不同溫度波動對凍藏三文魚色差和質構的影響

楊永安，李靜靜，劉建福，田繼源，朱軼群

(天津商業大學制冷技術重點實驗室，天津, 300134)

三文魚口感細膩，肉質鮮美，營養豐富, 富含多不飽和脂肪酸,深得消費者的喜愛[1]。其主要產地為加拿大、挪威、美國和日本等地區[2]。隨著人們生活水平的提高，近年來，中國三文魚的進口量不斷增加，2019年進口達9萬t左右[3]。由于捕撈后的三文魚易被微生物侵染而發生腐敗，所以，三文魚整個冷鏈物流過程中都要處于低溫狀態。凍藏溫度直接影響三文魚的貯藏效果，三文魚長期貯藏時通常在-40 ℃及以下的超低溫貯藏[4]。然而，超低溫凍藏的冷庫需要更復雜的制冷裝置，溫度精準控制困難，溫度波動大，能源消耗大，比一般的冷凍貯存(-18 ℃)所需的投資和成本更大[5]，凍藏期間大的溫度波動引起凍融循環，促進冰晶長大，破壞細胞的完整性，導致三文魚解凍后汁液流失，營養品質顯著下降[6]。韓昕苑等[7]研究了凍融循環次數對冷凍羅非魚片質構、色澤、解凍損失等品質影響，發現第3次，第4次凍融循環時，色澤和解凍損失均呈現顯著的劣變；李賀強等[8]研究不同真空度條件下對豬肉的解凍效果,發現真空解凍壓力越低，真空解凍后豬肉的品質越好；栗瓊瓊[9]研究了-18 ℃下不同的溫度波動幅度對牛肉品質的影響,溫度波動越小品質越好。許多公司將生產季節捕撈的三文魚冷凍貯藏，用來調控和保證全年市場對三文魚的需求。因此，研究凍藏三文魚品質具有非常重要的意義。

本文通過研究低溫凍藏(-18 ℃)環境下的不同溫度波動對三文魚的硬度、咀嚼度、嫩度等質構特性和顏色的影響，再與超低溫凍藏(-50 ℃)環境下三文魚品質指標進行比較，探討保證溫度波動小，三文魚品質好，貯藏時間短，保證相同凍結率的情況下，通過減小低溫凍藏(-18 ℃)環境的溫度波動可達到超低溫(-50 ℃)凍藏效果的可行性，在三文魚品質和溫度波動之間找到平衡點，以達到既能減少凍藏的能耗與運行成本，又能保證食品品質的目的。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

三文魚樣品購自天津市紅橋區麥德隆商場，每條三文魚只取中段背肉，規格按照各個指標要求，在低溫冷庫由專業人員分割切塊進行處理，裝入保鮮袋，快速運回實驗室，放入各個不同設置的溫度波動的冰柜中進行凍藏，不同溫度波動冷柜的控制是通過小型PLC自動控制系統精確實現的。冷柜里面的溫度熱電偶探頭將溫度反饋給PLC系統，PLC接受到信號后調節壓縮機頻率，改變制冷劑流量，進而對溫度實現控制。

1.2 儀器與設備

MBT153-PT100測溫儀，丹麥丹佛斯公司；Ultrascan PRO臺式分光光度計(波長范圍350～1 050 nm，波長間隔為5 nm)，美國 Hunterlab Associates lab Inc；全質構儀，英國Stable Micro System公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 三文魚前處理

本實驗分為溫度波動組和對照組，溫度波動組為(-18±0.5)、(-18±1)、(-18±2) ℃，對照組為(-50 ℃±0.1) ℃。將三文魚按照規格分別放進不同的溫波組和超低溫對照組中的冰柜中進行凍藏，冷凍貯藏時間為6個月,以1個月為周期，取出凍藏樣品，放于4 ℃冰箱中進行解凍后測定感官、色差、質構等指標。

1.3.2 三文魚色差值ΔE的測定

稱取3.0 cm×3.0 cm×3.0 cm 的4 ℃冰箱解凍的三文魚樣品，打開色差儀，預熱20～30 min，進行黑白板校正后開始色差檢測，每組測試不少于6個，求平均值。

色差值ΔE計算如公式(1)所示[10]：

(1)

式中：ΔE，色差值；L0，三文魚初始亮度值；a0*，三文魚初始紅綠值；b0*，三文魚初始黃藍值；Ln，三文魚第n天亮度值；an*，三文魚第n天紅綠值；bn*三文魚第n天黃藍值。

