快速冷凍工藝對(duì)牛肉品質(zhì)和組織結(jié)構(gòu)的影響

馮憲超，周光宏*

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，畜牧學(xué)博士后流動(dòng)站，江蘇 南京 210095；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

快速冷凍工藝對(duì)牛肉品質(zhì)和組織結(jié)構(gòu)的影響

馮憲超1，2，周光宏1，*

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，畜牧學(xué)博士后流動(dòng)站，江蘇 南京 210095；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

通過對(duì)比普通冷凍工藝與快速冷凍工藝對(duì)牛腱子肌的色澤、解凍汁液損失率、蒸煮損失率、剪切力指標(biāo)的影響，并且結(jié)合蘇木精-伊紅染色法、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡觀察兩種冷凍工藝對(duì)牛肉組織結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：快速冷凍工藝使解凍后牛腱子肌的H值僅上升了0.9%，而普通冷凍工藝處理后的H值上升了9.4%，兩種冷凍工藝對(duì)H值的影響差異顯著（P＜0.05）。普通冷凍工藝處理的牛腱子肌解凍汁液損失率極顯著高于快速冷凍工藝（P＜0.01）。同時(shí)，普通冷凍工藝處理的牛腱子肌的蒸煮損失率明顯高于快速冷凍工藝，兩者差異顯著（P＜0.05）。另外，普通冷凍工藝處理的牛腱子肌的剪切力低于快速冷凍工藝和對(duì)照組，但是差異不顯著。電子顯微鏡觀察得出，普通冷凍工藝處理明顯比快速冷凍工藝處理處理使解凍后牛肉的肌束間隙更大、肌原纖維間隙更大，同時(shí)普通冷凍工藝也破環(huán)了肌纖維橫截面的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：快速冷凍工藝很好地保護(hù)了牛肉鮮艷的色澤，提高肉的食用品質(zhì)。另外，快速冷凍工藝極大地降低了肉中冰晶的大小，保護(hù)了肉的組織結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了肉的口感。

快速冷凍；牛肉；品質(zhì)；結(jié)構(gòu)

冷凍是一種使用廣泛，并且高效的食品保鮮方法［1］。建國初期，我國居民肉食消費(fèi)普遍以熱鮮肉為主。目前，隨著人民生活水平提高和消費(fèi)習(xí)慣改變，冷卻肉在肉制品消費(fèi)中的所占比重越來越高，肉類消費(fèi)安全也日益受到重視。20世紀(jì)90年代以來，國外開始關(guān)注改進(jìn)食品的冷凍工藝、延長食品冷藏期等相關(guān)方面的研究。21世紀(jì)以來，冷凍工藝已被廣泛應(yīng)用于肉制品行業(yè)，因?yàn)樗梢允谷獾钠焚|(zhì)幾個(gè)月之內(nèi)保持在一個(gè)合理的、可接受的水平［2］。冷凍，這種延長肉類保質(zhì)期最常見的做法，在確保所有地區(qū)的肉類產(chǎn)品供應(yīng)安全方面起著至關(guān)重要的作用，也是國家儲(chǔ)備和調(diào)節(jié)肉食品市場的重要調(diào)控手段［2］。通常按照冷卻介質(zhì)與肉品的接觸方式可將肉品的冷凍方法分為3種：空氣冷凍法、間接接觸冷凍法和直接接觸冷凍法［3］。然而，冷凍和解凍對(duì)肉品質(zhì)的影響仍然是一個(gè)重大問題，這一過程主要會(huì)影響肉的含水量或者帶來令人不愉快的肉色［4］。通常水包含在肉的肌肉纖維之間，冷凍過程對(duì)肉制品的品質(zhì)特性有很大影響。當(dāng)肉中的水結(jié)冰時(shí)，造成了溶質(zhì)（蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、維生素和礦物質(zhì)）濃度的增加，從而破壞了復(fù)雜的肉內(nèi)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。肌肉纖維環(huán)境的改變會(huì)影響細(xì)胞膜的特性，進(jìn)而影響肉的品質(zhì)。特別是冷凍肉組織內(nèi)冰晶的大小、位置和分布是確定冷凍速率的關(guān)鍵［5］，同時(shí)影響著肉類的品質(zhì)［6］。研究指出冷凍速率過低是造成細(xì)胞內(nèi)外形成大塊冰晶體的主要原因［7］。而大的冰晶體會(huì)損害肌肉內(nèi)的蛋白質(zhì)和肌肉的細(xì)胞膜，因此造成不好的肉品品質(zhì)特性，例如過高的滴水損失等［6，8-9］。相反，冷凍速率過快會(huì)在肉內(nèi)形成無數(shù)細(xì)小的冰晶體，這些冰晶體均勻地分布在肌肉細(xì)胞內(nèi)。肉的保質(zhì)期一般是通過外觀、質(zhì)地、風(fēng)味、顏色、微生物活動(dòng)和營養(yǎng)價(jià)值等來確定的［10］。所有這些指標(biāo)都受到冷凍貯藏和解凍過程的影響。相對(duì)于普通冷柜，快速冷凍能力冷柜具有更強(qiáng)的冷凍能力，可以加快冷凍速率，實(shí)現(xiàn)快速冷凍，從而提高食品的品質(zhì)。因此，本實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析快速冷凍能力冷柜冷凍（以下簡稱快速冷凍）和普通冷柜冷凍（以下簡稱普通冷凍）對(duì)肉品的保鮮效果，研究快速冷凍工藝對(duì)肉品品質(zhì)及其組織結(jié)構(gòu)的影響。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

