不同溫度對白鰱魚肉在蒸煮過程中品質的影響

鞠 健,喬 宇,汪 超,李 陽,廖 李,汪 蘭

(1.湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所/湖北省農產品輻照工程技術研究中心,湖北武漢 430064)(2.湖北工業大學,輕工學部,生物工程與食品學院,湖北武漢 430068)

不同溫度對白鰱魚肉在蒸煮過程中品質的影響

鞠 健1,2,喬 宇1,*,汪 超2,李 陽2,廖 李1,汪 蘭1

(1.湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所/湖北省農產品輻照工程技術研究中心,湖北武漢 430064)(2.湖北工業大學,輕工學部,生物工程與食品學院,湖北武漢 430068)

為了研究蒸煮過程中溫度對白鰱魚品質的影響,在常壓蒸汽加熱下分別測定了溫度(20、30、40、50、60、70、80、90 ℃)對白鰱魚肉揮發性化合物、蛋白質組分、ATP酶(Ca2+-ATPase)活性、總巰基和活性巰基含量、表面疏水性、失重率、剪切力和pH的影響。結果表明:在60 ℃時揮發性化合物種類最多為29種,70 ℃時最少為15種;醇類和烴類物質的含量分別在90和80 ℃時最高,醛酮類在70 ℃時最高;水溶性、鹽溶性和堿不溶性蛋白、總巰和ATP酶活性隨溫度的升高而顯著(p<0.05)下降。堿溶性蛋白、失重率和pH則隨溫度的升高而顯著(p<0.05)增加。活性巰基和表面疏水性則隨溫度的增加而先升高后下降,分別在50 ℃和60 ℃時達到最大值0.18 mol/g和410.08 SoANS。剪切力在加熱初期(20～30 ℃)顯著(p<0.05)降低,到60 ℃時達到最低值114.39 g。研究結果為白鰱魚熱加工品質控制提供參考。

白鰱魚,溫度,品質,變化

加熱是魚肉類制品在生產加工過程中最常用的物理手段,魚肉在加熱過程中會引發一系列的生物學和物理化學反應,如風味形成、質構變化等,同時也能夠殺死大部分的病原體從而保證食品安全[1-2]。但是在加熱過程中,如果加熱溫度控制不當就會造成產品的重量、水分含量和營養物質的損失,從而影響產品的質量,口感和出品率等,并給食品生產企業帶來經濟損失。

魚肉類制品的食用品質指標一般包括風味、口感、色澤和營養等[3-4]。而在加熱過程中加熱溫度和時間對魚肉類制品的食用品質具有重要影響,因此造成最終產品品質參差不齊[5-6]。圍繞加熱對魚肉類產品品質的影響的研究主要集中于加熱過程中感官品質和離體條件下肌肉蛋白質變性的影響,例如,Yamagata等[7]研究了金槍魚肉在罐頭生產加工過程中出現變色現象的原因,指出在預煮和殺菌過程中出現綠色是加熱中肌肉細胞自發生成的三甲胺氧化物和組胺中的二硫化物反應的結果,而在蒸煮過后會出現褐色的原因是熱加工過程中發生的美拉德反應。Laakkonen等[8]研究發現高溫或加熱時間過長可使得肌漿蛋白中的酶完全失去活性,蛋白質過度聚合變性,水分含量減少25%～30%。還有相關研究發現,當溫度加熱到40～60 ℃時肌漿蛋白之間發生聚合現象,熱變性的肌漿蛋白在肌纖維蛋白之間形成凝膠,使得纖維蛋白發生聚合,從而改變肉的嫩度;而Konagaya等[9]人指出黃鰭金槍魚肉在加熱溫度為27 ℃時有50%的膠原纖維蛋白發生變性。因此,現有的研究多集中于不同的加熱溫度對魚肉的感官品質和肌肉蛋白變性的研究,而對加工特性方面的研究較少,尤其是關于白鰱魚肉在蒸煮過程中不同加熱溫度對魚肉風味和品質變化的研究則鮮有報道。

