高濕度結合不同溫度解凍對豬肉理化及蛋白特性的影響

朱明明，彭澤宇，魯 森，馬長明，何鴻舉，王正榮，馬漢軍，康壯麗，趙圣明

（1.河南科技學院食品學院，河南 新鄉 453003；2.河南科技學院 畜禽產品精深加工與質量安全控制河南省工程技術研究中心，河南 新鄉 453003；3.國家豬肉加工技術研發專業中心，河南 新鄉 453003；4.河南省商業科學研究所有限責任公司，河南 鄭州 450002）

我國是豬肉第一生產大國，也是主要消費國家[1]。由于豬肉及豬肉制品含有豐富的營養物質，尤其是蛋白質，且含水量較高；因此在貯藏、加工及運輸的過程中極易滋生腐敗微生物，造成經濟損失和環境污染，甚至危及人類健康[2]。目前，為了確保肉制品的安全食用性和經濟性，冷凍貯藏仍是加工行業常用的成本較低的保鮮手段[3]。隨著肉類消費的快速發展，大眾對于肉類的生產、運輸及解凍處理等方面提出了更高的要求，因而研究解凍方法對凍結豬肉的影響至關重要，以便能夠穩定地獲得高品質的原料肉。

肉及肉制品的保水性（汁液損失、離心損失、滴水損失及蒸煮損失等）對肉制品的品質有很大影響[4]。而在解凍過程中，汁液損失是最常出現的問題之一，受到很多客觀因素如蛋白質、pH值、色澤、脂肪、新鮮度的影響，一般不可避免，但合適的解凍方法可大幅降低該損失[5]。冷凍肉的解凍一般采用空氣、靜水、低溫（4 ℃冰箱）解凍等[6-7]，也有一些熱門新型的解凍方式，如微波、超聲波、歐姆及高壓靜電場解凍[8-10]。各種解凍方法都有其優缺點。傳統解凍耗時、效率低，且易造成肉類污染，從而影響肉品品質[11]；而新型解凍方式雖然在一定程度上克服了這些缺點，但由于所用設備自身的局限性，仍會造成品質劣變而阻礙其發展應用[12-13]。

隨著技術水平的發展，低溫高濕解凍逐步應用到肉類工業中，該方法改善了傳統低溫解凍時間長，汁液流失嚴重，蛋白、脂肪氧化劣變的缺點，又保留了微生物污染低、肉品品質損失低等優點[14]。張春暉[15]、Li Yin[16]等研究低溫高濕變溫解凍對牛羊肉品質的影響，結果表明高濕低溫變溫解凍處理對牛羊肉品質影響最小。張昕等[17]的研究結果表明4 ℃、相對濕度（relative humidity，RH）90%環境下解凍后，雞胸肉品質最佳。然而目前國內外對于低溫高濕解凍對豬肉品質特性研究較少，本課題組在前期研究中發現溫度恒定時，RH 90%解凍可有效提高解凍效率，降低汁液損失，改善豬肉品質，緩解蛋白變性。但是鮮見高濕條件（RH 90%以上）下有關豬肉解凍最適溫度的研究。因此，本實驗以鮮肉和傳統低溫（4 ℃、RH 65%～73%）解凍作為對照，致力于高濕環境中（RH 90%）豬肉解凍溫度參數的篩選，分析其對冷凍豬肉保水性、嫩度、新鮮度、蛋白變性程度、脂肪氧化程度的影響，同時利用差示掃描量熱（differential scanning calorimeter，DSC）儀檢測蛋白質的熱穩定性，并利用流變儀評價蛋白的凝膠特性，以期尋求最佳解凍條件，獲得效率高、耗能低、效果好的解凍技術，從而為豬肉企業提供合理高效的技術參數，提高企業經濟效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選取5 頭體質量基本一致（（100±5）kg）的內三元雜交豬（品種：杜洛克×長白×大白），經待宰、噴淋、麻電、刺殺、脫毛、刮毛、開膛去內臟、割頭蹄尾、劈半和成熟等步驟后，取豬背最長肌（平均質量（2.9±0.1）kg）用于后續實驗。實驗豬屠宰與現場取樣地點為河南新鄉高金食品有限公司。

