發酵鏡鯉魚糜腸在低溫貯藏過程中的 品質及氧化反應的比較

石 碩,鄧思楊,王 浩,董依迪,杜 鑫,暢 鵬,夏秀芳

(東北農業大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

鏡鯉是一種常見的淡水魚,具有高蛋白、低熱量、水分含量高、口感質嫩等優點。新鮮的淡水魚營養價值高,是優質的動物蛋白來源。維生素、礦物質豐富且可以提供人體所需的必需氨基酸[1-2]。但鮮活的鏡鯉魚刺多、土腥味重且由于水分含量及不飽和脂肪酸含量高,在運輸與銷售過程中極易引起微生物的滋生、腥味增加、腐爛發臭,嚴重制約了水產養殖業的健康發展[3-4]。因此,為適應具有持續高產出量特點的水產品養殖業的發展,開發多種魚類制品及其保鮮技術,對中國淡水魚養殖及其加工產業具有重要研究意義[5]。魚糜為新鮮魚肉經過漂洗、脫水、精濾后而成的肌肉蛋白濃縮物[2],具有高蛋白、低膽固醇、食用方便、彈性優良等優點,深受消費者喜愛。但因魚糜的蛋白質含量較高,在貯藏期間易分解生成小肽和游離氨基酸,致使腐敗菌吸收這類營養物質大量繁殖從而引起制品的腐敗變質[6]。史策[7]的研究表明,水產制品在貯藏期間容易受到細菌及霉菌的污染,這些腐敗微生物可以分解水產制品中的營養物質,產生難聞的氣味甚至有毒物質。Tsai等[8]報道,貯藏期間,在蛋白質含量較高的食品如魚糜制品、腌肉制品、發酵肉制品中易發現生物胺等毒性因子的存在。

微生物發酵技術可以有效地改善魚肉制品的貯藏特性,提高安全性。Xu等[9]發現在肉制品中接種乳酸菌,可以迅速降低肉制品的pH并產生H2O2和細菌素,這對有害菌群如假單胞菌、腸桿菌、葡萄球菌具有抑制作用。另外,在發酵過程中,乳酸菌和內源性酶可以將蛋白質逐步降解為小分子物質,提高營養吸收率;乳酸菌及其代謝產物又能提高人體腸道環境的穩定性,達到預防疾病的目的[10]。有研究表明,利用乳酸菌代謝產生的乳酸與魚糜蛋白進行交聯,證明經過發酵的魚糜具有良好的凝膠特性及彈性[11]。由此可見,有益菌群的生長對魚糜制品的品質特性具有良好的促進作用。

溫度是影響微生物代謝的重要因素,因此可以通過控制貯藏條件來進一步改善魚糜制品的貯藏穩定性。嚴伯奮等[12]和崔旭海等[13]在研究中發現,貯藏條件對魚糜制品的保鮮具有重要的調控作用,尤其在低溫條件下可以抑制脂肪及蛋白質的氧化程度。Utrera等[14]對牛肉肉糜在凍藏期間脂肪氧化及蛋白質氧化的研究中表示,蛋白氧化與脂肪氧化二者是相互作用的,脂肪氧化的產物會加速蛋白結構的破壞使得蛋白功能性降低。目前,國內外學者對于魚糜制品在貯藏期間品質變化的研究已有很多,但對具有微生物防腐作用的魚糜制品的研究尚不完全。

因此,本試驗選擇鏡鯉魚為原料,經過斬拌后,以單一乳酸菌為發酵劑進行發酵,制成發酵鏡鯉魚糜腸。通過探究低溫對發酵鏡鯉魚糜腸在貯藏期間品質及氧化性的影響,篩選出魚糜制品適宜的貯藏溫度,為提高淡水魚糜制品貯藏期間的品質特性提供理論依據,也為我國的淡水漁業的發展起到了促進作用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鏡鯉魚、葡萄糖、食鹽、復合磷酸鹽、味精、生姜粉、白胡椒粉、大蒜粉、料酒膠原蛋白腸衣 哈爾濱市沃爾瑪超市;MRS培養基 廣州環凱微生物科技有限公司;2-硫代巴比妥酸 上?；菔郎噭┯邢薰?三氯乙酸 天津巴斯夫化工有限公司;鹽酸 哈爾濱天力化學試劑有限公司;乙二胺四乙酸(EDTA) Sigma試劑公司。

