空間效應(yīng)對超聲輔助浸漬凍結(jié)魚肉凍藏品質(zhì)的影響

袁海洲，柯志剛，徐霞，周緒霞，丁玉庭*

1(浙江工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 杭州，310014)2(浙江省深藍(lán)漁業(yè)資源高效開發(fā)利用重點實驗室，浙江 杭州，310014)3(國家遠(yuǎn)洋水產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)分中心(杭州)，浙江 杭州，310014)4(海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，大連工業(yè)大學(xué)，遼寧 大連，116034)

冷凍作為目前最常用的食品保存方法，可實現(xiàn)食品的營養(yǎng)、風(fēng)味和感官特性長時間高保真保存。冷凍保存食品的原理為，在凍結(jié)過程中及冷凍狀態(tài)下，食品中的水分結(jié)晶形成冰晶，降低了食品的水分活度，從而使得內(nèi)源酶活力和寄生其中的微生物的增殖受到抑制，最終達(dá)到延長食品保質(zhì)期的目的[1]。但傳統(tǒng)凍結(jié)方式，如鼓風(fēng)凍結(jié)、平板接觸凍結(jié)等，熱傳導(dǎo)速率小，凍結(jié)速度較慢，造成形成的冰晶體積大、形狀無規(guī)則且分布不均勻。這種無規(guī)則且大體積的冰晶會引起細(xì)胞的機(jī)械損傷，造成食品解凍時汁液流失和營養(yǎng)物質(zhì)損失。因此，提高食品凍結(jié)速度，從而減小冰晶尺寸、調(diào)節(jié)冰晶形狀與分布(圓形且分布均勻)，這對提高冷凍食品品質(zhì)至關(guān)重要。

超聲是指頻率為20～10 000 kHz的聲波，根據(jù)其頻率和能量的不同分為高能低頻(20～100 kHz)、高能中頻(100～1 000 kHz)及低能高頻(5～10 MHz)3種類型[2]。在食品分析與加工領(lǐng)域，不同頻率的超聲有不同應(yīng)用，其中低能超聲主要用于食品物化特性的無損檢測，高能超聲可用于改變食品的物化性質(zhì)，如細(xì)胞破碎、乳狀液制備、鈍酶、改變結(jié)晶過程等[3]。1974年，MILES等[4]研究發(fā)現(xiàn)在食品凍結(jié)過程中同時施加一定頻率的超聲處理可顯著減小冰晶尺寸，改善凍品的品質(zhì)。近年來，越來越多的研究顯示，超聲輔助處理可減小食品凍結(jié)過程中形成的冰晶尺寸，使其細(xì)小且分布均勻，從而減小凍品解凍時的汁液流失和蒸煮損失，保護(hù)食品的色、香、味及營養(yǎng)價值，顯著提高凍品品質(zhì)[3]。例如，SUN等[5]比較了超聲輔助浸漬凍結(jié)(ultrasound-assisted immersion freezing，UIF)、空氣凍結(jié)(air freezing，AF)和浸漬凍結(jié)(immersion freezing，IF)對凍藏期間鯉魚塊的冰晶尺寸、蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性以及物理化學(xué)特性等的影響和差異。他們發(fā)現(xiàn)，與AF和IF相比，UIF樣品冰晶小且分布均勻，結(jié)合水與自由水的流動性減小，解凍后汁液流失和蒸煮損失降低，蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性提高，貯藏期間的脂質(zhì)氧化程度減小，凍品品質(zhì)得到了明顯提高。SHI等[6]也發(fā)現(xiàn)一定強(qiáng)度的超聲協(xié)同處理顯著減小了草魚塊在IF過程中的總凍結(jié)時間及相變時間，有效保護(hù)了肌肉纖維結(jié)構(gòu)，減小了解凍后汁液流失。

由于超聲的傳播需要液體作為介質(zhì)，因此目前絕大部分UIF都是在IF過程中施加一定強(qiáng)度的超聲協(xié)同處理。已有的UIF研究中，超聲換能器一般都置于超聲裝置的底部，且樣品置于超聲腔體的固定位置。但由于介質(zhì)中存在粒子、氣泡等阻礙物，會造成超聲波發(fā)生散射衰減，且當(dāng)聲波傳播距離較大及一定黏度介質(zhì)吸收超聲能量時還會發(fā)生吸收衰減和擴(kuò)散衰減[7]。由于上述超聲波在液體介質(zhì)中傳播時的衰減，不同位置的超聲強(qiáng)度可能存在一定差異，由此可能造成不同位置UIF的凍結(jié)速度和凍品品質(zhì)存在差異。但目前尚沒有關(guān)于空間位置對UIF食品品質(zhì)影響的相關(guān)研究報道。本研究基于實驗室定制的超聲裝置，以鰱魚塊為對象，探究空間位置對UIF凍結(jié)速度和魚肉品質(zhì)的影響。相關(guān)研究結(jié)果將為該技術(shù)在食品凍結(jié)保存中的應(yīng)用提供指導(dǎo)和理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：新鮮鰱魚，杭州市下城區(qū)朝暉菜市場，均重(6±1.5) kg。宰殺后去頭、去尾、去皮、去骨并洗凈，取背部肌肉順纖維方向橫切成約3 cm×3 cm×2 cm的魚塊，用聚乙烯薄膜包裹后置于4 ℃ 冰箱中預(yù)冷備用。

