温度波动对冻藏水产品品质影响及控制措施的研究进展

吕颖，谢晶,2,3*

1(上海海洋大学 食品学院，上海，201306)2(上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心，上海，201306) 3(上海海洋大学，食品科学与工程国家级实验教学示范中心，上海，201306)

水产品蛋白质含量高、脂肪含量低，维生素和微量元素含量丰富，营养价值极高，但受其捕获和处理方式、肉质的脆弱性和柔软性，以及其自溶酶的活性温度低，附着的微生物在室温下活性强等影响，常温下水产品容易腐败变质[1]。而低温能显著降低水产品中酶的活性，抑制其脂质和蛋白的氧化和微生物的生长繁殖，有效地延缓水产品腐败变质，延长其货架期[2]。

水产品从捕捞、加工、储存、运输、配送、销售直到消费者手中的整个过程需要通过冷链来完成。在冷链物流中，温度的控制是影响水产品质量的主要因素[3]，然而温度波动甚至是多次冻融的情况在冷冻水产品的冷链流通过程中时有发生，一方面是因为冷链各环节的温度存在差异，另一方面是由于目前冷链的断链是一个普遍的问题[4]，这种情况尤其是在餐馆、家庭和零售环节中时有发生[5]。例如装运产品暴露在外界气温下，冷库压缩机的启停，以及停电故障等不可控因素，以及一些人为因素[6]。这些因素导致的温度变化会使冷冻水产品的货架期缩短，失去原有的高品质[7]。近几年对新型冷冻方法的研究比较多，而对冷冻后贮运环节中品质的变化及其控制技术的研究比较少。本文综述了近年来有关温度波动对冻藏食品品质影响的研究，以及减少温度变化带来的不良影响的措施，为未来如何在贮运过程中更好地保持水产品良好品质，延长货架期提供一定的理论参考。

1 冷链流通过程中温度变化对水产品品质的影响

1.1 温度波动对水产品品质的影响机理

温度波动使水产品加速劣变是由多种因素共同作用造成的，其中最主要的就是温度波动会引起组织中的冰晶重结晶和进一步生长，从而对细胞造成机械损伤[8]。当环境温度发生波动时，水产品的冻结率会发生变化，组织中的部分水分处于冻结-融化循环状态。当环境温度升高时，组织中较小的冰晶会先融化，扩散到细胞表面，当温度再次降低时，由于蒸汽分压力差的存在，这些水会聚集在较大冰晶的周围，重新冻结，导致冰晶颗粒变大[9]，从而导致冰晶的平均尺寸增加，较大的晶体使肌肉蛋白发生重排、聚集、交联和不可逆变性，从而导致肌肉组织中持水能力下降，引起的肌肉组织内部变化，影响产品的质地、营养物质和风味。此外，由于产品中未冷冻的水含量增加，酶活性增加，促进了微生物的生长，并且提高了因蛋白质水解和脂质氧化所引起变质的风险[10]。

1.2 温度波动对水产品物理品质的影响

1.2.1 质地

质构特性包括硬度、弹性、剪切力等指标，硬度反映了水产品保持原有良好形状的内部结合力, 与肌肉组织的含水量、蛋白质含量、脂肪含量有关，弹性反映水产品肌肉组织中的蛋白质及其水化层形成的网状结构抵抗外力的能力，与肌原纤维蛋白的化学结构和水结合的作用力密切相关，这些都是评价水产品肉质的重要指标[11]。年益莹[12]模拟冷冻鲟鱼在-18 ℃冷链运输中出现不同次数的-3 ℃断链物流及断链销售，结果显示，温度波动时鱼肉组织中冰晶生长，肌肉纤维之间的空隙变大，肌原纤维的空间结构发生改变；并且组织中的水分发生了迁移，导致肌肉蛋白脱水变性，鱼肉的硬度和剪切力下降，持水力降低蒸煮损失率升高。王硕等[13]以三文鱼为对象模拟了4种不同的物流变温过程，结果表明在贮藏期间，肌原纤维蛋白会发生降解，硬度、弹性均呈下降趋势，并且温度波动越频繁，下降趋势越明显。温度波动使小冰晶融化后附着在大冰晶上形成更大的冰晶体，增大了肌肉纤维间的空隙，还会引起肌肉纤维空间结构发生变化[14]。同时，细胞中水分的不断迁移使部分肌原纤维蛋白发生脱水变性，从而影响水产品的质地特性[15]。

