Effect of Different Freezing Methods on the Cooking Quality of Pork
赵建生, 程宇轩, 马旭阳, 等. 不同冻结方式对猪肉炖煮品质的影响[J]. 肉类研究, 2024, 38(3): 64-69.DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240304-052. http://www.rlyj.net.cn
ZHAO Jiansheng, CHENG Yuxuan, MA Xuyang, et al. Effect of different freezing methods on the cooking quality of pork[J]. Meat Research, 2024, 38(3): 64-69. (in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240304-052.http://www.rlyj.net.cn
肉品的保藏方式丰富，因低温会抑制微生物生长繁殖，减缓生化反应，故冷冻贮藏被广泛应用于肉品的保存[1]。传统的冻结方式如空气冻结（air freezing，AF）和浸渍冻结（immersion freezing，IF）会产生大而不规则的胞外冰晶，导致肌纤维断裂，造成保水性降低，影响肉品品质[2-4]；而超声辅助浸渍冻结（ultrasonic-assisted immersion freezing，UIF）是一种结合超声波和浸入式冻结的新型快速冻结技术，且近年来超声冻结在肉品中被广泛应用。Zhang Mingcheng等[5]研究表明，UIF处理猪肉会产生均匀、细小的冰晶，在冻结贮藏过程中能有效保持肌肉组织的完整性，同时发现，超声能使肉品在冻结贮藏期间减少水分迁移和脂质氧化，改善肉品质[6]。此外，超声波还能促进传热，提高冻结速率。Sun Qinxiu等[7]发现超声波能缩短鲤鱼冻结时间，并显著降低解冻损失和蒸煮损失。因此探索适合的冻结方式对肉品行业发展至关重要。
炖煮是传统肉制品常用的加工方式。肉品经长时间煮制会具有独特的香味和滋味，因此深受消费者喜爱[8]。但冻结贮藏是食品后续加工前的一个重要步骤，冻结对炖煮后肉品品质及风味有较大影响[9-10]；然而UIF通过液体介质传播，产生空化效应和微射流，会破坏肌纤维骨架，改善传热和传质，促进肉对汤中盐和其他物质的渗透性，从而有效改善肉品的整体风味。Kang Dacheng等[11]研究发现，超声能使牛肉的硬度和咀嚼度降低，影响热加工处理后牛肉的感官接受程度；同时也有研究表明，鲜肉经冷冻贮藏后再进行炖煮加工，炖肉的质构、颜色和风味等均有所改善[12]。
目前低温冻结对肉品加工后的品质和风味的影响已有大量研究[13-15]，但不同冻结方式对肉品炖煮后的食用品质及风味的影响却少有报道。本研究旨在考察UIF、IF和AF 3 种不同类型的冻结方式对炖煮后猪肉的水分含量、蒸煮损失、剪切力、色泽、风味及滋味的影响，研究结果可为肉品加工提供一定的理论指导。
新鲜猪背最长肌购于郑州市丹尼斯超市，样品在0～4 ℃于15 min内运至实验室。
食盐 郑州市丹尼斯超市；95%（V/V）乙醇 河南依维意实业有限公司。
SJT-I-10L超声波辅助速冻仪 无锡新上佳生物科技有限公司；BPHJ-500C高低温交变箱 上海一恒科学仪器有限公司；C21-SDHCB46电磁炉 浙江苏泊尔股份有限公司；DDG-D30E2电炖锅 广东小熊电器股份有限公司；FoodScan肉类成分分析仪 丹麦福斯分析仪器公司；3nh分光测色计 深圳三恩驰科技有限公司；PEN3电子鼻 德国Airsense公司；电子舌 上海保圣实业发展有限公司。
1.3.1 样品制备