本研究以白鰱魚為原料,通過對白鰱魚肉在蒸煮過程經不同溫度加熱后分析其揮發性成分、蛋白質組分、ATP酶(Ca2+-ATPase)酶活性、總巰基和活性巰基含量、表面疏水性、失重率、剪切力及pH等指標的變化,探討不同的加熱溫度對魚肉品質的影響,從而提出合理的加工工藝,為改進白鰱魚加工工藝提供指導具有重要的現實意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活白鰱魚 購自武漢市武商量販農科院店;磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、氯化鉀、氯化鎂、脲、乙二胺四乙酸、三羥甲基氨基甲烷(Tris)、三氯乙酸(TCA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、無水乙醇 均為國產分析純,國藥集團化學試劑有限公司;ATP酶試劑盒(生化試劑)南京建成生物工程研究所。

7890A/5975C氣質聯用儀 美國Agilent公司;GL-21M高速冷凍離心機 湖南湘儀儀器開發有限公司;UV-3802紫外可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭 美國Supelco公司;57330USPME萃取手柄 美國Supelco公司;DF-101s恒溫加熱磁力攪拌器 武漢科爾儀器設備有限公司;7890A/5975C氣質聯用儀 美國Agilent儀器公司;DS-1高速組織搗碎機 上海精科實業有限公司;PB-10 pH計 賽多科斯科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料處理 鮮活鰱魚購于武漢市洪山區武商量販農科院店,體重500±10 g,用保鮮盒在0.5 h內將鮮活的白鰱魚運回實驗室,碎冰猝死,取其背部魚肉,將背部魚肉的魚皮及紅色部分組織去除,切成4 cm×4 cm×2 cm的魚塊用無菌蒸煮袋包裝,置于4 ℃下儲藏。

1.2.2 樣品處理 將插入式數字溫度計(Center 309,臺灣群特公司)的探針插入魚塊幾何中心后放入對應溫度的常壓蒸汽鍋中加熱,直至加熱至魚塊中心溫度為30、40、50、60、70、80和90 ℃。當魚塊幾何中心達到相應溫度時,迅速取出自然冷卻至室溫20 ℃再進行后續實驗,并以室溫20 ℃的魚塊為對照組。

1.3 風味物質的測定

1.3.1 固相微萃取 稱取6 g魚肉放于50 mL 螺口樣品瓶中,加入12 mL去離子水和4 g NaCl,用聚四氟乙烯隔墊密封,60 ℃置于磁力攪拌器中水浴平衡15 min。然后用DVB/CAR/PDMS 50/30 μm萃取頭頂空吸附40 min后,將萃取頭插入GC 進樣,解析5 min。

1.3.2 色譜和質譜條件 采用Agilent DB-5 ms毛細管柱(60 m×250 μm×0.25 μm);升溫程序:初溫40 ℃,保持2 min,以2 ℃/min的速率升溫到90 ℃,保持5 min,再以8 ℃/min的速率升溫到250 ℃保持1 min;進樣口溫度270 ℃,不分流;載氣為氦氣;體積流量為1.0 mL/min。

電離方式為:EI;電子能量:70 eV;電壓350 V;連接口溫度280 ℃;離子源溫度230 ℃;四極桿溫度150 ℃;質量掃描范圍m/z:50～450。

1.3.3 定性定量方法

1.3.3.1 定性方法 利用 GC/MS 工作站軟件Xcalibur 自帶NIST08 標準庫自動檢索各組分質譜數據。

1.3.3.2 內標法計算含量 參考任婧楠等人[10]的方法,內標物質:取10 mL 2-辛醇加90 mL蒸餾水充分混勻,制成內標液10-1,然后依次進行梯度稀釋至10-6。取已稀釋好的2-辛醇10 μL加入各試樣中進行測定。各揮發性成分含量的計算公式為:各揮發性成分的含量(ng·g-1)=各組分的峰面積×內標物質量(ng)/(內標物峰面積×樣品量(g))。

