基于低場核磁共振研究不同解凍方式對凍豬肉食用品質的影響

程天賦，蔣 奕，張翼飛，趙茉楠，俞龍浩,2,*

（1.黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江省中加合作食品研究發展中心，黑龍江 大慶 163319）

肉類的多種營養成分可為常見食源性病原體和食品腐敗菌生長繁殖提供理想的環境，導致肉類非常易腐[1]。在全球肉類出口市場中，冷凍是一種被廣泛接受的能夠保證食品安全的食品保鮮方法，肉類商品化需要冷凍，與鮮肉相比，冷凍肉可以長期保存，運輸成本和價格更低[2]。冷凍使肉的溫度下降至凍結點以下，此時微生物及其周圍介質中水分被凍結，細胞內水分結冰形成冰晶擾亂了原生質膠體狀態并對原生質膜與細胞壁的結構產生機械破壞，這些內外環境的改變導致微生物代謝活動受阻或致死。然而，與新鮮肉類相比，冷凍/解凍的肉類通常被認為質量欠佳。冷凍肉的質量損失程度取決于多個因素，包括凍融速率及解凍方法等[3]。有研究表明鮮肉在凍結和冷凍保存期間會受到冰晶體和蛋白質變性引起的細胞損傷的影響，導致肉的食用品質下降[4-7]。冷凍肉需要在任何后續的加工或烹飪之前進行解凍，解凍過程中需要盡可能恢復肉類原來的品質，解凍方法包括水解凍、冷藏解凍、微波解凍、超聲解凍和高壓解凍等[8]。

肉類在凍結和解凍過程中品質變化的實質是溫度影響肉中水和蛋白質。在肉類中，水也被稱為肌水，其被包裹在肌原纖維蛋白質網絡中，其分布和流動性與肌原纖維蛋白質網絡的結構特征高度相關[9]。近些年的研究報道表明，核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）弛豫時間測量法可以用來表征食物的主要成分之一——水的分布和流動性。特別是低場核磁共振（low field-NMR，LF-NMR）T2弛豫時間已被用于研究肌水分配和肌水在肉中的流動性[10]。不同肉制品中T2分布的改變反映了不同產品的蛋白質結構發生化學交換的不同水分區域和水分流動性[11-12]。本研究利用LF-NMR檢測技術探究凍豬肉在不同解凍方法下其肌水與食用品質間的關聯性。

本實驗的目的是結合LF-NMR T2弛豫技術分析解凍過程中肌水的分布及流動性與肉食用品質之間的聯系，比較不同解凍方式下肉食用品質指標的變化情況，包括嫩度、色澤、蒸煮損失、持水能力（water holding capacity，WHC）、風味、多汁性等，探究在不同解凍方式下肌水對肉食用品質影響的差異性。因此，本實驗旨在從肌水對解凍豬肉食用品質的貢獻率的角度篩選出最佳解凍方法，為解凍技術的研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

冷鮮肉（半腱肌（宰后于4 ℃放置27 h））購自雙匯冷鮮肉專柜。

1.2 儀器與設備

NMI20-15 NMR食品成像分析儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；TA-XT Plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司；KP-21型求積儀 日本Koizumi公司；CR-410色差儀 日本Konica Minolta公司；TR-52i溫度記錄儀、TR-5230溫度探針 日本T&D公司；PH-STAR胴體pH值直測儀 德國Matthaus公司；FA25乳化均質機 德國Fluko公司；Specord210 plus紫外-可見分光光度計 德國耶拿分析儀器有限公司；5417R離心機德國Eppendorf公司；G80F23CSL-G1（S0）微波爐格蘭仕微波爐電器有限公司；BCD-439wkk1FYM電冰箱海信容聲（廣東）冰箱有限公司。

