欧姆加热解冻法对猪肉理化及氧化特性的影响

戴 妍，邵乐乐，邬 威2，，刘 毅，李兴民，戴瑞彤

（1. 重庆化工职业学院，环境与质量检测学院，重庆 401228；2. 西南大学动物科学技术学院，重庆 400715；3. 中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083）

一直以来，冷冻处理因其有效抑制细菌繁殖、贮藏时间较长、维持食用品质及节约生产成本等优势，是畜产品、水产贮藏保鲜的主要手段[1-2]，然而冷冻肉品在使用前必须要进行解冻操作，解冻是贮藏加工中比较重要的工艺，通常需要在室温或者冷藏条件下进行。但是，如果解冻时间较长，可能引起肉品物理、化学、营养、微生物变化，导致食用品质下降（可溶性蛋白大量溶出、肉汁渗出、组织变软、色泽变化、风味下降），以及较高的能量损耗[2-3]，根据Xia X 等人[4]的分析，在4 ℃自然解冻猪肉的理化特性和质量损失比直接浸入到冷水中解冻、流水解冻、微波解冻和常温解冻等方法最为接近新鲜猪肉。传统解冻方法解冻时间较长、汁液流失率较高，可能导致肉中微生物生长迅速、营养成分流失加剧、肌肉能量损失加大，开发新的解冻技术对于提高冷冻肉整体品质有非常重要的意义。因此，越来越多的研究集中于开发可替代的解冻方式，从而更好解决上述问题。目前，常用的解冻方式主要有空气解冻、流水解冻，而新解冻方式集中于电解冻（欧姆加热解冻、高压脉冲电场解冻）、高压解冻、微波辅助解冻、真空蒸汽解冻、射频解冻等）[1，3]。

欧姆加热解冻是一种全新的电极加热解冻方法。在电场作用下，电流通过导电性的食物时，带电能量充分释放，引发食品自热现象，从而达到解冻的效果。研究表明，这种解冻方式在解冻工艺中发挥了很重要的作用，当欧姆加热解冻电压梯度为10～30 V/cm 时，与新鲜样品相比，由于组织结构的变化引起解冻牛肉片质构特性（硬度、咀嚼性和胶黏度）显著变化，而其余指标变化不大[5]。Duygu B 等人[6]也发现，欧姆加热解冻肉品具有解冻速度快和汁液损失小等优势。Liu L 等人[2]使用欧姆加热解冻法成功解冻金枪鱼肉，深入研究频率（50，20 Hz） 对于金枪鱼不同部位解冻的影响，研究表明解冻效果与食品的电导率有关，当使用平行电流，同时去除鱼肉表面膜影响时，欧姆加热解冻后鱼肉的电导率最好，解冻效果最佳。目前，欧姆解冻肉品的理化特性和氧化的影响方面还没有发现更多研究，为了深入研究欧姆解冻肉品的可行性和特性，以猪肉背最长肌为研究对象，通过比较鲜猪肉、水浴解冻肉，初步考查欧姆解冻猪肉颜色、解冻损失、蒸煮率损失、pH 值、剪切力、肌红蛋白等色素蛋白含量、蛋白降解、氧化水平及组织结构等方面的变化，为完善欧姆解冻肉品的工业化提供理论基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

将4 头6 月龄、110 kg 长白杂交猪宰杀后，放在4 ℃冷库中成熟1 d，除去可见背膘后取背最长肌（Longissimus dorsi），北京市顺义鹏程食品有限公司提供；蛋白酶抑制剂PMSF、蛋白酶抑制剂混合物，Amresco 公司提供；三羟甲基氨基甲烷、乙二胺四乙酸二钠、十二烷基硫酸钠、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、甘氨酸、过硫酸铵、N,N,N',N'- 四甲基乙二胺、甘油、β -巯基乙醇、溴酚蓝、二流苏糖醇、尿素、硫脲、考马斯亮蓝R-250、Bradford 试剂盒、0.45 μm 水系滤膜、盐酸胍、三羟甲基氨基甲烷、5,5'-二硫代双（2-硝基苯甲酸） （DTNB）、乙二胺四乙酸二钠、苯甲基磺酰氟、叠氮化钠以及牛血清白蛋白BSA 等，索来宝有限公司提供；蛋白marker（biolabs P7710），北京百灵克公司提供；其他试剂，北京蓝弋公司提供。