試劑：丙二醇、乙醇、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、NaCl、Tris、HCl、KCl、5,5′-二硫代雙(2-硝基苯甲酸) [5,5′-dithiobis-(2-nitrobenzoic acid)，DTNB]、2,4-二硝基苯肼、乙酸乙酯、鹽酸胍、氧化鎂、硫代巴比妥酸、三氯乙酸(trichloroacetic acid，TCA)、尿素、氯化鈣、三磷酸腺苷二鈉、鉬酸胺、對苯二酚、乙二胺四乙酸(ethylenediamine tetraacetic acid，EDTA)、1,1,3,3-四乙氧基丙烷(1,1,3,3-tetraethoxylpropane，TEP)、硼酸、蘇木素染液與伊紅染液等(均為分析純)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

QHAUSAR2130電子天平，美國Adventurer公司；DW-6050低溫恒溫反應(yīng)浴，杭州大衛(wèi)儀器有限公司；L93-4L熱電偶溫度計，中國路普公司；UV762紫外可見分光光度計，上海儀電分析儀器有限公司；CR21GⅡ 高速離心機(jī)，日立Hitachi公司；HR2860型飛利浦打漿機(jī)，德國飛利浦有限公司；海能K9840自動凱氏定氮儀，濟(jì)南海能儀器股份有限公司；DW2000超聲儀，寧波新芝生物科技股份有限公司；J-715圓二色譜分光光度計，日本Jasco公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 前處理

實驗所用的UIF裝置如圖1所示。低溫反應(yīng)浴中盛有自配載冷劑(8%食鹽+44%水+24%丙二醇+24%乙醇)，將其溫度降至(-35±3) ℃后泵入右側(cè)超聲處理裝置，載冷劑在二者之間循環(huán)。超聲裝置底部均勻安裝有6個超聲波換能器，4個側(cè)面各安裝2個換能器。將樣品籃放入超聲槽中，在籃子的中心位置選取軸向3個不同位置為實驗位點，分別距超聲槽底部1、11和21 cm。

1-數(shù)據(jù)采集電腦；2-數(shù)據(jù)記錄儀；3-K 型熱電偶；4-超聲控制面板；5-置物籃；6-超聲波換能器；7-超聲波發(fā)生器；8-制冷循壞泵；9-超聲裝置；10-攪拌器；11-低溫反應(yīng)浴圖1 UIF裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram UIF device

1.3.2 超聲強(qiáng)度測定

參考XIN等[8]的方法。向超聲裝置中注入一定體積的超純水，對其進(jìn)行超聲處理。處理條件如下：頻率為20 kHz，60 s開/60 s關(guān)模式，處理時間為4 min，功率設(shè)定為100、140、180、220、260和300 W。使用L93-4L K型熱電偶記錄上述不同位置溫度的變化值，不同位置的超聲強(qiáng)度計算如公式(1)、公式(2)所示：

(1)

(2)

式中：Pus，實際超聲功率，W；m，液體質(zhì)量，kg；Cp，液體的比熱容，J/(kg·℃)；ΔT/t，溫度-時間曲線的初始斜率，℃/s；Ia，聲強(qiáng)，W/cm2；A，超聲裝置橫截面積，m2。

1.3.3 凍結(jié)曲線繪制

將4 ℃預(yù)冷的鰱魚魚塊放置在1.3.1所述軸向3個不同位點進(jìn)行浸漬凍結(jié)，當(dāng)樣品中心溫度降至0 ℃時開啟超聲，按照 60 s開/60 s關(guān)模式，處理時間為4 min。超聲頻率為20 kHz，功率為180、220、260及300 W。在魚塊凍結(jié)過程中，將L93-4L K型熱電偶探頭插入魚塊的幾何中心位置，每隔5 s記錄1次溫度值，繪制凍結(jié)曲線。當(dāng)樣品中心溫度為-18 ℃時取出并置于-18 ℃冰箱中凍藏，對凍藏過程中樣品指標(biāo)進(jìn)行測定。

1.3.4 冰晶形態(tài)觀察

將切魚肉的工具預(yù)冷，將凍藏90 d樣品切成長寬各1 cm，厚約5 mm的魚片，在其周圍滴上OCT(optimal cutting temperature compound)包埋劑，在冷凍切片機(jī)的速凍臺上進(jìn)行包埋，包埋后切成厚度為6 μm的樣品。然后用Mayer氏蘇木素染液染色5 min，自來水浸洗返藍(lán)后用1%水溶性伊紅染液再染色5 min，制作好的切片在光鏡下觀察并拍照，利用ImageJ軟件對圖片進(jìn)行分析。