1.3 方法

1.3.1 肉樣品預處理及分組

將冷鮮豬肉剔除筋膜修型后置于6 cm×6 cm×13 cm的模具，共36 份肉樣，每份500 g。取9 份鮮肉肉樣作為對照，其余27 份肉樣插入TR-5230溫度探針后置于-25 ℃冰箱冷凍24 h（探針沿模具中軸線垂直于底部插入，插入深度為6.5 cm）。分別用于冷藏解凍及兩種微波解凍。利用TR-52i溫度記錄儀監測解凍過程中肉樣的溫度變化，當肉樣核心溫度達到0 ℃視為解凍完成。本實驗的兩種微波解凍程序是參照高文宏等[13]的研究方法，并在其基礎之上進行適當修改，即微波-1（750 W）解凍（13 s-20 s-13 s-20 s-13 s-20 s-13 s-20 s-18 s-26 s-7 s-26 s-7 s-26 s-7 s-26 s-7 s-26 s-7 s-26 s）和微波-2（750 W）解凍（13 s-20 s-13 s-20 s-13 s-20 s-13 s-20 s-13 s-20 s-13 s-20 s-13 s-20 s-8 s-26 s-7 s-26 s-7 s-26 s-7 s-26 s-7 s-26 s-7 s-26 s-7 s-26 s-1 s）（其中20 s和26 s是微波間歇時間，其余為微波工作時間），分別解凍9 份冷凍肉樣。剩余9 份冷凍肉樣置于4 ℃冰箱進行冷藏解凍。

1.3.2 指標測定

1.3.2.1 溫度測定

利用Recorder for Windows軟件將冷藏解凍中的溫度記錄儀設定為每10 min進行一次溫度記錄；將微波解凍中的溫度記錄儀設定為每5 s進行一次溫度記錄。當肉樣核心溫度達到0 ℃時終止解凍，測定其他指標。

1.3.2.2 pH值測定

將pH值直測儀探頭插到各解凍完成肉樣的中心部位測定pH值，每個肉樣品重復3 次測量。

1.3.2.3 色澤測定

采用CR-410色差儀測定肉樣切面的L*、a*和b*值，每個肉樣品重復3 次。

1.3.2.4 WHC測定

通過濾紙壓制法一式3 份測定WHC。稱300 mg肉樣品，并使用實驗室壓機在兩個有機玻璃板之間以36 kg/cm2壓制3 min。使用求積儀測量壓制水和肉樣品的面積。WHC按式（1）計算，每個肉樣品重復測定3 次。

1.3.2.5 解凍損失率測定

將肉樣在解凍前稱質量（m1/g），解凍后用濾紙吸干肉塊表面水分再稱質量（m2/g），按公式（2）計算解凍損失率，每個肉樣品重復測定3 次。

1.3.2.6 蒸煮損失率測定

從各組肉樣中切取300 g，放入塑料袋并標記組號，水浴加熱至中心溫度75 ℃，保持30 min，然后取出冷卻至室溫，用紙巾將肉樣表面水吸干后稱質量，蒸煮損失率按公式（3）計算，每個肉樣品重復測定3 次。

1.3.2.7 水溶性蛋白含量測定

在各組肉樣中各取5 g于50 mL離心管中，分別加30 mL蒸餾水，在14 000 r/min下均質2 min后在1 500×g下離心10 min，取上清液用Biuret法測定水溶性蛋白含量。每個肉樣品重復測定3 次。

1.3.2.8 鹽溶性蛋白含量測定

將抽出水溶性蛋白后，向離心殘渣中加入質量分數3% NaCl 30 mL，在14 000 r/min下均質2 min后在1 500×g下離心10 min，重復3 次后取上清液用Biuret法測定鹽溶性蛋白含量。每個肉樣重復測定3 次。

1.3.2.9 剪切力測定

本實驗采用Warner-Bratzler法測定肉樣品的剪切力。TA-XT Plus型質構儀參數設置為：測試速率5 mm/s，觸發力5 g，載物質量30 kg。每個肉樣品重復測定3 次。

1.3.2.10 LF-NMR T2弛豫時間的水分分布

將肉樣品放置在與纖維方向垂直的圓柱形核磁管（直徑14 mm、高20 cm）中，放于直徑為18 mm的NMR探頭上，在23.2 MHz的共振頻率下使用CPMG序列測量橫向弛豫時間T2。經過16 次掃描重復獲取4 096 個回波數據，擬合0.01～3 000 ms的弛豫時間。

