魚類凍藏工藝研究進展

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(1.上海海洋大學食品學院,上海 201306; 2.上海冷鏈裝備性能與節(jié)能評價專業(yè)技術(shù)服務平臺,上海 201306; 3.上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心,上海 201306; 4.食品科學與工程國家級實驗教學示范中心(上海海洋大學),上海 201306)

魚類體內(nèi)富含高營養(yǎng)價值的物質(zhì),如人體必需的氨基酸、蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸等[1]。鮮度是判斷魚類品質(zhì)好壞的重要指標之一,在很大程度上魚類的價值是由鮮度來決定的[2]。然而,魚類由于受到地域性的影響和貯藏、運輸條件的限制,再加上魚類自身酶的作用和微生物繁殖,造成其捕撈后鮮度下降,甚至發(fā)生變質(zhì)。因此魚類的貯藏保鮮技術(shù)始終是研究熱點[3]。魚類的長期貯藏保鮮主要依賴凍藏技術(shù)[4],但是傳統(tǒng)凍藏的保鮮效果與人們所期望的有一定差距,傳統(tǒng)的鍍冰衣易脫落,且抗氧化性差,商業(yè)抗凍劑不能滿足凍藏的需要,因而凍藏工藝的優(yōu)化一直受到關(guān)注。為了優(yōu)化魚類凍藏工藝,提高魚類的貯藏性能和品質(zhì),本文將從影響凍藏魚肉品質(zhì)的主要因素、鍍冰衣工藝和抗凍劑這三方面進行綜述。

1 影響凍藏魚肉品質(zhì)的主要因素

凍藏是利用冷凍的技術(shù)把魚體的中心溫度降低到-18 ℃以下,使魚體內(nèi)的絕大部分水分被凍結(jié)起來,再在-18 ℃以下進行貯藏、流通的保鮮貯運方法[5]。魚體在冷凍過程中會產(chǎn)生冰晶,冰晶的位置、大小和數(shù)量均會對魚體細胞造成不同程度的影響。比如魚肉中的肌球蛋白會因冷凍變性導致其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而使活性巰基暴露在外面被氧化成二硫鍵[6]。

1.1 凍結(jié)速率

由通過凍品的最大冰晶生成帶的時間長短來衡量凍品的凍結(jié)速率。速凍是指凍品通過最大冰晶生成帶(-5～ -1 ℃)的時間在30 min或者更短時間內(nèi)[7]。其中魚凍結(jié)的速度越快,對魚的蛋白質(zhì)變性影響程度越低[8-9]。董佳等[10]通過對比傳統(tǒng)空氣冷凍與液體浸漬冷凍對鱘魚貯藏品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過液體浸漬冷凍后鱘魚的肌纖維受到的損傷更小,較好地保持了鱘魚原有的質(zhì)量,是因為液體浸漬冷凍對鱘魚的凍結(jié)速率是傳統(tǒng)空氣冷凍速率的12.47 倍,達到3.917 cm/h。錢攀[11]研究了液體快速凍結(jié)與氣體凍結(jié)對鳙魚魚肉品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)當凍結(jié)溫度為-50 ℃時,兩種凍結(jié)方式下通過鳙魚魚肉的最大冰晶生成帶的時間分別為9、48 min。經(jīng)過液氮冷凍的魚形成的冰晶更細小,解凍后的水分流失也更少,同時也降低了氣味揮發(fā),保證了食品的質(zhì)量[12]。魯珺等[13]發(fā)現(xiàn),與平板速凍、冰柜凍結(jié)相比,銀鯧魚在液氮速凍后貯藏150 d后,其肌纖維間隙是最小的,與新鮮樣品的品質(zhì)最為接近,具有最佳的凍藏質(zhì)量。Kono等[14]為了探索凍結(jié)速率、冰晶大小和顏色之間的關(guān)系,探究凍結(jié)過程中鮭魚魚片表面發(fā)生的顏色變化,發(fā)現(xiàn)隨著冷凍鮭魚制品表層冰晶尺寸的減小,其表面呈現(xiàn)的顏色變淺。因此可知,魚類的凍結(jié)速率越快,通過魚類的最大冰晶生成帶的時間越短,凍魚的品質(zhì)就越好。

