《食品科学》：山东农业大学刘昀阁博士等：冻融循环对原料肉品质的影响及冻融肉判别技术研究进展

肉类因为含有丰富的维生素、蛋白质和矿物质等营养成分，被认为是人类饮食中必不可少的食物。根据正常贸易需要延长产品保质期的基本需求和肉类易腐烂的特性，对于较长时间的储存和运输，肉类通常采用冷冻的储存和运输方式。然而在实际生产、贮藏、销售和食用过程中通常会由于不完善的冷链体系和不良的消费习惯，使得原料肉在烹饪和食用前不可避免地经历反复冻融（冻融循环）过程。据统计，我国冷冻肉制品由于反复冻融等原因导致的汁液流失率高达8%～9%，每年造成肉品行业经济损失高达50亿元。

一些不良商家为获取更大的利润，利用冻融肉经济价值较低且不易分辨的特点，非法假用冻融肉冒充冷鲜肉出售。但是目前市面上可以快速、可重复且低成本判别冷鲜肉与冻融肉的技术较少，导致零售商难以避免存在销售假冒冷鲜肉（即“冻转鲜”肉）的风险，所以如何在采购、仓储和零售环节检测与监管这一问题已经引起了企业和消费者的广泛关注。

山东农业大学食品科学与工程学院的徐肖晗、刘昀阁*、张一敏*等探究冻融循环对原料肉品质的影响机理，开发冻融肉判别新技术，快速区分“冻转鲜”，保障加工原料肉品质，可为冷冻肉品质控制提供理论指导，维护保障消费者知情权和选择权，对推动我国肉类产业的健康发展具有重要意义。

1 原料肉中的冰结晶理论

一般将肉的温度从0～4 ℃降低至－18 ℃以下，肉 中绝大多数水分（80%以上）冻结成冰晶的过程称作肉的冻结。水冷冻形成冰晶主要由3个阶段组成，包括预冷阶段（快速消除显热，温度冷却至冰点）、相变阶段（去除结晶潜热，开始形成晶核）和回火阶段（晶核生长，温度至最终储存温度）。肌肉中总含水量约88%可冷冻。剩余的水分使肌肉中的成分，包括蛋白质、矿物质、维生素和脂肪酸等，保持不冻结状态。 因此，肌肉中可结晶的水分主要存在于含有多种无机与有机化合物、小分子与大分子化合物的复杂溶液体系之中，其结晶过程是在温度差推动下，肌肉组织间隙中的水在微尺度空间内转化为冰的过程。成核和冰晶生长的速率以及两者之间的关系决定了冰晶的大小和分布。晶体尺寸与晶核数量呈反比关系，而晶核数量又由散热速率决定。有研究表明，温度波动是造成食品理化性质变化从而造成质量损失和保质期缩短的主要原因之一， 当冻藏室内的温度高于－18 ℃，且发生温度波动时，微细的冰晶逐渐消失，冰晶总数减少，晶体直径增加，肌纤维受到机械损伤，组织结构受到破坏，解冻时引起大量解冻损失，原料肉的质量下降。因此，冷冻后发生温度波动造成食品品质降低的主要原因是冰晶膨胀造成食品组织结构的机械损伤。

由于食品中的冰结晶不仅不同于一般的溶液结晶，且与自由水中的冰结晶过程也有明显区别。因此，要建立完善的理论用以指导食品冷冻过程的冰结晶过程还需要不断的努力和实践。

2 冻融循环对原料肉品质的影响

肉类的食用品质反映了其消费性能和潜在价值，冻融循环对肉类品质的影响主要体现在肉的色泽、风味、质构等方面。冻融循环对肉类品质的影响取决于宰后成熟、冷冻贮藏、冻融条件和解冻条件，肌肉水分构成和分布以及肌肉纤维的特性。例如，肌肉冷冻前的宰后成熟和快速冷冻有助于减少冷冻对肉品质的不利影响。此外，不同的肌肉部位可以表现出不同的肌纤维特征，比如不同肌纤维成分会表现出不同的冷冻敏感性，在肌纤维类型中，I型比II型更不容易冻结。而先进的冷冻和解冻技术，包括超低温冷冻、高压辅助冷冻、超声波辅助浸没式冷冻、高压静电场解冻、射频解冻、低温高湿解冻和欧姆解冻以及这些技术的组合，也可以有效缩短冷冻和解冻的时间，最大限度地减少肉品质的恶化。

