基于PFD和PPP表征的冻罗非鱼片质构品质变化预测方法及机制研究

Texture parameters are one of the best important quality indicators for frozen tilapia fillets.This project proposes a hypothesis that with fillets being frozen to a phase equilibrium state，profile fractal dimension (PFD) and physical property parameters (PPP) will change and there will be a fixed number of relationships between each other.Thus we plan to use the method of establishing quantitative relationships between texture quality and PFD/PPP.Be aimed at analyzing the relation of PFD and texture parameters, revealing fillet profile fractal feature and its variation rule,illuminating the change mechanisms on evaluation and prediction for frozen tilapia fillet texture quality by combining fractal dynamics with physical property parameters.First of all,we intend to measure frozen water content and physical property parameters by TDR(time domain reflectometer),secondly,acquire frozen fillet profile ice front shapes and fractal dimensions by computer tomography,scanning electron microscope.then resume picture analysis,fractal dynamics,numerical analysis and lacunarity analysis, we can (1) study fractal properties in fish tissue phase transitions with freezing and penetrations, then analyse the regularity of texture features,microstructure and moisture migration；(2)investigate variation characteristics of physical parameters and causes of differences,then analyse frozen conditions and time factors, as well as filter out parameters significantly associated with freezing temperature,therefore establish a dynamic model;(3) research the type of texture distribution on fillet profile and its characteristics,analyse the variation law and the causes,establish classification method based on fractal scale as a standard,characterize its variation process quantitatively by fractal dimension, then set up a dynamic behavior prediction model;(4) parse functional relationship of PFD / PPP and texture quality;(5) set up a prediction model and verify its correctness base on correlation result.

质构参量是冻罗非鱼片重要的品质指标之一，当冻结达到相平衡时剖面分维与物性参量必发生改变且与质构品质间应存在固定的数量关系。拟用PFD和PPP与冷冻鱼片质构品质建立定量关联的方法，旨在分析其与质构参量的关系，揭示鱼片剖面分形特征及变化规律，阐明分形动力学结合物性参量评价和预测冷冻鱼片质构品质变化的机理。先用TDR测取水分冻结率和物性参量，借CT、SEM获取冰锋形状和分形维数，再用图像分析、分形动力学、数值分析、缺项分析：⑴研究鱼片组织相变和渗透过程的分形属性，分析纹理特征、微结构、水分迁移变化规律；⑵研究物性参数变化特性及差异原因，分析冻结条件和时间的影响，筛选与温度显著关联的物性参量，建立动力学模型；⑶研究鱼片纹理类别及特征，分析变化规律及原因，建立基于分形标度的分级方法，用分维表征变化过程并建立动态行为预测模型；⑷解析PFD、PPP与质构品质的关系；⑸依关联结果建立预测模并验证其正确性。

本项目是针对我国冻罗非鱼片出口效益下滑而进行的旨在提高鱼片冷冻质构品质的应用基础研究。由于质构参量是表征冻罗非鱼片质构品质的重要指标，是鱼片组织状态、水分分布、质构特性、物性变化及贮藏性能的基础数据，对掌握物料冻结状态、控制和保持冻结品质、科学设计冷冻过程具有重要意义。鉴于同类研究存在测定内容传统，与实际关联度不高及机制探求缺乏等不足，本研究通过剖面分维（PFD）和质构参量（PPP）与冷冻鱼片质构品质建立关联的研究方法，证明了鱼肉剖面结构分维的变化是其质构品质变化的反映，从而用分形动力学结合物性参量评价和预测冷冻鱼片质构品质变化的机理，具有重要的创新意义。以鱼片剖面分形特征、物性参数、纹理变化、数值关联及品质预测等为研究内容。1.新鲜鱼片剖面分维1.9548－1.9250，而经冻融循环后呈线性下降至1.853－1.815；而物性参数（如硬度、弹性、及TVB、电导率等）和水分迁移规律具相关性，且相互也呈现与之具高度的吻合性。2.新鲜和冷冻鱼片的剖面均具有分形特征，证明用相对简单的盒维数读数法即可对罗非鱼鱼片剖面分维进行确认，本研究摸清了其机理，这是对具有复杂的、非线性特征的冷冻剖面进行定量评价的新方法。3.PFD在鱼片冷冻贮藏过程中呈现线性负相关变化，模型易得，PPP参数直观变化明显，关系模型多为二次方程，用常用的数据处理软件即可获取，可直接用于对鱼片质构品质的预测，另对磁场辅助冻结新技术非热力学机制的评价也体现了令人期待的效果。4.围绕海南罗非鱼产业需求，本项目还拓展出对罗非鱼微冻气调保藏、冷冻水分活度评价、脂质氧化评判、干燥特性研究、品质保持、鱼体生化及保藏机制等的研究，也获得了多项成果。本项目在执行期间共完成标注论文11篇，非标注但由项目参与人与主持人为共同作者的论文1篇，其中SCI收录10篇，EI 2篇；获发明专利和实用新型专利授权各1项，另申请发明专利进入实审的2项，其中有1项发明专利已转让给企业，转让费人民币3万元；培养硕士毕业生5人，在读4名。综合评价，除因疫情影响没有开展对外交流活动外，本项目已较好地完成了计划书中提出的各项任务。