1.2 凍藏溫度

不同凍藏溫度對魚肉品質(zhì)變化的影響差異明顯。鄒聰聰?shù)萚15]研究了海鱸魚魚糜在-14、-24和-70 ℃三種凍藏溫度下的品質(zhì)變化,對比魚糜的TVBN值、鹽溶蛋白含量、Ca2+-ATPase 活性、總巰基含量等指標的變化,發(fā)現(xiàn)凍藏溫度越低,對海鱸魚的保鮮效果越好。同樣地,郭學騫等[16]研究了-35、-38、-41 ℃這三種溫度對羅非魚片凍藏質(zhì)量的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)羅非魚片的凍藏溫度越低,羅非魚片品質(zhì)下降越慢。Romotowska等[17]研究了冷凍的鯖魚在運輸貯藏過程中因溫度波動而受到的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與在穩(wěn)定溫度環(huán)境下貯藏相比,溫度波動對魚體裂隙和腹膜狀況的劣化明顯,脂質(zhì)氧化和酶促增強;溫度波動會導致凍魚發(fā)生凍融循環(huán),促使魚肌內(nèi)冰晶的再結(jié)晶和進一步生長[18]。Tolstorebrov等[19]在低溫、超低溫冷凍貯藏對大西洋鱈魚品質(zhì)影響的綜述中,指出若要完全抑制大西洋鱈魚劣變反應,貯藏溫度應低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(-86.0 ℃),但是貯藏溫度低于-40 ℃時,脂質(zhì)氧化產(chǎn)物與蛋白質(zhì)相互作用會增強魚體中脂質(zhì)的氧化,造成凍魚品質(zhì)下降,因此最佳的貯藏溫度應在魚體蛋白質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和脂質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之間,綜合考慮食品工業(yè)過程能耗后,推薦大西洋鱈魚長期貯藏的溫度為-35.0 ℃。在魚凍藏時要根據(jù)種類選擇最佳的貯藏溫度,而且在凍藏過程中要盡量減少溫度波動。

1.3 凍藏時間

凍藏時間在優(yōu)化魚類凍藏工藝上起著重要的作用。岳開華等[20]研究了在凍藏過程中海鱸魚魚糜品質(zhì)發(fā)生的變化,發(fā)現(xiàn)隨著凍藏溫度的升高和凍藏時間的延長,海鱸魚魚糜的彈性模量(G′)和損耗模量(G″)會呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢,黏彈性下降,損耗角正切增大,流動性增加。隨著凍藏溫度的升高和凍藏時間的延長,魚肉纖維基質(zhì)的損傷增大,形成凝膠的性能越差。崔旭海等[21]研究發(fā)現(xiàn),草魚魚糜中的羰基含量、TBARS值和TVBN值隨凍藏時間的延長均呈現(xiàn)增加的趨勢,草魚魚糜中鹽溶蛋白含量和凝膠強度則顯著下降。于亞文等[22]研究了凍藏對高白鮭肌肉蛋白質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)高白鮭蛋白質(zhì)中的肌原纖維蛋白、肌漿蛋白及肌基質(zhì)蛋白的含量隨著凍藏時間的延長均逐漸降低,堿溶性蛋白含量呈現(xiàn)增加的趨勢。而Ca2+-ATPase活性和總巰基含量呈現(xiàn)兩段式下降,凍藏前期下降迅速,凍藏后期下降緩慢。可見,凍藏時間對魚肉蛋白質(zhì)變性程度和凝膠結(jié)構(gòu)有很大的影響,建議根據(jù)魚類和貯藏需求的不同,選擇合適的凍藏時間。