2.1 冻融循环对原料肉色泽的影响

肉的颜色决定了消费者对肉品质量的第一印象，也是消费者对肉品质量进行评价的主要依据，对消费者的购买欲影响很大。肉的颜色主要由铁离子价态、肌红蛋白含量、肌红蛋白的氧化反应和残余血液中的血红蛋白决定。有研究表明在冻融循环过程中，冰晶的反复形成及膨胀会破坏肌肉细胞结构，使肌红蛋白发生变性，氧化敏感性增加，并且会使高铁肌红蛋白还原活性降低，从而对肉色及其稳定性造成损害。此外，与其他肉类不同，红肉中含有更高的血红素铁，其在冷冻期间的氧化稳定性低，导致活性醛等脂质氧化产物含量较高，容易在肌浆中与肌红蛋白共价结合发生氧化而损害肉的颜色。

已有研究表明，冻融循环会对原料肉的肉色及其稳定性产生影响。Zhu Jiaying等的研究表明随着冻融循环次数的增加，高铁肌红蛋白在此过程中积累，牛背最长肌

a

*值呈下降趋势，而

L

b

*值呈上升趋势。

L

*值增加主要是由于冻融损失的增加导致了过多的表面水分，增加了光反射能力。

b

*值的变化主要与脂质氧化和蛋白 质变性有关。Cheng Huilin等在猪背最长肌中也发现了相同的趋势。而Ali等通过对鸡胸肉分别进行0～6 次冻融循环后发现随着循环次数的增加，

L

*值呈增加趋势，

a

*值从4.14下降到了2.72，而

b

*值在1 次冻融循环后没有显著变化。

2.2 冻融循环对原料肉嫩度的影响

肉的嫩度是评价肉品食用品质的重要指标，是影响消费者购买力的主要方面之一。当前研究普遍认为，当用峰值力测量时，肉的嫩度随着冻融循环次数的增加而增加，主要原因是冷冻产生的冰晶对肌肉组织施加压力，肌纤维在冻融循环过程中发生断裂，导致蛋白质分解，肌肉结构遭到破坏。也有研究认为冷冻肉品时会抑制钙蛋白酶活性，导致蛋白水解暂时停止，当发生冻融循环时，钙蛋白酶被重新激活，蛋白水解恢复，并且通常水解速率比冷冻前更快，从而改善了肉品的嫩度。Locker等对牛胸下颌肌分别进行冷藏及冻融循环处理，发现当冻融循环1、2、3 次时，平均剪切力相对于未冷冻样品分别连续下降8%、7%和6%。Qi Jun等探究了反复冻融过程中羊背最长肌剪切力的变化，结果发现在前5 个循环中，剪切力下降了28.50%，在后10 个冻融循环中，剪切力下降了19.23%。

但也有研究发现，冻融循环也可能造成肉品剪切力的增大。阿依木古丽等研究发现剪切力的变化与冻融次数有关，当冻融次数较少时，剪切力上升；而当冻融次数增加时，剪切力下降。其认为可能是由于初次冻融使得肌肉收缩或者肌纤维结构变化，使得剪切力上升。而随着冻融次数增加，肌纤维本身发生变性、断裂，从而降低剪切力。李金平等通过对牛外脊肉的研究发现剪切力随冻融次数的增加有增大的趋势，冻融1 次和 3 次、1 次和5 次均无显著差异，冻融8 次后显著增大，冻融15 次达到最大值。

2.3 冻融循环对原料肉保水性的影响

肉的保水性又称系水力或持水力，是指当肌肉受到外力作用时，其保持原有水分与添加水分的能力。肌肉中水分质量分数在75%左右，除此以外是蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、代谢物和维生素等。肉的保水性不仅直接影响肉的滋味、香气、多汁性、营养成分、嫩度、颜色等食用品质，而且具有重要的经济意义。

