《食品科學》：山東農業大學劉昀閣博士等：凍融循環對原料肉品質的影響及凍融肉判別技術研究進展

肉類因為含有豐富的維生素、蛋白質和礦物質等營養成分，被認為是人類飲食中必不可少的食物。根據正常貿易需要延長產品保質期的基本需求和肉類易腐爛的特性，對于較長時間的儲存和運輸，肉類通常采用冷凍的儲存和運輸方式。然而在實際生產、貯藏、銷售和食用過程中通常會由于不完善的冷鏈體系和不良的消費習慣，使得原料肉在烹飪和食用前不可避免地經歷反復凍融（凍融循環）過程。據統計，我國冷凍肉制品由于反復凍融等原因導致的汁液流失率高達8%～9%，每年造成肉品行業經濟損失高達50億元。

一些不良商家為獲取更大的利潤，利用凍融肉經濟價值較低且不易分辨的特點，非法假用凍融肉冒充冷鮮肉出售。但是目前市面上可以快速、可重復且低成本判別冷鮮肉與凍融肉的技術較少，導致零售商難以避免存在銷售假冒冷鮮肉（即“凍轉鮮”肉）的風險，所以如何在采購、倉儲和零售環節檢測與監管這一問題已經引起了企業和消費者的廣泛關注。

山東農業大學食品科學與工程學院的徐肖晗、劉昀閣*、張一敏*等探究凍融循環對原料肉品質的影響機理，開發凍融肉判別新技術，快速區分“凍轉鮮”，保障加工原料肉品質，可為冷凍肉品質控制提供理論指導，維護保障消費者知情權和選擇權，對推動我國肉類產業的健康發展具有重要意義。

1 原料肉中的冰結晶理論

一般將肉的溫度從0～4 ℃降低至－18 ℃以下，肉 中絕大多數水分（80%以上）凍結成冰晶的過程稱作肉的凍結。水冷凍形成冰晶主要由3個階段組成，包括預冷階段（快速消除顯熱，溫度冷卻至冰點）、相變階段（去除結晶潛熱，開始形成晶核）和回火階段（晶核生長，溫度至最終儲存溫度）。肌肉中總含水量約88%可冷凍。剩余的水分使肌肉中的成分，包括蛋白質、礦物質、維生素和脂肪酸等，保持不凍結狀態。 因此，肌肉中可結晶的水分主要存在于含有多種無機與有機化合物、小分子與大分子化合物的復雜溶液體系之中，其結晶過程是在溫度差推動下，肌肉組織間隙中的水在微尺度空間內轉化為冰的過程。成核和冰晶生長的速率以及兩者之間的關系決定了冰晶的大小和分布。晶體尺寸與晶核數量呈反比關系，而晶核數量又由散熱速率決定。有研究表明，溫度波動是造成食品理化性質變化從而造成質量損失和保質期縮短的主要原因之一， 當凍藏室內的溫度高于－18 ℃，且發生溫度波動時，微細的冰晶逐漸消失，冰晶總數減少，晶體直徑增加，肌纖維受到機械損傷，組織結構受到破壞，解凍時引起大量解凍損失，原料肉的質量下降。因此，冷凍后發生溫度波動造成食品品質降低的主要原因是冰晶膨脹造成食品組織結構的機械損傷。

由于食品中的冰結晶不僅不同于一般的溶液結晶，且與自由水中的冰結晶過程也有明顯區別。因此，要建立完善的理論用以指導食品冷凍過程的冰結晶過程還需要不斷的努力和實踐。

2 凍融循環對原料肉品質的影響

肉類的食用品質反映了其消費性能和潛在價值，凍融循環對肉類品質的影響主要體現在肉的色澤、風味、質構等方面。凍融循環對肉類品質的影響取決于宰后成熟、冷凍貯藏、凍融條件和解凍條件，肌肉水分構成和分布以及肌肉纖維的特性。例如，肌肉冷凍前的宰后成熟和快速冷凍有助于減少冷凍對肉品質的不利影響。此外，不同的肌肉部位可以表現出不同的肌纖維特征，比如不同肌纖維成分會表現出不同的冷凍敏感性，在肌纖維類型中，I型比II型更不容易凍結。而先進的冷凍和解凍技術，包括超低溫冷凍、高壓輔助冷凍、超聲波輔助浸沒式冷凍、高壓靜電場解凍、射頻解凍、低溫高濕解凍和歐姆解凍以及這些技術的組合，也可以有效縮短冷凍和解凍的時間，最大限度地減少肉品質的惡化。

