超声辅助浸渍冷冻对猪肉水饺肉馅品质的影响

吴宇桐，张 潮，孔保华*

（东北农业大学食品学院，黑龙江 哈尔滨 150030）

水饺是中华民族的传统特色美食。水饺主要由馅料外面包裹面皮通过手工或机器成型制成，因此，面皮和馅料的品质决定了水饺的品质。水饺一般通过低温速冻保藏，但冷冻贮藏过程明显影响了水饺的口感和风味[1]。

冷冻是最常用的食品保藏技术之一，它可以降低食品的水分活度和酶活性，延缓食品腐败，延长食品的贮存期，从而最大限度保留食品原有的风味并减少营养物质的损失[2]。传统的食品冷冻技术，如空气冷冻、板式接触、流化床冷冻、浸渍冷冻等在结晶过程中通常会形成体积较大且分布不均匀的冰晶，对细胞结构造成破坏，不仅缩短了食品的货架期，也对食品本身的食用品质造成损伤[3-4]。现在，一些可以改善食品冷冻品质的新技术，如超高压处理、抗冻剂和超声辅助冷冻技术等引起了研究者的广泛关注[5-7]。

超声辅助浸渍冷冻技术（ultrasonic-assisted immersion freezing，UIF）是一种新型的加工冷冻技术，该技术利用超声波传播过程中的机械效应、空化效应和热效应，干涉冷冻过程中晶核的形成及生长，改善冷冻食品品质[8]。研究者发现超声作用可以促进晶核的形成、控制冰晶的大小、提高冻结速率，进而改善食品冷冻品质[9-11]。该技术不需要添加外源成分，满足了食品企业追求绿色生产方式的发展趋势[12]。目前UIF技术在肉制品领域的研究集中在原料肉冷冻方面[9]，本实验将UIF技术应用于常见的速冻食品水饺冷冻过程，观察不同超声功率对水饺肉馅品质的影响，为UIF技术在肉制品加工中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

宰后24 h的猪脊背肉和肥膘、鲜葱、鲜姜 哈尔滨市好又多超市；食用级大豆油 九三油脂厂；五香调味料王守义十三香集团；酱油 海天集团；食盐 中盐集团；乙醇、硫代巴比妥酸、氯仿、三氯乙酸、盐酸、甲醇等（均为分析纯） 天津市天力化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

超声辅助冷冻机 南京先欧仪器设备有限公司；AT-S45温度采集器 江苏常州安柏仪器有限公司；JD500-2电子天平 沈阳龙腾电子称量仪器有限公司；UT-1800紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司；DK-8B电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司；GL-21M冷冻离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；ZE-6000色差计 日本电色公司；DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司；T18匀浆机 德国IKA公司；低场台式核磁共振仪德国布鲁克公司；SYM-10搅拌机 广州市善友机械设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 饺子的制备

取宰后24 h的猪脊背肉和肥膘，用保温箱加冰袋运至东北农业大学肉制品加工实验室，饺子的制作全程在冷库（4 ℃）中进行。首先剔除猪脊背肉表面可见筋膜、脂肪，切成小块，并用绞肉机绞碎，筛孔直径3 mm。按照如下配方制备馅料：瘦肉1 600 g、肥膘400 g、食盐60 g、酱油80 g、水200 g、鲜姜40 g、葱40 g、五香粉16 g、大豆油12 g[13]。使用SYM-10搅拌机以160 r/min搅拌馅料5 min使其混匀。取肉馅15 g，使用直径6 cm、厚度0.3 mm的饺子皮将馅料包裹，制成饺子，使饺子最大直径约为2 cm，每批制作饺子102 个，分为6 组，每组17 个样品，用于测定冷冻速率、过氧化物值（peroxide value，POV）、硫代巴比妥酸反应产物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）含量、水分分布、色差、感官评价等指标。为便于质构的测定，同时将肉馅灌制于直径为2 cm的聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）肠衣中并封口，每个样品灌制40 g肉馅，每批制作18 个样品，分为6 组，每组3 个样品，用于测定保水性和质构特性。将饺子馅灌制于PVC肠衣中是因为质构特性测定对样品的大小和形状有一定的要求，而包在面皮中肉馅的形状不规则，不利于饺子馅质构特性测定。

