《食品科学》：基于罗非鱼肌肉微结构分形维数表征的冻融过程品质变化分析

冷冻贮藏是保持鱼类新鲜度最常用的方法，可减缓变质速率并延长保质期。但冻结过程不可避免地会对鱼肉品质产生负面影响，冷链运输或贮存过程中反复冻融时有发生，反复冻融引起的温度波动导致食品质量发生不良变化，包括水分流失和质构特性改变等。因此，了解罗非鱼片冻融过程中的品质变化是至关重要的。冻融条件下关于水产品生化指标变化的研究很多，但有关对肌肉组织微结构影响方面的报道较为少见。

海南大学食品科学与工程学院的付仁豪、汪春玲、冯爱国*等人基于肌肉微结构分形维数和品质指标来评价反复冻融下罗非鱼片的品质变化。采用分形维数来表征鱼片组织被冰晶破坏后的多孔结构，并分析其与总挥发性盐基氮（TVB-N）含量、色差、总峰面积、电导率、质构等品质指标的相关性，旨在为罗非鱼保鲜贮藏的品质评价提供理论依据及参考。

1、冻融条件下罗非鱼片质构特性的变化

罗非鱼片在3 种低温冻融条件下的硬度如图1A所示。新鲜罗非鱼片的硬度为（123.4±9.4）g，随着冻融次数的增加，硬度逐渐降低。至冻融4 次时，3 组样品硬度存在明显差异， -4 ℃保存的样品在4 次冻融循环后硬度最低，下降了64.34%，而保存在-18 ℃和-30 ℃的样品冻融4 次后硬度分别下降60.29%、49.27%。

鱼片的弹性如图1B所示。新鲜罗非鱼片的弹性为（1.73±0.05）mm，随着冻融次数的增加，弹性呈现出下降趋势。-4、-18 ℃和-30 ℃冻融条件下鱼片的弹性在整个过程中分别下降了24.50%、18.38%和13.87%，由此可以发现，在较低温度下，鱼片弹性较高，可能是较低的温度在一定程度上保持了鱼肉组织的结构特性。

2、冻融条件下罗非鱼片电导率的变化

由图2可知，新鲜罗非鱼片的电导率为 2.134 mS/cm，电导率在整个冻融期间呈上升趋势，且冻藏温度越高的样品电导率增长速率越快。Liu Χiaochang等报道了虹鳟贮存过程中存在类似的电导率变化现象。电导率随冻融次数增加而提高是由于冻存过程中肌肉纤维的膜渗透性增强和含水量降低，而3 组样品电导率增加速率不同是由于较低的温度对组织分解和细菌生长具有更明显的抑制作用。

3、冻融条件下罗非鱼片总色差的变化

图3为鱼片总色差在冻融期间的变化。鱼片的色泽是评价品质优劣的重要指标之一，根据鱼肉的色泽可判断其新鲜程度，其是影响消费者是否购买的主要因素。由图3可知，3 个温度下鱼片的色差随着冻融次数的增加而增加。第一次冻融结束时，-4、-18 ℃和-30 ℃组 样品的ΔE就出现明显差异，冻融4 次时，-4、-18 ℃和-30 ℃下鱼片ΔE分别为9.48、7.35、6.28，说明-4 ℃的样品冻融前后颜色变化程度大，而-18、-30 ℃样品的颜色变化程度相近，ΔE变化相对较小。研究过程中发现-4 ℃的鱼片在冻融中出现褐变，颜色变得暗淡，而其他两组温度能较好地维持鱼片褐变的速度。

4、冻融条件下罗非鱼片总挥发性盐基氮含量的变化

不同温度下，冻融次数对鱼片TVB-N含量的影响如图4所示。新鲜罗非鱼片的TVB-N含量为8.3 mg/100 g。随着反复冻融的进行，TVB-N含量逐渐增大。在相同的冻融次数，-4 ℃冻藏样品的TVB-N含量最高。鱼片经4 次反复冻融后，在-4、-18 ℃和 -30 ℃条件下样品TVB-N含量分别增长至23.5、16.5、17.4 mg/100 g。其中，-4 ℃条件组TVB-N含量的上升幅度较其他组大，且4 次冻融循环后TVB-N含量高于20 mg/100 g，已为腐败不合格品，而其他两组样品在冻融4 次后仍然合格。

