斑点叉尾鮰（Ictalurus punctatus），又名沟鲶、钳鱼，原产于北美洲，是一种大型淡水鱼类，具有食性杂、生长快、适应性广、抗病力强、肉质上乘等优点[1]。我国于1984 年从美国引进斑点叉尾鮰（下文简称为鮰鱼）并大面积养殖，目前其是我国重要的特色淡水鱼品种之一[2]。鮰鱼体表光滑无鳞，无肌间刺，肉质鲜美，蛋白质含量高，营养价值丰富[3]。目前国内加工斑点叉尾鮰的手段单一，主要是将鱼肉加工成冷冻鱼片进行销售[4]，在冷冻加工和贮藏过程中，鱼肉蛋白质会发生冷冻变性，对鱼肉的风味、口感、组织状态等食用品质产生较大影响。随着人们生活水平的提高，人们对食品质量的要求逐步提高，传统的冷冻方法已无法满足消费者的需求。
近年来涌现出了许多提高冷冻食品质量的新型方法，例如超声辅助冷冻[5]、高压辅助冷冻[6]、电场辅助冷冻[7]、射频辅助冷冻[8]、微波辅助冷冻[9]和磁场辅助冷冻[10]。超声辅助冷冻是利用超声波产生机械、空化和热效应，促进冷冻过程中晶核的形成，抑制冰晶的生长[11]。Shi 等[12]在冷冻过程中对草鱼背部肌肉进行超声处理，发现以0.38 W/cm2 以上的功率超声可以显著缩短冷冻时间，保护肌肉纤维结构。射频处理能够通过降低凝固点，促进冰核形成，改善产品微观结构[13]。Sadot 等[14]认为微波的能量可以影响冰晶大小。磁场冷冻具有提高冷冻速度和改善冷冻食品质量的潜力。Tang 等[10]对猪肉施加永磁场（permanent magnetic field，PMF），将样品以4 ℃/min 的冷冻速率冻结至-30 ℃时，发现成核点、相变时间和过冷时间均显著性降低，研究认为15.98 mT 可能是PMF 的最佳磁场强度。Tan 等[15]对牛油果泥施加50 Hz、4 mT 的均匀磁场，发现牛油果泥中的可溶性有机酸的损失下降，磁场组的样品颜色更接近新鲜样品，表明磁场处理减缓了牛油果泥的酶促褐变。Zhao 等[16]研究发现静磁场和冷水冲击处理可以提高黄瓜的保存质量。Wei 等[17]发现磁场辅助冷冻可显著改善罗非鱼的冷冻品质，减少水分分离和残留损伤，然而，磁场对冷冻罗非鱼品质的影响并不随磁场强度的增加而改变。冷冻过程中冰晶的形成、汁液的流失以及细胞膜挤压造成的肌肉组织的破坏是影响肉制品冷冻质量的重要因素，磁场可以有效地干扰冰晶的形成。目前，利用磁场改善冷冻肉制品和水产品质量的研究较少，磁场辅助冷冻处理对产品品质改善的机理尚不清晰。
本文采用不同磁场强度（0、1、3、6、9 mT）的静磁场对鮰鱼肉进行辅助冷冻，考察不同磁场强度对鮰鱼的冻结速率，以及冻结后鱼肉的质构、保水性、新鲜度、脂肪氧化和微观结构等指标的影响，为磁场技术在水产品冷冻加工中的应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
鮰鱼（1 kg 左右，鲜活、完整、大小均匀）：安徽省巢湖市富煌三珍食品有限公司。鮰鱼带水保活条件下运送至实验室宰杀，去头、尾、内脏，再用自来水洗净沥干，取鱼肉分割成小块。
氧化镁、硼酸、甲基红、溴甲酚绿、无水乙醇、盐酸、2-硫代巴比妥酸、三氯乙酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；超微量Ca2+-三磷酸腺苷酶（Ca2+-adenosine triphosphatase，Ca2+-ATPase）活性测定试剂盒：北京索莱宝科技有限公司。
1.2 仪器与设备
多路温度记录仪（PZ1000）：华知科电子科技有限公司；浸入式高低温恒温循环槽（TMS8005-8R25）：浙江丹府环境科技有限公司；一维交直流磁场发生系统（CH-Hall）：北京翠海佳诚磁电科技有限公司；电子分析天平（FA2204）：上海衡平仪器仪表厂；物性测试仪（TA-XT plus）：英国Stable 公司；台式高速冷冻离心机（CT15RT）：上海天美生化仪器设备工程有限公司；自动凯氏定氮仪（K9840）：山东海能仪表科技有限公司；酶标仪（Epoch）：美国Bio Tek 公司；真空冷冻干燥机（FD-1A-50PLUS）：北京博医康实验仪器有限公司；光学显微镜（E100）：日本尼康公司；傅里叶红外光谱仪（Nicolet 6700）：美国Thermo Fisher 公司。
