超声辅助冷冻对食品品质的影响研究进展
摘要：冷冻是目前有效保藏食品的常用手段，可以延长食品货架期，保持肌肉原有的风味和品质。但是冷冻过程也会引起食品品质的变化，造成负面影响。超声辅助冷冻作为一项新型的加工冷冻技术，可以减小冰晶尺寸，缩短冷冻时间，以此改善冷冻食品的质量。本文主要论述超声辅助冷冻技术的作用机制，对食品品质的影响，以及超声辅助冷冻技术的发展方向，为超声辅助冷冻技术在食品品质中的应用提供支持。
关键词：冷冻；超声波；冰晶；尺寸大小；食品品质
引言
冷冻在低温条件下抑制微生物的生长，降低食品的水分活度，是延长食品货架期的常用手段之一[1]，目前广泛用于畜禽肉类、水产品、米面制品、果蔬类等不易储存的食品的生产、运输和储藏过程[2]。然而由于冷冻过程中温度波动较大、冻结速度缓慢会形成大而不均匀的结晶，这些结晶会破坏食品的结构，使食品品质下降。为改善这一现象，近年来，研究人员将超声破应用于食品的冷冻工艺中，发现超声波可以有效控制冷冻过程中晶核的形成，减小冰晶的尺寸，并提高食品的冷冻速率。超声波是一种超出人类听觉阈值（20Hz~20000Hz）的频率震荡声波,具有方向性好，穿透力强，能量集中的优点，目前已广泛应用于实验器具的清洗与医疗检测等方面[3],超声波辅助冷冻技术是一种新兴的冷冻加工技术，可以在冷冻过程中控制冰晶的大小和分布，避免其微观结构受到破坏[2]。其主要作用原理是超声波在介质传播过程中，在正负压交替作用下，会产生大量的空化气泡，当这些气泡的体积增大到一定程度后，就会变的不稳定，最终导致部分气泡破裂，在这个瞬间就会产生强烈的冲击波和微射流，并且会带来剧烈的搅动，同时还能起到加快传热传质的作用，并将溶液中已经存在的大冰晶就打碎成无数小冰晶，并以此作为新的晶核促进冰晶的重结晶，达到缩短冷冻时间的效果[2]。目前很多研究表明超声辅助冷冻技术对食品冷冻过程的控制和冷冻食品的保藏有显著影响，因而超声波辅助冷冻技术在冷冻食品保藏方面很有研究意义。
超声辅助冷冻技术研究背景
传统的冷冻技术如空气冷冻、鼓风冷冻等，其在冷冻食品的过程中因冷冻速度较慢，形成的冰晶较大且不均匀，不利于食品品质的稳定。基于此，近年来出现了许多以加快冷冻速率来提高食品品质的技术，如高压冷冻、超声辅助冷冻技术、微波辅助冷冻技术等。
超声辅助冷冻技术在冷冻食品方面备受关注，也有越来越多的研究表明其在冷冻食品保藏方面有显著作用。Zhang等[4]以猪背最长肌为材料，在0℃时用180W的超声波功率处理猪背最长肌8min，实验结果表明超声辅助冷冻可以有效减小肌肉中冰晶的尺寸，并使其分布的更均匀。Zheng等和Li等[5，6]在食品冷冻过程中引入超声波，发现超声波可以有效缩短冰晶的膨胀时间，减小食品内部冰晶尺寸，降低对食品品质的损伤。向迎春等[7]分别用超声辅助、乙醇浸渍、空气冷冻三种方式处理中国新鲜对虾，结果显示超声辅助冷冻形成最大冰晶带的时间最短，组织破坏程度最小，持水性最高，说明超声辅助冷冻可以有效提高冻结速率。Islam等[9]用20kHz、300W的超声辅助冷冻处理蘑菇，并在电镜下扫描其结构，发现经超声处理的样品与未超声的样品相比，其冰晶尺寸更小。然而Hong等[8]研究发现使用高强度超声处理后，晶体尺寸反而有所增大，这一结论与超声波空化理论及多数前人研究结果有所矛盾。可以推断，对于不同的物质，超声波在其结晶过程中的作用机制可能不一样，因此，对于超声波辅助冷冻作用机制还有待进一步研究[1]。
