冰晶形貌對(duì)反復(fù)凍融肉體系穩(wěn)定性影響的研究進(jìn)展

崔曉穎，趙鑫琦，劉春云，李 楠，喻倩倩，彭新顏*

（煙臺(tái)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005）

我國作為世界上最大的肉類生產(chǎn)消費(fèi)國，低溫冷凍肉始終是調(diào)節(jié)我國肉類市場(chǎng)的主要產(chǎn)品。然而在實(shí)際生產(chǎn)、貯藏和銷售過程中由于冷鏈體系不健全，使得冷凍肉在食用前不可避免地經(jīng)歷反復(fù)冷凍-解凍（反復(fù)凍融）過程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國冷凍肉制品由于反復(fù)凍融等原因?qū)е碌闹毫魇矢哌_(dá)8%～9%，每年造成肉品行業(yè)經(jīng)濟(jì)損失已超過450億 元。近年來，國內(nèi)外關(guān)于冷凍對(duì)肉品質(zhì)劣變影響的研究深入而廣泛，比較有說服力的觀點(diǎn)主要集中在以下幾方面：凍融過程中冰晶的反復(fù)形成會(huì)引起冰晶數(shù)量減少而體積增大，“長(zhǎng)大”的冰晶一方面會(huì)對(duì)肉體系產(chǎn)生機(jī)械破壞作用，另一方面會(huì)誘發(fā)脂質(zhì)和蛋白氧化變性連鎖反應(yīng)，造成肉蛋白骨架“崩潰瓦解”，最終導(dǎo)致產(chǎn)品在多汁性、口感、質(zhì)地和顏色等方面的商品價(jià)值喪失。因此，了解冰晶對(duì)凍融肉體系穩(wěn)定性的影響及其本質(zhì)，可為冷凍肉品質(zhì)控制提供理論指導(dǎo)，對(duì)推動(dòng)我國冷凍肉產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。

1 冰晶對(duì)肉體系品質(zhì)的影響

1.1 冰晶形成的影響因素

食品冷凍形成冰晶是一個(gè)典型的熱力學(xué)過程，包括細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外水的結(jié)晶、水通過細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)運(yùn)輸、冰核形成和冰核生長(zhǎng)等方面。冰核的形成是水分子在平衡溫度以下的過冷沉淀，系統(tǒng)通過成核發(fā)展到熱力學(xué)平衡。冰核的形成和生長(zhǎng)速率決定了冰晶的數(shù)目、大小和位置，同時(shí)受凍結(jié)速率、過冷程度、食品體系中水分分布、溶質(zhì)性質(zhì)和濃度等方面的影響?？焖倮鋬鰰r(shí)，水分子在過冷狀態(tài)持續(xù)時(shí)間短，能很快通過最大冰晶生成帶，通常形成的冰晶小且分布均勻，接近肉制品中水分的分布。而低速冷凍時(shí)，有足夠的時(shí)間讓液態(tài)水向正在生長(zhǎng)的晶體擴(kuò)散，造成組織間的冰晶體愈長(zhǎng)愈大。此外，成核溫度也是影響細(xì)胞內(nèi)冰晶形成的關(guān)鍵因素，成核溫度越低，細(xì)胞內(nèi)成冰率越高。

食物成分組合在一起形成復(fù)雜的組織基質(zhì)，將大部分的水包圍其中，成為水和熱傳遞的障礙。凍融過程中冰晶的反復(fù)重組會(huì)不斷造成細(xì)胞膜損傷，如當(dāng)溫度升高時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的冰晶融化成水，在蒸汽壓差的驅(qū)動(dòng)下，水分透過細(xì)胞膜分散到細(xì)胞間隙中。當(dāng)溫度下降時(shí)，受熱動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的影響，首先是極少部分的水分子有規(guī)則地結(jié)合在一起形成晶核，周圍的水再有序地不斷結(jié)合到晶核上，組織內(nèi)小冰晶變成大冰晶，表面能降低，發(fā)生重結(jié)晶，逐漸形成“大體積形貌”冰晶。根據(jù)普朗克公式，凍結(jié)速率主要受凍結(jié)物厚度、凍結(jié)介質(zhì)溫度和傳熱系數(shù)的影響。如肉制品與液體介質(zhì)直接接觸能引起更多的熱交換，從而提高傳熱系數(shù)，加快冷凍速率。實(shí)際上，肉體系組成和冰晶形成過程都十分復(fù)雜，只有綜合利用熱力學(xué)、傳質(zhì)傳熱學(xué)、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，結(jié)合顯微圖像建模才能全面解釋和描述冰晶生長(zhǎng)過程。另外，分形維數(shù)作為圖像處理的重要工具，能夠?qū)哂邢嗨铺卣?、無規(guī)則、繁雜、隨機(jī)形狀的冰晶進(jìn)行定量分析。

