響應面法優化鯉魚魚糜復合保鮮工藝

陳林林,李 偉,張 偉

(哈爾濱商業大學省高校食品科學與工程重點實驗室,黑龍江哈爾濱 150076)

響應面法優化鯉魚魚糜復合保鮮工藝

陳林林,李 偉,張 偉

(哈爾濱商業大學省高校食品科學與工程重點實驗室,黑龍江哈爾濱 150076)

通過測定鯉魚魚糜TBA(硫代巴比妥酸)值、pH以及菌落總數三個理化指標,評價不同添加量的花青素、抗壞血酸(VC)、殼聚糖三種保鮮劑在4 ℃冷藏條件下對鯉魚魚糜保鮮效果的影響。在單一保鮮劑實驗研究的基礎上,利用Box-Behnken中心組合實驗設計響應面(RSM)分析實驗,確定3種保鮮劑對鯉魚魚糜保鮮的最佳配比為花青素添加量0.24%,VC添加量0.019%,殼聚糖添加量0.56%。實驗結果表明,響應面模型與實際情況擬合較好。經驗證,在該配比下的保鮮劑可使鯉魚魚糜在冷藏9 d的pH為6.51,TBA值為0.3107 mg/kg,菌落總數為2.09×103CFU/g,魚糜產品仍符合食用標準。

鯉魚魚糜,復合保鮮,花青素,響應面法,TBA值

鯉魚(Cyprinuscarpio),又名鯉拐子、鯉子等,是中國分布最廣、養殖歷史最悠久的淡水經濟魚類之一。鯉魚營養價值豐富,蛋白含量高,脂肪多為不飽和脂肪酸,人體消化吸收率可達96%,并能供給人體必需的氨基酸、礦物質、維生素A和維生素D。鯉魚魚糜制品具有蛋白質含量高、脂肪含量低、口感嫩爽等特點,是我國深受歡迎的食品[1]。近年來,我國冷凍鯉魚魚糜、鯉魚魚糜制品的生產及其出口量逐年增加,己成為重要的水產加工品種之一。目前,鯉魚魚糜制品的保藏和流通多釆用冷藏、冷凍等手段[2]。釆用冷藏保鮮的貨架期僅為4 d左右,難以滿足大規模生產的需要;而釆用凍藏方法,盡管有較長的保藏期,但凍藏食品易發生干耗,導致食品質地、風味等發生變化,長期凍藏易使蛋白質變性、土腥味加重,導致食用品質下降,嚴重影響產品質量和可接受性[3-5]。因此,如何有效地保持淡水魚魚糜的新鮮程度已經成為當前漁業研究的重點。

近來生物保鮮劑和其他的保鮮手段(如氣調包裝、冰溫貯藏)結合成為現在水產品保鮮的主要技術,能更好地保持水產品品質、延長貨架期。劉曉華[6]等研究表明在4 ℃的冷藏條件下,鯰魚魚糜中添加0.5%魚骨肽可以延長鯰魚魚糜達到極限pH的時間,且TBA值及細菌總數均低于其他組,對鯰魚魚糜的保鮮效果最好。研究者研究了生物保鮮劑為殼聚糖和茶多酚復合劑、干酵母和葡萄糖復合保鮮劑對魚糜的品質影響,結果表明都有一定的防腐保鮮效果。施海峰[7]等研究了水溶性殼聚糖對魚糜制品保鮮效果的影響,發現水溶性殼聚糖能夠明顯抑制細菌的生長與繁殖,阻止感官品質的下降,延緩TVB-N和TBA的上升,使魚糜制品的冷藏保鮮期延長。花青素屬于類黃酮類化合物,具有潛在的醫療價值和營養價值,具有清除氧自由基的抗氧化能力[8-9]。本文使用的花青素是天然野生果實藍靛果中提取出來的一種花青素(矢車菊素)[10]。其在食品著色、水果[11-12]與肉類保鮮[13-15]上均有較好的應用。以天然植物提取物為保鮮劑,并與VC、殼聚糖優選出復合保鮮劑。通過測定鯉魚冷藏過程中pH、TBA(硫代巴比妥酸)值以及菌落總數等的變化,評價此復合保鮮劑對鯉魚魚糜的保鮮效果,旨在為延長魚糜制品的保鮮期提供新的技術方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮鯉魚 市售;花青素 取自藍靛果,純度35%,購于黑龍江省尚志綠野漿果有限責任公司;殼聚糖 分子質量144.15 g/mol,脫乙酰度為95%,食品級,購于上海阿拉丁生化科技股份有限公司;1,1,3,3-四乙氧基丙烷(純度>97%)、維生素C、營養瓊脂培養基、硫代巴比妥酸(TBA)、三氯乙酸(TCA) 均為分析純,購于哈爾濱新春化工廠。

