半干鮐魚片冷風干燥工藝優化及貨架期預測

, , ,美玉,,小娥,2,*

(1.浙江海洋大學食品與醫藥學院,浙江舟山 316022;2.浙江省水產品加工技術研究聯合重點實驗室,浙江舟山 316022;3.浙江正龍食品有限公司,浙江舟山 316021)

鮐魚(Scomberjaponicus),又稱青占魚,是我國主要的中上層經濟魚類之一,在我國各海域均有生產,以東海和黃海產量居多[1-5]。鮐魚營養價值高,且組織松軟,易被人體消化吸收,因此深受大眾喜愛[2-3]。

表1 均勻設計的因素水平表Table 1 Factors and levels of uniform design

目前,國內外對鮐魚的解凍[1-2]及貯藏[3-11]方面研究較多,但對加工方面的研究相對較少。國內市場上的鮐魚加工產品主要集中在冷凍制品、干制品及罐頭食品[12-14],產品種類單一,遠不能滿足人們需求。因此研發水分活度在0.65～0.85、水分含量在20%～50%的半干食品,能有效利用鮐魚資源、豐富產品種類。

不同水產品對干燥工藝要求不同。傳統的自然干燥法操作簡單,但易受氣候條件影響,難以保證衛生條件以及產品品質[15]。熱風干燥法雖然提高了干燥效率,但是對于油脂含量較高的鮐魚,高溫引起脂肪的氧化蠔敗將嚴重影響產品品質。而近年來興起的冷風干燥技術可以較好地避免溫度過高對鮐魚片造成的不良影響[16-17]。國內關于冷風干燥工藝在水產品加工方面的應用,主要是海鰻[17]、鮑魚[18]、鰱魚[19]等傳統的干制品,目前尚未有關于冷風干燥技術在半干鮐魚加工應用的研究報道。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

船凍鮐魚(Scomberjaponicus) 體長為(28±4) cm,尾重為(240±10) g 舟山中茂水產有限公司提供;食鹽、白糖、料酒、生姜粉等調味品 市售,食品級。

GZX-9240 MBE電熱恒溫鼓風干燥箱 上海博迅實業有限公司;AR124CN電子分析天平 美國Ohaus公司;KDN-103F型自動定氮儀 上海纖維儀器公司;BPS-250CB恒溫恒濕保溫箱 上海一恒科學儀器有限公司;XBLL-23A絞肉機 上海帥佳電子科技有限公司;UV-2102PC型紫外-可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司;YCFZD-2型冷熱結合干燥一體機 杭州歐易電器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1 工藝流程 船凍鮐魚→預處理→腌漬→清洗瀝干→冷風干燥→罨蒸→指標檢測

操作要點:選取優質的船凍鮐魚為原料,經鼓氣流水解凍[1]、去頭、去鱗、去內臟清洗后,沿背部切開,去骨、切片。浸入調好的腌漬液(質量分數7%的食鹽溶液,并加少許白糖、料酒、生姜粉進行調味),腌漬40 min,料液比為1∶2 (g/mL),腌漬結束后清洗瀝干(質量m1,水分含量ω1),將魚片送入冷風干燥機中干燥至水分含量為50%。取出鮐魚片罨蒸(蒙蓋一層厚紗布,在10 ℃下放置24 h以平衡魚片表面與體內水分),即為半干鮐魚片成品。

1.2.2 冷風干燥均勻實驗設計 為確定冷風干燥工藝的最優參數,根據前期的基礎實驗,以風速X1、相對濕度X2和溫度X3為自變量設計的均勻實驗因素水平表如表1所示。

表2 均勻實驗設計表的水平號和實際值Table 2 Level number and value of uniform design (94)