NA培養基 青島高科技工業園海博生物技術有限公司；其他試劑均購自西隴化工股份有限公司。

1.2 儀器與設備

CTHI-150B恒溫恒濕箱 上海施都凱儀器設備有限公司；BC/BD-100HT冷凍室 青島澳柯瑪股份有限公司；CR-400色差計 日本美能達公司；L93-3溫度自動記錄儀 杭州路格科技有限公司；差示掃描量熱儀 德國耐馳公司；MCR301流變儀奧地利Anton Paar公司；YXQ-LS-50S全自動立式壓力蒸汽滅菌鍋 上海博迅醫療設備有限公司醫療設備廠；T25高速勻漿器 德國IKA公司；106插入式溫度計德國德圖公司；pH計 上海精密科學儀器有限公司；電導率儀 梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司；C-LM4型數顯式肌肉嫩度儀 東北農業大學工程學院。

1.3 方法

1.3.1 原料處理

將背最長肌樣品運回實驗室后，在無菌條件下將表面脂肪及結締組織剔除，并將原料肉分割成規則的肉塊（質量為（150±0.5）g；尺寸為6 cm×5 cm×3.5 cm），采用自封袋（120 mm×170 mm）分裝，隨機分成6 組，每組5 份。任意挑選一組作鮮肉對照組，直接進行肉質形狀指標的測定。其他各組包裝后－18 ℃凍藏24 h后，其中一組采用4 ℃冰箱解凍（RH 65%～73%）（傳統低溫對照組），其余4 組放置于CTHI-150B恒溫恒濕箱中在高濕條件下（RH 90%，直接調節濕度按鈕控制濕度），采用不同溫度（0、4、8、12 ℃，直接調節溫度按鈕控制溫度）解凍至中心溫度達到2 ℃，測定解凍后肉樣的各項指標。

1.3.2 解凍時間的測定

參照余小領等[18]的方法測定解凍時間并略作修改。解凍開始之前，用釘子在冷凍肉樣品距離中心位置最近的一面取一孔道，方便溫度計插入樣品的中心位置。在解凍過程中，測量樣品中心溫度的變化情況（－18～2 ℃）。

1.3.3 保水性的測定

解凍豬肉的保水性主要通過汁液損失率、滴水損失率和蒸煮損失率來衡量。汁液損失率參考余小領等[18]的方法測定；蒸煮損失率參考Xia Xiufang等[8]的方法測定；滴水損失率根據Adeyemi等[19]的方法測定。

1.3.4 剪切力的測定

參考Baublits等[20]的方法，利用測定蒸煮損失后的樣品進行剪切力的測定。將蒸煮損失后的肉樣分割成1 cm×1 cm×2 cm的立方體，用肌肉嫩度儀沿著肌纖維垂直方向剪切肉樣，記錄剪切力/N。

1.3.5 色澤的測定

參考Chang Haijun等[21]的方法測定色澤。使用CR-400色差計測定鮮肉和解凍肉樣表面的L*、a*、b*值。測定前對色差計進行校準，白板L*、a*、b*值分別為97.22、－0.14、1.82。需對每個樣品的5 個位點進行檢測，并加以標記，盡量使得樣品之間測定位點一致，減小誤差。取5 個位點的平均值作為該肉樣的色澤值。

1.3.6 TBARS值的測定

硫代巴比妥酸反應物（thiobarbituric acid reactive species，TBARS）值的測定參考He Xiangli等[22]的方法，利用硫代巴比妥酸法進行評價。

1.3.7 pH值的測定

參考GB 5009.237—2016《食品安全國家標準 食品pH值的測定》[23]的方法。檢測前，按照儀器使用說明，利用pH 6.8和4.0的緩沖液校準pH計。取（5.0±0.1）g鮮肉或解凍肉樣，加入45 mL蒸餾水，7 500 r/min下均質15 s后，利用pH計測定其pH值。