1.4 貯藏環(huán)境的相對濕度

在凍藏過程中食品表面的水分不斷地升華,由于凍藏過程中內(nèi)部水分遷移能力較弱,因而不能及時向表面補充,食品的表面會出現(xiàn)多孔層現(xiàn)象。這樣多孔層結(jié)構(gòu)使食品與空氣的接觸面積增加,使脂肪、色素等物質(zhì)的氧化速度加快,產(chǎn)生凍結(jié)燒現(xiàn)象,加速食品品質(zhì)的降低[23]。為了減少魚類在凍藏期間發(fā)生凍結(jié)燒現(xiàn)象,除了控制貯藏溫度之外,(相對濕度)也是很重要的一個因素。

貯藏環(huán)境的相對濕度與食品中水分的蒸發(fā)量成反比,當貯藏環(huán)境的相對濕度較小時,食品中的水分會蒸發(fā)到空氣中,導致凍品的干耗增加[24]。對于魚類而言,貯藏環(huán)境的相對濕度應大于90%[23]。一般可以通過在魚體表面鍍冰衣的方式,防止魚體與貯藏環(huán)境的空氣發(fā)生水分遷移,從而降低凍品的干耗,進而防止凍結(jié)燒的發(fā)生。

1.5 凍藏前處理

在凍藏之前對魚的預處理可以提高其貯藏效果。Binh等[25]對歐洲肺魚肌肉在凍結(jié)前進行了超高壓處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn)150～200 MPa的超高壓處理抑制了次級脂質(zhì)氧化物的生成,有效提升了凍肺魚肌肉的硬度;而凍結(jié)前高于250 MPa的超高壓處理,不僅影響肺魚肌肉的質(zhì)構(gòu),而且會增加魚肌肉解凍后的汁液流失率。Majumdar等[26]發(fā)現(xiàn)在凍藏之前對鯰魚魚糜增加洗滌工藝,與無洗滌相比,魚糜水分減少較緩慢,TVBN值、游離脂肪酸和TBARS值顯著降低,洗滌工藝有助于保持鯰魚魚糜的品質(zhì)。李艷青等[27]研究了漂洗對凍藏鯉魚的肌原纖維蛋白的影響,發(fā)現(xiàn)鯉魚在凍藏前用傳統(tǒng)漂洗處理會促進其在凍藏過程中氧化,但是用傳統(tǒng)漂洗之后再用沒食子酸丙酯漂洗,則可有效抑制蛋白質(zhì)氧化。郭學騫等[28]在凍藏羅非魚片前中加入預冷工序,與對照組比較,經(jīng)過預冷后的羅非魚片紅度值a*和色差亮度L*值降低較慢,pH變化速度和失水率的增加減緩,而且TVBN值的含量也較低。因此魚類及其制品在凍藏之前可以先對其進行漂洗,或?qū)︳~進行加壓或預冷處理,然后再進行凍藏保鮮,可以有效提升魚類凍藏的品質(zhì)。

2 鍍冰衣工藝

給魚體鍍冰衣可以有效減緩魚體內(nèi)水分的蒸發(fā)和升華,降低溫度波動對魚體的影響等[29]。趙啟蒙等[30]將鯰魚分為鍍冰衣組和無冰衣組,經(jīng)過TVBN值、pH、持水力和質(zhì)構(gòu)指標檢測后發(fā)現(xiàn),相同的凍藏溫度下,鍍冰衣組各指標的變化幅度小于無冰衣組,鯰魚鍍冰衣能夠起到延緩變質(zhì)的作用。