1.3.3 感官評價

參考Su等[8]的感官評定方法，根據外觀、風味、質地、味道和整體可接受性進行評價。將肉樣品切成1 cm厚度，并使用電烤箱加熱直到肉的核心溫度達到75 ℃后，15 名評定員以9 分為標準進行肉樣品的感官評價。得分由1 分（非常差）到9 分（非常好）。

1.4 數據統計分析

每個指標重復測定9 次，運用SPSS 20.0軟件比較平均值對實驗所得數據進行單因素方差分析（analysis of variance，ANOVA）、最小顯著差數法（least significant difference，LSD）分析、Duncan檢驗多重比較以及相關性分析。

2 結果與分析

2.1 解凍過程中的溫度變化情況

圖1 不同解凍方式下的肉樣核心溫度變化曲線Fig. 1 Curves of internal temperature for meat samples subjected to different thawing methods

當解凍肉樣的核心溫度恒定在0 ℃時視為解凍完成，此時終止解凍。由解凍肉樣的核心溫度變化曲線（圖1）可知，冷藏解凍時間是微波解凍時間的100～200 倍，微波解凍可以有效地減免肉在冷藏解凍過程中發生的脂質氧化、蛋白質氧化、蛋白質變性和微生物生長等肉品質惡化的問題[14-15]。此外，從解凍肉樣的溫度變化曲線可以看出，當溫度接近于-1.5 ℃時解凍速率極為緩慢，這是因為肉的冰點溫度在-1.1～-1.4 ℃之間，當溫度低于冰點時，凍結肉的組織狀態為冰晶與細胞的混合物，當溫度達到冰點時，凍結肉中的冰晶融化，肉樣組織狀態變為冰、水和細胞三者的混合物，而細胞與冰晶兩者混合物的導熱系數大于細胞與水、冰晶三者混合物；并且就肉樣組成的最小單位細胞而言，當溫度接近于冰點時，細胞內的冰晶部分融化成水，細胞導熱系數也會降低；因此當解凍溫度到達冰點附近時，凍結肉的導熱系數降低，解凍速率顯著下降[16]。

2.2 不同解凍方式對豬肉食用品質特性的影響

表1 不同解凍方式對豬肉食用品質的影響Table 1 Effects of different thawing methods on pork quality

由表1可知，解凍方式對肉樣的解凍損失率和蒸煮損失率具有極顯著影響（P＜0.01）。微波解凍肉樣的解凍損失率和蒸煮損失率相比于冷藏解凍肉樣顯著降低。其中冷藏解凍的解凍損失率最高，微波-2解凍的解凍損失率最低，二者相差約2.11%。這與Lee[17]的研究結果一致，其研究表明微波解凍的解凍損失比冷藏解凍低。同時Kondratowicz等[18]的研究結果表明微波解凍豬肉解凍損失率少于室溫解凍。冷藏解凍的蒸煮損失率最高，微波-1解凍的蒸煮損失率最低，相差約7%。與鮮肉相比，微波-2解凍肉樣的蒸煮損失率顯著增加（P＜0.05），而微波-1解凍肉樣卻極顯著降低（P＜0.01），這可能是隨著微波功率的增加，肉塊中心部位水分子運動更劇烈造成的。微波-2解凍肉樣的WHC（30.99%）與鮮肉（30.57%）無顯著差異，其他兩種解凍肉的WHC均極顯著低于鮮肉（P＜0.01）。值得注意的是，兩種微波解凍肉樣的WHC均極顯著高于冷藏解凍肉的WHC（P＜0.01）。劉燕等[19]認為冷藏解凍會出現上層肉已解凍而汁液流到下層遇到冷肉又結成冰的情況，這樣會破壞下層肉的肌肉組織，導致解凍不均衡、肉汁流失量大等問題的發生。由此可知，快速微波解凍可以有效緩解在解凍過程中冰晶對細胞壁的破壞，有利于肌肉組織對水分的保持。因此，本研究結果表明相比于冷藏解凍，微波解凍更有助于維持肉的品質。