2.1 凍融循環對原料肉色澤的影響

肉的顏色決定了消費者對肉品質量的第一印象，也是消費者對肉品質量進行評價的主要依據，對消費者的購買欲影響很大。肉的顏色主要由鐵離子價態、肌紅蛋白含量、肌紅蛋白的氧化反應和殘余血液中的血紅蛋白決定。有研究表明在凍融循環過程中，冰晶的反復形成及膨脹會破壞肌肉細胞結構，使肌紅蛋白發生變性，氧化敏感性增加，并且會使高鐵肌紅蛋白還原活性降低，從而對肉色及其穩定性造成損害。此外，與其他肉類不同，紅肉中含有更高的血紅素鐵，其在冷凍期間的氧化穩定性低，導致活性醛等脂質氧化產物含量較高，容易在肌漿中與肌紅蛋白共價結合發生氧化而損害肉的顏色。

已有研究表明，凍融循環會對原料肉的肉色及其穩定性產生影響。Zhu Jiaying等的研究表明隨著凍融循環次數的增加，高鐵肌紅蛋白在此過程中積累，牛背最長肌

a

*值呈下降趨勢，而

L

b

*值呈上升趨勢。

L

*值增加主要是由于凍融損失的增加導致了過多的表面水分，增加了光反射能力。

b

*值的變化主要與脂質氧化和蛋白 質變性有關。Cheng Huilin等在豬背最長肌中也發現了相同的趨勢。而Ali等通過對雞胸肉分別進行0～6 次凍融循環后發現隨著循環次數的增加，

L

*值呈增加趨勢，

a

*值從4.14下降到了2.72，而

b

*值在1 次凍融循環后沒有顯著變化。

2.2 凍融循環對原料肉嫩度的影響

肉的嫩度是評價肉品食用品質的重要指標，是影響消費者購買力的主要方面之一。當前研究普遍認為，當用峰值力測量時，肉的嫩度隨著凍融循環次數的增加而增加，主要原因是冷凍產生的冰晶對肌肉組織施加壓力，肌纖維在凍融循環過程中發生斷裂，導致蛋白質分解，肌肉結構遭到破壞。也有研究認為冷凍肉品時會抑制鈣蛋白酶活性，導致蛋白水解暫時停止，當發生凍融循環時，鈣蛋白酶被重新激活，蛋白水解恢復，并且通常水解速率比冷凍前更快，從而改善了肉品的嫩度。Locker等對牛胸下頜肌分別進行冷藏及凍融循環處理，發現當凍融循環1、2、3 次時，平均剪切力相對于未冷凍樣品分別連續下降8%、7%和6%。Qi Jun等探究了反復凍融過程中羊背最長肌剪切力的變化，結果發現在前5 個循環中，剪切力下降了28.50%，在后10 個凍融循環中，剪切力下降了19.23%。

但也有研究發現，凍融循環也可能造成肉品剪切力的增大。阿依木古麗等研究發現剪切力的變化與凍融次數有關，當凍融次數較少時，剪切力上升；而當凍融次數增加時，剪切力下降。其認為可能是由于初次凍融使得肌肉收縮或者肌纖維結構變化，使得剪切力上升。而隨著凍融次數增加，肌纖維本身發生變性、斷裂，從而降低剪切力。李金平等通過對牛外脊肉的研究發現剪切力隨凍融次數的增加有增大的趨勢，凍融1 次和 3 次、1 次和5 次均無顯著差異，凍融8 次后顯著增大，凍融15 次達到最大值。

2.3 凍融循環對原料肉保水性的影響

肉的保水性又稱系水力或持水力，是指當肌肉受到外力作用時，其保持原有水分與添加水分的能力。肌肉中水分質量分數在75%左右，除此以外是蛋白質、脂肪、碳水化合物、礦物質、代謝物和維生素等。肉的保水性不僅直接影響肉的滋味、香氣、多汁性、營養成分、嫩度、顏色等食用品質，而且具有重要的經濟意義。