1.3.3 三文魚質構特性的測定

參照張寧等[11]的方法，TA-XT plus質構分析儀測定4 ℃解凍的3.0 cm×3.0 cm×3.0 cm的三文魚樣品的質構特性。選取全質構分析(texture profile analysis,TPA)模式測定三文魚的硬度、彈性、咀嚼性等指標。測試前速率3 mm/s，測試速率1 mm/s，測試后速率1 mm/s，壓縮程度18%，停留隔時間5 s，嫩度測定需要依據行業標準NY/T 1180—2006中的剪切力測定法，刀具為HDP/BS。每組測試不少于5個，并取其平均值。

1.3.3 三文魚感官評價的測定

三文魚感官測定參照王碩[12]的方法。由10人組成感官評定小組，對三文魚肉樣品的色澤、氣味、肉質、組織彈性進行綜合打分評價。最高分10分，最低分0分。綜合得分在5分以下，感官評定視為不可接受。感官評分表[13]見表1。

表1 三文魚食用感官評定表Table 1 Sensory evaluation of salmon

2 結果與分析

2.1 不同溫度波動幅度對凍藏三文魚色差的影響

顏色是三文魚重要的質量參數，其色澤與蝦青素含量存在較強相關性。圖1為不同溫度波動幅度下，色差值ΔE隨凍藏時間的變化關系。隨凍藏時間的延長，各溫度組三文魚的色差均呈現增大的趨勢，溫度波動幅度越大，色差變化越大，這是因為溫度波動引起凍融循環現象，冰晶增長破壞了細胞膜結構，加快魚肉中蝦青素和類胡蘿卜素的氧化分解，導致三文魚色澤發生改變；另一方面溫度波動加快了肌紅蛋白的氧化分解，使其產生褐變[14]，溫度波動幅度越大，參與凍融循環的量越多，增強了冰晶的破壞程度，導致三文魚品質損失增大。凍藏前3個月時，各組三文魚的色差值ΔE呈緩慢增長趨勢。但低溫組[(-50±0.1) ℃]和溫度波動組[(-18±0.5) ℃]色差值很相近，分別為1.43和1.46。所以，短期貯藏時，通過減小溫度波動到±0.5 ℃，可提高三文魚的貯藏溫度，達到與超低溫相當的貯存效果，實現既節能又保證品質的目的。

圖1 三文魚色差值ΔE隨凍藏時間的變化Fig.1 The change of salmon color difference ΔE with frozen storage time

2.2 不同溫度波動幅度對凍藏三文魚質構特性的影響

2.2.1 不同溫度波動幅度對凍藏三文魚硬度的影響

硬度表現為人體的觸覺柔軟或堅硬，使食品達到一定變形所需要的力，樣品保持形狀的結合力[15]。由圖2可知，隨凍藏時間的延長，溫度波動組[(-18±0.5)、(-18±1)、(-18±2) ℃]和低溫組[(-50±0.1) ℃]三文魚樣品的硬度均下降；凍藏6個月后，溫度波動組[(-18±0.5)、(-18±1)、(-18±2) ℃]硬度從200 g分別下降到61.54、52.49、40.26 g，而(-50±0.1) ℃組凍藏6個月后，三文魚的硬度為100.36，則溫度波動越小，硬度值下降越小，三文魚品質越好，越接近(-50±0.1) ℃組。這是因為溫度波動引起重結晶，內壓作用使肌纖維變形或局部斷裂，蛋白質立體結構變化,次級鍵斷裂，從而造成肌肉硬度的下降[16],這與戴志遠等[17]研究大黃魚在-18、-50 ℃凍藏期間硬度變化相一致。凍藏前3個月時，溫度波動組[(-18±0.5)、(-18±1)、(-18±2) ℃]與對照組[(-50±0.1) ℃]的硬度值分別下降到129.85、131.29、153.22、165.24 g，相比(-18±2)、(-18±1)、(-18±0.5) ℃組與(-50±0.1) ℃組硬度指標更加接近。這是因為超低溫度下大的溫度波動與低溫下小的溫度波動，凍結率相同，參與凍融循環的量也是相同的，但是低溫冷庫的控制卻比超低溫冷庫的控制更簡單，更節能，所以，短期貯藏內，通過減小溫度波動幅度到±0.5 ℃，可以將低溫三文魚凍藏溫度-50 ℃提高到-18 ℃，既能保持魚肉品質要求，又能達到節能目的。