1.3.2 样品处理方式

本实验共分为6 组，对照组为未经冷冻的样品，置于4 ℃冰箱中；其他处理组采用3 种冷冻方式，包括空气冷冻（air freezing，AF）、浸渍冷冻（immersion freezing，IF）以及3 个功率的UIF（60、90 W和120 W）。冷冻过程中，采用AT-S4500温度测试仪测定样品中心温度，探针直径1.0 mm、准确度±0.1 ℃，将其插入饺子肉馅中心实时监测温度变化。用于IF和UIF的饺子样品，要先用不透水的塑料袋将其进行包装。

IF与UIF均使用超声辅助冷冻机，超声辅助冷冻机的结构与Zhang Mingcheng等[14]描述的相同，冷冻槽的尺寸为30 cm×22 cm×26 cm，在冷冻槽底部有10 个超声波换能器，可以发射超声。冷冻槽中放置体积分数50%乙醇溶液作为冷冻液，当超声辅助冷冻机开始工作后，冷冻槽中冷冻液温度降低，降至-20 ℃后温度维持稳定，冷冻槽每次可冷冻10 个饺子或5 个灌入PVC肠衣的饺子馅。

AF冷冻过程中直接将样品置于托盘上，放入-20 ℃的冰箱中，当样品中心温度降至-18 ℃后，将样品置于-18 ℃冰箱中保存。IF冷冻过程中，样品均通过铁筐固定在距槽底5 cm处的冷冻液中冷冻，当样品中心温度降至-18 ℃后，将样品取出置于-18 ℃冰箱中保存。UIF冷冻过程中，通过控制面板设置UIF的超声功率依次为60、90 W和120 W辅助样品冷冻，分别将所得样品记为UIF-60、UIF-90和UIF-120。在样品中心温度达到1 ℃时，将超声波间歇模式设置为30 s开/30 s关，循环作用5 min，当样品中心温度降至-18 ℃后，将样品取出置于-18 ℃冰箱中保存。所有冷冻过程均记录样品冷冻时间。样品冷冻后在-18 ℃冰箱放置24～48 h，然后在4 ℃冰箱解冻并进行各项指标的测定。

1.3.3 水饺肉馅蒸煮损失率的测定

蒸煮损失率测定参照Huang Li等[13]的方法，取灌装于PVC肠衣的水饺肉馅样品，连同肠衣置于4 ℃冰柜中解冻，待中心温度达到0 ℃左右时准确称质量（m1/g），放入沸水浴中煮制10 min，捞出后盛于托盘中，冷却至室温（18 ℃左右），将针插入肠衣中排出汁液，并准确称质量（m2/g）。蒸煮损失率按公式（1）计算。

1.3.4 水饺肉馅破损强度的测定

水饺肉馅破损强度参照Huang Li等[15]的方法采用质构仪进行测定。将测完蒸煮损失率的样品剥去PVC肠衣（直径20 mm），截取高度25 mm，利用质构仪配以P/50探头，模仿人口咬切肉样产生的质构曲线来分析肉馅的组织强度。质构仪的参数设定为：探头测试前速率为3 mm/s，测试和返回速率均为2 mm/s，探头压缩高度为12.5 mm，测试前用高度校正。当探头压缩样品破裂时压力达到峰值，其所对应的力（B）/N和距离（D）/m被软件自动记录下来，破损强度按式（2）计算。

1.3.5 TBARS含量的测定

TBARS含量的测定参照Wang等[16]的方法，取2 g样品放入具塞试管中，加入3 mL硫代巴比妥酸溶液、17 mL三氯乙酸-盐酸溶液，混匀后沸水浴中反应30 min，冷却。取5 mL溶液加入等体积的氯仿，1 000×g下离心10 min，532 nm波长处读取吸光度。TBARS含量以每千克脂质氧化样品溶液中丙二醛的质量表示。按公式（3）计算。