當肉品在冷凍儲存條件下時，其保水性主要受冰晶生長和蛋白質冷凍變性的影響。有研究表明由于肉類經歷冷凍時會形成冰晶，導致內肌膜破裂和纖維間間隙的增加，并且蛋白質的冷變性也影響了水分狀態和分布，而發生凍融循環時則會形成更大的細胞外冰晶，械損傷和解凍損失更為嚴重，解凍時水逐漸從肌原纖維內排入肌原纖維間隙，然后作為滴水損失流向原料肉表面，從而降低了肉的保水性。Jiang Qingqing等探究了凍融循環對金槍魚肉保水性的影響，發現隨著凍融循環次數的增加，解凍損失顯著增加，冷凍金槍魚肉的產率顯著降低，但離心損失和水合能力并沒有顯著差異。Cheng Shasha等通過對牛半膜肌分別進行1～7 次 凍融循環，發現樣品的解凍損失和蒸煮損失在前4 個凍融循環周期內顯著增加，并維持至7 個凍融循環周期，樣品的保水性在凍融循環周期中呈線性下降趨勢，并且結合水的比例、不易流動水的流動性和比例顯著降低。也有研究表明在凍融循環初期，由于肌纖維結構的完整性，它可以吸收部分解凍水，隨著反復凍融次數的增加，冰晶對細胞的破壞作用加劇，使得肌纖維不能再吸收這部分水分，從而導致保水性下降。

2.4 凍融循環對原料肉脂質氧化和蛋白質氧化、降解的影響

凍融循環過程會破壞肌肉細胞的超微結構，隨后釋放線粒體和溶酶體中的促氧化成分，促進鐵、肌紅蛋白等與敏感分子接觸，增加了脂質氧化和蛋白質氧化、降解的程度和速度。脂質氧化是由氧自由基和/或脂質自由基的產生引起的，其產生的氫過氧化物、羰基衍生物和各種其他脂質氧化產物會產生不良風味，造成肉品酸敗，另一方面還會與蛋白質發生反應，改變其物理化學特性，導致肉品品質進一步劣變。Wang Zhaoming 等探究了凍融循環對兔肉脂質氧化和蛋白質氧化、降解的影響，在凍融循環過程中，硫代巴比妥酸反應物（TBARS）、蛋白質羰基含量和總揮發性鹽基氮（TVB-N）含量顯著增加，并且TVB-N含量在經過5 次凍融循環后超過了冷凍肉的閾值。Chen Qingmin 等利用電子自旋共振和拉曼光譜技術研究發現牛肉在經歷了凍融循環后其過氧化值（PV）、TBARS、酸價（AV）均顯著增加。而蛋白質和脂質氧化相互關聯，已經有研究表明肌肉中更高的脂質氧化會加速更高的蛋白質氧化的發生和高鐵肌紅蛋白形成。

蛋白質氧化是指通過與活性氧的直接反應或與氧化應激的次級副產物的間接反應誘導的蛋白質的共價修飾。蛋白質氧化的常見變化包括氨基酸破壞、蛋白質解折疊、表面疏水性增加、片段化和蛋白質交聯。有研究表明肌原纖維蛋白氧化生成羰基及二硫鍵使蛋白發生交聯、降解及變性，肌纖維結構遭到破壞，導致肌肉保水性下降，形成解凍損失，降低肉的營養品質和加工品質。曹銀娟等對牛瘤胃平滑肌進行研究發現，隨著凍融次數的增加，膠原蛋白降解程度增大，結締組織破壞嚴重，膠原蛋白溶解性增大，膠原蛋白交聯度增大，解凍損失率增大，使牛瘤胃平滑肌保水性下降。

3 冷鮮肉與凍融肉判別技術概述

一些傳統的判別技術重點關注感官特征、蛋白質和物理化學性質的變化，難以滿足對質量、創新、安全、生產效率和可持續性日益增長的需求，后續則開發了基于酶活性的檢測技術、基于DNA片段化的分析技術、基于生物成像的技術等替代技術，雖然具有一些局限性但有很高的準確度，對在特定的實驗條件下凍融肉的判別有不可替代的作用。近年來，拉曼、可見/近紅外、高光譜和其他光譜等一些光譜技術結合化學計量學方法因其快速、準確、無損的優點開始被用于鑒別冷鮮和凍融肉制品，并且光譜學和機器學習的結合改變了凍融肉食品檢測的形式，它可以分析復雜和大型的數據集，識別數據集內的關系、模式和連接，實現多模態數據融合，并執行分類，可以快速、準確、無損對凍融肉進行判別分析，在食品工業中具有很大的實際應用潛力。