1.3 方法
1.3.1 磁场辅助冷冻装置
磁场辅助冷冻的试验设备由恒温循环装置、磁场发生系统和亥姆霍兹线圈组成。将磁场发生系统与线圈和电脑连接，根据试验要求通过电脑上的软件改变电压和电流值，产生相应的磁场。样品台放置于线圈的中间位置，并使用泵输送恒温循环装置中的冷却液，样品中心温度由温度记录仪监控，当中心温度达到-18 ℃认为冷冻完成，然后将样品储存在（-18.0±0.5）℃的冰箱内，用于后续分析和测定。磁场辅助冷冻装置的示意图如图1 所示。
图1 磁场辅助冷冻装置
Fig.1 Magnetic field-assisted freezing system
1.恒温循环装置；2.电脑；3.磁场发生装置；4.亥姆霍兹线圈；5.样品；6.温度记录仪；7.泵。
1.3.2 冻结曲线的测定
将处理好的鱼肉分割成2 cm×2 cm×1 cm 的方块，冻结时同时对样品施加1、3、6、9 mT 的静磁场。在各组样品进行冻结处理之前，将多路温度记录仪的热电偶插入样品几何中心，在冷冻过程中以30 s 为间隔记录其中心温度从15 ℃～-18 ℃的变化。冷冻时，恒温循环装置温度设定为-20 ℃，以无水乙醇作为冷却液。对照组（0 mT）在没有磁场的条件下冷冻。将鱼肉进行磁场辅助冷冻处理后分别于0 d、冻藏7 d 和14 d 测定各指标。
1.3.3 质构的测定
将解冻后的鮰鱼肉切成1 cm×1 cm×1 cm 的方块，采用TA-XT plus 物性测试仪及不锈钢P/36R 圆柱形压缩探头测定其质构（硬度和弹性）。测定参数为触发类型Auto（自动）、测试速率1 mm/s、返回速率1 mm/s、形变量50%，两次压缩之间的停留时间为5 s。重复检测试样10 次，去掉最大值和最小值后取平均值。
1.3.4 解冻损失率的测定
称取10 g 左右未解冻的鮰鱼肉，称重记为m0（g），解冻至室温后，擦干水分，再次称重，记为m1（g），解冻损失率按公式（1）计算。
1.3.5 蒸煮损失率的测定
取解冻后样品10 g 左右，标记好后称重记为m1（g），蒸煮结束后，沥干，冷却至室温后再次称量鮰鱼肉的质量m2（g），按公式（2）计算蒸煮损失率。
1.3.6 持水力的测定
称取10g 左右解冻鮰鱼肉，称重记为m1（g），用双层滤纸将样品包好，放入50 mL 离心管中，在10 000 r/min条件下离心10 min，离心后剥去滤纸，再次称重记为m3（g），每组平行3 次，结果取平均值。根据公式（3）计算持水力。
1.3.7 挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen，TVBN）含量的测定
TVB-N 含量参照GB 5009.228—2016《食品安全国家标准食品中挥发性盐基氮的测定》中的自动凯氏定氮仪法进行测定。
1.3.8 硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid reactive substance，TBARS）值的测定
TBARS 值以每千克脂质氧化样品溶液中丙二醛的含量表示（mg/kg），丙二醛含量参照GB 5009.181—2016《食品安全国家标准食品中丙二醛的测定》中的分光光度法进行测定。
1.3.9 Ca2+-ATPase 活性的测定
精准称取0.5 g 解冻样品，在冰水浴条件下将其制备为10%（质量分数）的匀浆，8 000×g 条件下常温离心10 min，离心后取上清液，参照试剂盒说明书的方法测定Ca2+-ATPase 活性。
1.3.10 冰晶形态观察
