微凍復合保鮮技術在水產品中的應用研究進展

莊文靜,包建強,2,3*,鄭穩,宮萱,黃可承,李雪艷,成謙益

1(上海海洋大學 食品學院,上海,201306)2(上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心,上海,201306)3(農業農村部水產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室(上海),上海,201306)

由于水產品適口、營養豐富的特點,其受歡迎程度越來越高。據國家統計局發布《中華人民共和國2021年國民經濟和社會發展統計公報》:2021年水產品產量6 693萬t,比2020年增長2.2%[1]。然而水產品易受內源酶、微生物及外界環境的影響而腐敗變質。隨著人們消費水平提高及對營養需求增加,新鮮水產品的消費市場占比逐漸加大,因此近些年國內外學者對水產品貯藏與保鮮方面的研究也層出不窮。

低溫貯藏是保持水產品新鮮度的常用方法之一。其原理是制造低溫條件抑制微生物生長和內源性酶活性,延緩蛋白質和脂肪的氧化。常用的低溫貯藏方法有凍藏、微凍、冰藏、冷藏等,其中,冷藏和凍藏在食品工業中已廣泛應用,凍藏使水產品處于凍結狀態,有效抑制了微生物生長繁殖和酶活性,減緩體內生化反應進程,使得水產品貨架期可長達數月,并能長期保持水產品原有的色、香、味和營養價值。但經長期凍藏,冰晶的形成及生長使水產品組織結構遭到破壞、蛋白發生冷凍變性、脂質氧化、質地劣變等,從而導致其質量的損失和下降[2]。傳統的冷藏保鮮(0～4 ℃),食品內部水分幾乎不結晶,但食品的貨架期較短[3]。冰藏保鮮是指將水產品貯藏在冰點附近溫度,具有操作方便、冷卻無需動力、不發生蛋白冷凍變性、能在短期內維持水產品新鮮度等優點,但是冰藏溫度范圍較窄,對溫度控制較為嚴格,可通過添加糖、鹽類物質擴大冰點范圍,同時,增加了運輸成本且貨架期僅為冷藏的1.4倍左右[4]。

微凍是將產品貯藏溫度控制在其冰點以下1～2 ℃的溫度帶內,約為-1～-4 ℃,因具體產品而異[5]。微凍只產生少部分冰晶,細胞受破壞程度小,汁液流失率低、魚肉質構差異不大,能較好保持魚肉獨特的風味,且微凍保鮮耗能少,成本較低,可使產品的貨架期延長至冷藏的1.5～4倍[6]。然而冷凍產品最大冰晶生成溫度帶與微凍溫度范圍稍有重疊,且貯藏溫度的波動容易導致再結晶,大大加速魚肌肉結構破壞和質量惡化。近年來研究者多采用微凍復合其他保鮮技術對水產品進行保鮮,充分發揮協同作用,達到綜合保鮮的效果。筆者基于水產品腐敗機理及冰晶產生引起品質變化進行探討,闡述了微凍保鮮技術的應用及微凍復合保鮮方法的最新進展,并展望了微凍技術的不足及發展趨勢,為微凍技術的進一步發展提供參考。

1 水產品腐敗機理及品質變化

1.1 微生物腐敗

微生物腐敗是導致魚品質下降主要因素,嚴重情況下可導致市售魚損失25%～30%[7]。影響水產品微生物菌群的因素如圖1所示。水產品在捕撈、加工、運輸等過程中遭到各種細菌的污染,再加上其本身營養成分高、pH近中性,為微生物提供了很好的“培養基”,導致微生物在體內快速生長,在繁殖過程中會分泌酶類代謝物(如蛋白酶、脂肪酶),從而使魚體內基本營養基質分解, 并生成三甲胺、生物胺、有機酸、醛醇及硫化物等不良風味物質,對消費者感官造成不良影響。

