溫度波動對凍藏水產(chǎn)品品質(zhì)影響及控制措施的研究進展

呂穎，謝晶,2,3*

1(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海，201306)2(上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海，201306) 3(上海海洋大學(xué)，食品科學(xué)與工程國家級實驗教學(xué)示范中心，上海，201306)

水產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量高、脂肪含量低，維生素和微量元素含量豐富，營養(yǎng)價值極高，但受其捕獲和處理方式、肉質(zhì)的脆弱性和柔軟性，以及其自溶酶的活性溫度低，附著的微生物在室溫下活性強等影響，常溫下水產(chǎn)品容易腐敗變質(zhì)[1]。而低溫能顯著降低水產(chǎn)品中酶的活性，抑制其脂質(zhì)和蛋白的氧化和微生物的生長繁殖，有效地延緩水產(chǎn)品腐敗變質(zhì)，延長其貨架期[2]。

水產(chǎn)品從捕撈、加工、儲存、運輸、配送、銷售直到消費者手中的整個過程需要通過冷鏈來完成。在冷鏈物流中，溫度的控制是影響水產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素[3]，然而溫度波動甚至是多次凍融的情況在冷凍水產(chǎn)品的冷鏈流通過程中時有發(fā)生，一方面是因為冷鏈各環(huán)節(jié)的溫度存在差異，另一方面是由于目前冷鏈的斷鏈是一個普遍的問題[4]，這種情況尤其是在餐館、家庭和零售環(huán)節(jié)中時有發(fā)生[5]。例如裝運產(chǎn)品暴露在外界氣溫下，冷庫壓縮機的啟停，以及停電故障等不可控因素，以及一些人為因素[6]。這些因素導(dǎo)致的溫度變化會使冷凍水產(chǎn)品的貨架期縮短，失去原有的高品質(zhì)[7]。近幾年對新型冷凍方法的研究比較多，而對冷凍后貯運環(huán)節(jié)中品質(zhì)的變化及其控制技術(shù)的研究比較少。本文綜述了近年來有關(guān)溫度波動對凍藏食品品質(zhì)影響的研究，以及減少溫度變化帶來的不良影響的措施，為未來如何在貯運過程中更好地保持水產(chǎn)品良好品質(zhì)，延長貨架期提供一定的理論參考。

1 冷鏈流通過程中溫度變化對水產(chǎn)品品質(zhì)的影響

1.1 溫度波動對水產(chǎn)品品質(zhì)的影響機理

溫度波動使水產(chǎn)品加速劣變是由多種因素共同作用造成的，其中最主要的就是溫度波動會引起組織中的冰晶重結(jié)晶和進一步生長，從而對細胞造成機械損傷[8]。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生波動時，水產(chǎn)品的凍結(jié)率會發(fā)生變化，組織中的部分水分處于凍結(jié)-融化循環(huán)狀態(tài)。當(dāng)環(huán)境溫度升高時，組織中較小的冰晶會先融化，擴散到細胞表面，當(dāng)溫度再次降低時，由于蒸汽分壓力差的存在，這些水會聚集在較大冰晶的周圍，重新凍結(jié)，導(dǎo)致冰晶顆粒變大[9]，從而導(dǎo)致冰晶的平均尺寸增加，較大的晶體使肌肉蛋白發(fā)生重排、聚集、交聯(lián)和不可逆變性，從而導(dǎo)致肌肉組織中持水能力下降，引起的肌肉組織內(nèi)部變化，影響產(chǎn)品的質(zhì)地、營養(yǎng)物質(zhì)和風(fēng)味。此外，由于產(chǎn)品中未冷凍的水含量增加，酶活性增加，促進了微生物的生長，并且提高了因蛋白質(zhì)水解和脂質(zhì)氧化所引起變質(zhì)的風(fēng)險[10]。

