韩敏义，田惠鑫，曾宪明，张馨月，尹家琪，侯钰柯，白 云，唐长波，徐幸莲

（1.农业农村部 肉品加工重点实验室/江苏省肉类生产与加工质量安全控制协同创新中心/南京农业大学 食品科技学院，江苏 南京 210095；2.温氏食品集团股份有限公司，广东 云浮527400）

解冻是食品加工或烹饪前进行的重要的工艺过程[1]，选择合适的解冻方法，减少对食品的损伤，保证高质量的生产原料，才能生产出优质食品[2]。常见的食品解冻方法有空气解冻法、冷藏解冻法、浸泡解冻法、流水解冻法等[3-5]；新型解冻法有微波解冻法、超声波辅助解冻法、高周波解冻法、高压辅助解冻法、高压静电场辅助解冻法等[6-8]。这些方法在一定程度上减少了解冻时间，减轻了传统解冻方法带来的影响，但还是存在蛋白质和脂质氧化严重、滴水损失高、色泽变差和加热不均匀等造成食品感官不佳的问题，从而影响消费者的购买体验，因此仍需单一或复合解冻技术来提高解冻食品品质。

近年来，生物传热（Bioheat transfer，BHT）技术取得了重大进展。磁性纳米粒子（Magnetic nanoparticles，MNPs）加热作为BHT的一种形式，已被批准并广泛应用在生物材料方面[9]。Wang等[10]利用超顺磁Fe3O4纳米粒子将人脐带干细胞成功复温，结果证明MNPs显著提高加热速率，抑制了再结晶中冰的形成，提高了细胞存活率。研究证实，MNPs辅助解冻可能是一种有前景的方法，可以使生物材料均匀、快速地变温。传统及新型解冻方法都有一些不可避免的问题，如空气解冻耗时长、高压静电场解冻对环境温度要求较高等，而MNPs辅助加热减少了使用单一传统或新型解冻方法对食品的损伤。作者综述了新型解冻技术在鱼产品中存在的品质劣变问题和纳米粒子加热在鱼类解冻中的应用，以期为该技术在食品解冻中的应用提供参考。

1 磁性纳米粒子辅助加热在鱼肉解冻中的应用

生物组织的热导率通常很小，常规的快速加热技术会导致较大的热梯度[11]，会引起色泽、风味和质地等变化。Manuchehrabadi等描述了一种称为“nanowarming（纳米加热）”的新型可扩展技术，利用氧化铁纳米粒子对冷冻保存的猪心脏瓣膜组织进行更均匀快速地加热解冻[12]。磁性纳米粒子是由纯金属、金属合金和金属氧化物组成的一类纳米粒子。合成磁性纳米粒子的方法有很多，如共沉淀法、反胶束法、微乳液法、热分解或还原法、水热合成法和激光热解法[13]。近些年，利用MNPs高吸附性、可回收性、生物相容性等特点在许多方面加以利用。例如合成特定的磁性纳米吸附剂，以期达到快速定向分离的效果[14]；氧化铁纳米粒子在鱼类解冻方面也取得了一定的进展，可使加热更均匀，降低肉品的品质损失。表1～表4列举了单独使用解冻技术对鱼肉品质的影响和利用MNPs辅助加热解冻的实例，并分析了该方法对鱼肉品质的影响。

表1 微波解冻对鱼肉品质的影响Table 1 Effect of microwave thawing on the quality of fish

表2 磁性纳米粒子辅助微波加热在鱼肉中的应用Table 2 Application of magnetic nanoparticles assisted microwave heating in fish

表3 远红外解冻对鱼肉品质的影响Table 3 Effect of far-infrared thawing on the quality of fish

表4 磁性纳米粒子辅助远红外加热在鱼肉中的应用Table 4 Application of magnetic nanoparticles assisted far-infrared heating in fish

微波加热缩短了解冻时间，是由于水等极性分子在此环境中剧烈摩擦，将电磁能转换为热能，从而快速解冻。但解冻过程中出现解冻温度局部过高且受热不均匀，不适用于鱼糜的解冻[6]。微波振动水与其他大分子之间的氢键松弛，导致解冻损失率和蒸煮损失率明显增高，颜色变差、蛋白质变性等问题。在水分流失的同时，其中还含有氨基酸、盐类、维生素类等水溶性成分流失，导致产品的商品价值下降。

文献[19]和文献[20]针对鲈鱼的实验结果一致，远红外解冻后TBARS值显著升高，但蒸煮损失率和解冻损失率低。远红外解冻与微波解冻原理类似，在一定程度上依赖于电介质加热解冻的原理，都是利用波长辐射表面产生热量传递至样品中心进行解冻。但比微波的频率更高，波长更短，同样也存在局部过热的问题[21]。