1.2.2 感官品质

感官评定通过人的感官从水产品的形态、色泽、气味，直观地反映水产品品质，温度波动会加速感官评分的下降，使水产品失去其商品价值[16]。王则金等[17]对明虾进行反复冻融处理，在第4次冻融循环时虾头尾出现部分黑化现象，并随着冻融次数的增加，感官品质下降严重，严重影响其商品价值。肖蕾等[18]模拟大目金枪鱼的冷链流通中可能出现的2种断链情况，研究发现在稳定的-55 ℃温度下的大目金枪鱼肉色泽稳定，贮藏初期红度值几乎没有什么变化，后期平缓下降，而断链组在整个贮藏期间红度值下降显著，结果表明温度波动加剧了大目金枪鱼鱼肉的褐变。龚漱玉[19]对生鲜三文鱼进行反复冻融处理(-20～20 ℃)，结果显示，当反复冻融5次以上后鱼香味逐渐消失，开始出现腐败味，色泽逐渐暗淡，鱼肉纹理逐渐模糊，表明在运输和贮藏期间由于温度大幅度地波动引起的反复冻融会对三文鱼的感官方面产生不良影响。水产品的色泽变化与肌肉组织中高铁肌红蛋白的含量有密切的关系，温度波动加速了肌红蛋白向高铁肌红蛋白的转化，加剧了鱼肉的褐变；另外反复冻融造成的细胞损伤使色素类物质流失也会导致红度值的下降[20]。

1.3 温度波动对水产品化学品质的影响

1.3.1 脂质氧化

温度波动中的冰晶体生长会对肌肉细胞造成机械损伤，使细胞释放氧化酶、铁、血红素蛋白等促进脂质氧化的成分。通常使用硫代巴比妥酸反应性物质(TBARS)方法测量脂质氧化二级产物的质量，这些次级产品会导致水产品腐臭，产生刺激性气味和其他异味。林二妹[21]对明虾进行冻融处理(-20～10 ℃)，实验发现经过冻融循环的样品的TBARS值、汁液流失率与冻融次数之间呈现极大相关性(P<0.01)，结果表明，随着冻融次数的增加，TBARS值、明显上升。样品的TBARS值随着冻融循环的增加而增加，这是由于各种破裂的细胞器释放出了氧化酶和脂肪氧化的前提物质特别是铁离子，催化了脂质的氧化。夏克鑫[22]的研究结果与林二妹的一致，大菱鲆反复冻融过程的TBARS值呈上升趋势，这说明反复冻融使脂肪的氧化加剧，次级氧化产物积累，表现为丙二醛的检出量升高，TBARS值上升。黄涵等[23]对新鲜鮰片鱼进行反复冻融处理，发现随着冻融循环的次数增加，酸价总体呈上升趋势。这是由于随着冻融循环次数的增加，细胞受到机械损伤，氧化酶从细胞液中流出，鱼体中脂肪在这些酶的作用下，被氧化分解为一些小分子的醛、酮类物质，随着冻融循环次数的增加，这些物质不断积累从而使酸价上升。

1.3.2 蛋白质氧化

氧化反应是冻藏水产品中造成质量损失的重要因素，包括脂质氧化和蛋白质氧化。尽管脂质氧化是变质的主要形式，但由于水产品含有丰富的蛋白质，蛋白质氧化对品质的影响也不容忽视[24-25]。蛋白氧化会引起羰基、巯基、表面疏水性、可溶性肽以及Ca2+-ATP酶活的改变，进而影响蛋白构象[26]。张洪超等[27]用3种不同的解冻方式(0 ℃解冻、流水解冻和室温解冻)对-20 ℃冻结温度下的乌贼肉进行冻融处理，用红外光谱分析对其进行分析，结果显示，反复冻融使金乌贼肌原纤维蛋白表面疏水性显著增加，总巯基与活性巯基的含量均呈显著下降趋势，水性肌原纤维蛋白质的空间构象发生改变，二级结构也发生变化，α-螺旋和β-折叠二者含量之和占比降低，β-转角和无规则卷曲二者含量之和增加，表明蛋白质在反复冻融过程中缓慢氧化。邓思杨等[28]的研究结果与张洪超一致，对镜鲤鱼进行多次冻融处理，随着次数的增加，肌原纤维蛋白的表面疏水性增加，表现为持水性下降，巯基和α-螺旋含量下降，蛋白质发生氧化，肌原纤维蛋白的完整结构被破坏，蛋白质的乳化特性和溶解性降低。蛋白质氧化与促氧化因子密切相关，温度波动会加速促氧化因子的释放，例如脂肪氧化产生的自由基，因细胞损伤释放的一些色素因子和氧化酶，都会使蛋白质发生氧化，从而破坏蛋白质的稳定性，降低其与水的结合能力，导致溶解度下降，持水性变差，降低水产品肉质的嫩度和多汁性，使其风味变差[25]。