1.4 蛋白質組分的分離和測定

參照Visessanguan[11]的方法對蛋白質組分進行分離,采用凱式定氮法測定其蛋白含量。

1.5 Ca2+-ATPase酶活性的測定

參考萬建榮等[12]方法進行測定。

1.6 總巰基和活性巰基含量的測定

參考 Yongsawatdigul 的方法[13]進行測定。

1.7 表面疏水性的測定

參考孫儷的方法[14]進行測定。

1.8 加熱失重率的測定

魚塊在加熱處理前先用濾紙吸干表面水分,及時稱重并記錄數據。魚塊加熱完成后,取出后用濾紙吸干表面水分,冷卻后及時稱重并記錄數據。失重率計算公式為:

式中:M:樣品加熱前的質量g;Y:樣品加熱后的質量g。

表1 不同加熱溫度下揮發性化合物的變化

續表

1.9 剪切力的測定

參考高昕等[15]方法略作修改,探頭型號HDP/90,測定模式hot dog shearing,測試速度2.00 mm·s-1,測試距離30 mm,每個樣品平行測定5次,質構評價參數:剪切力(g),數據收集和處理由計算機軟件完成。

1.10 pH的測定

參考李穎暢等[16]方法進行測定。

1.11 數據處理與統計分析

采用SPSS 16.0(SPSS Corporation,USA)和Origin 8.5(OriginLab Corporation,USA)軟件進行數據分析,結果計算平均值±標準差,采用鄧肯氏均值差異顯著性分析,顯著水平p=0.05。

2 結果與分析

2.1 揮發性化合物的變化

表1為白鰱魚肉在不同的中心溫度下揮發性成分GC-MS分析結果,采用內標法對揮發性化合物的含量進行半定量分析。測得在20、30、40、50、60、70、80、90 ℃條件下白鰱魚肉的揮發性物質的種類分別有25、27、27、28、29、15、21、22種。隨著溫度的升高,醇類和烷烴類物質的種類整體呈現出先增加后減少的趨勢,在60 ℃時種類最多分別有11種和7種,與20 ℃相比醇類增加了5種,如松油醇、薄荷醇、桉樹醇等;烷烴類則增加了3種,為十五烷、2,6,10-三甲基十二烷和4,5-二甲基壬烷。在20、30、40、50、60、70、80、90 ℃條件下萃取得到的醇類和烷烴類物質的含量分別955.66、1445.82、1738.23、1454.15、1373.23、1569.82、1558.75、2421.26和208.70、695.11、1197.33、1098.98、1448.22、946.17、2979.85、1567.71 ng/g。在醇類物質中含量較高的主要為1-辛烯-3-醇和己醇。1-辛烯-3-醇的閾值較低,具有呈類似于泥土和蘑菇的氣味[17],已有報道稱1-辛烯-3-醇是大多數魚中所共有的甜香和類植物香的氣味成分[18-19]。由此可見,1-辛烯-3-醇對白鰱魚的風味貢獻也起著一定的作用。己醇具有較淡的胡椒香和泥土香的氣息[20],飽和醇閾值較高,一般對食品的風味貢獻不大。烷烴類物質中含量較高的主要為十一烷和十七烷,烷烴類物質賦予對白鰱魚植物清香和甜香的氣味,但通常烷烴類物質閾值較高,對整體風味貢獻與含量不呈正比[21]。

與烷烴和醇類相比,醛類物質的閾值較低,對風味的貢獻作用較大[22],醛類物質具有果香、青香、奶酪香和堅果香的香氣,它的香氣類型與濃度有關[23]。由表1可知,白鰱魚肉中醛類物質的含量較高的主要為己醛、壬醛和庚醛,其中己醛和庚醛在70 ℃時含量達到最大值分別為6054.60和653.58 ng/g,己醛和庚醛共同賦予了新鮮白鰱魚青草和蘑菇的氣味。壬醛在80 ℃時含量最高為1197.68 ng/g,具有綠色植物的清香氣味。醛類物質的種類在20～60 ℃時有4種分別為己醛、庚醛、苯甲醛和壬醛,隨著溫度的增加到70 ℃時只剩下了己醛、庚醛和壬醛。然而,隨著溫度的繼續增加到80 ℃時出現了癸醛,這可能是因為在高溫條件下多不飽和脂肪酸受熱而發生氧化降解所產生。到加熱結束90 ℃時的醛類物質分別為己醛、庚醛、壬醛和癸醛。雖然在白鰱魚肉中醛類物質的種類較少,但醛類物質的含量較高,因此也會對白鰱魚肉的風味產生重要的作用。酮類也是新鮮水產品的重要的風味物質,由表1可知從白鰱魚肉中檢測出的酮類物質較少共有3種分別為2-庚酮、2,5-辛二酮和樟腦,雖然酮類物質的種類較少,但是酮類物質的含量卻明顯高于其它芳香族化合物的含量,因此對白鰱魚肉的風味也具有一定的貢獻作用。