對于消費者而言，肉的顏色也很重要。肉的顏色主要取決于肉中還原型肌紅蛋白（myoglobin，Mb）、氧合型肌紅蛋白（oxygenated myoglobin，MbO2）和高鐵型肌紅蛋白（metmyoglobin，MMb）三者所占的比例[20]，MbO2含量越高a*值就越大，肉色越好，而MMb含量越高b*值就越大，肉色越差。在本實驗中，3 種解凍肉樣的L*、a*、b*值相比于鮮肉均發生極顯著變化（P＜0.01）（表1）。各解凍肉樣的L*值均極顯著低于鮮肉（P＜0.01），表明解凍過程可降低肉樣的亮度，這與Galobart等[21]針對凍融及烹飪過程對雞胸肉L*值影響的研究結果一致。各解凍肉樣的a*值均極顯著低于鮮肉（P＜0.01），其中微波-2解凍肉的a*值與鮮肉最為接近，微波-1解凍與冷藏解凍肉樣的a*值無顯著差異（P＞0.05）。這可能是解凍過程中肌紅蛋白隨著解凍滲出液流失造成的，肌紅蛋白是水溶性肌肉蛋白，存在于肌漿蛋白中。3 種解凍肉樣間b*值差異極顯著（P＜0.01），且3 種解凍肉樣的b*值相比于鮮肉均極顯著降低（P＜0.01），其中冷藏解凍肉的b*值最低，僅為4.84。因此，結果表明解凍過程會導致肉的光澤性變差，但微波-2解凍肉的肉色更接近于鮮肉。

pH值可以在一定程度上反映肉的保水性、嫩度等[22]。但在本實驗中解凍后肉的pH值沒有發生顯著變化（P＞0.05）。各肉樣的pH值均在5.4～5.7這一范圍內。有兩種情況可以解釋這一現象：一是肉樣在凍結之前已完成糖酵解作用；二是凍結使糖酵解酶活性降低[1]，使其進入休眠狀態進而終止糖酵解作用。而本實驗選購的豬肉是經正規商業屠宰程序宰殺后在4 ℃條件下存放27 h的冷鮮肉，說明實驗肉樣在凍結之前已完成僵直，即肉樣在凍結前就已經達到極限pH值，因此肉樣不會發生解凍僵直收縮現象，這與剪切力結果相對應。

嫩度是一個非常重要的肉品食用指標，而肉的嫩度通常與肉剪切力呈負相關，剪切力越小說明肉越嫩度越好。結果顯示，3 種解凍肉樣的剪切力差異顯著（P＜0.05）（表1），其中微波-1解凍肉樣的剪切力最低（18.51 N），嫩度最好。同時，解凍肉樣的剪切力相比于鮮肉極顯著降低（P＜0.01）。這與前人的研究結果[23-24]一致，其對這一結果的解釋為：當達到冰凍溫度時，牛肉中鈣蛋白酶活性保持相對穩定，且肉的冷凍和解凍會增加鈣蛋白酶在成熟過程中的蛋白水解活性，從而增加肉嫩度。此外Grayson等[25]的研究結果同樣證明了冷凍和解凍會增加LL和ST牛排的嫩度，他們認為凍結并不影響融化過程中發生的蛋白水解。而Liu Zelong等[26]認為剪切力的降低歸因于冰晶形成導致了膜強度的損失，從而減少了剪切肉所需的力。因此，結果表明冷藏解凍和微波解凍可以增加肉的嫩度。由以上結果可知，微波解凍相比于冷藏解凍，肉樣具有更好的保水性、色澤和嫩度，其中微波-2解凍肉樣的品質與鮮肉更為接近。

2.3 不同解凍方式對水溶性蛋白含量及鹽溶性蛋白含量的影響

圖2 不同解凍方式對肉樣水溶性蛋白含量（A）及鹽溶性蛋白含量（B）的影響Fig. 2 Effect of different thawing methods on water-soluble (A) and salt-soluble (B) protein contents of meat samples