1.3.8 新鮮度的測定

豬肉新鮮度由于直接關系著消費者的食用安全性而成為購買時最為重要的評價指標之一。本實驗主要檢測了樣品的揮發性鹽基氮（volatile base nitrogen，TVB-N）含量、電導率和細菌菌落總數，通過三者綜合評價新鮮度。TVB-N含量參考GB 5009.228—2016《食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》中的半微量定氮法測定[24]；電導率的測定參考楊秀娟等[25]的方法，利用電導率儀測定肉樣的電導率；菌落總數參考GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》[26]測定。

1.3.9 蛋白質變性程度的測定

參考He Xiangli等[22]的方法，并略作修改。采用水和銦校準溫度和熱焓。準確稱取15～20 mg鮮肉樣或解凍肉樣，放入樣品盤中，升溫速率5 ℃/min，分析溫度范圍25～100 ℃，以空樣品盤（即不加肉樣）作為對照。計算熱焓?H/（J/g）和相關蛋白的變性溫度Tm/℃。

1.3.10 動態流變特性的測定

利用流變儀測定樣品的熱動態流變性。將鮮肉或解凍肉樣打碎后，均勻涂抹在兩個50 mm不銹鋼圓形平板之間，間隙為0.5 mm，外周涂一層薄硅油以防止水分蒸發。測定方法：起始溫度20 ℃，保溫10 min，以2 ℃/min的升溫速率加熱至80 ℃。升溫過程中，在一個振蕩模式下，以0.1 Hz的固定頻率對樣品進行連續剪切，測定儲能模量（G’）隨溫度的變化情況[27]。

1.4 數據處理與分析

所有處理重復5 次，使用SPSS 18.0軟件進行數據的統計分析，并應用單因素方差分析對實驗數據進行差異顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 高濕不同溫度下的解凍曲線

圖1 高濕不同溫度解凍條件下冷凍肉樣中心溫度的變化曲線Fig. 1 Changes in central temperature in frozen pork samples during high humidity thawing with different temperatures

在高濕環境（RH 90%）中，以不同溫度條件分別對冷凍豬肉進行解凍，其解凍曲線如圖1所示。在所有的解凍過程中，從－5 ℃升溫至－1 ℃（最大冰晶形成區域）所需時間最長，這與食品凍結過程[5]一致。傳統低溫解凍組豬肉中心溫度達到2 ℃需17 h，而高濕解凍（溫度0～12 ℃）所需時間為7.5～11.0 h，明顯縮短了解凍時間，提高了解凍效率。在高濕環境下，隨著解凍溫度的升高，解凍時間縮短，解凍效率逐步提高，這主要是由于溫度的升高有利于解凍過程的加速。

2.2 高濕不同溫度下解凍對豬肉保水性、嫩度的影響

表1 高濕不同溫度下解凍對豬肉保水性和剪切力的影響Table 1 Effect of different thawing temperatures with high humidity on WHC and shear force of pork

在凍結和解凍過程中，由于冰晶形成造成的機械損傷和解凍處理后造成的蛋白氧化變性、肌束空隙變大、肌肉蛋白結構改變等，極易造成肉樣保水性變差，因此豬肉保水性是評價解凍方式好壞的重要指標[15,28-29]。如表1所示，經傳統低溫解凍后，樣品的汁液損失率、滴水損失率和蒸煮損失率分別為6.51%、5.89%、24.77%，均顯著高于所有高濕環境解凍組（P＜0.05），分析原因可能是高濕環境可有效保護樣品蛋白水合面，抑制表面水分蒸發，減少干耗[15]。另外高濕解凍時間短，也可降低低溫解凍造成的水分流失。而高濕環境下，0 ℃解凍后肉樣汁液損失率（4.16%）顯著高于其他溫度解凍組（P＜0.05），這是由于溫度較低時，解凍效率低、時間長，導致汁液損失較為嚴重[30]。不同溫度解凍后肉樣的滴水損失率和蒸煮損失率無顯著差異（P＞0.05），并與鮮肉較為接近，表明高濕環境下，一定范圍內的溫度差異對滴水損失率和蒸煮損失率無較大影響。