3.1基于酶的技術

當肉經歷冷凍和凍融時氧化應激和活性氧的產生增加了與抗氧化系統清除之間的不平衡，并且產生的冰晶和晶體間液相溶質（蛋白質、碳水化合物、脂類、營養素和礦物質）濃度相應地增加，使蛋白質變性并破壞細胞內的細胞器，這會導致體內平衡紊亂和損傷，引發肉中細胞和細胞外物質的泄漏，使得其內容物釋放以及特定酶的活性發生變化。因此在此基礎上，研究者提出了酶活性檢測方法。所選酶必須滿足3 個基本要求：1）通過冷凍和解凍釋放，但不能通過任何其他方式釋放；2）在滲出液/肌肉壓榨液中容易檢測到；3）在肌肉儲存期間，其總活性不應顯著降低。其中最廣泛使用的區分新鮮和解凍肉類的酶方法是

-羥酰輔酶A脫氫酶（HADH）法， Hamm等利用HADH與線粒體內膜緊密結合，并且參與細胞脂肪酸氧化的特性，開發了一種通過添加乙酰乙酰輔酶a或人工底物

N

-乙酰乙酰半胱胺測量混合物在340 nm處的吸光度確定HADH活性的方法。El Hajj等利用分光光度法測定了HADH的活性，發現冷凍雞胸肉（－22 ℃）比冷藏雞胸肉顯示出更高的HADH活性，并提出將HADH活性比率（

R

）臨界值設為0.3會顯著提高檢測靈敏度，且縮短解凍時間不影響結果準確性。Elahi等在原方法的基礎上改進了分析程序，通過測定肉樣品“接收時”和“實驗室冷凍后”子樣品中所擠壓出的細胞內液的HADH活性，將它們之間的比率（

R

1 ）用作樣品熱歷史的指示指標，并驗證了

R

1 ＝0.5在歐盟范圍內的雞胸肉銷售的官方監控適用性，當

R

1 ＝值接近1時代表樣品 之前已經被凍結過。Boerrigter-Eenling等在傳統方法基礎上開發和評估了曲線擬合和多元分類兩種不需要參考 樣本的替代數學方法，通過擬合時間和吸光度數據描述吸光度的變化，建立了一種偏最小二乘判別分析模型，用于區分新鮮和解凍雞胸肉的類別。Gao Tingxuan等開發一種便攜式微流控布基分析裝置，集成酶促反應 （HADH）和比色法，使用噻唑藍和吩嗪硫酸甲酯構建顯色體系，通過NADH依賴性反應生成紫色甲臜，新鮮肉HADH的活性低，顯紫色，而解凍肉HADH活性高，顯淺黃色，實現了凍融肉的快速、低成本現場檢測。隨著研究的不斷深入，如表1所示，有許多酶也被證實可以用于凍融肉的判別。

此外，已有研究表明凍融循環過程也會對酶的活性有一定影響，Swami利用分光光度法對新鮮冷藏組、冷凍組、未經過僵直期的冷凍組、1 次凍融循環組、2 次凍融循環組、3 次凍融循環組6 個雞肉樣品組的4 種線粒體酶（檸檬酸合酶、

-羥酰輔酶A脫氫酶、烏頭酸酶和天冬氨酸轉氨酶）和5 種抗氧化酶（超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶、堿性磷酸酶、醛脫氫酶和過氧化氫酶）的活性分別進行了測定，發現檸檬酸合酶在冷凍解凍雞肉中的活性顯著高于新鮮冷藏雞肉，且隨著凍融循環次數的增加，酶活性顯著增加。其他線粒體酶也顯示出類似的趨勢，其中檸檬酸合酶的活性變化最為顯著。細胞質酶的活性變化不明顯，無法作為區分新鮮和冷凍解凍雞肉的有效生物標志物。

盡管與許多其他技術相比，酶法被認為是可靠和精確的技術，但由于該方法利用的是整塊肉冷凍引起的線粒體破壞，所以在碎肉制品中由于攪碎、研磨過程發生的線粒體破壞所導致的酶活性增加，無法與冷凍引起的酶活性增加進行區分，并且HADH需要在－12 ℃或更低的溫度才能釋放。所以該方法具有一定的局限性，并且高度依賴于儲存條件和酶的種類。