圖2 三文魚硬度隨凍藏時間的變化Fig.2 Variation of hardness of salmon with frozen storage time

2.2.2 不同溫度波動幅度對凍藏三文魚咀嚼性的影響

圖3為不同溫度波動下，三文魚咀嚼性隨凍藏時間的變化關系。凍藏期間，溫度波動組[(-18±0.5)、(-18±1)、(-18±2) ℃]和對照組[(-50±0.1) ℃]的三文魚的咀嚼性均隨著凍藏時間的增加而降低，凍藏溫度越低、凍藏的溫度波動幅度越小，三文魚的咀嚼性降低越小；凍藏6個月時，恒溫組[(-50±0.1) ℃]和溫度波動組[(-18±0.5)、(-18±1)、(-18±2) ℃]的咀嚼性值依次降為45.37、23.27、19.34、10.31 g，差距顯著，溫度波動越小，咀嚼性越接近恒溫組；因為溫度波動引起肌間冰晶增長，蛋白質及其水化層形成的網狀纖維結構被破壞，導致肌肉組織松散軟爛，大量汁液外流，引起肉的咀嚼性下降[18]。而凍藏前3個月時，恒溫組[(-50±0.1) ℃]和溫度波動組[(-18±0.5)、(-18±1)、(-18±2) ℃]的咀嚼性值從初值86.31 g依次減少到67.35、63.24、55.27、50.24 g，各組影響不大，尤其溫度波動組[(-18±0.5) ℃]和恒溫組[(-50±0.1) ℃]更接近。短期凍藏，減小溫度波動至±0.5 ℃，將三文魚的凍藏溫度提升到-18 ℃有很大的節能和經濟意義。

圖3 三文魚咀嚼性隨凍藏時間的變化Fig.3 Changes of chewiness of salmon with frozen storage time

2.2.3 不同溫度波動幅度對凍藏三文魚彈性的影響

彈性反映了外力作用時的變形及去力后的回復程度[19]。由圖4可知，凍藏時間為3個月時，-18和-50 ℃的凍藏溫度及溫度波動對三文魚樣品的彈性影響不大，恒溫組[(-50±0.1) ℃]和溫度波動組[(-18±0.5)、(-18±1)、(-18±2)℃]的彈性值從初值0.81依次減少到0.54、0.53、0.48、0.41，-18 ℃凍藏環境的三文魚，溫度波動從±2 ℃減小為±0.5 ℃后，彈性變化顯著減少，接近(-50±0.1) ℃組的彈性值；隨凍藏時間的繼續延長，(-18±0.5)、(-18±1)、(-18±2) ℃組的三文魚樣品的彈性均開始出現明顯下降趨勢，原因是溫度波動引起重結晶使冰晶增長，細胞遭受機械損傷，引起肌纖維結構降解，大量細胞汁液外流，彈性下降[20]。所以，在3個月短期貯藏時，通過減小溫度波動到±0.5 ℃，可以將三文魚-50 ℃ 的凍藏溫度提高到-18 ℃，有一定的實際意義。

圖4 三文魚彈性隨凍藏時間的變化Fig.4 Variation of elasticity of salmon with frozen storage time

2.2.4 不同溫度波動幅度對凍藏三文魚嫩度的影響

新鮮的三文魚的魚皮緊實光滑，經指尖的擠壓后迅速反彈，肉質富有彈性并口感滑潤，冷凍的三文魚顏色較淺，白色條紋半透明，肉質比較松散[21]。如圖5所示，隨凍藏時間的延長，不同溫度波動的凍藏三文魚嫩度均呈現下降趨勢，(-50±0.1) ℃組凍藏的三文魚樣品的嫩度值的下降速率遠小于-18 ℃溫度波動組，(-18±0.5) ℃組凍藏的三文魚樣品的嫩度值的下降趨勢與(-50±0.1) ℃組最接近，原因是溫度波動引起的反復凍融，導致重冰晶現象，破壞了細胞膜結構，引起肌肉間隙增大，導致剪切力降低，從而引起嫩度的下降[22]。凍藏3個月時，恒溫組[(-50±0.1) ℃]和溫度波動組[(-18±0.5)、(-18±1)、(-18±2) ℃]三文魚的嫩度值從初始值88.81 N依次減小到85.65、84.64、83.64、82.63 N，(-18±0.5) ℃組嫩度值與(-50±0.1) ℃組非常接近，僅相差3.52%，所以，短期凍藏時，減小溫度波動幅度范圍，提高三文魚的貯藏溫度到-18 ℃也可以達到接近與低溫(-50 ℃)下凍藏三文魚品質要求。

