基本介紹
- 中文名：微凍保鮮
- 外文名：preservation by partial
- 是否含防腐劑：否
- 又叫：部分冷凍、過冷卻冷藏
- 原理：低溫抑制微生物繁殖及酶活性
- 套用：水產品保鮮等
定義,原理,優點,指標變化,微生物,K值與TVB-N值,蛋白質,脂肪,質構,持水率,pH,套用,水產品保鮮,肉製品保鮮,果蔬保鮮,複合保鮮,發展前景,
定義
微凍技術是20世紀60、70年代開始在漁船上用來貯藏海產品的一種保鮮技術。通常所說的低溫保鮮是指0℃以上的冷藏，而冷凍保鮮是指-18℃以下的凍藏，研究人員將這兩個概念之間-5～0℃的溫度帶稱為中間溫度帶區域，在這個溫度區域的保鮮總稱為中間溫度帶保鮮。中間溫度帶保鮮又分為2段，即冰溫保鮮和微凍保鮮。冰溫保鮮是指在0℃至凍結點以上這個溫度範圍內進行的貯藏，微凍保鮮是貯藏溫度控制在生物體凍結點及凍結點以下1～2℃的溫度帶的保鮮技術。水產品在微凍狀態下，微生物體內的部分水分發生凍結，導致水分活度降低，抑制其生長繁殖，同時酶活性在此溫度下也會受到抑制，生化反應速度降低，可以保持產品在較長時間內不發生腐敗變質；同時，微凍保鮮能在技術環節上保證魚、蝦等凍品的細胞壁保存完好，解凍時無可溶性蛋白和細胞原生質外滲，故解凍水清澈潔淨，保鮮效果較好。
原理
微凍保鮮的基本原理是利用低溫來抑制微生物的繁殖及酶的活性。魚體上附著的腐敗細菌主要是嗜冷性微生物，在0℃左右生長緩慢；0℃以下，溫度稍有下降，即可顯著抑制其生長、繁殖；溫度降至-10℃以下，則繁殖完全停止。在微凍狀態下，水產品體內的一部分水分發生凍結，微生物體內的部分水分也發生了凍結，這樣就改變了微生物細胞的生理生化反應，某些細菌不能適應開始死亡，大部分嗜冷菌雖未死亡，但其活動也受到了抑制，幾乎能繁殖，這樣就能使水產品在較長時間內保持新鮮度而不發生腐敗變質。
優點
與傳統冷藏相比，微凍保鮮具有以下優點：
1）可降低凍結過程中生成的冰晶對產品造成的機械損傷、細胞潰解和氣體膨脹；
2）產品食用時無需解凍，可以減少解凍時的汁液流失，保持食品原有的鮮度；
3）微凍保鮮產品乾耗較少，表面色澤好，貨架期至少延長了1.4～4倍；
4）能夠保證產品高質量、高產率，所需設備簡單，費用低，耗能少。
指標變化
微生物
溫度是引起食品變質的主要影響因素，大多數微生物體系的溫度係數Q10在1.5～2.5，溫度每降低10℃，微生物生長速率下降約2倍。微凍條件下部分自由水成凍結狀態，從而有效抑制微生物的生長。宋華靜等在-3℃微凍豬肉研究中，樣品初值細菌總數為7.18×10 cfu/g，保藏到第30天時豬肉的細菌總數為1.1×10 cfu/g，抑菌效果顯著。在微凍保鮮期間，動物性食品細菌總數變化主要有3種趨勢：增長、下降和先下降後增長。微生物數量的變化與動物性食品種類、附著的細菌種類和數量、微凍方式、水分凍結率等因素有關。如方長額蝦，採用冰鹽微凍時細菌菌落總數第1天上升很快，然後上升速率減緩；而採用冰水微凍時，細菌菌落總數在第1天下降，然後緩慢上升，到第4天時上升速率突然增大，而且用冰水微凍產品的菌落總數一直低於在冰鹽微凍條件下的產品細菌菌落總數。
K值與TVB-N值
魚蝦死亡後，其新鮮度首先取決於它本身的生物化學反應，體內三磷酸腺苷按下列次序有規律的變化：ATP→ADP→AMP→IMP→HxR→Hx。K值是HxR和Hx在ATP全部分解產物中所占的百分率，此值越低鮮度越好。揮發性鹽基氮（TVB-N）是指由於肌肉中內源性酶和細菌的共同作用，蛋白質分解而產生的氨以及氨類等鹼性含氮物質，已被多國作為檢測水產品腐敗的標準。