不同冰衣液對凍品鍍冰衣后質(zhì)量的保鮮效果也有很大差別。張越楊等[31]研究了酸性電解水冰衣對凍結(jié)金槍魚質(zhì)量的影響,與鍍傳統(tǒng)蒸餾水冰衣的金槍魚相比,鍍酸性電解水冰衣的金槍魚經(jīng)過320 d的凍藏后TVBN值更低。酸性電解水冰衣保鮮效果更佳,這是因為酸性電解水冰衣釋放出的有效氯具有抗氧化效果。鍍冰衣對魚類的抑菌作用也有明顯的效果。高萌等[32]研究了酸性電解水鍍冰衣對金槍魚抑菌能力,發(fā)現(xiàn)pH4.5酸性電解水制作的冰衣在抑制魚肉中的微生物繁殖與生長上效果顯著。Soares等[33]研究了冰水冰衣和殼聚糖冰衣對鮭魚凍藏品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn),6個月后鍍殼聚糖冰衣的鮭魚具有更低的菌落總數(shù),對鮭魚的冷凍保鮮效果更佳,同時發(fā)現(xiàn)冰衣的種類與樣品的風味之間沒有關(guān)系。謝超[34]為了滅殺金黃色葡萄球菌等有害細菌,抑制微生物的生長,在冰衣液里加入弱酸性電解水、抗壞血酸鈉、海藻酸鈉等成分,發(fā)現(xiàn)制成的冰衣附著性好,成膜性優(yōu)良,抗氧化性強?？梢?含有抑菌劑、抗氧化劑等不同組成成分的冰衣液對魚類的凍藏保鮮效果作用明顯,酸性電解水、殼聚糖和明膠復合冰衣液對魚類凍藏的保鮮效果都有一定程度的提升。因此今后可以關(guān)注更多安全高效的冰衣液配方的研究。

3 抗凍劑

在凍結(jié)的過程中,魚會因冷凍變性使肌原蛋白的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而導致蛋白質(zhì)發(fā)生變性,造成魚肉品質(zhì)下降[35]。劉琴[36]研究了金槍魚在-18、-30 ℃凍結(jié)環(huán)境下的品質(zhì)影響,發(fā)現(xiàn)在凍藏過程中金槍魚的肌原纖維蛋白中的總巰基含量出現(xiàn)逐漸下降的趨勢。而在凍藏過程中為了防止水產(chǎn)品中肌原纖維蛋白變性最常用的方法是加入抗凍劑[37]。根據(jù)化學性質(zhì)的不同,抗凍劑可分為糖類物質(zhì)、蛋白質(zhì)水解物類和抗凍蛋白三種。

3.1 糖類物質(zhì)

糖類物質(zhì)抗凍劑中的羥基與蛋白質(zhì)分子里某些基團結(jié)合后使得蛋白質(zhì)分子之間無法出現(xiàn)聚集變性現(xiàn)象,達到抗凍的效果[38]。同時糖類物質(zhì)中的游離羥基能夠固定水分子,從而有效抑制冰晶的生成量,形成一個不凍區(qū),明顯抑制了蛋白質(zhì)分子的聚集[38]。雖然傳統(tǒng)的商用抗凍劑(蔗糖、山梨糖醇)能夠有效減緩魚肉蛋白質(zhì)的變性,但往往會給魚糜及其制品帶來不希望的甜味[39]。因此新型糖類抗凍劑的研發(fā)有著重要的現(xiàn)實意義。

殼聚糖和海藻糖可以延緩魚肉肌原蛋白的冷凍變性。Morachis等[40]測定了1.5%殼聚糖為添加劑的食用涂層(Edible Coating,EC)的前處理對鯉魚魚片在-18 ℃凍結(jié)的影響,與對照組相比,EC樣品組的水分損失、細菌生長、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化的速度較慢,殼聚糖對鯉魚的凍藏工藝有明顯的提升作用。Wang等[41]研究抗凍劑對大黃花魚肌原蛋白抗冷凍變性的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)海藻糖、檸檬酸鈉和山梨糖醇這三種抗凍劑均對大黃花魚肌原蛋白的冷凍變性起到抑制作用,并且三種抗凍劑的混合相對單一的或其中任意兩種的組合對抑制大黃花魚肌原蛋白抗冷凍變性效果更佳,魚肉品質(zhì)保持得更好。