式中：A532nm为溶液的吸光度；m为称量样品的质量/g；9.48为常数。

1.3.6 POV的测定

POV参照Hultin等[17]的方法进行测定。取2 g肉馅置入50 mL的试管中，加入低温冷却的15 mLV（氯仿）∶V（甲醇）＝2∶1的混合液，均质30 s，再加入质量分数0.5%的NaCl溶液3 mL。混匀后在4 ℃下3 000×g离心10 min，溶液将分成两相。取下相溶液5 mL至新试管中，再加入5 mL低温冷却的V（氯仿）：V（甲醇）＝2∶1溶液，再加入25 μL硫氰酸铵溶液，漩涡混合3 s后加入25 μL二价铁离子溶液，漩涡混合3 s。样品在室温（18 ℃）下反应5 min。在500 nm波长处测吸光度，并以还原铁粉作标准曲线（y＝0.251 6x＋0.016 6，R2＝0.999），计算出POV。

1.3.7 低场核磁共振测定水分分布

参照Zhang Mingcheng等[14]的方法，用低场核磁共振测定样品的弛豫时间。将肉馅置于核磁共振管中。在标准化原始数据后，使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill脉冲序列和CONTIN算法对得到的原始数据进行分析，并记录样品的T2弛豫时间，计算水分分布。

1.3.8 水饺肉馅色差的测定

使用ZE-6000色差仪测定肉馅的亮度（L*值）、红度（a*值）和黄度（b*值）判断肉馅颜色的变化，在4 ℃冰箱中将肉馅解冻至0 ℃左右时，剥去饺子皮，放在4 ℃冰箱中待测。制样时肉馅与葱姜碎末已充分混匀，在测定时再将肉馅表面肉眼可见的碎片移除，把肉馅均匀平铺在直径为30 mm的测试皿中，每个面以60°为间隔重复测定3 次去除误差，测定其L*、a*和b*值。

1.3.9 感官评价

参照黄莉等[18]的方法，邀请食品专业研究生组成10 人感官评价小组，在感官评价室进行评价。分别从风味、多汁性、组织状态、整体接受性4 个方面对水饺进行评分，将水饺煮制后即刻评价，其评分标准见表1。评价人员评价样品的间歇，使用温水漱口，且样品随机分配给评价人员。

表1 水饺肉馅感官品质评分标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of dumpling meat filling

1.4 数据统计与分析

数据通过Statistix 8.1软件包中Linear Models程序分析得到平均值、标准差，差异显着性通过Tukey HSD程序分析（P＜0.05表示差异显着），采用Sigmaplot 12.5软件作图。每个实验均重复3 次，结果表达为平均值±标准差形式。

2 结果与分析

2.1 水饺肉馅冷冻时间分析结果

冷冻过程的温度-时间曲线有助于了解不同冷冻方式对水饺肉馅冷冻速率的影响。表2与图1记录了样品在4～-18 ℃温度区间内各阶段降温所需要的时间。相比其他冷冻方式，AF样品的冷冻时间最长（P＜0.05），冷冻时间是其他冷冻方法的近10 倍，这主要是因为空气的传热系数低，而液体具有比空气更高的传热系数，传热更快[15]。此外，不同超声功率处理的样品冷冻时间也显着不同（P＜0.05），其中UIF-90处理组的样品冷冻时间最短，比IF的冷冻时间缩短38.32%，其次是UIF-120和UIF-60处理组（P＜0.05），分别比IF的冷冻时间缩短了32.1%和14.19%。不同冷冻处理组样品的相变时间有很大的差异，与IF组相比，UIF组的冷冻时间显着缩短（P＜0.05）。其中，UIF-90处理的样品相变时间（冻结阶段时间）最短，比IF缩短了52.49%（P＜0.05）；但超声功率过大时，如UIF-120条件下，相变时间反而变长，这与超声的特性有关。

表2 不同冷冻方式对水饺肉馅冷冻时间的影响Table 2 Influence of different freezing methods on freezing time of dumpling meat filling

图1 水饺肉馅不同冷冻方式的冷冻曲线Fig.1 Freezing curves of dumpling meat filling with different freezing methods