新鮮牛腱子肌購于南京蘇果超市。

氯化鈉、無水乙醇、氯仿、冰乙酸、戊二醛、鋨酸、正丁醇、醋酸戊酯、甘油、磷酸鹽、卡可酸鈉、四氧化鋨、醋酸鈉、醋酸鈾（均為分析純） 美國Amresco公司。

1.2儀器與設(shè)備

BC/BD-272SE 272升臥式冷柜 海爾集團(tuán)；M包 中國深圳市創(chuàng)鑫儀器有限公司；CR200Minota色差儀 美國美能達(dá)公司；BS233型電子分析天平北京賽多利斯計(jì)量儀器有限公司；Salte 235型沃布氏嫩度儀 美國G-R電器制造公司；高真空鍍膜機(jī) 中國江蘇偉創(chuàng)真空鍍膜科技有限公司；OlympusBX41生物顯微鏡日本Olympus公司；S-3000N型掃描電子顯微鏡、H-7650透射電子顯微鏡 日本Hitachi公司。

1.3方法

1.3.1速凍液冷凍方法的可行性驗(yàn)證

為了實(shí)驗(yàn)的便捷性，本研究采用速凍液冷凍方法來代替快速冷凍能力冷柜進(jìn)行快速冷凍。首先驗(yàn)證速凍液冷凍代替快速冷凍能力冷柜快速冷凍的可行性：將含量為26 g/100 mL（下同）的食鹽水速凍液裝入桶中置于冷柜中降溫，同時(shí)放入溫度熱電偶監(jiān)測(cè)速凍液的溫度，待速凍液冷卻到-20 ℃后將其從冷柜中取出。將用于快速冷凍的M包（用于測(cè)試冰箱性能的實(shí)驗(yàn)包，符合GB/T 8059.2—1995《家用制冷器具冷藏冷凍箱》［11］）置于速凍保溫桶中，倒入冷凍好的速凍液進(jìn)行快速冷凍降溫。記錄M包的降溫速率，直到M包的溫度達(dá)到穩(wěn)定為止。作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，將快速冷凍能力冷柜開機(jī)調(diào)至快速冷凍檔，待樣機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，放入M包，將其與冷柜前后壁面以最大接觸面接觸，記錄M包的降溫時(shí)間，直至M包的溫度達(dá)到穩(wěn)定為止。