表3 鮐魚片感官評定項目和標準Table 3 Sensory evaluation of Scomber japonicus fillets

1.3實驗指標測定

取樣方法:取半干鮐魚片產品,將魚肉絞碎后混合均勻,密封包裝編號后于-18 ℃下保藏,供測試備用。

1.3.1 水分含量的測定 參照GB/T5009.3-2010《食品中水分的測定》方法,根據直接干燥法測定[23]。

1.3.2 TVB-N值的測定 參考SC/T3032-2007《水產品中揮發性鹽基氮的測定》方法,根據半微量凱氏定氮原理利用全自動凱氏定氮儀進行測定[24]。

1.3.3 TVC的測定 參照GB/T5009.3-2010《食品微生物學檢驗 菌落總數測定》方法[25]。

1.3.4 TBA值的測定 參照Aydin等[16]人的方法稍作修改。稱取絞碎的魚肉10.0 g,加入50 mL 7.5%的三氯乙酸(含0.1% EDTA)溶液,振搖30 min,雙層濾紙過濾兩次。取5 mL上清液和5 mL 0.02 mol/L硫代巴比妥酸溶液于25 mL比色管內,混勻,加塞,置于90 ℃水浴鍋中加熱40 min,取出用流水冷卻后移入離心管內,1600 r/min離心5 min,取上清液,加入5 mL氯仿搖勻,靜置分層后取上清液于532 nm和600 nm波長處測定吸光度。

魚肉的TBA值計算公式如下:

式(1)

式中,m為魚肉質量,g;A532,A600分別為樣品上清液在波長532 nm和600 nm處的吸光度;72.06為丙二醛的摩爾質量,g/mol;155為吸光度數。

1.3.5 感官評定 參考GB10136-2015[26]建立感官評定標準。感官評定組由10名有相關經驗的技術人員組成,評定前先進行多次對品質特性描述的認定和培訓,以鮐魚片色澤、組織形態、風味與口感、質地作為感官評定指標進行品質評定和打分。將半干鮐魚片經100 ℃蒸煮10 min后品嘗,樣品在口中充分咀嚼后咽下,品嘗前后進行漱口。對于感官評分,采用去除偏離較遠分值后,取平均值作為最終的評分,當評分<60分時為不可接受。評分項目和標準如表3所示。

1.3.6 干燥曲線的繪制 根據干燥動力學可知,干燥時鮐魚片含水量為:

式(2)

式中,m1,m2分別為進入冷風干燥前與冷風干燥后的鮐魚片質量,g;ω1為進入冷風干燥前鮐魚片水分含量。以干燥時間為橫坐標,鮐魚片的水分含量為縱坐標繪制干燥曲線。

1.3.7 貨架期預測模型 在生產加工過程中,食品品質的改變可以利用動力學模型來描述[4,27-29]。大多數與食品質量有關的品質變化都遵循零級或一級反應模式,其中一級反應動力學模型更為普遍:

B=B0ekBt

式(3)

式中,t為貯藏時間;B為貯藏t時間后的品質指標值;B0為食品的初始品質指標值;kB為品質變化速率常數。

將半干鮐魚片產品分別在不同溫度下進行貯藏,測定其TVB-N值、TVC和TBA值,將得到數據作圖,根據一級反應變化模式進行擬合,確定反應級數和反應常數。

在不同貯藏溫度下得到Arrhenius方程[27-29]:

式(4)

式中,k0為頻率因子;T為絕對溫度,K;R為氣體常數,8.314 4 J·(mol·K)-1;Ea為反應活化能,J/mol。

根據一級動力學反應模型與Arrhenius方程,得到半干鮐魚片產品的貨架期(Shelf-life)預測模型:

式(5)

式中,SL為半干鮐魚片貨架期,d;k0為頻率因子;Ea為反應活化能,J·mol-1;R為氣體常數,8.3144 J/mol·K;T為絕對溫度,K。

1.4數據處理

指標的測定實驗重復3次,結果以Mean±SD表示,冷風干燥曲線采用Origin Pro 8.5軟件繪圖。應用SPSS 22.0進行數據處理和方差分析,采用Tukey法檢驗差異顯著性,顯著性水平為p<0.05。

2 結果與分析

2.1鮐魚片的冷風干燥曲線

表4 均勻設計實驗結果Table 4 Results of uniform design experiments

鮐魚片的干燥終點可由所繪制的冷風干燥曲線中的水分含量變化來判斷。圖1為各個實驗條件下干燥至鮐魚片含水量為50%的干燥曲線。由圖1可以看出,鮐魚片的干燥主要經歷快速干燥、恒速干燥和降速干燥三個階段,其中恒速干燥時間較長。鮐魚片干燥速度主要由水分在魚肉內部傳遞速度所控制。干燥前期魚肉表面的水分首先被蒸發,內外水分梯度增大,干燥速度加快。干燥后期魚肉外層細胞向內收縮,內部水分向表面轉移,水分梯度逐漸減小引起干燥速度減緩[18,30]。實驗發現,溫度越高,鮐魚片內部水分擴散速度越快,但是當溫度過高時,鮐魚片魚肉表面很容易發生皺縮、硬化甚至產生干結現象[18,30],嚴重影響產品的感官和食用品質。因此,對于鮐魚片干燥過程中溫度的控制十分重要。