1.2 仪器与设备

欧姆加热设备和水浴加热槽子，实验室自制[7]；热电偶温度计，北京工业温度传感器有限公司产品；FA-25 型超细匀浆器，上海FLUKO 流体机械制造有限公司产品；Evolution60 型紫外可见分光光度计，美国热电公司产品；TA instruments Q200 型差热扫描量热仪DSC，美国TA 公司产品；Mini-PROTEAN Tetra Cell system 型蛋白电泳仪，美国Biorad 公司产品；S-3400N 型扫描电镜，日本Hitachi 公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 猪肉块冷冻解冻处理

对照处理（NT），新鲜猪肉，不经过任何冷冻解冻处理；解冻处理组分为欧姆（Ohmic，OH） 和水浴（waterbath，WB） 解冻处理组。解冻处理组首先使用锋利的刀切割肉块形状大致为3 cm×3 cm×10 cm，肉质量为110±10 g。将切好的肉块用聚乙烯薄膜包裹，在-25 ℃冰箱中直到肉样完全冻上。解冻前，样品放置-18 ℃冰箱中12 h[8]。冻肉样品分别用水浴和欧姆加热进行解冻，水浴加热解冻将水浴锅温度调至25 ℃，肉块解冻到中心温度不低于4 ℃后进行相关指标的测定，欧姆加热解冻参考文献[7]的方法，将冻肉夹在2 个电极之间，采用10 V/cm进行加热解冻，加热至肉块中心温度不低于4 ℃，关闭电源，将肉块取出，进行相关指标分析。

1.3.2 解冻损失、蒸煮损失和pH 值测定

解冻损失参考文献[9]的方法进行测定，解冻损失由公式（1） 表示。

将解冻好的肉取（50 g） 放到透明蒸煮袋中，放置85 ℃水浴中直到肉块的中心温度达到75 ℃，再保持30 min 后取出，用滤纸擦拭肉块表面至没有明显汁液存在，蒸煮率损失由公式（2） 表示[10]。

pH 值参照Dai Y 等人[11]的方法进行测定。

1.3.3 颜色、剪切力分析

颜色测定参考文献[12]，用Minolta CR-400 型测色色差计分别测定对照组、欧姆解冻组及水浴解冻组的肉品色泽，任意取猪肉块表面4 个不同的位置进行色泽测定。测定指标包括亮度值L*值（Lightness）、红度值a*值（Redness/greenness） 和黄度值b*值（Yellowness/ brownness）。

剪切力测定参考文献[12]，把经过蒸煮后的肉块切割成1 cm×1 cm×5 cm 的肉块，切割方向平行于肌纤维方向。然后用质构仪（TA-XT2） 进行剪切力的测试。

1.3.4 肌原纤维蛋白小片化和可溶性蛋白浓度分析

肌原纤维蛋白小片化指数的测定参考文献[13]。把解冻后的样品粉碎，取2.5 g 样品，加入到25 mL 0.02 mol/L pH 值7.0 的磷酸钾缓冲液（100 mmol/L KCl、1 mmol/L EDTA，1 mmol/L MgCl2，1 mmol/L NaN3） 中。4 ℃下离心（1 000×g，15 min）。将肌纤维反复提取离心3 次后，稀释至0.5 mg/mL，于波长540 nm 处测定吸光度。MFI 指数=吸光度×200。