由于冰晶的形態(tài)主要是通過結(jié)晶區(qū)的時(shí)間決定的，肉品保鮮中也是采用通過結(jié)晶區(qū)的時(shí)間來判斷冷凍速率，M包的物理性質(zhì)與牛肉基本相同，所以對(duì)比M包在速凍液和快速冷凍能力冷柜中通過結(jié)晶區(qū)（-5～0 ℃）的降溫速率（圖1）和通過結(jié)晶區(qū)的時(shí)間（速凍液冷凍方法為71 min，快速冷凍能力冷柜冷凍為68min），結(jié)果表明兩種冷凍方式的降溫速率曲線吻合良好，所以可以認(rèn)為采用速凍液冷凍方法代替快速冷凍能力冷柜冷凍是準(zhǔn)確可行的方案。

圖1　速凍液冷凍和快速冷凍能力冷柜冷凍降溫速率曲線Fig.1　Freezing speed curve of the frozen liquid and refrigerator with three times of cooling capacity

1.3.2樣品處理

將26 g/100 mL的食鹽水速凍液裝入保溫桶中，降溫至-20 ℃。將牛腱子肌按照5 cm×5 cm×3 cm平均分為5 塊，記為1～5號(hào)，保證其質(zhì)量相近，然后分別稱質(zhì)量。將對(duì)照組（1號(hào)）牛腱子肌置于4 ℃的冷藏室內(nèi)保鮮冷藏。冷柜溫度設(shè)定為-20 ℃，開機(jī)至穩(wěn)定，將普通冷凍的2 塊牛腱子?。?、3號(hào)）置于冷柜中，肉塊中心放置熱電偶。由于快速冷凍的冷凍速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通冷凍，預(yù)實(shí)驗(yàn)冷凍發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冷柜中普通冷凍肉降低至-2 ℃再開始快速冷凍過程，牛腱子肌完成冷凍的時(shí)間很接近，便于同時(shí)進(jìn)行冷凍肉的解凍實(shí)驗(yàn)。所以待普通冷凍牛腱子肌溫度降至-2 ℃時(shí)，將用于快速冷凍的2塊牛腱子肌（4、5號(hào)）置于速凍保溫桶中，肉塊中心放置熱電偶，倒入冷凍好的-20 ℃的速凍液進(jìn)行快速降溫。當(dāng)快速冷凍的牛腱子肌溫度與普通冷凍的牛腱子肌相一致（實(shí)驗(yàn)中為-16.5 ℃）時(shí)，取出所有正在冷凍的4 塊牛腱子肌，同時(shí)將對(duì)照組牛腱子肌從冷藏室內(nèi)取出，分別放置在保鮮袋上，在室溫（15～20 ℃）條件下充分解凍12 h。

1.3.3肉色測(cè)定

樣品色度測(cè)定前，用標(biāo)準(zhǔn)白板校正色度計(jì)，白板的參數(shù)為：L*=97.83、a*=-0.43、b*=1.98，每個(gè)樣品隨機(jī)取3 個(gè)點(diǎn)測(cè)定冷凍前和解凍后的肉色。

1.3.4解凍汁液損失率測(cè)定

樣品分別在解凍前和解凍后稱質(zhì)量，然后按照公式（1）計(jì)算解凍汁液損失率。

式中：m1為解凍前牛腱子肌質(zhì)量/g；m2為解凍后牛腱子肌質(zhì)量/g。

1.3.5蒸煮損失率測(cè)定

將樣品在85 ℃水浴鍋中蒸煮20 min，蒸煮前稱質(zhì)量mb/g。蒸煮后冷卻到室溫，然后再次稱質(zhì)量ma/g，按公式（2）計(jì)算蒸煮損失率。

1.3.6剪切力測(cè)定

將樣品置于沸水中，直到其中心溫度達(dá)到75 ℃時(shí)，取出冷卻至室溫，沿肌原纖維方向取3 個(gè)直徑1.27 cm的肉柱，用沃布氏嫩度儀沿著與肌原纖維垂直的方向剪切肉柱，記錄剪切力值［13］。

