大連工業(yè)大學(xué)池玄巖團(tuán)隊在《農(nóng)業(yè)與食品研究》期刊發(fā)表的研究表明，冷凍方式對即食海參在長期凍藏期間的膠原蛋白品質(zhì)具有決定性影響。超聲波輔助冷凍技術(shù)能有效減緩冰晶生長，從而在長達(dá)三個月的儲存中保持海參的質(zhì)地與營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。中國即食海參市場至2026年規(guī)模已達(dá)150億元，年增長率約10%，冷凍技術(shù)是保障該產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

研究對比了三種冷凍策略：傳統(tǒng)低溫速凍、2500 V/m低壓靜電場輔助冷凍，以及200 W功率、25 kHz頻率配合95%乙醇循環(huán)制冷劑的超聲波輔助冷凍。密封樣品在-18℃下儲存三個月并定期檢測。數(shù)據(jù)表明，所有樣品在-1℃至-5℃的Zui大冰晶生成區(qū)停留時間決定了冰晶大小。超聲波處理使樣品僅用3.18分鐘穿過該溫區(qū)，遠(yuǎn)低于靜電場的3.88分鐘和傳統(tǒng)速凍的5.75分鐘。聲空化與微射流效應(yīng)增強了熱傳導(dǎo)并增加了成核位點，促使水分凝結(jié)為大量細(xì)小冰晶而非少數(shù)大冰晶。

冰晶差異直接影響了產(chǎn)品的物理指標(biāo)。儲存三個月后，超聲波組的海參硬度達(dá)408.47 gf，顯著高于靜電場組的386.12 gf與傳統(tǒng)組的374.01 gf，咀嚼性也呈現(xiàn)相同趨勢。解凍損失率方面，超聲波組Zui低為18.67%，低于靜電場組的19.21%與傳統(tǒng)組的22.29%，離心與烹飪失水率同樣遵循此排序。低場核磁共振與MRI顯示，超聲波組體壁內(nèi)結(jié)合水更緊密、質(zhì)子密度分布更均勻；傳統(tǒng)組則出現(xiàn)明顯的水分遷移與嚴(yán)重失水的異質(zhì)暗區(qū)。

顯微觀察證實了微觀機制。傳統(tǒng)冷凍組體壁出現(xiàn)大量大孔洞、裂隙及膠原纖維斷裂；超聲波組則保持致密連續(xù)的微觀結(jié)構(gòu)，纖維排列緊密且孔隙微小。分子層面檢測顯示，傳統(tǒng)組膠原蛋白氧化與降解Zui為嚴(yán)重。三個月內(nèi)，傳統(tǒng)組羰基含量從約8.1升至14.95 nmol/mg，總巰基降至13.51 nmol/mg，二酪氨酸熒光強度Zui高；超聲波組羰基僅為12.86 nmol/mg，巰基保留15.75 nmol/mg。傅里葉變換紅外光譜表明，超聲波組α-螺旋含量保留Zui高（44.90%），β-折疊比例Zui低，而傳統(tǒng)組發(fā)生向β-折疊和無規(guī)卷曲的不可逆變性轉(zhuǎn)變。游離羥脯氨酸與游離氨基氮的上升幅度在超聲波組也Zui小。

研究人員將上述結(jié)果歸納為“保護(hù)級聯(lián)”效應(yīng)：超聲波縮短Zui大冰晶生成區(qū)停留時間，形成細(xì)小均勻的冰晶，限制了對膠原原纖維網(wǎng)絡(luò)的機械穿刺與擠壓；完整結(jié)構(gòu)進(jìn)而抑制促氧化金屬離子與自由基的釋放，延緩氧化；構(gòu)象穩(wěn)定性則屏蔽了蛋白酶敏感切割位點，推遲了變性聚集與酶解水解。靜電場處理在多數(shù)指標(biāo)中表現(xiàn)居中，印證了其可影響水分子簇集并抑制晶體生長的作用。作者同時指出研究局限：超聲波組使用乙醇制冷劑而其他兩組為空氣吹霜，傳熱介質(zhì)差異可能干擾對比，未來需固定介質(zhì)僅改變超聲參數(shù)；此外，超聲波輔助冷凍的經(jīng)濟可行性系統(tǒng)研究仍有限。該研究首次系統(tǒng)關(guān)聯(lián)了輔助冷凍技術(shù)與即食海參膠原蛋白氧化、降解及構(gòu)象變化，為水產(chǎn)加工行業(yè)提供了明確的技術(shù)路徑。