韓敏義，田惠鑫，曾憲明，張馨月，尹家琪，侯鈺柯，白 云，唐長波，徐幸蓮

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 肉品加工重點實驗室/江蘇省肉類生產(chǎn)與加工質(zhì)量安全控制協(xié)同創(chuàng)新中心/南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，江蘇 南京 210095；2.溫氏食品集團股份有限公司，廣東 云浮527400）

解凍是食品加工或烹飪前進行的重要的工藝過程[1]，選擇合適的解凍方法，減少對食品的損傷，保證高質(zhì)量的生產(chǎn)原料，才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)食品[2]。常見的食品解凍方法有空氣解凍法、冷藏解凍法、浸泡解凍法、流水解凍法等[3-5]；新型解凍法有微波解凍法、超聲波輔助解凍法、高周波解凍法、高壓輔助解凍法、高壓靜電場輔助解凍法等[6-8]。這些方法在一定程度上減少了解凍時間，減輕了傳統(tǒng)解凍方法帶來的影響，但還是存在蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化嚴(yán)重、滴水損失高、色澤變差和加熱不均勻等造成食品感官不佳的問題，從而影響消費者的購買體驗，因此仍需單一或復(fù)合解凍技術(shù)來提高解凍食品品質(zhì)。

近年來，生物傳熱（Bioheat transfer，BHT）技術(shù)取得了重大進展。磁性納米粒子（Magnetic nanoparticles，MNPs）加熱作為BHT的一種形式，已被批準(zhǔn)并廣泛應(yīng)用在生物材料方面[9]。Wang等[10]利用超順磁Fe3O4納米粒子將人臍帶干細(xì)胞成功復(fù)溫，結(jié)果證明MNPs顯著提高加熱速率，抑制了再結(jié)晶中冰的形成，提高了細(xì)胞存活率。研究證實，MNPs輔助解凍可能是一種有前景的方法，可以使生物材料均勻、快速地變溫。傳統(tǒng)及新型解凍方法都有一些不可避免的問題，如空氣解凍耗時長、高壓靜電場解凍對環(huán)境溫度要求較高等，而MNPs輔助加熱減少了使用單一傳統(tǒng)或新型解凍方法對食品的損傷。作者綜述了新型解凍技術(shù)在魚產(chǎn)品中存在的品質(zhì)劣變問題和納米粒子加熱在魚類解凍中的應(yīng)用，以期為該技術(shù)在食品解凍中的應(yīng)用提供參考。

1 磁性納米粒子輔助加熱在魚肉解凍中的應(yīng)用

生物組織的熱導(dǎo)率通常很小，常規(guī)的快速加熱技術(shù)會導(dǎo)致較大的熱梯度[11]，會引起色澤、風(fēng)味和質(zhì)地等變化。Manuchehrabadi等描述了一種稱為“nanowarming（納米加熱）”的新型可擴展技術(shù)，利用氧化鐵納米粒子對冷凍保存的豬心臟瓣膜組織進行更均勻快速地加熱解凍[12]。磁性納米粒子是由純金屬、金屬合金和金屬氧化物組成的一類納米粒子。合成磁性納米粒子的方法有很多，如共沉淀法、反膠束法、微乳液法、熱分解或還原法、水熱合成法和激光熱解法[13]。近些年，利用MNPs高吸附性、可回收性、生物相容性等特點在許多方面加以利用。例如合成特定的磁性納米吸附劑，以期達(dá)到快速定向分離的效果[14]；氧化鐵納米粒子在魚類解凍方面也取得了一定的進展，可使加熱更均勻，降低肉品的品質(zhì)損失。表1～表4列舉了單獨使用解凍技術(shù)對魚肉品質(zhì)的影響和利用MNPs輔助加熱解凍的實例，并分析了該方法對魚肉品質(zhì)的影響。

表1 微波解凍對魚肉品質(zhì)的影響Table 1 Effect of microwave thawing on the quality of fish

表2 磁性納米粒子輔助微波加熱在魚肉中的應(yīng)用Table 2 Application of magnetic nanoparticles assisted microwave heating in fish

