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第23卷 第8期2007年8月农 业 工 程 学 报T ransactions of the CSA EVol.23No.8A ug.2007不同冻结和解冻速率对猪肉保水性和超微结构的影响余小领1,2,李学斌3,闫利萍1,2,马汉军2,徐幸莲1,周光宏1(1.南京农业大学食品科技学院,教育部肉品加工和质量控制重点实验室,南京210095;2.河南科技学院食品科技学院,新乡453003;3.河南科技学院动物科技学院,新乡453003)摘要:采用均匀设计研究不同个体、冻结和解冻速率对猪肉保水性和组织结构的影响,结果显示:解冻速率对解冻汁液流失率的影响成非线性关系,在一定的范围内存在最佳解冻速率使解冻汁液流失率最低;蒸煮损失率的主要影响因素是冷冻速率,不同的肉品来源对猪肉的蒸煮损失率有显著影响;肉品的加压系水力主要与肉的来源相关,与肉品的冷冻工艺无关;解冻速率对全蛋白的溶解性有一定的影响,且成非线性关系;冻结和解冻操作对于肉品的超微结构有一定的影响,解冻速率越大对于肉品超微结构的破坏作用也越大。关键词:冻结;解冻;解冻汁液流失率;超微结构中图分类号:TS251.1文献标识码:B文章编号:100226819(2007)820261205余小领,李学斌,闫利萍,等.不同冻结和解冻速率对猪肉保水性和超微结构的影响J.农业工程学报,2007,23(8):261-265.Yu Xiaoling,L i Xuebin,Yan L iping,et al.Effects of different freezing and thaw ing rate on water2holding capacity and ultrastructure ofporkJ.Transactions of the CSAE,2007,23(8):261-265.(in Chinese w ith English abstract)收稿日期:2006210218修订日期:2007206213基金项目:十一五国家支撑计划项目(2006BAD05A 03);江苏省成果转化专项基金资助项目(BA 2005009)作者简介:余小领(1973-),女,河南省修武县人,博士生,主要研究方向:肉品质量控制。南京南京农业大学食品科技学院,210095通讯作者:周光宏(1960-),教授,博士生导师,主要从事肉品质量控制与加工方面的研究。南京南京农业大学食品科技学院,210095。Email:0引言在现代肉及肉制品加工业中冷冻畜禽肉是国家调节肉食品市场的重要产品,也是肉类产品在进出口贸易和国内地区间流通的主要形态。有关冷冻速度和肉的贮藏温度对冷冻肉的影响的研究已有大量报道1-10。尽管研究的结论不尽一致,但大部分都认为提高冷冻速度和降低贮藏温度能够提高肉的质量。冻结食品在消费或加工前必须解冻,与冷冻技术的发展相比,解冻技术发展较晚,且深入研究较少。关于解冻速度对食品品质的影响存在两种观点11-13,一种认为快速解冻使汁液没有充足的时间重新进入细胞中,从而产生大量流失;另一种观点认为快速解冻可以减轻浓溶液对食品质量的影响,同时也缩短微生物繁殖与生化反应的时间。因此,最优解冻速度的确定是一个有待研究的问题。食品在解冻过程中最常出现的问题是汁液流失,汁液流失的多少与肉品的切分程度、冻结方式、冻藏条件以及解冻方式等有关。本文通过对来源于不同个体的猪肉经过不同冻结和解冻处理后的各项理化指标的研究,探讨不同来源、不同冻结速率和不同解冻速率对解冻后猪肉保水性和超微结构的影响。1材料与方法1.1试验材料和处理方法选择常规屠宰工艺屠宰后的猪胴体(来源于江苏省食品公司屠宰厂),在屠宰后45m in之内从胴体上将背最长肌分割下来作为试验材料。试验所用的3条背最长肌分别来源于3头不同的个体。从每条背最长肌上随机取质量为(1005)g的小肉块八份(注意应尽量使所取的样品大小形状相近,呈规则的长方形,以减少试验的误差),详细记录初始质量;然后依据试验设计分别在两个不同温度条件下进行冻结(-23鼓风冻结,-18静止冻结);冻结结束后在6种不同的条件下进行解冻(8冰箱解冻,23静止空气解冻,24水浴解冻,21流水解冻,32水浴解冻,40水浴解冻,直至肉块中心温度达到2,解冻终止);解冻结束后进行各项理化指标的测定。试验设计采用均匀设计法14,具体设计方案见表1。表1U 6(632)均匀试验设计及因素水平Table 1Factors and levels of U 6(632)uniformexperi mental design试验号解冻速率动物个体冻结速率(控制温度)1111222233314412552166321.2指标测定方法1.2.1解冻速率及其测定由于从传热角度来看,解冻是冻结的逆过程,根据20世纪70年代国际制冷学会提出的食品冻结速率的定义15,将解冻速率定义为:Vt=Lt式中 L 食品表面与热中心的最短距离,cm;t 食品表面达0 至热中心达2 所用的时间,h。