1.2 冰晶對(duì)肉體系微觀結(jié)構(gòu)的影響

冰晶反復(fù)形成會(huì)造成肉體系細(xì)胞和組織的不可逆損傷，直接影響其微觀結(jié)構(gòu)。凍結(jié)時(shí)細(xì)胞外冰的形成使溶質(zhì)濃度提高，細(xì)胞滲透脫水，導(dǎo)致細(xì)胞收縮和顯微結(jié)構(gòu)破壞。特別是在形成胞外大尺寸針狀冰晶的情況下，會(huì)對(duì)細(xì)胞膜和組織產(chǎn)生明顯的機(jī)械脅迫，嚴(yán)重破壞肌肉組織的完整性。如線粒體空泡化、肌節(jié)縮短以及Z線和M線錯(cuò)位、斷裂、消失，從而影響肉制品的紋理和結(jié)構(gòu)。Bjorg及Zhang Bin等研究發(fā)現(xiàn)，反復(fù)凍融肉中冰晶的分布、取向、顆粒大小和形狀不斷發(fā)生變化，導(dǎo)致肉蛋白的聚集、交聯(lián)、重排和不可逆變性，致使肌原纖維破裂和結(jié)構(gòu)破壞、結(jié)締組織松散。隨著溫度的波動(dòng)，小的冰晶融化再結(jié)合后會(huì)形成更大、更不規(guī)則的冰晶體，導(dǎo)致冰晶體積和平均尺寸增大。隨著凍融及貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，肉樣品中的冰晶不斷生長(zhǎng)并在體系中重新分布，小冰晶表面擴(kuò)散并依附于大冰晶，促使更大的冰晶繼續(xù)形成。由于冰的生長(zhǎng)是各向異性的，生長(zhǎng)速度不同，導(dǎo)致細(xì)胞膜完整性破壞加劇。在凍融過程中形成的“巨大冰晶”會(huì)擠壓和破壞肌纖維的微觀結(jié)構(gòu)，促使肌纖維之間間隙增大，肌節(jié)出現(xiàn)扭曲變形，最終造成產(chǎn)品的可接受程度降低。Zhang Bin等研究表明，冰晶對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生極大壓力后，也會(huì)影響解凍后微觀結(jié)構(gòu)的恢復(fù)，最終導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)物理損傷和嚴(yán)重變形。Wei Huamao等發(fā)現(xiàn)，冷凍扇貝隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)Z線逐漸被破壞，肌漿網(wǎng)膨脹，肌肉組織結(jié)構(gòu)損傷。Zhang Mingcheng等也證實(shí)，凍融肉在冰晶的脅迫下，肌原纖維逐漸沿Z線出現(xiàn)斷裂、變窄，粗絲與細(xì)絲重疊處被破壞，M線變得模糊。