圖1 鮐魚片的冷風干燥曲線Fig.1 The cold air drying curves of Scomber japonicus fillets

2.2均勻設計實驗結果

由表4可知,干燥溫度對鮐魚片的干燥時間影響較大(p<0.05)。隨著干燥溫度的升高,所需干燥時間明顯縮短。在實驗范圍內,相對濕度和風速的改變對干燥時間的影響較小(p>0.05)。由實驗結果表4可知,不同的干燥工藝參數對TBA、TVB-N值和感官評分有較大的影響。在實驗5、6、7、8、9條件下測得TBA值都低于2 mg/kg,說明鮐魚片均未因脂肪氧化含量超標而引起變質[31-32]。根據我國動物性水產制品標準[26],TVB-N值不得超過30 mg/100 g,其中實驗1的魚肉在32 ℃時TBA值達到最高值6.75 mg/kg,TVB-N值此時也達到最高值60.23 mg/100 g,遠超過國家標準,則認為此時已經發生腐敗變質。在實驗6、7干燥條件下,產品的感官評分最高,鮐魚片內表面呈現光亮的淡黃色,組織狀態平整,風味突出。同時GB10136-2015[26]規定預制動物性水產制品的TVC不得超過5×104CFU/g,實驗發現所有的半干鮐魚片的TVC遠低于國標最高限量。通過對TVC與感官評分間的Pearson相關性分析,發現相關性系數p>0.05,兩者不存在顯著性關系,因此TVC不作為鮐魚片冷風干燥工藝優化過程中的優化指標。

2.3TVB-N值回歸分析

TVB-N是魚類重要的鮮度指標之一,在水產品的質量檢測中被廣泛應用。本實驗利用二次多項式逐步回歸法,對實驗結果進行回歸分析,考察各干燥因素對鮐魚片TVB-N值的影響,分析結果如表5、表6、表7所示,其中不顯著項(p>0.05)已去除。

表5 方程的擬合度檢驗Table 5 Goodness of Fit test of the equation

表6 方程顯著性檢驗Table 6 Significance test of the equation

表7 系數顯著性檢驗Table 7 Significance test of the coefficients

注:p<0.05表明有相關性,p<0.01表明極顯著相關。回歸系數R2大于0.9,說明方程擬合度較高。下同。

Y1=0.064X32-0.468X12-1.036X3+30.171

式(6)

由回歸方程可以看出,溫度平方與風速平方是影響半干鮐魚片TVB-N值的主要因素,影響顯著(p<0.05),且溫度對TVB-N值的影響大于風速,而相對濕度則沒有進入方程模型。這與劉君[31]等人的研究結果一致。原因是干燥溫度上升會使微生物與酶的活性增強,魚肉中的蛋白質分解程度增大,產生大量的氨和胺等堿性含氮物質,并且風速過大,魚肉表面快速形成致密結構,使內部魚肉長期處于高水分環境中,不利于水分擴散,導致微生物大量滋生,從而使TVB-N含量增加。由方程得出,當各因素都在實驗區間范圍內,TVB-N值最優解為溫度8.1 ℃,風速3.6 m/s。經驗證實驗,得到此條件下鮐魚片TVB-N預測值為19.91 mg/100 g,實測值為20.14 mg/100 g。

2.4TBA值與感官評分相關性分析

TBA值對于評價多脂鮐魚的脂肪氧化有重要作用。它涉及到脂肪二級氧化產物——醛類的產生,該類物質風味閾值低且在脂質氧化中形成速率快,是腌制品風味的重要貢獻者[15,18],醛類物質產生過多又會使產品有哈喇味,影響對產品的食用。