由圖2A、B可知，3 種解凍肉樣的水溶性蛋白含量與鹽溶性蛋白含量差異顯著（P＜0.05，P＜0.01），并且解凍肉樣與鮮肉相比，水溶性蛋白含量和鹽溶性蛋白含量均極顯著降低（P＜0.01）。微波-1與微波-2解凍肉樣的水溶性蛋白含量（分別為22.60 mg/g和21.73 mg/g）差異顯著（P＜0.05），并且均極顯著高于冷藏解凍肉樣（P＜0.01），冷藏解凍肉樣的水溶性蛋白含量最低（17.59 mg/g）。這是由于冷藏解凍過程中冰晶對細胞壁破壞嚴重，解凍損失大，導致水溶性蛋白的流失最為嚴重，而微波所具有的穿透性破壞了部分冰晶結構，進而保全了細胞的完整性，降低了水溶性蛋白的損失。微波解凍肉樣的鹽溶性蛋白含量均極顯著高于冷藏解凍肉樣（P＜0.01）。微波-1解凍肉樣的鹽溶性蛋白含量（31.76 mg/g）與鮮肉最為接近。

水溶性蛋白含量和鹽溶性蛋白含量的結果顯示，微波解凍造成的水溶性蛋白和鹽溶性蛋白的損失量比冷藏解凍小，這可能是微波解凍肉樣相比于冷藏解凍肉樣具有更好顏色與嫩度的原因之一。

表2 豬肉食用品質特性指標相關性分析Table 2 Correlation analysis of pork quality characteristics

表2結果顯示，解凍損失率與a*值和蒸煮損失率具有顯著相關性（P＜0.05），相關系數（r）分別為0.721和0.702；蒸煮損失率與鹽溶性蛋白含量呈顯著負相關（P＜0.05，r＝-0.675）；水溶性蛋白含量、鹽溶性蛋白含量與L*、a*和b*值都具有極顯著的正相關性（P＜0.01），表明解凍損失與蒸煮損失是肉色澤的決定因素。水溶性蛋白含量對肉剪切力具有顯著影響，呈極顯著正相關（P＜0.01，r＝0.789），這一結果表明肉中水溶性蛋白含量越高肉嫩度越差。同時，b*值與剪切力呈極顯著正相關（P＜0.01，r＝0.756），而從表1的結果中并未發現這一特性，其顯示冷藏解凍肉樣的b*值最低但其剪切力并不低，因此b*值與剪切力之間仍存在著較為復雜的關聯，仍需進一步深入研究。

2.4 解凍豬肉的LF-NMR T2分析及其相關性分析

LF-NMR用于肉與肉制品水分研究主要采用橫向弛豫時間（T2）來表示水分[27-28]。Bertram等[29]在對NMRT2弛豫研究中確定肉類中存在3 種不同水分，即T2B（1～10 ms）、T21（30～60 ms）和T22（100～400 ms）。馬瑩等[30]對牛肉貯藏水分含量變化的研究中得到4 個組分，認為其分別代表強結合水、弱結合水、可移動水及自由水，分別表示為T20（0～1 ms）、T21（1～10 ms）、T22（10～100 ms）和T23（100～1 000 ms）。不同T2區間的積分面積占總積分面積的百分比可以表示各個區間氫質子的相對含量[31]。

圖3 肉樣橫向弛豫時間T2變化的三維瀑布圖Fig. 3 A three-dimensional waterfall plot for T2 changes of meat samples

根據圖3可知，擬合后肉樣的NMRT2譜有3 個峰，分別表示為T21、T22、T23，相應代表結合水、不易流動水和自由水。其中T21、T22、T23分別包含3 個指標（表3），即峰頂點時間、峰面積和峰比例。

表3 不同解凍方式下肉樣橫向弛豫時間T2的變化Table 3 Changes in transverse relaxation time T2 of meat samples subjected to different thawing methods

由表3可知，解凍方式對T21峰頂點時間無統計學影響，對T21峰面積和峰比例有顯著影響。與鮮肉相比，微波-2解凍肉樣的T21峰面積（P＜0.01）和峰比例（P＜0.05）顯著增加，說明微波-2使肉樣中的結合水含量增加；冷藏解凍和微波-1解凍肉樣的T21峰面積和峰比例無統計學差異。由此說明冷藏解凍肉樣中的結合水含量減少，微波-1解凍肉樣中的結合水含量無顯著變化，微波-2解凍肉樣中的結合水含量增加。