当肉品在冷冻储存条件下时，其保水性主要受冰晶生长和蛋白质冷冻变性的影响。有研究表明由于肉类经历冷冻时会形成冰晶，导致内肌膜破裂和纤维间间隙的增加，并且蛋白质的冷变性也影响了水分状态和分布，而发生冻融循环时则会形成更大的细胞外冰晶，械损伤和解冻损失更为严重，解冻时水逐渐从肌原纤维内排入肌原纤维间隙，然后作为滴水损失流向原料肉表面，从而降低了肉的保水性。Jiang Qingqing等探究了冻融循环对金枪鱼肉保水性的影响，发现随着冻融循环次数的增加，解冻损失显著增加，冷冻金枪鱼肉的产率显著降低，但离心损失和水合能力并没有显著差异。Cheng Shasha等通过对牛半膜肌分别进行1～7 次 冻融循环，发现样品的解冻损失和蒸煮损失在前4 个冻融循环周期内显著增加，并维持至7 个冻融循环周期，样品的保水性在冻融循环周期中呈线性下降趋势，并且结合水的比例、不易流动水的流动性和比例显著降低。也有研究表明在冻融循环初期，由于肌纤维结构的完整性，它可以吸收部分解冻水，随着反复冻融次数的增加，冰晶对细胞的破坏作用加剧，使得肌纤维不能再吸收这部分水分，从而导致保水性下降。

2.4 冻融循环对原料肉脂质氧化和蛋白质氧化、降解的影响

冻融循环过程会破坏肌肉细胞的超微结构，随后释放线粒体和溶酶体中的促氧化成分，促进铁、肌红蛋白等与敏感分子接触，增加了脂质氧化和蛋白质氧化、降解的程度和速度。脂质氧化是由氧自由基和/或脂质自由基的产生引起的，其产生的氢过氧化物、羰基衍生物和各种其他脂质氧化产物会产生不良风味，造成肉品酸败，另一方面还会与蛋白质发生反应，改变其物理化学特性，导致肉品品质进一步劣变。Wang Zhaoming 等探究了冻融循环对兔肉脂质氧化和蛋白质氧化、降解的影响，在冻融循环过程中，硫代巴比妥酸反应物（TBARS）、蛋白质羰基含量和总挥发性盐基氮（TVB-N）含量显著增加，并且TVB-N含量在经过5 次冻融循环后超过了冷冻肉的阈值。Chen Qingmin 等利用电子自旋共振和拉曼光谱技术研究发现牛肉在经历了冻融循环后其过氧化值（PV）、TBARS、酸价（AV）均显著增加。而蛋白质和脂质氧化相互关联，已经有研究表明肌肉中更高的脂质氧化会加速更高的蛋白质氧化的发生和高铁肌红蛋白形成。

蛋白质氧化是指通过与活性氧的直接反应或与氧化应激的次级副产物的间接反应诱导的蛋白质的共价修饰。蛋白质氧化的常见变化包括氨基酸破坏、蛋白质解折叠、表面疏水性增加、片段化和蛋白质交联。有研究表明肌原纤维蛋白氧化生成羰基及二硫键使蛋白发生交联、降解及变性，肌纤维结构遭到破坏，导致肌肉保水性下降，形成解冻损失，降低肉的营养品质和加工品质。曹银娟等对牛瘤胃平滑肌进行研究发现，随着冻融次数的增加，胶原蛋白降解程度增大，结缔组织破坏严重，胶原蛋白溶解性增大，胶原蛋白交联度增大，解冻损失率增大，使牛瘤胃平滑肌保水性下降。

3 冷鲜肉与冻融肉判别技术概述

一些传统的判别技术重点关注感官特征、蛋白质和物理化学性质的变化，难以满足对质量、创新、安全、生产效率和可持续性日益增长的需求，后续则开发了基于酶活性的检测技术、基于DNA片段化的分析技术、基于生物成像的技术等替代技术，虽然具有一些局限性但有很高的准确度，对在特定的实验条件下冻融肉的判别有不可替代的作用。近年来，拉曼、可见/近红外、高光谱和其他光谱等一些光谱技术结合化学计量学方法因其快速、准确、无损的优点开始被用于鉴别冷鲜和冻融肉制品，并且光谱学和机器学习的结合改变了冻融肉食品检测的形式，它可以分析复杂和大型的数据集，识别数据集内的关系、模式和连接，实现多模态数据融合，并执行分类，可以快速、准确、无损对冻融肉进行判别分析，在食品工业中具有很大的实际应用潜力。