通过光学显微镜观察冰晶形态，将鮰鱼肉样品切割为10 mm×10 mm×10 mm 的小块，用3%的戊二醛固定在0.1 mol/L 的磷酸钠缓冲液（pH7.4）中24 h。然后将样品在4 ℃下，用浓度分别为70%、80%、90%和100%的乙醇溶液进行梯度脱水，随后进行石蜡包埋，切片染色，通过光学显微镜以250 倍放大观察。结果用Image-Pro Plus 分析并计算冰晶面积。
1.3.11 傅里叶红外光谱扫描
将鮰鱼肉冷冻干燥后研磨成粉末，采用傅里叶红外光谱仪分析蛋白质的二级结构，光谱扫描范围为4 000 cm-1～650 cm-1，扫描4 次。
1.4 数据分析
除质构测定的试样（重复10 次）外，其他试验每组重复3 次。结果以平均值±标准差表示，用Microsoft Excel 2010 进行数据处理，SPSS 24.0 进行显著性分析（P＜0.05 表示差异显著），Origin 2018 和Adobe Photoshop 2022 软件作图。
2 结果与分析
2.1 冻结曲线分析
不同磁场强度辅助冷冻鮰鱼肉的冻结曲线见图2。
图2 不同磁场强度辅助冷冻处理鮰鱼肉的冻结曲线
Fig.2 Freezing curves of Ictalurus punctatus treated with different intensities of magnetic fields
由图2 可知，整个冷冻过程由预冷阶段、相变阶段和冷冻阶段组成。对照组的整体冷冻时间最长，为92 min，3 mT 和6 mT 磁场强度下冷冻的时间分别为75 min 和77 min，与对照组相比分别缩短了18%和16%。相变阶段即冷冻过程中通过最大冰晶生产带的时间，其长短决定冷冻速度和质量，通过该阶段的速度越快，产生的冰晶越小，对细胞造成的损害较小，解冻后食品的质量较好[18]。对照组的相变时间最长，为23.5 min。磁场辅助处理缩短了冷冻过程，其中6 mT 磁场强度辅助冷冻的相变时间最短，与Jin 等[19]发现的静磁场可以减少0.9%NaCl 溶液的相变时间的结果是一致的。
2.2 质构分析
质构特性是影响肉制品感官品质的主要依据，关系着消费者的可接受程度[20]。其中硬度反映了样品达到一定变形所需的力，弹性反映了样品达到某一变化的恢复程度。图3 为不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉质构的影响。
图3 不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉质构的影响
Fig.3 Effect of different intensities of magnetic fields on texture of Ictalurus punctatus
a.硬度；b.弹性。
不同小写字母表示不同磁场强度处理组存在显著性差异（P＜0.05）。
由图3a 可知，在3、6、9 mT 磁场强度下辅助冷冻鮰鱼肉的硬度显著高于0 mT 和1 mT 磁场强度，但3、6、9 mT 辅助冷冻处理组间没有显著性差异（P＞0.05），鮰鱼肉的硬度整体上随冻藏时间的延长逐渐下降。由图3b 可知，与未进行磁场辅助冷冻的对照组（0 mT）相比，1 mT 磁场强度辅助处理的鮰鱼肉的弹性无显著变化（P＞0.05），而3、6 mT 和9 mT 磁场强度辅助冷冻处理的鮰鱼肉的弹性在0 d 时显著降低（P＜0.05）；鮰鱼肉冻藏7 d 时，9 mT 磁场强度辅助冷冻处理组的弹性显著低于未进行磁场处理组（P＜0.05）；经14 d 冻藏后，6 mT 辅助冷冻处理组鮰鱼肉的弹性最低。原因可能是磁场破坏了鱼肉中原本的蛋白质结构，使得3、6 mT和9 mT 磁场强度辅助冷冻处理组鮰鱼肉的硬度提高，弹性降低。
2.3 解冻损失率分析