1.3 冰晶形貌對(duì)肉制品汁液流失的影響

持水能力與肉制品品質(zhì)（如色澤、質(zhì)構(gòu)、多汁性和嫩度）直接相關(guān)。肉制品經(jīng)反復(fù)凍融后的變化存在多樣性和復(fù)雜性，其中冰晶“長(zhǎng)大”產(chǎn)生的物理擠壓和刺破作用是造成冷凍肉汁液流失的主要原因。細(xì)胞膜在維持細(xì)胞的完整性和滲透壓方面起著重要的作用，“大冰晶”的形成會(huì)對(duì)細(xì)胞膜造成損傷，改變其通透性，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物的溢出和細(xì)胞間水分流失。研究證實(shí)，冰晶的形貌和位置分布會(huì)直接影響體系水分態(tài)變和保水效果。Zhang Bin等研究表明，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，冰晶尺寸不斷增大，肌絲和肌原纖維聚集的累積效應(yīng)致使細(xì)胞收縮、細(xì)胞間隙增大，改變了絲狀間隙的持水能力，降低了肉的保水性，結(jié)果造成產(chǎn)品組織軟塌。Coleen等發(fā)現(xiàn)，冰晶形成后肌纖維的間距隨之改變，最終造成原有空間容納的水分子流失，降低了肉的保水性。冰晶的形成會(huì)破壞肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、肌鈣蛋白的結(jié)構(gòu)，削弱Z線附近的I帶，導(dǎo)致肌節(jié)收縮失水。Li Fangfei等研究表明，凍融循環(huán)導(dǎo)致不易流動(dòng)水向自由水轉(zhuǎn)變，這與凍融過程中水分的再分配和細(xì)胞外冰晶的形成使凝膠結(jié)構(gòu)發(fā)生聚集有關(guān)。Cai Luyun等也證實(shí)，冷凍貯存導(dǎo)致樣品肌纖維排列松散、損傷嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)凹坑和裂縫，造成一定程度的失水。

冰晶的形成和重新分布引起的蛋白質(zhì)氧化變性和構(gòu)象改變是水分轉(zhuǎn)移和流失的另一個(gè)主要驅(qū)動(dòng)力。凍融循環(huán)過程中由于冰晶的生長(zhǎng)造成的蛋白變性會(huì)使其構(gòu)象拉伸或壓縮，埋藏于內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露，蛋白與水結(jié)合位點(diǎn)數(shù)量減少，而氧化使內(nèi)部水分在滲透壓的作用下更容易遷出。肌細(xì)胞中的水分主要靠肌原纖維蛋白（myfibrillar protein，MF）來維持，冰晶的生長(zhǎng)和再結(jié)晶導(dǎo)致了蛋白氧化變性、構(gòu)象和空間結(jié)構(gòu)的顯著改變，從而削弱了水和蛋白質(zhì)大分子之間的相互作用，降低了肉制品的持水能力。Cheng Shasha等也證實(shí)，蛋白氧化會(huì)造成水分遷移流失，使得肉制品的多汁性和嫩度變差。Ali等研究表明，在冰晶的擠壓下，肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白發(fā)生氧化變性和結(jié)構(gòu)改變，雞肉制品的色澤和持水能力發(fā)生劣變。肉制品在多次凍融循環(huán)作用下橫向弛豫時(shí)間顯著延長(zhǎng)，水的流動(dòng)性增強(qiáng)。融化的冰晶由于細(xì)胞膜破裂、肌肉結(jié)構(gòu)損傷和蛋白氧化變性而無法重新與肌肉結(jié)合，成為汁液流出，造成肉制品持水能力下降。

1.4 冰晶生長(zhǎng)對(duì)反復(fù)凍融肉主要品質(zhì)指標(biāo)的影響

1.4.1 質(zhì)構(gòu)