162解冻速率的测定方法是:解冻前将两个热电偶温度计的探头一个沿着与肌纤维平行的方向插入样品的几何中心,另一个插入到距离肉样边缘0.5 cm的部位。从热电偶温度计的表盘上读出解冻过程的温度的同时计时,读数的频率大约为1?3m in-1。解冻结束后根据解冻速率的定义和所记录的解冻过程来计算解冻速率。1.2.2解冻汁液流失率样品解冻前称重(W1),按照试验设计的不同条件解冻后,将塑料袋中的解冻流失的汁液倒掉,然后肉样用吸水纸吸干,再次称重(W2),解冻汁液流失率按照下式计算:TL=W1-W2W1100%式中 TL 解冻汁液流失率,%;W1 解冻前样品质量,g;W2 解冻后样品质量,g。1.2.3加压系水力采用加压滤纸法。测定剁碎肉样在343.35N压力下水分的损失量,加压系水力按照下式计算:W H C=X2X1100%式中 W H C 加压系水力,%;X1 加压前样品质量,g;X2 加压后样品质量,g。1.2.4蒸煮损失率一定大小的肉样在蒸煮前称重(Y1)。蒸煮后冷却到室温,用吸水纸吸干水分,然后再次称重(Y2)。蒸煮损失率采用下式进行计算:CL=Y1-Y2Y1100%式中 CL 蒸煮损失率,%;Y1 蒸煮前样品质量,g;Y2 蒸煮后样品质量,g。1.2.5肌肉蛋白质的溶解性参照Joo等的方法16测定蛋白质的溶解性。1.2.6透射电镜观察将刚从胴体上分割下来的肉样和解冻结束后的肉样,用解剖剪剪下小块组织放在3%戊二醛溶液中固定3d或更长时间,再用1%的四氧化锇后固定,磷酸缓冲液(pH 7.3)漂洗,乙醇梯度脱水,然后用Epon812环氧树脂进行包埋。然后用超薄切片机进行切片,醋酸双氧铀和柠檬酸铅染色,最后在JEM2100CX2透射电子显微镜下观察拍照17。1.3数据处理运用SPSS13.0对所测定的指标进行方差分析、参数估计和回归分析18;采用MA TLAB软件进行方程最优解的求取。2结果与分析2.1解冻速率根据解冻速率的定义和实际所记录的解冻过程的数据,计算得到不同解冻条件下的解冻速率见表2。可见在同样的介质中静止解冻,随着解冻温度的升高解冻的速率逐渐增大,如试验1和2的介质均为静止空气,5和6的介质均为静水,温度越高解冻速率越大;肉样在流水中的解冻速率高于在静水中的解冻速率,从3和4的对比中可以看出。另外从2和3的对比中可以看出水解冻快于空气解冻。表2不同解冻条件下的解冻速率Table 2Thaw ing rate at different thaw ing conditions试验号解冻速率?cmh-110.650.0220.890.0133.160.1245.220.0955.450.2268.570.29注:1.表所列数据为“平均值标准差”;2.样本容量为3。2.2解冻汁液流失率运用混合线性模型以不同个体和冷冻速率为固定效应,以解冻速率为随机效应对均匀设计所得的结果进行方差组分的分析,结果表明:不同的个体和冷冻速率对汁液流失率有显著影响(P 0.05)。通过参数估计(见表3),对解冻汁液流失率进行校正(见表4)。对消除了固定效应(个体和冻结速率)影响后的校正值(见表4),以解冻速率为连续变量进行回归分析,得出的回归方程为:TL=2.473-0.853Vt+0.155V2t-0.001V3t式中 TL 解冻汁液流失率,%;Vt 解冻速率,cm?h。方程的复相关系数为0.703,接近显著水平18。这表明解冻速率对解冻汁液流失率的影响成非线性关系,在一定的范围内可能存在最佳解冻速率可以使肉品的解冻汁液流失率最低。应用MA TLAB软件求解在试验条件下的最佳解冻速率为2.83cm?h,此时所对应的解冻汁液流失率为1.28%。表3固定效应的参数估计Table 3Esti mates of fixed effects因素解冻汁液流失率参数估计P蒸煮损失率参数估计P加压系水力参数估计P蛋白溶解度参数估计P冻结速率1-0.580.03-2.020.00010.340.73-2.850.54冻结速率20000个体10.910.015.210.001-5.880.0001-3.830.52个体2-0.700.032.610.0011.000.42-5.550.35个体30000262农业工程学报2007年表4校正前后的解冻汁液流失率、蒸煮损失率和加压系水力Table 4Thaw ing loss rate,cook loss rate and water holding capacity under pressure before and after adjustment试验号解冻汁液流失率?%校正前校正后蒸煮损失率?%校正前校正后加压系水力?%校正前校正后12.460.172.130.1734.260.2531.070.2559.932.1865.812.1820.960.381.660.3833.661.4831.381.2666.281.7065.281.7030.730.381.320.3829.940.5731.970.5766.030.4166.030.4142.350.241.440.2437.450.5332.240.5360.393.3566.273.3550.630.371.910.3731.191.5031.931.3167.791.9666.791.9662.250.392.250.3931.341.4531.341.4566.052.4266.052.42注:1.