幾種新型解凍技術對肉品質影響的研究進展

張馨月，鄧紹林，2，胡洋健，王鵬，韓敏義，2*，徐幸蓮

1(農業部肉品加工重點實驗室，江蘇省肉類生產與加工質量安全控制協同創新中心，南京農業大學 食品科技學院，江蘇 南京，210095) 2(廣東溫氏佳味食品有限公司，廣東 云浮，510507)

根據中國統計年鑒，在1999～2018年的二十年間，中國人均肉類產品年消費量從23.3 kg增長到46.5 kg，肉制品在中國人飲食結構中的占比越來越大[1]。冷凍貯藏是肉類工業最常用的長期保存產品的方法，因為它可以抵制微生物腐敗，延緩自溶反應[2]。冷凍肉在加工及消費前需要進行解凍，解凍過程是使產品在回溫、凍藏過程中形成的冰晶融化成水的過程，解凍的肉制品存在著汁液流失、脂類氧化、營養成分下降等理化及微生物生長繁殖等各方面的負面影響[3]。當前我國各類冷凍肉的損耗均在7%以上，高于熱鮮肉和冷鮮肉的損耗[4]，解凍方式在很大程度上影響著肉制品的質量，不同種類的肉制品采取其最合適的解凍方法是確保肉制品質量的關鍵之一。因此，開發新型解凍技術，改善解凍對肉品質造成的不良影響，對肉類產品保鮮保藏具有重要的意義[5-6]。

傳統解凍方式，包括空氣解凍、水解凍等，解凍速度慢，能耗高，產品解凍損失大。因此，肉類工業亟需新型的解凍技術。新型解凍技術包括微波解凍、超聲波解凍、高壓靜電場解凍和真空解凍等，通過調節合適的參數，發射電波或引起原料肉所處環境的變化，達到解凍的目的。新型解凍方式在加快解凍速率的基礎上，各有優缺點，詳情見表1。

表1 不同解凍方式的優缺點Table 1 Advantages and disadvantages of different thawing methods

1 微波解凍

1.1 微波解凍

微波解凍是指利用電磁波對冷凍產品中的高、低分子極性基團起作用，尤其是冷凍產品中的水分子，它能使極性分子在電場中高速振蕩，同時造成分子間劇烈摩擦，由此產生熱量，將微波能轉化為熱能，達到解凍原料肉的目的[17]。微波解凍頻率通常為915或2 450 MHz[7]。

1.2 微波解凍對肉品質的影響

很多研究都表明，微波解凍技術最大的優點是解凍速率快。尤瑜敏等[17]報道一塊厚20 cm、重50 kg的冰凍牛肉塊在微波處理下，可以使溫度在2 min內從-15 ℃升至-4 ℃；發達國家如美國和日本，使用高頻微波(20 kW)，可以在1 h內解凍500 kg的魚；張樹峰等[8]使用5種解凍方法(空氣、靜水、低溫、微波和超聲波)使魚肉的中心溫度從-20 ℃上升到0 ℃，微波解凍所需時間最短，為7 min。

微波解凍一些其他的研究成果見表2。

表2 微波解凍Table 2 Microwave thawing

解凍損失是指當肉類解凍時，凍結的水分被釋放，此時必須和肌肉蛋白、鹽重新建立平衡。由于肌纖維和細胞被形成的冰晶擠壓和破壞導致變形，僅有很少的水被重新吸收，沒有被吸收的水就表現為解凍損失[23]。大部分研究都顯示微波解凍可以降低解凍損失，在一定程度上保證了肉烹飪后的多汁性。微波解凍表現出的優越性，大部分與其解凍時間短有著密切關系。