冰晶的生長(zhǎng)會(huì)影響肉體系內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，加速破壞肌原纖維的完整性，使其質(zhì)構(gòu)特性發(fā)生改變，造成品質(zhì)劣變。凝膠質(zhì)構(gòu)在肉制品加工中決定了產(chǎn)品的口感、保水性及流變學(xué)等特性，直接影響產(chǎn)品品質(zhì)。作為肉中主要的蛋白質(zhì)，MF維持著肉制品緊湊而均勻的三維凝膠結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，MF樣品的凝膠強(qiáng)度隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加而降低，這可能是冰晶的生長(zhǎng)導(dǎo)致蛋白氧化變性、結(jié)構(gòu)破壞、成膠能力降低，同時(shí)凝膠網(wǎng)絡(luò)變?nèi)鹾屠w維間空隙的收縮也會(huì)導(dǎo)致蛋白持水能力降低。嫩度也是決定肉品質(zhì)的主要因素，Kim等證實(shí)，胞外“大冰晶”的形成破壞了細(xì)胞結(jié)構(gòu)，將肌纖維撕裂，導(dǎo)致組織變軟、嫩度上升。另外，胞內(nèi)“小冰晶”的形成也會(huì)引起蛋白酶的釋放，從而加速凍融循環(huán)牛肉制品嫩度的提升。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)肌原纖維的輕微損傷有助于提升肉的嫩度，然而當(dāng)損傷嚴(yán)重時(shí)，由于保水能力的降低，剪切力增加，嫩度降低。Passakorn等認(rèn)為，蝦在凍融循環(huán)過程中剪切力增加、嫩度降低、肌肉纖維變得更緊實(shí)，這與滴水損失增加有關(guān)。凍融過程中水從肌肉中流失，肌肉纖維變得更加集中，形成的聚集體導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)更堅(jiān)硬，剪切力增加。Wang Bo等發(fā)現(xiàn)，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，肉餅硬度先上升后下降，黏結(jié)性、咀嚼性和彈性均顯著降低，這可能與凍融過程中冰晶生長(zhǎng)引起的汁液流失有關(guān)。Chen Qingmin等也證實(shí)，由于反復(fù)凍融過程中牛肉中水分含量的降低，導(dǎo)致硬度、嫩度、咀嚼度升高，但彈性降低。Yang Fang等研究發(fā)現(xiàn)，冷凍過程中硬度與剪切力變化趨勢(shì)相似，都隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)不斷降低，表明冷凍過程中河豚魚片發(fā)生微觀結(jié)構(gòu)破壞和質(zhì)地軟化。Natchaphol等發(fā)現(xiàn)，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)品硬度、咀嚼性、內(nèi)聚性、膠黏性都出現(xiàn)先升高后降低且彈性不斷降低的趨勢(shì)。

1.4.2 pH值

pH值的變化可影響肉的嫩度、多汁性、顏色、保水能力和貨架期。但凍融循環(huán)過程中pH值的變化既有升高也有降低現(xiàn)象。pH值的降低通常歸因于兩個(gè)方面，冰晶“長(zhǎng)大”產(chǎn)生物理擠壓和刺破作用，肌肉的完整性遭到破壞，一方面造成肌肉中糖原分解，伴隨脂肪溶解、游離脂肪酸（free fatty acid，F(xiàn)FA）等酸性產(chǎn)物含量增加；另一方面蛋白質(zhì)變性導(dǎo)致肌動(dòng)蛋白收縮和氫離子的釋放，影響了組織內(nèi)的酸堿平衡。另外，反復(fù)凍融過程中肉體系汁液流失增多，剪切力增大，肌纖維開始斷裂，蛋白的完整性遭到破壞，微生物酶將蛋白質(zhì)和核苷酸分解，造成三甲胺等堿性化合物累積，使pH值升高。越來越多的研究證實(shí)，隨著冰晶形成次數(shù)的增加，肉體系蛋白變性降解產(chǎn)生多種氨基酸，當(dāng)酸性氨基酸含量高于堿性自由氨基酸時(shí)，pH值就會(huì)降低，反之則升高。如Cai Luyun等研究發(fā)現(xiàn)，魚類在貯藏期間pH值上升是魚肉中的微生物生長(zhǎng)、繁殖并產(chǎn)生蛋白酶使魚肉中的蛋白質(zhì)、氨基酸等含氮物質(zhì)分解及氧化變性所致。Zeynab等也發(fā)現(xiàn)，龍膽魚片貯藏過程中隨著冷凍時(shí)間的延長(zhǎng)pH值升高；Priyadarshini等也證實(shí)，羅非魚在冷凍過程中pH值先略降低然后再升高；Cheng Shasha等的研究也表明，牛肉在冰晶反復(fù)形成過程中，隨著凍融次數(shù)的增加，肉樣品pH值呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)，這可能是肌肉中水分流失引起的溶質(zhì)濃度增加以及蛋白質(zhì)變性引起的氫離子釋放所致。

1.4.3 顏色

低溫冷凍是一種保持肉制品營養(yǎng)價(jià)值、延長(zhǎng)貨架期、提高產(chǎn)品品質(zhì)和安全性的常見方式，但反復(fù)凍融過程中波動(dòng)的溫度也會(huì)促進(jìn)羰基化合物、丙二醛或其他氧化產(chǎn)物的產(chǎn)生，加速肉的顏色劣化，降低紅度（*值），并提高高鐵肌紅蛋白水平。Wang Bo等研究表明，在經(jīng)過5個(gè)凍融循環(huán)后，肉餅*值顯著降低，亮度（*值）和黃度（*值）顯著升高。一般*值的變化與肌紅蛋白的氧化、還原過程有關(guān)，*值顯著升高可能是凍融循環(huán)過程中溫度波動(dòng)導(dǎo)致脂肪氧化造成；此外，凍融過程中肉餅表面積累了大量水分，導(dǎo)致肉餅的*值增大，脂肪氧化和肌纖維收縮也能導(dǎo)致*值升高。