1.3.5 持水性測定

持水性用汁液流失率和蒸煮損失率表示，其測定參考樊震宇等[9]所述方法。取凍藏一定天數(shù)的鰱魚，其質(zhì)量為W1，解凍后用濾紙吸去表面水分，其質(zhì)量為W2。汁液流失率計算如公式(3)所示：

(3)

式中：X1，汁液流失率，%；W1，解凍前樣品質(zhì)量，g；W2，解凍后樣品質(zhì)量，g。

取解凍后樣品，用吸水紙吸干表面水分后稱得其質(zhì)量為W3，將樣品用聚乙烯包裝袋密封后在85 ℃ 水浴鍋中蒸煮15 min，取出后冷卻至室溫，用濾紙吸干表面水分后其質(zhì)量為W4。蒸煮損失率計算如公式(4)所示：

(4)

式中：X2，蒸煮損失率，%；W3，蒸煮前樣品質(zhì)量，g；W4，蒸煮后樣品質(zhì)量，g。

1.3.6 肌原纖維蛋白的提取

參照SUN等[10]所述方法并經(jīng)適當(dāng)修改。稱取2.0 g攪碎的魚肉，加入20 mL緩沖液A(20 mmol/L磷酸鹽緩沖液，pH = 7，含有0.1 mol/L NaCl，1 mmol/L EDTA)，15 000 r/min均質(zhì)60 s，然后在4 ℃ 下離心10 min(6 000 r/min)。去上清液，重復(fù)上述操作2次。將所得沉淀溶解于10 mL緩沖液B(20 mmol/L磷酸鹽緩沖液，pH = 7.2，含有0.6 mol/L NaCl)，4 500 r/min離心20 min后過濾收集上清液，此步驟重復(fù)2次所得濾液即為肌原纖維蛋白溶液。利用雙縮脲法對蛋白質(zhì)濃度進(jìn)行測定。

1.3.7 總巰基含量測定

參照SUN等[11]的方法并稍作修改。取1 mL肌原纖維蛋白溶液(2.0 mg/mL)，加入9 mL Tris-HCl緩沖液(0.02 mol/L，pH = 7.2，內(nèi)含10 mmol/L EDTA，0.6 mol/L KCl，8 mol/L尿素，2% 十二烷基硫酸鈉)，并混合均勻。取4 mL混合液并加入0.4 mL 0.1%的DTNB溶液，25 ℃水浴30 min后測定其在412 nm處吸光度，用ε=13 600 mol/(L·cm)計算總巰基含量。

1.3.8 羰基含量測定

根據(jù)ZHANG等[12]的方法并經(jīng)適當(dāng)修改。取1 mL肌原纖維蛋白溶液(2.0 mg/mL)于離心管中，再向其中加入1 mL溶解于2 mol/L HCl的 2,4-二硝基苯肼溶液(10 mmol/L)，黑暗、室溫環(huán)境下靜置1 h(每隔10 min漩渦1次)，然后加入1 mL TCA(體積分?jǐn)?shù)20%)，4 ℃下10 000 r/min離心15 min。棄上清液，用1 mLV(乙酸乙酯)∶V(乙醇)=1∶1洗滌沉淀3次，除去未反應(yīng)的試劑。向沉淀中加入4 mL鹽酸胍溶液(6 mol/L，溶于20 mmol磷酸鹽緩液，pH=6.5)，37 ℃ 溶解20 min，對樣品在370 nm處吸光度進(jìn)行測定。用ε=22 000 mol/(L·cm)計算羰基含量。以2 mol/L HCl代替2,4-二硝基苯肼溶液作為對照。

1.3.9 Ca2+-ATPase活性的測定

參照GUO等[13]的方法，略有改動。取4 mL肌原纖維蛋白液(2.0 mg/mL)，依次加入1 mL CaCl2(0.05 mol/L)，1 mL KCl(4 mol/L)及1.5 mL三磷酸腺苷二鈉(6.67 mol/L)，28 ℃水浴保溫30 min后立即加入1 mL 15%的TCA終止反應(yīng)，空白組自反應(yīng)開始時加入1 mL 15%的TCA。反應(yīng)終止后用濾紙過濾，濾液定容至100 mL。用鉬酸銨比色法對釋放的無機(jī)磷含量進(jìn)行測定。肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性以每分鐘每毫克肌原纖維蛋白所釋放的無機(jī)磷的量表示。

1.3.10 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的測定

參考SUN等[11]的方法稍作修改。使用J-715圓二色譜分光光度計(日本Jasco公司)分析蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的變化。將1.3.6節(jié)提取的肌原纖維蛋白溶液的質(zhì)量濃度稀釋至0.2 mg/mL后將其轉(zhuǎn)移到1 mm石英管中。參數(shù)設(shè)定如下：響應(yīng)時間為0.25 s，在200～260 nm掃描，掃描速率為100 nm/min，每個樣品重復(fù)測定3次，利用CD pro軟件分析二級結(jié)構(gòu)含量。