可溶性蛋白浓度分析参考文献[11]，可溶性肌原纤维蛋白的含量（mg/g） = 可溶性总蛋白含量（mg/g） -可溶性肌浆蛋白含量（mg/g）。

1.3.5 蛋白质的差热扫描及色素蛋白含量分析

DSC 分析参照文献[11]进行测定，样品的氧合肌红蛋白含量、去氧肌红蛋白含量、高铁肌红蛋白含量及总肌红蛋白含量参考文献[12]进行测定。

1.3.6 肌浆蛋白与肌原纤维蛋白的提取及SDS-PAGE分析

肌浆蛋白和肌原纤维蛋白的提取方法和SDSPAGE 电泳条件参考文献[13-14]测定。

1.3.7 蛋白质氧化与脂肪氧化分析

蛋白质氧化（游离巯基、羰基） 和脂肪氧化分析方法参考文献[14]。游离巯基含量的结果表示为μmol/mg，羰基含量表示为μmol DNPH/mg。脂肪氧化分析以硫代巴比妥酸（TBARS） 表示，TBARS 值表示为mg MDA/kg。

1.3.8 肌肉肌纤维组织结构测定

肌纤维组织结构用透射电镜分析参考文献[11]。

1.4 统计方法

用SPSS16.0 数据分析软件对各指标进行分析，ANOVA 及Duncan 检测法用于分析同对照组、水浴解冻处理组、欧姆解冻处理组肉品各指标的显著性差异（p＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 欧姆解冻和水浴解冻对肉块解冻时间的影响

欧姆解冻冻猪肉块所需时间为37±2 min，而水浴解冻冻猪肉块所需时间为115±2 min，欧姆解冻肉块所需时间为水浴解冻时间的1/3。

2.2 解冻损失、蒸煮率损失、pH 值及剪切力的影响

欧姆和水浴解冻的猪肉块解冻损失、蒸煮率损失，pH 值及剪切力的变化分析见表1。

表1 欧姆和水浴解冻的猪肉块解冻损失、蒸煮率损失，pH 值及剪切力的变化分析

由表1 可知，欧姆解冻和水浴解冻方式对猪肉的解冻损失、蒸煮率损失、pH 值及剪切力的影响。欧姆解冻和水浴解冻的猪肉块的解冻损失和pH 值上无显著性差异（p>0.05）。欧姆解冻的猪肉块蒸煮率损失（30.04 %） 显著低于（p＜0.05） 对照组猪肉块（35.28%），对照组鲜肉的总水分损失含量与对照组无显著差别（p>0.05）。蒸煮率损失及解冻损失是营养肉品工业化生产质量非常重要的指标之一，较高的蒸煮率损失可能会导致肉中汁液损失加剧和感官质量显著改变[15-16]。徐志善等人[17]认为冻肉随着解冻过程中导致肉中一部分汁液流失，因此最后解冻肉的蒸煮率损失可能低于鲜肉样品，由于水浴加热解冻比欧姆加热解冻温度较高，解冻时间较慢，引起鲜肉中的内源酶解作用弱，肉品嫩化作用不完全，引起较高的蒸煮率损失[18]。

2.3 肉色分析

欧姆解冻和水浴解冻的猪肉块颜色的影响分析见表2。

表2 欧姆解冻和水浴解冻的猪肉块颜色的影响分析

由表2 可知，对照组、欧姆解冻组和水浴解冻组的颜色分析。肉和肉制品的颜色是表征肉品新鲜程度、影响消费者可接受性非常重要的因素之一[19]。欧姆解冻组和水浴解冻组的亮度L*值（53.27～53.51）和黄度b*值（10.89～11.06） 显著高于对照组（p＜0.05）。对照组和欧姆解冻组的红度a*值（4.99～5.06） 显著高于（p＜0.05） 水浴解冻处理组（3.76）。L*值增加和a*值下降可能与球蛋白降解、肌浆蛋白析出、蛋白质的交联、色素置换，肉品褪色及高铁肌红蛋白的形成有关[20]。由于水浴解冻组解冻时间较长，造成肉长时间与氧气接触，引起肉中去氧肌红蛋白和氧合肌红蛋白转化为高铁肌红蛋白，使得肉的a*值下降，褪色现象发生。