超声辅助冷冻技术在食品中的研究进展
果蔬类食品
果蔬类食品质地较软，易损坏，且在常温条件下储存会导致水分的流失，易受微生物的侵染，表面发生腐烂。因而通常在低温条件下储存果蔬类制品，低温可以有效抑制微生物及酶活性，保持水分活度，延长保存期限。但是在冷冻过程中产生的较大的冰晶会对果蔬的细胞壁及细胞膜等组织造成机械性的破坏，导致汁液的流失，降低果蔬品质[2]。目前已有很多研究表明超声波辅助冷冻技术可以有效改善果蔬品质。Sun等[10]以马铃薯为研究对象，比较了空气冷冻及超声辅助冷冻处理后的马铃薯组织微观结构，发现经超声辅助冷冻处理后的马铃薯，其细胞间隙较小，细胞组织结构也较完整，说明超声辅助冷冻对其破坏性较小。Xin 等[11]的研究证明了超声波辅助冷冻能较好地保持西兰花的显微结构和硬度，与传统的冷冻方法相比，滴水损失显著减少。Cheng等[12]在对草莓样品冻结和成核的研究结果中显示，超声波的应用可以使样品在较低的过冷度下引发成核，并且超声温度与草莓过冷度之间呈线性关系。
肉类食品
在空气条件下，肉类表面很容易附着大量的微生物，微生物进行繁殖代谢，使肉类持水性降低，同时肉类还易发生氧化，产生腐败臭味。研究表明超声波对肉类中的蛋白质有显著影响，可以通过诱导食物蛋白质的修饰来改善其功能特性[13]。谷小慧[14]使用功率为36 W的超声波处理臀部猪肉，工作、停歇间期分别为10、30s，结果同样证明超声波作用缩短了猪肉冷冻时间，改善了猪肉冷冻品质。刁小琴等[19]用超声波处理猪背最长肌,发现其肌原纤维蛋白理化特性和乳化特性受到显著影响，可以减小肌原纤维蛋白颗粒粒径，使其分布更加均匀。张潮等[20]用不同的冷冻方式和不同的超声功率处理鸡肌原纤维蛋白，发现适当的超声功率（165W）可以有效提高鸡肌原纤维蛋白的乳化活性。吴宇桐等采用超声辅助浸渍冷冻保藏猪肉馅水饺，研究在保藏期间肉馅水饺的持水性与品质，结果显示，超声辅助浸渍冷冻可以降低样品氧化程度与水分流动性，提高了冷冻水饺的冻藏品质。以上研究均表明超声辅助冷冻可以有效改善冷冻肉类食品质量。
水产品
冷冻是水产品最常用的储藏方式，这可以最大限度地保持水产品的新鲜度。水产品种蛋白质含量丰富，冷冻过程中产生的大冰晶会使蛋白质变性，解冻后造成汁液流失。超声波对蛋白质影响显著，有待研究应用超声波冷冻技术改善水产品冷冻过程中的不利因素。 Sun等[23]研究了不同功率水平下用超滤冷冻处理的鲤鱼肌原纤维蛋白的功能特性变化，结果显示，超声辅助冷冻处理可以有效抑制蛋白质溶解度、绝对Zete电位、乳化活性指数、储能模量和损耗模量的降低，且经超声辅助冷冻处理的样品具有更低的浊度和更小的蛋白质径粒，表明超声辅助冷冻可以有效抑制蛋白质的聚集。Wang等[16]研究发现用超声波处理解冻小黄鱼，可以有效提高小黄鱼肌原纤维蛋白热稳定性，最大程度的减少了肌原纤维蛋白结构的变化，并保护了肌原纤维蛋白的流变行为。然而目前超声辅助冷冻在水产品上的研究还较少，需进一步深入研究。
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