BS210S電子天平 德國Sartorius儀器公司;DK-98-1型數顯恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司;SPX-800型恒溫培養箱、BXM-30R型高壓蒸汽滅菌鍋、YD-WJ-18型無菌操作臺 上海申勝生物技術有限公司;SJ260C型攪碎機 順德蘭譜電器制造有限公司;HB-628型海爾冰箱 上海瑪蒙工業設備有限公司;PHS-260型酸度計 北京普析通用儀器有限責任公司;HZQ-C空氣浴振蕩器 哈爾濱東明醫療器械廠;DHG-9203A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 保鮮劑濃度的確定與配制 根據GB 2760-2014食品添加劑使用衛生標準的規定,低于各種保鮮劑允許的最大使用量。實驗中花青素、VC和殼聚糖的最高使用濃度為0.4%、0.035%、1.8%,鯉魚肉糜樣品中的添加量為5 mL/100 g[16-18]。按照實驗設計用無菌蒸餾水分別將花青素、VC和殼聚糖(殼聚糖配制時需另加1%的冰醋酸)配制成不同濃度的溶液備用。

1.2.2 樣品處理 新鮮鯉魚,擊暈,殺死,去除魚內臟、魚皮和魚骨,將魚肉用絞肉機絞碎成糜狀,稱取魚糜50 g,加入保鮮劑,浸漬5 min,將樣品和保鮮劑充分混勻后分裝于聚乙烯(PE)自封袋內,并于室溫和4 ℃的冰箱中貯藏,按一定時間間隔測量鯉魚魚糜的pH、TBA值及菌落總數等指標(通過實驗得出室溫下貯存6 d魚糜徹底變質,不可繼續貯存)。對照組不做任何處理[16,19]。

1.2.3 添加保鮮劑單因素實驗設計 稱量50 g魚肉糜,分裝在PE保鮮袋中,分別以花青素濃度(0.02%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%)、VC(0.015%、0.020%、0.025%、0.030%、0.035%)、殼聚糖濃度(0.2%、0.6%、1.0%、1.4%、1.8%)為影響因素,設置3個因素的不同水平,放在4 ℃冰箱里儲存,分別在第0、3、6、9、12、15 d檢測TBA值。

1.2.4 復合保鮮劑配比響應面優化實驗 在單因素實驗的基礎上,采用響應面法中的Box-Behnken實驗設計,研究復合保鮮劑的最佳配比。以花青素、VC和殼聚糖加入量為主要的考察因子(自變量),以TBA值為響應值，設計三因素三水平共15個實驗點的響應面分析實驗[20-21]。將添加復合天然保鮮劑的鯉魚魚糜置于4 ℃的冰箱內保存,以9 d后測得各組樣品的TBA值為評價指標。精確地分析三個因素及其交互作用在貯藏過程中對魚糜品質產生的影響。方案設計的因子編碼及水平見表1。

1.2.5 指標測定

1.2.5.1 pH的測定 參考Arashisar等[22]的方法,并做適當修改,稱取魚糜5 g于燒杯中,向燒杯中加入蒸餾水50 mL,充分攪拌均勻后,放置30 min,過濾,移取適量上層清液于小燒杯中按酸度計法操作,測其pH[23]。

1.2.5.2 TBA值的測定 參考Siu等[24]測定TBA的方法,準確稱量5 g魚肉糜于燒杯中,然后將12.5 mL蒸餾水加入燒杯中,震蕩均勻后,再向燒杯中加入12.5 mL 5%的三氯乙酸(TCA),用玻璃棒攪拌后,放置30 min,過濾,用5% TCA將濾液定容至25 mL。向比色管中準確移取上清液5 mL,再將5 mL TBA溶液(0.02 mol/L)加入比色管中。將比色管放在(80±1) ℃的恒溫水浴加熱40 min,放置在室溫中待其冷卻,在532 nm測定吸光度。TVB值用丙二醛的質量分數表示(mg/kg)。