3.2 基于DNA的技術

先前已有研究表明，冷凍肉中DNA片段存在斷裂以及雙鏈DNA的破裂的情況，嚴重影響肉中DNA的完整性，使其降解成更小的片段。彗星實驗是一種測量真核細胞中脫氧核糖核酸鏈斷裂的方法，當發生冷凍時，冰晶形成會破壞細胞膜和核膜，導致單個肌肉細胞中釋放出更多的DNA，通過利用單細胞凝膠電泳法和熒光顯微鏡檢測DNA斷裂程度區分冷鮮肉與凍融肉。并且由于電泳后斷裂的DNA形狀類似于彗星，彗星尾長和彗尾相對于彗頭的強度則反映了DNA的損傷。Park通過中性彗星實驗發現在不同的冷藏和冷凍條件下真空包裝牛肉的DNA損傷程度不同，并建立了相對損傷指數代表DNA損傷的程度，結果表明當肉樣進行冷凍儲存時，在儲存15 d內DNA損傷程度呈增加趨勢，與冷藏35 d的肉樣彗星測定結果相似。凍融循環兩次后樣品的DNA損傷程度顯著增加，凍融循環3 次樣品的DNA損傷程度要大于冷藏10 d或冷凍60 d的樣品。Alkhatib等研究發現在相 同冷凍條件下不同肌肉部位的DNA損傷程度不同，由于腿肉中溶酶體核酸酶活性較高，導致儲存期間DNA降解加劇，其DNA損傷程度顯著高于胸肉。

實時聚合酶鏈式反應也可以用于檢測DNA的完整性和特定基因的降解情況。凍融過程會導致DNA斷裂，因此通過設計不同長度的引物，比較擴增效率，可以評估DNA斷裂程度，從而判斷是否經過凍融。Zhao Jing等探究了冷凍儲存時間對牛肉DNA產量、純度和完整性的影響并評估了mtDNA和nDNA的含量，發現隨著凍存時間的延長，DNA逐漸降解，mtDNA含量在冷凍儲存期間減少，而nDNA含量沒有顯著變化。

雖然彗星實驗和實時聚合酶鏈式反應因其耗時、昂貴、具有破壞性的缺點不是最適合判別凍融肉的技術，但是已有研究發現來自不同生產商或零售商的同種冷鮮肉類顯示出相似的彗星模式，因此在沒有相同來源的參考樣本的情況下，利用DNA技術區分冷鮮樣本和解凍樣本是可行的。

3.3 基于生物成像的技術

生物成像技術主要基于對牛肉在冷凍、冷凍儲存和解凍過程中發生的結構和微觀結構變化的研究，然后利用這些變化來區分新鮮和凍融產品。冷凍對肉制品造成的破壞程度取決于晶體的大小和位置，這是由于冰晶首先在細胞外形成，溶質濃度的變化導致細胞內水穿過細胞膜沉積在細胞外冰晶上，當凍結速率較低時，細胞內水分不斷向外遷移，引起細胞外冰晶增大和細胞脫水。多次凍融會導致水分重新分布，形成更大的細胞外冰晶，誘導肌纖維斷裂和肌內膜增厚，導致更加嚴重的機械損傷。Sen等將牛肉在－10 ℃和－18 ℃條件下進行凍融循環，通過電子顯微鏡發現在－10 ℃條件下進行1 次凍融循環后，肌纖維會發生輕微的變化，并且在進一步的凍融循環中這種變化不會嚴重增加，但在－18 ℃條件下進行凍融循環時觀察到肌纖維的廣泛損傷。因此利用生物成像技術判別冷鮮肉和凍融肉的主要缺點可能是在某些凍融條件下，微觀結構沒有明顯的結構損傷。

Tippala等利用光學顯微鏡對凍融循環豬肉的組織學特性進行了探究，發現冷鮮肉中的肌纖維數量低于凍融循環的樣品，其肌纖維面積和肌纖維直徑都顯著高于凍融肉。而凍融肉的肌膜厚度比冷鮮肉更厚。此外，冷鮮肉的肌纖維完整，而凍融肉的肌纖維則被撕裂，肌纖維間距隨凍融循環次數的增加而增大。通過使用透射顯微鏡可以觀察到0.2?μm以下的超微結構，觀察樣品的內部精細結構。Zhang Mingcheng等使用透射電子顯微鏡探究了凍融循環對豬肉肌原纖維結構的影響，發現隨著凍融循環次數的增加，肌原纖維逐漸沿Z線斷裂，3 次凍融循環后，Z線變窄并逐漸消失，5 次循環后，Z線開始融化。此外，經過3 次和5 次凍融循環的肌原纖維，Z線附近的I帶也減弱，粗細絲的重疊結構被破壞，位于A帶中心的M線模糊不清。Qi Jun等在羊肉樣品中也發現了相似的趨勢，凍融循環會使細絲和Z線之間的連接減弱，5 個周期后，M線開始減弱。10 個循環后，Z線旁的連接也減弱。15 個循環后，肌原纖維發生解體，肌原纖維之間的空間變得模糊。并且肌節長度在前10 次凍融循環中由1.71?μm減少至1.49?μm。

