闫艺伟，章学来，莫凡洋，张信荣
鱼糜在冻藏阶段的品质影响因素及控制技术
闫艺伟1，章学来1，莫凡洋2，张信荣2
（1.上海海事大学 商船学院，上海 201306；
2.北京大学 工学院，北京 100871）
进一步提高鱼糜在冻藏过程中的品质，提高其产品附加值，满足消费者对高品质鱼糜的要求。介绍鱼糜的物理化学特性和腐败机理，分析冻结时间、冻结温度、冻结速率和冻融循环对鱼糜冻藏阶段品质变化的影响，综述低温液氮速冻、物理场辅助冻结为代表的新型冻结方式和抗冻剂在冷冻鱼糜品质控制中的应用，并对其发展进行展望。在鱼糜冻藏过程中，应综合考虑冻藏时间和冻藏温度的影响，同时尽量减小温度波动，防止冻融循环的发生；
为了更好地保持鱼糜的品质，应进一步研究和优化新型冻结技术在鱼糜中的应用，并探究新型抗冻剂和复合抗冻剂的可行性，以期实现产业化应用。
鱼糜；
冻藏；
冻结速率；
抗冻剂；
研究进展
据中国渔业统计年鉴[1]报道，2020年我国全年水产品的总产量为6 549.02万t，较2019年增长了约1.06%，其中海水和淡水产品的产量分别为3 314.38万t和3 234.64万t。渔业已成为我国农业中的重要产业形式，同时也是农业农村经济的重要组成部分。鱼肉中含有蛋白质、维生素A及多种矿物质等，营养丰富[2]，鱼油中含有丰富的长链不饱和脂肪酸，如亚麻酸、亚油酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸（Eicosapentaenoic Acid, EPA）、二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic Acid, DHA）等[3]多种对人体健康有益的生理活性成分。其中，EPA和DHA在调节脂蛋白、血压、哮喘、心脏功能和抗炎等方面有着积极作用[4]。
作为鱼类加工后的产物，鱼糜及鱼糜制品已受到消费者的广泛认可和喜爱。鱼糜指将原料鱼经去头尾、去鳞和内脏等预处理后，通过采肉机分离鱼肉，再经漂洗、精滤、脱水等工序，最终得到的成品[5]。鱼糜制品以鱼糜为原料，在鱼糜中加入食盐、水及其他辅料后，经斩拌（擂溃）后变成质地黏稠的鱼肉糊，再进行罐装成型、加热，使其形成富有弹性的凝胶[6]，斩拌（擂溃）可使鱼糜的组织更加均匀，期间加入适当的盐和调料等可改善鱼糜制品的口味与品质。加热凝胶对鱼糜制品的品质有着重要影响，也是影响鱼糜制品弹性的主要因素。常见的鱼糜制品有鱼糕、鱼丸、鱼卷、鱼豆腐、鱼香肠、蟹棒等。
冻藏指使被处理物冻结并保持在冻结状态下贮藏的保藏方法，是保证鱼糜品质的重要手段。鱼糜的品质也间接影响了鱼糜制品的质量，因此对冻藏过程进行控制优化是保证其品质和食品安全的重要途径[7]。文中在介绍鱼糜的理化性质和腐败机理的基础上，分析了冻藏时间、冻藏温度、冻结速率、冻融循环对鱼糜在冻藏阶段品质的影响，综述了新型冻结方式和抗冻剂在冷冻鱼糜中的应用，旨在为鱼糜冷冻冷藏技术优化和新型装备研发提供理论参考。
1.1 物理化学性质
鱼糜富含高质量的可食用动物蛋白，易被人体消化吸收。由于加工方式的不同，鱼糜在物理化学方面有着与其他水产品不同的特性。
1.1.1 化学组成
一般鱼糜的化学组成包括水分、灰分（无机盐类）、粗蛋白和粗脂肪等[8]。其中，水分的含量相对最高，一般质量分数为70%～80%；
粗蛋白的质量分数为15～20%；
灰分和粗脂肪的质量分数都低于1%。鱼肉中的肌肉蛋白按照其溶解性可分为盐溶性蛋白、水溶性蛋白和不溶性蛋白。其中，盐溶性蛋白是形成凝胶的主要成分，其含量的高低直接决定鱼糜凝胶的质量，进而影响鱼糜制品的持水性、弹性等流变学特性[9]。在鱼糜制品的加工过程中，水溶性蛋白和盐溶性蛋白的比例会随着鱼糜凝胶的形成而不断降低。