圖1 魚類微生物區系的影響因素Fig.1 Influencing factors of microbiota composition in fish

然而并不是所有微生物都會引起魚體腐敗,往往只有小部分微生物會大量繁殖并產生腐敗代謝產物,最終引起水產品腐敗,這部分微生物被稱為特定腐敗微生物(specific spoilage organisms,SSO)。每種魚類都有其特定的微生物菌群,因受到很多因素的影響而發生腐敗(如貯藏時間、貯藏條件、質量控制方法及微生物的耐受性等)。如假單胞菌屬是氣調包裝的大西洋鮭魚和含2%鹽的鳙魚的SSO,而氣單胞菌是無鹽鳙魚的SSO[8]。雖然不同條件下的SSO都不同,但有研究者發現一旦達到感官拒絕點之后,微生物群落能保持相對穩定,如當大口黑鱸魚片感官上不可接受時,氣單胞菌屬其次是假單胞菌屬為主要的腐敗菌,貯藏后期,假單胞菌屬占總菌群的58%[9],即在魚體腐敗后的微生物菌屬是趨于穩定的。因此在魚保鮮過程中區分腐敗菌與非腐敗菌是較為關鍵的。

1.2 內源酶作用

生物體死亡后,許多內源性酶在一定的溫度和濕度環境中仍然活躍,并參與水產品腐敗前后的生理變化[10]。首先是三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)及其相關產物的酶促降解,破壞了魚體肌肉纖維結構,釋放Ca2+進入血漿中,激活肌原纖維粗絲中的ATP酶即核苷酸分解酶,使得ATP降解為次黃嘌呤最后形成尿酸。魚類死后,引起腐敗的另一個內源酶是蛋白水解酶,主要的蛋白水解系統為細胞質鈣蛋白酶 (在中性pH下) 和溶酶體組織蛋白酶(組織蛋白酶B、L、H和D)[11]。這些蛋白酶作用于魚肉肌原纖維蛋白,導致其發生降解,硬度下降,質地軟化,并伴隨一些小分子物質的產生(如含氮化合物、小分子肽、游離氨基酸等)。內源性脂肪酶或磷脂酶能夠水解魚體內脂質,造成脂肪氧化;同時,魚肉死后分解產生的游離脂肪酸,易被氧化產生多不飽和醛,引起魚腥味產生,影響人的感官屬性[12]。此外,存在于魚鰓和皮膚中的脂氧合酶在魚長時間貯藏過程中發揮氧化作用。如表1為水產品中的常見內源酶、作用底物及其產生影響。

表1 水產品中的內源酶作用[13]Table 1 The role of endogenous enzyme in aquatic products

1.3 脂肪氧化

脂肪氧化通常是O2與脂肪酸雙鍵發生反應。魚體內通常包括光氧化、自動氧化、酶促氧化、熱氧化等幾種類型,而氧與脂質發生的自氧化是魚腐敗的最主要原因。自動氧化的途徑如圖2所示。魚中的不飽和脂肪酸受到溫度、光、金屬離子等影響產生自由基,啟動氧化的產生;在傳播階段,自由基與氧產生H2O2自由基和非自由基,H2O2自由基在于脂肪酸反應產生氫過氧化物和新的自由基;當大量的自由基形成時會終止反應進程。然而初級氧化產物不穩定,會分解產生次級氧化產物(如醛、酮、醇,環氧化合物等),這些次級產物可與蛋白質、糖等反應,影響魚肉風味、造成不愉快的感官體驗。同時,不可忽視生物體內存在的內源性脂肪酶和脂氧合酶也是造成水產品脂肪氧化的重要因素,脂肪酶在一定條件下催化甘油三脂分解為游離脂肪酸和甘油,脂氧合酶可將不飽和脂肪酸和酯氧化為氫過氧化物,進而加快自動氧化進程[15]。隨著羰基化合物和酶促氧化產物游離脂肪酸含量的增加會進一步影響水產品的風味。

圖2 脂質自動氧化示意圖[14]Fig.2 Schematic diagram of automatic lipid oxidation

脂肪氧化還影響魚肉的色澤,色澤變化主要與高鐵肌紅蛋白產生有關,有研究表明藍鰭金槍魚在低溫貯藏中,隨時間延長,魚肉發生褐變,且脂肪氧化越高的部位,褐變越快,高鐵肌紅蛋白與a*呈顯著負相關,與TBA值呈顯著正相關[16],這可能是因為脂肪氧化產物能夠促進肌紅蛋白的氧化,抑制線粒體酶和高鐵肌紅蛋白還原酶活性,造成高鐵肌紅蛋白的積累,導致色澤發生變化。另外,肌肉中含有的血紅素氧化也會影響肉的色澤。

