冷凍解凍對生鮮肉品質的影響及其新技術研究進展

王芳芳，張一敏，羅 欣,2，梁榮蓉，毛衍偉,*

（1.山東農業大學食品科學與工程學院，山東 泰安 271018；2.江蘇省肉類生產與加工質量安全控制協同創新中心，江蘇 南京 210095）

冷凍肉是國家儲備和調節肉制品市場的重要籌碼，是肉類產品在進出口貿易和國內地區間流通的主要產品形態，在現代肉及肉制品加工工業中起著至關重要的作用。冷凍是最古老和最廣泛使用的食品保存方法之一，能較好地保存肉品的口感和營養價值。但隨著冷凍時間的延長，肉品的品質會下降。這種下降與冷凍、解凍過程相關，主要影響因素包括冷凍解凍速率、方法以及冷凍貯藏過程中的溫度波動[1]。

在冷凍貯藏期間，冰晶會破壞肌肉細胞，從而造成肌肉組織的機械損傷和品質下降[2]。因此，冷凍產品內部冰晶的數量、體積和分布會影響產品的品質[3]。而冰晶的形成由冷凍成核和核的生長兩個階段組成[4]，成核速率和冰晶生長以及兩者之間的關系決定了冰晶的體積和分布[5]。緩慢冷凍會在細胞的胞外區域產生體積較大的冰晶，而快速冷凍則在整個組織中產生均勻分布的小晶體。因此，為保持冷凍產品的品質，必須加快其冷凍速率。在解凍過程中，肉制品會受到物理、化學及微生物作用的破壞。為了確保食品品質，需要在低溫下快速解凍以避免溫度顯著升高和產品過度脫水[6]。

傳統的冷凍、解凍方法有鼓風冷凍、空氣冷凍、自然空氣解凍、水浸融化等，這些冷凍解凍方式通常會對肉品品質造成嚴重的不利影響，如肉品嫩度、肉色等的劣變及脂肪氧化加重等[7-11]，這些不利影響在很大程度上降低了產品的食用品質與價值，給企業造成巨大的經濟損失。因此，肉類產業急需開發效率更高、效果更好的冷凍、解凍新技術，以保證冷凍肉品的品質，為肉類產業的發展提供技術支撐。

目前已有很多學者對冷凍、解凍對肉品品質的影響進行了研究，新興的冷凍、解凍技術也在持續研發中，但是研究結果并未及時進行系統總結。為了促進冷凍、解凍技術的發展及其在肉類產業中的應用，本文將從冷凍、解凍及反復凍融對肉品品質的影響及冷凍、解凍新技術兩個方面進行總結，并探討分析冷凍解凍及反復凍融對肉品質的影響機制，希望能為我國肉品產業冷凍、解凍技術的選擇提供參考，為相關研究提供思路。

1 冷凍解凍及反復凍融對肉品品質的影響

與冷藏相比，冷凍能抑制大多數微生物的生長繁殖、降低酶活性、延長貨架期、更好地適應全球肉類商業化的進程[12]；但冷凍過程中冰晶的產生會破壞細胞結構，從而影響肉類品質[13]，解凍過程也會使肉品出現可溶性蛋白質含量減少等現象，從而降低食用品質[14]。反復凍融是指食品處于冷凍-解凍的循環過程，出現多次冷凍、解凍的現象，經常發生在食品的貯藏、運輸和消費過程中，特別是在餐館、家庭和零售場所[15]。反復凍融會嚴重影響肉品品質，且大多是不利影響，如加重脂質氧化及蛋白質氧化，使肉色劣變等。本節將著重介紹冷凍解凍及反復凍融對肉色、嫩度、保水性、脂質氧化、蛋白質變性及氧化的影響。

1.1 冷凍解凍及反復凍融對肉色的影響

很多研究發現冷凍會導致肉色變暗，這在長期冷凍貯藏后尤為明顯。Cho等[16]發現，隨著冷凍（-18 ℃）貯藏時間（0、3、6、9 月）的延長，牛里脊肉的亮度（L*值）降低；Holman等[17]發現，于-18 ℃下冷凍的牛背最長肌a*值在52 周的貯藏期內逐漸降低，b*值在貯藏到12 周時顯著下降。同時，他們也注意到，隨著冷凍貯藏時間的延長，牛背最長肌的肌紅蛋白含量不斷下降；而與未冷凍樣品相比，冷凍樣品的高鐵肌紅蛋白含量更高，且其含量隨著冷凍時間的延長而增加。冷凍貯藏破壞了細胞中的高鐵肌紅蛋白還原酶系統，肌紅蛋白氧化導致的高鐵肌紅蛋白含量顯著增加是肉色劣變的原因[18-19]。