AL-104型精密電子天平、ELTA320 pH計 梅特勒-托利多儀器有限公司;QT-1旋渦混合器 西安華辰樂天實驗室設備有限公司;高速冷凍離心機 德國DECKMAN制造;色電ZE-6000色差計 日本色電工業株式會社;HWS-系列恒溫恒濕培養箱 天津市泰藏斯特儀器有限公司;自動定氮儀 上海纖檢儀器有限公司;紫外超凈臺 上海精宏設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 發酵鏡鯉魚糜腸的制備 原料魚肉的選擇→切塊→攪拌(輔料)→斬拌→腌制→接種發酵劑→灌腸→發酵→成品。

新鮮鏡鯉魚去頭、尾、內臟,清洗干凈后手工取肉。將魚肉切成2 cm×2 cm×2 cm大小的肉塊。將需要添加的輔料按肉重比例加入切好的肉塊中攪拌均勻。輔料添加量分別為:食鹽2%、葡萄糖2%、料酒2%、復合磷酸鹽0.03%、味精0.03%、生姜0.01%、白胡椒粉0.05%。輔料與肉塊混合均勻后放入斬拌機中,斬拌3 min制成均勻魚糜,然后放入4 ℃冰箱中腌制12 h。同時,在MRS培養基中接種乳酸菌,培養3代后離心收集菌體細胞,用0.85%生理鹽水制成濃度約為106～107cfu/mL的菌懸液。將稀釋度適當的菌懸液以1.0%的接種量添加到腌制好的魚糜中。取(50.0±1.0) g的魚糜灌入25 mm的腸衣中,放入恒溫恒濕培養箱中,相對濕度90%,發酵溫度25 ℃,發酵48 h制成發酵鏡鯉魚糜腸。最終將發酵鏡鯉魚糜腸包裝成成品放入冰箱中貯藏。

1.2.2 發酵鏡鯉魚糜腸的貯藏 將發酵好的鏡鯉魚糜腸樣品分別置于4 ℃和-18 ℃冰箱貯藏,時間分別為90、180 d,每隔30 d取樣分析。每次取樣前將-18 ℃條件下貯藏的樣品置于4 ℃冰箱中解凍,直至中心溫度達到4 ℃。解凍后的樣品與4 ℃條件下貯藏的樣品同時進行品質及氧化指標的測定。

1.2.3 品質特性的測定

1.2.3.1 pH的測定 測定方法參照GB/T 5009.237-2016[15]。

1.2.3.2 水分含量的測定 水分含量參照GB 5009.3-2016[16]。

1.2.3.3 色澤的測定 采用色差計測定待測樣品的白度。白板X為90.18,Y為95.08,Z為103.29。儀器經預熱并校正后,待測試樣鋪滿樣品池底部置于載樣臺上進行測量,每個試樣按同一個方向旋轉測定三次,最終輸出值為其平均值。白度的計算公式如下:

式中:W為白度;L*為亮度;a*為紅度;b*為黃度。

1.2.3.4 感官質量的測定 由10位具有相關專業知識和經驗的人員進行感官評分。主要評價的指標為滋氣味、酸敗味、組織狀態和總體可接受性,酸敗味指標參照Pohlman等[17]的方法,并稍作修改。感官評分標準見表1。

表1 鏡鯉魚糜腸感官評分標準Table 1 The standard of marking in mirror carp surimi sausage

1.2.4 氧化指標的測定

1.2.4.1 硫代巴比妥酸反應物值(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)的測定 參考Patroklos等[18]的方法,并作適當修改。將0.3 g的樣品放入試管中,加入3 mL的TBA(2-硫代巴比妥酸)溶液,17 mL的TCA-HCl溶液(三氯乙酸-鹽酸),將混合溶液漩渦混合3 s后,沸水浴加熱30 min,冷卻,取4 mL氯仿,3000 r/min條件下離心10 min,于532 nm處測定吸光度值。TBARS值以每千克氧化后的油脂樣品溶液中含有的次級氧化產物(丙二醛)的質量(mg)計算,計算公式如下:

式中:A為波長在532 nm處的吸光值;w為樣品的質量(g);9.48為常數。

1.2.4.2 揮發性鹽基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)的測定 利用Visessanguan等[19]方法略作修改,采用半微量擴散法測定TVB-N含量。

1.3 數據分析

試驗所得數據使用Statistix 8.1、SPSS 15.0等軟件進行統計分析,差異顯著性(p<0.05)分析采用Tukey HSD程序,并使用Sigmaplot 11.0 軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 低溫貯藏中發酵鏡鯉魚糜腸品質的變化

2.1.1 低溫貯藏中發酵鏡鯉魚糜腸pH的變化 由圖1可得,貯藏初期pH為4.0,隨著貯藏時間的延長,試驗組的pH均呈現升高的趨勢,4 ℃的pH增長速率及增加量較-18 ℃的高,但二者的pH在整個貯藏期間仍小于4.5。