1.3.11 硫代巴比妥酸反應(yīng)物(thiobarbituric acid reactive substances，TBARS)值測定

采用SUN等[5]的方法并稍作修改。取攪碎的魚肉2.0 g，加入20 mL 7.5% 的TCA(含0.1% EDTA)并振蕩30 min，然后在4 000 r/min，4 ℃下離心10 min，室溫下過濾。取5 mL濾液并加入5 mL硫代巴比妥酸溶液(0.02 mol/L)，90 ℃水浴40 min后冷卻至室溫，對其在532 nm處吸光度進(jìn)行測定。用TEP作標(biāo)準(zhǔn)曲線計算TBARS含量。

1.3.12 揮發(fā)性鹽基氮(total volatile basic nitrogen，TVB-N)測定

參照GB 5009.228—2016方法進(jìn)行測定。

1.3.13 數(shù)據(jù)分析

實驗中所有指標(biāo)均測定3次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。采用SPSS 22對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用ImageJ軟件分析冰晶的大小，CD pro軟件分析蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)，采用Origin 2018軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 空間效應(yīng)對超聲強(qiáng)度的影響

空間位置對UIF的影響正是由于不同位置處超聲強(qiáng)度不同所致。超聲處理過程中，換能器將電能裝換為機(jī)械能，后者振動形成的超聲波在介質(zhì)中傳播并發(fā)生一定程度的衰減。本研究中，自配載冷劑即為傳波介質(zhì)，其在不同位置處黏度、密度相同，且其中粒子或氣泡等阻礙物影響較小，因此超聲波的衰減主要由擴(kuò)散衰減導(dǎo)致，而散射衰減與吸收衰減可忽略[7]。圖2顯示了在20 kHz、0～300 W功率下，超聲裝置中距離底部1、11、21 cm，即上部、中部和下部3個不同位置的超聲強(qiáng)度。由圖2可知，隨著功率的增加，超聲強(qiáng)度也明顯增大。例如在底部，當(dāng)功率為100 W時，其超聲強(qiáng)度為0.140 W/cm2，如果超聲功率增加到300 W，則其強(qiáng)度增加至0.700 W/cm2。在軸向不同位置，超聲強(qiáng)度自下而上呈一定程度的衰減，如在220 W下，下部、中部、上部的超聲強(qiáng)度分別為0.436、0.401、0.392 W/cm2。

圖2 不同功率及不同位置下的超聲強(qiáng)度Fig.2 Ultrasonic intensity at different position with different power

2.2 空間效應(yīng)對UIF凍結(jié)速度的影響

功率是影響UIF凍結(jié)速度和凍品品質(zhì)的重要因素[14]。為比較空間位置對UIF凍結(jié)速度和魚肉品質(zhì)的影響，首先需確定最適超聲功率。將樣品置于超聲槽下部，對其在凍結(jié)過程中施加不同功率(180、220、260及300 W)的超聲處理，利用K型熱電偶對樣品在凍結(jié)過程中的中心溫度進(jìn)行記錄(圖3-a)，并對樣品通過最大冰晶生成帶的時間(-1～-5 ℃)和總凍結(jié)時間(中心溫度降低至-18 ℃)進(jìn)行了統(tǒng)計(表1)。由圖3可知，鰱魚的凍結(jié)過程呈典型的三階段。第1階段為冷卻過程，只除去食品中的顯熱，降溫較快；第2階段為中心溫度從食品的凍結(jié)點(約-1 ℃)降低至-5 ℃左右，此階段食品中大部分水結(jié)成冰，放出大量的潛熱，降溫速度比較慢；第3階段為中心溫度從-5 ℃左右降至終溫，此時放出的熱量一部分由于冰的降溫，另一部分是由于殘留的少量水繼續(xù)結(jié)冰，降溫較快[15]。其中第2階段(-1～-5 ℃)，即通過最大冰晶生成帶，其時間的長短顯著影響形成的冰晶的大小和形態(tài)。時間越短，形成的冰晶越細(xì)小，分布越均勻，對凍品造成的機(jī)械損傷也越小[16]。由圖3-a和表1可知，與對照組相比，不同功率超聲協(xié)同處理均顯著減小了樣品在凍結(jié)過程中通過最大冰晶生成帶的時間和總凍結(jié)時間。例如，在對照組和180、220、260及300 W超聲協(xié)同處理下，樣品通過最大冰晶生成帶的時間和總凍結(jié)時間分別為(395±35)、(284±8)、(261±17)、(289±28)、(299±22)和(820±55)、(645±25)、(620±41)、(671±54)、(685±39) s。超聲協(xié)同處理提高浸漬凍結(jié)速度是由于超聲的空化效應(yīng)和微射流作用。超聲在液體介質(zhì)中的傳播會產(chǎn)生空化氣泡，這些空化氣泡因膨脹而破裂，在破裂瞬間會釋放巨大的能量，局部會產(chǎn)生數(shù)個GPa的壓力，并伴隨產(chǎn)生微射流和沖擊波[14]?？栈瘹馀莺臀⑸淞髯饔眉涌炝藗鳠醾髻|(zhì)過程，從而加速了冰晶的形成。并且，其也會破壞形成的冰晶形成細(xì)小碎片，后者能夠作為晶核誘使新的冰晶的生成，從而有效減小了形成的冰晶的尺寸[17]。由表1結(jié)果可知，在220 W超聲協(xié)同處理下，樣品通過最大冰晶生成帶的時間和總凍結(jié)時間均最短，因此，在后續(xù)研究中，選定此功率為實驗功率。

