不同溫度波動對凍藏三文魚色差和質(zhì)構(gòu)的影響

楊永安，李靜靜，劉建福，田繼源，朱軼群

(天津商業(yè)大學(xué)制冷技術(shù)重點實驗室，天津, 300134)

三文魚口感細(xì)膩，肉質(zhì)鮮美，營養(yǎng)豐富, 富含多不飽和脂肪酸,深得消費者的喜愛[1]。其主要產(chǎn)地為加拿大、挪威、美國和日本等地區(qū)[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(fā)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(tài)。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(fù)雜的制冷裝置，溫度精準(zhǔn)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(huán)，促進冰晶長大，破壞細(xì)胞的完整性，導(dǎo)致三文魚解凍后汁液流失，營養(yǎng)品質(zhì)顯著下降[6]。韓昕苑等[7]研究了凍融循環(huán)次數(shù)對冷凍羅非魚片質(zhì)構(gòu)、色澤、解凍損失等品質(zhì)影響，發(fā)現(xiàn)第3次，第4次凍融循環(huán)時，色澤和解凍損失均呈現(xiàn)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(fā)現(xiàn)真空解凍壓力越低，真空解凍后豬肉的品質(zhì)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(zhì)的影響,溫度波動越小品質(zhì)越好。許多公司將生產(chǎn)季節(jié)捕撈的三文魚冷凍貯藏，用來調(diào)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(zhì)具有非常重要的意義。

本文通過研究低溫凍藏(-18 ℃)環(huán)境下的不同溫度波動對三文魚的硬度、咀嚼度、嫩度等質(zhì)構(gòu)特性和顏色的影響，再與超低溫凍藏(-50 ℃)環(huán)境下三文魚品質(zhì)指標(biāo)進行比較，探討保證溫度波動小，三文魚品質(zhì)好，貯藏時間短，保證相同凍結(jié)率的情況下，通過減小低溫凍藏(-18 ℃)環(huán)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(zhì)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(zhì)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(qū)麥德隆商場，每條三文魚只取中段背肉，規(guī)格按照各個指標(biāo)要求，在低溫冷庫由專業(yè)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(shè)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(tǒng)精確實現(xiàn)的。冷柜里面的溫度熱電偶探頭將溫度反饋給PLC系統(tǒng)，PLC接受到信號后調(diào)節(jié)壓縮機頻率，改變制冷劑流量，進而對溫度實現(xiàn)控制。

1.2 儀器與設(shè)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(zhì)構(gòu)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(guī)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(zhì)構(gòu)等指標(biāo)。

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(yù)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(zhì)構(gòu)特性的測定

參照張寧等[11]的方法，TA-XT plus質(zhì)構(gòu)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(zhì)構(gòu)特性。選取全質(zhì)構(gòu)分析(texture profile analysis,TPA)模式測定三文魚的硬度、彈性、咀嚼性等指標(biāo)。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(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)、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(jié)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(zhì)量參數(shù)，其色澤與蝦青素含量存在較強相關(guān)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(guān)系。隨凍藏時間的延長，各溫度組三文魚的色差均呈現(xiàn)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(huán)現(xiàn)象，冰晶增長破壞了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，加快魚肉中蝦青素和類胡蘿卜素的氧化分解，導(dǎo)致三文魚色澤發(fā)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(chǎn)生褐變[14]，溫度波動幅度越大，參與凍融循環(huán)的量越多，增強了冰晶的破壞程度，導(dǎo)致三文魚品質(zhì)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(dāng)?shù)馁A存效果，實現(xiàn)既節(jié)能又保證品質(zhì)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(zhì)構(gòu)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(xiàn)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(jié)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(zhì)越好，越接近(-50±0.1) ℃組。這是因為溫度波動引起重結(jié)晶，內(nèi)壓作用使肌纖維變形或局部斷裂，蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)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(biāo)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(jié)率相同，參與凍融循環(huán)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(jié)能，所以，短期貯藏內(nèi)，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(zhì)要求，又能達到節(jié)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(guān)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?。粌霾?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(zhì)及其水化層形成的網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)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(jié)能和經(jīng)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(fù)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(huán)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(xù)延長，(-18±0.5)、(-18±1)、(-18±2) ℃組的三文魚樣品的彈性均開始出現(xiàn)明顯下降趨勢，原因是溫度波動引起重結(jié)晶使冰晶增長，細(xì)胞遭受機械損傷，引起肌纖維結(jié)構(gòu)降解，大量細(xì)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(jīng)指尖的擠壓后迅速反彈，肉質(zhì)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(zhì)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(xiàn)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(fù)凍融，導(dǎo)致重冰晶現(xiàn)象，破壞了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，引起肌肉間隙增大，導(dǎo)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(zhì)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(jù)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(zhì)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(zhì)地不斷軟化，肌紅蛋白氧化導(dǎo)致褐變，并產(chǎn)生不愉快的腥味，感官品質(zhì)逐漸變差[23]。(-50±0.1) ℃低溫組的三文魚樣品經(jīng)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(jié)果表明，溫度波動引起凍融循環(huán)，對三文魚的色澤和氣味等產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致三文魚肉的品質(zhì)降低，且溫度波動越大，三文魚各項指標(biāo)下降越嚴(yán)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(biāo)的相關(guān)性分析

2.3.1 三文魚質(zhì)構(gòu)特性的多元線性回歸擬合方程

通過對三文魚的質(zhì)構(gòu)特性進行二因素分析，得到三文魚質(zhì)構(gòu)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(yōu)度分別為R12=0.789，R22=0.776，R32=0.813。

2.3.2 相關(guān)性指標(biāo)分析

三文魚的色差與質(zhì)構(gòu)的各項指標(biāo)相關(guān)性都較強，原因是溫度波動引起凍融循環(huán)導(dǎo)致冰晶破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，在硬度、彈性下降的同時，引起細(xì)胞汁液的流失，進而引起色澤改變，從而影響食品品質(zhì)和人們的購買欲。三文魚的各項品質(zhì)指標(biāo)并不是獨立存在的，因此可以從多角度對食品的品質(zhì)進行控制。從相關(guān)性的強弱程度可以得出一個指標(biāo)變化最有可能影響的指標(biāo)，品質(zhì)變差最有可能受哪些指標(biāo)影響，從而得出食品品質(zhì)惡化的原因。三文魚的質(zhì)構(gòu)參數(shù)之間也互相影響，硬度、彈性、咀嚼性之間的相關(guān)系數(shù)均大于0.82，呈較強正相關(guān)，質(zhì)構(gòu)參數(shù)之間的強相關(guān)性是因為數(shù)據(jù)均采用質(zhì)構(gòu)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(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析表Table 2 Correlation Analysis of salmon quality indexes

3 結(jié)論

6個月的凍藏期內(nèi)，三文魚的色差隨凍藏時間的增加呈現(xiàn)增大的趨勢，三文魚的硬度、彈性、咀嚼度、質(zhì)構(gòu)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(zhì)構(gòu)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(zhì)構(gòu)(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(fā)展提供理論支持。