解冻损失率影响肉类的感官质量和营养价值，解冻损失率越小，说明解冻后产品的汁液、营养等成分流失越少，品质越好[21]。不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉解冻损失率的影响见图4。
图4 不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉解冻损失率的影响
Fig.4 Effect of different intensities of magnetic fields on thawing loss of Ictalurus punctatus
不同小写字母表示不同磁场强度处理组存在显著性差异（P＜0.05）。
根据图4 可知，在0 d 时，9 mT 磁场强度下辅助冷冻的鮰鱼肉的解冻损失率最低，为3.6%。这可能是由于在该磁场强度下冰晶生成均匀，机械挤压细胞的程度小，使得组织结构损失较轻，避免了大量的汁液流失。各处理组鮰鱼肉的解冻损失率均随着冻藏时间的延长而增高，在冻藏7 d 时，6 mT 和9 mT 磁场强度下辅助冷冻的鮰鱼肉的解冻损失率显著低于其他磁场强度处理组（P＜0.05），冻藏14 d 时，0 mT 和3 mT 磁场强度处理组鮰鱼肉的解冻损失率显著高于其他组（P＜0.05）。
2.4 蒸煮损失率分析
蒸煮损失率是肉类煮熟前后质量的损失，用于表征肉及肉制品的保水性。从解冻后到蒸煮结束的过程中，肉类因为失水会造成品质的严重下降[22]。不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉蒸煮损失率的影响见图5。
由图5 可知，0 d 时，对照组鱼肉的蒸煮损失率最高，为32.43%，6 mT 和9 mT 磁场强度辅助冷冻处理鮰鱼肉的蒸煮损失率较低，分别为25.1%和24.5%。同时，蒸煮损失率随着冷藏时间的延长而增大，冻藏7 d和14 d 时，1、6、9 mT 磁场强度处理组鮰鱼肉的蒸煮损失率仍显著低于对照组（P＜0.05），但3 mT 磁场强度处理组鮰鱼肉的蒸煮损失率与对照组无显著差异（P＞0.05）。综上，可以推测，1、6、9 mT 磁场强度辅助冷冻对于鮰鱼肉的蒸煮损失率有积极影响，但1、6、9 mT 处理组之间差异不显著（P＞0.05）。可能是由于蛋白质发生了氧化变性，使得鱼肉蛋白质结构发生改变，引起了蒸煮后的肉品水分损失。
图5 不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉蒸煮损失率的影响
Fig.5 Effect of different intensities of magnetic fields on cooking loss of Ictalurus punctatus
不同小写字母表示不同磁场强度处理组存在显著性差异（P＜0.05）。
2.5 持水力分析
不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉持水力的影响如图6 所示。
图6 不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉持水力的影响
Fig.6 Effect of different intensities of magnetic fields on water holding capacity of Ictalurus punctatus
不同小写字母表示不同磁场强度处理组存在显著性差异（P＜0.05）。
持水力是评价肉制品品质的重要指标之一，肉制品的保水能力是直接影响肉品品质及加工品质的重要性能[23]。持水力越低，表明组织受损越严重。从图6可以看出，0 d 时，经过磁场处理后，鮰鱼肉的持水力较对照组有所增加；经冻藏14 d 时，6 mT 和9 mT 磁场强度辅助冷冻处理的鮰鱼肉的持水力显著高于其他组（P＜0.05），分别为49.4%和50.0%，而1、3 mT 处理组鱼肉的持水力和对照组之间无显著性差异（P＞0.05）。