1.3.7蘇木精-伊紅（hematoxylin and eeosin staining，HE）染色普通電子顯微鏡觀察

同時(shí)對(duì)上述肉樣做石蠟切片進(jìn)行光鏡觀察。具體做法是：從樣品上剪下小塊組織，順肌肉纖維方向取稍大于5 mm×5 mm×5mm的樣品放入Carnoy試劑（60%（V/V，下同）無水乙醇，30%氯仿，10%冰乙酸混合制備）中固定1 h左右（在固定10 min左右時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，使得樣品形狀?guī)則）。固定后的樣品轉(zhuǎn)入無水乙醇中脫水2 h，正丁醇脫水2 h，正丁醇過夜，然后在60℃條件下石蠟透蠟、包埋、切片，HE紅常規(guī)染色后封片。

1.3.8掃描電子顯微鏡觀察

從樣品上剪下小塊組織，順肌肉纖維方向取稍大于5 mm×5 mm×5 mm的小樣品放入體積分?jǐn)?shù)3%的戊二醛溶液中固定3 d或更長時(shí)間。用雙蒸水清洗后，用戊二醛-鋨酸再進(jìn)行雙固定，再用體積分?jǐn)?shù)30%、50%、70%、80%、90%和100%的乙醇梯度脫水，100%的乙醇反復(fù)脫水3～4 次，每次10 min左右。采用二氧化碳臨界點(diǎn)干燥法用醋酸戊酯置換樣品中的脫水劑（乙醇）。在置換的同時(shí)進(jìn)行干燥。用銀粉導(dǎo)電膠將樣品固定在樣品臺(tái)上，隨后在高真空鍍膜機(jī)內(nèi)給樣品表面鍍一層金屬膜。在掃描電子顯微鏡下進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察［14］。

1.3.9透射電子顯微鏡觀察

將肌肉薄片從樣品中切除，標(biāo)本切成1 mm×1 mm×2 mm的片段，在0.1 mol/L的磷酸鹽緩沖液中用體積分?jǐn)?shù)3.0%的戊二醛處理，室溫下初始pH值為7.4，然后放在冰箱里過夜。在pH 7.4的卡可酸鈉緩沖液中清洗2 h。隨后，在含有2%的四氧化鋨的卡可酸鈉緩沖液中，pH 7.4條件下作用2 h，再用2%的醋酸鈉溶液沖洗。在水中放置1 h后用2%醋酸鈾染色，隨后放在通風(fēng)柜中，用錫箔紙包住瓶子保存。乙醇脫水：依次用體積分?jǐn)?shù)50%、75%、95%、100%乙醇作用10 min，再用100%乙醇作用20 min［15］。觀察肌原纖維超微結(jié)構(gòu)的變化，用80 kV工作電壓的透射電子顯微鏡H-7650拍攝。

1.4數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)表示為?±s，通過SPSS統(tǒng)計(jì)軟件包程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析。并利用多重比較，觀察各組數(shù)據(jù)差之間的不同，P＜0.05為差異顯著，P＜0.01為差異極顯著。

2　結(jié)果與分析

2.1快速冷凍工藝對(duì)牛肉肉色的影響

2.1.1亮度L*

圖2　兩種冷凍工藝處理的牛腱子肌冷凍前和解凍后L*值對(duì)比Fig.2　Color L* values of beef tendon muscle subjected to normal and quick freezing treatments before freezing and after thawing

由圖2可知，4 ℃對(duì)照組，以及兩種冷凍工藝處理的牛腱子肌的L*值，均為解凍后低于冷凍前，說明隨著貯藏時(shí)間的延長，L*值下降，且與冷凍前相比差異顯著（P＜0.05）。快速冷凍工藝解凍后的L*值下降了10.7%，普通冷凍工藝解凍后的L*值下降了10.0%，兩種冷凍工藝之間沒有顯著差別。