1.3 結合微波的新型解凍方式

ZHU等[24]利用微波、微波與超聲波、微波與35 ℃水浸、微波與4 ℃低溫解凍、微波與空氣對流結合(microwave combined with air convertion,MAT)以及微波與流動水結合6種微波參與的方式解凍豬背最長肌。結果顯示，MAT組的持水量、顏色、TBARS值和蛋白質溶解度的變化最低，與其他處理相比，MAT樣品僅發生了微小變化。CAO等[25]將磁性納米顆粒與微波解凍相結合，方法為：將冷凍魚片用聚乙烯袋緊緊包裹，完全浸沒在磁性納米顆粒溶液(Fe3O4，10～30 nm，0.1 mg/mL)中，然后將溶液放入微波爐中加熱。用此方法解凍紅綢魚片，其蛋白質的二、三級結構均顯示穩定。CAI等[26]利用此方法解凍大口黑鱸魚，結果顯示處理組與新鮮樣品相比，具有相似的芳香活性化合物，且揮發性成分與氣味變化較小，能較好地保持大口黑鱸魚的風味。

微波解凍是一種出現較早的新型解凍方式。由于水比冰吸收微波的速度要快，低頻微波(915 MHz)較高頻微波(2 450 MHz)穿透力更強，但加熱速度慢一些，汁液流失遠遠低于高頻微波解凍，所以低頻微波能更好地保證解凍后原料肉的品質，結合其效率高的特點，在大型工廠的應用中有很好的前景。近年來出現了一些學者對組合解凍的研究，微波的組合解凍雖然在一定程度上提高了肉的解凍品質，但較單一微波解凍的效率差了很多，操作過程還不能實現批量生產，需要進一步的研究。

2 超聲波解凍

2.1 超聲波解凍

超聲波是一種機械波，通常把高于20 kHz的聲波稱為超聲波。現用于食品級凍結及解凍、干燥、均質、脫脂、加速肉類腌制、嫩化、延長肉制品貨架期、殺菌及某些活性物質的輔助提取等方面[25-26]。超聲波解凍主要是利用超聲波的熱效應，在解凍過程中，超聲波的振動能轉變為熱能，使介質內部溫度升高，原料肉得到解凍[29]。

2.2 超聲波解凍對肉品質的影響

超聲波和微波一樣，具有解凍效率高的優點，由于超聲波的特質，使其比微波解凍更均勻，不會出現加熱不均導致肉品質下降的情況。前人在超聲波解凍肉制品的研究中，很多都發現超聲波解凍隨著功率的增大，解凍損失會隨之增大，但總體來說較傳統解凍方式能更好地保持肉的品質，其質構、pH、菌落總數等指標都表現較好。

我說：“呦呦姐，那天你向我討要西瓜，用小指頭在我手背勾了一下，你是什么意思？你是不是那時就看上了我？”

張昕等[30]發現超聲波處理的雞胸肉汁液流失與對照組相比顯著增加，較大功率的超聲波(240 W、300 W)解凍會明顯增加雞肉水分的遷移程度，造成較大的汁液流失率。原因可能是超聲波會引起肌肉蛋白變性從而降低雞肉的保水性，從而加劇了汁液流失。鐘莉等[31]發現超聲波解凍豬里脊和雞胸肉，兩者的汁液流失率都較大，因解凍速度快，肉品內部汁液無法充分回到細胞內而流失，造成了大量的營養物質流失。從更微觀的角度來看，超聲波解凍是將原料肉置于液體介質中進行解凍，超聲波作用于固液系統，氣泡由于鄰近固體表面，通常發生不對稱折疊，流體涌入氣泡中，當邊界層被破壞時，這種效應使固體表面熱量快速傳遞，導致介質溫度升高，解凍損失不可避免[32]。為了彌補超聲波解凍這一缺點，HONG等[33]利用鹽水浸泡結合150 W超聲波的解凍方式，發現浸泡在4 ℃、2%的鹽水中與超聲波結合解凍豬肉的速率與浸泡在17 ℃水中的豬肉的解凍速率相似，且有更低的解凍損失和較低的剪切力。表3例舉了除解凍損失外的一些解凍效果。