另外,脂肪氧化產生的丙二醛等次級產物與蛋白質的氨基酸殘基交聯,引起蛋白質結構變化,進而影響疏水性、溶解度、羰基等含量變化,造成蛋白質功能性的喪失[17]。與此同時,一些脂溶性維生素和其他化合物的損失也是脂肪氧化產生的結果[18]。

魚死后發生的微生物代謝、生理生化反應是導致其腐敗的復雜因素,魚最初的腐敗是由于本身的蛋白酶、脂肪酶引起的酶促降解,后期貯藏時微生物代謝是最終腐敗的主要因素[19]。同時,魚的養殖環境、加工及貯藏過程的衛生環境、工業設備等對魚的質量及貨架期也起到至關重要的作用。由于人們生活水平提高,對優質海產品的需求量增大,新鮮預制海產品的市場愈來愈廣闊,因此,對于如何延長魚的貨架期及保持最優質量魚產品的保鮮技術受到廣泛關注。

2 微凍保鮮研究現狀

微凍最早應用于貯藏海產品,包括魚、蝦以及魚糜、魚糕、魚香腸等加工制品。由于水產品營養基質較為豐富,極易腐敗,因此對于海產品進行微凍保鮮的研究較為廣泛。目前主要通過測定總揮發性鹽基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)、硫代巴比妥酸值(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)值、pH值、菌落總數、K值等鮮度指標的變化,探討微凍對水產品保鮮的應用,如表2所示。

表2 不同水產品微凍保鮮的應用Table 2 Application of superchilling preservation of different aquatic products

與傳統的冷藏相比,微凍通過使產品部分凍結降低了微生物繁殖的能力,提高了水產品的總體質量,并延長了貨架期。盡管微凍對水產品流通過程中鮮度保持有一定的積極作用,但微凍貯藏對魚內部結構造成一定的破壞,BAHUAUD等[28]研究發現三文魚在微凍貯藏時細胞內形成冰晶,造成溶酶體破裂,并釋放出組織蛋白酶B和L,加速肌纖維之間的斷裂。同時,有研究指出,微凍對魚的持水力影響較大,很可能因為微凍過程產生的部分冰晶對細胞膜造成一定的破壞,影響蛋白結構,使得魚中的自由水被釋放,導致持水力下降。

3 微凍形成冰晶的機理及影響

由于微凍溫度是在產品冰點以下,在貯藏過程中伴隨著水的凍結,形成冰晶,需經歷以下幾個階段:首先,樣品經過快速預冷除去初始溫度到初始凝固點的顯熱。隨溫度繼續冷卻,當溫度低于相變溫度并超過冰核形成溫度時,成核過程開始,隨后溫度迅速升高到冰點,之后,樣品潛熱移除,晶體生長及新的成核同時發生。在最后及隨后的儲存階段重結晶會發生[29]。冰晶形成主要通過成核和晶體生長兩個主要過程,冷卻速度快、成核驅動力大、成核速度大、晶核數多,形成越多的小冰晶。KONO等[30]用不同的冷卻速率研究鮭的品質變化,發現快速冷卻樣品形成的冰晶比正常冷凍樣品形成的冰晶小,因為快速冷卻樣品通過最大冰晶生成帶的時間較為短暫。另外溫度波動越大,小冰晶積累越多越易形成大冰晶,容易破壞細胞膜,使得產品汁液流失率增加。YANG等[31]研究比較內源性蛋白酶、冰晶、脂肪氧化對質地軟化的影響,通過對比發現貯藏過程中對魚肉質地軟化貢獻最大的是冰晶。因此通過控制溫度影響冰晶形成及維持產品質地軟化尤為重要。

色澤是影響消費者選購水產品最重要的視覺特性之一,是消費者購買產品直接的感官因素。SHI等[32]研究發現斑點叉尾鮰在微凍之后的白度值顯著增加,這可能與冰晶的形成及解凍后自由水增加、魚表面光反射增強有關。譚明堂[33]對大王烏賊-5 ℃的白度值研究發現,隨著貯藏時間的延長,白度呈先上升后下降趨勢。白度值下降一方面是微凍貯藏過程中含水量下降造成的,另一方面可能與脂質氧化有關。但是冰晶影響水產品色澤的機理有待進一步研究。