2.1.2紅度a*

圖3　兩種冷凍工藝處理的牛腱子肌冷凍前和解凍后肉色a*值Fig.3　Color a* values of beef tendon muscle subjected to normal and quick freezing treatments before freezing and after thawing

a*值表示肉色的紅度，有正負(fù)值之分，正值表示紅度，負(fù)值表示綠度。由圖3可知，對(duì)照組以及兩種冷凍工藝處理的牛腱子肌的a*值，都是解凍后低于冷凍前，說明隨著貯藏時(shí)間的延長，肉的a*值下降。4 ℃貯藏使得肉的a*值下降，與貯藏前相比差異顯著（P＜0.05）?？焖倮鋬龉に嚱鈨龊笕獾腶*值僅下降了3.5%，普通冷凍工藝解凍后肉的a*值下降了5.2%，解凍后快速冷凍工藝的牛腱子肌的a*值顯著高于普通冷凍工藝，差異顯著（P＜0.05）。

2.1.3黃度b*

圖4　兩種冷凍工藝處理的牛腱子肌冷凍前和解凍后肉色Fig.4　Color b* values of beef tendon muscle subjected to normal and quick freezing treatments before freezing and after thawing

b*值表示肉色的黃度，有正負(fù)值之分，正值表示黃度，負(fù)值表示藍(lán)度。由圖4可知，對(duì)照組以及快速冷凍工藝處理的牛腱子肌的b*值，均為解凍后低于冷凍前，快速冷凍工藝解凍后肉的b*值下降了5.5%。但是普通冷凍工藝處理的牛腱子肌的b*值是解凍后高于冷凍前，升高了6.2%，可能是由于普通冷凍工藝處理牛肉的冷凍時(shí)間比較長造成的。4 ℃貯藏使得b*值下降明顯，差異顯著。

2.1.4色度角H

圖5　兩種冷凍工藝處理的牛腱子肌冷凍前和解凍后肉色H值Fig.5　Color H values of beef tendon muscle subjected to normal and quick freezing treatments before freezing and after thawing

肉色的變化可以通過H值來進(jìn)行準(zhǔn)確、直觀的量化反映。H值在0～90之間時(shí)，值越低說明肉色越紅，越高則表示肉色越黃。另外b*/a*越小，H值越小，即肉樣的紅色越接近新鮮紅肉色澤［16］。由圖5可知，對(duì)照組牛腱子肌的H值解凍后略低于冷凍前?？焖倮鋬龉に嚱鈨龊笈ｋ熳蛹〉腍值僅上升了0.9%，而普通冷凍工藝解凍后牛腱子肌的H值上升了9.4%，解凍后快速冷凍工藝牛腱子肌與普通冷凍工藝牛腱子肌相比差異顯著（P＜0.05）。說明快速冷凍工藝很好地保護(hù)了肉色的鮮紅色澤。

2.2兩種冷凍工藝對(duì)牛肉解凍汁液損失率的影響

圖6　兩種冷凍工藝處理的牛腱子肌解凍汁液損失對(duì)比Fig.6　Thawing loss values of beef tendon muscle subjected to normal and quick freezing treatments

由圖6可知，普通冷凍工藝處理的牛腱子肌解凍汁液損失率明顯高于快速冷凍工藝，兩者差異極顯著（P＜0.01）。由于普通冷凍工藝處理牛肉的冷凍時(shí)間比較長，牛肉內(nèi)部形成的冰晶比較多，所以造成的解凍汁液損失比較多。說明快速冷凍工藝提高了冷凍過程中牛肉的保水性。

2.3兩種冷凍工藝對(duì)牛肉蒸煮損失率的影響

圖7　兩種冷凍工藝處理的牛腱子肌蒸煮損失率對(duì)比Fig.7　Cooking loss values of beef tendon muscle subjected to normal and quick freezing treatments.