丙二醛標準曲線的繪制,分別取l,1,3,3-四乙氧基丙烷應用液(10 mg/mL的丙二醛)0、0.2、0.4、0.6、0.8 mL于比色管內,加水至總體積5 mL,加入5 mL TBA溶液,混勻,加塞,置于532 nm波長處比色。以吸光度為縱坐標,以丙二醛濃度為橫坐標做曲線。得到了相應的回歸方程:y=1.2740x+0.0016,r=0.9996,線性范圍是0.2～0.8 mg/kg。

1.2.5.3 菌落總數的測定 在無菌操作臺內,稱取魚肉糜1 g,放入試管中,試管中裝有9 mL蒸餾水且已滅菌,搖勻,制成濃度為10-1稀釋液,用無菌移液管(1 mL)吸取1 mL上述稀釋液于裝有9 mL無菌水的試管中,既成濃度為10-2稀釋液,照此方法制成10-3、10-4、10-5、10-6等濃度的稀釋液,實驗時依照實際選擇適合的濃度。將制好的營養瓊脂培養基放置在水浴鍋內融化并冷卻至50 ℃,然后在無菌操作臺內,向無菌平板中傾倒20 mL左右的培養基,用移液管移取1 mL菌液涂布于培養基平板表面,冷卻后倒置,每個稀釋度做三個平行,置于37 ℃的恒溫培養箱內培養48 h后進行平板菌落計數[25]。

1.3 數據分析

所有實驗均重復三次,采用SPSS 17.0統計軟件進行方差分析,用Duncan新復極差法進行顯著性檢驗,以p<0.05為顯著性檢驗標準。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 花青素對冷藏魚糜TBA值的影響 如圖1可知,添加花青素的魚肉糜TBA值在貯藏期內不斷增大。冷藏組的TBA值從最初的0.21 mg/kg上升到最后的3.98 mg/kg,上升幅度顯著(p<0.05);添加了花青素的魚肉糜各組TBA值都較冷藏組低(p<0.01),且在貯藏第9 d后,花青素添加量為0.2%的魚肉糜的TBA值相對其它組低,說明其保鮮效果最好。這可能是由于花青素抗氧化能力在起作用,延緩了脂肪的氧化分解,使處理組的TBA值保持在較低的水平[13]。

圖1 花青素濃度對魚糜TBA值的影響Fig.1 Effects of anthocyanidin concentration on the TBA value of carp surimi

2.1.2 VC對冷藏魚糜TBA值的影響 由圖2可以發現,隨著貯藏時間的延長,冷藏組的TBA值呈上升趨勢。隨著貯藏期的延長,添加VC的樣品的TBA值也呈上升趨勢,而且上升幅度在貯藏第6 d后明顯增大,且VC添加量為0.030%、0.035%組的TBA變化趨勢相近(p>0.05)、0.025%和0.015%組魚肉糜的TBA值在貯藏過程中的上升幅度相近(p>0.05),而VC添加量為0.020%的樣品的TBA值在儲藏期第6～15 d時的上升幅度明顯小于其他實驗組(p<0.05),說明其保鮮效果最佳。該結果與李雙梅[26]等的結論一致。

圖2 VC濃度對魚糜TBA值的影響Fig.2 Effects of VC concentration on the TBA value of carp surimi

2.1.3 殼聚糖對冷藏魚糜TBA值的影響 由圖3知,魚肉糜的初始TBA值是0.21 mg/kg左右,貯藏到第12 d時殼聚糖添加量為1.8%的實驗組的TBA值增長到2.88 mg/kg,與冷藏組的TBA值沒有明顯差異(p>0.05),且貯藏第15 d時各實驗組的TBA值均比較接近,但還是可以分析出殼聚糖添加量為0.60%的實驗組在貯藏第9 d以后TBA值的增長幅度低于其他各組(p<0.05)。以上結果表明,殼聚糖能夠減緩魚肉的脂質氧化,殼聚糖可作為魚糜和外界環境的屏障,減緩空氣中氧氣滲透進入魚塊,從而抑制脂質氧化。另外,殼聚糖的抗氧化作用在于其能螯合魚肉蛋白中的亞鐵離子以及結合脂質的能力[27]。

圖3 殼聚糖濃度對魚糜TBA值的影響Fig.3 Effects of chitosan concentration on the TBA value of Carp Surimi