3.1基于酶的技术

当肉经历冷冻和冻融时氧化应激和活性氧的产生增加了与抗氧化系统清除之间的不平衡，并且产生的冰晶和晶体间液相溶质（蛋白质、碳水化合物、脂类、营养素和矿物质）浓度相应地增加，使蛋白质变性并破坏细胞内的细胞器，这会导致体内平衡紊乱和损伤，引发肉中细胞和细胞外物质的泄漏，使得其内容物释放以及特定酶的活性发生变化。因此在此基础上，研究者提出了酶活性检测方法。所选酶必须满足3 个基本要求：1）通过冷冻和解冻释放，但不能通过任何其他方式释放；2）在渗出液/肌肉压榨液中容易检测到；3）在肌肉储存期间，其总活性不应显著降低。其中最广泛使用的区分新鲜和解冻肉类的酶方法是

-羟酰辅酶A脱氢酶（HADH）法， Hamm等利用HADH与线粒体内膜紧密结合，并且参与细胞脂肪酸氧化的特性，开发了一种通过添加乙酰乙酰辅酶a或人工底物

N

-乙酰乙酰半胱胺测量混合物在340 nm处的吸光度确定HADH活性的方法。El Hajj等利用分光光度法测定了HADH的活性，发现冷冻鸡胸肉（－22 ℃）比冷藏鸡胸肉显示出更高的HADH活性，并提出将HADH活性比率（

R

）临界值设为0.3会显著提高检测灵敏度，且缩短解冻时间不影响结果准确性。Elahi等在原方法的基础上改进了分析程序，通过测定肉样品“接收时”和“实验室冷冻后”子样品中所挤压出的细胞内液的HADH活性，将它们之间的比率（

R

1 ）用作样品热历史的指示指标，并验证了

R

1 ＝0.5在欧盟范围内的鸡胸肉销售的官方监控适用性，当

R

1 ＝值接近1时代表样品 之前已经被冻结过。Boerrigter-Eenling等在传统方法基础上开发和评估了曲线拟合和多元分类两种不需要参考 样本的替代数学方法，通过拟合时间和吸光度数据描述吸光度的变化，建立了一种偏最小二乘判别分析模型，用于区分新鲜和解冻鸡胸肉的类别。Gao Tingxuan等开发一种便携式微流控布基分析装置，集成酶促反应 （HADH）和比色法，使用噻唑蓝和吩嗪硫酸甲酯构建显色体系，通过NADH依赖性反应生成紫色甲臜，新鲜肉HADH的活性低，显紫色，而解冻肉HADH活性高，显浅黄色，实现了冻融肉的快速、低成本现场检测。随着研究的不断深入，如表1所示，有许多酶也被证实可以用于冻融肉的判别。

此外，已有研究表明冻融循环过程也会对酶的活性有一定影响，Swami利用分光光度法对新鲜冷藏组、冷冻组、未经过僵直期的冷冻组、1 次冻融循环组、2 次冻融循环组、3 次冻融循环组6 个鸡肉样品组的4 种线粒体酶（柠檬酸合酶、

-羟酰辅酶A脱氢酶、乌头酸酶和天冬氨酸转氨酶）和5 种抗氧化酶（超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、碱性磷酸酶、醛脱氢酶和过氧化氢酶）的活性分别进行了测定，发现柠檬酸合酶在冷冻解冻鸡肉中的活性显著高于新鲜冷藏鸡肉，且随着冻融循环次数的增加，酶活性显著增加。其他线粒体酶也显示出类似的趋势，其中柠檬酸合酶的活性变化最为显著。细胞质酶的活性变化不明显，无法作为区分新鲜和冷冻解冻鸡肉的有效生物标志物。

尽管与许多其他技术相比，酶法被认为是可靠和精确的技术，但由于该方法利用的是整块肉冷冻引起的线粒体破坏，所以在碎肉制品中由于搅碎、研磨过程发生的线粒体破坏所导致的酶活性增加，无法与冷冻引起的酶活性增加进行区分，并且HADH需要在－12 ℃或更低的温度才能释放。所以该方法具有一定的局限性，并且高度依赖于储存条件和酶的种类。

