不同解凍方式對冷凍竹莢魚品質的影響

王雪松，謝 晶,2,3,*

（1.上海海洋大學食品學院，上海 201306；2.食品科學與工程國家級實驗教學示范中心（上海海洋大學），上海 201306；3.上海冷鏈裝備性能與節能評價專業技術服務平臺，上海 201306）

竹莢魚也稱為馬鯖魚、巴浪魚。竹莢魚的食用價值很高，其不飽和脂肪酸多，血紅素含量豐富，此外還富含鈣、鋅、鐵和VA、VE等[1]。竹莢魚在世界海洋漁業中占有極其重要的地位，其捕撈量居世界所有單一漁撈種類的第三位，農業農村部已將其列入我國遠洋漁業今后的重點研究對象之一[2]。目前竹莢魚主要靠遠洋捕撈，為延長其貨架期，捕撈之后會立即凍藏儲存，到岸后常被加工成魚糜、罐頭等食品，因此解凍是竹莢魚加工最為關鍵的一步[3]。因此，研究一種適合冷凍竹莢魚的最佳解凍方式有助于提高其食用價值和經濟價值。

解凍是冷凍食品加工之前最為重要的環節，其目的是盡可能地恢復食物的原始品質。不同的解凍方式因其解凍所用介質與參數不同，對魚肉的理化性質也有不同影響[4]。譚明堂等[5]研究了不同解凍方式對冷凍魷魚品質的影響，結果發現經過流水解凍后的魷魚在保水性、色差、水分遷移、蛋白質和脂肪氧化程度均優于其他各組，并且彈性好于空氣解凍和靜水解凍，肌纖維組織相對于超聲波靜水解凍和微波解凍更加緊密。歐陽杰等[6]研究表明不同解凍方式對大黃魚的解凍效率以及品質都有不同的影響。郭恒[4]、劉歡[7]等分別研究了不同解凍溫度、不同解凍方式對冷凍鮐魚品質、質構及微觀結構的影響，發現在低溫解凍下的魚肉組織保持最好；鼓風流水解凍作為一種新型的解凍方法是最適合用于解凍鮐魚的方法。Roiha等[8]使用3 種解凍方式處理冷凍大西洋鱈魚，發現有空氣循環的水解凍比沒有空氣循環的水解凍和平板解凍更快，最適合海上冷凍魚批量解凍。Li Xiuxia等[9]研究不同功率超聲波靜水解凍對金槍魚持水力、肌原纖維蛋白結構的影響，發現超聲波解凍會顯著提高解凍后的持水力，并且越高的超聲功率會促使蛋白質結構的破壞越嚴重。綜上所述，超聲波解凍和流水解凍可以顯著加快解凍速率，是現階段的研究熱點。本研究將超聲波流水解凍引入實驗，通過分別采用冷藏解凍（冷空氣解凍）、流水解凍、超聲波靜水解凍、超聲波流水解凍以及微波解凍5 種方法對冷凍竹莢魚進行解凍操作，尋找最佳解凍工藝，以保障冷凍竹莢魚解凍后的品質。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍竹莢魚購于福建漳州東山島，魚體長15～20 cm，單體質量為（100±30）g，運輸時長10 h，收貨后立即貯藏于-18 ℃冰箱。

體積分數10%的福爾馬林、無水乙醇、二甲苯、蘇木精染色液、伊紅染色液、三氯乙酸、KCl（分析純） 生工生物工程（上海）股份有限公司；微量總巰基測試盒、丙二醛（malondialdehyde，MDA）測試盒、Bradford法蛋白檢測試劑盒 南京建成生物工程研究所。

1.2 儀器與設備

TMS-Pro型質構儀 美國FTC公司；NetDAQ32多點溫度采集儀 美國Fluke公司；JDP-Q SERIES型水泵 浙江森森集團股份有限公司；SK5200HP型超聲波清洗器 上海科導超聲儀器有限公司；NN-GD568 2 450 Hz型微波爐 上海松下微波爐有限公司；PB-10精密數顯酸度計 德國賽多利斯科學儀器有限公司；PQ001臺式脈沖核磁共振分析儀 上海紐邁公司；Eclipse E200生物顯微鏡 日本尼康儀器有限公司；CR-400型色彩色差計 日本柯尼卡美能達公司；F-7100熒光分光光度計 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 原料處理

從冰箱取出-18 ℃冷凍的竹莢魚，分成5 組，每組3 條，分別按照表1中的不同解凍方式對整條魚進行解凍，其中超聲波流水裝置為自制，具體見圖1。各組均采用多路熱電偶測定溫度，待魚體中心溫度達到5 ℃即為解凍結束，并進行各項指標的測定。