許多學者對冷凍解凍后的肉色做了一系列研究，大多發現冷凍解凍會使肉色變暗。Muela等[20]用鼓風冷凍室、冷凍隧道、氮氣室3 種方法對羔羊肉進行了為期6 個月的冷凍貯藏，然后于2～4 ℃下解凍，結果發現無論采用哪種方式，冷凍解凍羊肉的顏色都比鮮肉更深；Chakanya等[18]在對比研究鮮鹿肉和冷凍解凍鹿肉時發現，鮮鹿肉的a*值顯著高于冷凍解凍鹿肉，且其肌紅蛋白含量比冷凍解凍鹿肉高，這種差異可能歸因于解凍時滲出物的損失。但Daszkiewicz等[9]發現：真空包裝的羊肉在-26 ℃冷凍0、6、12 月，再于2 ℃解凍的肉色指標L*、a*、b*、C*值和h*值無顯著變化；Muela等[21]也觀察到新鮮羊肉和冷凍（-18 ℃）1 個月后再解凍羊肉的a*值之間沒有差異。這可能是由于積聚在肉表層的高鐵肌紅蛋白在解凍后會部分還原，而后再被氧合成氧合肌紅蛋白導致[22]。

另外，眾多研究表明，反復凍融會導致肉色劣變。李金平等[23]將牛外脊置于-16 ℃冷凍24 h、2 ℃解凍24 h的凍融循環中，觀察到L*值先增大后減小，a*值逐漸減小且在凍融5 次后顯著減小；Cheng Shasha等[24]也發現牛半膜肌在經歷多次凍融循環后L*值與a*值下降；Qi Jun等[25]對綿羊背最長肌進行凍融（在-18 ℃下冷凍12 h，然后在4 ℃下解凍12 h為一個凍融循環）處理，發現其a*值逐漸降低，L*值在前5 個凍融循環內降低，b*值在5～15 個循環內增加。其中，a*值的降低可能是反復凍融過程中水分的喪失導致色素相關物質流失造成的[15]。b*值的變化主要和脂質氧化有關：細胞膜上高不飽和脂肪酸氧化生成的自由基與蛋白質中胺類物質發生反應，可能會導致黃色色素生成[26]。在凍融循環期間肉的超微結構變化以及冰晶的重組使得水從細胞內空間遷移到細胞外空間，這導致大量水分流失并增加了細胞內溶質的濃度[25,27]，高濃度的溶質有助于光的吸收，這是造成反復凍融過程中肉L*值降低的部分原因[25]。

1.2 冷凍解凍及反復凍融對嫩度的影響

嫩度是消費者評判肉質優劣的重要因素之一。當肉被冷凍時，由于鈣激活中性蛋白酶活性被抑制而導致蛋白質水解的速率降低，但不會使鈣蛋白酶受到破壞；鈣激活中性蛋白酶在解凍時可以再活化，該酶以比凍結前更快的速率水解蛋白質，這種蛋白質水解速率的增加可能歸因于冷凍貯藏時鈣蛋白酶抑制劑被抑制，從而導致解凍時嫩化速率加快[28]。所以，何時（冷凍烹飪、解凍烹飪）測定、如何（儀器測量剪切力、感官品評）測定會影響冷凍貯藏肉嫩度的最終測定結果。雖說冷凍烹飪是剪切力測定的理想選擇，但大多數研究還是采用了解凍烹飪[29]。Daszkiewicz等[9]發現在-26 ℃下貯藏12 個月后解凍的羊肉比貯藏6 個月的剪切力小，具有令人滿意的嫩度；而Muela等[21]發現在貯藏的前9 個月內，冷凍解凍的羊肉具有相似的嫩度評分。

反復凍融通常會使嫩度提高。Qi Jun[25]、Locker[30]等發現凍融循環可使牛羊肉的嫩度提高，這可能是冰晶使肌原纖維斷裂導致的。光學顯微鏡觀察表明，隨著凍融循環次數的增加，肌肉內結締組織的破壞程度增加，張丹等[31]研究發現多次凍融循環（-40 ℃凍藏7 d后解凍至中心溫度0～4 ℃為一次凍融）使兔背最長肌的剪切力降低，并認為是由于凍融導致的肌內膜破壞和結構的松散造成的。另外，凍融循環過程中冰晶的融化及再生成會破壞溶酶體并誘導溶酶體酶的釋放[32]，而溶酶體酶可部分參與肌原纖維蛋白的降解，Qi Jun等[25]利用透射電子顯微鏡證實了凍融循環期間肌原纖維結構強度的減弱。