1.1.2 物理特性
鱼糜具有不同于其他食品的物理特性，包括持水力、凝胶强度、质构特性等。与其他水产品、肉制品相比，鱼糜具有更强的持水力，高持水力保证了鱼糜在外力影响下具有保持其原有水分的能力，从而保证了鱼糜的口感[10]。凝胶的强弱由破断力与破断距离的乘积表示，在鱼糜加工过程中，凝胶的强度是评价鱼糜制品最重要的指标。质构特性通常采用质构仪测得，主要包括8个特征值，即凝胶的硬度、黏性、弹性、脆性、咀嚼性、内聚性、胶黏性、回复性等[11]，这些特征值可综合反映鱼糜的优劣，为提高鱼糜的质量提供参考。
1.2 腐败机理
与新鲜水产品相比，鱼糜经过擂溃等步骤后，其中微生物的种类和数量已经发生了很大变化，因而其两者的腐败方式也有很大的差异。鱼糜的腐败主要由细菌等微生物生长所致，在酶和微生物的作用下蛋白质会分解，产生氨（NH3）、胺类物质（RCH2NH2）及有机酸，氨和胺类等碱性含氮物质与有机酸结合生成的挥发性盐基氮（TVB−N）是用来反映水产品和肉品腐败程度的常用指标[12]。此外，鱼糜的脂肪中含有较多的不饱和脂肪酸（EPA、DHA等），在贮藏过程中易发生氧化，从而导致其品质降低。
冻藏过程是鱼糜最易发生品质劣变的关键阶段，通过对冻藏阶段的各因素加以控制，能更好地保证其品质，延长其货架期。在冻藏过程中，对鱼糜品质影响较大的因素主要有冻藏温度、冻藏时间、冻结速率和冻融循环次数。
2.1 冻藏温度
研究表明，冻藏温度是影响鱼肉中蛋白质冷冻变性程度和速度的关键因素，鱼肉蛋白在冻藏过程中的变性对鱼糜品质和风味的影响较大。岳开华等[13]分析了不同冻藏温度（−14 、−24、−17 ℃）对海鲈鱼鱼糜理化特性、流变特性和凝胶特性的影响，发现冻藏温度越低，对抑制其蛋白质变性越有利，但更低的温度会使其弹性模量和凝胶性能下降。林灵[14]采用2种不同的处理方式对鲟鱼鱼糜在−80 ℃和−20 ℃下冻藏2个月后的品质进行了研究，A组先将鱼肉在−35 ℃下速冻，再分别置于−80 ℃和−20 ℃环境下冻藏2个月，然后制成鱼糜；
B组先将鱼肉制作成鱼糜，并添加复合抗冻剂后分别在−80℃、−20 ℃条件下冻藏2个月，所有样品均置于4 ℃下解冻后进行品质的测量。2组结果均表明，−80 ℃条件下鲟鱼鱼糜的品质明显优于−20 ℃。在实际生产和生活中，应根据需要选择合适的冻藏温度，从而在保证鱼糜品质的前提下，最大程度地保留其口感。
2.2 冻藏时间
冻藏时间对鱼糜品质的影响较大。唐淑玮[15]研究发现，鲟鱼鱼糜的凝胶特性随着冻藏时间的延长而降低，且蛋白质氧化程度加深，凝胶强度、持水力和白度呈下降趋势。宁云霞等[16]研究发现，随着冻藏时间的延长（0～90 d），由革胡子鲶鱼鱼糜制成的鱼豆腐的含水量、持水力、凝胶强度和感官评分等均显著下降。钱攀[17]对鳙鱼肉进行实验研究发现，鳙鱼肉中肌动球蛋白的含量随着冻藏时间的增加而降低，鱼肉蛋白的降解和变性也随着冻藏时间的增加愈发严重。Xie等[18]利用三步红外光谱法研究了鱼糜蛋白在低温贮藏过程中的变性机理，从而探讨了冷冻时间对草鱼鱼糜的影响。结果表明，冻结时间对鱼糜的影响主要体现在蛋白质变性上。根据分析结果，草鱼鱼糜蛋白的冷冻变性过程可分为3个阶段：稳定期（0～4周）、缓慢变化期（4～12周）、恶化期（>12周）。由此可见，应尽量避免将鱼糜长时间低温储藏，以防止蛋白质品质的劣变和口感的下降。
2.3 冻结速率