2.2 響應面優化實驗結果

2.2.1 回歸方程的建立與統計分析 采用Design-Expert 8.0軟件,根據Box-Behnken設計組合,以加入量不同的各保鮮劑對鯉魚魚糜貯藏9 d TBA值的影響進行復合保鮮劑最佳配比的優化。實驗方案設計與結果見表2。

表2 響應面實驗方案及結果Table 2 Program and test results of response surface methodology

將表2所得到的數據進行多元回歸分析,根據Design Expert 8.0輸出結果,得到回歸方程的方差分析、各項的方差分析和參數估計及顯著性分析的結果。以鯉魚魚糜的TBA值為Y值,花青素、VC、和殼聚糖濃度分別為X1、X2、X3,得出3種保鮮劑的編碼值對TBA值的二次回歸方程為:

表3 回歸模型方差分析表Table 3 Analysis of variance(ANOVA)of regression model

注:**表示差異極顯著(p<0.01);*表示差異顯著(0.01

Y=0.31+0.037X1+0.016X2+0.024X3+8.400×10-3X1X2+0.016X1X3-8.350×10-3X2X3+0.160X12+0.070X22+0.073X32

2.2.2 復合生物保鮮劑及各用量的響應面分析 根據回歸方程用Design-Expert 8.0軟件對該回歸模型進行響應曲面分析,各實驗因素之間的交互作用和響應值(TBA值)與各因子之間的關系如圖4～圖6所示。

由圖4可知,花青素對鯉魚魚糜的TBA值降低率的影響較大,表現為花青素曲面的變化幅度強于VC曲面的變化幅度,隨著花青素和VC濃度的增加,鯉魚魚糜的TBA值均呈下降趨勢,當達一定值后又開始上升。

圖4 花青素與VC濃度對TBA值的影響Fig.4 Effects of concentration of anthocyanidin and VC on TBA value

由圖5可知,花青素與殼聚糖之間的交互作用顯著,花青素和殼聚糖濃度增加時,鯉魚魚糜的TBA值呈先下降后上升趨勢,且在花青素濃度小于0.3%時,下降幅度明顯。花青素濃度為0.25%,殼聚糖濃度為0.6%時,TBA值的降低率達到最大。

圖5 花青素與殼聚糖濃度對TBA值的影響Fig.5 Effects of concentration of anthocyanidin and chitosan on TBA value

由圖6可知,VC與殼聚糖之間的交互作用不顯著。隨著VC和殼聚糖的增加,冷藏鯉魚魚糜中的TBA值降低率隨之增加,而后又出現下降趨勢。

圖6 VC與殼聚糖濃度對TBA值的影響Fig.6 Effects of concentration of VC and chitosan on TBA value

2.2.3 最優工藝參數及驗證實驗 由Design-Expert8.0軟件對二次多元回歸模型進行分析并求解,得到的最大響應值對應的最佳條件為花青素濃度為0.24%,VC濃度為0.019%,殼聚糖濃度為0.56%,鯉魚魚糜冷藏保藏9 d后的TBA理論為0.3062 mg/kg。為了檢驗該模型預測值的可靠性,在此最佳組合條件下進行了3次重復實驗,得到鯉魚魚糜冷藏保藏9 d后的TBA實際值為0.3107 mg/kg,由此計算的預測值同實驗值的最大偏差為1.25%,從而證明采用響應面分析法優化得到的實驗參數是可靠的。

2.3 最佳配比的復合保鮮劑對鯉魚魚糜保鮮效果的影響

2.3.1 pH的變化 鯉魚在捕撈后魚體內相繼經歷僵硬、自溶腐敗兩個過程。pH是判定肉質優劣的一個關鍵指標[28]。通過不同保鮮方法處理后的鯉魚魚糜樣品,其pH均有不同程度的變化,變化趨勢顯著(p<0.05),由圖7可知,樣品的pH在儲存期內呈現出先下降后增長的趨勢,在冷藏最初的6 d內鯉魚處于僵硬階段,加入保鮮劑的處理樣和對照樣均呈下降,但復配保鮮劑組樣品pH變化幅度最小,表明經過復合保鮮劑處理能夠有效保持鯉魚魚糜在微凍冷藏僵硬期內的魚鮮度;在6 d以后的自溶腐敗階段,復配組樣品pH明顯低于對照樣及花青素組樣品,表明復配后的保鮮劑能夠有效阻止冷藏過程中鯉魚的自溶腐敗。

