冰溫脫水對(duì)草魚(yú)魚(yú)糜凝膠品質(zhì)的影響

王園園,萬(wàn)金慶,2,3*,杜欣雨,王友君,孫曉琳,童年

1(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院,上海,201306)2(上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心,上海,201306)3(農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品 貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室,上海,201306)4(安徽宜康高新農(nóng)業(yè)科技有限公司,安徽 六安,237200)

草魚(yú)是中國(guó)傳統(tǒng)的四大養(yǎng)殖淡水魚(yú)之一,因魚(yú)肉得率高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)往往被選為原料用來(lái)制作魚(yú)糜[1]。魚(yú)糜制品備受廣大消費(fèi)者青睞,主要原因是富含高蛋白、低脂肪、滋味鮮美和即食性等優(yōu)點(diǎn)[2]。淡水魚(yú)資源的加工生產(chǎn)一直受到嚴(yán)重制約,主要是因?yàn)榈~(yú)往往富含水分、魚(yú)肉保持水的能力差、魚(yú)糜不易凝膠,更容易出現(xiàn)凝膠劣化現(xiàn)象,導(dǎo)致其品質(zhì)與風(fēng)味達(dá)不到消費(fèi)者需要[3]。魚(yú)糜目前主要采用冷凍流通,淡水魚(yú)糜因凝膠性低于海水魚(yú),市場(chǎng)上產(chǎn)品少。因此,我國(guó)水產(chǎn)行業(yè)發(fā)展必須對(duì)淡水魚(yú)魚(yú)糜及其制品加工技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新。

漂洗是魚(yú)糜制作過(guò)程中一道重要工藝,其內(nèi)在機(jī)理是使肌原纖維蛋白“富集”,有利于魚(yú)糜凝膠形成[4]。宋潔等[5]發(fā)現(xiàn)臭氧水漂洗導(dǎo)致鲅魚(yú)魚(yú)糜中肌原纖維蛋白適度氧化,有利于致密均勻的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成,進(jìn)而改善了魚(yú)糜凝膠特性;姜鵬飛等[6]研究發(fā)現(xiàn)漂洗可以減少魚(yú)糜中的可溶性肌球蛋白,使肌原纖維蛋白分子形成分子質(zhì)量大的聚集體,從而改善羅非魚(yú)魚(yú)糜凝膠品質(zhì)。但漂洗不僅會(huì)流失水溶性蛋白和脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),導(dǎo)致風(fēng)味下降,還浪費(fèi)水資源,污染環(huán)境和增加企業(yè)生產(chǎn)成本。據(jù)統(tǒng)計(jì),生產(chǎn)魚(yú)糜與漂洗水的比例高達(dá)1∶10～1∶15,產(chǎn)生的廢水對(duì)環(huán)境壓力大,阻礙產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展[7]。未漂洗魚(yú)糜是目前研究熱點(diǎn)之一。目前,研究主要集中在提高未漂洗魚(yú)糜凝膠特性方面,多是添加物質(zhì),研究方法相對(duì)單一。鮑佳彤等[8]研究發(fā)現(xiàn)分別添加魚(yú)糜總量的2%大豆分離蛋白、0.5%蛋清蛋白、0.2%濃縮乳清蛋白,可以顯著提高未漂洗革胡子鯰魚(yú)魚(yú)糜凝膠特性;熊澤語(yǔ)等[9]發(fā)現(xiàn)可以利用淀粉來(lái)提高未漂洗大黃魚(yú)魚(yú)糜的凝膠特性與持水性;暴依芮等[10]發(fā)現(xiàn)添加0.02 mol/L魚(yú)糜質(zhì)量Ca2+可以使未漂洗鱸魚(yú)糜達(dá)到傳統(tǒng)漂洗魚(yú)糜的品質(zhì)。

本實(shí)驗(yàn)利用冰溫真空脫水技術(shù),制備不同水分含量的草魚(yú)魚(yú)糜凝膠,研究其凝膠特性及品質(zhì)變化,旨在探究淡水魚(yú)魚(yú)糜制品加工新技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

草魚(yú),上海臨港卜蜂蓮花超市。

D-130電動(dòng)勻漿機(jī),Wiggens有限公司;H-2050R-1高速冷凍離心機(jī),湘儀離心機(jī)有限公司;TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀,英國(guó)Stable Micro System公司;Color Meter ZE-2000色差計(jì),日本尼康公司;S-3400 N掃描電子顯微鏡,日本日立公司;MesoMR23-060H-1低場(chǎng)核磁共振儀,上海紐邁電子科技有限公司。