1.2 溫度波動對水產(chǎn)品物理品質(zhì)的影響

1.2.1 質(zhì)地

質(zhì)構(gòu)特性包括硬度、彈性、剪切力等指標，硬度反映了水產(chǎn)品保持原有良好形狀的內(nèi)部結(jié)合力, 與肌肉組織的含水量、蛋白質(zhì)含量、脂肪含量有關(guān)，彈性反映水產(chǎn)品肌肉組織中的蛋白質(zhì)及其水化層形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)抵抗外力的能力，與肌原纖維蛋白的化學(xué)結(jié)構(gòu)和水結(jié)合的作用力密切相關(guān)，這些都是評價水產(chǎn)品肉質(zhì)的重要指標[11]。年益瑩[12]模擬冷凍鱘魚在-18 ℃冷鏈運輸中出現(xiàn)不同次數(shù)的-3 ℃斷鏈物流及斷鏈銷售，結(jié)果顯示，溫度波動時魚肉組織中冰晶生長，肌肉纖維之間的空隙變大，肌原纖維的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；并且組織中的水分發(fā)生了遷移，導(dǎo)致肌肉蛋白脫水變性，魚肉的硬度和剪切力下降，持水力降低蒸煮損失率升高。王碩等[13]以三文魚為對象模擬了4種不同的物流變溫過程，結(jié)果表明在貯藏期間，肌原纖維蛋白會發(fā)生降解，硬度、彈性均呈下降趨勢，并且溫度波動越頻繁，下降趨勢越明顯。溫度波動使小冰晶融化后附著在大冰晶上形成更大的冰晶體，增大了肌肉纖維間的空隙，還會引起肌肉纖維空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[14]。同時，細胞中水分的不斷遷移使部分肌原纖維蛋白發(fā)生脫水變性，從而影響水產(chǎn)品的質(zhì)地特性[15]。

1.2.2 感官品質(zhì)

感官評定通過人的感官從水產(chǎn)品的形態(tài)、色澤、氣味，直觀地反映水產(chǎn)品品質(zhì)，溫度波動會加速感官評分的下降，使水產(chǎn)品失去其商品價值[16]。王則金等[17]對明蝦進行反復(fù)凍融處理，在第4次凍融循環(huán)時蝦頭尾出現(xiàn)部分黑化現(xiàn)象，并隨著凍融次數(shù)的增加，感官品質(zhì)下降嚴重，嚴重影響其商品價值。肖蕾等[18]模擬大目金槍魚的冷鏈流通中可能出現(xiàn)的2種斷鏈情況，研究發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)定的-55 ℃溫度下的大目金槍魚肉色澤穩(wěn)定，貯藏初期紅度值幾乎沒有什么變化，后期平緩下降，而斷鏈組在整個貯藏期間紅度值下降顯著，結(jié)果表明溫度波動加劇了大目金槍魚魚肉的褐變。龔漱玉[19]對生鮮三文魚進行反復(fù)凍融處理(-20～20 ℃)，結(jié)果顯示，當(dāng)反復(fù)凍融5次以上后魚香味逐漸消失，開始出現(xiàn)腐敗味，色澤逐漸暗淡，魚肉紋理逐漸模糊，表明在運輸和貯藏期間由于溫度大幅度地波動引起的反復(fù)凍融會對三文魚的感官方面產(chǎn)生不良影響。水產(chǎn)品的色澤變化與肌肉組織中高鐵肌紅蛋白的含量有密切的關(guān)系，溫度波動加速了肌紅蛋白向高鐵肌紅蛋白的轉(zhuǎn)化，加劇了魚肉的褐變；另外反復(fù)凍融造成的細胞損傷使色素類物質(zhì)流失也會導(dǎo)致紅度值的下降[20]。