与上述单一新型解冻方式相比，MNPs辅助解冻后对鱼肉品质影响减小，蛋白质氧化速率降低，抑制脂质氧化，降低了解冻损失和蒸煮损失，保水性能更好，同时受热更均匀。总的来说，单一的解冻技术虽然有一定的局限性，但是可以与其他解冻方式结合进行技术改进，提高解冻后的食品品质。磁纳米粒子会通过浓度扩散均匀分布于样品中，研究防冻剂对流加热时发现，小体积材料成功复温，由此提出使用MNPs可以提高复温速率和材料活力，并在猪心血管模型中成功应用[12]。低剂量磁性纳米粒子的摄入对人体健康无副作用，并已获得美国食品和药物管理局的批准[22]，所以MNPs辅助加热解冻法是一种前景非常好的解冻方法。

1.1 磁性纳米粒子辅助加热对水分含量的影响

新鲜肉类保持水分的能力是产品最重要的质量特征之一。解冻不仅会改变肉组织中水分的含量和分布，还会导致肉的保水性降低[23-24]。研究表明，磁性纳米粒子结合微波解冻 （the MNPs combined with microwave thawing，MMT）的离心损失和解冻损失低于单一解冻方式，解冻损失最低[9]。微波具有很强的穿透性，可以同时加热冷冻产品的内外部分，加热所需的时间较短，并且通过热传导作用使MNPs转变为顺磁状态，抑制了冰晶的再生，从而造成细胞损伤很小[12]。利用磁性纳米粒子辅助微波解冻和远红外解冻（the MNPs combined with far-infrared thawing，FMT）研究了红鲷鱼片的水分变化[4]，结果表明MMT和FMT处理组中不可移动水含量高于对照组，说明通过均匀而快速的热效应增强了保水能力，使游离水回流，减少了解冻时间，增加了鱼片中水的含量。但由于微波振动的机械作用造成水与其他大分子之间的氢键断裂使结合水含量降低。总的来说，由于离子分布在整个样品中，出现了快速和均匀的升温，从而消除了开裂和冰的形成，较好维持了蛋白质和水之间的氢键作用力，从而提高了回收率和组织活力[25]。

1.2 磁性纳米粒子辅助加热对蛋白质和脂质氧化的影响

水产品在长途运输、储存和消费过程中，由于温度波动，不可避免地会出现反复的冻融（Freezethaw，F-T）现象。F-T循环引起样品中小冰晶的再结晶和在肌原纤维中的再分布，导致纤维结构的破坏和肌原纤维蛋白的氧化变性[26]。在研究MMT处理鱿鱼时发现，巯基含量升高，平均粒径变小，该方法可使蛋白质和水之间的相互作用更加紧密[9]，维持蛋白质结构的完整性，降低蛋白质的氧化程度[27]，文献[4，17]与文献[9]得出相似的结果。采用分子动力学模拟的方法研究了鲱鱼防冻蛋白与冰晶的相互作用，同样证明壳聚糖磁性纳米粒子在F-T循环过程中对蛋白质氧化起到抑制作用[26]。

1.3 磁性纳米粒子辅助加热解冻对蛋白质结构的影响

冻融循环增加了肌肉纤维断裂程度，改变了肌原纤维蛋白的结构，降低了肌原纤维蛋白功能[28]。衡量鱼肉质量的主要指标有弹性、口味、质地等，影响凝胶特性的主要成分是鱼肉肌肉中的肌原纤维蛋白质[29]。结果表明，相比较其他解冻方式，FMT和MMT处理组热稳定性和凝胶特性较好[17]。有研究表明，MMT和MFT样品的ΔH值分别略高于MT和FT样品[4]，说明MNPs辅助解冻对解冻效果有一定的改善，在一定程度上增加了蛋白质的热稳定性。采用不同解冻方式研究猪肉的理化特性，发现微波解冻比冷水解冻、冰箱解冻等方法对肉的品质影响大[28]。