表2 不同加熱溫度下蛋白質組分含量的變化

注:同一指標中小寫字母不同表示差異顯著(p<0.05)。

表3 不同加熱溫度下蛋白質理化指標的變化

注:同一指標中小寫字母不同表示差異顯著(p<0.05)。

在實驗中還檢測出了較多的烯烴類和芳香族化合物,在魚肉中心溫度為20、30、40、50、60、70、80、90 ℃溫度條件下,烯烴類物質的含量分別為63.80、262.95、85.29、68.81、258.10、65.76、501.37、223.40 ng/g。雖然烯烴類物質的種類相對于酮類物質的種類較多,但是每種烯烴類物質的含量卻較低。芳香族化合物具有較高的閾值[24],只有在濃度較高時才能對風味產生貢獻作用,本實驗中所檢測到的芳香族化合物的種類相對較少,含量也較低,因此對白鰱魚肉的風味的貢獻作用不明顯。

2.2 蛋白質各組分含量的變化

不同加熱溫度下蛋白質組分含量的變化如表2所示,當白鰱魚肉的中心溫度為20 ℃時白鰱魚肉蛋白中鹽溶性蛋白的含量最高,水溶性蛋白含量次之,堿溶性蛋白和堿不溶性蛋白含量較少,這與孫儷等人[14]的研究結果一致。隨著加熱過程中魚塊中心溫度的不斷上升,蛋白質各組分的含量發生了顯著的(p<0.05)變化。其中水溶性蛋白、鹽溶性蛋白與堿不溶性蛋白含量變化與溫度呈負相關,而堿溶性蛋白含量變化與溫度變化呈正相關。水溶性蛋白、鹽溶性蛋白和堿不溶性蛋白的含量隨溫度的升高而顯著降低顯著(p<0.05)到90 ℃時分別下降了96.92%、97.86%和57.89%;堿溶性蛋白的含量在整個加熱過程中不斷增加,到90 ℃時增加了101.52%。這可能是由于魚肉在加熱過程中受熱變性,生成不溶于水和鹽溶液,但溶于堿液的凝膠所致[25],此外,還有少部分的肌漿蛋白可能會伴隨著水分而排出的。堿不溶性蛋白逐漸減少的原因可能是基質蛋白的主要組成部分膠原蛋白隨著加熱溫度的不斷增加而變性生成了溶于水的明膠,隨著水分一起流失到了體外。

2.3 白鰱魚肉蛋白質理化指標的變化

不同加熱溫度下蛋白質品質變化如表3所示,總巰基的含量和Ca2+-ATPase酶的活性隨著加熱溫度的不斷增加而顯著(p<0.05)下降,從最初的20 ℃到90 ℃分別下降了71.57%和99.34%。總巰基的含量下降的原因可能是在加熱過程中巰基不斷氧化導致總巰基含量逐漸降低。Ca2+-ATPase酶活的下降表示該酶對熱十分敏感,說明加熱初期肌球蛋白迅速變性。變性原因可能是加熱導致肌球蛋白頭部區域分子的聚集,也可能是由蛋白與蛋白之間的相互作用引發的分子重排所造成。由于肌球蛋白的ATP結合區在其頭部,故其頭部的結構變化直接影響Ca2+-ATPase酶活。