1.4.4 微生物

反復(fù)凍融過程中微生物數(shù)量和種類總體都隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增加，低溫冷凍可以有效抑制微生物繁殖，降低酶活性，但融化后部分微生物活力又恢復(fù)，且營養(yǎng)豐富的維生素、礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)等內(nèi)容物的滲出為微生物生長(zhǎng)繁殖提供了充足的營養(yǎng)物質(zhì)，使嗜冷菌的數(shù)量明顯增加。另外，微生物數(shù)量減少的原因也可能是冰晶尺寸的增加導(dǎo)致微生物的微觀結(jié)構(gòu)受到不可逆的損傷，或是冰晶的形成和溫度波動(dòng)產(chǎn)生的熱沖擊所致。研究發(fā)現(xiàn)，肉制品在貯藏過程中微生物數(shù)量不斷波動(dòng)，如肉食桿菌屬、索絲菌屬和漫游球菌數(shù)量增加，冷桿菌屬和假單胞菌數(shù)量先增加后減少，不動(dòng)桿菌屬數(shù)量減少。其中假單胞菌是冷凍條件下常見的肉類腐敗菌，長(zhǎng)期貯存過程中會(huì)造成肉樣品表面發(fā)黏、產(chǎn)生難聞氣味。

1.4.5 風(fēng)味

冷藏過程中隨著微生物數(shù)量的增加，揮發(fā)性脂肪酸和氨基酸的氧化作用使肉體系風(fēng)味隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而改變，一旦超過可接受的閾值，就會(huì)產(chǎn)生消費(fèi)者難以接受的腐臭味和酸味。Yu Dawei等用電子鼻對(duì)冷凍貯藏后的河豚進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，冷凍時(shí)間越長(zhǎng)、樣品氣味特征變化越大，且冰晶的反復(fù)形成、內(nèi)源蛋白水解和氧化預(yù)處理對(duì)冷凍河豚的風(fēng)味影響較大。Azarifar等觀察到由于蛋白質(zhì)的分解和非蛋白化合物的積累，樣品在貯藏第6天的特征氣味達(dá)到了不可接受的水平，這與生化學(xué)檢測(cè)結(jié)果相印證。

2 冰晶對(duì)肉體系氧化穩(wěn)定性的影響

2.1 冰晶對(duì)肉體系脂質(zhì)氧化的影響

真實(shí)的肉體系成分復(fù)雜，冰晶的反復(fù)形成不僅會(huì)破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞器，損傷的肌細(xì)胞還會(huì)釋放出促氧化劑，快速啟動(dòng)脂肪氧化。冰晶引起的肌肉組織微結(jié)構(gòu)損傷可能導(dǎo)致促氧化因子（氧化酶、自由基和血紅素）的釋放及細(xì)胞內(nèi)容物（脂肪酶和磷脂酶）的流出，參與并加速脂質(zhì)氧化反應(yīng)。脂質(zhì)氧化產(chǎn)物包括自由基和氫過氧化物等，它們很容易進(jìn)一步分解為次級(jí)氧化產(chǎn)物，如戊醛、己醛、異呋喃和丙二醛，最終導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)酸敗味及肉表面變色。研究發(fā)現(xiàn)，冰晶的形成和生長(zhǎng)會(huì)對(duì)肉體系組織結(jié)構(gòu)、肌纖維和細(xì)胞膜造成破壞，使酶類物質(zhì)釋放，導(dǎo)致丙二醛和膽固醇氧化產(chǎn)物的形成，以及揮發(fā)性羰基、醇和酸的積累，最終產(chǎn)生不良的異味和發(fā)生酸敗，而且還會(huì)產(chǎn)生潛在的前體或催化劑，從而形成活性氧（reactive oxygen species，ROS），進(jìn)一步導(dǎo)致肉類品質(zhì)劣變。如Huang Li和Young等的報(bào)道也證實(shí)，肉類細(xì)胞膜中含有大量的多不飽和脂肪酸，脂質(zhì)氧化會(huì)釋放ROS以及丙二醛、羥基壬烯醛和其他副產(chǎn)物，促進(jìn)了蛋白氧化降解和系列生化反應(yīng)，因此，脂質(zhì)氧化被認(rèn)為是引起肉及肉制品營養(yǎng)損失和品質(zhì)劣變的根本原因之一。