也有研究表明：在凍融循環過程中，肉品的剪切力先增大后減小。常海軍等[33]將豬肉置于-18 ℃冷凍24 h、4 ℃解凍24 h的凍融循環中，發現在凍融一次時剪切力達到最大值，此后逐漸下降；阿依木古麗等[34]在研究凍融（-20 ℃凍藏24 h后解凍為一次凍融）對牛肉品質的影響時也發現，凍融后牛肉的剪切力先增大，并在凍融2 次時達到最大值，此后顯著下降。這是由于凍融后汁液流失增多，凍融初期使得肌肉收縮或者肌纖維結構變化，從而導致剪切力上升；而隨著凍融次數增加，肌纖維在冷凍、解凍過程中發生斷裂，反復凍融使冰晶重新形成，破壞了細胞膜、細胞器和肌纖維結構，從而使剪切力降低[30,35]。

1.3 冷凍解凍及反復凍融對保水性的影響

衡量肉品保水性的常用指標有汁液損失和蒸煮損失。研究表明，冷凍解凍通常會使肉品的汁液損失增加。Daszkiewicz等[9]發現冷凍解凍羊肉的汁液損失比鮮肉大，在冷凍（-26 ℃）貯藏6 個月后于2～4 ℃解凍24 h時，羊肉的汁液損失達到最大。冷凍對汁液損失的影響程度取決于冰晶的體積，緩慢的冷凍速率導致細胞外空間形成大而不規則的冰晶，使細胞膜發生機械損傷[36]；同時，在冷凍貯藏期間，肌肉細胞部分脫水增加了水溶性化合物的濃度，導致水結合蛋白變性[19]。由冰晶引起的肌肉微觀結構的變化以及蛋白質的變性，導致解凍時汁液損失增加。

Vieira等[35]研究發現冷凍解凍牛肉的蒸煮損失比鮮肉更大；Cho等[16]也發現冷凍后的牛腰大肌、西冷、里脊和腿肉的蒸煮損失比新鮮肉更大。但有學者認為冷凍解凍肉的蒸煮損失與新鮮肉無顯著差異。Leygonie[19]和Muela[20]等發現新鮮和冷凍解凍鴕鳥肉、羊肉的蒸煮損失沒有顯著差異。另外，冷凍貯藏時間對肉品蒸煮損失影響的研究也尚無定論。Daszkiewicz等[9]發現，隨著冷凍貯藏期（0、6、12 月）的延長，羊肉的蒸煮損失不斷增加；Ablikim等[37]發現冷凍貯藏時間與羔羊肉樣品的蒸煮損失之間呈極顯著正相關；然而，也有研究發現經過不同冷凍貯藏時間的肉解凍后具有相似的蒸煮損失[20,30]。蒸煮損失的影響因素很多，主要包括蛋白質變性、肌原纖維的破碎和斷裂程度以及解凍損失等[9]。

通常來說，反復凍融會使肌細胞收縮，排出的水分暫存在肌細胞與肌內膜間、肌束與肌束膜間的空隙中。空隙中的水分與肌肉結合能力較弱，容易在外力作用下排出。同時由于冰晶的形成對細胞膜的結構完整性造成了損傷，導致水分從細胞內向細胞外區域流出。張誠[38]研究發現，隨著凍融（-18 ℃冷凍48 h后于4 ℃解凍5 h為一次凍融）次數的增加，雞肉的保水性降低，解凍損失及蒸煮損失增大。還有研究發現，肌肉的持水能力與肉中蛋白質的降解密切相關。比如，李銀等[39]研究發現肌纖維中主要蛋白質的降解導致肌纖維結構破壞，使肌肉持水能力下降，這與陳騁等[40]研究發現的牦牛肉解凍損失率變化趨勢相吻合。