活性巰基的含量和表面疏水性在整個加熱區間內呈現先升高后下降的趨勢。活性巰基的含量在加熱區間20～50 ℃時隨溫度的升高而顯著(p<0.05)增加,這可能是因為在加熱初期,魚肉肌球蛋白分子逐步展開,分子內部的巰基暴露出來。隨著溫度的不斷升高當溫度高于50 ℃時,活性巰基的含量開始下降,這可能是由于暴露后的巰基開始氧化所致,這也說明了蛋白分子完全展開,肌球蛋白失活。表面疏水性在加熱區間20～60 ℃時隨溫度的升高而顯著(p<0.05)增加。隨著溫度的繼續升高,表面疏水性顯著(p<0.05)下降。這可能是由于在加熱過程中,蛋白質變性導致肽鏈的展開,使先前位于分子內部的一些疏水性氨基酸殘基暴露在蛋白質與水相接觸面,因此導致蛋白質的表面疏水性增加。加熱后期溫度不斷升高,變性后的肌球蛋白進一步發生聚合,將一部分疏水性氨基酸殘基包裹,減少了蛋白質與水相界面的疏水性氨基酸殘基數目,降低了蛋白質的表面疏水性。

2.4 失重率和pH的變化

白鰱魚肉在不同的加熱溫度下失重率和pH的變化如圖1所示,白鰱魚肉失重率變化與加熱溫度呈正相關。在加熱區間20～60 ℃時白鰱魚肉失重率的上升速率顯著高于(p<0.05)加熱后期,失重率迅速上升的原因可能是由于加熱初期魚肉表面直接遇熱,導致表面和靠近表面部分的蛋白質迅速變性,這一部分的肌肉細胞汁液流失程度大。隨著加熱溫度的繼續升高失重率上升趨于緩和,到加熱結束90 ℃時失重率下降到了21.07%。這可能是由于在該溫度下,魚肉蛋白質趨于變性完全狀態,結合水和自由水之間的轉化程度減小,同時高溫導致蛋白質進一步的凝集,使得水分轉移受阻,減緩了魚肉失重率進一步增加。魚塊在加熱過程中最明顯的變化就是質量的下降,質量的下降體現在魚塊自身的汁液流失,這種現象發生的原因可能是由于溫度升高,肌原纖維肽鏈中的氫鍵和疏水鍵的斷裂,肽鏈展開導致大量的結合水轉變為自由水。肌肉細胞中汁液的積累使細胞內壓力不斷升高,累積到一定程度后排除肌肉組織外[26]。

圖1 不同加熱溫度對魚肉失重率和pH的影響Fig.1 Effects of different heating temperature on weight loss rate and pH in muscles

不同加熱溫度對白鰱魚肉pH的變化具有顯著(p<0.05)的影響,隨著白鰱魚肉中心溫度的不斷上升,白鰱魚肉的pH總體呈逐漸增加的趨勢。這可能是因為在加熱過程中,蛋白質分解成有機堿,致使肉的pH上升。在20 ℃時魚肉的pH為6.76,隨著加熱溫度的不斷升高到魚肉中心溫度為80 ℃時pH增加到了6.95。在此溫度區間內魚肉的pH上升了0.19;當溫度繼續升高到80～90 ℃溫度區間時,魚肉的pH保持恒定為6.95。魚肉pH升高的原因除了由于蛋白質分解成有機堿外,還有可能是蛋白質受熱變性后,導致魚體內的酸性基團減少。

2.5 剪切力的變化

剪切力的變化如圖2所示,當在加熱區間20～30 ℃時魚肉剪切力顯著(p<0.05)下降,由最初的635.00 g下降到了204.61 g。隨后,隨著白鰱魚肉中心溫度的不斷升高,剪切力的變化幅度變小,在加熱區間30～60 ℃時剪切力下降較為緩慢,當溫度繼續上升到60～80 ℃時剪切力開始緩慢增加,這可能是因為在該溫度區間內魚肉蛋白發生變性,致使魚肉的硬度和咀嚼性增加所致。然而,到加熱結束90 ℃時剪切力下降到了199.6 g。這可能是因為魚肉在加熱過程中受某些微生物和酶的作用致使肌原纖維被降解從而降低了肌肉的持水性,使魚肉剪切力下降。嫩度決定了肉制品食用品質的優劣,它主要是由結締組織含量的變化及肌原纖維的降解而引起[27],其中結締組織含量主要取決于年齡和肉的部位[28],但是也會受到一些外加因素如溫度、鹽離子濃度等的影響。嫩度一般是由剪切力來衡量,兩者成反比關系,剪切力在數值上的減少也就意味著嫩度的增加[29]。