3.4 基于光譜的技術

3.4.1 光譜數據處理及模型建立

雖然相比于傳統的破壞性檢測方法，光譜學技術在凍融肉判別方面表現出了無損、高效率，但由于光譜是一種二級分析方法，并且機器學習和深度學習模型在很大程度上依賴于大量不同的數據集進行精確和高效的訓練，光譜信息冗雜、數據分析過程復雜，因此需要選擇合適的預處理技術對原始光譜數據進行預處理，減少關鍵波長的數量進一步篩選目標信息，并選擇合適的機器學習和深度學習算法建立凍融肉快速判別模型。

一般在處理光譜數據之前第一步是劃分數據集，選定的樣品應涵蓋不同的凍融循環周期和條件以確保模型開發中的數據代表性并且按照3∶1分為訓練集和測試集。光譜采集過程中容易受到溫度、暗電流等的噪聲干擾和散射效應和基線漂移對光譜產生的負面影響，通常利用卷積平滑（SG）、多元散射校正 （MSC）、標準正態變量（SNV）和歸一化等預處理方法提高數據質量，以確保隨后分析的準確性。為進一步減少信息的冗雜程度并提高信噪比，可以利用主成分分析（PCA）、線性判別分析、獨立成分分析、變量投影重要性、競爭性自適應重加權算法（CARS）、連續投影算法（SPA）和隨機蛙跳進行特征波段的篩選并將特征轉化為較低的維度。最后，利用人工神經網絡、支持向量機（SVM）、隨機森林（RF）、偏最小二乘回歸 （PLSR）等機器學習方法建立判別模型。

3.4.2 拉曼光譜分析技術

拉曼光譜是一種振動技術，當入射光照射物質分子時會產生非彈性碰撞，導致部分散射光與分子發生能量交換，分子結構的特殊性決定了每個樣品中不同的振動和旋轉模式。因此，拉曼峰數、拉曼位移和拉曼強度可用于官能團和化學鍵的定性或定量分析。拉曼光譜具有快速、非破壞性、對含水量的變化不敏感、不以光吸收為基礎的特點，并且肉樣品的主要成分蛋白質和脂質組成和結構的原位信息能夠通過拉曼位移反映出來，這成為拉曼光譜在肉與肉制品加工和品質、安全控制中應用的基礎。

蛋白質化學基團拉曼帶的修飾主要提供蛋白質側鏈化學信息和微環境以及蛋白質多肽主鏈構象信息。表2 總結了拉曼光譜在牛肉樣品中的譜帶分配。凍融可能導致蛋白質二級結構發生變化，如

-螺旋、

-折疊等結構比例發生變化，進而導致拉曼光譜酰胺I帶和酰胺III帶的位置和強度發生變化。拉曼光譜不僅可以分析凍融對肉樣品蛋白質結構的變化，還可以評估脂質氧化水平，并確定凍融肉食品的其他質量相關特征。白京等利用拉曼光譜技術結合化學計量學方法對冷凍豬肉的AV和PV 進行快速檢測研究，結果表明預測AV和PV的特征變量分別集中在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，并且利用選擇的特征 波長的拉曼強度建立AV和PV的CARS-PLSR模型表明冷 凍豬肉的PV與貯藏時間具有顯著相關性。Zhu Jiaying 等利用激發波長為532 nm的拉曼光譜探究了多次凍融循環對蛋白質構象的影響，發現隨著凍融循環周期的增加，譜帶發生了明顯的紅移，同時

-螺旋含量顯著降低，

-折疊含量和

-轉角含量顯著增加，這表明多次凍融循環降低了蛋白質結構的鍵能，使得蛋白質分子發生了變性和展開。Chen Qingmin等發現PV、TBARS和AV與拉曼光譜強度比（1 655 cm -1 /1 442 cm -1 和1 655 cm -1 / 1 745 cm -1 ）顯著相關，反復凍融后肉樣品的PV、 TBARS和AV均顯著升高，970 cm -1 和1 080 cm -1 波段的拉曼強度降低，而1 068 cm -1 和1 125 cm -1 波段的拉曼強度上升，表明脂肪酸的飽和度會隨著凍融循環次數的增加而逐漸增加。1 655 cm -1 波段帶的拉曼強度明顯降低，表明脂質氧化過程降低了脂質的總不飽和度。