由于微凍過程中,自由水會形成冰晶,冰晶尺寸的增加可能會通過物理作用破壞細胞壁而造成機械損傷,這可能會導致液滴損失的增加、持水力的減弱以及與細胞壁結構損傷相關的其他質量參數的變化,隨之細胞內的水分含量降低。由于水分子對維持蛋白質二級和三級結構的穩定性起著重要作用,參與結晶之后,導致蛋白質分子空間構象的改變,進而導致蛋白質變性[34],蛋白質分子易受到促氧化劑的攻擊發生蛋白質氧化,使得特定氨基酸側鏈發生化學修飾,表現為巰基減少、二硫鍵增加、羰基增加、Ca2+-ATPase活性降低、色氨酸熒光損失,還會引起蛋白質物理性質變化(包括斷裂、聚集、溶解性降低、功能損失等)。如汪經邦等[35]分析低溫對暗紋東方鲀的蛋白特性影響,發現-3 ℃會破壞肌原纖維結構,并使得魚肉二硫鍵、羰基顯著上升,巰基含量和Ca2+-ATPase活力呈下降趨勢。此外,長時間的微凍貯藏及溫度波動可能導致冰晶生長,重冰晶形成,對蛋白質結構造成更嚴重地破壞。

微凍保鮮雖然對保持水產品新鮮度及貨架期延長有一定的效果,但是不可控制的溫度波動產生的冰晶對水產品的品質影響很大,具體表現如上所述。因此近些年關于微凍及其復合保鮮技術的研究逐漸增加,以期減少微凍貯藏過程中冰晶對水產品品質的影響,比如微凍聯合氣調包裝、涂膜保鮮、靜電場、抗凍劑等應用于水產品保鮮,可以減少微凍產生冰晶對細胞的損失,同時,也能表現出較好的保鮮效果。

4 微凍復合保鮮方法在水產品的應用進展

4.1 微凍與抗凍劑的復合保鮮應用

為了更好地保持水產品捕撈后的品質,減少因微凍溫度變化產生過多的冰晶,通常將微凍與抗凍保鮮劑聯合應用于水產品保鮮中,目前應用的抗凍劑包括抗凍多糖、抗凍蛋白、抗凍肽等。

糖類物質是目前應用于水產品冷凍中的一類抗凍劑,有研究認為糖類通過氫鍵、疏水相互作用等與蛋白質周圍的水結合,抑制冰晶的形成,降低對水產品組織結構的破壞,達到保鮮的目的。近年來,由于人們對低熱、低糖的需求旺盛,越來越多的植物提取物多糖、低甜度的糖用于水產品的抗凍保鮮,如謝晨[36]研究金針菇多糖對微凍貯藏的三文魚品質影響發現,0.15 mg/mL的金針菇多糖提取物對抑制微凍和凍藏貯藏中蛋白質變性和脂肪氧化有較好的效果,原因是金針菇多糖含有的羥基與水結合形成玻璃態固定自由水,抑制水分子遷移,減緩了冰晶重結晶,進而減少了對組織結構的破壞,保持了魚肉品質。唐柏蛟等[37]還發現壇紫菜多糖可以抑制微凍南美白對蝦肌原纖維蛋白的氧化與聚集,保持了蝦肉組織結構的完整性,有望成為一種新型綠色抗凍劑。除了植物提取物多糖外,低聚木糖、卡拉膠寡糖等對凍蝦有明顯的抗凍效果,顯著抑制解凍損失和蒸煮損失,抑制質構的劣化,延緩了肌原纖維蛋白的氧化[38],但在微凍保鮮中的應用還不多見。