3.2 基于DNA的技术

先前已有研究表明，冷冻肉中DNA片段存在断裂以及双链DNA的破裂的情况，严重影响肉中DNA的完整性，使其降解成更小的片段。彗星实验是一种测量真核细胞中脱氧核糖核酸链断裂的方法，当发生冷冻时，冰晶形成会破坏细胞膜和核膜，导致单个肌肉细胞中释放出更多的DNA，通过利用单细胞凝胶电泳法和荧光显微镜检测DNA断裂程度区分冷鲜肉与冻融肉。并且由于电泳后断裂的DNA形状类似于彗星，彗星尾长和彗尾相对于彗头的强度则反映了DNA的损伤。Park通过中性彗星实验发现在不同的冷藏和冷冻条件下真空包装牛肉的DNA损伤程度不同，并建立了相对损伤指数代表DNA损伤的程度，结果表明当肉样进行冷冻储存时，在储存15 d内DNA损伤程度呈增加趋势，与冷藏35 d的肉样彗星测定结果相似。冻融循环两次后样品的DNA损伤程度显著增加，冻融循环3 次样品的DNA损伤程度要大于冷藏10 d或冷冻60 d的样品。Alkhatib等研究发现在相 同冷冻条件下不同肌肉部位的DNA损伤程度不同，由于腿肉中溶酶体核酸酶活性较高，导致储存期间DNA降解加剧，其DNA损伤程度显著高于胸肉。

实时聚合酶链式反应也可以用于检测DNA的完整性和特定基因的降解情况。冻融过程会导致DNA断裂，因此通过设计不同长度的引物，比较扩增效率，可以评估DNA断裂程度，从而判断是否经过冻融。Zhao Jing等探究了冷冻储存时间对牛肉DNA产量、纯度和完整性的影响并评估了mtDNA和nDNA的含量，发现随着冻存时间的延长，DNA逐渐降解，mtDNA含量在冷冻储存期间减少，而nDNA含量没有显著变化。

虽然彗星实验和实时聚合酶链式反应因其耗时、昂贵、具有破坏性的缺点不是最适合判别冻融肉的技术，但是已有研究发现来自不同生产商或零售商的同种冷鲜肉类显示出相似的彗星模式，因此在没有相同来源的参考样本的情况下，利用DNA技术区分冷鲜样本和解冻样本是可行的。

3.3 基于生物成像的技术

生物成像技术主要基于对牛肉在冷冻、冷冻储存和解冻过程中发生的结构和微观结构变化的研究，然后利用这些变化来区分新鲜和冻融产品。冷冻对肉制品造成的破坏程度取决于晶体的大小和位置，这是由于冰晶首先在细胞外形成，溶质浓度的变化导致细胞内水穿过细胞膜沉积在细胞外冰晶上，当冻结速率较低时，细胞内水分不断向外迁移，引起细胞外冰晶增大和细胞脱水。多次冻融会导致水分重新分布，形成更大的细胞外冰晶，诱导肌纤维断裂和肌内膜增厚，导致更加严重的机械损伤。Sen等将牛肉在－10 ℃和－18 ℃条件下进行冻融循环，通过电子显微镜发现在－10 ℃条件下进行1 次冻融循环后，肌纤维会发生轻微的变化，并且在进一步的冻融循环中这种变化不会严重增加，但在－18 ℃条件下进行冻融循环时观察到肌纤维的广泛损伤。因此利用生物成像技术判别冷鲜肉和冻融肉的主要缺点可能是在某些冻融条件下，微观结构没有明显的结构损伤。

Tippala等利用光学显微镜对冻融循环猪肉的组织学特性进行了探究，发现冷鲜肉中的肌纤维数量低于冻融循环的样品，其肌纤维面积和肌纤维直径都显著高于冻融肉。而冻融肉的肌膜厚度比冷鲜肉更厚。此外，冷鲜肉的肌纤维完整，而冻融肉的肌纤维则被撕裂，肌纤维间距随冻融循环次数的增加而增大。通过使用透射显微镜可以观察到0.2 μm以下的超微结构，观察样品的内部精细结构。Zhang Mingcheng等使用透射电子显微镜探究了冻融循环对猪肉肌原纤维结构的影响，发现随着冻融循环次数的增加，肌原纤维逐渐沿Z线断裂，3 次冻融循环后，Z线变窄并逐渐消失，5 次循环后，Z线开始融化。此外，经过3 次和5 次冻融循环的肌原纤维，Z线附近的I带也减弱，粗细丝的重叠结构被破坏，位于A带中心的M线模糊不清。Qi Jun等在羊肉样品中也发现了相似的趋势，冻融循环会使细丝和Z线之间的连接减弱，5 个周期后，M线开始减弱。10 个循环后，Z线旁的连接也减弱。15 个循环后，肌原纤维发生解体，肌原纤维之间的空间变得模糊。并且肌节长度在前10 次冻融循环中由1.71 μm减少至1.49 μm。