冰溫真空干燥實(shí)驗(yàn)機(jī)[11]為本課題組自行研制,對(duì)草魚(yú)魚(yú)肉進(jìn)行冰溫脫水處理。實(shí)驗(yàn)時(shí)參數(shù)設(shè)置:壓力為800～1 200 Pa,溫度為(-0.5±0.5) ℃。

1-冷阱制冷機(jī)組;2-真空壓力變送器;3-手閥;4-放氣閥; 5-電動(dòng)蝶閥;6-止油閥;7-真空泵;8-漏氣閥;9-物料;10-托盤(pán); 11-電加熱板;12-質(zhì)量傳感器;13-真空箱;14-排水閥;15-冷阱圖1 冰溫真空干燥實(shí)驗(yàn)機(jī)原理圖Fig.1 Schematic diagram of the ice-temperature vacuum drying experiment machine

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 魚(yú)糜樣品制備

未漂洗魚(yú)糜制備:新鮮草魚(yú)進(jìn)行前處理取肉,瀝干表面水分,于絞肉機(jī)中攪碎成魚(yú)糜,真空包裝于4 ℃冰箱冷藏,24 h內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。

漂洗魚(yú)糜制備參考王玉林[12]的方法。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

實(shí)驗(yàn)組分為6組,漂洗組(Px)和空白對(duì)照組(Ck,水分含量為80%)只加入2.5%的食鹽斬拌,其余4組分別在Ck組基礎(chǔ)上,冰溫脫水至含水率70%(T1);冰溫脫水至含水率60%(T2);冰溫脫水至含水率50%(T3);冰溫脫水至含水率40%(T4)作為T(mén)1～T4組。

1.2.3 魚(yú)糜凝膠制備

參考李慧等[13]的方法。

1.2.4 凝膠強(qiáng)度測(cè)定

采用質(zhì)構(gòu)儀,測(cè)定方法參考暴依芮等[10],選用P/5 s球形探頭穿刺樣品。

1.2.5 質(zhì)構(gòu)測(cè)定

測(cè)定方法同1.2.4節(jié),探頭為P/50,測(cè)試模式采用質(zhì)地多面剖析法(texture profile analysis,TPA)。

1.2.6 持水性測(cè)定

參考MAJUMDAR等[14]的方法。

1.2.7 白度的測(cè)定

參考向晨曦等[15]的方法。

1.2.8 低場(chǎng)核磁共振(low field-nuclear magnetic resonance,LF-NMR)測(cè)定水分遷移情況

參數(shù)參照PAN等[16]的方法。

1.2.9 魚(yú)糜肌原纖維蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定

參考熊澤語(yǔ)等[9]的方法。

1.2.10 魚(yú)糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)

參考LIU等[17]的方法。

假設(shè)學(xué)徒群體中，努力工作的學(xué)生的比例為p(0≤p≤1)，不努力工作的學(xué)生比例為1－p，同時(shí)，假設(shè)企業(yè)導(dǎo)師群體中認(rèn)真指導(dǎo)的的導(dǎo)師比例為q(0≤q≤1)，不認(rèn)真指導(dǎo)的企業(yè)導(dǎo)師比例為1－q。

1.2.11 感官評(píng)價(jià)

由7人組成感官評(píng)價(jià)小組,進(jìn)行基礎(chǔ)培訓(xùn),按照感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣品的色澤、組織狀態(tài)、口感滋味、氣味方面進(jìn)行打分(表1),最終評(píng)分以總分計(jì)。

表1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation

1.2.12 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 26軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析,P<0.05,差異顯著;采用Origin 2018軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 冰溫脫水對(duì)草魚(yú)魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度的影響