由圖7可知，普通冷凍工藝處理的牛腱子肌的蒸煮損失率明顯高于快速冷凍工藝，兩者差異顯著（P＜0.05）。說明普通冷凍工藝處理牛肉的冷凍時(shí)間較長，牛肉內(nèi)部形成了大量的冰晶，所以造成的較高的汁液損失。

2.4兩種冷凍工藝對(duì)牛肉剪切力的影響

由圖8可知，普通冷凍工藝處理的牛腱子肌的剪切力低于快速冷凍工藝和對(duì)照組，但是差異不顯著，說明普通冷凍工藝處理牛腱子肌的冷凍時(shí)間比較長，長時(shí)間的冷凍使牛腱子肌得到了充分的嫩化。

圖8　兩種冷凍工藝處理的牛腱子肌解凍后的剪切力對(duì)比Fig.8　Shear force of beef tendon muscle subjected to normal and quick freezing treatments.

2.5兩種冷凍工藝對(duì)牛肉組織結(jié)構(gòu)的影響

2.5.1普通電子顯微鏡觀察

圖9　兩種冷凍工藝處理的牛腱子肌解凍前后對(duì)比Fig.9　HE staining of beef tendon muscle subjected to normal and quick freezing treatments before freezing and after thawing

HE染色觀察肌束的橫截面，通過肌束之間的空隙大小來判斷冰晶形成的多少和大小。圖9C2是普通冷凍后腱子肌解凍后肌肉組織，可以觀察到明顯比快速冷凍工藝處理后牛腱子肌解凍后（圖9B2）肌肉組織的間隙要大，說明快速冷凍工藝使牛肉組織間的冰晶形成減少。

2.5.2掃描電子顯微鏡觀察

骨骼肌的橫切面一般呈圓形，其中肌原纖維的橫切面呈不規(guī)則的多邊形。掃描電子顯微鏡觀察到的是肌原纖維束的橫截面，肌原纖維間的空隙大小可以用來判斷肌肉組織中形成的冰晶的多少和大小。圖10C2是普通冷凍后牛腱子肌解凍的肌肉組織，可以觀察到普通冷凍工藝解凍后牛腱子肌肌纖維組織明顯比快速冷凍工藝解凍后的間隙要大，同時(shí)普通冷凍工藝也破壞了肌纖維橫截面的結(jié)構(gòu)，說明快速冷凍工藝使牛肉組織間的冰晶形成減少，同時(shí)能保護(hù)肉的組織結(jié)構(gòu)。

圖10　兩種冷凍工藝處理的牛腱子肌解凍前后對(duì)比（×50000）Fig.10　Scanning electron microscope （SEM） of images beef tendon muscle subjected to normal and quick freezing treatments before freezing and after thawing （× 500）

2.5.3透射電子顯微鏡觀察

透射電子顯微鏡觀察到的是肌原纖維的縱截面。通過肌原纖維間空隙的大小，以及肌原纖維的完整性來判斷肌肉組織中形成的冰晶的大小。圖11C2是普通冷凍工藝解凍后牛腱子肌肉組織，可以觀察到明顯比快速冷凍工藝解凍后的間隙要大（圖11B2），說明快速冷凍工藝使牛肉組織間的冰晶形成減少。

圖11　兩種冷凍工藝處理的牛腱子肌解凍前后對(duì)比（×2 5000）Fig.11　Transmission electron microscope （TEM） images of beef tendon muscle subjected to normal and quick freezing treatments before freezing and after thawing （×2 500）