冻结速率对鱼糜品质的影响主要体现在对冰晶形态和大小的调控等方面。鱼糜肌肉细胞之间的水分在冻结时会形成冰晶，而冰晶的生长会对细胞造成机械损伤，会破坏其组织结构[19]。在冻结速率较低时，鱼糜通过最大冰晶生成带的时间较长，从而会形成尺寸较大、数量较少且分布不均匀的冰晶。在冻结速率较高时，冰晶的分布更加均匀、数量更多、单个冰晶的体积更大，进而减小了对细胞和组织的破坏[20]。Shinji等[21]研究发现，冰晶的等效当量直径一般为20～450 μm，且冰晶的等效直径随着冻结速率的增加呈指数下降趋势，鱼糜蛋白质的变性程度随着冰晶尺寸的减小而减小。说明较高的冻结速率更有利于保持鱼糜的品质，应进一步研究、开发新型冻结技术，以期鱼糜在更快的速率下被冻结。
2.4 冻融循环次数
在鱼糜的冷链运输过程中，常常会发生由温度波动引起的冷冻−解冻现象，出现多次冻融循环。在冻融循环中，冰晶会发生重结晶现象，小的冰晶会消失或减小，然后在下一次冻结时依附于大冰晶形成更大的冰晶，从而对细胞和组织结构造成更大的破坏。此外，冻融循环也会加速蛋白质的变性和脂肪的氧化，造成产品的品质下降、营养流失、弹性降低、口感变差等[22]，因此研究冻融循环对鱼糜品质的影响十分必要。
吴晓等[23]以草鱼和鲤鱼鱼糜为研究对象，在4个月内对其进行了4次冻融循环，发现2种鱼糜的持水性随着冻融次数的增加均显著降低，蒸煮损失率显著增加，且2种鱼糜之间无显著差异。此外，反复冻融增加了鱼糜的脂肪氧化程度，相较于新鲜鱼糜其色泽出现大幅度下降。Abe等[24]研究了冻融循环对阿拉斯加鳕鱼鱼糜的凝胶形成能力和蛋白质变性的影响，结果表明，鱼糜在冻融循环后的凝胶能力减弱，特别是肌球蛋白在再次冻结时发生了变性，从而大大降低了鱼糜的凝胶形成能力，而且鱼糜凝胶形成能力的降低会导致其加热凝胶后的质构特性下降。总的来说，冻融循环降低了阿拉斯加鳕鱼鱼糜的凝胶形成能力，并加剧了其蛋白质的变性，且肌球蛋白重链聚合被抑制是冻融循环导致阿拉斯加鳕鱼鱼糜凝胶能力下降的主要原因。Oh等[25]研究了冻融循环对养殖真鲷（Pagrus major）鱼糜成胶能力的影响，并采用不同级别的阿拉斯加鳕鱼制作的鱼糜进行了对比试验，发现冻融循环导致所有鱼糜凝胶的凝胶强度、持水能力（WHC）和凝胶质构特性降低，养殖真鲷鱼糜凝胶的WHC和白度均高于阿拉斯加鳕鱼鱼糜的WHC和白度，几种鱼糜凝胶的剪切力、硬度、断裂力和变形量均有所下降。
在一些鱼糜产品（如鱼滑和鱼糕）的加工过程中，会在产品中添加猪肉背部脂肪，用来改善鱼糜制品的风味和光滑度。Shang等[26]采用新鲜草鱼制作鱼糜，分析了添加不同含量猪肉背部脂肪（50、100、150 g/kg）对鱼糜多次冻融循环后肌红蛋白和脂质氧化程度的影响，发现冻融循环次数和脂肪含量的增加都会导致TBARS值增加、肌红蛋白氧化程度加深、血红素铁含量降低、非血红素铁含量增加，反复冻融将加剧鱼糜脂肪氧化和蛋白质变性，最终导致鱼糜品质的下降。添加猪肉背部脂肪改善了草鱼鱼糜的亮度，但会导致脂质和肌红蛋白氧化程度的加重。在实际生产中，应综合考虑猪肉背部脂肪对鱼糜产品口感、白度和冻融循环后品质的影响。
研究表明，冻融循环会使鱼糜的品质下降，因此应在鱼糜加工、储藏、销售等各个环节严格控制温度，防止因温度波动造成的冻融循环。此外，应进一步研究磁场[27]等物理场在鱼糜冻融循环过程中的积极作用，为鱼糜冻融循环过程的改进提供参考。
3.1 新型冻结技术
冻结方式是影响鱼糜冷冻速率最主要的因素，平板式冷冻、风冷冻结等传统冷冻方式具有冷冻速度慢、占用空间大、消耗资源多等缺点，而且冷冻时会产生较大的冰晶，导致鱼糜品质的下降。由此可见，开发和使用新型的冻结方法对提高鱼糜的品质十分必要。
3.1.1 低温液氮速冻