凝膠強(qiáng)度是評(píng)價(jià)魚(yú)糜品質(zhì)的重要指標(biāo),直接影響消費(fèi)者感官可接受度[18]。由圖2可知,冰溫脫水不同含水率草魚(yú)魚(yú)糜的凝膠強(qiáng)度均差異顯著(P<0.05),且經(jīng)過(guò)冰溫脫水處理后的4組魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度明顯高于Px組和Ck組。脫水組較空白對(duì)照組凝膠強(qiáng)度分別增加了48%、125%、224%和116%。依據(jù)GB/T 36187—2018《冷凍魚(yú)糜》中凝膠強(qiáng)度相關(guān)規(guī)定,由AB級(jí)(凝膠強(qiáng)度≥100 g·cm)魚(yú)糜分別提升至A級(jí)(凝膠強(qiáng)度≥200 g·cm)、AA級(jí)(凝膠強(qiáng)度≥300 g·cm)、FA級(jí)(凝膠強(qiáng)度≥500 g·cm)、AA級(jí)(凝膠強(qiáng)度≥300 g·cm)魚(yú)糜,分別提升了1、2、4、2個(gè)等級(jí)。說(shuō)明冰溫脫水會(huì)顯著提高魚(yú)糜的凝膠強(qiáng)度,但不是脫水越多越好,脫水至含水率為40%時(shí),凝膠強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化導(dǎo)致,傅里葉變換紅外光譜顯示的二級(jí)結(jié)構(gòu)與凝膠強(qiáng)度變化趨勢(shì)一致。也可能和鹽溶性蛋白相對(duì)含量有關(guān),未經(jīng)漂洗的草魚(yú)魚(yú)糜通過(guò)冰溫脫水提高鹽溶性蛋白質(zhì)在體系中的相對(duì)濃度,使蛋白質(zhì)更加的“聚集”,拉進(jìn)了蛋白基團(tuán)間的距離,為蛋白溶液提供優(yōu)良的成膠環(huán)境,提高了相應(yīng)的草魚(yú)魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度。漂洗可使鹽溶性蛋白“富集”,所以漂洗的草魚(yú)魚(yú)糜(Px組)凝膠強(qiáng)度高于未經(jīng)漂洗的草魚(yú)魚(yú)糜空白組(Ck組)[19]。

2.2 冰溫脫水對(duì)草魚(yú)魚(yú)糜凝膠質(zhì)構(gòu)特性和白度的影響

質(zhì)構(gòu)和白度是衡量魚(yú)糜品質(zhì)的重要指標(biāo)。如表2所示,漂洗和冰溫脫水處理都會(huì)影響魚(yú)糜凝膠樣品的白度,不同的是漂洗由于洗掉魚(yú)糜中的色素物質(zhì)使得魚(yú)糜凝膠白度有所改善,而冰溫脫水處理過(guò)程中,隨著水分含量的不斷減少,草魚(yú)魚(yú)糜凝膠的白度呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì),且水分含量低于60%時(shí),樣品色澤受到較大影響,白度顯著降低。原因可能是因?yàn)轸~(yú)肉水分含量降低,減少了魚(yú)肉表面光的反射,導(dǎo)致白度降低[20]。冰溫脫水處理對(duì)草魚(yú)魚(yú)糜凝膠的硬度、咀嚼性影響顯著,硬度呈現(xiàn)先增大后減小然后再增大趨勢(shì),咀嚼性則呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢(shì),且在冰溫脫水至水分含量為60%時(shí),其硬度和咀嚼性分別是空白組的1.89倍和1.83倍。LIN等[21]的研究結(jié)果表明,水分增加會(huì)導(dǎo)致魚(yú)糜凝膠的硬度和咀嚼性降低。則反過(guò)來(lái)驗(yàn)證了本實(shí)驗(yàn)的正確性。樣品含水率下降,彈性均無(wú)顯著變化(P>0.05)。

表2 不同組別草魚(yú)魚(yú)糜凝膠的質(zhì)構(gòu)特性和白度Table 2 Texture characteristics and whiteness of different groups of grass carp surimi gel

2.3 冰溫脫水對(duì)草魚(yú)魚(yú)糜凝膠持水性的影響

圖3 不同組別草魚(yú)魚(yú)糜凝膠持水性變化Fig.3 Changes of water holding capacity of different groups of grass carp surimi gel

2.4 冰溫脫水對(duì)草魚(yú)魚(yú)糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響

魚(yú)糜凝膠網(wǎng)絡(luò)規(guī)則有序致密,有利于改善魚(yú)糜制品凝膠強(qiáng)度和持水性能[24]。由圖4可知,隨著草魚(yú)魚(yú)糜水分含量的減少,肌原纖維形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)交聯(lián)逐漸平整緊密,孔洞更小更少。但冰溫脫水至含水率為40%時(shí),凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯斷裂,可能由于較低的水分含量,減弱了魚(yú)糜凝膠中水分子與大分子的作用力,減少了其與蛋白質(zhì)的極性或非極性部位結(jié)合,從而影響了魚(yú)糜肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)。

a-Px組;b-Ck組;c- T1組;d-T2組;e-T3組;f-T4組圖4 不同組別草魚(yú)魚(yú)糜凝膠的微觀結(jié)構(gòu)(3 000×)Fig.4 Microstructure of different groups of grass carp surimi gel (3 000 ×)