表1 竹莢魚的5 種解凍方式Table 1 Experimental conditions of five thawing methods for horse mackerel

圖1 超聲波流水解凍裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the ultrasonic-assisted owing water thawing device

1.3.2 指標測定

1.3.2.1 解凍損失率測定

解凍損失率按照公式（1）計算。

式中：m1代表竹莢魚解凍前的質量/g；m2代表竹莢魚解凍后的質量/g。

1.3.2.2 持水力測定

稱取2 g左右切碎的竹莢魚肉（m3/g），用濾紙包好放入50 mL離心管中，4 ℃、5 000 r/min條件下離心10 min，取出樣品，剝去濾紙，稱量離心后魚肉質量（m4/g），重復3 次，取平均值。持水力按照公式（2）計算。

1.3.2.3 蒸煮損失率測定

取竹莢魚樣品（2.0 cm×2.0 cm×1.0 cm），在85 ℃的水浴鍋中加熱15 min后并冷卻至室溫，用吸水紙吸干竹莢魚表面水分，按照公式（3）計算竹莢魚的蒸煮損失率。

式中：m5表示蒸煮前的竹莢魚樣品質量/g；m6表示蒸煮后竹莢魚樣品的質量/g。

1.3.2.4 色澤測定

取解凍后的竹莢魚肉，使用CR-400色彩色差計測定其色差值L*、a*和b*，每次測量前用白板對色差計進行校正。

1.3.2.5 質構特性測定

質構特性測定參考Torres等[10]的方法，并進行一定修改。取解凍后的竹莢魚肉（2.0 cm×2.0 cm×1.0 cm），采用TMS-Pro型質構儀測定，使用P/6平底柱形探頭，測前速率為4 mm/s，測試速率為5 mm/s，形變量為60%，回程距離為20 mm。每組樣品平行測定5 次。

1.3.2.6 pH值測定

準確稱取2 g解凍后的竹莢魚樣品，加入18 mL蒸餾水后機械勻漿，然后3 000 r/min離心10 min，然后取上清液用酸度計測定其pH值。

1.3.2.7 水分分布測定

參考Gudjónsdóttir等[11]的方法利用核磁共振分析儀測定水分分布。取解凍后竹莢魚的背部肌肉切成2.0 cm×2.0 cm×1.0 cm魚塊，設置核磁共振分析儀的參數：磁體-探針選項：MesoMR23-060H-I-70mm；SW＝100 kHz、RG1＝20、P1＝18.00 μs、DRG1＝3、TD＝160 014、PRG＝1、TW＝5 000 ms、NS＝8、P2＝37.00 μs、TE＝0.400、NECH＝4 000，迭代反演之后得到橫向弛豫時間T2圖譜。在將樣品放入直徑為60 mm的核磁檢測管中，通過PQ001臺式脈沖核磁共振分析儀進行成像，然后對質子密度圖進行統一映射和偽彩，得到核磁共振成像圖。

1.3.2.8 MDA含量測定

取解凍后切碎的竹莢魚肉2 g，按照1∶9（m/V）加入18 mL生理鹽水，機械勻漿，以5 000 r/min離心10 min。采用MDA測試盒測定魚肉中MDA的含量。

1.3.2.9 高鐵肌紅蛋白質量分數測定

參考余文暉等[12]的方法測定高鐵肌紅蛋白質量分數。取2 g切碎的竹莢魚肉，加入20 mL的0.02 mol/L磷酸鹽緩沖溶液，在0 ℃的條件下勻漿1 min，然后離心10 min（10 000×g、4 ℃），取上清液，通過分光光度計測得在525、545、565、572 nm波長處的吸光度，高鐵肌紅蛋白質量分數按照公式（4）進行計算。

1.3.2.10 總巰基含量的測定

肌原纖維蛋白的提取方法：準確稱取2 g絞碎的魚肉，加入20 mL緩沖液A（20 mmol/L pH 7.0 Tris-maleate、0.05 mol/L KCl）勻漿，經冷凍離心（4 ℃、10 000×g）15 min后棄上清液，重復洗滌兩次后向沉淀中加入20 mL的緩沖液B（20 mmol/L pH 7.0 Tris-maleate、0.6 mol/L KCl），勻漿后，4 ℃條件下提取2 h，10 000 r/min低溫離心15 min，上清液即為肌原纖維蛋白溶液。并用Bradford法蛋白檢測試劑盒測定肌原纖維蛋白的質量濃度。用微量總巰基測試盒法測定竹莢魚肉的總巰基含量，結果以蛋白質量計。

