微冻技术在水产品保鲜中的研究进展

微冻技术在水产品保鲜中的研究进展根据联合国粮农组织在2014年5月最新发布的《世界渔业和水产养殖状况》，随着人口的不断增加，世界人均年消费水产品量从1960年不足l0kg增长到2012年19kg以上，2012年全球水产品总量达到1.58亿吨，比2010年提高约1000万吨。水产品中因富含蛋白质、活性肽、不饱和脂肪酸与其他矿物质等，且本身含有的内源性自溶酶活性远大于哺乳动物，因而极易腐败变质。因此，如何延长水产品货架期，保持水产品原有的营养价值、口感和风味，己成为食品科学领域研究的焦点之一。部分研究结果显示，造成水产品腐败变质的主要因素包括水产品中含有的高活性内源酶、腐败微生物的生长、脂肪类物质的水解及氧化等。大部分水产品最初品质变化主要由内源性自溶酶引起，尤其是自溶酶导致核酸降解产生的ATP关联产物，这个过程与微生物活动关系尚不明显。但随着水产品解僵后自溶现象的发生，会为微生物的生长提供充足的营养物质，使其快速繁殖，从而加剧水产品腐败变质。据统计，全球大概有30%的水产品因微生物腐败变质而浪费，而化学降解和其他腐败则仅占每年总初级农业和渔业产品的25%。新鲜的鱼肉类，自身含有多种营养成分，在加工、贮藏、包装、运输和销售等过程中，极易遭受到微生物的污染而腐败变质，即使是冷冻贮藏鱼肉制品，其保质期也受微生物活动的影响。因此，在食品加工、运输和贮藏过程中，控制微生物的生长是延长食品货架期的关键因素。此外，在低温贮藏下的脂肪氧化(化学酶促)亦可导致酸败。相比其他肉制品如家禽、牛肉、猪肉和羊肉，鱼肉中由于富含高不饱和脂肪酸，更易发生脂肪氧化。脂质氧化产物能与含氮物质(包括氨基酸、蛋白质、磷脂和DNA)反应形成色素与荧光化合物，对人体健康产生不利影响。食品腐败变质过程的速度取决于温度，贮藏温度直接影响水产品中微生物的种类、活性、自身肌体内源酶的活性与各种营养成分(蛋白质、脂类、糖类等)的状态。为减少腐败和生化降解而开发的各种低温水产品保鲜技术己经在水产品贮藏体系中得到不同程度的应用。目前全球水产领域常用的低温保鲜技术有冷藏保鲜、冰温保鲜、微冻保鲜以及冻结等保鲜技术。其中，微冻保鲜技术是公认的低温条件下可较好维持食物品质的方法。微冻保鲜所需温度区域介于冷藏和冻结之间。在这一温度区域内微生物活性受到抑制，大多数细菌无法正常生长，同时内源酶的活力也受到抑制。与冷藏保鲜和冰温保鲜方法相比，微冻保鲜所需温度更低，不仅更能抑制细菌的生理生化反应及酶的活性，还会导致水产品蛋白质发生冷冻变性，并降低其自溶阶段的脂肪氧化速率，从而使水产品在较长时间内保持鲜度而不腐败变质。相对于冻结点以上的冷藏水产品，微冻产品在品质和货架期等方而均拥有较大优势。虽然微冻保鲜的水产品货架期比冷冻产品短，一般在20-30d左右;但比起冷冻产品，微冻条件下水产品内产生的冰晶少，对细胞损伤小、解冻后的汁液流失率低、鱼肉质构变化不大，能较好保持水产品独特的风味，且微冻保鲜法能量消耗较少，生产成本相对较低。本文主要介绍微冻保鲜技术的原理及发展现状，重点阐述微冻保鲜技术在生鲜水产品中的应用研究进展以及存在问题，旨在为微冻保鲜技术改进及工业化等方而提供理论参考。1微冻保鲜原理及发展现状微冻(superchilling)，又称部分冻结(partialfreezing)或过冷却冷藏(deepchilling)，是20世纪60年代中期开始发展起来的在渔船上贮藏海产品的一种低温保鲜技术;相对于传统冷藏，此技术能明显延长水产品货架期，因而日益受到人们重视。微冻保鲜的基本原理是将水产品温度降低至初始冻结点以下，此时水产品中5%-30%的水分冻结成冰，未冻结部分溶液的细胞液汁浓度、渗透压增加，可有效抑制微生物生长，同时低温亦可抑制水产品中酶的活性，减少酶对体内有机物质的分解，使产品在较长的时间内保持原有的品质及鲜度叫。