圖1 貯藏溫度對鏡鯉魚糜腸pH變化的影響Fig.1 Effect of storage temperature on mirror carp surimi sausage pH change

在貯藏初期由于內源性酶活性及乳酸菌的生理代謝活動較強,分解了魚糜腸中的蛋白質、脂質等營養物質,使得初期pH較低。隨著貯藏時間的延長,pH回升的原因可能為腐敗細菌開始滋生,由細菌細胞正常生理代謝產生的過氧化氫會進一步氧化生成自由基,而這類穩定性差、生物反應活性高的自由基會攻擊蛋白質的骨架結構或者氨基酸側鏈,加速了蛋白質的分解。蛋白質在逐級降解的過程中會有一些氨及胺類物質產生,能中和大部分由乳酸菌發酵產生的有機酸。盧涵[20]在探究貯藏期間鳙魚肉體內自由基對蛋白氧化的影響中表明,羥自由基會攻擊蛋白質中的部分氨基酸,引起肽鍵斷裂,蛋白質隨之降解且隨著羥自由基濃度的升高,蛋白氧化逐漸加劇。在相同貯藏時間內,低貯藏溫度能夠有效防止pH的升高,可能是低溫抑制了腐敗微生物的細胞代謝和一些可催化不良反應的酶活性。李雙梅[21]研究了低溫條件下鏡鯉魚在貯藏20 d內pH的變化規律,結果表明低溫能夠減慢pH的升高速度,有助于鏡鯉魚糜的保藏。另外,乳酸菌具有較好的耐受低pH的能力。

當pH介于4.0～4.5范圍時,乳酸菌仍能保持良好的生長趨勢,并發揮其良好的保藏作用[22]。因此,在貯藏期間乳酸菌、低溫及低pH三者共同發揮作用使腐敗菌的生長受到抑制,提高了魚糜制品的安全性。

2.1.2 低溫貯藏中發酵鏡鯉魚糜腸水分含量的變化 魚糜制品中水分含量的保持與貯藏期間生成的冰晶及魚糜凝膠的三維立體網狀結構有關[23]。由圖2可得,4 ℃與-18 ℃試驗組中,水分含量在整個貯藏期間稍有波動但整體呈下降趨勢,且二者存在顯著差異(p<0.05)。貯藏初期,發酵鏡鯉魚糜腸的水分含量為71%以上。在4 ℃貯藏90 d后,水分含量約降低了4.3%;而-18 ℃條件下的發酵鏡鯉魚糜腸在90 d時,其水分含量降低了1%左右,到貯藏結束(180 d)后,-18 ℃組的水分含量降低了4%。這說明,在同一貯藏時間內,低溫可以有效防止發酵鏡鯉魚糜腸在貯藏期間水分的流失。原因可能是在4 ℃貯藏條件下,魚糜蛋白的氧化程度較-18 ℃的高,組織結構的破壞程度更大,水分子易流失,由內向外遷移;-18 ℃貯藏條件下水分流失程度雖然由于蛋白質的低氧化水平得到一定的控制,但凍結過程中生成的冰晶對細胞的破壞作用也會對蛋白質的持水力造成不利的影響。

盧涵[20]在探究不同貯藏溫度影響鳙魚肉貯藏期間質構及持水力的變化研究中表明,蛋白質在氧化過程中結構受到破壞,使得疏水基團暴露,降低了蛋白分子與水分子之間的結合能力,導致肌肉內水分流失;另外,貯藏期間冰晶的生成及后期肌肉解凍比蛋白氧化對魚肉質構的影響更加嚴重。具體機制為魚肉在凍結過程中,肌束間的水分凍結成冰,解凍后水分向肌肉表面遷移成為液態水流失。Liu等[24]同樣得出了類似的研究結果,魚肉蛋白持水力的劣變與蛋白質的構象改變有關。Lund等[25]表示蛋白質的分子間或分子內交聯影響了肌纖維之間的距離,進而肌纖維束發生皺縮,造成這部分空間水分的流失。

2.1.3 低溫貯藏中發酵鏡鯉魚糜腸色澤的變化 色澤是影響肉類制品感官品質的一個重要因素。魚糜制品的色澤與魚糜蛋白凝膠的顏色有關,在蛋白凝膠加工及貯藏期間深色色素的釋放都會使魚糜凝膠具有較高的b*[26]。