新鲜的猪背最长肌样品去除四周可见的脂肪与结缔组织后，分割为6 cm×6 cm×3 cm的肉块，4 ℃冰箱保存6 h以获得均匀初始冻结温度。实验设置1 个对照组和3 个实验组：对照组仅在4 ℃保存后直接进行后续实验操作；其余各组分别为AF组、IF组和UIF组。其中，AF组在（-20.0±0.5）℃高低温交变箱中完成；超声辅助速冻仪工作频率为20 kHz、功率在50～2 000 W连续可调，仪器温度设置为（-20.0±0.5）℃，当样品中心温度降至0 ℃时开启300 W超声，工作模式：5 s开/5 s关；IF组样品完全浸渍于冷冻液（95%乙醇）中，不施加超声；所有样品中心温度达-18 ℃时冻结完成。完成冻结后，样品在冰箱中于-18 ℃放置24 h，随后放置于4 ℃冰箱中解冻，将解冻后的猪肉分割为1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm大小的肉块，电磁炉快煮模式（2 100 W）下煮制2 min，去除浮沫，按肉样与沸水质量比1∶5加入电炖锅（200 W）中，加盐量2%，（以肉样质量计）炖煮2 h。
1.3.2 炖煮后猪肉水分含量测定
参考赵颖颖等[16]的方法，使用肉类成分分析仪进行测定。取炖煮后晾至室温的肉块30 g，绞肉机绞碎后铺满肉类成分分析仪专用样品盘中，仪器经白板校正后进行水分含量测定。
1.3.3 炖煮后猪肉蒸煮损失测定
去除猪肉可见脂肪和结缔组织分割，分割后的样品质量记为m0（g）；猪肉炖煮后吸干样品表面水分及渗出物，冷却至室温后称质量，记为m1（g）。蒸煮损失率按下式计算：
1.3.4 炖煮后猪肉剪切力测定
参考栗俊广等[17]的方法。采用质构仪燕尾刀头，将炖煮后冷却至室温的肉样沿垂直于肌纤维方向进行剪切测定，测定速率1 mm/s，每组处理重复6 次。
1.3.5 炖煮后猪肉色泽测定
参考赵电波等[18]的方法，并稍加修改。样品冷却至室温，经吸水纸吸干表面水分后采用分光测色计测定。色差计经黑白板校正后，将样品紧扣在镜口，读取样品亮度值（L*）、红度值（a*）和黄度值（b*），每个处理组测定6 次。
1.3.6 炖煮后猪肉挥发性风味成分分析
采用电子鼻进行分析，仪器包含采样装置、传感器阵列检测器和用于数据记录及分析的Winmuster软件，传感器阵列由10 个金属氧化物半导体型化学传感器组成，分别为W1C（1，对芳香族化合物敏感）、W5S（2，灵敏度高，对氮氧化合物敏感）、W3C（3，对氨类、芳香性化合物敏感）、W6S（4，对氢化物敏感）、W5C（5，对短链烷烃芳香化合物敏感）、W1S（6，对甲烷类化合物敏感）、W1W（7，对无机硫化物敏感）、W2S（8，对醇类、醛类和酮类敏感）、W2W（9，对芳香成分、有机硫化物敏感）和W3S（10，对长链烷烃敏感）[19]。参考王伟静等[20]的方法，并稍作调整，炖煮完成后的肉样去除表层风干皱缩部分后，称取3.00 g切碎的样品密封于电子鼻专用顶空瓶中，静置30 min后对顶空气体进行电子鼻分析。测定条件：温度25 ℃，载气为空气，清洗时间120 s，准备时间5 s，进样量30 mL/min，测试时间80 s。为保证实验结果的稳定性及准确性，采用60 s处信号进行雷达图分析，51～60 s的数据进行主成分分析（principal component analysis，PCA）。
1.3.7 炖煮后猪肉滋味分析
使用电子舌进行分析[21]。取炖煮后冷却至室温的猪肉样品50 g，绞肉机绞碎，置于250 mL的烧杯中，按照体积比1∶5添加蒸馏水，40 ℃恒温水浴30 min使中心温度达到40 ℃，均质机混匀，然后用8 层纱布过滤，取滤液，于3 000 r/min离心20 min，静置分层，取上清液于4 ℃保存，供测定使用。取100 mL抽提液进行电子舌测定，每个样品重复测定8 次。取60 mL样品倒入电子舌烧杯中，用电子舌传感器采样，每次样品测定后，对传感器进行电化学洗涤，即将所有电极浸泡在去离子水中30 s，然后通过电位扫描洗涤。实验重复3 次。