1.3.2.11 蛋白三級結構的測定

根據Li Fangfei等[13]的方法。使用F-7100熒光分光光度計測定肌原纖維蛋白溶液的固有熒光發射光譜，發射波長為295 nm，狹縫寬度為5 nm，發射光譜范圍為310～400 nm，掃描速率為1 200 nm/min。

1.3.2.12 微觀結構的觀察

參考湯元睿等[14]的方法，取魚背部肌肉3.0 mm×3.0 mm×3.0 mm小塊，置于體積分數5%的福爾馬林溶液中靜置24 h，然后用體積分數95%、90%、80%、70%、60%乙醇溶液依次梯度脫水，二甲苯透明處理，用石蠟包埋，制成1 cm3的石蠟塊，然后用切片機切片，最后用蘇木精-伊紅法染色后，在光學顯微鏡下觀察。

1.4 數據處理與分析

除特殊說明外，實驗均設3 組平行。實驗數據使用SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析，采用Origin 2018軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同解凍方式對竹莢魚解凍時間的影響

經測定，冷藏解凍、流水解凍、超聲波流水解凍、超聲波靜水解凍、微波解凍竹莢魚的解凍時間分別為28 200、1 020、600、720、420 s。冷藏解凍耗時最長，微波解凍耗時最短，但是由于竹莢魚個體大小的差異，微波解凍過程溫度分布不均，解凍時會導致魚尾產生燒焦的現象。流水解凍因其流動的水從而加快了解凍的傳熱過程。超聲波解凍通過超聲波作用水，產生空化氣泡，也會提高傳熱效率，縮短解凍時間[15]。超聲波流水解凍是將超聲波與水流動的效果疊加作用，因此其解凍時間比兩者單獨作用都短，10 min可以完成魚肉的解凍。

2.2 不同解凍方式對竹莢魚保水性的影響

表2 解凍方式對竹莢魚保水性的影響Table 2 Effects of different thawing methods on water-holding capacity of horse mackerel

由表2可以看出，冷藏解凍可以很好地保持魚肉中的水分，這是由于冷藏解凍溫度低且過程較溫和，有效地減弱了生化反應強度以及抑制了微生物的繁殖，肌肉組織的損傷較小，組織間隙中冰晶融化成的水可以回吸到細胞中[16]。超聲波流水解凍后的魚肉保水性與冷藏解凍組無顯著差異（P＞0.05），優于其他3 種解凍方式（P＜0.05），因為在超聲波與循環流動的水共同作用下，換熱效率得以增強，較快通過最大冰晶融解帶（-5～0 ℃），從而減少魚肉蛋白的降解，蛋白質的水合作用降低，并且降低了對肌原纖維結構的破壞，能夠較好維持魚肉的保水率。劉歡等[7]的研究發現鼓氣流水解凍能較好地維持魚肉的持水力。微波解凍保水性較差，這可能由于解凍溫度較高，加劇了蛋白質變性程度，從而破壞了魚肉組織結構，造成細胞持水能力下降[17]。

2.3 不同解凍方式對竹莢魚色澤與pH值的影響

食品的色澤是評價食品是否變質的一個主觀指標，直接反映了消費者的接受程度[18]。由表3可知，冷藏解凍和超聲波流水解凍后，竹莢魚魚肉的a*值顯著高于其余3 組（P＜0.05），說明冷藏解凍和超聲波流水解凍后的魚肉紅度值較高，顏色較好。冷藏解凍可能是由于4 ℃低溫環境緩解了魚肉氧合肌紅蛋白的氧化，抑制了微生物的繁殖，這一現象與張帆等[19]的研究結果相一致。超聲波流水解凍是因為解凍速率快，可以降低肌紅蛋白的氧化程度，從而維持魚肉的色澤。各組的b*值沒有顯著性差異（P＞0.05）。微波解凍后的魚肉L*值最低，說明魚肉的光澤最差，可能是由于微波解凍加熱不均勻且溫度過高，使部分魚肉熟化，導致其光澤下降。

在解凍過程中，魚肉中無機磷酸與乳酸的積累以及三磷酸腺苷的降解，會導致pH值的下降，從而影響魚肉的鮮度[20]。從表3可以看出，超聲波流水解凍組魚肉的pH值最高，為6.31，顯著高于冷藏解凍、超聲波靜水解凍和微波解凍組（P＜0.05），與流水解凍的魚肉pH值差異不顯著（P＞0.05），說明該種解凍方式可以抑制解凍過程中魚肉的糖酵解反應，減緩魚肉的酸敗。