3　討 論

通過普通冷凍和快速冷凍兩種冷凍工藝處理后，研究結(jié)果表明隨著貯藏時(shí)間的延長，肉的亮度值L*一般都會(huì)下降。然而，解凍后快速冷凍的處理方式保護(hù)了牛肉的紅色，同時(shí)快速冷凍工藝處理使牛肉令人不愉快的亮黃色顯著降低。H值可以準(zhǔn)確、直觀的量化肉色的變化情況，H值越小，肉樣的紅色越接近新鮮紅肉色澤，本課題組研究表明快速冷凍工藝很好地保護(hù)了肉的鮮紅色澤。大量研究通過比較肉色與高鐵肌紅蛋白對(duì)氧化的耐受能力，驗(yàn)證肉品在被冷藏后，冷凍和解凍的過程中肌紅蛋白被氧化，隨后造成了肉品表面最佳顏色（即鮮紅色澤）的降低［17-20］。冷凍速率對(duì)肌肉結(jié)構(gòu)具有重要的影響作用，冰晶體的形成會(huì)影響細(xì)胞的物理損傷程度和蛋白質(zhì)的化學(xué)變化，從而可能進(jìn)一步影響肉中脂肪穩(wěn)定氧化的程度［6］。眾所周知，冷凍和解凍過程會(huì)導(dǎo)致牛肉表面色澤變暗，同時(shí)由于增加了肌紅蛋白的氧化敏感性，而降低了肉色的穩(wěn)定性［21-22］。在冷凍貯藏條件下，高鐵肌紅蛋白還原酶的活力被抑制，高鐵肌紅蛋白無法還原為肌紅蛋白，這使得高鐵肌紅蛋白得到大量的積累，進(jìn)而使肉的紅色度下降［23］。本研究發(fā)現(xiàn)普通冷凍工藝處理的牛腱子肌的解凍汁液損失率明顯高于快速冷凍工藝，同時(shí)蒸煮損失率明顯高于快速冷凍工藝，說明了快速冷凍工藝提高了冷凍過程中牛肉的保水性。

肌肉中水分含量大約是70%，主要存在于肌肉組織的肌細(xì)胞中，即肌原纖維中、肌原纖維間、肌原纖維與細(xì)胞膜之間、細(xì)胞間和肌束之間的空隙中［24］。水是兩性分子，可以和蛋白質(zhì)分子中的電荷相互吸引結(jié)合到蛋白質(zhì)分子上，稱為結(jié)合水，宰后這部分水基本不變［24］。另外一部分水分叫不易流動(dòng)水，它受空間效應(yīng)的影響而存在于肌肉中，或與結(jié)合水結(jié)合，但沒有和蛋白質(zhì)結(jié)合。宰后早期不能自由流動(dòng)，但可被干燥除去，也可以被冷凍。在肌肉轉(zhuǎn)變?yōu)槿獾倪^程中受影響最大的是不易流動(dòng)水，也是在加工中要盡可能保持的水分［25］。由于細(xì)胞間水分所組成的主體溶液中的鹽的濃度比細(xì)胞內(nèi)水分所組成的主體溶液低，因此細(xì)胞間的液體具有較高的冷凍點(diǎn)，晶核首先在細(xì)胞間形成。這一部分液體的冷凍導(dǎo)致剩余水分中鹽濃度的升高，從而引起細(xì)胞間滲透壓的升高，為了平衡細(xì)胞內(nèi)外的溶質(zhì)濃度，水分從肌纖維解離進(jìn)入細(xì)胞間，這種水分進(jìn)入細(xì)胞間后隨著溫度的降低會(huì)以已經(jīng)形成的冰晶為晶核，導(dǎo)致冰晶進(jìn)一步生長，所以如果冷凍的時(shí)間過長，就導(dǎo)致了細(xì)胞間的冰晶不斷增大，細(xì)胞間隙也比快速冷凍要大得多［26］。而快速冷凍，是在短時(shí)間形成大量細(xì)小的冰晶，所以肌細(xì)胞和肌束間隙也相對(duì)小一些［27-28］。同時(shí)，冰晶從冰核開始長大的同時(shí)不斷在克服組織結(jié)構(gòu)的束縛，反過來講也就是冰晶的生長擠壓肌纖維，破壞了肌肉組織的組織結(jié)構(gòu)。電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)快速冷凍肌肉組織中形成的冰晶要小于普通冷凍的肉樣。另外，快速冷凍工藝比普通冷凍形成的冰晶小是由于冷凍時(shí)，冰晶的大小與晶核的數(shù)目有關(guān)，而晶核的數(shù)目多少與冷凍的速率有關(guān)?？焖倮鋬鰰r(shí)，晶核同時(shí)形成的數(shù)量多、大小分布比較均勻，因此，形成的冰晶小［29］。這些結(jié)果說明冷凍速率對(duì)冰晶的大小有顯著影響，隨著冷凍速率增大，樣品組織中形成冰晶的速率增大，冰晶形態(tài)逐漸變小，數(shù)量逐漸增多，在冷凍組織中分布的均勻程度逐漸增大［27］。由此可見，冷凍傳熱速率對(duì)冰晶形成速率及大小有極顯著影響。由結(jié)果可知，普通冷凍工藝和快速冷凍工藝都影響了牛肉的組織結(jié)構(gòu)，普通冷凍工藝使得肌束之間的空隙加大，同時(shí)影響了肌纖維的整體完整性，但是快速冷凍工藝極大地緩解了這一現(xiàn)象，快速冷凍工藝得到的結(jié)果和對(duì)照組極為相似，只是輕微地影響了肌束間的空隙，對(duì)肌纖維的整體結(jié)構(gòu)影響很小。