由圖3所示,兩組初始白度均大于60。隨著貯藏時間的延長,4 ℃及-18 ℃條件下的白度總體呈下降的趨勢,且二者差異顯著(p<0.05)。貯藏90 d后,4 ℃條件下的發酵鏡鯉魚糜腸白度下降至54;而-18 ℃的白度在貯藏180 d后降至57。其次,在整個貯藏期間內,4 ℃下發酵鏡鯉魚糜腸的白度的下降速度較快。試驗表明同一貯藏時間內,較低的貯藏溫度能夠抑制色澤的劣變。原因可能為,高貯藏溫度易引起脂肪和蛋白質發生氧化反應,氧化后蛋白質釋放的游離氨基酸與脂肪的分解產物易發生褐變,產生的棕色物質致使色澤變暗。另外,-18 ℃條件下高鐵肌紅蛋白還原酶系統被破壞,致使高鐵肌紅蛋白在肌纖維中蓄積,因此-18 ℃條件下貯藏90 d后魚糜白度持續下降。

圖3 貯藏溫度對鏡鯉魚糜腸色澤變化的影響Fig.3 Effect of storage temperature on mirror carp surimi sausage color changes

Liu等[27]對魚糜在冷凍期間品質變化的研究中表明,魚糜色澤的劣變多由非酶褐變引起,脂肪及蛋白氧化都會增加褐變發生的幾率。Leygonie等[28]表示魚糜組織中高鐵肌紅蛋白的蓄積對肉類色澤具有不良影響。盧涵[20]曾在相關研究中表明,經過凍藏的鳙魚糜易形成冰晶,冰晶的生成及后續的解凍過程對魚肉制品質構不利。

2.1.4 低溫貯藏中發酵鏡鯉魚糜腸感官質量的變化 由表2可得,在貯藏初期各實驗組樣品的感官評分值均無顯著性差異(p>0.05),隨著貯藏時間的不斷延長,產品的滋氣味、組織狀態及總體可接受性均下降。在4 ℃貯藏90 d后,發酵鏡魚糜腸產生難以接受的不良滋氣味以及較強的酸敗味,總體可接受性顯著較差(p<0.05);-18 ℃貯藏組的總體可接受性得分一直較好,直到貯藏120 d后感官質量評分開始迅速下降。由發酵鏡鯉魚糜腸的感官評分結果可以看出,-18 ℃較4 ℃能夠更好地保持發酵鏡鯉魚糜腸的品質。這是由于食品在長時間貯藏的過程中,脂肪及蛋白質發生了氧化反應并在凍結過程中產生了大量的冰結晶,氧化反應與冰晶形成對發酵鏡鯉魚糜腸的質構具有不良影響。氧化反應生成的游離脂肪酸和游離氨基酸對制品的滋氣味及酸敗味的產生具有促進作用;冰晶的形成會逐漸破壞肌原纖維結構直至食品的組織狀態發生變化,解凍后魚肉制品的感官品質呈現出肉眼可見的變質狀態,表現為汁液大量流失、口感松軟無彈性、咀嚼性較差。

表2 貯藏溫度對鏡鯉魚糜腸感官質量的影響Table 2 Effect of storage temperature on sensory evaluation of mirror carp surimi sausage

2.2 低溫貯藏中發酵鏡鯉魚糜腸氧化指標的變化

2.2.1 低溫貯藏中發酵鏡鯉魚糜腸TBARS值的變化 TBARS是衡量脂肪氧化程度的指標。原料魚中不飽和脂肪酸含量較高,隨著貯藏時間的延長,脂肪氧合酶這類內源性酶的活性增強,脂質發生過氧化反應產生以醛酮類化合物為主的過氧化產物。

由圖4可得,4 ℃條件下貯藏90 d與-18 ℃貯藏180 d的TBARS值總體呈現穩步上升趨勢,但始終在魚制品國家限定范圍內(5 mg 丙二醛/kg[29])。4 ℃與-18 ℃兩組相比,TBARS值差異顯著(p<0.05)。4 ℃中的發酵鏡鯉魚糜腸在貯藏90 d后已出現明顯的酸敗味,TBARS值已增長至3.7左右且增加速率較快。而-18 ℃的發酵鏡鯉魚糜腸在90 d時TBARS值尚未達到2.5,在貯藏結束時TBARS值達到了4.2左右。

圖4 貯藏溫度對鏡鯉魚糜腸TBARS變化的影響Fig.4 Effect of storage temperature on mirror carp surimi sausage TBARS changes