表所列数据为“平均值标准差”;2.样本容量为3。2.3蒸煮损失率运用混合线性模型以不同个体和冷冻速率为固定效应,以解冻速率为随机效应对均匀设计所得的结果进行方差组分的分析,结果表明:不同的个体和冷冻速率对蒸煮损失率有显著影响(P 0.05,见表3)。通过参数估计(见表3),对蒸煮损失率进行校正(见表4)。运用回归分析法对校正后的蒸煮损失率值进行分析,解冻速率及其不同次方均没有进入方程,表明解冻速率对蒸煮损失率没有显著影响。2.4加压系水力运用混合线性模型以不同个体和冷冻速率为固定效应,以解冻速率为随机效应对均匀设计所得的结果进行方差组分的分析,结果表明:不同的个体对加压系水力有显著影响(P 0.05),其参数估计的显著水平见表3,所以不需要进行校正,可以直接进行回归分析。通过回归分析得出的回归方程为:T PS=197.202-0.2V2t式中T PS 全蛋白溶解度,mg?g;Vt 解冻速率,cm?h。方程的复相关系数为0.522,虽未达显著水平,但解冻速率对全蛋白的溶解性有一定的影响,解冻速率越高,蛋白的溶解度越低,可能与高解冻速率条件下,冰晶溶解后,水分来不及进入细胞重新被蛋白质吸附从而导致蛋白质的变性程度增大有关,因而高解冻速率条件下的解冻汁液流失率也大。2.6超微结构新鲜肉样的透射电镜超微结构图和经过不同冻结和解冻操作后肌肉的超微结构图见图1。通过对比可以看出,经过冻结和解冻操作对于样品的超微结构有一定的破坏,从图上可以清楚地看到组织结构的弱化;所有经过冻结和解冻操作的肉样,不管冻结速率和解冻速率如何,其暗带和亮带的界限均不太明显,但都还可以模糊地看到亮带和暗带。大多肉样的Z线都还清晰可见,但不如新鲜肉样的Z线那么浓重。随着解冻速率的增大组织结构的弱化更加强烈,解冻速率最大的试验6,其超微结构的明带和暗带已经完全无法区分,但是Z线仍然依稀可见。从图上看到处理(2)的明带和暗带也已经完全无法区分,这可能是与慢速冻结有关。362第8期余小领等:不同冻结和解冻速率对猪肉保水性和超微结构的影响注:1.图中(1)、(2)、(3)、(4)、(5)和(6)分别对应于试验号1、2、3、4、5和6;G1、G2、G3是个体1、2、3在未冻结状态的超微结构图。2.图中白色标尺的长度为500 nm图1肌肉的超微结构图(7000)Fig.1Representative ultrastructure of pork muscle under transm ission electron m icrographs(7000)3讨论一些研究表明,增加冻结速度可以减少汁液流失19;也有一些研究者认为冻结速率对于解冻汁液流失率没有显著影响20。N gapo等11以质量为6 g的小肉样为对象,研究了冻结速率、冻藏时间和解冻速率对于解冻汁液流失率的影响,结果发现:以冻结时间为12到120 m in的速度通过最大冰晶生成带的肉样,所形成的汁液流失与新鲜肉样的没有显著差异;以冻结时间为240到900 m in的速度通过最大冰晶生成带的肉样解冻时所形成的滴水损失与新鲜肉样显著不同。本文的研究结果表明:冻结速率对解冻汁液流失率的大小有显著的影响,且冻结速率越大解冻汁液流失越小。关于解冻速率对于肉品品质影响方面的研究,与冻结速率相比虽然较少,但相互之间也是矛盾重重。Gonzalez2Sanguinetti等(1985)21的研究结果表明,在解冻时间小于60 m in的条件下,降低解冻速率,汁液流失增多。当解冻时间大于60m in时,滴水损失的量与解冻速率无关。相反,有些研究发现快速解冻所产生的汁液流失较少22,而Ciobanu(1972)23的研究则发现解冻速率对于汁液流失无显著影响。本文的研究结果表明解冻速率对解冻汁液流失率的大小有显著的影响,且成非线性关系,在试验条件下的最佳解冻速率为2.83 cm?h,此时所对应的解冻汁液流失率为1.28%。从本文的研究结果可以看出,不同个体对于解冻汁液流失率、蒸煮损失率和加压系水力均有显著影响。因此,在实际生产中,如果想控制冻肉解冻汁液流失率达到最小,除了掌握一个较佳的解冻速率之外,还应通过三次设计探明生产上的冷冻速率、不同品种个体等因素的可操作范围,以适应规模化生产的需要。总体来说,由于本研究并无特别苛求供试样品个体来源等因素,因此,本文所提供的结果还是具有较好的鲁棒性的。4结论通过均匀试验,对其结果进行方差组分的分析、参数估计和校正,并运用回归分析法对校正后的结果进行分析,我们初步得出这样的结论:1)解冻速率对解冻汁液流失率的影响成非线性关系,在一定的范围内存在最佳解冻速率可以使肉品的解冻汁液流失率最低;在试验条件下的最佳解冻速率为2.83 cm?h,此时所对应的解冻汁液流失率为1.28%。2)蒸煮损失率的主要影响因素是冷冻速率而非解冻速率,不同的肉品来源对蒸煮损失率有显著影响。3)加压系水力主要与肉的来源相关,而与冷冻及解冻工艺无关。