與冷藏或冰藏相比，在微凍保鮮過程中，動物性食品鮮度能夠得到很好的保持。在微凍過程中，K值和TVB-N值都是隨著貯藏時間延長而增加，但是相對與冷藏和冰藏，二者的增長速率明顯要低得多。K值作為水產品死後至腐敗之前的鮮度指標，主要適用於鑑定魚類早期腐敗。TVB-N值則適合軟化後使用(常用於禽畜肉鮮度判斷)鮮度的判斷。若K≤20%，說明魚體絕對新鮮；K≥40%時，魚體開始有腐敗跡象。水產品死後的鮮度變化與K值顯著相關，對鰱、鱅、羅非魚等K值增加與溫度關係的研究發現，微凍貯藏羅非魚、南美對蝦、鰱魚、大黃魚、鱸魚、鱅魚，30d內K值均在60%左右，處於二級鮮度水平，微凍保鮮可有效地抑制K值的增加。而微凍貯藏豬肉，鴨肉，雞肉，30d內TVB-N值均在25mg/100g以下，處在二級鮮度水平(TVB-N≤15 mg/100g為一級鮮度標準，≤25為二級鮮度標準)，研究結果表明微凍保鮮可以有效的抑制TVB-N值增加。總之，判斷微凍過程中鮮度的變化要結合細菌總數，TVB-N值，k值，感官指標，pH值等指標綜合考慮。李衛東等在南美對蝦微凍保鮮實驗中發現，當保藏樣品至26～30d時，細菌總數和TVB-N值尚未超標，但感官上已失去使用價值。
蛋白質
鹽溶性蛋白
在微凍狀態下，魚肉的蛋白質會發生變性，這主要表現在蛋白質溶解度、ATPase活性、肌原纖維蛋白和肌漿蛋白結構的變化等方面。水產品的蛋白質含量很高，按其對中性鹽的溶解性可分成三大類：第一類為鹽溶性的肌原纖維蛋白；第二類為水溶性的肌漿蛋白；第三類為不溶性的肌基質蛋白。在微凍貯藏過程中，組成肌肉蛋白質的肌原纖維蛋白、肌漿蛋白和肌基質蛋白都呈下降的趨勢。李姣對中國對蝦在不同溫度貯藏時SDS-PAGE結果顯示，肌動蛋白、肌球蛋白重鏈和原肌球蛋白有明顯的分解現象，其中微凍條件下相對於0℃和4℃分解更慢。但Bahuaud等人研究發現，微凍加速了肌纖維之間分離的數量和破損的程度造成鮭魚片表層出現凍結損傷，這可能是微凍加速蛋白水解酶的釋放，使得魚肌肉的退化的速度變快。Duun對鱈魚片的研究發現，與冰藏相比微凍過程中鹽溶性蛋白減少，產生了更高汁液流失量。所以蛋白質的微凍變性程度會因水產品種類不同而有差異。
ATPase活性
脂肪
水產品中的酶會對脂質水解，產生的游離脂肪酸可能促進蛋白質變性，使水產品的色香味及營養劣化，造成品質下降。在脂肪含量較高的水產品中，脂肪氧化分解產生小分子物質（醛、酮、酸等）是引起感觀質量下降的原因之一，一般用硫代巴比妥酸值（TBA值）反映這類物質含量。TBA值越大說明脂肪的氧化程度越高酸敗就越嚴重。國外推薦的閾值是1～2mg MDA/kg，且人類可食用水產品的TBA最高限量為8mg MDA/kg。在-3℃的微凍條件下貯藏的草魚片，其TBA值變化很小，貯藏25d其值僅比初值增加了0.10mg/100g，隨後緩慢增加，到第60d時僅為初值的4.01倍。相反在4℃條件下貯藏的草魚片在第2天時TBA值就達到0.34mg/100g，隨後迅速增加，到第14天已達2.05mg/100g，是初值10.5倍。結果說明，微凍能有效地減緩草魚片中脂肪的氧化速度。
質構
質構是表示水產品品質的一個很重要的參數，它取決於產品的種類、肌肉的部位和保藏的方法，水產品貯藏過程中品質變化可通過質構分析來評價。質構分析是以力學測試方法模擬食品質地的感官評價及攝入食品到口腔後的綜合感覺，對食品質地硬度、膠粘性和彈性等信息進行分析，揭示牙齒在咀嚼過程中力和時間的變化規律，可以快速、簡便、客觀地判定水產品的質構特性。鱸魚在微凍條件下，質構及流變學特徵參數等變化速度明顯比冷藏時緩慢。曹榮等對蝦仁不同部位質構特性進行了分析，結果表明，不同品種蝦肉和同種蝦肉不同部位質構特性有較大的差異。
持水率
