几种新型解冻技术对肉品质影响的研究进展

张馨月，邓绍林，2，胡洋健，王鹏，韩敏义，2*，徐幸莲

1(农业部肉品加工重点实验室，江苏省肉类生产与加工质量安全控制协同创新中心，南京农业大学 食品科技学院，江苏 南京，210095) 2(广东温氏佳味食品有限公司，广东 云浮，510507)

根据中国统计年鉴，在1999～2018年的二十年间，中国人均肉类产品年消费量从23.3 kg增长到46.5 kg，肉制品在中国人饮食结构中的占比越来越大[1]。冷冻贮藏是肉类工业最常用的长期保存产品的方法，因为它可以抵制微生物腐败，延缓自溶反应[2]。冷冻肉在加工及消费前需要进行解冻，解冻过程是使产品在回温、冻藏过程中形成的冰晶融化成水的过程，解冻的肉制品存在着汁液流失、脂类氧化、营养成分下降等理化及微生物生长繁殖等各方面的负面影响[3]。当前我国各类冷冻肉的损耗均在7%以上，高于热鲜肉和冷鲜肉的损耗[4]，解冻方式在很大程度上影响着肉制品的质量，不同种类的肉制品采取其最合适的解冻方法是确保肉制品质量的关键之一。因此，开发新型解冻技术，改善解冻对肉品质造成的不良影响，对肉类产品保鲜保藏具有重要的意义[5-6]。

传统解冻方式，包括空气解冻、水解冻等，解冻速度慢，能耗高，产品解冻损失大。因此，肉类工业亟需新型的解冻技术。新型解冻技术包括微波解冻、超声波解冻、高压静电场解冻和真空解冻等，通过调节合适的参数，发射电波或引起原料肉所处环境的变化，达到解冻的目的。新型解冻方式在加快解冻速率的基础上，各有优缺点，详情见表1。

表1 不同解冻方式的优缺点Table 1 Advantages and disadvantages of different thawing methods

1 微波解冻

1.1 微波解冻

微波解冻是指利用电磁波对冷冻产品中的高、低分子极性基团起作用，尤其是冷冻产品中的水分子，它能使极性分子在电场中高速振荡，同时造成分子间剧烈摩擦，由此产生热量，将微波能转化为热能，达到解冻原料肉的目的[17]。微波解冻频率通常为915或2 450 MHz[7]。

1.2 微波解冻对肉品质的影响

很多研究都表明，微波解冻技术最大的优点是解冻速率快。尤瑜敏等[17]报道一块厚20 cm、重50 kg的冰冻牛肉块在微波处理下，可以使温度在2 min内从-15 ℃升至-4 ℃；发达国家如美国和日本，使用高频微波(20 kW)，可以在1 h内解冻500 kg的鱼；张树峰等[8]使用5种解冻方法(空气、静水、低温、微波和超声波)使鱼肉的中心温度从-20 ℃上升到0 ℃，微波解冻所需时间最短，为7 min。

微波解冻一些其他的研究成果见表2。

表2 微波解冻Table 2 Microwave thawing

解冻损失是指当肉类解冻时，冻结的水分被释放，此时必须和肌肉蛋白、盐重新建立平衡。由于肌纤维和细胞被形成的冰晶挤压和破坏导致变形，仅有很少的水被重新吸收，没有被吸收的水就表现为解冻损失[23]。大部分研究都显示微波解冻可以降低解冻损失，在一定程度上保证了肉烹饪后的多汁性。微波解冻表现出的优越性，大部分与其解冻时间短有着密切关系。

1.3 结合微波的新型解冻方式

ZHU等[24]利用微波、微波与超声波、微波与35 ℃水浸、微波与4 ℃低温解冻、微波与空气对流结合(microwave combined with air convertion,MAT)以及微波与流动水结合6种微波参与的方式解冻猪背最长肌。结果显示，MAT组的持水量、颜色、TBARS值和蛋白质溶解度的变化最低，与其他处理相比，MAT样品仅发生了微小变化。CAO等[25]将磁性纳米颗粒与微波解冻相结合，方法为：将冷冻鱼片用聚乙烯袋紧紧包裹，完全浸没在磁性纳米颗粒溶液(Fe3O4，10～30 nm，0.1 mg/mL)中，然后将溶液放入微波炉中加热。用此方法解冻红绸鱼片，其蛋白质的二、三级结构均显示稳定。CAI等[26]利用此方法解冻大口黑鲈鱼，结果显示处理组与新鲜样品相比，具有相似的芳香活性化合物，且挥发性成分与气味变化较小，能较好地保持大口黑鲈鱼的风味。

微波解冻是一种出现较早的新型解冻方式。由于水比冰吸收微波的速度要快，低频微波(915 MHz)较高频微波(2 450 MHz)穿透力更强，但加热速度慢一些，汁液流失远远低于高频微波解冻，所以低频微波能更好地保证解冻后原料肉的品质，结合其效率高的特点，在大型工厂的应用中有很好的前景。近年来出现了一些学者对组合解冻的研究，微波的组合解冻虽然在一定程度上提高了肉的解冻品质，但较单一微波解冻的效率差了很多，操作过程还不能实现批量生产，需要进一步的研究。