2.4 色素蛋白含量分析

欧姆解冻和水浴解冻的猪肉块肌红蛋白等色素蛋白含量分析见表3。

表3 欧姆解冻和水浴解冻的猪肉块肌红蛋白等色素蛋白含量分析

由表3 可知，对照组、欧姆解冻和水浴解冻处理组色素蛋白含量分析。肉和肉制品颜色与其内部的总肌浆蛋白含量、氧合肌红蛋白、去氧肌红蛋白和高铁肌红蛋白的相对含量息息相关[21]。对照组、欧姆解冻和水浴解冻处理组中肉块的总肌红蛋白含量、去氧肌红蛋白及氧合肌红蛋白比例无显著差异（p>0.05)。而水浴解冻处理组肉块的高铁肌红蛋白比例（45.23%） 显著高于（p＜0.05） 欧姆解冻处理组（39.68%）。原因可能是由于水浴解冻时间较长，而且解冻温度较高，造成肉中高铁肌红蛋白的转化率相应提高，引起肉品褪色[12]。

2.5 肌原纤维蛋白小片化及可溶性蛋白浓度分析

欧姆解冻和水浴解冻的猪肉块可溶性蛋白含量和肌原纤维蛋白小片化分析见表4。

表4 欧姆解冻和水浴解冻的猪肉块可溶性蛋白含量和肌原纤维蛋白小片化分析

由表4 可知，对照组、欧姆解冻和水浴解冻对猪肉可溶性蛋白质含量和肌原纤维小片化指数影响分析。肌原纤维小片化指数作为肉和肉制品嫩化关键的影响因子，随肉品宰后内源酶活力的增强和氧含量的增加而增加[13]。对照组和欧姆组猪肉肌原纤维小片化指数（45.90～48.16） 显著低于（p＜0.05） 水浴解冻处理组（64.83），欧姆处理组猪肉可溶性肌纤维蛋白含量（87.07 mg/g） 显著高于（p＜0.05） 对照处理组（50.28 mg/g）。对照组猪肉总可溶性肌浆蛋白含量（65.12 mg/g） 显著高于（p＜0.05） 欧姆组和水浴解冻处理组猪肉（51.37～51.97 mg/g）。肉中可溶性蛋白质含量与嫩度值呈负相关关系[22]，肌原纤维蛋白溶解随内源酶的作用逐步升高，对照组、欧姆组和水浴解冻处理组肉块的总可溶性蛋白含量无显著性差异（p>0.05）。随着解冻的进行，欧姆和水浴解冻处理组猪肉蛋白内源酶发生充分作用，使肉中肌纤维蛋白轻微降解，从而提高肌原纤维蛋白小片化程度和可溶性肌原纤维蛋白含量，达到了肉质嫩化的效果。而鲜肉中可能由于内源酶作用不完全，肉质嫩化不充分。

2.6 蛋白质的差热扫描分析

欧姆解冻和水浴解冻猪肉块蛋白质的差热扫描分析见表5。

表5 欧姆解冻和水浴解冻猪肉块蛋白质的差热扫描分析

差热扫描量热仪技术主要是能够测定食物系统的蛋白质热转变等参数[23]。DSC 热流曲线中可以表明蛋白质的吸收温度峰和热焓（ΔH） 变化。对照组、欧姆解冻和水浴解冻猪肉有3 个明显的温度吸收峰，分别在55.43～56.01 ℃，66.07～66.64 ℃，77.48～77.60 ℃。生鸡肉中DSC 图中也呈现出这样3 个明显的吸收峰[24]，与试验结果一致。对照组、欧姆解冻、水浴解冻组猪肉的3 个吸收峰温度并无显著性差异，欧姆解冻组与对照组ΔH 无显著差异（p>0.05）。