過氧化值（peroxide values，PV）以及硫代巴比妥酸反應(yīng)物（thiobarbituric acid reactive substance，TBARS）、揮發(fā)性鹽基總氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）和FFA含量作為衡量肉體系脂質(zhì)氧化的重要指標(biāo)，被廣泛用于評(píng)價(jià)肉制品的酸敗程度。冰晶的反復(fù)融化、形成及重結(jié)晶使小冰晶不斷依附于大冰晶，引起冰晶數(shù)量減少、體積增大，特別是細(xì)胞外冰晶的大量形成會(huì)造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的機(jī)械損傷，誘發(fā)并加速脂肪水解及脂質(zhì)氧化，使肉制品出現(xiàn)TVB-N和TBARS含量升高，而PV出現(xiàn)升高或先升高后下降等氧化酸敗的趨勢(shì)。在肉體系中，氧化過程是由不同類型的脂類和蛋白質(zhì)、肉類色素以及各種氧化產(chǎn)物的形成而引起的復(fù)雜反應(yīng)。如脂質(zhì)氧化和肌紅蛋白氧化是相關(guān)聯(lián)、交互作用的，肌紅蛋白氧化提供脂質(zhì)氧化所需的HO，而脂質(zhì)氧化產(chǎn)物會(huì)改變肌紅蛋白氧化還原的穩(wěn)定性，進(jìn)而促進(jìn)肌紅蛋白氧化，并通過共價(jià)修飾與肌紅蛋白形成加成物，也是影響肉體系穩(wěn)定性的因素。

2.2 冰晶對(duì)蛋白氧化變性和構(gòu)象的影響

研究證實(shí)，反復(fù)凍融過程形成的“大體積”冰晶誘導(dǎo)的蛋白氧化變性是造成肉體系品質(zhì)劣變的另一個(gè)重要原因。天然蛋白主要靠氫鍵、疏水作用、范德華力、靜電相互作用和二硫鍵等作用力維持穩(wěn)定。冰晶的生長(zhǎng)破壞了細(xì)胞的完整性，釋放出血紅素鐵、三甲胺氧化物、脫甲基酶和其他過氧化物質(zhì)，導(dǎo)致線粒體和溶酶體酶的泄漏，加速了蛋白氧化，進(jìn)而改變蛋白質(zhì)的表面電荷、溶解性、亞基的大小/組成、二硫鍵數(shù)量、親水/疏水性及分子質(zhì)量分布。近年來，肉蛋白氧化相關(guān)研究逐漸引起了學(xué)者們的重視，蛋白質(zhì)分子在ROS作用下，通過直接誘導(dǎo)主鏈和側(cè)鏈氧化、生成羰基衍生物、形成蛋白質(zhì)交聯(lián)聚合物、促使肽鏈斷裂或共價(jià)修飾從而改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖1）。同時(shí)在冷凍過程中蛋白質(zhì)發(fā)生的變性主要有兩種，一種是在冰晶的擠壓及氧化作用下互相靠攏并聚集變性（圖2A），另一種是蛋白質(zhì)分子間發(fā)生構(gòu)象重排、分子內(nèi)聚集，多肽鏈展開變性（圖2B）。有研究發(fā)現(xiàn)，冰晶脅迫的氧化變性會(huì)導(dǎo)致肉蛋白天然構(gòu)象降解，-螺旋和-折疊結(jié)構(gòu)被破壞，蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)從致密變得松散，喪失分子內(nèi)部原有的高度有序性，導(dǎo)致MF的堅(jiān)實(shí)骨架也隨之“潰散解體”。Cao Yungang等報(bào)道稱，由于MF在貯存期間發(fā)生氧化變性，非共價(jià)和共價(jià)分子鍵的改變破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象，導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集和降解、-螺旋結(jié)構(gòu)破壞、疏水結(jié)構(gòu)域暴露，MF的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也隨之改變。Li Fangfei等研究表明，凍融循環(huán)會(huì)使二級(jí)結(jié)構(gòu)中的-螺旋和-折疊結(jié)構(gòu)含量減少；GAO Wenhong等也發(fā)現(xiàn)，部分-螺旋和-折疊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲。冰晶造成蛋白羰基和氨基之間氫鍵的破壞以及氨基酸間靜電相互作用減弱，部分蛋白殘基與水分子接觸，形成新的氫鍵，進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的聚集。蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)主要是由氫鍵、極性殘基水合作用以及疏水相互作用來保持。一旦這些力受到破壞，蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生改變，蛋白質(zhì)生理活性就會(huì)喪失。如三級(jí)結(jié)構(gòu)檢測(cè)中顯示色氨酸熒光強(qiáng)度顯著降低，表明色氨酸殘基暴露在極性環(huán)境中，疏水相互作用導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生折疊，形成蛋白聚集體。冰晶的反復(fù)形成導(dǎo)致肌肉蛋白的化學(xué)和物理環(huán)境改變，從而引發(fā)溶解度、游離氨基酸含量、巰基含量和Ca-ATP酶活力降低，羰基含量和表面疏水性提高，電泳條帶變淺、聚集或消失，粒徑顯著增加等問題（表1）。