由于液氮的温度较低、与被冻结物之间的温差较大，所以其冷冻速度极快，液氮冷冻所形成的冰晶较小且分布均匀。液氮冷冻技术已广泛应用于鱼、冬虫夏草等食品的贮藏中[28-29]。Gao等[30]通过实验发现，液氮冷冻可缩短鳙鱼鱼糜在最大冰晶形成区的冻结时间、提高冻结速率，并且能够有效防止鳙鱼鱼糜的蛋白质变性。高文宏等[31]提出了一种液氮协同水溶性大豆多糖冷冻鱼糜的方法，采用该方法可缩短鱼糜的冻结时间，减小冰晶的体积，减少冰晶对鱼糜组织和细胞带来的损害。此外，水溶性大豆多糖可有效防止鱼糜肌原纤维蛋白在冻藏过程中蛋白溶解度、总疏基含量下降等现象。Luo等[32]研究了转谷氨酰胺酶（MTGase）交联白鲢鱼糜凝胶在不同液氮温度（−30、−70、−90 ℃）下进行喷雾冻结后的理化变化情况。结果表明，经−70 °C和−90 °C液氮冷冻后其品质指标相对最理想，且降低液氮喷雾的温度可以缩短白鲢鱼糜凝胶在最大冰晶形成区的时间，随着冻结温度的降低和交联程度的增加，鱼糜凝胶的孔隙变小，结构逐渐致密，凝胶性能更好。同时，磁共振成像（MRI）结果显示，质子密度加权图像亮度随着液氮喷雾温度的降低而下降，图像亮度呈现出由外向内的下降趋势，说明凝胶网络内部的水更易向外部迁移和渗透。总的来说，低温液氮速冻技术在鱼糜的冻藏保鲜方面具有巨大的潜力。
3.1.2 物理场辅助冻结
在鱼糜的冻结过程中，较大的冰晶会导致鱼糜细胞的破裂，造成不可逆的破坏，解冻后汁液流失严重，其中的风味物质也会因此流失。近年来，国内外涌现出了几种新型物理场辅助冻结技术，通过控制冰晶尺寸的大小和分布来提高鱼糜冻结后的品质，从而提高其产品的附加值[33]。
磁场辅助冻结技术是较为新颖的辅助冻结方式之一。在磁场的作用下水会产生磁偶极矩，水的分子能和表面张力下降，水分子的内部结构更加趋于稳定，从而在冻结时抑制冰晶的生成[34]。Otero等[35]研究了震荡磁场对蟹棒品质的影响，结果表明，在蟹棒冷冻过程中施加小于2 mT的低频震荡磁场并不能避免蟹棒品质的劣化，解冻后蟹棒的损伤并没有显著减少。该研究的频率范围较窄，应在更大范围内进一步进行研究，从而全面了解磁场对鱼糜冷冻过程的潜在影响。
高压冷冻技术指在食品冷冻过程中施加200～ 600 MPa的压力场，使食品中水分的过冷度增大、冰点下降，从而调控冰晶生长的技术[36]。食品在高压条件下被冷却到设定温度后释放压力，内部便会形成均匀且较小的冰晶。在高压冷冻过程中，压力和终结点温度的不同会造成冰晶类型的差异，因此高压冷冻技术可分为高压辅助冷冻、压力转换辅助冷冻和压力诱导冻结等[37]。其中，高压辅助冷冻是目前应用和研究的热点。Moreno等[38]研究了不同的压强（0、40、80、200 MPa）辅助冷冻对低品质飞鱼鱼糜胶凝性能的影响，结果表明，经高压（80 MPa除外）处理后的鱼糜凝胶具有更好的弹性、力学性能和能量稳定性，而且高压改善了鱼糜的蛋白质结构，增强了鱼糜的破断力。对于不同种类的鱼糜来说，其最适合的冷冻压强也不尽相同，加之高压设备具有成本高、危险性高等缺点，从而限制了高压辅助冷冻的产业化应用。
超声波辅助冷冻也是一种新型的冷冻技术，具有广阔的工业应用前景。现有研究表明，在食品冷冻过程中施加超声波可以诱发冰晶成核[39]、减小冰晶尺寸[40]、缩短冷冻时间[41]，并保证冷冻食品的品质[42]。超声波产生的空化效应是对食品冷冻结晶产生影响的主要因素，但是其具体机理尚未完全明确。Gao等[43]使用频率为28 kHz的超声波分别在功率180、300、420、540 W下对新鲜草鱼鱼糜进行冻结实验，结果表明，超声波可以显著提高草鱼鱼糜的冻结速率，且在功率为300 W时的冻结速率最大。此外，添加可溶性大豆多糖可以有效缓解草鱼鱼糜在−18 ℃贮藏期间的蛋白质变性，将超声波辅助冷冻技术与可溶性大豆多糖结合并应用于冷冻鱼糜将是一项非常有前景的技术。虽然超声波辅助冻结技术的优势明显，但如果对其强度控制不当，则可能会引起冻结物品质的劣化[44]。由此可见，应进一步研究不同种类、不同大小鱼糜的超声波适用范围。