1.3 溫度波動對水產(chǎn)品化學(xué)品質(zhì)的影響

1.3.1 脂質(zhì)氧化

溫度波動中的冰晶體生長會對肌肉細胞造成機械損傷，使細胞釋放氧化酶、鐵、血紅素蛋白等促進脂質(zhì)氧化的成分。通常使用硫代巴比妥酸反應(yīng)性物質(zhì)(TBARS)方法測量脂質(zhì)氧化二級產(chǎn)物的質(zhì)量，這些次級產(chǎn)品會導(dǎo)致水產(chǎn)品腐臭，產(chǎn)生刺激性氣味和其他異味。林二妹[21]對明蝦進行凍融處理(-20～10 ℃)，實驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)過凍融循環(huán)的樣品的TBARS值、汁液流失率與凍融次數(shù)之間呈現(xiàn)極大相關(guān)性(P<0.01)，結(jié)果表明，隨著凍融次數(shù)的增加，TBARS值、明顯上升。樣品的TBARS值隨著凍融循環(huán)的增加而增加，這是由于各種破裂的細胞器釋放出了氧化酶和脂肪氧化的前提物質(zhì)特別是鐵離子，催化了脂質(zhì)的氧化。夏克鑫[22]的研究結(jié)果與林二妹的一致，大菱鲆反復(fù)凍融過程的TBARS值呈上升趨勢，這說明反復(fù)凍融使脂肪的氧化加劇，次級氧化產(chǎn)物積累，表現(xiàn)為丙二醛的檢出量升高，TBARS值上升。黃涵等[23]對新鮮鮰片魚進行反復(fù)凍融處理，發(fā)現(xiàn)隨著凍融循環(huán)的次數(shù)增加，酸價總體呈上升趨勢。這是由于隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，細胞受到機械損傷，氧化酶從細胞液中流出，魚體中脂肪在這些酶的作用下，被氧化分解為一些小分子的醛、酮類物質(zhì)，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，這些物質(zhì)不斷積累從而使酸價上升。

1.3.2 蛋白質(zhì)氧化

氧化反應(yīng)是凍藏水產(chǎn)品中造成質(zhì)量損失的重要因素，包括脂質(zhì)氧化和蛋白質(zhì)氧化。盡管脂質(zhì)氧化是變質(zhì)的主要形式，但由于水產(chǎn)品含有豐富的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)氧化對品質(zhì)的影響也不容忽視[24-25]。蛋白氧化會引起羰基、巰基、表面疏水性、可溶性肽以及Ca2+-ATP酶活的改變，進而影響蛋白構(gòu)象[26]。張洪超等[27]用3種不同的解凍方式(0 ℃解凍、流水解凍和室溫解凍)對-20 ℃凍結(jié)溫度下的烏賊肉進行凍融處理，用紅外光譜分析對其進行分析，結(jié)果顯示，反復(fù)凍融使金烏賊肌原纖維蛋白表面疏水性顯著增加，總巰基與活性巰基的含量均呈顯著下降趨勢，水性肌原纖維蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象發(fā)生改變，二級結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，α-螺旋和β-折疊二者含量之和占比降低，β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲二者含量之和增加，表明蛋白質(zhì)在反復(fù)凍融過程中緩慢氧化。鄧思楊等[28]的研究結(jié)果與張洪超一致，對鏡鯉魚進行多次凍融處理，隨著次數(shù)的增加，肌原纖維蛋白的表面疏水性增加，表現(xiàn)為持水性下降，巰基和α-螺旋含量下降，蛋白質(zhì)發(fā)生氧化，肌原纖維蛋白的完整結(jié)構(gòu)被破壞，蛋白質(zhì)的乳化特性和溶解性降低。蛋白質(zhì)氧化與促氧化因子密切相關(guān)，溫度波動會加速促氧化因子的釋放，例如脂肪氧化產(chǎn)生的自由基，因細胞損傷釋放的一些色素因子和氧化酶，都會使蛋白質(zhì)發(fā)生氧化，從而破壞蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，降低其與水的結(jié)合能力，導(dǎo)致溶解度下降，持水性變差，降低水產(chǎn)品肉質(zhì)的嫩度和多汁性，使其風(fēng)味變差[25]。