豬肉剪切力的大小與豬肉嫩度呈負相關，剪切力越大表明嫩度越差。高濕不同溫度下解凍后肉樣的剪切力如表1所示。經不同解凍方式處理后肉樣的剪切力均顯著高于鮮肉（43.45 N）（P＜0.05），可能是凍結過程中樣品產生的冰晶致使其可塑性降低而造成的[29]。然而，高濕解凍后豬肉的剪切力顯著低于傳統低溫處理（P＜0.05），可能是由于高濕環境有利于減少汁液損失，從而維持豬肉的嫩度。其中高濕環境下，0 ℃解凍后肉樣的剪切力較大，而4、8、12 ℃解凍后肉樣剪切力差異不顯著（P＞0.05），這與汁液損失結果一致，表明汁液損失對豬肉嫩度有較大影響。

2.3 高濕不同溫度下解凍對豬肉色澤、TBARS值的影響

色澤是豬肉品質優劣最直觀的表現，影響著消費者的購買欲。由表2可知，經高濕低溫解凍后，肉樣的L*值和a*值顯著高于傳統低溫解凍，而b*值顯著低于傳統低溫解凍（P＜0.05），同時三者數值與鮮肉接近（P＞0.05），表明高濕低溫解凍能有效緩解豬肉色澤的劣變，這可能是由于高濕環境下，保水性增強，使其保有鮮肉色澤[31]。邸靜等[32]研究發現高濕低溫可顯著提高牛肉的亮度，張昕等[17]研究表明高濕低溫也可提高雞肉的L*值和a*值，與本實驗結果一致。在高濕條件下，不同溫度處理后豬肉的L*值無顯著差異（P＞0.05），但a*值和b*值均有變化。其中0～8 ℃處理后，a*值和b*值無顯著性差異，隨著溫度繼續升高，達到12 ℃時a*值和b*值顯著低于4 ℃解凍組，表明高濕環境下， 0～8 ℃解凍可有效保持豬肉色澤。已有研究發現解凍肉樣色澤的變化與蛋白及脂質氧化息息相關[33]，紅度下降的原因可能是溫度過高，加速了肌紅蛋白氧化生成高鐵肌紅蛋白[31]；也有報道稱褐色素中的游離氨基酸可與脂肪氧化形成的自由基反應，從而加速褐色素形成，也會促使紅度下降[34]。而黃度升高可能是解凍過程中豬肉脂肪水解后的脂肪酸被氧化造成的[33]。

表2 高濕不同溫度下解凍對豬肉色澤和TBARS值的影響Table 2 Effect of different thawing temperatures with high humidity on color and TBARS value of pork

TBARS值代表脂肪氧化程度的強弱。如表2所示，高濕低溫解凍后豬肉的TBARS值顯著低于傳統低溫解凍組（P＜0.05），而與鮮肉無顯著差異（P＞0.05），表明高濕低溫可有效抑制脂肪的氧化。在高濕環境中，溫度達到12 ℃時，豬肉的TBARS值顯著高于4 ℃處理，可能是低溫環境抑制脂肪氧化反應的進行，而隨著溫度繼續升高，促使脂肪氧化加劇引起的[29]，這與色澤的結果相一致。

2.4 高濕不同溫度下解凍對豬肉pH值的影響

圖2 高濕不同溫度解凍對豬肉pH值的影響Fig. 2 Effect of different thawing temperatures with high humidity on pH of pork

pH值的變化能帶來蛋白質分子間的靜電荷效應，從而影響豬肉保水性[35]。如圖2所示，各溫度條件下解凍，肉樣的pH值變化顯著，均維持在5.90～5.99之間，且與鮮肉及傳統低溫解凍相比無顯著性差異（P＞0.05），表明高濕環境下不同溫度處理（0～12 ℃）對解凍后肉樣的pH值無顯著影響，均屬于一級鮮肉范疇[36]。

2.5 高濕不同溫度下解凍對豬肉新鮮度的影響

圖3 高濕不同溫度解凍對豬肉TVB-N含量（A），電導率（B）和菌落總數（C）的影響Fig. 3 Effect of different thawing temperatures with high humidity on TVB-N content (A), electrical conductivity (B) and total bacterial count (C) of pork