表3 遠(yuǎn)紅外解凍對魚肉品質(zhì)的影響Table 3 Effect of far-infrared thawing on the quality of fish

表4 磁性納米粒子輔助遠(yuǎn)紅外加熱在魚肉中的應(yīng)用Table 4 Application of magnetic nanoparticles assisted far-infrared heating in fish

微波加熱縮短了解凍時間，是由于水等極性分子在此環(huán)境中劇烈摩擦，將電磁能轉(zhuǎn)換為熱能，從而快速解凍。但解凍過程中出現(xiàn)解凍溫度局部過高且受熱不均勻，不適用于魚糜的解凍[6]。微波振動水與其他大分子之間的氫鍵松弛，導(dǎo)致解凍損失率和蒸煮損失率明顯增高，顏色變差、蛋白質(zhì)變性等問題。在水分流失的同時，其中還含有氨基酸、鹽類、維生素類等水溶性成分流失，導(dǎo)致產(chǎn)品的商品價值下降。

文獻[19]和文獻[20]針對鱸魚的實驗結(jié)果一致，遠(yuǎn)紅外解凍后TBARS值顯著升高，但蒸煮損失率和解凍損失率低。遠(yuǎn)紅外解凍與微波解凍原理類似，在一定程度上依賴于電介質(zhì)加熱解凍的原理，都是利用波長輻射表面產(chǎn)生熱量傳遞至樣品中心進行解凍。但比微波的頻率更高，波長更短，同樣也存在局部過熱的問題[21]。

與上述單一新型解凍方式相比，MNPs輔助解凍后對魚肉品質(zhì)影響減小，蛋白質(zhì)氧化速率降低，抑制脂質(zhì)氧化，降低了解凍損失和蒸煮損失，保水性能更好，同時受熱更均勻。總的來說，單一的解凍技術(shù)雖然有一定的局限性，但是可以與其他解凍方式結(jié)合進行技術(shù)改進，提高解凍后的食品品質(zhì)。磁納米粒子會通過濃度擴散均勻分布于樣品中，研究防凍劑對流加熱時發(fā)現(xiàn)，小體積材料成功復(fù)溫，由此提出使用MNPs可以提高復(fù)溫速率和材料活力，并在豬心血管模型中成功應(yīng)用[12]。低劑量磁性納米粒子的攝入對人體健康無副作用，并已獲得美國食品和藥物管理局的批準(zhǔn)[22]，所以MNPs輔助加熱解凍法是一種前景非常好的解凍方法。

1.1 磁性納米粒子輔助加熱對水分含量的影響

新鮮肉類保持水分的能力是產(chǎn)品最重要的質(zhì)量特征之一。解凍不僅會改變?nèi)饨M織中水分的含量和分布，還會導(dǎo)致肉的保水性降低[23-24]。研究表明，磁性納米粒子結(jié)合微波解凍 （the MNPs combined with microwave thawing，MMT）的離心損失和解凍損失低于單一解凍方式，解凍損失最低[9]。微波具有很強的穿透性，可以同時加熱冷凍產(chǎn)品的內(nèi)外部分，加熱所需的時間較短，并且通過熱傳導(dǎo)作用使MNPs轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾艩顟B(tài)，抑制了冰晶的再生，從而造成細(xì)胞損傷很小[12]。利用磁性納米粒子輔助微波解凍和遠(yuǎn)紅外解凍（the MNPs combined with far-infrared thawing，F(xiàn)MT）研究了紅鯛魚片的水分變化[4]，結(jié)果表明MMT和FMT處理組中不可移動水含量高于對照組，說明通過均勻而快速的熱效應(yīng)增強了保水能力，使游離水回流，減少了解凍時間，增加了魚片中水的含量。但由于微波振動的機械作用造成水與其他大分子之間的氫鍵斷裂使結(jié)合水含量降低?？偟膩碚f，由于離子分布在整個樣品中，出現(xiàn)了快速和均勻的升溫，從而消除了開裂和冰的形成，較好維持了蛋白質(zhì)和水之間的氫鍵作用力，從而提高了回收率和組織活力[25]。

