肉品新型解冻技术及其对蛋白特性影响的研究进展

为确保工业中大规模生产肉制品的安全性和经济性，冷冻贮藏仍是目前国内外肉制品企业最常用的保藏方式。冷冻过程中，冰晶的形成、成长导致肌肉组织的超微结构遭到破坏、干物质浓度增加、化学反应加剧、蛋白变性等，直接影响到肉品质的好坏；而解冻过程中，由于冷冻时形成的冰晶破坏了细胞膜和组织结构，导致冰晶融化产生的水分不能被完全吸收，肉品不可避免会发生汁液流失。肉品汁液流失与其色泽、嫩度、新鲜度等理化指标有直接或间接的联系，使其品质下降。而汁液流失的多少与解冻过程直接相关，所以解冻过程的控制对冷冻肉的品质也起着至关重要的作用，一般需在低温下进行快速解冻，以避免温度过高、产品汁液流失严重等现象。

目前，传统的肉类解冻技术主要包括空气、水和低温解冻等，但其耗时长、效率低，且会导致肉品质恶化等，促使了新型解冻技术快速发展与应用，如微波、高压静电场、射频、超声波、远红外等因其各自的特点，近年来备受关注。河南科技学院食品学院的彭泽宇、朱明明*、孙红东等人简要介绍肉品新型解冻技术的优缺点及其在冻结肉领域的最新应用进展，并重点对解冻过程中蛋白氧化、构象改变及聚集特性的变化进行全面综述，阐明蛋白氧化与肉制品保水性的关联机制，以期为新型解冻技术更加合理、高效地应用于肉品加工业提供理论依据。

1、肉品新型解冻技术

微波解冻技术

微波解冻因具备高效解冻的特点而成为近年来代替传统空气解冻应用于肉品工业中的新型快速解冻技术。其原理是利用电磁波使食品内部分子所带电荷方向不断发生变化，导致分子间摩擦产热实现对食品的解冻。微波解冻的功率、频率以及间隔时间是影响解冻效果的重要参数。已有研究表明，微波解冻可明显缩短解冻时间，同时能有效维持原料肉的色泽、嫩度及质构特性。然而，值得注意的是，微波解冻过程中易出现热分布不均的问题，这与微波功率相关。

高压静电场解冻技术

高压静电场加工技术作为一项高效安全的非热加工技术已应用于食品干燥、杀菌、冷冻、解冻等多个领域。其原理是，闭合电路时高压静电场会产生电晕风，电晕风内高速运动的带电粒子冲击解冻产品增加了传热系数，从而提升解冻效率。近年来，随着高压静电场加工技术受到广泛的关注，已有学者研究发现，高压静电场解冻技术具有高效、节能、解冻均匀、解冻后肉品品质明显改善等特点，且随着电压的增加，解冻速率会加快。

射频解冻技术

射频解冻的原理为产品通过交变电磁场时，其内部离子朝着电荷相反方向运动，导致离子间摩擦、振动并发生偶极旋转在产品内部产生热量，从而实现对产品的快速解冻。频率、功率和极板间距等参数对解冻效果影响较大。Cathcart等最早证明了射频技术应用于食品解冻的可行性，并发现与传统解冻方法相比，射频解冻能明显缩短解冻时间，维持解冻产品的品质。

超声波辅助解冻技术

超声波技术应用于食品的解冻主要依赖它的热效应机制，即超声波在介质中机械振动，使介质中的粒子产生能量并被吸收转化成热能。超声波解冻的优势在于提升解冻速率的同时可有效改善原料肉解冻不均匀的问题，因此近几年得到广泛应用。解冻效率与选择超声波的频率和功率密切相关。

远红外解冻技术

红外辐射是一种电磁辐射，基于它的波长可将其分成3 个区域，即近红外区、中红外区和远红外区。远红外技术因节能高效且对含水物质以及多数有机物有强烈的吸收带而经常被用到食品加工中，相较于红外干燥、红外杀菌技术而言，远红外解冻技术受到的关注较少。远红外解冻技术的原理与微波、射频解冻相似，都是以电磁波形式引起分子剧烈运动并将能量转化为热能进行解冻，其解冻效果取决于辐射强度等参数。目前，远红外技术主要用于冷冻肉品的联合解冻，其单一解冻的研究较少。

2、解冻对肉品蛋白质氧化程度（理化性质）的影响

解冻过程中肉品蛋白质羰基、巯基含量的变化

蛋白质的氧化修饰可能发生在氨基酸的侧链和肽链主干上，导致蛋白特性发生变化即出现羰基衍生物生成、巯基损失和共价交联等现象。随着氧化程度的提高，羰基、共价交联产生的二聚酪氨酸含量增高，巯基含量降低。朱文慧等研究发现不同解冻方式均会增大秘鲁鱿鱼蛋白氧化程度，即表现为羰基、二聚酪氨酸含量增加以及巯基含量减少。

解冻过程中肉品蛋白质表面疏水性的变化

表面疏水性是指由于水对非极性分子的排斥，非极性基团在水中出现相互缔合的趋势。其与蛋白质表面性质、空间结构以及脂肪结合能力有密切联系，并且具有监测蛋白质理化状态细微变化的能力。正常情况下，肌原纤维蛋白的疏水区在分子内部，而解冻会导致蛋白质结构展开，暴露疏水区，从而增加蛋白的表面疏水性。