此外，在这一温度范围内，水产品表而能形成1-3mm厚的薄冰层，维持水产品在贮藏和运输期间温度的稳定;同时水产品内部形成颗粒微细均匀的小冰晶，对肌肉组织造成的机械损伤小，不会导致细胞破裂溃解;水产品解冻后汁液流失少，表而色泽好，最大可能保持水产品原有的鲜度。微冻保鲜的方法最早在1920年由LeDanoi、提出，但当时没得到实际应用圈。1935年英国捕鱼杂志上介绍了用冷盐水微冻鱼的方法，因为当时人们一直认为微冻保鲜温度刚好在最大冰晶生成区域温度范围(-1~-5C;).应尽快通过这一温度区域以免影响产品质量,所以微冻保鲜技术的发展一直受到限制。直到1963年，葡萄牙深海捕鱼者在渔船上发明海水微冻保鲜系统，通过循环海水将鱼保存在一2---5C:，并取得较好的保鲜效果之后，英国、德国、日本等国相继开始重视微冻保鲜技术的研究。我国的微冻保鲜研究起步较晚，但发展速度非常迅速。1978年，中国南海水产研究所首次在船上对渔获物采用低温盐水微冻保鲜获得成功，微冻鱼的保藏期可达20d以上。目前常用的微冻方法有冰盐混合物微冻、低温盐微冻和吹冷风微冻三种，根据不同的鱼种和消费者的需要选用不同的微冻方式。微冻保鲜技术己广泛应用于罗非鱼(Tilapia)、大西洋鲑(Atlanticsalmon)、妒鱼(Lateolabraxjapouicus)、石斑鱼(iuephelusawoara),鲍鱼(Silvercarp)、南美白对虾(Peuaeusvauuamei)、草鱼(Cteuopharyugodouidellus)、大黄鱼(Pseudosciaeu)等以及各种鱼糜(surimi)加工产品等的研究，并取得较好的保鲜效果。此外，近年来也有报道微冻保鲜技术与其他保鲜技术联合使用，如气调包装、涂膜保鲜与真空包装等，可显著提高水产品质量或延长其货架期。2微冻保鲜对水产品贮藏期间品质的影响2.1对产品新鲜度的影响新鲜度是水产品质量评价的主要指标之一。新鲜度的变化是一个包括物理、生化变化复杂的过程。许多因素会影响水产品的鲜度，如捕获方法、贮藏时间、贮藏温度、pH和保鲜剂的使用等。常用来判断水产品鲜度的非感官指标有总挥发性盐基氮（TVB-N),K值、pH和菌落总数等。然而由于水产品种类繁多，个体成分复杂，仅用一个指标或特性评定水产品鲜度仍显不够，一般都需要同时考察2-3个指标对产品进行综合判定。2.1.1对K值的影响K值是基于ATP及其分解产物进行定量而求得的相对值，反映鱼体死后ATP降解反应进行的程度，是评价鱼类新鲜度的一项质量指标，也是口前全球范围内公认的一种鲜度测定指标。一般而言，活杀鱼的K值低于10%.K值在20%以下被认为是极新鲜，在20%-60%为新鲜，60%一80%为鱼体的初期腐败阶段。在草鱼冷藏和微冻保鲜研究中发现，K值均随着贮藏时间的延长而增大，但相对于冷藏(4C)条件下贮藏到第4d和第10d的K值分别为41.22%.74.37%.微冻条件下草鱼片贮藏到第25d和第50d时的K值分别仅为37.05%和73.38%.微冻保鲜明显延长草鱼片的货架期。对罗非鱼、大黄鱼、妒鱼、鲤鱼、南关对虾等鱼贝类进行微冻保鲜处理后，在30d内贮藏期间K值均在60%左右，处于二级鲜度水平，表明微冻保鲜可有效地抑制K值的增加。此外，在微冻状态下，不同品种的水产品在贮藏期间K值变化存在较大差异，如妒鱼、大黄鱼等的K值在贮藏初期迅速上升，然后增长速率趋于平缓，而罗非鱼、南关白对虾、鲤鱼等的K值则一直呈线性增长。鱼的种类不同，ATP关联化合物变化的速率不同，因为ATP的降解活动与酶相关，而温度会影响酶活性。不同鱼种生活水域温度不同，它们体内各种酶的最适温度是不同的，在不同的储存温度下，分解速率是不同的，因此，微冻条件下不同品种的水产品在贮藏期间K值变化存在差异。2.1.2对TVB-N值的影响总挥发性盐基氮(TVB-N)一般是指水产品在贮藏期间，由于肌肉中自身酶和细菌的共同作用，蛋白质分解而产生的氨以及胺类等碱性含氮物质。此类物质具有挥发性，含量越高表明氨基酸被破坏越严重，特别是蛋氨酸和酪氨酸，水产品的营养价值因此而下降。