1.2 磁性納米粒子輔助加熱對蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化的影響

水產(chǎn)品在長途運輸、儲存和消費過程中，由于溫度波動，不可避免地會出現(xiàn)反復(fù)的凍融（Freezethaw，F(xiàn)-T）現(xiàn)象。F-T循環(huán)引起樣品中小冰晶的再結(jié)晶和在肌原纖維中的再分布，導(dǎo)致纖維結(jié)構(gòu)的破壞和肌原纖維蛋白的氧化變性[26]。在研究MMT處理魷魚時發(fā)現(xiàn)，巰基含量升高，平均粒徑變小，該方法可使蛋白質(zhì)和水之間的相互作用更加緊密[9]，維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性，降低蛋白質(zhì)的氧化程度[27]，文獻[4，17]與文獻[9]得出相似的結(jié)果。采用分子動力學(xué)模擬的方法研究了鯡魚防凍蛋白與冰晶的相互作用，同樣證明殼聚糖磁性納米粒子在F-T循環(huán)過程中對蛋白質(zhì)氧化起到抑制作用[26]。

1.3 磁性納米粒子輔助加熱解凍對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響

凍融循環(huán)增加了肌肉纖維斷裂程度，改變了肌原纖維蛋白的結(jié)構(gòu)，降低了肌原纖維蛋白功能[28]。衡量魚肉質(zhì)量的主要指標(biāo)有彈性、口味、質(zhì)地等，影響凝膠特性的主要成分是魚肉肌肉中的肌原纖維蛋白質(zhì)[29]。結(jié)果表明，相比較其他解凍方式，F(xiàn)MT和MMT處理組熱穩(wěn)定性和凝膠特性較好[17]。有研究表明，MMT和MFT樣品的ΔH值分別略高于MT和FT樣品[4]，說明MNPs輔助解凍對解凍效果有一定的改善，在一定程度上增加了蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性。采用不同解凍方式研究豬肉的理化特性，發(fā)現(xiàn)微波解凍比冷水解凍、冰箱解凍等方法對肉的品質(zhì)影響大[28]。

2 其他新興解凍方法

食品的解凍方法雖然多種多樣，既有普通的解凍方法，又有新型的技術(shù)，但在實際生產(chǎn)過程中仍面臨許多問題[30]。

超高壓輔助解凍減少了解凍時間，但對樣品的顏色有一定的影響。將超高壓技術(shù)應(yīng)用于金槍魚解凍發(fā)現(xiàn)[31]，超高壓解凍比常壓解凍縮短解凍時間，而且肉制品的滴水損失率降低，但是由于高壓處理使得蛋白質(zhì)變性，導(dǎo)致魚肉色澤發(fā)生變化。研究表明，使用高壓靜電場解凍后，金槍魚魚身顏色變暗，質(zhì)地變壞、蛋白質(zhì)溶解度下降[32]。由于其復(fù)雜性和對大型設(shè)備的需求，該方法還未被廣泛應(yīng)用[7]。高壓靜水解凍的解凍時間只需常壓時間的1/3[33]，并且增大了肉類的嫩度，但電壓過大或過小會導(dǎo)致蛋白質(zhì)大分子變性。研究發(fā)現(xiàn)，在3.8 kV下，魚肉解凍速度更快，解凍時間更短，能夠更好保持魚肉的品質(zhì)[34]。在保證解凍時間的同時，有時還需要較好的外觀。將羅非魚進行真空解凍，結(jié)果表明，真空解凍降低了解凍損失率，抑制脂肪氧化，保持較好的新鮮度，但羅非魚由于真空的環(huán)境而變形[35]。

從實際生產(chǎn)來看，生產(chǎn)者要在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上根據(jù)各食品特性來選擇合適的解凍方法。當(dāng)一種解凍技術(shù)不夠成熟或在某個方面有所欠缺，可以將研究的重點放在新型技術(shù)的組合應(yīng)用上，將傳統(tǒng)技術(shù)與新型技術(shù)相結(jié)合，努力實現(xiàn)高效與普遍應(yīng)用相結(jié)合，達(dá)到經(jīng)濟效益最大化的目的。