每个实验独立重复3 次，结果表示为平均值±标准差。采用SPSS Statistics 25软件的单因素方差分析对水分含量、蒸煮损失、剪切力及色泽数据进行分析。冻结条件为固定效应，重复实验为随机效应。显著性分析采用Duncan多重比较检验（P＜0.05），PCA及数据绘图采用Origin 2019软件。
由图1可知，与对照组相比，所有冻结处理样品炖煮后水分含量均显著降低（P＜0.05），但UIF组（57.81%）显著高于AF（56.06%）和IF（56.60%）组，与对照组（58.75%）最为接近，表明UIF相对于传统冻结方式能够一定程度维持炖煮后样品的水分含量，这可能是快速冻结形成的较小冰晶对肌纤维造成较弱的机械损伤，使肌纤维间容纳更多水分，此外，超声空化效应能促进肌球蛋白降解，从而改变肉品的微观网络结构，进而提高样品水分含量[22]。
图1 不同冻结方式对炖煮后猪肉水分含量及蒸煮损失率的影响
Fig. 1 Changes in moisture content and cooking loss of cooked pork with different freezing treatments
蒸煮损失是评价肉制品持水性的重要指标，对肉制品出品率有重要影响，其来源包括肉样中的部分水分及可溶物质，其中水是主要成分[23]。由图1可知，AF组样品的蒸煮损失率较大且与UIF处理组间差异显著（P＜0.05）。肉品中的水分由完整的肌肉结构保持，蒸煮损失的增加主要是由热诱导的蛋白质变性和肌纤维蛋白收缩造成肌肉结构的破坏，导致水分挤出[24-25]。AF组的缓慢冻结过程形成的冰晶大而不均匀，冻结后肌纤维扭曲、被破坏，造成肌原纤维蛋白结构及功能特性的改变，持水力下降，进而增加其炖煮过程中的水分损失[26]。
嫩度是影响消费者接受度的最重要属性之一，炖煮样品嫩度的变化与脂肪含量及肌内膜和肌周的扭曲有关[27]。由图2可知，不同冻结方式对炖煮后肉样的剪切力有显著影响。其中，AF组样品剪切力显著高于其他组（P＜0.05），可能是缓慢冻结造成的肌纤维扭曲、破坏严重，导致样品持水能力下降[28]，炖煮完成后样品失水严重，故剪切力升高、嫩度变差。然而，UIF组剪切力有略微降低，这可能是超声的空化与机械效应促进内源性蛋白酶释放，进而改善了肉样嫩度[27]；此外，也可能是由于施加超声进行冷冻能够破坏细胞完整性，影响肌肉结构，从而降低样品剪切力。
图2 不同冻结方式对炖煮后猪肉剪切力的影响
Fig. 2 Effect of different freezing methods on shear force of cooked pork
色泽与肉制品新鲜度及深加工产品品质密切相关，直接影响消费者的可接受度[29]。由表1可知，除AF组L*显著高于对照组外（P＜0.05），其余处理组间均无显著差异。L*的增加可能是由猪肉表面水分积聚，光反射增加导致，其变化受肌肉持水能力的影响[30]。该结果与Li Yingqiu等[31]的研究趋势略有不同，可能是由于炖煮时间较长，水分渗出后又经重吸收，削弱了不同处理组间的差异。此外，因未进行贮藏实验，猪肉经冻结-解冻后直接进行炖煮并测定色泽变化，故不同处理组间a*和b*不存在显著差异，表明UIF冻结的样品煮制加工后色泽没有明显劣变。
表1 不同冻结方式对炖煮后猪肉色泽的影响
Table 1 Effects of different freezing methods on the color of cooked pork
注：同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。