超声主要对冷冻相变阶段所需时间有一定的影响，即影响冰结晶形成的速率。超声的空化效应会在溶液内局部位置产生高压与微射流，高压导致溶液部分过冷；微射流冲击大冰晶使其破碎形成小冰晶，小冰晶可以作为新的晶核继续生长，这使冰晶的大小和分布更加均匀，并缩短了样品的冷冻相变时间[9,19]。一般超声功率越大则空化效应效果越强，冷冻速率本应加快，但超声功率过大也使得超声的热效应增强，反而使样品冷冻速率降低[10]。与Tu Jing等[20]的研究结果相类似，超声作用增加了成核率和传热率，从而提高了冷冻速率，但超声波功率过高时，受超声热效应影响，反而降低了冷冻速率，延长了冷冻时间。在本研究中，UIF-90条件下样品的冷冻时间最短，效果最佳。

2.2 水饺肉馅的蒸煮损失与破损强度

图2 不同冷冻方式对水饺肉馅蒸煮损失、破损强度的影响Fig.2 Influence of different freezing methods on cooking loss and crushing strength of dumpling meat filling

蒸煮损失会影响产品的质量、颜色和感官品质，是评估肉制品品质的最重要指标之一[21-22]。肌肉的蒸煮损失过高不仅直接影响食用品质，更会降低其商业价值。如图2所示，对照组的蒸煮损失率最小，其他冷冻处理组样品的蒸煮损失率总体显着高于对照组（P＜0.05）。这是因为肌肉保水性与肌纤维（肌细胞）的结构及肌原纤维蛋白的特性有关，肌肉未经冷冻，肌细胞结构完整，肌肉蛋白质保持原有的功能特性，这样可以保持和吸附肉中的水分。肌肉冷冻后，由于冰晶的形成，会造成肌肉细胞膜的破坏，甚至肌肉蛋白质的变性，导致肌肉结构中保持的水分流失[23]。冷冻处理组中，AF组样品冷冻速率最慢，肉品内部形成的冰晶体积较大且分布不均，使肌肉组织完整性受到破坏，蒸煮损失率升高[18]。而IF、UIF-60、UIF-90和UIF-120处理组冷冻速率快、冰结晶形成小、细胞破坏少，相较于AF处理组显着降低了肉馅的蒸煮损失率（P＜0.05）。在UIF处理组中，随着超声功率增加，样品的蒸煮损失率先降低后增加，UIF-90处理组样品的蒸煮损失最低，这可能是因为在该功率下冷冻速率最快，因而形成的冰晶小且分布均匀[24]。

肉馅的破损强度反映了肉制品内部肉糜的黏聚性，其与肉制品的黏弹性密切相关，有助于分析肉制品的组织状态。肉馅肉糜之间结合力越强，则破损强度越大。如图2所示，未经冷冻的对照样品的破损强度显着高于其他冷冻处理组（P＜0.05），表明冷冻降低了肉馅的黏聚性。冷冻处理组中AF组破损强度最低，UIF-60和UIF-90处理组相较于IF组破损强度显着增加（P＜0.05）。这可能是因为UIF可以减小食品冷冻过程中形成冰晶的体积，使其分布更均匀，减少了冷冻对微观结构的损伤[25]，因而使样品具有较高的破损强度。但随着超声功率的增加，冷冻样品的破损强度先增加然后降低。同其他超声功率相比，UIF-60和UIF-90具有较高的破损强度（P＜0.05）。UIF-120组样品破损强度甚至低于IF处理组，这可能与超声的热效应有关。

2.3 水饺肉馅TBARS含量和POV分析结果

图3 不同冷冻方式对水饺肉馅TBARS含量和POV的影响Fig.3 Influence of different freezing methods on peroxide value and thiobarbituric acid reactive substances values of dumpling meat filling