抗凍蛋白因可以吸附在冰晶表面又稱為冰結合蛋白和冰結構蛋白,抗凍機制分為3種:一是可以通過降低結合界面的凍結溫度,而不改變溶液的熔點,減少冰晶的形成,即改變熱滯活性;二是控制冰凍組織結構中的冰晶大小和形狀來控制冰晶重結晶的過程,以形成較小且均勻的冰晶,稱為重結晶抑制效應;三是改變冰晶生長習性,表現為加入抗凍蛋白的溶液,由于抗凍蛋白能與冰晶結合,導致滯后間隙內的冰晶向兩方生長,形成雙錐形結構,改變了冰晶形態。研究發現抗凍蛋白能夠降低凍融循環中鏡鯉的持水性、離心損失、蒸煮損失、剪切力,有效抑制水分遷移,同時降低TBA含量及羰基的增加,對脂肪氧化起到很好的抑制作用[39]。同時冰結構蛋白也能抑制冰晶生長,改變冰晶形態,維持凍融鯉魚肌原纖維結構的穩定狀態[40]。在微凍貯藏中,抗凍蛋白同樣能夠結合到冰晶表面,降低冰晶的凝固點,抑制冰晶生長,但是可能由于微凍的溫度難以控制,形成的冰晶含量無法精確計算,所以關于微凍結合抗凍蛋白對水產品保鮮的應用較為缺乏,未來應該更深入的研究微凍貯藏中冰晶的結晶過程,通過結合凍結過程中的機械損失及低溫濃縮對產品的物理損失現象,建立相關的傳熱傳質模型,使之能精確預測冰晶的大小,比較添加抗凍蛋白前后形成的冰晶形態變化、數量及重結晶現象,更好地發揮微凍保鮮與抗凍蛋白結合對水產品保鮮的效果。

4.2 微凍與靜電場復合保鮮應用

靜電場作為一種非熱加工技術,近年來在水產品保鮮方面有一定的應用,靜電場發揮保鮮效果的機制主要有[41-42]:1)靜電場的加入會改變細胞膜內外的電位差,膜兩側的電子產生定向的電荷運動,產生電流,從而影響細胞內的生理代謝反應;2)電場可以改變和降低冰成核所需要的自由能,導致冰的成核速率增加,生成的冰晶尺寸較小;3)電場的加入也會影響水與酶結合狀態的變化,造成酶失活;4)當電場在0.4～2.0 V時,微生物細胞會被擊穿死亡,且靜電場環境下會釋放臭氧等抑菌劑,使細胞膜破裂起到保鮮作用。

在微凍貯藏過程中加入電場,可以有效減少冰晶的生成,降低了冰晶對水產品組織結構造成的損傷。在微凍結合電場對梭子蟹的應用中發現,相比于普通微凍,電場微凍組對肌肉組織結構破壞性更小,脂肪氧化速度減慢,延長了梭子蟹的貨架期[43]。梁瑞萍等[44]通過創造低溫環境與低壓靜電場結合處理藍點馬鮫,發現低壓靜電場通過降低產品冰點,使結晶速率大大降低,增加了冰晶數目和減小了冰晶粒徑,冰晶能夠均勻分散在產品中,在貯藏3 d后電場組僅出現微小肌肉裂痕,未發現有嚴重的纖維變性,而對照組的肌纖維有明顯斷裂,冰晶粒徑大幅增加,產生大量冰晶和孔洞,肌肉組織遭到嚴重破壞。同時靜電場結合微凍對帶魚、脊腹褐蝦、竹節蝦等保鮮也出現類似的效果[45-47]。

除了研究某一固定電場對水產品的保鮮效果的影響外,還有學者研究變頻電場結合微凍的保鮮應用情況,如對鮐魚施加3 000、2 000 V/m,并在50 Hz的頻率環境下貯藏,發現低壓變頻電場能降低TVB-N的產生,延緩pH的上升,菌落總數降低,電場處理組的肌肉組織較為完整,且2 000 V/m的處理組好于3 000 V/m組[48],這可能因為外界的電場中使得水分子發生定向移動,在不平行于電場方向上的冰晶形成受到一定的抑制,使得魚肉組織纖維較為完整,但也發現隨著電場強度的增加,魚肉的水分遷移加快,會降低魚的水分含量[49]。

關于高壓靜電場在水產品保鮮中也有部分應用,如熊宇飛[50]將高壓靜電場與制冷結合探究對刀額新對蝦的品質變化及機理,發現高壓靜電場能有效抑制蛋白質變性與降解、脂肪氧化、微生物生長等反應,且壓力越大,抑制效果越好,但是在實際應用中高壓靜電場(>2.5 kV)需要人陪同實驗,安全性不高,且產生高額的成本,相比于低壓靜電場應用不太廣泛。