2.4 不同解凍方式對竹莢魚高鐵肌紅蛋白質量分數的影響

圖2 解凍方式對竹莢魚高鐵肌紅蛋白質量分數的影響Fig.2 Effects of different thawing methods on MetMb content of horse mackerel

高鐵肌紅蛋白含量是反映紅肉魚的色澤變化的指標。通常，肌紅蛋白以還原形式亞鐵肌紅蛋白形式存在，該還原形式與氧氣結合形成氧合肌紅蛋白，使魚肉呈現鮮紅色；由于外界條件（溫度、時間、氧氣量）的改變，氧合肌紅蛋白易被氧化成高鐵肌紅蛋白，導致魚肉褐變[21]。圖2顯示出不同解凍方式后竹莢魚魚肉的高鐵肌紅蛋白質量分數，高鐵肌紅蛋白質量分數越小，魚肉色澤保持越好。微波解凍后的魚肉高鐵肌紅蛋白質量分數最低，可能是由于解凍速率快，有效抑制了魚肉肌紅蛋白氧化，但是微波會使魚肉部分熟化，造成竹夾魚魚肉色澤分布不均勻。冷藏解凍過程O2含量充足，流水解凍下導致魚肉失水率較高，以及超聲波靜水解凍增加魚體溫度，均會導致魚肉肌紅蛋白氧化。因此，相比其他4 種解凍方式，超聲波流水解凍能更好地保持竹莢魚魚肉的色澤。

2.5 不同解凍方式對竹莢魚脂肪氧化的影響

MDA是食品脂肪變質過程中的最終氧化產物，其含量直接反映了魚肉解凍后脂肪氧化程度，MDA含量越高，說明脂肪氧化程度越高[22]。由圖3可知，微波解凍后的魚肉MDA含量最高，達到5.44 nmol/mg，這可能是由于微波解凍下產生的能量較高，促進了脂肪氧化，與Ersoy等[23]的研究結果一致。超聲波靜水解凍的MDA含量（5.05 nmol/mg）僅次于微波解凍，這與超聲過程中水溫升高加快了魚肉脂肪中過氧化物的分解有關。冷藏解凍、流水解凍和超聲波流水解凍組的MDA含量差異不顯著（P＞0.05），脂肪氧化程度均較低，且超聲波流水解凍后魚肉的MDA含量最低（4.23 nmol/mg），可能是由于流動的水會加速冰晶的融解，迅速通過-5～0 ℃這一生化反應最劇烈的過程。

圖3 解凍方式對竹莢魚MDA含量的影響Fig.3 Effects of different thawing methods on MDA content of horse mackerel

2.6 不同解凍方式對竹莢魚質構特性的影響

表4 解凍方式對竹莢魚質構特性的影響Table 4 Effects of different thawing methods on texture characteristics of horse mackerel

食品的質構特性包括一些相關的物理性質，例如硬度、膠黏度、咀嚼度、彈性、黏聚性[24]。由表4可以看出，竹莢魚經過超聲波靜水解凍的硬度、彈性、咀嚼度最高，這一結果與譚明堂等[5]的研究結果一致。硬度是一種可較好解釋魚肉質地變化的指標，有研究表明魚肉質地下降與蛋白質變性有關[25]。流水解凍與微波解凍后的魚肉硬度和咀嚼度最低，可能是由于這兩種解凍方式使魚肉肌原纖維蛋白變性程度高，細胞間的結合力變小，因而魚肉質地較軟。超聲波流水解凍后的魚肉硬度、彈性、咀嚼度僅次于超聲波靜水解凍，膠黏度與黏聚性較好，說明超聲波流水解凍可以有效抑制蛋白質變性和降解，減少汁液流失，較好地保護了魚肉的質構特性。

2.7 不同解凍方式對竹莢魚蛋白氧化的影響

巰基是水產品蛋白中重要的活性基團，可以穩定肌原纖維蛋白空間結構。解凍過程中，若巰基被氧化，會使蛋白分子間發生交聯作用形成二硫鍵，從而使巰基含量減小[26]。熒光光譜法在食品加工或存儲過程中可以跟蹤蛋白質的三級結構轉變。當蛋白三級結構被破壞時，色氨酸和其他疏水性氨基酸殘基脫離蛋白質的核心，導致熒光強度降低[27]。由圖4、5可知，冷藏解凍組的總巰基含量和熒光強度最高，是由于冷藏解凍過程始終保持低溫的環境，從而減緩了對蛋白質結構的氧化。超聲波流水解凍組的總巰基含量和熒光強度均低于冷藏解凍組，總巰基含量與冷藏解凍組差異不顯著（P＞0.05），說明超聲波和流水聯合的解凍方式加快了解凍速率，從而減緩了魚肉蛋白質的氧化。流水、超聲波靜水、微波解凍3 組的總巰基含量較低，且熒光強度低于冷藏解凍組和超聲波流水解凍組，說明這3 種解凍方式均會導致蛋白質結構較高程度展開，從而導致魚肉的肌肉結構受損。綜上，冷藏解凍可以有效減緩竹莢魚肉蛋白的氧化，維持蛋白三級結構的完整性。