表3 超聲波解凍Table 3 Ultrasonic thawing

不同原料肉在不同功率下的解凍效果大有不同，所以在使用超聲波進行解凍時，選擇適宜的功率至關重要。因為超聲波對脂肪和蛋白質的影響較小，解凍效率也比較高，與其他方式結合還可以在一定程度上降低解凍損失，所以超聲波解凍在肉制品解凍領域有很好的發展前景。

3 高壓靜電場解凍

3.1 高壓靜電場解凍

高壓靜電場利用電場加速，在針電極周圍的小區域中產生離子，所產生的動量從空氣離子傳遞到中性空氣分子并產生電暈風，將大量流體移動到物料表面。在這種情況下，大量流體與物料表面碰撞并在表面形成的邊界層上引起湍流，最終導致傳熱系數的增強。而高壓靜電場解凍是將原料肉放置于極板之間，通過施加電壓使凍肉解凍[37]。在解凍過程中，可以采用施加正電壓或者施加負電壓的解凍方式。目前高壓靜電場在果蔬保鮮、處理作物種子、抑制微生物等方面的應用已經較為成熟[11]，而在肉制品冷凍解凍及保鮮方面，以豬肉為原料的較多。

3.2 高壓靜電場解凍對肉品質的影響

高壓靜電場解凍相比傳統解凍的顯著優點是解凍效率高、解凍損失低。馬堅[38]研究了高壓靜電場對牛肉里脊凍結和解凍的影響，發現高壓靜電場可以明顯加快牛肉里脊的解凍速度，這與HE等[11]發現經高壓靜電場解凍的原料肉中心溫度與表面溫度差異非常小，可以使凍品快速均勻解凍的結果一致，且迅速解凍能較好地保證解凍后的原料肉品質。主要原因是高壓靜電場使牛肉里脊在解凍過程中迅速通過了最大冰晶生成帶，降低了汁液流失，提高了原料肉解凍后的品質。但不同場強下效果不同，在使用高壓靜電場解凍法解凍原料肉的過程中，要選擇合適的電壓和電極板間距才能達到理想的效果[11]。

表4 高壓靜電場解凍Table 4 High-voltage electrostatic field thawing

從表4中可以看出， pH、嫩度、菌落總數、TBARS值、揮發性鹽基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)等指標都顯示出高壓靜電場解凍的冷凍肉品質較傳統解凍有很大提升。AMIRI等[41]發現，固定電極板間距，逐漸增加電極針的數量，牛肉的氧化程度隨之增大。同樣的，MOUSAKHANI-GANJEH等[13]也發現固定電極針數量，隨著電極板間距的減小，金槍魚的氧化程度會隨著電壓的升高而升高，但將電壓固定在10.5 kV，隨著板間距的減小，氧化程度也降低。所以高壓靜電場導致的脂肪氧化問題可以通過尋找合適的電壓強度、板間距或電極針的數量來解決。目前日本已將高壓靜電用于肉類解凍，在解凍質量和解凍時間上遠優于空氣解凍和水解凍，在解凍控制和解凍生產量上均優于微波解凍和真空解凍[17]。

3.3 結合高壓靜電場的新型解凍方式

3.3.1 靜電波保鮮

靜電波保鮮技術(DENBA+)是一種新興的食物保鮮技術，也可以用于食品冷凍解凍。在傳統的冷柜或冰箱中安裝DENBA+電極板，利用高壓靜電產生的靜電波與食物中的水分子發生共振使其活化，達到保鮮的效果。其解凍原理及效果如圖1所示，通過靜電波與水分子共振，大幅度減少解凍損失，實現冰點下的高品質解凍。據王偉強等[43]報道，將羊肉用安裝了DENBA+電極板的冰箱解凍，解凍速率比普通冰箱快15%，肉品質與鮮肉非常接近，解凍損失只有0.3%。魏國平等[44]利用此技術進行豬肉的凍藏和解凍，發現揮發性鹽基氮、菌落總數均比普通冰箱有所下降。目前國內已有小范圍的推廣與使用，是非常具有應用前景的一種新型技術。