試驗表明,-18 ℃較4 ℃能更好地抑制脂肪氧化程度。原因可能是隨著貯藏時間的延長,微生物的發酵作用和脂質發生的過氧化反應產生的游離脂肪酸含量升高,這類過氧化產物可以促進氧化反應的進一步加劇。當貯藏溫度達-18 ℃時,微生物的代謝反應受到抑制甚至代謝停止,從而由于微生物過度發酵產生的游離脂肪酸含量減少;其次,-18 ℃使魚糜制品內部的生物化學反應進程減緩。陳劍嵐等[30]研究表示,貯藏溫度越低,肌肉的氧化程度越低,并且在整個貯藏期間低溫有助于維持草魚肉較好的滋味和新鮮度。但魚糜制品若在低溫條件下長時間貯藏,肌原纖維結構仍會受到破壞,脂肪氧化產生的氫過氧化物會進一步分解產生二次氧化產物如醛類、酮類,這些脂質氧化產物又會加劇制品的腐敗變質[31]。因此,-18 ℃條件下的發酵鏡鯉魚糜腸在貯藏180 d后其TBARS值比90 d的TBARS值高。

2.2.2 低溫貯藏中發酵鏡鯉魚糜腸TVB-N值的變化 TVB-N是評價水產品新鮮度的常用指標。由于貯藏期間產品內部的蛋白質受到內源性酶或微生物的作用而分解產生的氨和胺類等堿性化合物,促使產品的新鮮度下降。TVB-N值越高則表示制品中蛋氨酸與酪氨酸流失的越多,營養價值越低,新鮮度越低[32]。

由圖5可知,新鮮魚糜腸的初始TVB-N值為18 mg/100 g,隨著貯藏時間的增加,TVB-N值總體呈上升趨勢且4 ℃與-18 ℃存在顯著差異(p<0.05)。將發酵魚糜腸在4 ℃下貯藏60 d與-18 ℃下貯藏90 d進行對比,二者的TVB-N值均表現為持續增加的趨勢,且隨著時間的延長,增加趨勢更為顯著(p<0.05)。但經過4 ℃貯藏70 d后,魚糜腸的TVB-N值超過25 mg/100 g,90 d后已處于變質狀態;-18 ℃貯藏130 d后也超過了25 mg/100 g,開始趨于腐敗狀態。同等貯藏時間內,-18 ℃可以有效抑制微生物的繁殖以及蛋白酶的活性,蛋白質氧化程度越小,其結構越完整,蛋白質功能性保持的越好,肉類制品的新鮮度越高。但隨著貯藏時間進一步增加,腐敗微生物容易利用蛋白質分解后產生的肽類及游離氨基酸大量的進行繁殖代謝,生成的代謝產物會攻擊蛋白質的分子結構,結構的破壞致使食用及感官品質下降[33]。本試驗中TBARS值與TVB-N值的變化趨勢相一致,說明脂質氧化與蛋白質氧化的變化是類似的。崔旭海等[13]在水產制品的氧化劣變研究中表示,蛋白氧化與脂質氧化二者相互關聯,脂肪氧化產生的自由基對蛋白質結構產生了攻擊的效果,致使蛋白質結構受到破壞進而又促進了其氧化反應的進行。

圖5 貯藏溫度對鏡鯉魚糜腸TVB-N變化的影響Fig.5 Effect of storage temperature on mirror carp surimi sausage TVB-N change

3 結論

經過采用冷藏(4 ℃)和凍藏(-18 ℃)兩種低溫貯藏方式對發酵鏡鯉魚糜腸進行貯藏過程中品質劣變及氧化特性的研究,得出以下結論:在貯藏過程中,4 ℃及-18 ℃水分含量、色澤的白度和各項感官評分呈下降趨勢,各項指標均表明隨著貯藏時間的延長,發酵鏡鯉魚糜腸正逐漸走向腐敗變質;-18 ℃條件下貯藏的發酵鏡鯉魚糜腸品質劣變的程度與4 ℃相比較低,可見較低的貯藏溫度對魚肉制品品質的保持具有積極的作用;發酵鏡鯉魚糜腸在4 ℃下貯藏90 d及-18 ℃條件下貯藏180 d后,TBARS值與TVB-N值均持續上升,表明脂肪及蛋白質氧化程度逐漸加深;在同等貯藏時間下,溫度越低,氧化反應的發生越弛緩;在同一貯藏溫度下,貯藏時間越長,發酵鏡鯉魚糜腸的劣變越劇烈。

貯藏過程中,溫度對魚肉制品的品質及氧化特性具有極大的影響,4 ℃與-18 ℃相比,-18 ℃在一定程度上能維持魚肉制品更好的品質,并能有效減緩氧化反應的發生,保持魚糜制品更好的風味和感官質量。因此選擇適宜的貯藏條件對發酵鏡鯉魚糜腸品質的保持具有重要作用。