由表4可知,當TBA值低于2 mg/kg時,所對應的鮐魚片感官評分較高,且在實驗6、7條件下感官評分最高,此時TBA值分別為1.76和1.48 mg/kg。當干燥溫度過低時,TBA值與感官評分都較低。原因可能是由于低溫干燥條件下鮐魚片的風味物質尚未完全形成。因此可以看出,在鮐魚片無哈敗味產生的情況下,醛類物質的生成有利于風味的產生[34]。雖然此時醛類物質的產生表示脂質發生氧化,產品在干燥過程中TBA值有所增加,品質可能發生劣變,但適度的氧化卻能賦予產品獨特的香味。通過Pearson相關性分析,發現TBA值與鮐魚片的感官評分間相關性系數為-0.956(p<0.05),表明TBA值與感官評分間呈顯著相關。

2.在選擇配送路線時沒有考慮到不同站點車輛的配載。車輛運輸的滿載率直接影響配送的成本不同站點貨物配送時的合理配載對于降低物流成本起著重要的作用。而嘉興A配送中心是劃分片區的形式進行派工，這使得常常出現部分車輛僅僅半車的情況下出去配送，另外一部分車輛由于貨物過多要分兩次往返配送，這就造成了資源的浪費。

2.5TBA值的回歸分析

本實驗以TBA值為考察指標,采用二項式逐步回歸分析法,對實驗結果進行回歸分析后建立模型。半干鮐魚片產品TBA值均勻實驗分析結果分別如表8、表9、表10所示,不顯著項(p>0.05)已去除。

表8 方程的擬合度檢驗Table 8 Goodness of Fit test of the equation

Y2=0.012X32-0.293X3+2.849

式(7)

表10 系數顯著性檢驗Table 10 Significance test of the coefficients

由表10可以看出,溫度對半干鮐魚片TBA值影響顯著(p<0.05),其中溫度平方對TBA值影響極顯著(p<0.01),而風速和相對濕度的變化對TBA值無顯著影響,這與陳妹等[34]人研究結果一致。當干燥溫度超過20 ℃時,TBA值高于2 mg/kg,鮐魚片出現了輕微的哈喇味,此時脂肪氧化較為嚴重。主要原因是,食品中脂類的氧化具有酶與非酶氧化兩種機制[36],其中脂肪氧化酶作用的最適溫度為25～30 ℃,當溫度過高時,脂肪酶的活性急劇提升,過氧化物分解生成大量的低分子醛、酮及羧酸[33],造成TBA值偏高。考慮到產品感官風味與TBA值的相關性,結合均勻設計實驗結果,TBA值取1.76 mg/kg為宜。因此最終得到較優的冷風干燥鮐魚片條件為溫度19.5 ℃,風速在1.2～3.6 m/s范圍內均可選。經過實驗驗證,此條件下鮐魚片TBA實測值為1.83 mg/kg。

2.6最優工藝參數預測及驗證

2.7貨架期模型預測及檢驗

為獲得半干鮐魚片的貨架期預測模型,取經過工藝參數優化制得的鮐魚片分別在-5、0、5、10 ℃下貯藏,分別測定其TVB-N值、TVC、TBA值。

2.7.1 半干鮐魚片在不同貯藏溫度下的TVB-N值變化 由圖2可知,不同貯藏溫度下半干鮐魚片的TVB-N值總體呈上升趨勢,初始值為25.33 mg/100 g。貯藏30 d后,-5、0、5、10 ℃下半干鮐魚片的TVB-N值分別為26.57、27.37、27.79、29.34 mg/100 g,此時鮐魚片的TVB-N值均未超過GB10136-2015的規定。表明在該溫度范圍貯藏產品對抑制鮐魚片中氨、伯胺等堿性含氮物質生成有重要作用。并且在相同的貯藏時間下,溫度越高,半干鮐魚片的TVB-N值增加越快,說明低溫有助于減緩TVB-N值增長速度。

圖2 半干鮐魚片在不同貯藏溫度下的TVB-N值變化Fig.2 Changes in TVB-N value of half-dried Scomber japonicus fillets during storage at different temperatures

2.7.2 半干鮐魚片在不同貯藏溫度下的TVC值變化 鮐魚為暖水性魚類,體內微生物多為嗜溫菌,在低溫條件下貯藏雖然能抑制大多數微生物的生長,但是仍有少量嗜冷菌能存活[4,9]。由圖3可知,半干鮐魚片的初始TVC為3.61(lg(CFU/g))。貯藏30 d后,-5、0、5、10 ℃條件下貯藏的鮐魚片的TVC分別為3.69、3.72、3.73、3.77(lg(CFU/g)),均未超過預制動物性水產食品標準[26],說明低溫貯藏半干鮐魚片能有效控制微生物總數。