例如，熱解凍和非熱解凍可以結(jié)合使用，微波或超聲波可以與真空結(jié)合以解凍紅鯛魚片[4]。較低溫度的真空解凍可以減少微波或超聲波的負(fù)面影響。結(jié)果表明，結(jié)合使用這些方法與單獨使用這些技術(shù)中的任何一種相比，肌動蛋白的熱穩(wěn)定性及其三級結(jié)構(gòu)都保留得更好。將紅綢魚片進行超聲輔助真空解凍或微波真空解凍與真空解凍、微波解凍和超聲解凍進行了比較，前兩種解凍技術(shù)較其他解凍方法相比，肌動蛋白的熱穩(wěn)定性沒有較大變化[36]。為了改善微波解凍引起的溫度分布不均勻問題，也有一些解決方案可以減小溫度變化，當(dāng)微波解凍與常規(guī)加熱相結(jié)合時，將獲得更均勻的加熱[36]。盡管組合方法的效果較好，但操作比單一解凍方法更為復(fù)雜，并且能耗較大，所以出現(xiàn)在解凍方法中的問題需要以后解決或避免，同時也需要改進過于復(fù)雜的操作。

解凍不僅會改變?nèi)饨M織中水分的含量和分布，還會導(dǎo)致肉的保水性降低[23-24]。由于肌肉中大部分水都被包埋在細(xì)胞中，因此，水的物理狀態(tài)會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)和紋理[37-38]。水分的滲透造成肌球蛋白和肌原纖維蛋白變性、聚集和交聯(lián)；不飽和脂肪酸被氧化分解為具有特殊氣味的小分子物質(zhì)，導(dǎo)致味道和顏色以及感官都發(fā)生了較大的改變[39]。由于解凍時間過長或解凍溫度不均勻，造成食品質(zhì)量損失較為嚴(yán)重，對水產(chǎn)品影響更為顯著。

綜上所述，MNPs輔助加熱解凍方法處理樣品可以減少蛋白質(zhì)的聚集，在一定程度上保留細(xì)胞內(nèi)的結(jié)合水，降低解凍損失率，減輕對品質(zhì)的損傷。MNPs的使用可以使樣品受熱更均勻，降低解凍時產(chǎn)生的溫度差，對食品品質(zhì)有著積極作用[40-41]。

3 展 望

選擇合適的解凍方式對魚類產(chǎn)品的銷售和儲存具有重大的意義。傳統(tǒng)的解凍速度較慢，解凍時間較長，對肉品外觀及質(zhì)地影響較大，同時需要較大面積的場地。磁性納米粒子加熱技術(shù)作為一種新型解凍技術(shù)，MNPs當(dāng)接觸交變磁場時，分散在溶液中的MNPs和微球通過Neel-Brown弛豫將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)物料的加熱過程[42-43]，能夠更加均勻、快速的加熱食品，比其他解凍方法對食品的損傷小，較大程度貼合新鮮樣品。研究表明，與MNPs結(jié)合的解凍方式縮短了解凍時間，減緩了蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化，證明磁性納米粒子輔助加熱解凍在一定程度上有積極作用。此外，隨著納米顆粒濃度的增加和樣品升溫速率的變化，大塊樣品解凍時的溫度均一性等問題還需要進一步研究。

伴隨著磁性納米粒子的發(fā)展，除了上述優(yōu)點，還需考慮MNPs帶來的不利影響以及毒性。對于在魚肉和其他肉品中采用磁性納米粒子輔助其他解凍技術(shù)，這些顆粒在體內(nèi)傾向于降解，因此有必要了解顆粒整體和降解產(chǎn)物在體內(nèi)相互作用的毒性。一些納米顆粒已顯示出毒性作用，例如炎癥、潰瘍、生長速率下降、生存能力下降以及觸發(fā)植物和細(xì)胞系以及動物模型中的神經(jīng)行為改變。不同解凍技術(shù)對食物的解凍效果差異很大，因此不同的食品解凍采用不同的解凍技術(shù)至關(guān)重要。隨著新型解凍技術(shù)的發(fā)展，我們需要從客觀出發(fā)，尋找最優(yōu)的解凍技術(shù)。