2.5 冰溫脫水對(duì)草魚(yú)魚(yú)糜凝膠水分分布的影響

橫向弛豫時(shí)間T2反映底物與水分結(jié)合的緊密程度,橫向弛豫時(shí)間越短,結(jié)合越緊密,水分越穩(wěn)定[22]。由圖5可知,樣品進(jìn)行冰溫脫水,T22橫向弛豫時(shí)間顯著減少(P<0.05),促進(jìn)底物與水的結(jié)合,凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)束縛水分子不易流失。從峰比例可以看出各狀態(tài)水分在總水分中的占比,峰比例的變化情況反映水分的流動(dòng)情況。隨著草魚(yú)魚(yú)糜凝膠水分含量的減少,樣品T23峰比例顯著減少(P<0.05),說(shuō)明水分子與草魚(yú)魚(yú)糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)合更加緊密,束縛了不易流動(dòng)水方向朝著自由水方向轉(zhuǎn)化。與張莉莉等[25]的研究結(jié)果一致,改變魚(yú)糜凝膠中非結(jié)合水比例能夠保護(hù)凝膠結(jié)構(gòu)免受高溫破壞。含水率較低時(shí),促進(jìn)蛋白質(zhì)與水分之間的作用,進(jìn)而對(duì)魚(yú)糜凝膠的熱穩(wěn)定性有有利影響。

圖5 不同組別草魚(yú)魚(yú)糜凝膠橫向豫馳時(shí)間T2反演圖Fig.5 Inversion diagram of transverse relaxation time T2 of different groups of grass carp surimi gel

2.6 冰溫脫水對(duì)草魚(yú)魚(yú)糜蛋白傅里葉變換紅外光譜(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)的影響

FTIR可反映魚(yú)肉蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化,反映蛋白質(zhì)的變性情況。圖6-a為不同組別草魚(yú)魚(yú)糜凝膠蛋白的紅外光譜曲線,隨著冰溫脫水處理后水分含量的逐漸降低,酰胺Ⅰ帶發(fā)生偏移現(xiàn)象,波峰先降低后升高,說(shuō)明魚(yú)糜凝膠中蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,進(jìn)而分析魚(yú)糜凝膠蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)主要形式的相對(duì)含量(圖6-b)。由圖可知,冰溫脫水導(dǎo)致蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)不斷變化,冰溫脫水至60%時(shí),蛋白質(zhì)α-螺旋結(jié)構(gòu)減少,β-折疊和無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)相對(duì)含量分別由20.2%和18.2%增加至23.14%和22.42%,分子結(jié)構(gòu)由有序向無(wú)序轉(zhuǎn)變,凝膠強(qiáng)度由此增加。與王聰[26]和ZHOU等[27]的研究結(jié)果類(lèi)似,魚(yú)糜蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化,促進(jìn)蛋白質(zhì)易于結(jié)合水分子基團(tuán)顯現(xiàn),改善魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度。較低水分含量的T4組,無(wú)序結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量開(kāi)始降低,與T4組凝膠強(qiáng)度變化趨勢(shì)一致。因此,可以利用草魚(yú)魚(yú)糜凝膠蛋白的空間結(jié)構(gòu)變化來(lái)解釋冰溫脫水對(duì)魚(yú)糜凝膠性能影響的部分機(jī)理。

a-凝膠紅外譜圖;b-蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)組成圖6 不同組別草魚(yú)魚(yú)糜凝膠紅外譜圖和蛋白質(zhì) 二級(jí)結(jié)構(gòu)組成Fig.6 Infrared spectrum and protein secondary structure composition of different groups of grass carp surimi gel