脂肪的氧化终产物之一为丙二醛，丙二醛与硫代巴比妥酸在一定条件下反应生成的红色物质在532 nm波长处有最大吸收峰，因此TBARS含量可以反映脂肪氧化的程度。如图3所示，在饺子冷冻处理中，AF样品TBARS含量显着高于其他各组（P＜0.05），而超声处理各组之间差异不显着（P＞0.05）。AF处理组TBARS含量最高，达到0.45 mg/kg，此结果与黄莉等[18]的研究结果相似。饺子加工过程中，由于肉馅中添加了20%（质量分数）的脂肪，同时在制馅过程中要经过绞肉和拌制，肉馅会与金属刀具和容器接触，这会促进脂肪的氧化，同时肉馅拌制过程中还会增加肉馅和空气接触，也会进一步促进脂肪氧化，所以肉馅TBARS含量比一般未经处理的原料肉更高。此外，采用慢速冻结，样品经过冷冻过程会形成较大的冰晶，冰晶会破坏细胞渗透压，并在冰晶体积达到一定程度时刺破细胞，催化肉馅的脂肪氧化[26]。AF处理组冷冻速率最慢，其形成冰晶的体积较大，更容易损伤细胞结构，使细胞中的脂肪氧化酶和氧化催化剂析出，造成较为严重的脂肪氧化。而超声处理各组相对于AF组冷冻速率快，形成的冰晶粒径较小且分布更为均匀，对样品结构损坏较小，所以TBARS含量较小。

脂肪氧化反应是一种自由基链式反应，包括引发、传递和停止3 个阶段。脂肪氧化的初级产物很容易形成过氧化物，过氧化物再经过分裂形成终产物，如醛、酮和环氧衍生物等，因此POV也可以在一定程度上反映脂肪氧化程度[27]。如图3所示，POV的变化趋势与TBARS含量相近，对照组样品的POV最低，AF组的样品POV最高，而超声处理各组中POV之间无显着差异（P＞0.05）。

2.4 水饺肉馅中水分分布分析结果

通过低场核磁共振仪测定肉馅T2弛豫时间研究了不同冷冻方式对肉馅水分分布状况的影响。肌肉中水分以3 种形式存在：T2b（0～2 ms）代表与大分子紧密结合的水，即结合水；T21（10～100 ms）代表在密集的肌原纤维蛋白网络中捕获的单层水，即不易流动水；T22（100～1 000 ms）代表位于肌原纤维蛋白网络外的游离水[27]。

图4 不同冷冻方式处理的水饺肉馅的低场核磁共振的弛豫时间T2（A）和相应的水分分布比例（B）Fig.4 Changes in low-field nuclear magnetic resonance T2 relaxation times (A) and corresponding peak areas (B) of dumpling meat filling affected by different freezing methods

图4显示了用不同条件处理样品的特征T2分布情况（图4A）以及样品的水分分布比例（图4B）。不同的冷冻方式对样品结合水无显着影响，各组样品的P2b并无显着差异（P＞0.05）。所有处理组中，对照组样品的P21最大而P22最小，而冷冻处理后样品的P21降低P22升高，这可能是因为冷冻过程中的冰晶破坏了肌肉的微观结构，肌肉中的不易流动水流失，转化为游离水，使得不易流动水所占比例降低[28]。冷冻处理组中，AF组样品的P21最小而P22最大，不易流动水损失最多。而相较于IF组样品，UIF组样品P21更高，且随着超声功率增加，UIF样品的P21先增加后减少，在UIF-90组达到最高，此条件下肉馅不易流动水含量最高，水分结合程度最好。

如表3所示，对于弛豫时间T2b，所有样品之间没有显着差异（P＞0.05），这表明结合水未受冷冻处理的影响。而不同冷冻方式对样品T21有显着影响（P＜0.05），对照组样品弛豫时间T21最小，而冷冻后样品的弛豫时间T21显着增加，说明冷冻会影响肉馅不易流动水的结合能力。冷冻处理组中，用UIF-90处理的样品弛豫时间T21最短，说明90 W超声处理样品不易流动水的结合能力最强。弛豫时间的差异与水及细胞成分的相互作用以及细胞不同部位水的流动性有关[27]。在实验中，两个因素影响T21的测定结果：一个因素是在冷冻结晶过程中细胞外形成大而不均匀的冰晶导致细胞膜和液泡膜的损伤，造成细胞质和液泡损失，解冻后水分不易被受损的肌原纤维重新吸收，不易流动水会转化为游离水[28]；另一个因素是水分冻结后，会造成残留未冻结的溶液中的脂类、蛋白质、碳水化合物和矿物质等浓度增加，破坏了肉馅内环境的稳定状态[29]。在所有冷冻样品中UIF-90处理的样品弛豫时间T21显着低于其他各组（P＜0.05），是因为在此条件下超声会缩短冷冻时间，减少冰晶对肌肉细胞的破坏，减少水分流失。由表3可知，不同冷冻方式对T22也具有显着的影响（P＜0.05），并且其趋势与T21相似，UIF-90处理组和对照组样品的T22最为接近，这表明UIF-90处理组具有比其他处理样品更小的氢自由度，对肉馅水分结合紧密程度相较于其他冷冻处理组保持最佳。Sun Qinxiu等[27]也获得了类似的结果，发现UIF会影响肌肉对水分结合紧密程度。