圖5 三文魚嫩度隨凍藏時間的變化Fig.5 Variation of tenderness of salmon with frozen storage time

2.2.5 不同溫度波動幅度對凍藏三文魚感官評價的影響

圖6為不同溫度波動隨凍藏時間延長對凍藏三文魚感官評價的影響。根據感官評價人員的描述，新鮮的三文魚口感圓潤，色澤鮮亮自然，滑而不膩，肉質富有彈性，初始感官評分為高達8.8分，隨凍藏時間的延長，引起三文魚肉組織質地不斷軟化，肌紅蛋白氧化導致褐變，并產生不愉快的腥味，感官品質逐漸變差[23]。(-50±0.1) ℃低溫組的三文魚樣品經過6個月的凍藏解凍后色澤鮮亮，紋理清晰，肌肉有彈性且緊實，而3組溫度波動組凍藏6個月解凍后，顏色暗沉，紋理模糊，稍有腥臭味，彈性顯著下降[24]。3組溫度波動組有顯著的差別，凍藏6個月后，3組溫度波動組[(-18±0.5)、(-18±1)、(-18±2)℃]評分從最初值8.8依次降為5.06、4.99、4.83，(-18±0.5) ℃組的三文魚樣品感官評價的評分高于(-18±1) ℃組與(-18±2) ℃組。結果表明，溫度波動引起凍融循環，對三文魚的色澤和氣味等產生不利影響，導致三文魚肉的品質降低，且溫度波動越大，三文魚各項指標下降越嚴重。

圖6 三文魚感官評價變化Fig.6 Changes in sensory evaluation of salmon

2.3 多元線性擬合方程及指標的相關性分析

2.3.1 三文魚質構特性的多元線性回歸擬合方程

通過對三文魚的質構特性進行二因素分析，得到三文魚質構特性隨凍藏時間的延長差異顯著(P<0.05)，分別以凍藏時間和溫度波動幅度為自變量，以彈性、咀嚼度、嫩度為因變量，用MATLAB進行多元線性回歸擬合得到方程,如公式(2)、公式(3)、公式(4)所示：

y1=3 564.23-99.37ΔT-156.42t

(2)

y2=2 356.89-74.56ΔT-76.43t

(3)

y3=101.47-2.3ΔT-1.23t

(4)

式中：y1，三文魚的彈性值；y2，三文魚的咀嚼度；y3，三文魚的嫩度；T，冷凍貯藏過程中不同溫度波動幅度；t，凍藏時間；3個公式的模型擬合優度分別為R12=0.789，R22=0.776，R32=0.813。

2.3.2 相關性指標分析

三文魚的色差與質構的各項指標相關性都較強，原因是溫度波動引起凍融循環導致冰晶破壞細胞結構，在硬度、彈性下降的同時，引起細胞汁液的流失，進而引起色澤改變，從而影響食品品質和人們的購買欲。三文魚的各項品質指標并不是獨立存在的，因此可以從多角度對食品的品質進行控制。從相關性的強弱程度可以得出一個指標變化最有可能影響的指標，品質變差最有可能受哪些指標影響，從而得出食品品質惡化的原因。三文魚的質構參數之間也互相影響，硬度、彈性、咀嚼性之間的相關系數均大于0.82，呈較強正相關，質構參數之間的強相關性是因為數據均采用質構儀進行模擬牙齒咀嚼或測定剪切力得到，采用的樣本相同、處理方法相似等。

表2 三文魚品質指標相關性分析表Table 2 Correlation Analysis of salmon quality indexes

3 結論

6個月的凍藏期內，三文魚的色差隨凍藏時間的增加呈現增大的趨勢，三文魚的硬度、彈性、咀嚼度、質構特性隨凍藏時間延長而顯著降低；凍藏溫度的高低和溫度波動幅度的大小顯著影響三文魚色差和質構變化；三文魚低溫凍藏[(-50±0.1) ℃]下的凍藏效果好于低溫凍藏(-18 ℃)，-18 ℃凍藏條件下溫度波動幅度對三文魚的色差、質構(彈性、咀嚼性、嫩度、新鮮度)影響的差異顯著(P<0.05)，減小低溫凍藏(-18 ℃)的溫度波動幅度能夠提升三文魚的凍藏效果；與(-18±2)、(-18±1) ℃組相比，(-18±0.5) ℃組可將貯藏時間延長1～2個月；減小-18 ℃低溫庫溫度波動到±0.5 ℃時，在短期貯藏2～3個月時，三文魚可以達到超低溫(-50 ℃)凍藏三文魚的效果，也為小溫度波動或者恒溫冷庫的發展提供理論支持。