圖3 半干鮐魚片在不同貯藏溫度下的TVC變化Fig.3 Changes in TVC of half-dried >Scomber japonicus fillets during storage at different temperatures

2.7.3 半干鮐魚片在不同貯藏溫度下的TBA值變化 溫度是影響TBA值的重要因素,雖然在低溫條件下,半干鮐魚片的脂肪氧化酶活性會降低,抑制脂類的氧化,但并不能完全使其停止[30-31]。因此在貯藏過程中半干鮐魚片會繼續產生小分子醛類物質造成TBA值變化。由圖4可知,隨著貯藏時間的延長,TBA值呈上升趨勢,10 ℃下半干鮐魚片的TBA值增加較快。貯藏初期的TBA值為1.11 mg/kg,此時半干鮐魚片未因脂肪氧化超標而發生變質。30 d后,各貯藏溫度下半干鮐魚片的TBA值均未超過2.0 mg/kg。同一貯藏時間下,溫度越高,半干鮐魚片的TBA值增加越快,脂肪氧化越嚴重。

圖4 半干鮐魚片在不同貯藏溫度下的TBA值變化Fig.4 Changes in TBA value of half-dried Scomber japonicus fillets during storage at different temperatures

2.7.4 半干鮐魚片貯藏過程中品質變化的動力學模型 分別對-5、0、5、10 ℃下半干鮐魚片的TVB-N值、TVC、TBA值進行一級擬合,得到貯藏過程中各指標的品質變化速率常數kB和回歸系數R2如表11所示。

表11 半干鮐魚片在不同貯藏溫度下品質變化的動力學參數Table11 Kinetic parameters for TVB-N value、TVC and TBA valueof half-dried Scomber japonicus fillets during storage at different temperatures

結合Arrhenius方程式,根據品質變化速率常數kB和貯藏溫度回歸方程,得到TVB-N值、TVC、TBA值的頻率因子k0分別為5.73×105、6.09×101、1.24×104,反應活化能E0分別為4.38×104、2.49×104、3.21×104J/mol。由此得到半干鮐魚片的TVB-N值、TVC、TBA值的貨架期預測模型如下:

式(8)

式(9)

式(10)

由于半干鮐魚片在-5、0、5、10 ℃貯藏條件下TVC變化不明顯,且遠小于GB10136-2015規定的最高限量。因此本實驗以半干鮐魚片的TVB-N與TBA值作為鮮度指標,將半干鮐魚片在-5、10 ℃下貯藏,結合感官評定,選取貨架期終點值(即TVB-N值≤30 mg/100 g和TBA值≤2.0 mg/kg),并且當其中有一項指標超過了規定的標準即為貨架期終點。由表12可知,本研究建立的半干鮐魚片貨架期的預測值與實測值相對誤差均小于10%。因此,該模型能可靠地預測半干鮐魚片在-5～10 ℃貯藏溫度下的貨架期。

表12 半干鮐魚片在-5、10 ℃下貨架期的預測值和實測值Table 12 Predicted and observed shelf-life of half-dried Scomber japonicus fillets at -5、10 ℃

3 結論

本實驗以半干鮐魚產品中TVB-N值、TVC、TBA值和感官評分為指標,通過均勻設計實驗,得到不同干燥條件下產品的指標值。經過對各項指標、模型的分析發現,TVB-N、TBA值與冷風干燥工藝參數的方程分別為Y1=0.064X32-0.468X12-1.036X3+30.171,Y2=0.012X32-0.293X3+2.849,由此可以看出,溫度是影響半干鮐魚片中TVB-N和TBA值的主要因素。結合TBA值與感官評分的相關性,確定出鮐魚冷風干燥工藝的最優工藝參數為溫度15.0 ℃,相對濕度25%,風速2.4 m/s。此條件下干燥的鮐魚TVB-N值、TVC和TBA值較小,感官評定得分高,產品的風味較好。通過-5～10 ℃貯藏條件下鮐魚片的TVB-N值、TVC、TBA值指標變化建立的貨架期預測模型,擬合度高。以TVB-N和TBA值為評判指標,能準確預測半干鮐魚片的貨架期。本實驗的開展可為鮐魚的干燥工藝提供了新的思路與數據支撐,而且其操作簡單、設備要求及運行成本較低,具有較高的市場推廣應用價值。

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