电场可以改变水分子的偶极矩，并诱导其发生极化作用，水分子因此重新定向，并形成更有序的团簇结构，从而导致其自由能的降低，加速了冰晶的形成[45]。Fallah−Joshaqani等[46]指出，采用静电场辅助冻结技术能提高冰晶的成核温度，但当静电场强度过强时会造成相反的结果，对于不同的食品采用静电场辅助冷冻时还需要具体确定最佳的电场强度。苏金来等[47]提出了一种基于电场协同的水产品快速冷冻方法，首先将产品放置于准备好的流化冰浆上，采用低电压冰温处理1～8 h后，再采用高电压冷冻处理20～50 min，处理后放入冷冻环境中。该方法采用冷冻结合电场的方法，是一种储藏效果好、冷冻成本低的冷冻方法，用该方法处理后水产品内的冰晶粒度更小、数量更少。此方法也可用于鱼糜的快速冻结。
目前，新型冻结技术仍处于实验研究阶段，尚未大规模应用。可见，应探讨各种冻结技术工业化应用的可行性，在原理、设备、工艺等方面进行深入研究，从而实现规模化应用。
3.2 抗冻剂控制技术
鱼肉蛋白较畜禽蛋白更易于发生变质，在冷冻过程中加入抗冻剂是目前抑制鱼肉蛋白冷冻变性最常用的方法。Noguchi等[48]经过研究，总结出能抑制冷冻鱼肉中蛋白质变性的物质一般具有以下特点：分子相对较小；
分子中含有必须基团（—COOH或—OH）中的1个和辅助基团（—COOH、—SO3H、—NH2、—OH、— PO3、—SH）中的1个或多个；
必须基团与辅助基团之间的分布需合理。
传统的鱼糜抗冻剂主要为蔗糖、多聚葡萄糖等分子量相对较小的糖或糖醇类物质、多聚磷酸盐、羧酸类及氨基酸等，具有热量大、甜度高等缺点。近年来，针对蛋白质水解物、抗冻蛋白、多酚类和藻类提取物等新型绿色抗冻剂的研究为传统抗冻剂的更新换代提供了依据[49-50]。不同种类的抗冻剂对鱼糜的作用机理也存在差异，具体如表1所示。
新型鱼糜抗冻剂也存在不足，如很多蛋白水解物在酶解时会产生明显的苦味[51]，需要进一步研究抗冻蛋白的安全性[52]，很多多酚类物质和藻类提取物都带有颜色等。新型抗冻剂在鱼糜中的使用和商业化应用还需要进一步研究，还应进一步研发复合抗冻剂，探究不同抗冻剂的协同效果，从而使鱼糜具有更好的抗冻效果。
表1 鱼糜抗冻剂的分类及其作用机理
Tab.1 Classification and action mechanism of surimi antifreeze
自鱼糜出现以来，已日渐成为人们日常生活中常用的食品，如何提高鱼糜的品质一直是鱼糜行业的核心问题。在鱼糜的冻藏环节，冻藏时间、冻藏温度、冻结速率和冻融循环对鱼糜品质都有较大影响，采用抗冻剂，以及低温液氮速冻和物理场辅助冻结等新型冻结技术，可以在一定程度上控制鱼糜在冻藏阶段的品质劣化。然而，新型冻结技术具有成本高、设备复杂等不足，尚处于实验室研究阶段，因此应进一步探索新型冻结技术对鱼糜品质的影响机理，并对工艺、设备进行优化，以期实现产业化应用。同时，应深入研究新型鱼糜抗冻剂的作用，并研发出适合鱼糜的复合抗冻剂，以期更好地抑制鱼糜蛋白质和脂肪的冷冻变性。此外，应开发新型的鱼糜储藏、运输设备，以减小其温度波动，从而减少冻融循环的发生，降低鱼糜在全冷链环节的品质劣化。
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Quality Influencing Factors and Control Techniques of Surimi During Frozen Storage
YAN Yi-wei1,ZHANG Xue-lai1,MO Fan-yang2,ZHANG Xin-rong2