1.4 温度波动对水产品中微生物的影响

水产品由于生长环境和自身特性容易受到微生物的污染，微生物的生长繁殖会促进蛋白质和脂质的氧化降解，产生不良的风味[29]。低温并不能减少水产品中微生物的数量，只是抑制微生物的生长繁殖，温度波动使细胞中酶活性增加而促进微生物的生长和繁殖。黄文博等[30]在模拟美国红鱼的冷链物流实验中发现温度波动有利于微生物的生长，从而加快红鱼肉质的劣变。王倩等[ 31]采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳指纹技术(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis，PCR-DGGE)评价冷链与断链流通中大黄鱼中微生物种群的多样性，研究表明温度波动组的微生物的增长速率大于恒定组，贮藏后期主要优势菌为假单胞菌与嗜冷杆菌[32]。汤元睿等[33]对金枪鱼进行了3种不同的物流模拟，结果显示，温度每次从-55 ℃升至-18 ℃贮藏后，金枪鱼中的菌落总数会出现显著上升，其实验表明即使在超低温贮藏下的温度波动也会促进微生物生长繁殖。由此可见低温并不能减少水产品中微生物的数量，只是抑制微生物的生长繁殖，温度波动使细胞中内源酶的活性增加而促进微生物的生长和繁殖，避免贮运中的温度波动对消费者食用期间的安全性有重要意义。

2 温度变化对水产品货架期的影响

水产品的货架期一方面受产品本身性质的影响，包括水分、pH值、组成成分和初始微生物数量等，另一方面是受捕捞后加工、运输、贮藏、销售等外界环境因素的影响，在此过程中，温度被认为是影响食品货架期的最重要因素。MARGEIRSSON等[34]用可以控制温度的集装箱模拟真实的海运物流，研究在这个物流过程中鳕鱼片的质量变化，发现处于动态温度组即温度波动大组的鳕鱼片质量下降迅速，微生物生长加快，比恒定低温组的货架期缩短1.5～3 d，与傅丽丽[35]的研究发现的温度波动使大黄鱼的货架期明显缩短的结果一致。温度的波动使水产品的化学性质、物理特性、微生物等发生改变，导致内源酶的活性恢复，促进微生物的生长繁殖，加速其蛋白质、脂肪氧化分解，产生不良色泽和异味，加快其达到货架期终点[36]。

3 减少温度波动的对水产品品质损害的措施

3.1 糖类物质

研究表明在冻藏水产品中添加冷冻保护剂可以抑制冰晶的生长与重结晶、改变氢键形成方式、抑制羰基形成和脂质氧化[37]，并通过保持Ca2+-ATPase活性，减少疏水基和巯基在蛋白质表面的暴露以及降低蛋白质聚集程度[38]，保护蛋白质不变性，从而显著地提高冻藏水产品的品质[39]。近年来，一些糖类及糖醇类物质已经被广泛应用于冻藏水产品中，例如壳聚糖、海藻糖、魔芋葡甘露聚糖、山里糖醇[40-41]等。ZHANG等[42]的研究发现在贮藏在-24 ℃和-80℃之间波动温度的凡纳滨对虾组织中冰晶的表面积值不断增加，冰晶的圆度不断降低，失水严重，肌肉细胞和结缔组织的结构被破坏，肌原纤维明显分离和崩解，肌肉蛋白质变性严重，而冷冻前用质量浓度为300 g/L海藻糖和海藻低聚糖浸泡处理可显著改善虾肌肉组织的持水性，减缓了冷冻诱导的蛋白质变性，保留了肌肉组织的结构完整性，并抑制了冰晶的生长和重结晶。尚坤等[43]将海藻糖和甘露醇的添加至虾蛄肉糜中，结果显示海藻糖和甘露醇可以有效降低经过冻融循环的肉糜中蛋白质的变性程度，减少蛋白结构的变化，改善肌原纤维蛋白的凝胶特性(凝胶强度、持水力和三维网络结构)、乳化活性和乳化稳定性。这些糖类分子通过氢键、疏水或静电相互作用与肌肉组织中的水分子结合，同时影响了肌肉蛋白质周围水分子的分布和迁移，抑制了冰晶体的生长和重结晶，保护蛋白质不变性，从而减少了温度波动对水产品品质的损害[44]。