2 其他新兴解冻方法

食品的解冻方法虽然多种多样，既有普通的解冻方法，又有新型的技术，但在实际生产过程中仍面临许多问题[30]。

超高压辅助解冻减少了解冻时间，但对样品的颜色有一定的影响。将超高压技术应用于金枪鱼解冻发现[31]，超高压解冻比常压解冻缩短解冻时间，而且肉制品的滴水损失率降低，但是由于高压处理使得蛋白质变性，导致鱼肉色泽发生变化。研究表明，使用高压静电场解冻后，金枪鱼鱼身颜色变暗，质地变坏、蛋白质溶解度下降[32]。由于其复杂性和对大型设备的需求，该方法还未被广泛应用[7]。高压静水解冻的解冻时间只需常压时间的1/3[33]，并且增大了肉类的嫩度，但电压过大或过小会导致蛋白质大分子变性。研究发现，在3.8 kV下，鱼肉解冻速度更快，解冻时间更短，能够更好保持鱼肉的品质[34]。在保证解冻时间的同时，有时还需要较好的外观。将罗非鱼进行真空解冻，结果表明，真空解冻降低了解冻损失率，抑制脂肪氧化，保持较好的新鲜度，但罗非鱼由于真空的环境而变形[35]。

从实际生产来看，生产者要在现有技术的基础上根据各食品特性来选择合适的解冻方法。当一种解冻技术不够成熟或在某个方面有所欠缺，可以将研究的重点放在新型技术的组合应用上，将传统技术与新型技术相结合，努力实现高效与普遍应用相结合，达到经济效益最大化的目的。

例如，热解冻和非热解冻可以结合使用，微波或超声波可以与真空结合以解冻红鲷鱼片[4]。较低温度的真空解冻可以减少微波或超声波的负面影响。结果表明，结合使用这些方法与单独使用这些技术中的任何一种相比，肌动蛋白的热稳定性及其三级结构都保留得更好。将红绸鱼片进行超声辅助真空解冻或微波真空解冻与真空解冻、微波解冻和超声解冻进行了比较，前两种解冻技术较其他解冻方法相比，肌动蛋白的热稳定性没有较大变化[36]。为了改善微波解冻引起的温度分布不均匀问题，也有一些解决方案可以减小温度变化，当微波解冻与常规加热相结合时，将获得更均匀的加热[36]。尽管组合方法的效果较好，但操作比单一解冻方法更为复杂，并且能耗较大，所以出现在解冻方法中的问题需要以后解决或避免，同时也需要改进过于复杂的操作。

解冻不仅会改变肉组织中水分的含量和分布，还会导致肉的保水性降低[23-24]。由于肌肉中大部分水都被包埋在细胞中，因此，水的物理状态会严重影响产品的稳定性、结构和纹理[37-38]。水分的渗透造成肌球蛋白和肌原纤维蛋白变性、聚集和交联；不饱和脂肪酸被氧化分解为具有特殊气味的小分子物质，导致味道和颜色以及感官都发生了较大的改变[39]。由于解冻时间过长或解冻温度不均匀，造成食品质量损失较为严重，对水产品影响更为显著。

综上所述，MNPs辅助加热解冻方法处理样品可以减少蛋白质的聚集，在一定程度上保留细胞内的结合水，降低解冻损失率，减轻对品质的损伤。MNPs的使用可以使样品受热更均匀，降低解冻时产生的温度差，对食品品质有着积极作用[40-41]。

3 展 望

选择合适的解冻方式对鱼类产品的销售和储存具有重大的意义。传统的解冻速度较慢，解冻时间较长，对肉品外观及质地影响较大，同时需要较大面积的场地。磁性纳米粒子加热技术作为一种新型解冻技术，MNPs当接触交变磁场时，分散在溶液中的MNPs和微球通过Neel-Brown弛豫将电磁能转化为热能，实现物料的加热过程[42-43]，能够更加均匀、快速的加热食品，比其他解冻方法对食品的损伤小，较大程度贴合新鲜样品。研究表明，与MNPs结合的解冻方式缩短了解冻时间，减缓了蛋白质和脂质氧化，证明磁性纳米粒子辅助加热解冻在一定程度上有积极作用。此外，随着纳米颗粒浓度的增加和样品升温速率的变化，大块样品解冻时的温度均一性等问题还需要进一步研究。

伴随着磁性纳米粒子的发展，除了上述优点，还需考虑MNPs带来的不利影响以及毒性。对于在鱼肉和其他肉品中采用磁性纳米粒子辅助其他解冻技术，这些颗粒在体内倾向于降解，因此有必要了解颗粒整体和降解产物在体内相互作用的毒性。一些纳米颗粒已显示出毒性作用，例如炎症、溃疡、生长速率下降、生存能力下降以及触发植物和细胞系以及动物模型中的神经行为改变。不同解冻技术对食物的解冻效果差异很大，因此不同的食品解冻采用不同的解冻技术至关重要。随着新型解冻技术的发展，我们需要从客观出发，寻找最优的解冻技术。