為研究魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan,KGM)的降解產(chǎn)物對凍藏魚肉的品質(zhì)的影響,汪蘭等[42]研究了草魚在凍藏過程中KGM的降解產(chǎn)物對其肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)的作用,結(jié)果顯示輻照降解的KGM和酶解的KGM都能夠減緩草魚肌原纖維蛋白含量的降低,有效抑制草魚的肌原纖維蛋白出現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)。Liu等[43]研究了魔芋葡甘低聚糖(Konjac oligo-glucomannan,KOG)對鰱魚肌球蛋白(Myosin,MS)進行糖化后的理化性質(zhì)、構(gòu)象性質(zhì)和功能性質(zhì)的影響,結(jié)果顯示MS-KOG結(jié)合物的形成降低了鰱魚總巰基含量和疏水性,糖化12 h后使MS的粘度提高35倍,構(gòu)象的靈活性更強,并且增強MS的空間位阻,這種特殊的結(jié)構(gòu)最終改善了MS的乳化性能。Clara[44]發(fā)現(xiàn)400 MPa的超高壓能夠提高長期冷凍貯藏的葡甘露聚糖(Glucomannan,GM)凝膠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和構(gòu)象靈活性。

3.2 蛋白質(zhì)水解物類

蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物能夠有效抑制魚肉因冷凍發(fā)生變性,減緩魚糜凝膠強度的下降[45]。Kittiphattanabawon等[46]發(fā)現(xiàn),10%的黑鰭鯊皮水解明膠可防止凍融誘導的肌肉纖維蛋白的變性。在食物蛋白質(zhì)水解之后衍生的肽,同樣可以有效地抑制冷凍誘導的肌肉蛋白變性,與商品化的冷凍保護劑相比,具有作為海產(chǎn)品中較低甜度的替代性防凍劑的潛力[47]。Nikoo等[48]從鱘魚皮明膠中分離得到PAGT(Pro-Ala-Gly-Tyr)肽,并對其抗氧化活性及對日本鱸魚肉的低溫保護作用進行了研究,結(jié)果表明,在25 ppm的濃度下,PAGT可以防止鱸魚肉的脂質(zhì)氧化,但在較高濃度下則無效,PAGT還能使日本鱸魚中肌球蛋白和肌動蛋白變性程度降低。

此外,有研究發(fā)現(xiàn),在魚類的凍藏過程中加入骨蛋白水解液和魔芋復配物能夠抑制脂肪的氧化。黃莉等[49]研究了魔芋與骨蛋白水解液兩者復配對冷凍魚糜的抗凍性影響,把最佳配比為4%骨蛋白水解液和0.5%魔芋復配添加入鯉魚魚糜中去,在-18 ℃下貯藏180 d后,與商業(yè)抗凍劑比較,加入骨蛋白水解物和魔芋復配后的樣品的汁液流失、蒸煮損失、TBRAS值、羰基含量降低得較緩慢,質(zhì)構(gòu)特性更好,凝膠特性更佳。

為了研究在加工和貯藏過程中魚鰾膠原肽抗氧化穩(wěn)定性的影響,鄭婷婷等[50]分別用溫度、pH、金屬離子、防腐劑以及體外模擬胃、腸道消化進行探究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在酸性環(huán)境下魚鰾膠原肽的抗氧化更佳,Zn2+和Cu2+會對魚鰾膠原肽影響較大,且高濃度的食鹽也不利于維持其抗氧化性。在應用蛋白質(zhì)類水解物抗凍劑時需要綜合考慮溫度、pH、金屬離子等因素,以維持蛋白質(zhì)水解物類抗氧化活性的穩(wěn)定性。

3.3 抗凍蛋白

某些生物體分泌出的抗凍蛋白(Antifreeze proteins,AFPs)吸附在冰晶上,能夠控制冰晶的數(shù)量,并且阻止冰晶進一步生長,從而降低對其自身造成傷害[51]。譚昭儀[52]研究了新型蛋白抗凍劑(主要成分為山梨醇、蔗糖、三聚磷酸鈉等)、商業(yè)抗凍劑以及它們兩者的復合抗凍劑對在-18 ℃下凍藏6個月的鰱魚和鳙魚魚糜蛋白質(zhì)冷凍變性的影響,發(fā)現(xiàn)雖然相對于商業(yè)抗凍劑,新型蛋白抗凍更能夠降低魚糜蛋白質(zhì)冷凍變性的程度,但是兩者的復合抗凍劑可以更好地維持魚糜鹽溶性蛋白的穩(wěn)定。Deller[53]研究了化學陽離子化對抗凍蛋白Ⅲ(Antifreeze protein III,AFPⅢ)在極端溫度(-40～90 ℃)下結(jié)構(gòu)和功能的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)AFPⅢ能在生理pH下通過化學陽離子化產(chǎn)生一種具有凈陽離子電荷修飾的AFPⅢ,提高了其耐高溫能力。此外,陽離子化的AFPIII保留了類似于原AFPIII的再結(jié)晶抑制(Ice recrystallization inhibition,IRI)活性。因此,化學陽離子化可能提供了一種發(fā)展更高效的抗凍蛋白作為冷凍保護劑的途徑。