(1. Merchant Marine College, Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, China; 2. College of Engineering, PekingUniversity, Beijing 100871, China)
The work aims to further improve the quality of surimi during frozen storage, increase the added value of its products, and meet consumers" requirements for high-quality surimi. Physicochemical characteristics and corruption mechanism of surimi were introduced. Then, the effects of freezing time, freezing temperature, freezing rate and freeze-thaw cycles on the quality of surimi during frozen storage were analyzed. The application of new freezing methods represented by low-temperature liquid nitrogen freezing and physical field assisted freezing and the application of antifreeze in the quality control of frozen surimi were reviewed. And their development was prospected. In the frozen storage of surimi, the effects of freezing time and temperature should be comprehensively considered, while temperature fluctuations should be minimized to prevent the occurrence of freeze-thaw cycles. To preserve the quality of surimi preferably, the application of new freezing technology in surimi should be further studied and optimized, and the feasibility of new antifreeze and composite antifreeze should be explored to achieve industrial application.
surimi; frozen storage; freezing rate; antifreeze; research progress
TS254.4
A
1001-3563(2022)19-0152-08
10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.19.017
2021−11−27
国家重点研发计划（2018YFD0901002）
闫艺伟（1997—），男，硕士生，主攻水产品冷冻与保鲜。
张信荣（1973—），男，博士，教授，主要研究方向为工程热物理。
责任编辑：彭颋
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