1.4 冷凍解凍及反復凍融對脂質氧化的影響

雖然冷凍使肉品中的大部分水分形成冰晶，但一些生化反應仍因部分未凍結水的存在而發生，脂質氧化就是其中之一。脂質氧化不僅使肉品的外觀、風味、營養價值等發生變化，還縮短了肉品的貨架期，是造成肉品品質劣變的重要原因之一，而目前接受度較高的分析脂質氧化的方法為硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）法。Chakanya等[18]發現，與鮮肉相比，冷凍解凍（-20 ℃冷凍2 個月后于4 ℃解凍24 h）鹿肉的TBA含量在展示期（4 ℃）內一般更高，且其脂質氧化速率更快，這可能是因為冷凍貯藏會增加由冰晶引起的細胞脂質結構損傷，從而使氧化速率加快。另外，有研究發現脂質氧化水平與冷凍速率相關。Muela等[20]用鼓風冷凍室（-30 ℃）、冷凍隧道（-40 ℃）、氮氣室（-75 ℃）3 種方法對羊肉進行預冷凍，解凍后發現通過氮氣室冷凍的羊肉脂質氧化水平最低。因此，有效控制脂質氧化的方法之一是在低溫下快速冷凍。

凍融循環通常會加速脂質氧化。Chen Qingmin[41]、Wu Xiang[42]等研究表明，隨著凍融循環次數的累加，肉中的脂質氧化程度越來越深。這種上升趨勢一方面主要是由于在凍融循環期間反復形成冰晶，從而導致肌細胞結構的完整性被破壞，破碎的細胞器釋放出大量內源酶（脂肪酶、蛋白酶、核酸酶）及促氧化劑（自由基等），特別是脂肪酶可加速脂質氧化反應，誘導更多的丙二醛產物生成；另一方面，冰晶的形成會導致內部水分的損失，因此內部溶質濃度增加，進而也導致脂質氧化反應加速[19,42]。

1.5 冷凍解凍及反復凍融對蛋白質的影響

1.5.1 冷凍解凍及反復凍融對蛋白質變性的影響

根據溶解性，肌肉蛋白質一般可分為3 種：肌漿蛋白（水溶性）、肌原纖維蛋白（鹽溶性）、基質蛋白（不溶性）。其中，冷凍對蛋白質變性的影響主要集中在肌原纖維蛋白上[43]。冷凍會使肌原纖維蛋白的溶解性、ATP酶活性、二硫鍵含量、表面疏水性等發生改變。本節將主要就肌原纖維蛋白溶解性進行介紹。余小領等[7]發現，隨著凍藏（-18 ℃）時間的延長，豬肉肌原纖維蛋白溶解度逐漸降低；朱明明等[44]發現，與鮮肉相比，無論采用何種解凍方式，冷凍解凍后豬肉的肌原纖維蛋白溶解度均比鮮肉低；張丹等[31]研究發現，兔肉肌原纖維蛋白溶解度隨著凍融循環的增加呈下降趨勢。造成這些現象的原因可能是：冷凍解凍及反復凍融促進了肌纖維收縮，使蛋白質的空間結構發生改變，產生了二硫鍵、氫鍵和疏水鍵等，從而導致蛋白質和水分子間的作用力減弱，蛋白質溶解度下降，發生變性[7,32]。1.5.2 冷凍解凍及反復凍融對蛋白質氧化的影響

冷凍、解凍及反復凍融會使肌細胞超微結構受損，隨后釋放出線粒體酶、溶酶體酶、血紅素鐵及其他促氧化劑，這些促氧化劑增加了蛋白質氧化的程度和速率。參與蛋白質氧化的氨基酸殘基主要包括賴氨酸、蘇氨酸和精氨酸，其氧化導致蛋白質聚合及肽斷裂。蛋白質若在凍藏過程中受到活性氧基團的攻擊，將促使羰基化合物生成及蛋白質巰基含量下降[45]。因此，蛋白質氧化的顯著特征是羰基衍生物的生成與巰基含量的降低[45]，而冷凍解凍及反復凍融通常會加速肉中的蛋白質氧化。

羰基是由蛋白質肽鏈上帶有的—NH及—NH2基團斷裂后形成的。Soyer等[46]研究發現，在凍藏期間，雞胸肉及雞腿肉的羰基含量顯著增加，且與-18 ℃和-12 ℃相比，在-7 ℃凍藏樣品的羰基含量更高。李婉竹等[47]發現，隨著凍融（-18 ℃冷凍7 d后于4 ℃解凍24 h為一次凍融）次數的增加，牦牛肉的羰基含量顯著增加，這表明反復凍融會產生大量的活性氧自由基，使牦牛肉蛋白質氨基酸側鏈的—NH或—NH2基團部分轉化為羰基基團。另外，羥自由基誘導的蛋白質氧化使細胞遭到破壞，導致蛋白質中巰基轉化成二硫鍵，從而造成蛋白質巰基含量下降[48]。因此，巰基含量可以反映凍融條件下的蛋白質氧化水平。朱迎春等[49]發現在5 次凍融（-18 ℃冷凍7 d后流水解凍至中心溫度0～2 ℃）循環中，牛肉餅的巰基含量顯著降低，說明在反復凍融過程中蛋白質氧化明顯；還有研究發現巰基含量在凍融循環前期顯著低于后期[47]，這表明，與前期相比，凍融循環后期的蛋白氧化速率更快。