4.3 微凍與氣調包裝復合保鮮應用

氣調包裝通常使用CO2、O2、N2,以不同比例的氣體組分應用到水產品保鮮中,CO2溶于水,形成微酸性環境,對微生物生長造成抑制作用,尤其是需氧微生物和革蘭氏陰性菌,一般情況下,體積分數25%～100%的CO2下均能有效抑制微生物繁殖;O2在氣調比例中的占比應根據包裝產品嚴格控制,過高會導致需氧微生物繁殖,過低會使肉品的顏色變暗褐色,影響消費者的感官[51];N2是一種惰性氣體,主要用作充氣包裝,防止塌陷變性,同時,N2還能與O2交換,防止魚肉脂肪過度氧化。

氣調包裝還具有控溫作用,且能抑制水產品腐敗菌的生長,隨著CO2的比例增加,微凍結合氣調包裝對水產品的貨架期越長,袁賴紅[52]發現與空氣包裝對比,100%CO2包裝下的微凍大黃魚貨架期延長了22 d;同時K值、TVB-N值及表面細菌總數均處于較低水平,貯藏末期,腐敗菌的生長繁殖明顯受到抑制,微生物豐度降低。綜合發現75%CO2/25%N2氣調包裝方式結合微凍是大黃魚最佳的貯藏方式。同時高CO2包裝在大菱鲆微凍貯藏中也有應用,發現-1.3 ℃ 與60%CO2/10%O2/30%N2保持了較好的理化指標,且降低了貯藏過程中醇醛等異味物質的產生,更好地保持了大菱鲆品質[53]。與空氣貯藏相比,大西洋鱈魚在微凍-1.7 ℃下與氣調包裝(40%CO2/60%N2)貯藏下能將貨架期從15 d延長至21 d[54]。

實驗結果均證明了微凍結合氣調尤其是高比例CO2的氣調包裝貯藏水產品時,獲得了較好的保鮮效果,一方面可能是因為微凍貯藏下,形成部分冰晶營造出低溫環境對微生物、酶活性產生一定的抑制作用,其次是,不同比例的氣體組分擾亂了原有的空氣組分,阻礙了水產品中特定腐敗菌的生長繁殖,從而減緩了水產品內微生物代謝、體內生化反應的進程,延長了水產品的貨架期,但是不同水產品的營養組分及貯藏特性有所不同,因此對于如何選擇合適的氣調比例應用于水產品保鮮且不改變其特有成分還需要進一步研究。其次,目前對微凍復合氣調保鮮只停留在對水產品理化指標的變化的影響,未來還需要從微生物菌相變化、揮發性風味物質等方面進行深入探討兩者結合的效果。

4.4 微凍與可食用涂膜復合保鮮應用

可食用涂膜是由成膜基質材料(多糖、蛋白質、脂類及復合物)添加一些功能性活性成分(抗菌劑、抗氧化劑)及增塑劑通過浸漬、涂抹等方式包裹在食品表面小于0.3 mm的薄層,形成了一層“保護膜”,減少與外界環境接觸,防止水分、風味物質成分揮發,抑制了微生物生長繁殖,達到保鮮效果;同時,微凍和涂膜復合使用,由于活性成分的存在,可以一定程度上抑制脂肪蛋白質氧化、避免微凍產生的冰晶對細胞造成損傷。成膜基質材料主要有多糖基、蛋白質基及脂質基,3種涂膜基質材料各有優缺點,成膜機理各有不同,具體見表3。

表3 不同可食用涂膜基質材料的特性[55-56]Table 3 Attribute of different matrix of edible film

單一的蛋白質涂膜具有疏水性強,對蒸汽、氣體的滲透性低,抗菌性差的問題,而多糖類物質具有親水性強,且部分多糖有抗菌性能,但也存在阻濕性、抗水性差的問題[57],多糖-蛋白質膜因在氣體阻隔性、抗菌性、機械性能等方面具有互補的優勢,因此研究者大多采用多糖/蛋白質復合涂膜對水產品進行涂膜保鮮,如表4所示。微凍結合多糖蛋白質涂膜在水產品保鮮應用方面主要體現在抑制脂肪蛋白質氧化等抗氧化膜、延長水產品貨架期、減少微生物生長等抗菌膜以及用于監測水產品腐敗變化的智能包裝膜等。