肌肉持水率的高低直接關係到水產品的質地、嫩度、切片性、彈性、口感、出品率等質量指標和經濟指標。細胞內外在微凍或凍結時形成的大量的冰晶對細胞形態學的變化和組分的變性有較大影響，並且在解凍時可能使得產品肌肉結構發生變化，從而導致持水率下降。Erikson對大西洋鮭魚採用不同的微凍方式指出，隨貯藏時間的延長，肌肉持水率逐漸降低。與剛宰後平均94.6%持水率相比，貯藏13d時的持水率均有降低，但基本都在90%左右，持水率下降較緩慢。-20℃冷凍貯藏的大黃魚，其肌肉持水率在30d後下降到80%以下，-3℃微凍時維持在85%左右，說明微凍過程對大黃魚肌肉持水率的影響比冷凍要小。
pH
魚類經捕獲致死後，其體內仍然進行著各種複雜的變化，順序性出現僵直、自溶和腐敗變質三個階段，pH在僵直期內持續下降，在自溶和腐敗變質階段回升。pH先降後升，這是因為當水產動物停止呼吸時，體內的糖原就開始分解，產生乳酸，使肌肉的pH值下降。隨著鮮度的變化，蛋白質分解，呈鹼性的產物不斷增加，使肌肉pH又回升。對微凍條件下鰱魚、鯽魚、羅非魚等pH的研究發現，其變化均符合V型。且對草魚研究表明，微凍時要比冷藏時pH變化速率要慢一些。
套用
水產品保鮮
微凍技術最早發現並套用於貯藏海產品，目前，在該領域的研究主要集中在其對各種水產品的貯藏保鮮及品質影響等方面。沈月新等在-3℃±0.5℃空氣微凍條件下，探討了羅非魚的質量變化情況，並與冰藏魚作比較，發現-3℃微凍法雖然比冰藏法溫度僅低3℃，但魚肉鮮度指標K值上升緩慢，細菌繁殖受到抑制，大大延長了羅非魚的保藏時間，貯藏期可達一個月左右。黃海、曾名勇等研究了鱅魚、鱸魚、鯽魚在微凍過程中的質量變化規律，發現微凍能夠明顯抑制細菌總數的增長，維持較低的TVBN值和K值。陳閩榕採用鹽水微凍保鮮方法，考察了南美白對蝦在不同溫度(-2℃和-5℃)的保鮮效果，研究表明微凍(-5℃)能較好地保持對蝦的品質，保持較低的K值、細菌總數、TVB-N值，在-5℃下對蝦貯藏期限可達10d，比-2℃下貯藏期延長了4d。李衛東對南美白對蝦微凍保鮮進行了研究，他選取了-3℃作為微凍條件，發現微凍保鮮期比0℃保藏時延長了大約3倍。曹榮等採用-3℃微凍貯藏太平洋牡蠣，使樣品的感官接受期達到30d，而0℃對照組的保鮮期只有6d。
肉製品保鮮
除了水產品，肉製品也成為近年來微凍技術研究的熱點領域，目前採用微凍技術進行研究的肉製品種類有豬肉、雞肉、鴨肉等。彭濤等研究了豬裡脊肉在-2℃微凍、4℃冷藏和-18℃凍藏三個低溫保藏環境中的品質變化，發現-2℃微凍保質期可達27d，而4℃保質期僅6d；相比較於-18℃凍藏，-2℃微凍條件下豬肉汁液流失率低，有較好的持水性且感官評價更好，說明微凍技術用對於豬肉來說是一種有效的保鮮方式。劉璽等也研究了鮮豬肉在-2℃微凍保鮮過程中的質量變化，通過對貯藏過程中感官指標的觀察和對微生物指標(TVC值)、理化指標(pH、TVBN、持水力)的測定，並對各種指標進行綜合比較分析，結果表明隨著貯藏天數的增加，TVC值和pH以及持水力都呈現先降後升的變化趨勢，並保持較低的TVC值和TVBN值，其貯藏期限可達20d以上。姜長紅等採用-5℃(經10%NaCI處理)貯雞肉，在貯藏期內微生物生長緩慢，20d後TVC值才達到5.7×10CFU/g，而對照5℃條件下，雞肉貯藏8d菌落總數大於1×10CFU/g，說明微凍條件抑菌效果顯著。陳秦怡等採用10% NaCl溶液處理鴨肉，在-3℃微凍保藏，其貯藏期可達35d。
果蔬保鮮