3.4 基于光谱的技术

3.4.1 光谱数据处理及模型建立

虽然相比于传统的破坏性检测方法，光谱学技术在冻融肉判别方面表现出了无损、高效率，但由于光谱是一种二级分析方法，并且机器学习和深度学习模型在很大程度上依赖于大量不同的数据集进行精确和高效的训练，光谱信息冗杂、数据分析过程复杂，因此需要选择合适的预处理技术对原始光谱数据进行预处理，减少关键波长的数量进一步筛选目标信息，并选择合适的机器学习和深度学习算法建立冻融肉快速判别模型。

一般在处理光谱数据之前第一步是划分数据集，选定的样品应涵盖不同的冻融循环周期和条件以确保模型开发中的数据代表性并且按照3∶1分为训练集和测试集。光谱采集过程中容易受到温度、暗电流等的噪声干扰和散射效应和基线漂移对光谱产生的负面影响，通常利用卷积平滑（SG）、多元散射校正 （MSC）、标准正态变量（SNV）和归一化等预处理方法提高数据质量，以确保随后分析的准确性。为进一步减少信息的冗杂程度并提高信噪比，可以利用主成分分析（PCA）、线性判别分析、独立成分分析、变量投影重要性、竞争性自适应重加权算法（CARS）、连续投影算法（SPA）和随机蛙跳进行特征波段的筛选并将特征转化为较低的维度。最后，利用人工神经网络、支持向量机（SVM）、随机森林（RF）、偏最小二乘回归 （PLSR）等机器学习方法建立判别模型。

3.4.2 拉曼光谱分析技术

拉曼光谱是一种振动技术，当入射光照射物质分子时会产生非弹性碰撞，导致部分散射光与分子发生能量交换，分子结构的特殊性决定了每个样品中不同的振动和旋转模式。因此，拉曼峰数、拉曼位移和拉曼强度可用于官能团和化学键的定性或定量分析。拉曼光谱具有快速、非破坏性、对含水量的变化不敏感、不以光吸收为基础的特点，并且肉样品的主要成分蛋白质和脂质组成和结构的原位信息能够通过拉曼位移反映出来，这成为拉曼光谱在肉与肉制品加工和品质、安全控制中应用的基础。

蛋白质化学基团拉曼带的修饰主要提供蛋白质侧链化学信息和微环境以及蛋白质多肽主链构象信息。表2 总结了拉曼光谱在牛肉样品中的谱带分配。冻融可能导致蛋白质二级结构发生变化，如

-螺旋、

-折叠等结构比例发生变化，进而导致拉曼光谱酰胺I带和酰胺III带的位置和强度发生变化。拉曼光谱不仅可以分析冻融对肉样品蛋白质结构的变化，还可以评估脂质氧化水平，并确定冻融肉食品的其他质量相关特征。白京等利用拉曼光谱技术结合化学计量学方法对冷冻猪肉的AV和PV 进行快速检测研究，结果表明预测AV和PV的特征变量分别集中在495、1 064、1 124、1 300、1 443、1 658、2 834、2 860 cm－1和1 064、1 124、1 300、1 443、2 834、2 860 cm -1 拉曼位移附近，并且利用选择的特征 波长的拉曼强度建立AV和PV的CARS-PLSR模型表明冷 冻猪肉的PV与贮藏时间具有显著相关性。Zhu Jiaying 等利用激发波长为532 nm的拉曼光谱探究了多次冻融循环对蛋白质构象的影响，发现随着冻融循环周期的增加，谱带发生了明显的红移，同时

-螺旋含量显著降低，

-折叠含量和

-转角含量显著增加，这表明多次冻融循环降低了蛋白质结构的键能，使得蛋白质分子发生了变性和展开。Chen Qingmin等发现PV、TBARS和AV与拉曼光谱强度比（1 655 cm -1 /1 442 cm -1 和1 655 cm -1 / 1 745 cm -1 ）显著相关，反复冻融后肉样品的PV、 TBARS和AV均显著升高，970 cm -1 和1 080 cm -1 波段的拉曼强度降低，而1 068 cm -1 和1 125 cm -1 波段的拉曼强度上升，表明脂肪酸的饱和度会随着冻融循环次数的增加而逐渐增加。1 655 cm -1 波段带的拉曼强度明显降低，表明脂质氧化过程降低了脂质的总不饱和度。