解冻过程中肉品蛋白质热变、流变特性及溶解度的变化

解冻过程中，蛋白质的氧化变性可导致肉品持水力下降，其变性程度可通过DSC分析、流变特性以及蛋白溶解度等指标来衡量。DSC分析技术具有高灵敏度、快速等特点，常通过变性温度和热焓值来衡量蛋白质的变性程度。Cai Luyun等研究表明微波和超声结合真空解冻后样品的蛋白热焓值较高，热稳定性较好，蛋白变性程度较小。流变仪可在不破坏蛋白样品结构的前提下，研究解冻肉的结构、凝胶强度以及蛋白交联度，其中常通过储能模量（G’）的变化来反映肉制品的动态流变学特性。

解冻过程中肉品蛋白质ATPase活性的变化

ATPase活性是判断肌球蛋白完整性的一个指标，而研究表明肉品的凝胶强度与肌球蛋白的完整性相关，因此，ATPase活性成为了决定产品凝胶特性的重要因素之一。有研究表明肌原纤维蛋白ATPase活性与肌球蛋白头部区域巯基的氧化密切相关。Benjakul等报道称，冷冻、解冻过程可能会诱导肌肉蛋白重排列并导致其ATPase失活。因而，近几年ATPase活性因与肌肉中蛋白氧化、变性密切相关而成为评估解冻技术的一项指标。

3、解冻对肉品蛋白质构象的影响

解冻过程中肉品蛋白质二级结构的变化

蛋白二级结构是指蛋白内部局部肽段骨架形成的构象，其中主要包含α-螺旋、β-折叠、β-转角以及无规卷曲等结构，是从空间结构研究蛋白作用机理和功能的重要指标。解冻会导致α-螺旋含量降低，分析原因可能是由于冻结过程中，冰晶的增大对蛋白造成挤压及机械刺伤，而解冻过程又破坏了分子的内部氢键。目前常用圆二色光谱（CD）法、傅里叶变换红外光谱（FTIR）法以及拉曼光谱法来分析解冻过程中蛋白质二级结构的变化。

解冻过程中肉品蛋白质三级结构的变化

蛋白质的三级结构是指蛋白质多肽链在二级结构基础上通过侧链基团相互作用折叠形成的一个紧密的三维空间结构，其结构稳定性主要依靠氨基酸残基侧链之间的疏水作用力维持。目前常利用色氨酸作为内源荧光探针研究蛋白质三级结构的变化。蛋白质发生氧化变性时，蛋白质结构随之展开，部分色氨酸残基所处环境极性增加，会导致最大荧光发射波长增大即发生红移。红移程度越大，表明蛋白质三级结构变化越大。

4、解冻对肉品蛋白质聚集特性的影响

解冻过程中肉品蛋白质聚集程度的变化

在解冻过程中肉品蛋白质氧化可能会导致其内部发生聚集和交联，影响其平均粒径的变化。因此可通过测定肌原纤维蛋白的粒径分布以及平均粒径的大小来判断解冻方法对其聚集程度的影响。粒径峰值越高、平均粒径越小，其聚集程度越低。Li Fangfei等研究发现猪肉经不同方式解冻后蛋白平均粒径均有上升趋势，其中超声解冻接近鲜肉水平，仅增加了0.9%，可能与超声波产生的空化效应导致团聚体破裂有关。此外蛋白质平均粒径大小与其水合性密切相关，肌原纤维蛋白内部疏水残基暴露会促进肌原纤维蛋白的聚集，因此可联合内源荧光光谱的变化来判断解冻对肌原纤维蛋白聚集度的影响。

解冻过程中肉品蛋白质降解程度的变化

蛋白质降解会导致其结构复杂化，即分子间形成二硫键、羰基化以及肽主链断裂等，而氨基酸侧链羰基化、分子间形成二硫键也是蛋白质发生氧化的标志。由此可见，氧化是诱导蛋白质降解较为重要的因素。解冻过程会导致部分蛋白降解。目前，常通过十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳来分析解冻过程中各分子质量蛋白质的降解程度，其降解程度可通过条带强度变化、有无条带消失以及新条带生成来判断。

结 语

为改善传统的肉类解冻技术带来的耗时长、效率低下、品质恶化等缺点，新型解冻技术逐步应用在肉类食品中。微波、高压静电场、射频、超声波、远红外等技术可有效提高肉品解冻效率，却也有一定的局限性。综合比较新型解冻技术的优缺点，发现微波、超声波、远红外可与其他解冻技术或磁性材料联合解冻，既保留了新型解冻技术的高效性又解决了热分布不均、边缘熟化、成本高的问题，因此联合解冻技术在未来肉类工业中的应用具有巨大潜力，但其商业化应用仍需进一步加快，以期提高冷冻肉制品的品质。

解冻可使肉品保水性、色泽、新鲜度等发生变化，也会导致蛋白质氧化变性、结构改变和聚集特性变化。解冻会导致羰基、共价交联产生的二聚酪氨酸含量增高，巯基含量降低，疏水性氨基酸残基暴露，热稳定性变差，从而破坏蛋白质二级和三级结构，促进蛋白发生聚集或降解。今后，可以解冻技术对肉类蛋白质氧化、结构及聚集特性影响为着力点进行研究，阐明蛋白氧化与肉制品保水性的关联机制，以期寻求新型低耗、高效优质的解冻技术。

本文《肉品新型解冻技术及其对蛋白特性影响的研究进展》来源于《食品科学》2020年41卷19期303-310页，作者：彭泽宇，朱明明，孙红东，何鸿举，王正荣，赵圣明，康壮丽，马汉军。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190920-259。

近期研究热点

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于摄图网