2 超声波解冻

2.1 超声波解冻

超声波是一种机械波，通常把高于20 kHz的声波称为超声波。现用于食品级冻结及解冻、干燥、均质、脱脂、加速肉类腌制、嫩化、延长肉制品货架期、杀菌及某些活性物质的辅助提取等方面[25-26]。超声波解冻主要是利用超声波的热效应，在解冻过程中，超声波的振动能转变为热能，使介质内部温度升高，原料肉得到解冻[29]。

2.2 超声波解冻对肉品质的影响

超声波和微波一样，具有解冻效率高的优点，由于超声波的特质，使其比微波解冻更均匀，不会出现加热不均导致肉品质下降的情况。前人在超声波解冻肉制品的研究中，很多都发现超声波解冻随着功率的增大，解冻损失会随之增大，但总体来说较传统解冻方式能更好地保持肉的品质，其质构、pH、菌落总数等指标都表现较好。

我说：“呦呦姐，那天你向我讨要西瓜，用小指头在我手背勾了一下，你是什么意思？你是不是那时就看上了我？”

张昕等[30]发现超声波处理的鸡胸肉汁液流失与对照组相比显著增加，较大功率的超声波(240 W、300 W)解冻会明显增加鸡肉水分的迁移程度，造成较大的汁液流失率。原因可能是超声波会引起肌肉蛋白变性从而降低鸡肉的保水性，从而加剧了汁液流失。钟莉等[31]发现超声波解冻猪里脊和鸡胸肉，两者的汁液流失率都较大，因解冻速度快，肉品内部汁液无法充分回到细胞内而流失，造成了大量的营养物质流失。从更微观的角度来看，超声波解冻是将原料肉置于液体介质中进行解冻，超声波作用于固液系统，气泡由于邻近固体表面，通常发生不对称折叠，流体涌入气泡中，当边界层被破坏时，这种效应使固体表面热量快速传递，导致介质温度升高，解冻损失不可避免[32]。为了弥补超声波解冻这一缺点，HONG等[33]利用盐水浸泡结合150 W超声波的解冻方式，发现浸泡在4 ℃、2%的盐水中与超声波结合解冻猪肉的速率与浸泡在17 ℃水中的猪肉的解冻速率相似，且有更低的解冻损失和较低的剪切力。表3例举了除解冻损失外的一些解冻效果。

表3 超声波解冻Table 3 Ultrasonic thawing

不同原料肉在不同功率下的解冻效果大有不同，所以在使用超声波进行解冻时，选择适宜的功率至关重要。因为超声波对脂肪和蛋白质的影响较小，解冻效率也比较高，与其他方式结合还可以在一定程度上降低解冻损失，所以超声波解冻在肉制品解冻领域有很好的发展前景。

3 高压静电场解冻

3.1 高压静电场解冻

高压静电场利用电场加速，在针电极周围的小区域中产生离子，所产生的动量从空气离子传递到中性空气分子并产生电晕风，将大量流体移动到物料表面。在这种情况下，大量流体与物料表面碰撞并在表面形成的边界层上引起湍流，最终导致传热系数的增强。而高压静电场解冻是将原料肉放置于极板之间，通过施加电压使冻肉解冻[37]。在解冻过程中，可以采用施加正电压或者施加负电压的解冻方式。目前高压静电场在果蔬保鲜、处理作物种子、抑制微生物等方面的应用已经较为成熟[11]，而在肉制品冷冻解冻及保鲜方面，以猪肉为原料的较多。

3.2 高压静电场解冻对肉品质的影响

高压静电场解冻相比传统解冻的显著优点是解冻效率高、解冻损失低。马坚[38]研究了高压静电场对牛肉里脊冻结和解冻的影响，发现高压静电场可以明显加快牛肉里脊的解冻速度，这与HE等[11]发现经高压静电场解冻的原料肉中心温度与表面温度差异非常小，可以使冻品快速均匀解冻的结果一致，且迅速解冻能较好地保证解冻后的原料肉品质。主要原因是高压静电场使牛肉里脊在解冻过程中迅速通过了最大冰晶生成带，降低了汁液流失，提高了原料肉解冻后的品质。但不同场强下效果不同，在使用高压静电场解冻法解冻原料肉的过程中，要选择合适的电压和电极板间距才能达到理想的效果[11]。