3.4.3 红外光谱分析技术

红外光谱是通过检测存在于食品中的有机分子对特定波长红外光吸收后振动产生的特征光谱来分析食品成分、结构和质量的技术手段，肉品中的水、蛋白质和脂类的差异是导致特定波长光谱偏差的主要因素，也是红外光谱在肉品方面应用的基础。其中，近红外光谱是一种常用的检测冻融肉食品的技术，因为近红外光吸收的N—H、O—H、C—H振动的泛音和组合中包含了大多数有机化合物的组成及分子结构的信息，并且近红外光谱可以检测不同状态的水的吸收特性，冷冻引起的蛋白质变性或结构变化也通过氨基酸侧链的吸收特征在近红外光谱中表现出来。例如，在762 nm处的吸收带与O—H第三泛音或肌红蛋白氧化有关。牛肉的含水量主要与980 nm和1 450 nm处的O—H拉伸第三和第二泛音吸收峰有关。而1 200 nm附近的大吸收峰是脂肪酸或牛肉脂肪中C—H第三伸缩振动的第二泛音。同样，1 400～1 450 nm处的吸收峰可能与脂肪酸或牛肉脂肪中的C—H第2次拉伸和第1次弯曲的组合有关。而中红外光谱显示了C—C、C—H、O—H、C＝O和N—H 官能团的拉伸、弯曲和摆动，提供了分子的更多细节。Nieto-Ortega等比较了基于3 种非破坏性方法（生物 电阻抗分析、近红外光谱和时域反射法）的偏最小二乘判别分析（PLS-DA）模型判别新鲜和冻融金枪鱼，近红外光谱选择了1 460～1 650 nm处与水分的O—H键有关的峰值，1 510 nm和1 690 nm处可能与蛋白质N—H泛音有关的峰值，以及1 143 nm和1 388 nm处与脂质有关的峰值，其准在确率最高为0.91。Cáceres-Nevado等利用傅里叶变换和线性可变滤波两种红外光谱仪，通过关键波长分析（如 930～960 nm和1 200～1 230 nm）揭示了冷冻过程中水分流失与蛋白质变性的光谱特征，并结合PLS-DA模型，实现了对238 份新鲜和冻融猪里脊肉样本的高精度分类，验证了便携式与在线仪器在肉类真实性检测中的实用性。

3.4.4 高光谱成像分析技术

由于冷冻解冻的肉往往伴随着表面纹理结构的变化，且牛肉的变化不均匀，仅一个点的光谱并不能反映纹理结构，高光谱成像技术是一种波长维度的高分辨率成像技术，它将光谱信息与空间位置、表面纹理和内部结构融合在一起，具有无损、操作简便、快速、重现性好等特点，可用于实时在线检测。Jeong等探究了高光谱成像系统依据冷冻解冻猪里脊肉的品质特性进行分类的适用性，对基于不同冻融条件的10 种分类，利用PLS-DA结合基线校正和二阶导数预处理的模型训 练集和测试集的正确分类率分别为83.20%和81.82%。而对于根据不同温度和时间下解冻损失显著差异的4 种分类，PLS-DA结合Read-Once-Write-Many-Columnar（ROW-C）预处理的模型训练集和测试集的正确率则分别达到93.36%和91.92%，这表明高光谱可以提供冻融肉的品质信息。Yu Yuewen等利用低成本的高光谱成像系统结合化学计量学方法，实现了新鲜、冷冻储存及多次冻融牛肉的高精度分类，其中利用CARS提取特征波长 结合SVM模型的准确率达到了97.83%，并通过组织特征分割与劣化可视化验证了其在食品安全无损检测中的高效性与工业化应用潜力。