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Effects of Fast Freezing on the Quality and Microstructure of Beef

FENG Xianchao1，2， ZHOU Guanghong1，*
（1. Animal Husbandry Post-doctoral Station， College of Animal Science， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China；2. College of Food Science and Engineering， Northwest A&F University， Yangling 712100， China）

This study investigated and compared meat color， thawing loss， cooking loss， and shear force of beef subjected to normal freezing and quick freezing. The microstructure of frozen beef was also studied by HE staining， scanning electron microscopy （SEM） and transmission electron microscopy （TEM）. The results showed that the H value of bovine tendon muscle subjected to quick freezing-thawing process rose by only 0.9%， compared to as high as 9.4% for the normally frozen and thawed sample， suggesting a signifi cant difference between both freezing methods （P ＜ 0.05）. Thawing loss of beef tendon muscle subjected to normal freezing was signifi cantly higher than that of the sample subjected to fast freezing（P ＜ 0.01）. At the same time， cooking loss of beef tendon muscle subjected to normal freezing was also signifi cantly higher than that of the samples subjected to fast freezing （P ＜ 0.05）. In addition， shear force of beef tendon muscle subjected to normal freezing was lower but not signifi cantly than that of the quick-frozen and control groups. Electron microscopy results showed that normal freezing could result in noticeably bigger intermuscular gap and larger intermyofi brillar space in thawed beef when compared with fast freezing， and it also destroyed the cross-sectional area of muscle fi bers. On the other hand， fast freezing could protect the bright color of beef and improve its eating quality. In addition， fast freezing could greatly reduce the size of ice crystals in meat， protect the microstructure of meat， and optimize the taste of meat.

fast freezing； beef； quality； structure

10.7506/spkx1002-6630-201619001

TS251

A

1002-6630（2016）19-0001-07

馮憲超， 周光宏. 快速冷凍工藝對(duì)牛肉品質(zhì)和組織結(jié)構(gòu)的影響［J］. 食品科學(xué)， 2016， 37（19）： 1-7. DOI：10.7506/spkx1002-6630-201619001. http：//www.spkx.net.cn

FENG Xianchao， ZHOU Guanghong. Effects of fast freezing on the quality and microstructure of beef［J］. Food Science，2016， 37（19）： 1-7. （in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/spkx1002-6630-201619001. http：//www.spkx.net.cn

2016-02-15

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金 項(xiàng)目（31601497）；中國博士后基金項(xiàng)目（2016M591857）

馮憲超（1981—），男，副教授，博士，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工。E-mail：xcfeng@nwsuaf.edu.cn

周光宏（1960—），男，教授，博士，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工。E-mail：ghzhou@njau.edu.cn