2.7 肌浆蛋白和肌原纤维蛋白的SDS-PAGE 电泳分析

欧姆和水浴解冻猪肉的肌浆蛋白和肌原纤维蛋白电泳图谱见图1。

图1 欧姆和水浴解冻猪肉的肌浆蛋白和肌原纤维蛋白电泳图谱

由图1 可知，对照组、欧姆解冻、水浴解冻猪肉的肌浆蛋白质和肌原纤维蛋白质的电泳条带整体变化不大，从左侧肌浆蛋白质电泳条带中可以看出，水浴解冻处理组猪肉蛋白条带（50～60，30～40，20～25 kDa） 发生了轻微的弱化现象，蛋白条带弱化可能伴随着析出的肌浆蛋白结合到肌原纤维蛋白之上，引发肉品褪色[25]。由于水浴解冻时间较长、温度较高，可能随着解冻损失的加剧，更多的肌浆蛋白降解，掩饰红色的形成。

从肌原纤维蛋白电泳条带来看，对照组的蛋白条带在80～100，50～60，30～40，20～25 kDa 发生了轻微弱化，而欧姆解冻组与水浴解冻组猪肉肌纤维蛋白条带整体区别不大。在以往鉴定出的电泳条带中，主要对应α -辅肌动蛋白、肌钙蛋白T+、原肌球蛋白、肌钙蛋白等，这些蛋白质条带在鲜肉中发生了轻微的弱化，显示鲜肉中内源酶的作用较弱，肌原纤维小片化不完全，肉质嫩化作用不完全[26]。

2.8 脂肪以及蛋白质氧化分析

欧姆和水浴解冻的猪肉块的脂肪和蛋白质氧化分析见表6。

由表6 可知，对照组、欧姆解冻组、水浴解冻组的脂肪氧化和蛋白质氧化分析。由于解冻过程中随着肉中汁液的流失，脂肪氧化作用加剧[27]。对照处理组的TBARS（0.13 mg MDA/kg） 含量显著低于（p＜0.05） 欧姆解冻与水浴解冻处理组（0.26，0.34 mg MDA/kg）。由于欧姆解冻和水浴解冻处理都涉及到解冻汁液流失问题，因此相比新鲜猪肉，脂肪氧化程度略高。而三者的羰基含量无显著性差异（p>0.05）。对照组游离巯基含量（112.16 μmol/mg）显著高于（p＜0.05） 欧姆解冻处理组（82.28 μmol/mg）。结果表明，电极解冻方式可能会引发肉品中蛋白质变性，由于蛋白质氧化可能导致肉中游离巯基含量减少，引发蛋白质的聚集与交联作用，最终引起肉质变硬。

表6 欧姆和水浴解冻的猪肉块的脂肪和蛋白质氧化分析

2.9 肌纤维组织结构电镜分析

对照组、欧姆和水浴解冻猪肉肌纤维透射电镜图（×15 000，纵切面） 见图2。

图2 对照组、欧姆和水浴解冻猪肉肌纤维透射电镜图（×15 000，纵切面）

由图2 可知，3 种处理方式中肉品的肌纤维排列规则且有非常完整的Z 线、I 带和A 带。欧姆解冻和水浴解冻处理组的肌节收缩，肌节长度变短。肌纤维的收缩伴随着肉中肌原纤维蛋白质的降解和解冻过程中部分汁液渗出[11]，影响整体肉品品质。

3 结论

与对照组相比，欧姆解冻和水浴解冻组显著改变了猪肉颜色、肌原纤维蛋白小片化程度、可溶性肌浆蛋白含量、TBARS 值和肌节长度。欧姆解冻大约是水浴解冻时间的1/3，欧姆解冻的肉品MetMb%、MFI 参数较低，a*值较高，其他参数无明显变化。因此，欧姆解冻处理可以在节约解冻时间的前提下，能够保持较好的肉品品质，品质更为接近鲜肉。