3.2 加盐

适度盐腌也有助于减少冻融对水产品肉质的损害。JIANG等[45]对金枪鱼肉以不同浓度(0.25～3 mol/L)的NaCl溶液连续振荡浸泡1 h后冷冻在-20 ℃的冰箱中，随后进行冻融循环处理，与未经腌制处理的金枪鱼相比，在最佳条件下(1 mol/L)盐化后的鱼肉组织中形成的是许多球形或椭圆形的冰晶而不是冰柱，并提高了金枪鱼肉的冷冻稳定性，即使经过多次冻融循环，盐腌也改善了金枪鱼肉的保水能力和质地特性，肌纤维仍然规则、饱满。近些年的研究表明NaHCO3也可以提高肉制品的保水性[46]，章蔚等[47]用NaHCO3浸泡鮰鱼肉，发现一定浓度的NaHCO3的溶液可以显著抑制经反复冻融鮰鱼肉脂肪的氧化和蛋白质的变性，保持鱼肉的持水能力，减少冻融对肌肉品质的损害。这是由于磷酸盐可以增加肌动球蛋白的亲水性，促进鱼肉蛋白的稳定，提高冻融冷冻产品的保水率，保持口感并减少解冻和蒸煮损失。

3.3 包装

水产品在贮藏过程中，环境温度波动对其质量造成的影响也可以通过包装材料的阻隔来减轻[34]。陈世达等[48-49]根据实际的物流运输模拟了2种温度波动的情况，并结合真空包装对养殖大黄鱼和南美白对虾对进行处理，研究表明在温度波动的情况下，真空包装抑制其组织中的脂肪氧化衰败和微生物及酶带来的不好影响，对其品质更有保障，可以更好地保持水产品的品质。尚菲菲等[50]以大菱鲆为研究对象，采用了2种温度波动的冷链运输模型，设置冷链真空组和空气组，发现在运输期间真空包装组的TBA值、TVB-N值上升缓慢，白度值、感官评价值下降相对延缓，结果表明真空包装可使大菱鲆保持较好的新鲜度。杨亚茹等[51]在大菱鲆低温冷链流通过程中结合了包装处理，分别采用空气和真空2种方式，采用顶空-固相微萃取气质联用技术及电子鼻分析其风味的差异，结果表明，在冷链流通中真空包装的大菱鲆可以保持较稳定的新鲜度和良好的风味。真空包装或气调包装能够有效地隔绝氧气，抑制微生物生长，有效延缓酶促反应，显著改善水产品贮运过程中的品质劣变现象，延长其货架期，已经广泛被用于与水产品的冷链流通中。

3.4 其他方法

除了添加冷冻保护剂、适度盐腌、包装，还有其他一些方法可以减少温度波动带给水产品的不良品质。YE等[52]研究了100%(体积分数)的气单胞菌无细胞上清液(cell-free supernatant, CFS)浸泡太平洋白对虾1 min后对其在冷链物流中品质变化的影响，研究表明模拟物流中的温度波动有利于腐烂链球菌的生长，增加了总挥发性碱性氮和生物胺值，降低了虾的感官品质，而CFS的使用可以抑制微生物的生长和腐烂链球菌的致腐能力，并延缓冷链物流过程中因温度波动而引起的虾的质量下降。傅丽丽等[53]的研究结果发现温度波动组大黄鱼的各项指标与温度稳定组存在显著性差异，货架期明显缩短，但对冷冻大黄鱼进行1、2、4 kGy不同剂量的辐照处理后，可以在一定程度上改善温度波动对其造成的不良影响，但是若辐照剂量控制不当也会对冷冻大黄鱼脂质产生不良影响。这2种方法本质上都是通过抑制水产品中微生物的生长或繁殖和直接杀死微生物从而使水产品在冷链流通中保持较长时间的良好品质。

4 总结与展望

水产品冻藏过程中温度波动产生的不利影响不能单用几个指标来指示，因为引起的物理、化学、微生物变化之间彼此密切相关，彼此的互相作用又加速了水产品的劣变。虽然添加一些冷冻保护物质或结合辐照技术以及对其进行真空包装等可以缓解温度波动对品质的影响，但是还是无法完全消除。因此，如何维持冷冻水产品贮运过程良好的品质，延长其货架期，还需要从多方面深入。有效地使冻藏水产品在贮运期间保持稳定的低温仍然是基础，应高度重视冷链物流中各个可能会引起温度波动的交接环节，不断完善冷链物流的管理，使其更好地发挥冷链的作用；也可考虑将新型的保温隔热材料应用于贮运过程中，同时可采用多种保鲜方法结合，例如将冷冻保护剂与镀冰衣技术以及包装技术相结合，延缓温度波动等其他不利因素可能带给水产品的不良影响。此外，还可以对温度波动造成冻藏水产品品质变化的机理进行更深层次地分析和研究，以利今后设计更有效的保鲜措施保障冻藏水产品品质。