圖7 冷藏條件下添加最佳配比復合保鮮劑魚糜pH的變化Fig.7 Changes of the carp surimi pH value added the optimal concentration of complex preservative under the cold storage

2.3.2 TBA值的變化 TBA是評價魚新鮮度的重要指標,廣泛用于測定脂類食品,特別是肉類和水產品脂肪氧化酸敗程度。鯉魚在冷藏過程中TBA值的變化如圖8所示。由圖8可知,復配組和0.2%花青素組樣品和對照樣冷藏組的TBA值變化趨勢相差較大(p<0.05)。對照樣的TBA值在冷藏過程中上升較快,冷藏15 d后達到2.98 mg/kg,而復配組樣品的TBA值變化最不明顯(p>0.05),冷藏12 d TBA值上升到0.660 mg/kg,仍與魚糜可食用標準(0.202～0.600 mg/kg)接近[29]。說明復配組的保鮮效果明顯高于單一添加花青素組的樣品。

圖8 冷藏條件下添加最佳配比復合保鮮劑魚糜TBA值的變化Fig.8 Changes of the carp surimi TBA value added the optimal concentration of complex preservative under the cold storage

2.3.3 菌落總數的變化 由圖9可知,樣品的菌落總數隨著貯藏時間的延長不斷增多。加入天然保鮮劑的樣品組菌落總數在貯存期內一直低于冷藏組(p<0.05)。這表明天然復配保鮮劑可以很大程度的減緩微生物的繁殖速度。

圖9 冷藏條件下添加最佳配比復合保鮮劑魚糜菌落總數的變化Fig.9 Changes of the carp surimi colony count added the optimal concentration of complex preservative under the cold storage

3 結論

采用Box-Behnken的中心組合設計響應面法建立三種復合保鮮劑與TBA值之間的響應面數學模型,對鯉魚魚糜冷藏的三種保鮮劑復合使用的濃度進行了優化,實驗結果表明,花青素質量分數、VC質量分數、殼聚糖質量分數對鯉魚魚糜冷藏保鮮影響符合二次多項式關系。確定了鯉魚魚糜冷藏保鮮天然保鮮劑的工藝參數為:花青素添加量為0.24%,VC添加量為0.019%,殼聚糖添加量為0.56%。鯉魚魚糜冷藏保藏9 d后的TBA實際值為0.3107 mg/kg,回歸分析和驗證實驗表明了該響應面法具有可行性。在使用確定好的復合保鮮劑貯藏條件下,鯉魚魚糜冷藏15 d期間,pH變化幅度較小;冷藏15 d TBA值上升到1.246 mg/kg,遠小于冷藏對照組;菌落總數測定實驗說明復合后保鮮劑的使用可以延緩鯉魚魚肉的腐敗變質,改善鯉魚魚糜的保藏品質。

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Optimization of the compound preservative technology for carp surimi by response surface method

CHEN Lin-lin,LI Wei,ZHANG Wei

(Local Key Laboratory of Food Science and Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China)

The influence of different content preservatives,such as anthocyanidin,ascorbic acid(VC)and chitosan,on the cold storage 4 ℃ of carp surimi was evaluated through measuring 2-thiobarbituric acid value(TBA),pH value and the colony count. On the basis of the single preservative experiment,the Box-Behnken central composite design and response surface methodology(RSM)analysis was made to investigate get a complex preservative combined with anthocyanidin,VCand chitosan. The optimal concentration of complex preservative was determined as anthocyanidin 0.24%,VC0.019% and chitosan 0.56%. The results showed that the model fit well with the reality,and after verification,the combined preservative under the optimal concentration that after the carp surimi stored at 4 ℃for 9 days,could make the value of pH,TBA and the colony count only 6.51,0.3107 mg/kg and 2.09×103CFU/g,respectively. The carp surimi products was still accordance with the requirements of edible standard.

carp surimi;complex preservative;anthocyanidin;response surface methodology;TBA value

2016-06-17

陳林林(1979-),女,博士,副教授,研究方向:食品科學,E-mail:chenlinl2013@126.com。

哈爾濱市應用技術研究與開發項目(2014RFQXJ115);哈爾濱商業大學博士科研啟動項目(12DL010)。

TS209

A

1002-0306(2017)02-0307-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.02.051