4)解冻速率对全蛋白的溶解性有一定的影响,且成非线性关系。这可能是不同解冻速率影响解冻汁液流失率的原因之一。5)冻结和解冻操作,对于肉品的超微结构有一定的破坏,且462农业工程学报2007年解冻速率越大对于超微结构的破坏作用也越大。参考文献1Berry B W,Leddy K F.Effect of freezing rate,frozen storagetemperature and storage time on tenderness values of beef pattiesJ.Journal of Food science,1989,54:291-296.2Boles J A,Swan J E.Effect of post2slaughter processing and freez2ing on the functionality of hot-boned meat from young bullJ.M eat Science,1996,44:11-18.3M ittal G S,Barbut S.Effects of freezing rate and storage time onthestructural properties of m inced meat J.Lebensm ittel2W issenschaft2und2Technologie,1991,24:226-230.4Gruji R,Petrovi L,Pikula B,et al.Definition of the optimumfreezing rate1.Investigation of structure and ultrastructure ofbeefM.longissim us dorsifrozen at different freezing rates J.M eat Science,1993,33:301-318.5Petrovic L,Grujic R,PetrovicM.Definition of the optimum freez2ing 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niversity,N anjing210095,China;2.D epartm ent of Food S cience and T echnology,H enan Institute of S cience and T echnology,X inx iang453003,China;3.D epartm ent of A nim al S cience and T echnology,H enan Institute of S cience and T echnology,X inx iang453003,China)Abstract:U niform design experi ment was adopted to study the effects of freezing rate,thaw ing rate and individuals on water holdingcapacity and ultrastructure of pork.Results show that the effect of thaw ing rate on thaw ing loss rate is nonlinear,and there is anopti mum thaw ing rate to decrease the thaw ing loss rate;The main factor that affect cook loss rate is not thaw ing rate but freezingrate,and different individuals have significant effect on cook loss rate;W ater holding capacity is correlated to different individuals,and is independent of freezing rate and thaw ing rate;Thaw ing rate has some effect on total protein solubility w ith monlinear relation2ship,and other factors considered have no effects on it;Freezing and thaw ing have bad effects on the ultrastructure of thawed meat,the quicker the thaw ing rate,the worse the effect.Key words:freezing;thaw ing;thaw ing loss rate;ultrastructure562第8期余小领等:不同冻结和解冻速率对猪肉保水性和超微结构的影响