表4 微凍復合可食用涂膜在水產品的應用Table 4 Application of superchilling combined with edible film in aquatic products

微凍結合復合涂膜對水產品保鮮的應用主要通過低溫環境及活性物質或基質本身發揮保鮮效果。首先微凍貯藏提供一個較低的環境,對微生物和魚體內酶活性都有一定的抑制作用,另外,添加的膜基質如殼聚糖,表面帶有正電荷及氨基,可以與細胞膜上的負電荷相互作用,在細胞膜表面形成一層致密的膜,阻礙細菌跨膜運輸,干擾菌體的正常代謝,有研究發現也與其螯合金屬離子、結合水分、破壞胞內遺傳物質有關,從而實現對水產品的保鮮[63]。同時,加入的一些活性物質可以抑制內源酶活性,如多酚物質中的兒茶素可以影響膠原酶的構象進而降低酶活性;植物精油可以對細胞膜造成非特異性損傷,致使膜通透性增加,引起細胞內容物流出,同時其干擾細菌代謝,阻礙細菌呼吸作用,抑制細胞ATP形成;植物多酚可與細胞膜結合,改變膜通透性,破壞細胞完整性,同時還可以與蛋白質、核酸合成酶結合影響大分子合成,從而達到抑菌保鮮作用[64]。

除了微凍和可食性復合涂膜結合應用保鮮以外,有研究發現一種新型微凍-冰釉涂層應用于水產品中,既能最大限度的提高宰后魚肉的品質,又能避免冷凍損傷。如HE等[65]研究(-1.5±0.2) ℃下,采用殼聚糖-兒茶素作為冰釉涂層貯藏羅非魚片,結果顯示微生物數量減少,減緩了氧化腐敗,保持了較好的感官屬性,且生物胺產生較少,有效提高了羅非魚品質;同時,以丁香精油為冰釉涂層,對花鱸魚進行微凍貯藏,此過程中分析新鮮度指標發現,涂層組能顯著抑制魚樣在微生物、質構、感官等方面的腐敗,達到較好的保鮮效果[66]。對比傳統的冰釉物質——水來說,選擇具有一定抑菌、抗氧化物質作為涂層,既可以在樣品表明形成一種保護膜,防止水分流失,排出空氣,并能減少溫度波動對樣品造成的品質劣變,同時可以向樣品滲透一些抑菌物質,發揮抑菌功效,達到雙倍的保鮮效果。

5 結語

微凍保鮮具有維持水產品新鮮度、保持質量和延長保質期等優點,但單一保鮮技術存放時間短、能耗高,且產生的冰晶及重結晶對水產品品質產生一定的影響,本文綜述了關于冰晶對水產品各方面品質產生的影響,同時闡述了微凍與其他保鮮技術的結合應用及保鮮效果,未來對于微凍貯藏的研究中還應著重建立冰晶形成過程與品質之間的動態關系,來深層次地探討微凍技術應用于水產品保鮮的機理。

未來微凍技術的發展面臨如下的挑戰:1)微凍是介于冷藏和凍藏之間,處于產品冰點±0.5 ℃的溫度帶,很可能與冰晶最大生成帶接近重疊,因此對于怎樣精準控制溫度波動,減少冰晶的形成和冰晶熔融對于維持產品質量具有很大的挑戰性;2)與此對應,想使得微凍貯藏如冷藏和凍藏一樣能廣泛應用,需要設計微凍設備及裝置,如何集中各種產品的微凍特性及參數條件(溫度、時間、濕度、氣流、制冷負荷、消耗功率等)開發一種合適的微凍裝置至關重要;3)隨著現代信息及網絡設施的完備,急需對微凍產品的內部環境變化實時監測,未來對產品在線監測及控制平臺的應用做相應的研究與開發,以便于使消費者或家庭更好的監測產品新鮮度變化情況;4)為促進生魚片食品的更好流通,僅僅采用微凍一種技術是遠遠不夠的,應當充分發揮多個柵欄因子,未來應挖掘更多的的新技術(超高壓、等離子體、電子束輻照、磁場等技術)與微凍相結合,以減少微凍產生的冰晶對水產品的影響,發揮柵欄保鮮效果,為水產品保鮮貯藏行業提供新思路。