1.4 溫度波動對水產(chǎn)品中微生物的影響

水產(chǎn)品由于生長環(huán)境和自身特性容易受到微生物的污染，微生物的生長繁殖會促進蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的氧化降解，產(chǎn)生不良的風(fēng)味[29]。低溫并不能減少水產(chǎn)品中微生物的數(shù)量，只是抑制微生物的生長繁殖，溫度波動使細胞中酶活性增加而促進微生物的生長和繁殖。黃文博等[30]在模擬美國紅魚的冷鏈物流實驗中發(fā)現(xiàn)溫度波動有利于微生物的生長，從而加快紅魚肉質(zhì)的劣變。王倩等[ 31]采用聚合酶鏈式反應(yīng)-變性梯度凝膠電泳指紋技術(shù)(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis，PCR-DGGE)評價冷鏈與斷鏈流通中大黃魚中微生物種群的多樣性，研究表明溫度波動組的微生物的增長速率大于恒定組，貯藏后期主要優(yōu)勢菌為假單胞菌與嗜冷桿菌[32]。湯元睿等[33]對金槍魚進行了3種不同的物流模擬，結(jié)果顯示，溫度每次從-55 ℃升至-18 ℃貯藏后，金槍魚中的菌落總數(shù)會出現(xiàn)顯著上升，其實驗表明即使在超低溫貯藏下的溫度波動也會促進微生物生長繁殖。由此可見低溫并不能減少水產(chǎn)品中微生物的數(shù)量，只是抑制微生物的生長繁殖，溫度波動使細胞中內(nèi)源酶的活性增加而促進微生物的生長和繁殖，避免貯運中的溫度波動對消費者食用期間的安全性有重要意義。

2 溫度變化對水產(chǎn)品貨架期的影響

水產(chǎn)品的貨架期一方面受產(chǎn)品本身性質(zhì)的影響，包括水分、pH值、組成成分和初始微生物數(shù)量等，另一方面是受捕撈后加工、運輸、貯藏、銷售等外界環(huán)境因素的影響，在此過程中，溫度被認為是影響食品貨架期的最重要因素。MARGEIRSSON等[34]用可以控制溫度的集裝箱模擬真實的海運物流，研究在這個物流過程中鱈魚片的質(zhì)量變化，發(fā)現(xiàn)處于動態(tài)溫度組即溫度波動大組的鱈魚片質(zhì)量下降迅速，微生物生長加快，比恒定低溫組的貨架期縮短1.5～3 d，與傅麗麗[35]的研究發(fā)現(xiàn)的溫度波動使大黃魚的貨架期明顯縮短的結(jié)果一致。溫度的波動使水產(chǎn)品的化學(xué)性質(zhì)、物理特性、微生物等發(fā)生改變，導(dǎo)致內(nèi)源酶的活性恢復(fù)，促進微生物的生長繁殖，加速其蛋白質(zhì)、脂肪氧化分解，產(chǎn)生不良色澤和異味，加快其達到貨架期終點[36]。

3 減少溫度波動的對水產(chǎn)品品質(zhì)損害的措施

3.1 糖類物質(zhì)

