晶生成帶時間，肌肉組織間形成了細小冰晶，有利于保持肌肉組織結構。同時，復配載冷劑處理減少了魚肉肌肉組織中不易流動水向自由水的遷移，表現(xiàn)出更好的保持魚肉鮮度的優(yōu)勢，且蛋白質結構更穩(wěn)定。本研究發(fā)現(xiàn)含體積分數(shù)20%乙醇、體積分數(shù)20%丙二醇、5 g/100 mL海藻糖的水溶液作為復配載冷劑可以有效減緩冷凍海鱸魚的品質劣變，為低溫液態(tài)速凍技術在水產品中的進一步開發(fā)應用及冷凍水產品的凍藏品質保持提供了參考。