圖4 解凍方式對竹莢魚總巰基含量的影響Fig.4 Effects of different thawing methods on total protein sulfhydryl content of horse mackerel

圖5 解凍方式對竹莢魚蛋白三級結構的影響Fig.5 Effects of different thawing methods on protein tertiary structure in horse mackerel

2.8 不同解凍方式對竹莢魚水分遷移的影響

竹莢魚樣品中的3 種水分形式是通過脈沖核磁共振分析儀測定的，圖6A為不同解凍方式組魚肉的橫向弛豫時間T2圖譜，每組均出現3 個峰，從左到右分別代表結合水T21（0.1～10 ms）、不易流動水T22（10～100 ms）和自由水T23（100～10 000 ms）[28]。不同解凍方式下3 種水分形式的相對含量見圖6B，超聲波靜水解凍后的竹莢魚自由水（T23）相對含量最高（P＜0.05），說明該種解凍方式導致魚肉組織內的水分易于遷出，這是由于肌原纖維蛋白結構破壞較為嚴重，促使不易流動水向自由水轉變所致。其他4 種解凍方式解凍后的魚肉不易流動水（T22）相對含量差異性不顯著（P＞0.05），冷藏解凍后的魚肉自由水相對含量最低（2.36%），且超聲流水解凍組結合水、不易流動水、自由水相對含量均與冷藏解凍組無顯著差異，說明冷藏解凍和超聲波流水解凍都可以很好保持竹莢魚肌原纖維組織中的水分，與2.2節中的保水性研究結果一致。圖6C是各組解凍方式的核磁共振成像圖，圖像越趨于紅色說明水分信號越強，水分含量越高[29]。從圖6C可以很明顯看出，超聲波流水解凍和冷藏解凍兩組的核磁圖像的紅色區域多于其他3 組，同樣證明這兩組具有很好的保水性。

圖6 解凍方式對竹莢魚橫向弛豫時間T2、水分分布的影響及核磁共振成像Fig.6 Effect of different thawing methods on T2 relaxation time and changes in water distribution of horse mackerel and magnetic resonance images

2.9 不同解凍方式對竹莢魚微觀結構的影響

圖7 解凍方式對竹莢魚微觀結構的影響（×100）Fig.7 Effects of different thawing methods on microstructure of horse mackerel (× 100)

由圖7可知，冷藏解凍后的魚肉肌肉纖維排列最緊密，肌肉微觀組織破壞最小，李慢等[30]同樣發現冷藏解凍對中國對蝦的肌肉組織破壞最小。相比于除冷藏解凍組外的其他3 組，超聲波流水解凍組魚肉微觀結構破壞較小，最接近冷藏解凍組，可能是由于流動水加快反應速率，降低了超聲波對魚肉組織的破壞，與對蛋白三級結構的研究結果一致。流水解凍和超聲波靜水解凍后魚肉組織結構受到一定程度的損害，組織不再緊湊，肌纖維間的間隙有所增大。微波解凍后的魚肉由于解凍過程受熱不均勻，肌纖維裸露空間明顯，組織失水最多，結構受損最嚴重。綜上，冷藏解凍組和超聲波流水解凍組的肌纖維結構優于其余3 組，竹莢魚組織結構的完整性保持較好。

3 結 論

本研究發現，在5 種解凍方式中，竹莢魚經過流水解凍和超聲波靜水解凍后魚肉品質較差；微波解凍所用時間最短，但是由于魚體受熱不均勻，會出現魚頭魚尾焦化，會使魚肉肌肉品質和水分損失較為嚴重；冷藏解凍和超聲波流水解凍后，魚肉蛋白和脂肪氧化程度均較低，微觀組織均較緊密完整，可以很好地保證魚肉解凍后的品質；但是，冷藏解凍耗時過長，嚴重降低了生產效率。因此，針對竹莢魚這種需要大批量解凍的魚類，超聲波流水解凍是一種高效的解凍方式，既可以滿足工廠生產的需求，也可以較好地保持竹莢魚解凍后各方面的品質。