研究表明在凍藏水產(chǎn)品中添加冷凍保護劑可以抑制冰晶的生長與重結(jié)晶、改變氫鍵形成方式、抑制羰基形成和脂質(zhì)氧化[37]，并通過保持Ca2+-ATPase活性，減少疏水基和巰基在蛋白質(zhì)表面的暴露以及降低蛋白質(zhì)聚集程度[38]，保護蛋白質(zhì)不變性，從而顯著地提高凍藏水產(chǎn)品的品質(zhì)[39]。近年來，一些糖類及糖醇類物質(zhì)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于凍藏水產(chǎn)品中，例如殼聚糖、海藻糖、魔芋葡甘露聚糖、山里糖醇[40-41]等。ZHANG等[42]的研究發(fā)現(xiàn)在貯藏在-24 ℃和-80℃之間波動溫度的凡納濱對蝦組織中冰晶的表面積值不斷增加，冰晶的圓度不斷降低，失水嚴重，肌肉細胞和結(jié)締組織的結(jié)構(gòu)被破壞，肌原纖維明顯分離和崩解，肌肉蛋白質(zhì)變性嚴重，而冷凍前用質(zhì)量濃度為300 g/L海藻糖和海藻低聚糖浸泡處理可顯著改善蝦肌肉組織的持水性，減緩了冷凍誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)變性，保留了肌肉組織的結(jié)構(gòu)完整性，并抑制了冰晶的生長和重結(jié)晶。尚坤等[43]將海藻糖和甘露醇的添加至蝦蛄肉糜中，結(jié)果顯示海藻糖和甘露醇可以有效降低經(jīng)過凍融循環(huán)的肉糜中蛋白質(zhì)的變性程度，減少蛋白結(jié)構(gòu)的變化，改善肌原纖維蛋白的凝膠特性(凝膠強度、持水力和三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))、乳化活性和乳化穩(wěn)定性。這些糖類分子通過氫鍵、疏水或靜電相互作用與肌肉組織中的水分子結(jié)合，同時影響了肌肉蛋白質(zhì)周圍水分子的分布和遷移，抑制了冰晶體的生長和重結(jié)晶，保護蛋白質(zhì)不變性，從而減少了溫度波動對水產(chǎn)品品質(zhì)的損害[44]。

3.2 加鹽

適度鹽腌也有助于減少凍融對水產(chǎn)品肉質(zhì)的損害。JIANG等[45]對金槍魚肉以不同濃度(0.25～3 mol/L)的NaCl溶液連續(xù)振蕩浸泡1 h后冷凍在-20 ℃的冰箱中，隨后進行凍融循環(huán)處理，與未經(jīng)腌制處理的金槍魚相比，在最佳條件下(1 mol/L)鹽化后的魚肉組織中形成的是許多球形或橢圓形的冰晶而不是冰柱，并提高了金槍魚肉的冷凍穩(wěn)定性，即使經(jīng)過多次凍融循環(huán)，鹽腌也改善了金槍魚肉的保水能力和質(zhì)地特性，肌纖維仍然規(guī)則、飽滿。近些年的研究表明NaHCO3也可以提高肉制品的保水性[46]，章蔚等[47]用NaHCO3浸泡鮰魚肉，發(fā)現(xiàn)一定濃度的NaHCO3的溶液可以顯著抑制經(jīng)反復(fù)凍融鮰魚肉脂肪的氧化和蛋白質(zhì)的變性，保持魚肉的持水能力，減少凍融對肌肉品質(zhì)的損害。這是由于磷酸鹽可以增加肌動球蛋白的親水性，促進魚肉蛋白的穩(wěn)定，提高凍融冷凍產(chǎn)品的保水率，保持口感并減少解凍和蒸煮損失。