表1 鰱魚在IF和不同功率下UIF的相變時間及總冷凍時間Table 1 Phase transition time and total freezing time of silver carp during IF and UIF with different power

底部IF和不同位置UIF凍結(jié)曲線和樣品通過最大冰晶生成帶的時間、總凍結(jié)時間分別如圖3-b和表2所示。上部、中部、下部UIF樣品通過最大冰晶生成帶的時間分別為(288±19)、(270±22)和(261±17) s，分別較IF組減小了27.1%、31.6%和33.9%，而總凍結(jié)時間分別較IF組減小22.2%、23.8%和24.4%。其中，下部UIF樣品通過最大冰晶生成帶的時間最短，較上部減小9.4%，較中部減小3.3%，此結(jié)果與前述超聲強(qiáng)度的結(jié)果基本一致，表明在本研究所用超聲槽及超聲功率(220 W)下，超聲強(qiáng)度自下而上的衰減對樣品的浸漬凍結(jié)速度有一定影響。

a-鰱魚IF和不同功率UIF凍結(jié)曲線；b-鰱魚IF和不同位置UIF凍結(jié)曲線圖3 鰱魚IF和不同功率及不同位置UIF的凍結(jié)曲線Fig.3 Freezing curves of silver carp during IF and UIF with different power or at different position

表2 鰱魚在IF和不同位置下UIF的相變時間及總冷凍時間Table 2 Phase transition time and total freezing time of silver carp during IF and UIF at different position

2.3 空間效應(yīng)對UIF鰱魚冰晶形態(tài)的影響

為探究空間位置對UIF魚體中冰晶形態(tài)的影響，本研究對不同位置UIF鰱魚在-18 ℃貯藏90 d后的冰晶形態(tài)進(jìn)行了觀察，結(jié)果如圖4所示。圖4中，粉紅色代表肌肉纖維，白色孔洞代表冰晶留下的空隙。由圖4可知，底部IF組白色空隙明顯大于UIF組，且肌纖維分布較為分散。與IF相比，UIF組冰晶細(xì)小，分布均勻，肌纖維保持相對完整的結(jié)構(gòu)。SUN等[5]發(fā)現(xiàn)在175 W超聲功率下，UIF豬肉經(jīng)凍藏0 d后的冰晶平均直徑為21.47 μm，遠(yuǎn)小于AF和IF組的37.73 和26.55 μm，且在-18 ℃貯藏180 d后，UIF樣品的冰晶分布依然規(guī)則均勻。劉宏影[18]以海鱸魚為對象的研究也證實超聲輔助處理顯著減小了IF樣品中冰晶尺寸，其機(jī)制正是由于超聲提高了凍結(jié)速度，有效減小了樣品通過最大冰晶生成帶的時間。

為進(jìn)一步明確不同位置UIF樣品冰晶大小的差異，對各組樣品冰晶的面積和當(dāng)量直徑進(jìn)行了統(tǒng)計分析，結(jié)果如表3所示。IF組冰晶面積及當(dāng)量直徑分別為 (1 282.9±158.2) μm2和(40.4±3.3) μm，而上部、中部、下部UIF組則分別為(688.3±52.1)、(670.4±75.3)、(648.5±73.6) μm2和 (29.6±1.3)、(29.2±2.7)、(28.7±2.6) μm。雖然底部、中部、上部UIF樣品的冰晶面積和當(dāng)量直徑逐漸增大，但均無顯著性差異(P>0.05)。該結(jié)果與表2結(jié)果基本一致，也表明在本研究所用的UIF裝置中，空間位置對魚肉在IF過程中形成的冰晶大小有一定影響，但并不顯著。

a-IF；b-上部UIF；c-中部UIF；d-下部UIF圖4 IF和不同位置UIF鰱魚在-18 ℃下凍藏90 d后冰晶形態(tài)觀察(×200)Fig.4 The morphology of ice crystal of silver carp frozen by IF and UIF at different spatial position after storage at -18 ℃ for 90 d(×200)

表3 IF和不同位置UIF鰱魚凍藏過程中冰晶大小變化Table 3 Changes in the average area and diameter of ice crystals of silver carp frozen by IF and UIF at different position during frozen storage