与其他光谱技术不同的是，高光谱成像技术的分类可视化使得其在肉类分类和分级方面具有很大的优势。图像处理过程中最重要的是对纹理特征的评估，图像纹理可以定义为图像在可见光和短波近红外区域内不同波 长强度变化的空间组织。提取图像纹理特征的常用模型是灰度共生矩阵（GLCM），其主要是基于相邻像素的空间关系，计算具有相同强度值的一对像素在图像中出现的频率。从GLCM矩阵中提取的统计纹理特征包括均匀性、对比度、逆差矩、熵、能量和相关性。另外，基于变换的纹理分析也被用于高光谱成像。这种方法将图像转换到不同的空间，旨在增强纹理属性并最大限度地提高不同类型纹理的几何可分离性。将每个像元的光谱特征与图像的纹理特征相结合，作为建立定量模型的输入。Qu Jiahuan等通过可见光近红外高光谱成像系统利用RF和软独立建模的类比分类（SIMCA）模型对新鲜、冷藏和冻融的对虾进行了判别，发现基于纹理特征和特征波长的组合，两个模型的准确率分别为91.11%和88.89%，验证了高光谱图像用于冻融肉分类的可行性。

光谱技术在冻融肉判别中的应用研究汇总如表3所示。

注：FDA. Fisher判别分析（Fisher discriminant analysis）；1-DER.一阶导数（first derivative）；2-DER.二阶导数（second derivative）；CNN.卷积神经网络（convolutional neural network）；SCNN.自组织神经网络（self-organizing neural network）；SNVT.标准变量正态变换（standard normal variate transformation）；RFE-RF.基于随机森林的递归特征消除（recursive feature elimination based on random forest）；FI-RF.基于随机森林的特征重要性（feature importance based on random forest）；UVE-SPA.基于连续投影算法的无信息量变量消除（successive projections algorithm based on uninformative variable elimination）；PNN.概率神经网络（probabilistic neural network）；GLGCM.灰度梯度共生矩阵（gray level-gradient co-occurrence matrix）；—.文献中未提及。

结 语

虽然冷冻是一种可以有效延缓肉品因微生物生长和储存期间的化学反应从而延长肉类保质期的常见、方便、安全的储藏和运输方式，但是冻融循环过程通常会通过机械内应力、脱水、冰晶膨胀和再结晶改变溶质浓度以及冷变性来损伤肌细胞，从而降低肉类的品质属性。肉类品质属性的降低一方面主要体现在冷冻过程中 冰晶的形成会对肌肉的微观结构造成破坏，导致肌肉持水能力下降和线粒体和溶酶体酶的释放，加速蛋白质降解和氧化，造成原料肉色泽及稳定性的降低。另一方面会使肌肉中的溶质浓缩，进而使得发生在细胞水平上的生化反应发生变化，诱发并加速脂肪水解及脂质氧化，蛋白氧化变性、构象和空间结构的显著改变，严重影响原料肉体系的稳定性，造成品质下降和商品价值丧失等系列问题。为避免不良商家利用冻融肉经济价值较低且不易分辨的特点，通过“冻转鲜”牟取非法利益，已经有一些冻融肉判别技术被研究和开发，包括基于酶活性的检测技术、基于DNA片段化的分析技术和基于生物成像的技术，虽然具有很高的准确度但仍然具有一些局限性，如测量的破坏性、执行分析所需的时间、成本以及样本状态和储存条件等，大多数上述技术并不适合商业应用。

不同的光谱技术（例如拉曼光谱、红外光谱、高光谱）由于其准确、快速、高效且不会破坏被分析样品的特征，使其成为在日常常规筛选和分析中替代传统技术的可能解决方案，并且在机器学习的帮助下，可以很容易地检测到光谱中的微小变化，经过适当的训练后，就可以快速生成结果。但是未来将光谱技术实际应用于食品工业仍然面临着一些常见问题，如光谱仪结构是否适合过程集成、是否能够承受恶劣的操作环境、是否能够适 应产品不同的形状和大小、是否能够实现实时在线检测等。并且为了方便监管部门与消费者，生产、开发高分辨率、便携式的手持设备并且建造智能手机实验室平台也是未来的发展趋势。因此，为了满足养殖户、屠宰养殖企业、快递物流业、分销商、零售商，特别是消费者的需求，肉类行业还需要更多的创新技术在商品链的各个阶段实现客观、可靠的肉类评估。

引文格式：

徐肖晗, 李永强, 梁新苗, 等. 冻融循环对原料肉品质的影响及冻融肉判别技术研究进展[J]. 食品科学, 2025, 46(19): 360-371. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250416-127.

XU Xiaohan, LI Yongqiang, LIANG Xinmiao, et al. A review of effects of freeze-thaw cycles on raw meat quality and technologies for frozen-thawed meat identification[J]. Food Science, 2025, 46(19): 360-371. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250416-127.

实习编辑：杨欣瑞；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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