3.4.3 紅外光譜分析技術

紅外光譜是通過檢測存在于食品中的有機分子對特定波長紅外光吸收后振動產生的特征光譜來分析食品成分、結構和質量的技術手段，肉品中的水、蛋白質和脂類的差異是導致特定波長光譜偏差的主要因素，也是紅外光譜在肉品方面應用的基礎。其中，近紅外光譜是一種常用的檢測凍融肉食品的技術，因為近紅外光吸收的N—H、O—H、C—H振動的泛音和組合中包含了大多數有機化合物的組成及分子結構的信息，并且近紅外光譜可以檢測不同狀態的水的吸收特性，冷凍引起的蛋白質變性或結構變化也通過氨基酸側鏈的吸收特征在近紅外光譜中表現出來。例如，在762 nm處的吸收帶與O—H第三泛音或肌紅蛋白氧化有關。牛肉的含水量主要與980 nm和1 450 nm處的O—H拉伸第三和第二泛音吸收峰有關。而1 200 nm附近的大吸收峰是脂肪酸或牛肉脂肪中C—H第三伸縮振動的第二泛音。同樣，1 400～1 450 nm處的吸收峰可能與脂肪酸或牛肉脂肪中的C—H第2次拉伸和第1次彎曲的組合有關。而中紅外光譜顯示了C—C、C—H、O—H、C＝O和N—H 官能團的拉伸、彎曲和擺動，提供了分子的更多細節。Nieto-Ortega等比較了基于3 種非破壞性方法（生物 電阻抗分析、近紅外光譜和時域反射法）的偏最小二乘判別分析（PLS-DA）模型判別新鮮和凍融金槍魚，近紅外光譜選擇了1 460～1 650 nm處與水分的O—H鍵有關的峰值，1 510 nm和1 690 nm處可能與蛋白質N—H泛音有關的峰值，以及1 143 nm和1 388 nm處與脂質有關的峰值，其準在確率最高為0.91。Cáceres-Nevado等利用傅里葉變換和線性可變濾波兩種紅外光譜儀，通過關鍵波長分析（如 930～960 nm和1 200～1 230 nm）揭示了冷凍過程中水分流失與蛋白質變性的光譜特征，并結合PLS-DA模型，實現了對238 份新鮮和凍融豬里脊肉樣本的高精度分類，驗證了便攜式與在線儀器在肉類真實性檢測中的實用性。

3.4.4 高光譜成像分析技術

由于冷凍解凍的肉往往伴隨著表面紋理結構的變化，且牛肉的變化不均勻，僅一個點的光譜并不能反映紋理結構，高光譜成像技術是一種波長維度的高分辨率成像技術，它將光譜信息與空間位置、表面紋理和內部結構融合在一起，具有無損、操作簡便、快速、重現性好等特點，可用于實時在線檢測。Jeong等探究了高光譜成像系統依據冷凍解凍豬里脊肉的品質特性進行分類的適用性，對基于不同凍融條件的10 種分類，利用PLS-DA結合基線校正和二階導數預處理的模型訓 練集和測試集的正確分類率分別為83.20%和81.82%。而對于根據不同溫度和時間下解凍損失顯著差異的4 種分類，PLS-DA結合Read-Once-Write-Many-Columnar（ROW-C）預處理的模型訓練集和測試集的正確率則分別達到93.36%和91.92%，這表明高光譜可以提供凍融肉的品質信息。Yu Yuewen等利用低成本的高光譜成像系統結合化學計量學方法，實現了新鮮、冷凍儲存及多次凍融牛肉的高精度分類，其中利用CARS提取特征波長 結合SVM模型的準確率達到了97.83%，并通過組織特征分割與劣化可視化驗證了其在食品安全無損檢測中的高效性與工業化應用潛力。