2.4 空間效應(yīng)對UIF鰱魚汁液流失率及蒸煮損失率的影響

肉類及水產(chǎn)食品解凍過程中，由于內(nèi)部的冰晶融化成水并且無法被肌肉全部吸收，因此會有部分水分流失形成汁液流失。流失的汁液中除了水分外，還包括蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽和一些維生素等營養(yǎng)物質(zhì)。汁液流失率過高會引起可溶性營養(yǎng)成分減少，組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，口感變差，最終引起產(chǎn)品質(zhì)量的下降[18]。底部IF和不同位置UIF鰱魚在-18 ℃凍藏90 d內(nèi)的汁液流失率如圖5-a所示。隨著貯藏時間的延長，各組樣品的汁液流失率均增加。對照組貯藏90 d后，其汁液流失率由貯藏0 d的(1.02±0.10)% 增加至(6.63±0.41)%。與對照組相比，UIF組汁液流失率明顯減小。在貯藏90 d時，上部、中部、下部UIF樣品的汁液流失率分別為(5.37±0.23)%、(5.24±0.18)%和(5.20±0.29)%，均顯著低于對照組(P<0.05)。超聲協(xié)同處理減小凍品汁液流失率是由于其提高了凍結(jié)速度，減小了樣品通過最大冰晶生成帶的時間，使得冰晶尺寸和體積減小，分布均勻，因此對魚體肌肉的機(jī)械損傷減小[15]。在整個貯藏期內(nèi)，上部、中部、下部UIF樣品的汁液流失率均沒有顯著性差異，這表明空間位置對其影響較小。

加熱使肌原纖維變性而引起肌肉結(jié)構(gòu)性損傷，從而導(dǎo)致其中水分和可溶性物質(zhì)的損失，即蒸煮損失，其對產(chǎn)品的外觀、營養(yǎng)價值等都有較大影響，對冷凍水產(chǎn)品品質(zhì)評價有重要意義[19]。與汁液流失類似，在冷凍過程中冰晶的生長會擠壓相鄰的肌原纖維，損壞排列緊密的肌肉組織，使得肌肉保水力下降，蒸煮損失率提高[5]。不同樣品的蒸煮損失率如圖5-b所示。隨著凍藏時間的延長，各組樣品的蒸煮損失率均增加。但在整個貯藏期內(nèi)，UIF組始終低于IF組(P<0.05)，這是由于冰晶尺寸影響了肌肉與水的結(jié)合能力。在第90天時，下部UIF樣品的蒸煮損失率最小為(14.58±0.38)%，與IF組相比降低了18.46%，而上部及中部UIF樣品則分別為(14.85±0.54)%和(15.38±0.62)%。這些結(jié)果顯示，空間位置雖然對樣品的蒸煮損失率有一定影響，但差異并不顯著。

a-汁液流失率；b-蒸煮損失率圖5 IF和不同位置UIF鰱魚的汁液流失率及蒸煮損失率變化Fig.5 Change of the juice loss rate and cooking loss rate of silver carp frozen by IF and UIF at different spatial position during frozen storage

2.5 空間效應(yīng)對鰱魚蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的影響

IF及不同位置UIF鰱魚凍藏60 d后的圓二色譜如圖6-a所示。不同位置UIF樣品在220 nm處都有一特征峰，而IF樣品在197 nm處有一特征峰，二者分別代表α-螺旋和無規(guī)卷曲，這表明UIF樣品和IF樣品的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)有明顯區(qū)別。相對定量分析結(jié)果顯示(圖6-b)，與IF樣品相比，UIF樣品的α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角含量明顯更高，而代表著蛋白質(zhì)無序、松散結(jié)構(gòu)的β-折疊和無規(guī)則卷曲含量則明顯更低。例如，IF樣品的α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角、β-折疊及無規(guī)則卷曲分別為50.1%、15.8%、18.9%及14.2%，底部UIF樣品則分別為57.3%、20.1%、14.1%和8.5%。LYU等[20]研究發(fā)現(xiàn)α-螺旋是肌球及肌原纖維蛋白主要的二級結(jié)構(gòu)，這表明UIF樣品保持了更多的魚肉蛋白原本的結(jié)構(gòu)。

a-CD譜；b-各種二級結(jié)構(gòu)含量圖6 IF和不同位置UIF鰱魚的二級結(jié)構(gòu)分析Fig.6 Secondary structure of protein of silver carp frozen by IF and UIF at different spatial position during frozen storage

Ca2+-ATPase 活性反映了肌原纖維蛋白的變性狀況，也是常用的魚肉蛋白質(zhì)變性指標(biāo)[21]。IF和不同位置UIF樣品在貯藏過程中Ca2+-ATPase活性變化如圖7所示。由圖7可知，在0～90 d凍藏期內(nèi)，各樣品的Ca2+-ATPase 活性均呈下降趨勢。各樣品初始Ca2+-ATPase活性為0.80～0.82 μmol Pi/(min·mg蛋白質(zhì))，凍藏30 d后，各組之間無顯著性差異(P>0.05)。若進(jìn)一步延長貯藏期至60或90 d，IF樣品Ca2+-ATPase活性下降速度明顯快于UIF樣品。凍藏90 d時，IF樣品Ca2+-ATPase活性為(0.387±0.012) μmol Pi/(min·mg蛋白質(zhì))，而不同位置UIF樣品中上部樣品的Ca2+-ATPase活性最低，但仍高IF樣品12.0%。