圖1 蛋白氧化過程[74]Fig.1 Oxidation process of proteins[74]

圖2 蛋白質(zhì)冷凍凝聚變性模型（A）和蛋白質(zhì)開鏈變性模型（B）[34]Fig.2 Freeze-induced protein denaturation model (A) and protein open-chain denaturation model (B)[34]

表1 冰晶反復(fù)形成對(duì)肉體系主要氧化穩(wěn)定性指標(biāo)的影響Table 1 Effect of repeated ice crystal formation on major oxidation stability indexes in meat product system

3 結(jié) 語

綜上所述，冷凍過程中冰晶的反復(fù)形成對(duì)肉體系的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)都有較大的影響，最終引起肉及肉制品感官品質(zhì)、營養(yǎng)價(jià)值、功能性質(zhì)的下降。越來越多的研究證實(shí)，凍融過程中形成的冰晶大小不等、分布不均且在肌纖維中會(huì)多次重新分配，這會(huì)動(dòng)態(tài)影響肌肉組織中冰晶的大小和位置。由于反復(fù)的結(jié)晶、融化和重結(jié)晶使組織內(nèi)小冰晶不斷附著于大冰晶，最終導(dǎo)致冰晶數(shù)目減少而尺寸增大?！按篌w積”冰晶形貌會(huì)嚴(yán)重破壞組織的超微結(jié)構(gòu)，造成汁液流失，致使肉體系溶質(zhì)（蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類、維生素和礦物質(zhì)等）濃度增加，促氧化因子釋放，線粒體和溶酶體釋放到肌漿中，產(chǎn)生復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的生化鏈鎖反應(yīng)，從而加劇氧化進(jìn)程和蛋白質(zhì)骨架“潰散解體”，破壞系統(tǒng)的內(nèi)穩(wěn)態(tài)。其中，“冰晶形貌”的變化是造成肉體系品質(zhì)劣變的主要因素，鑒于此，要降低反復(fù)凍融對(duì)肉制品的危害，最有效的方法是掌握冰晶的形成規(guī)律，防止產(chǎn)生“大體積”冰晶，探索形成“細(xì)小均勻”冰晶的有效方法。例如添加抗凍蛋白、抗氧化劑、蛋白多肽、蛋白質(zhì)粉、保水劑，通過電場(chǎng)、磁場(chǎng)、超聲干預(yù)，以及減少凍融次數(shù)、控制溫度波動(dòng)、結(jié)合氣調(diào)包裝、采用快速凍結(jié)等方式，以改善反復(fù)凍融對(duì)肉及肉制品的負(fù)面影響。另外，為了提高肉制品品質(zhì)，除了采取傳統(tǒng)的流動(dòng)水、冰水、空氣和冰鹽水解凍外，采用內(nèi)部加熱式解凍、低頻電流解凍、電介質(zhì)高頻解凍、高壓解凍、微波或紅外輻射解凍也是未來的發(fā)展方向。