與其他光譜技術不同的是，高光譜成像技術的分類可視化使得其在肉類分類和分級方面具有很大的優勢。圖像處理過程中最重要的是對紋理特征的評估，圖像紋理可以定義為圖像在可見光和短波近紅外區域內不同波 長強度變化的空間組織。提取圖像紋理特征的常用模型是灰度共生矩陣（GLCM），其主要是基于相鄰像素的空間關系，計算具有相同強度值的一對像素在圖像中出現的頻率。從GLCM矩陣中提取的統計紋理特征包括均勻性、對比度、逆差矩、熵、能量和相關性。另外，基于變換的紋理分析也被用于高光譜成像。這種方法將圖像轉換到不同的空間，旨在增強紋理屬性并最大限度地提高不同類型紋理的幾何可分離性。將每個像元的光譜特征與圖像的紋理特征相結合，作為建立定量模型的輸入。Qu Jiahuan等通過可見光近紅外高光譜成像系統利用RF和軟獨立建模的類比分類（SIMCA）模型對新鮮、冷藏和凍融的對蝦進行了判別，發現基于紋理特征和特征波長的組合，兩個模型的準確率分別為91.11%和88.89%，驗證了高光譜圖像用于凍融肉分類的可行性。

光譜技術在凍融肉判別中的應用研究匯總如表3所示。

注：FDA. Fisher判別分析（Fisher discriminant analysis）；1-DER.一階導數（first derivative）；2-DER.二階導數（second derivative）；CNN.卷積神經網絡（convolutional neural network）；SCNN.自組織神經網絡（self-organizing neural network）；SNVT.標準變量正態變換（standard normal variate transformation）；RFE-RF.基于隨機森林的遞歸特征消除（recursive feature elimination based on random forest）；FI-RF.基于隨機森林的特征重要性（feature importance based on random forest）；UVE-SPA.基于連續投影算法的無信息量變量消除（successive projections algorithm based on uninformative variable elimination）；PNN.概率神經網絡（probabilistic neural network）；GLGCM.灰度梯度共生矩陣（gray level-gradient co-occurrence matrix）；—.文獻中未提及。

結 語

雖然冷凍是一種可以有效延緩肉品因微生物生長和儲存期間的化學反應從而延長肉類保質期的常見、方便、安全的儲藏和運輸方式，但是凍融循環過程通常會通過機械內應力、脫水、冰晶膨脹和再結晶改變溶質濃度以及冷變性來損傷肌細胞，從而降低肉類的品質屬性。肉類品質屬性的降低一方面主要體現在冷凍過程中 冰晶的形成會對肌肉的微觀結構造成破壞，導致肌肉持水能力下降和線粒體和溶酶體酶的釋放，加速蛋白質降解和氧化，造成原料肉色澤及穩定性的降低。另一方面會使肌肉中的溶質濃縮，進而使得發生在細胞水平上的生化反應發生變化，誘發并加速脂肪水解及脂質氧化，蛋白氧化變性、構象和空間結構的顯著改變，嚴重影響原料肉體系的穩定性，造成品質下降和商品價值喪失等系列問題。為避免不良商家利用凍融肉經濟價值較低且不易分辨的特點，通過“凍轉鮮”牟取非法利益，已經有一些凍融肉判別技術被研究和開發，包括基于酶活性的檢測技術、基于DNA片段化的分析技術和基于生物成像的技術，雖然具有很高的準確度但仍然具有一些局限性，如測量的破壞性、執行分析所需的時間、成本以及樣本狀態和儲存條件等，大多數上述技術并不適合商業應用。

不同的光譜技術（例如拉曼光譜、紅外光譜、高光譜）由于其準確、快速、高效且不會破壞被分析樣品的特征，使其成為在日常常規篩選和分析中替代傳統技術的可能解決方案，并且在機器學習的幫助下，可以很容易地檢測到光譜中的微小變化，經過適當的訓練后，就可以快速生成結果。但是未來將光譜技術實際應用于食品工業仍然面臨著一些常見問題，如光譜儀結構是否適合過程集成、是否能夠承受惡劣的操作環境、是否能夠適 應產品不同的形狀和大小、是否能夠實現實時在線檢測等。并且為了方便監管部門與消費者，生產、開發高分辨率、便攜式的手持設備并且建造智能手機實驗室平臺也是未來的發展趨勢。因此，為了滿足養殖戶、屠宰養殖企業、快遞物流業、分銷商、零售商，特別是消費者的需求，肉類行業還需要更多的創新技術在商品鏈的各個階段實現客觀、可靠的肉類評估。

引文格式：

徐肖晗, 李永強, 梁新苗, 等. 凍融循環對原料肉品質的影響及凍融肉判別技術研究進展[J]. 食品科學, 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.

實習編輯：楊欣瑞；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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