TVB-N含量反映了肉及肉制品因自身代謝及微生物污染而造成的蛋白分解程度，表征豬肉的新鮮度[29]。如圖3A所示，高濕環境下，0、4 ℃和8 ℃處理后解凍肉樣的TVB-N含量較低，與鮮肉無顯著性差異（P＞0.05），低于15 mg/100 g，屬一級鮮肉[36]。而隨著溫度的繼續升高，TVB-N含量顯著升高，與傳統低溫解凍組無顯著差異（P＞0.05），預示著腐敗程度增加，可能是在高濕環境下，隨著溫度的升高，肉制品自身代謝活動增強、腐敗菌滋生造成的；在傳統低溫條件下，解凍時間過長會導致蛋白降解、微生物污染[31]。

隨著豬肉新鮮度的下降，其自身成分會發生變化，反應產物中出現大量導電性物質，導致電導率升高，因此電導率也成為檢驗豬肉新鮮度的重要指標[25]。由圖3B可知，經不同解凍處理后，豬肉的電導率均顯著高于鮮肉（P＜0.05），但都在1 370 μS/cm以下，屬于一級鮮肉[25]。其中高濕環境下，12 ℃解凍后肉樣的電導率較大，顯著高于0、4、8 ℃解凍后肉樣的電導率（P＜0.05），表明溫度對豬肉電導率有較大影響。楊秀娟等[25]研究發現隨著豬肉腐敗變質，電導率逐漸增加，TVB-N含量也逐漸增加，這與本實驗結果一致。

解凍溫度升高和解凍時間延長容易造成微生物污染，促使豬肉成分和感官特性發生變化，導致有毒有害物質產生。如圖3C所示，在高濕條件下，溫度達到12 ℃時菌落總數（3.88（lg（CFU/g）））顯著高于4 ℃和8 ℃處理后的肉樣（P＜0.05），與傳統低溫解凍組無顯著差異（P＞0.05），分析可能是隨著解凍環境溫度升高，微生物活動增強所致，但菌落總數仍然處于一級鮮肉范圍[37]之內，可安心使用。經不同溫度解凍處理后，菌落總數的變化趨勢基本與TVB-N含量、電導率一致。綜合表明，高濕環境中（RH 90%），0～8 ℃解凍處理后，豬肉可最大限度維持其新鮮度。

2.6 高濕不同溫度下解凍后豬肉蛋白的變性程度

圖4 高濕不同溫度解凍對肉樣品熱穩定性影響的DSC分析圖譜Fig. 4 DSC thermograms showing the effect of different thawing temperatures with high humidity on thermal stability of pork samples

由圖4可知，鮮肉的熱分析圖譜在55、65、75 ℃有3 個峰，分別代表肌球蛋白頭部變性（峰1）、肌球蛋白尾部和肌漿蛋白變性（峰2）、肌動蛋白變性（峰3）[37]，描述了蛋白分子的展開和加熱期蛋白由原始構象轉變到變性構象的過程[21]。表4為DSC分析法所得到的變性溫度Tm和熱焓?H。從圖4和表4中可看出，傳統低溫解凍后，峰1和峰3的變性溫度（60.28 ℃、77.22 ℃）較鮮肉明顯推后，峰2消失，且峰3的熱焓顯著下降（P＜0.05），表明傳統低溫解凍嚴重影響了豬肉蛋白的變性程度。而高濕環境解凍（RH 90%，0～12 ℃）則在不同程度上有所緩解，其中經0 ℃處理后，峰3的變性溫度（77.53 ℃）明顯推后，與傳統低溫接近（P＞0.05），且峰2和峰3的熱焓值較鮮肉顯著降低（P＜0.05），表明0 ℃（RH 90%）解凍可嚴重影響肌漿蛋白、肌球蛋白尾部和肌動蛋白的變性，可能與其解凍時間長、汁液損失較大有關；12 ℃處理后，峰2的峰形變小，且峰2和峰3的熱焓均低于鮮樣、4 ℃和8 ℃處理組，表明12 ℃（RH 90%）解凍也可嚴重影響肌漿蛋白、肌球蛋白尾部和肌動蛋白的變性，分析原因可能是解凍溫度過高，加速了蛋白質的變性；而經4 ℃和8 ℃（RH 90%）解凍后，DSC圖譜較鮮肉無明顯變化，且熱焓值也接近鮮肉水平（P＞0.05），表明4 ℃和8 ℃（RH 90%）的解凍處理可有效緩解蛋白的變性程度。