圖1 DENBA+解凍原理及效果圖[45]
Fig.1 The thawing mechanism and effect drawing of DEBNA+

3.3.2 靜電場輔助解凍

尚柯等[46]利用低壓靜電場(2 500 V、0.2 mA)輔助凍結-解凍肉樣，顯著縮短肉樣通過最大冰晶生成帶的時間和解凍時間，提高解凍過程中蛋白水合能力，降低肌肉中的自由水，汁液流失比自然空氣解凍降低50%，解凍時間縮短40%。低壓靜電場與高壓靜電場相比，更安全節能。

4 真空解凍

4.1 真空解凍

真空解凍利用水在真空狀態下沸點低這一原理，依靠水蒸發所形成的水蒸氣在凍結食品表面凝結釋放的潛熱來解凍食品。真空解凍形成的水蒸氣分子溫度較低，可以很好地防止物料解凍過程中發生的脂肪氧化等劣變[16]，對熱敏性物料友好[14]。

4.2 真空解凍對肉品質的影響

真空解凍最大的特點就是利用低溫水蒸氣與冷凍肉交換熱量達到解凍的目的，這與電加熱不同，解凍過程中不會出現加熱不均或溫度過高導致解凍損失和脂肪氧化等原料肉品質下降的現象，且對原料肉的蛋白構象及蛋白凝膠特性的影響非常小。LI等[47]發現真空解凍對豬背最長肌蛋白構象的損害較小。WANG等[48]發現真空解凍對豬背最長肌的肌原纖維蛋白凝膠特性的影響顯著低于傳統的水浸解凍方法，真空解凍和超聲波解凍對凝膠特性的影響沒有顯著差異。表5例舉了一些真空解凍的參數及其效果。

表5 真空解凍Table 5 Vacuum thawing

目前真空解凍肉品的研究對象主要集中在豬肉和魚類。不同壓力下的飽和水蒸氣溫度存在差異，會對原料肉的品質產生不同的影響。張珂等[15]發現在不同的真空度(15、12、9、6、3和0.8 kPa)下，真空度越大，解凍時間越短，真空度為9 kPa時羅非魚的pH、解凍速率、解凍損失率、脂肪氧化程度均顯著優于其他組。

真空解凍的原料肉解凍損失低、有較高的保水性，菌落總數明顯降低，有利于在保持品質的前提下延長原料肉的貯藏時間，同時解凍過程溫度較低，大幅度地降低了肉的氧化現象，色澤及pH與鮮肉差異不大。但真空解凍的投產使用并不容易推進，其設備較其他解凍方式來說需要更大的投資。

5 展望

新型解凍方法相對于傳統解凍方法各有優缺點，無論是對肉品質的提升，還是肉制品加工工藝的應用都顯示出廣闊的前景。微波解凍因其加熱不均易對原料肉的品質造成不良影響，但其解凍效率高的特點非常突出；大部分對超聲波解凍的研究成果顯示，超聲波解凍的解凍損失比較大，但質構、顏色、pH、脂肪氧化等指標表現出色，而組合解凍可以降低其解凍損失；高壓靜電場和真空解凍的效果明顯優于微波和超聲波解凍。基于基礎的解凍方法，將傳統方法或新技術與其結合，又延伸出了許多可行有效的新方法。

不同的肉類制品適用的解凍方式不盡相同，不同的解凍方式也都有各自不同的參數范圍。投入到實際生產中，還要根據資金、場地、設備等一系列條件來選擇合適的解凍方法，不同的參數優化還需要進一步的研究。各種新型解凍技術距離肉類工業的大范圍投產使用還有一定距離。