5、冻融条件下罗非鱼片水分迁移及含量的变化

利用低场核磁共振检测罗非鱼片中的水分迁移状态和水分含量变化。结果可知，所有样本都观察到3 个峰，T 2b （0.1～10 ms）代表与大分子亲水基团紧密结合的结合水；T 21 （10～100 ms）主要对应固定在肌纤维网中或厚薄肌丝间的不易流动水，是存在于肌肉中的主要水分；T 22 （100～1 000 ms）表示纤维束间空间中存在的自由水。从新鲜鱼片的水分分布可知，T 22 和T 21 所占比例较高，T 2b 较低。冻融4 次后，-4 ℃组样品水分含量最低，可能是在冻融循环过程中，在细胞内部或外部形成的冰晶引起细胞膜的破坏，细胞膜周围的渗漏导致细胞内空间的水移动到细胞外空间，增加了融化后肌肉的滴水损失。

6、冻融条件下罗非鱼片微结构及分形维数的变化

图6展示了罗非鱼样品在-4、-18 ℃和-30 ℃冻融条件下肌肉组织的形态变化。罗非鱼肌肉的微结构由两部分组成：红色部分是苏木精-伊红染色后的肌肉组织，白色部分是冰晶留下的孔隙。新鲜鱼片致密排列的肌肉组织图像覆盖率为72.78%，冰晶孔隙细小且圆滑。鱼片在-4、-18、-30 ℃条件下经历4 次冻融循环后，肌肉组织的图像覆盖率分别下降到55.07%、61.36%、62.78%，冰晶孔隙变得不规则且尺寸增大，占据了图像中很大部分区域，冰晶的孔隙率随着贮藏温度的降低而明显减小。

在不同的冷冻温度和冻融次数下，鱼片的分形维数如图7所示。总地来说，分形维数随冻融次数的增加呈下降趋势，且在低温下样品分形维数的下降速率较低。新鲜样品的分形维数为1.925。冻融4 次后，-4、-18 ℃和-30 ℃样品的分形维数分别下降到1.815、1.843和1.853。本实验结果与He Qi等报道的结果一致，其发现陈皮提取物处理的冷冻罗非鱼组织分形维数随温度的升高和贮藏时间的延长而减小。

7、冻融条件下罗非鱼片微结构分形维数与品质指标的相关性分析

皮尔逊相关系数被广泛用于确定两个变量之间的线性依赖程度。图8给出了分形维数与电导率、总峰面积、TVB-N含量等品质指标的皮尔逊相关系数热图。分形维数与6 个品质指标间有较好的相关性，其中总峰面积、硬度与-4、-18 ℃组的分形维数均呈显著正相关（P＜0.05，P＜0.01），电导率、TVB-N含量和ΔE与-4、-18 ℃组的分形维数呈显著负相关（P＜0.05， P＜0.01）。结果表明利用分形维数可以准确地反映上述品质参数的变化，分形维数可以作为定量评价冻融条件下罗非鱼片品质参数变化的可靠指标。

结 论

本实验分析了经多次冻融循环后罗非鱼片微结构和品质指标的变化。结果表明，罗非鱼肌肉组织的剖面分形维数可以用作表征样品微结构变化的有效方法，并且在不同温度冻融过程中分形维数与品质指标（电导率、总峰面积以及TVB-N含量等）显著相关，分形维数变化的幅度随着冷冻温度的降低而降低。因此，分形维数可用于罗非鱼的品质评价。与传统方法相比，分形维数法更好地揭示了微结构的变化，是一种新颖的品质指标，它将为食品保藏研究提供新的思路。

本文《基于罗非鱼肌肉微结构分形维数表征的冻融过程品质变化分析》来源于《食品科学》2021年42卷15期19-26页，作者：付仁豪，汪春玲，陈政，林向东，冯爱国。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200722-302。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网

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