2.7 冰溫脫水對(duì)草魚(yú)肉香腸感官評(píng)價(jià)的影響

觀察圖7可知,不同組別草魚(yú)魚(yú)糜凝膠的組織狀態(tài)差異明顯。結(jié)合圖8可知,冰溫脫水過(guò)程中,樣品的感官評(píng)分先上升后下降,說(shuō)明適度的冰溫脫水處理,對(duì)魚(yú)糜凝膠的組織狀態(tài)、口感滋味有有利影響。適度冰溫脫水使得魚(yú)糜凝膠樣品切面更加光滑,組織密實(shí)感增強(qiáng),彈性和咀嚼性較好。未漂洗魚(yú)糜避免了漂洗魚(yú)糜水溶性蛋白、脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失,保留了魚(yú)肉本身的鮮味與香味,且冰溫脫水處理后其鮮味與魚(yú)香味更加濃厚,口感滋味明顯更好,原因可能是冰溫脫水導(dǎo)致滋味組分濃度變大,有待進(jìn)一步研究。過(guò)度失水使得魚(yú)糜凝膠樣品的光澤感降低,組織硬度不斷提高,彈性降低,咀嚼困難,導(dǎo)致感官評(píng)分降低,難以滿足消費(fèi)者需求。

圖7 不同組別草魚(yú)魚(yú)糜凝膠樣品Fig.7 Different groups of grass carp surimi gel samples

圖8 不同組別草魚(yú)肉香腸感官評(píng)分Fig.8 Sensory score of grass fish sausage in different groups

3 討論

影響魚(yú)糜蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性有2個(gè)較大的因素,一是蛋白質(zhì)與水的相互作用,二是水分子的存在狀態(tài)。魚(yú)糜生產(chǎn)過(guò)程中因水分含量較高會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生一定氧化,影響凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。本實(shí)驗(yàn)利用的冰溫真空脫水技術(shù),一方面降低了魚(yú)糜制品的水分含量,另一方面冰溫環(huán)境抑制了蛋白質(zhì)氧化作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究初步探索了冰溫脫水可能導(dǎo)致魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度顯著提高的形成機(jī)理。實(shí)驗(yàn)通過(guò)降低草魚(yú)魚(yú)糜凝膠水分含量,提高鹽溶性蛋白質(zhì)在體系中的相對(duì)濃度,使蛋白質(zhì)更加“易于聚集”,拉近了蛋白基團(tuán)間的距離,為蛋白溶液提供優(yōu)良的成膠環(huán)境。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)變化表明,脫水組魚(yú)糜蛋白的有序螺旋結(jié)構(gòu)向無(wú)序結(jié)構(gòu)不斷轉(zhuǎn)化,有利于與水分子結(jié)合。同時(shí),較低的水分自由度使得蛋白質(zhì)與水分間的結(jié)合更加緊密,促進(jìn)了蛋白分子的交聯(lián)和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。微觀結(jié)構(gòu)可明顯觀察到脫水組更加致密均勻,與核磁共振和持水性結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

4 結(jié)論

本文實(shí)驗(yàn)條件下,草魚(yú)魚(yú)糜凝膠水分含量為60%時(shí)感官接受度較高,組織密實(shí)感增強(qiáng),彈性和咀嚼性較好,滋味鮮美,香味濃厚;凝膠強(qiáng)度為394.44 g·cm,較空白組與漂洗組分別增加了125%和77%,魚(yú)糜等級(jí)由空白組的AB級(jí)(凝膠強(qiáng)度≥100 g·cm)提升至AA級(jí)(凝膠強(qiáng)度≥300 g·cm),提升了2個(gè)等級(jí),接近AAA級(jí)(凝膠強(qiáng)度≥400 g·cm);其持水性最高為98.08%,同時(shí)電鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)顯示致密均勻;傅里葉變換紅外光譜顯示蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)由有序向無(wú)序轉(zhuǎn)變,β-折疊和無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)相對(duì)含量有所增加,分別由20.2%和18.2%增加至23.14%和22.42%。表明通過(guò)冰溫脫水降低草魚(yú)魚(yú)糜凝膠的水分含量可提高其品質(zhì)。但魚(yú)糜過(guò)度失水,凝膠樣品色澤較差,硬度過(guò)高,咀嚼性變差,感官評(píng)分較低。所以,綜合來(lái)看,冰溫脫水至水分含量為60%時(shí),其魚(yú)糜凝膠品質(zhì)更佳,消費(fèi)者感官接受度更高。冰溫脫水魚(yú)糜營(yíng)養(yǎng)成分豐富,口感鮮美,符合消費(fèi)者追求的綠色健康食品,且未漂洗魚(yú)糜可簡(jiǎn)化工藝,還能實(shí)現(xiàn)節(jié)水,零排污的目標(biāo)。冰溫真空脫水技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值,有利于淡水魚(yú)資源的高值化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。