圖2 不同溫加熱溫度對魚肉剪切力的影響Fig.2 Effect of different heating temperatures on the shearing force of fish

3 結論

熱加工技術是魚肉制品在生產過程中最常用的一種加工技術,在加熱過程中原料肉隨著加熱中心溫度的升高其品質發生了明顯變化。當白鰱魚肉在20、30、40、50、60、70、80、90 ℃時分別檢測出25、27、27、28、29、15、21和22種揮發性化合物。其中在20 ℃時對風味影響較大的主要有己醇、1-辛烯-3-醇、己醛、庚醛和2,5-辛二酮等;在90 ℃時對風味影響較大的主要為己醛、壬醛、1-辛烯-3-醇和十七烷。在整個加熱期間水溶性蛋白,鹽溶性蛋白,堿不溶性蛋白和總巰基的含量及ATP酶(Ca2+-ATPase)活性與加熱溫度成反比;堿溶性蛋白,失重率和pH與加熱溫度成正比;活性巰基和表面疏水性則隨溫度的增加而先升高后下降,分別在50 ℃和60 ℃時達到最大值0.18 mol/g和410.08 SoANS。剪切力在加熱初期(20～30 ℃)顯著(p<0.05)降低,到60 ℃時達到最低值114.39 g。

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Effect of different temperatures on quality changes of silver carp during steam cooking processes

JU Jian1,2,QIAO Yu1,*,WANG Chao2,LI Yang2,LIAO Li1,WANG Lan1

(1.Research Institute of Agricultural Products Processing and Nuclear-Agricultural Technology,Hubei Academy of Agricultural Sciences,Hubei Engineering Research Center for Farm Products Irradiation,Wuhan 430064,China) (2.College of Bioengineering and Food,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China)

In order to study the influence of different temperatures on the quality of silver carp dialogue in the process of cooking,the change of volatile compounds,protein components content and Ca2+-ATPase activity,total sulfhydryl and active sulphur content,surface hydrophobicity,weightlessness rate,shear force and pH value were measured under the normal pressure steam heating. The results showed that the temperature had a great influence(p<0.05)on the types and content of volatile constituents in silver carp fish. The species were the most at 60 ℃ that were 29 and the species were the lest at 70 ℃ that were 15. The content of alcohols and hydrocarbons materials were the highest at 90 and 80 ℃,respectively,and the aldehydes and ketones materials all had the highest contents at 70 ℃. The content of water-soluble protein,salt-soluble protein,alkali insoluble protein,total sulphur and the activity of Ca2+-ATPase significantly dropped along with the rise of temperature. Alkali soluble protein content,weight loss rate and the pH value significantly increased with the rise of heating temperature. However,active sulphur content and surface hydrophobicity showed increased and then decreased trend,at 50 ℃ and 60 ℃ researched maximum 0.18 mol/g and 410.08 SoANS,respectively. The shear force droped quickly at 20～30 ℃ and reached to minimum 114.39 g at 60 ℃. The research results can provide the reliable reference for the hot working of the silver carp.

silver carp;temperature;quality;change

2016-05-20

鞠健(1989-)，男，碩士研究生，主要從事食品加工與保鮮,E-mail:986881156@qq.com。

*通訊作者:喬宇(1981-)，女，副研究員，主要從事農產品加工研究,E-mail:180840093@qq-com。

國家自然科學基金青年科學基金(31201317);湖北省重大科技創新計劃(2015ABA038)“名優水產品調理食品工廠化加工關鍵技術研發”。

TS254.4

A

1002-0306(2016)24-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.24.000