圖7 IF和不同位置UIF鰱魚凍藏期間Ca2+-ATPase活性Fig.7 Activity of Ca2+-ATPase of silver carp frozen by IF and UIF at different spatial position during frozen storage

綜合圖6和圖7結(jié)果可知，超聲協(xié)同處理可以有效保護(hù)IF魚肉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，其機(jī)制正是由于超聲處理有效減小了冰晶的尺寸，減小其對細(xì)胞的損傷，提高了冷凍后魚肉蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性[11]。不同位置UIF樣品各二級結(jié)構(gòu)含量及Ca2+-ATPase活性均無顯著性差異，表明空間位置對UIF鰱魚蛋白質(zhì)穩(wěn)定性無明顯影響。

2.6 空間效應(yīng)對UIF鰱魚蛋白質(zhì)氧化的影響

巰基是蛋白質(zhì)中重要的活性基團(tuán)，易與各種活性氧基團(tuán)反應(yīng)，其含量是常用的蛋白質(zhì)氧化指標(biāo)[16]。底部IF及不同位置UIF鰱魚在凍藏期間總巰基含量變化如圖8-a所示。隨著凍藏時間的延長，各樣品總巰基含量均明顯下降(P<0.05)。樣品初始巰基含量在75～80 nmol/mg左右，而IF組和上部、中部、下部UIF組凍藏60 d后則分別減小至(52.85±0.59)、(57.35±1.27)、(56.25±1.57)及(58.57±0.93) nmol/mg，若延長凍藏時間至90 d，則分別進(jìn)一步減小至(45.76±0.85)、(50.65±0.84)、(51.92±0.76)、(52.61±1.00) nmol/mg。與IF組相比，UIF樣品的巰基含量在整個貯藏期明顯更高，而不同位置UIF樣品在整個貯藏期內(nèi)總巰基含量并沒有顯著差異(P>0.05)。

蛋白質(zhì)中賴氨酸、蘇氨酸、脯氨酸和精氨酸等氨基酸殘基側(cè)鏈在多種活性氧基團(tuán)的作用下易氧化生成羰基，其含量也是常用的蛋白質(zhì)氧化指標(biāo)[12]。各樣品在凍藏期間中羰基含量變化如圖8-b所示。在貯藏0 d時羰基含量為1.3～1.5 nmol/mg，在貯藏前30 d，變化均不顯著，不同組之間也無顯著性差異(P>0.05)。若進(jìn)一步延長貯藏時間至60 d，各組樣品的羰基含量均明顯增加。此時，IF組為(2.60±0.11) nmol/mg，而上部、中部和下部UIF組則分別為(2.25±0.08)、(2.18±0.10)、(2.32±0.04) nmol/mg，均顯著小于前者(P<0.05)。凍藏90 d時，上部、中部及下部UIF樣品的羰基含量分別為(2.48±0.04)、(2.36±0.08)和(2.52±0.03) nmol/mg，相互之間均無顯著性差異(P>0.05)。貯藏前期羰基含量變化不顯著的原因可能是由于2,4-二硝基苯肼比色法靈敏度較低，并不適合于低含量羰基化合物的檢測。而貯藏后期羰基含量增加減緩的原因可能是由于生成的羰基化合物與樣品中的多種成分如糖、脂和親核化合物反應(yīng)，或相互間聚合生成不溶性氧化產(chǎn)物所致[22]。

上述結(jié)果均表明超聲協(xié)同處理有效抑制了IF魚肉蛋白質(zhì)在貯藏期間中的氧化，該結(jié)論與SUN等[10]在鯉魚塊中的研究結(jié)論一致。其原因可能是超聲協(xié)同處理減小了凍品中冰晶的尺寸，使得樣品的機(jī)械損傷程度減小，暴露在空氣中的氨基酸殘基也相應(yīng)減少，因此氧化程度降低[18]。綜合巰基和羰基測定結(jié)果可知，空間位置對UIF鰱魚的蛋白質(zhì)氧化無明顯影響。

a-總巰基含量；b-羰基含量圖8 IF和不同位置UIF鰱魚的總巰基含量及羰基含量Fig.8 Change of the total sulfhydryl groups and the carbonyl content of silver carp frozen by IF and UIF at different spatial position during frozen storage