表4 高压静电场解冻Table 4 High-voltage electrostatic field thawing

从表4中可以看出， pH、嫩度、菌落总数、TBARS值、挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)等指标都显示出高压静电场解冻的冷冻肉品质较传统解冻有很大提升。AMIRI等[41]发现，固定电极板间距，逐渐增加电极针的数量，牛肉的氧化程度随之增大。同样的，MOUSAKHANI-GANJEH等[13]也发现固定电极针数量，随着电极板间距的减小，金枪鱼的氧化程度会随着电压的升高而升高，但将电压固定在10.5 kV，随着板间距的减小，氧化程度也降低。所以高压静电场导致的脂肪氧化问题可以通过寻找合适的电压强度、板间距或电极针的数量来解决。目前日本已将高压静电用于肉类解冻，在解冻质量和解冻时间上远优于空气解冻和水解冻，在解冻控制和解冻生产量上均优于微波解冻和真空解冻[17]。

3.3 结合高压静电场的新型解冻方式

3.3.1 静电波保鲜

静电波保鲜技术(DENBA+)是一种新兴的食物保鲜技术，也可以用于食品冷冻解冻。在传统的冷柜或冰箱中安装DENBA+电极板，利用高压静电产生的静电波与食物中的水分子发生共振使其活化，达到保鲜的效果。其解冻原理及效果如图1所示，通过静电波与水分子共振，大幅度减少解冻损失，实现冰点下的高品质解冻。据王伟强等[43]报道，将羊肉用安装了DENBA+电极板的冰箱解冻，解冻速率比普通冰箱快15%，肉品质与鲜肉非常接近，解冻损失只有0.3%。魏国平等[44]利用此技术进行猪肉的冻藏和解冻，发现挥发性盐基氮、菌落总数均比普通冰箱有所下降。目前国内已有小范围的推广与使用，是非常具有应用前景的一种新型技术。

图1 DENBA+解冻原理及效果图[45]
Fig.1 The thawing mechanism and effect drawing of DEBNA+

3.3.2 静电场辅助解冻

尚柯等[46]利用低压静电场(2 500 V、0.2 mA)辅助冻结-解冻肉样，显著缩短肉样通过最大冰晶生成带的时间和解冻时间，提高解冻过程中蛋白水合能力，降低肌肉中的自由水，汁液流失比自然空气解冻降低50%，解冻时间缩短40%。低压静电场与高压静电场相比，更安全节能。

4 真空解冻

4.1 真空解冻

真空解冻利用水在真空状态下沸点低这一原理，依靠水蒸发所形成的水蒸气在冻结食品表面凝结释放的潜热来解冻食品。真空解冻形成的水蒸气分子温度较低，可以很好地防止物料解冻过程中发生的脂肪氧化等劣变[16]，对热敏性物料友好[14]。

4.2 真空解冻对肉品质的影响

真空解冻最大的特点就是利用低温水蒸气与冷冻肉交换热量达到解冻的目的，这与电加热不同，解冻过程中不会出现加热不均或温度过高导致解冻损失和脂肪氧化等原料肉品质下降的现象，且对原料肉的蛋白构象及蛋白凝胶特性的影响非常小。LI等[47]发现真空解冻对猪背最长肌蛋白构象的损害较小。WANG等[48]发现真空解冻对猪背最长肌的肌原纤维蛋白凝胶特性的影响显著低于传统的水浸解冻方法，真空解冻和超声波解冻对凝胶特性的影响没有显著差异。表5例举了一些真空解冻的参数及其效果。

表5 真空解冻Table 5 Vacuum thawing

目前真空解冻肉品的研究对象主要集中在猪肉和鱼类。不同压力下的饱和水蒸气温度存在差异，会对原料肉的品质产生不同的影响。张珂等[15]发现在不同的真空度(15、12、9、6、3和0.8 kPa)下，真空度越大，解冻时间越短，真空度为9 kPa时罗非鱼的pH、解冻速率、解冻损失率、脂肪氧化程度均显著优于其他组。

真空解冻的原料肉解冻损失低、有较高的保水性，菌落总数明显降低，有利于在保持品质的前提下延长原料肉的贮藏时间，同时解冻过程温度较低，大幅度地降低了肉的氧化现象，色泽及pH与鲜肉差异不大。但真空解冻的投产使用并不容易推进，其设备较其他解冻方式来说需要更大的投资。

5 展望

新型解冻方法相对于传统解冻方法各有优缺点，无论是对肉品质的提升，还是肉制品加工工艺的应用都显示出广阔的前景。微波解冻因其加热不均易对原料肉的品质造成不良影响，但其解冻效率高的特点非常突出；大部分对超声波解冻的研究成果显示，超声波解冻的解冻损失比较大，但质构、颜色、pH、脂肪氧化等指标表现出色，而组合解冻可以降低其解冻损失；高压静电场和真空解冻的效果明显优于微波和超声波解冻。基于基础的解冻方法，将传统方法或新技术与其结合，又延伸出了许多可行有效的新方法。

不同的肉类制品适用的解冻方式不尽相同，不同的解冻方式也都有各自不同的参数范围。投入到实际生产中，还要根据资金、场地、设备等一系列条件来选择合适的解冻方法，不同的参数优化还需要进一步的研究。各种新型解冻技术距离肉类工业的大范围投产使用还有一定距离。