表3 高濕不同溫度解凍處理后豬肉肌肉蛋白的變性溫度Tm和變性熱焓ΔHTable 3 Denaturation temperature Tm and enthalpy ΔH for muscle proteins of pork samples treated by different thawing methods

2.7 高濕不同溫度下解凍對豬肉動態流變學特性的影響

圖5 高濕不同溫度解凍對肉樣品儲能模量G’的影響Fig. 5 Effect of different thawing temperatures with high humidity on dynamic storage modulus G’ of pork

圖5 為高濕（RH 90%）不同溫度下解凍后，豬肉樣品的G’隨溫度（20～80 ℃）的變化曲線。經打碎處理后，鮮肉的G’值呈現如下變化趨勢：從20 ℃起G’緩慢下降，直至溫度升高至44 ℃；G’因豬肉蛋白互作增強而從45 ℃起增加，直至51 ℃[38]；但G′在52 ℃～56 ℃間輕微下降，主要是由于豬肉中肌球蛋白尾部發生變性導致結構遭到破壞；接著G’隨著溫度上升迅速升高，直至溫度達到80 ℃，主要是由于溫度升高導致蛋白質發生聚集和進一步交聯，黏性膠體變為具彈性的凝膠網絡結構[39]。與鮮肉相比，經不同解凍處理后G’均有所下降，表明凝膠結構遭到不同程度破壞[27]。其中經傳統低溫解凍處理后，肉樣的G’（80 ℃時為22.45 kPa）最低，且在45～56 ℃之間變化不明顯，峰形較弱；而經高濕0 ℃和12 ℃解凍處理后，其G’（80 ℃時為24.52 kPa和24.09 kPa）明顯低于4 ℃和8 ℃處理組（80 ℃時分別為26.36 kPa和26.09 kPa），而且后者的G’變化趨勢與鮮肉更為接近。綜合分析，4 ℃和8 ℃（RH 90%）的解凍處理能較好地保持豬肉糜原有的結構特性，對動態流變學特性影響較小。

3 結 論

與傳統低溫解凍相比，高濕（RH 90%）低溫（0～12 ℃）解凍可縮短解凍時間，提高解凍效率，且解凍后豬肉的保水性、色澤、嫩度顯著提高，明顯抑制脂肪氧化程度，降低蛋白變性程度（P＜0.05），可最大限度維持“鮮肉”的品質。其中高濕環境中（RH 90%），4 ℃和8 ℃解凍效果明顯優于其他兩組處理。相較于0 ℃解凍，4 ℃和8 ℃解凍效率高，且解凍后的豬肉汁液損失少，嫩度高；與12 ℃解凍相比，4 ℃和8 ℃解凍后豬肉的蒸煮損失低，色澤好，可有效抑制微生物滋生，降低有毒有害物質產生，提高新鮮度。同樣地，DSC和動態流變學結果也表明4 ℃和8 ℃解凍后豬肉蛋白變性程度較低，峰形較好，熱焓值與鮮肉水平接近，而且能較好地維持G′（80 ℃時分別為26.36 kPa和26.09 kPa）。綜上，高濕（RH 90%）低溫（4～8 ℃）解凍是最佳的解凍條件，可有效提高解凍效率，增強保水性，改善肉色、嫩度、緩解蛋白變性，維持豬肉品質。本研究結果拓寬了傳統高濕低溫（4 ℃）的溫度使用范圍，可擴大工業使用范圍，降低能耗，同時可解決冷凍豬肉解凍后保水性差、品質嚴重下降的問題，從而為企業帶來效益。