2.6 TVB-N 含量分析
不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉TVB-N 含量的影响如图7 所示。
图7 不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉TVB-N 含量的影响
Fig.7 Effect of different intensities of magnetic fields on TVB-N content of Ictalurus punctatus
不同小写字母表示不同磁场强度处理组存在显著性差异（P＜0.05）。
TVB-N 是判断水产品新鲜度的重要指标。由于微生物和酶的活动，蛋白质等被降解，产生碱性的挥发性含氮化合物，TVB-N 含量与氨基酸被破坏的程度呈正比[24]。由图7 可知，0 d 时，3、6、9 mT 磁场强度辅助冷冻处理组鮰鱼肉的TVB-N 含量显著低于（P＜0.05）对照组（10.73 mg/100 g），但3 组之间无显著差异（P＞0.05）。所有组鮰鱼肉的TVB-N 含量均随冻藏时间的延长呈上升趋势，冻藏14 d 时，未经磁场辅助冷冻而直接冻结鮰鱼肉的TVB-N 含量达到11.9 mg/100 g，显著高于3 mT 和6 mT 磁场强度处理组（P＜0.05）。在14 d 内，所有组鮰鱼肉样品的TVB-N 含量均未超过30 mg/100 g，符合GB 10136—2015《食品安全国家标准动物性水产制品》的要求。结果表明，磁场处理能够一定程度地抑制蛋白质的腐败，保持肉类新鲜，其中6 mT 的磁场强度效果较好。
2.7 TBARS 值分析
不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉TBARS 值的影响见图8。
图8 不同磁场强度对鮰鱼肉TBARS 值的影响
Fig.8 Effect of different intensities of magnetic fields on TBARS value of Ictalurus punctatus
不同小写字母表示不同磁场强度处理组存在显著性差异（P＜0.05）。
TBARS 值可以反映脂质次级氧化的程度，脂质氧化分解成醛类、酸类、酮类和酯类等挥发性化合物，是肉类食品风味产生的重要途径[25]，但不饱和脂肪酸的氧化会降低食品的营养价值，同时，脂肪过度氧化也会产生有害物质及不良风味。从图8 可以看出，不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉的脂肪氧化无明显影响，随着冻藏时间的延长，各处理组鱼肉的TBARS 值均呈上升趋势。在冻藏14 d 时，各组之间的TBARS 值无显著性差异（P＞0.05）。
2.8 Ca2+-ATPase 活性分析
不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉Ca2+-ATPase 活性的影响见图9。
Ca2+-ATPase 活性是表征肌球蛋白结构完整性和蛋白质变性程度的指标之一，也与鱼肉的新鲜度具有正相关性。由图9 可知，未经磁场处理直接冷冻的鮰鱼肉在冻藏14 d 时的Ca2+-ATPase 活性为8.60 U/g，经不同磁场强度的磁场辅助冷冻处理的鮰鱼肉中Ca2+-ATPase 活性随着磁场强度提高而逐渐升高，其中6 mT和9 mT 磁场强度辅助冷冻的鮰鱼肉的Ca2+-ATPase活性较高，分别为13.60 U/g 和14.17 U/g，显著高于其他组（P＜0.05）。研究表明在冷冻过程中，肌球蛋白球状头部构象发生改变或者相互聚集会导致Ca2+-ATPase 活性下降[26]，而冷冻过程中施加磁场可能会对Ca2+-ATPase的构象有一定的保护作用，减缓冷冻对于肌球蛋白结构的破坏。