表3 不同冷冻方式处理的水饺肉馅的T2弛豫时间（T2b、T21和T22）的影响Table 3 Influence of different freezing methods on T2relaxation times(T2b, T21 and T22) of dumpling meat filling

2.5 水饺肉馅颜色分析结果

颜色是评估视觉质量的重要且直接的指标，它会显着影响肉的感官质量和可接受性[30]。测定亮度L*值、红度a*值和黄度b*值可以客观反映肉馅颜色的变化。如表4所示，AF处理组样品的L*值显着低于其他各组（P＜0.05），这可能是因为AF会造成肌肉结构较大的损伤，使得肌肉保水性下降，对配料中水分的重吸收程度降低，导致肉馅亮度降低。红肉的a*值主要受肌红蛋白的影响，肌红蛋白氧化为高铁肌红蛋白是红肉a*值降低的主要原因[31]，所有样品中，对照组样品的a*值最高，这可能是因为对照组未经冷冻处理，样品肌红蛋白保持较好，对a*值影响最小。在冷冻处理组中，UIF-90和AF的a*值最高，UIF-90处理组样品冷冻品质最好，对肌红蛋白造成影响最小。而AF处理组可能是因为肉馅损失水分过多，使得样品颜色变深，造成a*值增加。而对于b*值，处理组样品的b*值与对照组相比并无显着差异（P＞0.05），冷冻处理组样品之间也无显着差异（P＞0.05），超声和冷冻没有对其造成显着影响。

表4 不同冷冻方式对水饺肉馅颜色的影响Table 4 Influence of different freezing methods on the color of dumpling meat filling

2.6 水饺肉馅感官评价分析结果

水饺的感官评定结果见表5。不同的冷冻方式短期内对水饺的风味和组织结构以及整体可接受性并没有显着影响（P＞0.05），但对样品的多汁性有较为显着的影响（P＜0.05）。所有处理组中，对照组最多汁，样品汁液保持最好；冷冻使样品汁液损失。而冷冻处理组中，AF处理组汁液较少，冷冻效果差。UIF样品的多汁性随着超声功率增加先增加后减少，UIF-90组样品最多汁。结果表明，UIF-90最有助于提高肉馅对水分的保持，相对于其他冷冻处理组样品，其多汁性最接近对照组，汁液保持最佳。

表5 不同冷冻方式对水饺肉馅感官品质的影响Table 5 Influence of different freezing methods on sensory quality of dumpling meat filling

3 结 论

本实验研究了不同冷冻方式对水饺肉馅冷冻品质的影响。研究发现，IF比AF更好地保持了肉馅品质，然而相较于IF，超声辅助IF的肉馅品质更好。冷冻处理组中UIF-90组样品的冷冻速率最快，蒸煮损失最低，肉馅汁液保持更好，感官品质最佳。与IF、UIF-60和UIF-120样品相比，UIF-90组样品具有最短的弛豫时间，且P21最高，所以UIF-90样品保水性最好。总体而言，90 W功率的超声处理加速了样品冷冻速率，较好地保持了肉馅冷冻后的品质，冷冻肉馅的品质最接近于新鲜肉馅。本研究表明，速冻水饺生产过程中使用合适功率的超声辅助IF，可加速水饺冷冻速率、提高冷冻水饺的品质。