TVB-N现己被多国作为检测水产品腐败的标准，一般用来评定鱼类的初期腐败程度，其中TVB-N15mg/100g为一级鲜度标准，15mg/100g为一级鲜度标准，25mg/100g为二级鲜度标准。李卫东等对南美白对虾进行微冻(-3C)保鲜，发现微冻保藏至第30d，对虾的TVB-N值为17.8mg/100g，仍达二级鲜度.Liu等对草鱼肉在微冻(-3C)和冰藏(0C)保鲜中的TVB-N值变化发现，与冰藏保鲜相比，微冻处理的保鲜期可延长至21d.TVB-N值(15.52mg/100g)远低于草鱼肉二级鲜度的界限值;而冰藏保鲜到15l.TVB-N值(19.25mg/100g)己接近草鱼肉二级鲜度的界限值。微冻条件下，鱼体内的部分水分发生冻结，内源酶活性酶受到抑制，同时附着在鱼体上微生物体内的部分水分也发生冻结，抑制了微生物生长繁殖，甚至导致其死亡，使鱼体在较长时间内保持其鲜度。此外，熊光权等还研究微冻贮藏期间温度波动对淡水鱼TVB-N值的影响，结果发现在(-30.1)C贮藏30d草鱼和卿鱼TVBN含量分别为18.3mg/100g和19.1mg/100g，远低于鱼肉二级鲜度限值;而(-32)C贮藏第15d时草鱼和鲫鱼TVB-N含量分别为24.7mg/100g和25.6mg/100g，己超过其二级鲜度，可见温度波动对微冻保鲜中TVB-N值影响显著。温度波动会造成小冰晶的融化并因重结.从内部刺破细胞结构，导致鱼肉解冻后汁液流失，鱼品质降低。因此，在微冻保鲜过程中要注意保持温度稳定。2.1.3对微生物数量的影响一般来说，水产品所含原始菌落微生物数量越少，产品的鲜度越易保持。在微冻条件下，由于水产品中部分水分冻结，微生物体内的部分水分也发生冻结，微生物细胞液汁浓度增加，改变其细胞的生理生化反应，从而抑制微生物的生长甚至导致其死亡;只有一些具有较强耐冻能力的低温菌仍可存活并缓慢生长，从而使水产品在较长时间内保持新鲜而不发生微生物导致的腐败变质。相对冰藏和传统冷藏，微冻处理能明显抑制微生物的生长繁殖oa。但不同种类的鱼贝类在同一微冻条件下，细菌总数的变化不尽相同。总体可归纳为增长、下降和先下降后增长这三个发展趋势;如在微冻贮藏期间，妒鱼的细菌菌落总数一直呈下降趋势，鳃鱼则一直呈增长趋势，造成这种现象的原因可能跟鱼贝类自身的组成成分及生长环境有关。此外，同一水产品在不同微冻方式下，水产品中冰晶含量的不同，微生物繁殖速率也会存在差异。如北极甜虾(Pandalusborealis)采用冰盐微冻时细菌菌落总数第1d上升很快，之后的保质期内细菌菌落总数上升速率缓慢;而采用冰水微冻时，细菌菌落总数在第1d内略有下降，然后缓慢上升，但冰水微冻处理的虾菌落总数一直低于冰盐微冻保鲜虾的菌落总数。研究人员认为，由于冰水自由流动并包裹北极甜虾，能达到迅速降温且对虾的伤害更小，能更好抑制微生物的生长繁殖。2.1.4对肌肉pH变化的影响鱼体死后，体内仍进行着各种复杂的生理生化反应，体内的糖原和磷酸肌酸等物质分解产生酸性物质，使得pH下降，水产品鲜度下降;而后随着贮藏时间的延长鱼肉表而细菌的作用使鱼肉中蛋白质分解，产生碱性物质，使其pH逐渐回升。水产品肌肉pH的变化与其鲜度密切相关，因此水产品贮藏期间肌体的pH也可以作为评价其新鲜度的一项指标。对微冻贮藏的鲍鱼、鳃鱼、罗非鱼、草鱼、妒鱼等肌肉pH的研究发现，其pH在整个贮藏过程中的变化均呈V”宇形，且变化速率明显低于冷藏时pH变化速率。但也有例外，如石斑鱼在一3℃的低温盐水中微冻保藏，肌体的pH变化不明显，始终维持在6.8--7.1之间;大西洋鲜鱼在一1.5C微冻贮藏下肌体pH一直下降，但下降速率低于冰藏处理。在微冻贮藏初期，鱼体肌肉中糖原酵解与ATP分解都受到抑制，减慢了pH的下降速率;同时鱼体内外微生物以及鱼体内源酶的活动也受到抑制，影响了贮藏期内pH的上升速率。2.2对肌肉汁液损失的影响汁液损失反映鱼体贮藏期间肌肉组织结构受到冰晶的机械损伤程度。肉汁渗出液含有多种营养物质，会导致产品的商业价值降低，同