图9 不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉Ca2+-ATPase 活性的影响
Fig.9 Effect of different intensities of magnetic fields on Ca2+-ATPase activity of Ictalurus punctatus
不同小写字母表示存在显著性差异（P＜0.05）。
2.9 冰晶形态分析
不同磁场强度辅助冷冻鮰鱼肉的微观结构及冰晶面积比例如图10 所示。
图10 不同磁场强度辅助冻结鮰鱼肉的微观结构及冰晶面积比例
Fig.10 Effect of different intensities of magnetic fields on microstructure and ice crystal area ratio of Ictalurus punctatus
不同小写字母表示存在显著性差异（P＜0.05）。
冰晶的大小对于冷冻肉的品质至关重要。磁场诱导小冰晶的形成，均匀而细小的冰晶对细胞组织结构的破坏更小[27]。从图10 可以看出，与对照组相比，磁场处理组鮰鱼肉中的冰晶显著减少，但并非是磁场强度越大越好。通过Image-Pro Plus 软件计算空白部分面积（冰晶面积）占总面积的比例，未经磁场辅助冷冻处理的对照组（0 mT） 鮰鱼肉中的冰晶面积最大（46.5%），显著高于其余各组（P＜0.05），表明磁场辅助冷冻可以有效减少鮰鱼肉冷冻过程中冰晶的形成和微观结构的损伤，其中6 mT 磁场强度辅助冷冻的鮰鱼肉中的冰晶面积最小（19.8%）。这也与图2 冻结曲线显示的6 mT 磁场辅助冷冻组通过最大冰晶生成带的时间最短的结果一致。
2.1 0 蛋白质二级结构分析
不同磁场强度辅助冷冻对鮰鱼肉蛋白质二级结构的影响见图11。
图11 不同磁场强度辅助冻结对鮰鱼肉蛋白质二级结构的影响
Fig.11 Effect of different intensities of magnetic fields on the secondary structure of Ictalurus punctatus
在蛋白质二级结构中，α-螺旋和β-折叠是有序结构，β-转角和无规卷曲是无序结构，高含量的α-螺旋和β-折叠可以代表稳定性高的蛋白质的二级结构[28]。研究表明由于冷冻诱导的蛋白质变性，分子链展开，部分氢键被破坏，有序结构转化为无序结构[29]。从图11 可以看出，所有处理组鮰鱼肉的二级结构中均不存在无规卷曲，而不同磁场强度辅助冷冻处理均会对鮰鱼肉蛋白质的二级结构产生一定的影响。6 mT 磁场强度辅助冷冻处理鮰鱼肉蛋白质中的β-转角含量最低，α-螺旋和β-折叠含量较高，表明6 mT 磁场强度辅助冷冻有助于鱼肉蛋白质有序二级结构的保持，可能是因为6 mT 磁场强度辅助冷冻过程中形成了比较均匀细小的冰晶，细胞的完整性更好，对蛋白质的破坏作用更小。
3 结论
本研究采用不同磁场强度（1、3、6、9 mT）辅助冷冻处理鮰鱼肉，研究磁场辅助冷冻处理对鮰鱼肉品质的影响。结果表明，与未经磁场处理直接冷冻相比，在冷冻过程中施加不同强度的静磁场后，可显著缩短冻结时间，其中6 mT 和9 mT 磁场辅助冷冻处理通过最大冰晶生成带的时间较短，同时在这两个磁场强度下辅助冷冻的鮰鱼肉的解冻损失率和蒸煮损失率较低，持水性和Ca2+-ATPase 活性较高。鱼肉的微观结构和蛋白质二级结构分析表明，与对照组相比，经6 mT 磁场辅助冷冻处理的鮰鱼肉形成的冰晶体积较小，对肌肉蛋白质结构的破坏作用较弱。经3、6、9 mT 磁场辅助冷冻处理的鱼肉硬度提高，但弹性整体有所下降。磁场辅助冷冻对鮰鱼肉的品质有一定的改善作用，在本试验条件下，6 mT 磁场强度辅助冷冻的效果最好。
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