2 生鮮肉新興冷凍解凍技術概述

冷凍解凍及反復凍融會對肉品品質造成許多不利影響，而且傳統的冷凍解凍方式效率較低、效果較差。為了提高冷凍解凍效率及效果，科研人員做出了大量的努力和嘗試，表1列出了一些新的冷凍方法，如沖擊冷凍、超高壓冷凍、超聲波輔助冷凍等，并概述了其對肉品品質的影響。

與傳統的冷凍方式相比，新興冷凍技術（表1）可以改善冷凍生鮮肉品的一個或多個品質指標或提高冷凍效率。其中磁場輔助凍結、電場輔助凍結、射頻輔助冷凍均可以改善冷凍對肉色的不利影響；速凍液冷凍、高壓冷凍、壓力變換輔助冷凍、靜電場輔助冷凍、微波輔助冷凍、超聲輔助浸泡冷凍均減小了冷凍對生鮮肉微觀結構的破壞；壓力變換輔助冷凍、靜電場輔助凍結、射頻輔助冷凍均使生鮮肉的汁液損失減少；微凍液快速冷凍降低了肉品的脂肪氧化程度。表1列出的這些冷凍新技術通過較高的冷凍速率減小了冰晶體積，改善了冷凍產品的品質。通過分析新技術對生鮮肉品質影響的結果，沖擊冷凍，壓力變換冷凍，電場、磁場、射頻等單一或多種結合的輔助冷凍是較為理想的冷凍方法。

類似地，表2列出了新開發的諸如超聲波輔助解凍、超高壓解凍、高壓靜電場解凍和射頻解凍等解凍方案及其對肉品質的影響。與傳統的解凍方式相比，射頻解凍、微波解凍、超聲波解凍、歐姆解凍、壓力歐姆解凍受熱均勻，可以顯著提高解凍效率；低溫靜水解凍、微波解凍、高壓靜電場解凍均顯著降低了肉制品的菌落總數；低溫靜水解凍、射頻解凍、高壓靜電場解凍、低溫高濕解凍、歐姆解凍均顯著提高了肉品的保水性；真空解凍減小了對蛋白質構象的損害。傳統解凍技術主要適合于家用，但對肉品品質的影響較大，因此大規模生產過程中應該推廣使用新的解凍技術。綜合分析解凍技術對肉品質、解凍效率和微生物穩定性的影響，射頻解凍、微波解凍、高壓靜電場解凍、歐姆解凍、壓力歐姆解凍可能是未來解凍技術發展的方向。

這些新的冷凍、解凍方法的研究，不僅明確了新方法對產品品質的影響，還為產業應用及提高產品的品質提供了多種選擇方案。

表1 新興的生鮮肉冷凍技術Table 1 Emerging freezing technologies for fresh meat

表2 新興的生鮮肉解凍技術Table 2 Emerging thawing technologies for fresh meat

3 結 語

隨著全球貿易的增長及生產商與消費者之間空間距離的擴大，冷凍技術在肉類貯藏和運輸中的需求在逐漸增加。因此，肉類科學家在冷凍、解凍及反復凍融對牛肉、羊肉、雞肉、豬肉等主流肉類產品的影響方面進行了大量研究；但是，冷凍、解凍及反復凍融對肉色、保水性、嫩度等品質影響的研究結論還存在許多不一致的地方，而且對揮發性成份的研究也十分少見。因此，關于冷凍、解凍及反復凍融對肉品品質影響的相關機制還需要更加系統、深入的研究。

冷凍、解凍會對生鮮肉的品質造成不利影響，為減緩這些不利影響，近年來科研人員開發了許多新興的冷凍、解凍技術。不同的冷凍、解凍方式各有利弊，對肉品加工企業來說，要針對不同的肉品種類和目標要求選擇合適的冷凍、解凍技術，同時還要考慮到設備、出品率等因素。另一方面，冷凍、解凍新技術研究雖已取得一些成就，但離肉類工業的商業化應用還有很大距離，需要加快新技術的成果產業應用以提高冷凍生鮮肉的品質。相信隨著科學技術的進步，未來食品冷凍行業會有更好的發展前景。