AFPs抗凍活性受到加熱溫度、表面電荷、溫度、壓力和pH等因素的影響。Leiter等[54]研究了加熱溫度、壓力和pH對冰晶再結(jié)晶抑制(IRI)活性的影響,以及對魚類抗凍蛋白Ⅲ(AFPⅢ)結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在80 ℃時,熱處理1 min對AFP III的IRI活性無影響,80 ℃時熱處理1 h,對AFP III的IRI活性有輕度影響。NaCl鹽濃度在0.02～0.03 mol/L時,會使IRI活性達到極限值,IRI活性的變化可能是由于冰晶表面AFP濃度的增加所致;在400 MPa的壓力下處理1 min,對AFPⅢ的IRI活性無影響,在pH為在1～11范圍內(nèi)變化,壓力上升為400 MPa,AFPⅢ都具有較高的穩(wěn)定性。由此可見,在實驗的范圍中,魚類抗凍蛋白AFPⅢ的IRI活性不受PH、溫度和壓力等典型工藝參數(shù)的影響。因此抗凍蛋白AFPⅢ具有廣闊的工業(yè)應用前景[54]。

4 結(jié)論與展望

對凍藏工藝的優(yōu)化有助于提升魚類凍藏的保鮮質(zhì)量。魚類在凍結(jié)時的凍結(jié)速率越快,其最大冰晶生成帶的時間就越短。液體速凍的凍結(jié)速率比氣體速凍快,保鮮效果更佳。凍藏溫度越低,對魚保鮮效果越佳。應根據(jù)魚類和工藝需求的不同,來確定最佳的凍藏溫度和凍藏時間。貯藏環(huán)境的相對濕度應大于90%,同時魚類在凍藏之前漂洗、加壓或者預冷對凍藏工藝的優(yōu)化均有幫助。鍍冰衣可以減少魚類在凍藏期間的干耗,其中酸性電解水或者殼聚糖和明膠的復合冰衣液對凍藏效果更佳?？箖鰟┑氖褂糜兄诜乐顾a(chǎn)品凍藏過程中肌原纖維蛋白的變性。相對傳統(tǒng)糖類物質(zhì),殼聚糖、魔芋葡甘聚糖降解產(chǎn)物、海藻糖對魚類凍藏保鮮效果更好;從魚類中提取的蛋白質(zhì)水解物抗凍劑對脂肪的氧化和蛋白的變性也有很好的抑制作用,而且適用范圍非常廣;復合蛋白抗凍劑對魚類凍藏的效果更佳。

今后可以從以下幾個方面開展對魚類凍結(jié)和貯藏工藝的優(yōu)化:凍藏前不同的處理方式的研究;凍結(jié)工藝與解凍工藝的結(jié)合應用;研制新型安全高效的新型抗凍劑并研究溫度、pH、壓力等因素對抗凍劑的影響以及抗凍劑的作用機理;研發(fā)新型冰衣液;鍍冰衣和抗凍劑結(jié)合應用凍藏保鮮的優(yōu)化。針對不同魚的凍藏需求,結(jié)合這五個方面優(yōu)化凍結(jié)前處理、凍結(jié)過程、鍍冰衣、凍藏過程、解凍過程等工藝,從而更好地實現(xiàn)魚類凍藏保鮮。