3.3 包裝

水產(chǎn)品在貯藏過程中，環(huán)境溫度波動對其質(zhì)量造成的影響也可以通過包裝材料的阻隔來減輕[34]。陳世達等[48-49]根據(jù)實際的物流運輸模擬了2種溫度波動的情況，并結(jié)合真空包裝對養(yǎng)殖大黃魚和南美白對蝦對進行處理，研究表明在溫度波動的情況下，真空包裝抑制其組織中的脂肪氧化衰敗和微生物及酶帶來的不好影響，對其品質(zhì)更有保障，可以更好地保持水產(chǎn)品的品質(zhì)。尚菲菲等[50]以大菱鲆為研究對象，采用了2種溫度波動的冷鏈運輸模型，設(shè)置冷鏈真空組和空氣組，發(fā)現(xiàn)在運輸期間真空包裝組的TBA值、TVB-N值上升緩慢，白度值、感官評價值下降相對延緩，結(jié)果表明真空包裝可使大菱鲆保持較好的新鮮度。楊亞茹等[51]在大菱鲆低溫冷鏈流通過程中結(jié)合了包裝處理，分別采用空氣和真空2種方式，采用頂空-固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)及電子鼻分析其風(fēng)味的差異，結(jié)果表明，在冷鏈流通中真空包裝的大菱鲆可以保持較穩(wěn)定的新鮮度和良好的風(fēng)味。真空包裝或氣調(diào)包裝能夠有效地隔絕氧氣，抑制微生物生長，有效延緩酶促反應(yīng)，顯著改善水產(chǎn)品貯運過程中的品質(zhì)劣變現(xiàn)象，延長其貨架期，已經(jīng)廣泛被用于與水產(chǎn)品的冷鏈流通中。

3.4 其他方法

除了添加冷凍保護劑、適度鹽腌、包裝，還有其他一些方法可以減少溫度波動帶給水產(chǎn)品的不良品質(zhì)。YE等[52]研究了100%(體積分數(shù))的氣單胞菌無細胞上清液(cell-free supernatant, CFS)浸泡太平洋白對蝦1 min后對其在冷鏈物流中品質(zhì)變化的影響，研究表明模擬物流中的溫度波動有利于腐爛鏈球菌的生長，增加了總揮發(fā)性堿性氮和生物胺值，降低了蝦的感官品質(zhì)，而CFS的使用可以抑制微生物的生長和腐爛鏈球菌的致腐能力，并延緩冷鏈物流過程中因溫度波動而引起的蝦的質(zhì)量下降。傅麗麗等[53]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫度波動組大黃魚的各項指標與溫度穩(wěn)定組存在顯著性差異，貨架期明顯縮短，但對冷凍大黃魚進行1、2、4 kGy不同劑量的輻照處理后，可以在一定程度上改善溫度波動對其造成的不良影響，但是若輻照劑量控制不當(dāng)也會對冷凍大黃魚脂質(zhì)產(chǎn)生不良影響。這2種方法本質(zhì)上都是通過抑制水產(chǎn)品中微生物的生長或繁殖和直接殺死微生物從而使水產(chǎn)品在冷鏈流通中保持較長時間的良好品質(zhì)。

4 總結(jié)與展望

水產(chǎn)品凍藏過程中溫度波動產(chǎn)生的不利影響不能單用幾個指標來指示，因為引起的物理、化學(xué)、微生物變化之間彼此密切相關(guān)，彼此的互相作用又加速了水產(chǎn)品的劣變。雖然添加一些冷凍保護物質(zhì)或結(jié)合輻照技術(shù)以及對其進行真空包裝等可以緩解溫度波動對品質(zhì)的影響，但是還是無法完全消除。因此，如何維持冷凍水產(chǎn)品貯運過程良好的品質(zhì)，延長其貨架期，還需要從多方面深入。有效地使凍藏水產(chǎn)品在貯運期間保持穩(wěn)定的低溫仍然是基礎(chǔ)，應(yīng)高度重視冷鏈物流中各個可能會引起溫度波動的交接環(huán)節(jié)，不斷完善冷鏈物流的管理，使其更好地發(fā)揮冷鏈的作用；也可考慮將新型的保溫隔熱材料應(yīng)用于貯運過程中，同時可采用多種保鮮方法結(jié)合，例如將冷凍保護劑與鍍冰衣技術(shù)以及包裝技術(shù)相結(jié)合，延緩溫度波動等其他不利因素可能帶給水產(chǎn)品的不良影響。此外，還可以對溫度波動造成凍藏水產(chǎn)品品質(zhì)變化的機理進行更深層次地分析和研究，以利今后設(shè)計更有效的保鮮措施保障凍藏水產(chǎn)品品質(zhì)。