微凍技術在水產品和肉製品保鮮上取得了很好的效果，於是也有研究人員開始嘗試在果蔬保鮮上套用這一技術。不過，由於不同果蔬間生理生化特性差異大，同時因為果蔬采後仍是有生命的個體，對於凍結變化非常敏感，所以微凍技術在果蔬中的套用研究較少。林向東等採用微凍技術對草莓的保鮮進行了研究，發現微凍保鮮技術在減緩營養物質的分解和保持草莓新鮮度等方面效果顯著，微凍環境下草莓的保鮮時間可達兩個月以上，且品質與鮮果無明顯差異。王波以果實好果率、褐變指數、可滴定酸濃度和果皮PPO活性為主要指標，研究了不同貯藏溫度-3℃、-4℃和-5℃對龍眼貯藏品質的影響，結果表明，3種溫度的微凍保鮮在抑制龍眼的酶活性和減緩營養物質的損耗等方面均效果顯著，-3℃下貯藏的龍眼果實結冰率較小，屬於輕微凍結，可以更好地保持龍眼的品質，保鮮期限可達40d以上，而冷藏條件(5～7℃)下龍眼保鮮期只有5周。
複合保鮮
大量研究人員通過將微凍技術與傳統的冷藏、凍藏技術進行比較研究，證實了微凍技術可以獲得比冷藏和凍藏更好的保鮮效果，而將其它保鮮技術與微凍技術結合則有可能獲得更長的保鮮期和更佳的保鮮品質。
與生物保鮮劑結合
生物保鮮劑是從動植物、微生物中提取的天然的或利用生物工程技術改造獲得的對人體安全的一類保鮮劑，將生物保鮮劑套用於各種農產品的保鮮已經取得了較好的效果。將生物保鮮劑與微凍技術相結合，共同套用於農產品的保鮮，利用柵欄因子效應則可以獲得更好的保鮮效果。範文教等畏用0.1%的茶多酚溶液對鰱魚進行浸泡處理後再進行微凍保藏，發現實驗處理組的TVC值、pH值、TVBN值、TBA值、K值等指標明顯低於蒸餾水浸泡的對照樣，說明茶多酚在鰱魚微凍保鮮過程中能有效地抑制細菌繁殖，減緩脂肪氧化，延緩腐敗變質，採用茶多酚溶液處理結合微凍技術保鮮能更好的延長鰱魚保鮮期。茅林春等畏用茶多酚溶液處理鯽魚進行微凍保鮮也取得了類似的效果，但是他同時也發現茶多酚對TMA值和pH值的影響不明顯。劉美華口選用l%海藻酸鈉+2%CaCl：作為塗膜材料塗膜處理大黃魚，通過研究實驗組與對照組在-3℃和-6℃微凍條件下品質的變化，發現大黃魚在-3℃和-6℃微凍條件下保質期可達30d，塗膜可以有效的保持大黃魚的感官品質，同時還能降低細菌總數和TVBN值，但塗膜組大黃魚的K值比對照組高，這可能是因為Ca激活了腺苷三磷酸酶，進而促進了ATP的降解。
與氣調技術結合
張輝等以毛蚶為研究對象，在-3℃微凍條件下採用不同的氣調保鮮技術對毛蚶進行保鮮處理，發現在微凍時毛蚶保鮮時間能達30d，採用Nisin、溶菌酶、NaCl、甘氨酸等配合充N2及CO2保鮮組合處理毛蚶，其IVC值上升較少，保鮮效果較佳。李麗娜等研究發現在微凍-3℃時採用N2:CO2 = 3:2的氣調組合併配合生物保鮮劑對毛蚶保鮮獲得了很好的效果，毛蚶在保藏期間未超過鮮度耐受限達25 d之久，比空白組延長15d。國外也有研究人員採用微凍與氣調包裝的方法對鮭魚片進行了保鮮研究，使鮭魚片的貨架期延長了1倍，並且貯藏期內產品的微生物數量、TVBN值、K值以及感官指標等均維持在可以接受的範圍內。
發展前景
微凍技術雖然可以將微生物數量、TVB-N值、K值等控制在一個較低的水平，延長產品的保藏時間，但動物性食品微凍貯藏保鮮主要存在幾個問題：
1）在微凍範圍內，溫度即使只下降1℃，也能導致產品內冰晶量翻倍，這很可能會引起細胞損傷，降低動物性食品的營養價值。所以微凍保鮮技術操作的要求比較高，對微凍設備溫度控制提出了嚴格的要求。
2）微凍條件下蛋白質動態變化、變性機理以及影響因素、酶反應情況目前尚不明確，需要進一步地研究。
3）我國目前動物性食品的保鮮，貯藏，貯運，銷售等設施配套不完善，滿足不了微凍推廣套用的硬體需求，應大力發展冷鏈系統。
4）在微凍條件下的生化反應情況，篩選、分析特定的腐敗菌，並研究抑制其生長繁殖的方式等內容研究較少。