解凍方式對T22峰頂點時間無統計學影響，對T22峰比例和峰面積有顯著影響（表3）。與鮮肉相比，僅微波-1解凍肉樣的T22峰面積增加；冷藏解凍和微波-2解凍肉樣的T22峰面雖無統計學差異，但T22峰面積平均值都呈減少的趨勢，T22峰比例都顯著降低（P＜0.05）。此外，微波-1解凍肉樣的T22峰比例極顯著高于微波-2肉樣（P＜0.01）。這一結果表明冷藏解凍和微波-2解凍肉樣中的不易流動水含量減少，微波-1解凍肉樣中的不易流動水無顯著變化但有增加的趨勢。

解凍方式對T23峰頂點時間、T23峰面積和峰比例均有顯著影響（表3）。與鮮肉相比，冷藏解凍肉樣的T23峰頂點時間顯著縮短（P＜0.05），T23峰面積和峰比例顯著增加（P＜0.05）；微波-1解凍肉樣的T23峰面積和峰比例極顯著減少（P＜0.01），T23峰頂點時間無顯著變化；微波-2解凍肉樣的T23峰頂點時間、T23峰面積和峰比例均無顯著變化，但T23峰面積和峰比例的平均值均高于鮮肉。此外，冷藏解凍和微波-1解凍肉樣間的T23峰頂點時間差異極顯著（P＜0.01）。表明冷藏解凍肉樣中的自由水含量增加，微波-1解凍肉樣中的自由水含量降低，微波-2解凍肉樣中的自由水含量無變化。

此外，各解凍肉樣的T2峰面積總和與鮮肉相比無差異。因此，綜上可知，不同的解凍方式對凍豬肉的橫向弛豫時間T2的影響也不盡相同。凍豬肉解凍過程中發生了不同水分群之間的水分遷移。本實驗結果表明，冷藏解凍使凍豬肉中的不易流動水向自由水進行遷移，微波-1解凍則使凍豬肉中的自由水向不易流動水進行遷移，而微波-2解凍更傾向于將不易流動水向結合水遷移。這一結果進一步解釋了冷藏解凍肉樣的解凍損失率與蒸煮損失率顯著高于微波-2解凍肉樣以及WHC顯著低于微波-2解凍肉樣的原因，進而導致水溶性蛋白含量減少和a*值下降，肉質變差。

2.5 感官評價

表4 不同解凍方式的豬肉感官特性評分Table 4 Sensory quality characteristics of frozen pork subjected to different thawing methods

如表4所示，冷藏解凍肉樣的質地、多汁性和整體可接受性評分均極顯著低于微波解凍肉樣（P＜0.01）。此外，統計分析結果顯示兩種微波解凍肉樣的各項感官評分與鮮肉無顯著性差異，但微波-2解凍肉樣各感官評分跟接近與鮮肉，其中質地的評分還要高于鮮肉。Lee等[32]的研究表明冷凍豬肉在不同溫度下解凍，其質地和多汁性存在差異，本實驗結果顯示冷凍豬肉在不同的解凍方式下其質地、多汁性及整體可接受性均有差異。

3 結 論

本研究表明，微波解凍速度快，可極顯著降低解凍損失且可有效提高肉嫩度（P＜0.01），其中微波-2解凍具有最低的解凍損失率、最高的持水能力以及最佳的肉嫩度。相比于鮮肉，3 種解凍肉樣的L*、a*、b*值以及水溶性蛋白含量與鹽溶性蛋白含量均極顯著降低（P＜0.01），但微波解凍肉的這些指標與鮮肉更加接近。LF-NMRT2弛豫的水分分布情況顯示，解凍方式對凍豬肉中不同水分群間的遷移具有顯著影響，冷藏解凍使凍豬肉中的不易流動水向自由水進行遷移，微波-1解凍則使凍豬肉中的自由水向不易流動水進行遷移，而微波-2解凍更傾向于使不易流動水向結合水遷移，這一定程度上解釋了3 種解凍肉樣的解凍損失率、蒸煮損失率、WHC、a*值以及水溶性蛋白含量的差異性，說明解凍過程中的水分遷移情況對豬肉的食用品質有一定的影響。感官評價結果顯示微波-2解凍肉樣各項評估指標評分與鮮肉更接近。因此，微波解凍相比于冷藏解凍能夠有效抑制解凍過程中肉質的惡化，綜合實驗指標分析，在3 種解凍方式中微波-2解凍可以更好地保持豬肉的食用品質。