2.7 空間效應(yīng)對UIF鰱魚TBARS值的影響

脂肪氧化會改變水產(chǎn)品的色澤和口感，并造成多不飽和脂肪酸等營養(yǎng)成分的損失。TBARS值是檢測脂質(zhì)氧化程度的常用指標(biāo)。由圖9可知，凍藏期間各樣品的TBARS值均呈上升趨勢。貯藏0 d時樣品的TBARS值在0.20 mg/kg左右，貯藏60 d后IF組線性增加至(0.62±0.01) mg/kg，而上部、中部、下部UIF組則分別增加至(0.53±0.01)、(0.53±0.01)及(0.51±0.01) mg/kg。若延長貯藏時間至90 d，IF組增加至(0.68±0.01) mg/kg，顯著高于各UIF組。該結(jié)果表明超聲協(xié)同處理顯著減小了魚肉脂質(zhì)在貯藏期間的氧化，其機(jī)制是超聲減小了凍品中冰晶的尺寸，并使其形狀呈規(guī)則圓形，從而減小了樣品的機(jī)械損傷，最終使得樣品暴露在空氣中的面積減小，因而脂質(zhì)氧化速率降低[23]。另外，水由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)過程中，其體積膨脹使得細(xì)胞受到擠壓變形甚至破裂，從而使得胞內(nèi)氧化酶、促氧化劑等釋放，也會加速脂質(zhì)的氧化[23]。UIF樣品由于膜損傷減小，其胞內(nèi)各種促氧化劑釋放到胞外的比例減小，這也是超聲協(xié)同處理減小UIF樣品在凍藏過程中脂質(zhì)氧化的原因之一。在整個貯藏期內(nèi)，不同位置UIF樣品的TBARS值基本保持一致，相互之間無顯著性差異(P>0.05)，說明空間位置對UIF樣品在貯藏過程中的脂質(zhì)氧化影響很小，其原因正是由于這些樣品的凍結(jié)速率沒有顯著性差異，從而使得樣品間冰晶尺寸也沒有顯著性差異。目前，尚沒有關(guān)于空間位置對UIF樣品的凍結(jié)速度、冰晶尺寸、TBARS值等影響的相關(guān)研究報道。但已有的其他相關(guān)研究論文都顯示，樣品凍藏期間TBARS值變化高度依賴樣品的凍結(jié)速度和冰晶尺寸。凍結(jié)速率越大，冰晶尺寸越小，樣品凍藏期間TBARS值也就越小。例如，MA等[24]研究發(fā)現(xiàn)，AF、IF、單頻超聲輔助浸漬凍結(jié)、雙頻超聲輔助浸漬凍結(jié)、三頻超聲輔助浸漬凍結(jié)的凍結(jié)速率依次增大，而經(jīng)這些方法凍結(jié)樣品凍藏后TBARS值則依次減小。SUN等[5]在鯉魚塊中的研究也發(fā)現(xiàn)，AF、IF和UIF樣品的凍結(jié)速率依次增大，形成的冰尺寸則依次減小，樣品在凍藏期間的TBARS值也依次減小。

圖9 IF和不同位置UIF鰱魚凍藏期間TBARS值變化Fig.9 Change of TBARS values in silver carp frozen by IF and UIF at different spatial position during frozen storage

2.8 空間效應(yīng)對UIF鰱魚TVB-N含量的影響

動物性食品在酶和細(xì)菌的作用下，蛋白質(zhì)會分解產(chǎn)生氨以及胺類等堿性含氮物質(zhì)(TVB-N)[25]，其含量是評價水產(chǎn)品新鮮度最常用的指標(biāo)之一。各樣品在貯藏期間內(nèi)TVB-N含量變化如圖10所示。隨凍藏時間的延長，各樣品TVB-N值均增加，其中IF組上升速度最快，而UIF組上升較緩慢，且前者始終高于后者。凍藏至90 d時，IF組及上部、中部及下部UIF組的TVB-N值分別為(12.73±0.61)、(11.10±0.33)、(10.65±0.67)和(10.48±0.59) mg/100g，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2733—2015，所有樣品均處于一級鮮度。已有多項研究顯示超聲協(xié)同處理有效減小了IF魚、蝦等水產(chǎn)品貯藏過程中TVB-N的生成。在整個貯藏期內(nèi)，不同位置UIF樣品的TVB-N值差異并不顯著(P>0.05)，表明超聲位置對UIF魚肉在凍藏期間的鮮度影響很小。

圖10 IF和不同位置UIF鰱魚凍藏期內(nèi)TVB-N含量變化Fig.10 Change of TVB-N content in silver carp frozen by IF and UIF at different spatial position during frozen storage

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，超聲協(xié)同處理顯著增加了魚肉IF凍結(jié)速度，從而有效減小了樣品中的冰晶尺寸和凍藏過程中的汁液流失率、蒸煮損失率，抑制了樣品在凍藏期間的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化和氧化、脂質(zhì)氧化等，有效提高了凍藏魚肉的鮮度(P<0.05)。不同位置UIF魚肉的結(jié)果表明，隨著與超聲換能器距離的增加，超聲強(qiáng)度和UIF凍結(jié)速度均有一定程度減小，凍結(jié)魚肉中形成的冰晶尺寸稍有增大，但并不顯著。不同位置UIF魚肉在凍藏過程中的汁液流失率、蒸煮損失率、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化和氧化、脂質(zhì)氧化、鮮度等均無顯著性差異(P>0.05)。這些結(jié)果表明，超聲協(xié)同處理通過提高IF凍結(jié)速度而有效減小了樣品的冰晶尺寸，從而提高了樣品凍藏期間的品質(zhì)。不同位置UIF凍結(jié)速度和冰晶尺寸均無顯著性差異，從而使得樣品凍藏品質(zhì)也無顯著性差異。本研究結(jié)果對UIF的應(yīng)用具有一定的借鑒和參考。