组别L*a*b*对照73.84±0.71b1.78±0.07a12.98±0.30a AF75.35±0.16a1.63±0.05b12.85±0.08a IF74.58±0.19b1.69±0.09ab13.19±0.23a UIF74.43±0.10b1.76±0.03a13.20±0.13a
电子鼻是一种高效、快速、无损和环境友好的技术手段，常用于快速鉴别和区分样品间的气味差异[32]。如图3A所示，不同圆圈代表不同冻结方式处理后炖煮猪肉的挥发性风味物质信号采集点，距离远近表示不同肉样间气味差异大小，距离越大，表示样品间差异越大，但由于PC2贡献率较小，故认为差异也相对较小。肉样的PC1和PC2贡献率分别为98.346 0%和1.317 4%，累计贡献率达99.663 4%，说明这2 个PC能反映肉样主要香味成分的特征信息。不同冻结方法的猪肉挥发性物质组成存在差异，且AF组总体气味分布与鲜肉差异最大。不同样品在横轴上排列顺序依次为AF组、IF组、对照组和UIF组，表明UIF对猪肉样品风味有一定改善作用。
图3 不同猪肉样品的风味PCA（A）和雷达图（B）
Fig. 3 PCA (A) and radar (B) plots of flavor profiles of different pork samples
由图3B可知，雷达图形状发生了较明显的改变，与其他各组相比，UIF组传感器W1W（7，对无机硫化物敏感）和W2W（9，对芳香成分、有机硫化物敏感）响应值逐渐增大，并在炖煮猪肉中形成。猪肉中挥发性风味物质的形成很可能与炖煮猪肉发生蛋白质变性及脂质氧化有关，脂质氧化与微生物作用会引起蛋白质降解，增强肉中的气味，如硫化氢等[33]。UIF组在传感器W1W上的响应值大于对照组、AF组和IF组，说明UIF促进了无机硫化物等风味物质的形成。这可能是由于超声促进了内源性蛋白酶释放，造成蛋白质降解。总体来说，超声处理后能较好保持猪肉样品中的风味化合物[34]。
利用电子舌检测不同冻结方式对炖煮后猪肉口感属性的差异。由图4A可知，线性判别分析（linear discriminant analysis，LDA）的LD1和LD2的贡献率分别为90.128 0%和8.287 8%，累计贡献率为98.415 8%，说明LDA能够较好反映各组分之间滋味的整体轮廓差异。LDA 图中各图形距离越远，表明处理组间滋味组成区分越好，AF组和IF组区分度较为明显；但UIF组与对照组分隔不明显，这表明二者的滋味化合物比较相似，且二者在横坐标占比较大，表明超声的使用能改善炖煮后猪肉的滋味组成。雷达图中P1～P18为传感器所测得电信号，代表样品的特征值，1 个传感器对应3 列特征值，由图4B可知，在大多数传感器中，UIF组的特征值高于其他处理组，这也说明UIF有利于炖煮猪肉滋味的保存与释放；但在P7和P8传感器中，UIF组的特征值小于对照组和AF组，且IF组最小，这可能是由于冷冻对相应滋味破坏较大，且UIF对此种滋味的改善作用不明显。
图4 不同猪肉样品的滋味LDA（A）和雷达图（B）
Fig. 4 LDA (A) and radar (B) plots of taste profiles of different pork samples
研究不同冻结方式对猪肉炖煮品质的影响。结果表明，UIF能够较好维持猪肉样品中的水分含量、减少蒸煮损失，并且与传统冻结方式相比，UIF减缓了猪肉色泽劣变；此外，运用PCA和LDA法分析电子鼻和电子舌测得挥发性风味成分和各处理组之间的整体滋味轮廓差异，结果表明，UIF是一种能够改善炖煮后猪肉风味的有效冻结方式。该研究可为采用UIF及其相关物理场冷冻方式提升生鲜肉加工特性及其风味提供一定的理论依据及参考价值。
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