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凍結方式對不同部位草魚呈味物質的影響

2018-06-26 09:05:28施文正刁玉段王錫昌汪之和
食品科學 2018年12期

方 林,施文正,*,刁玉段,王錫昌,汪之和

(1.上海海洋大學食品學院,上海 201306;2.國家淡水水產品加工技術研發分中心(上海),上海 201306)

草魚(Ctenopharyngodon idellus)是我國養殖產量和消費量最大的淡水魚。2015年養殖量為567萬 t,比2014年增長5.57%[1]。草魚肉質嫩滑,滋味鮮美[2],但魚肉水分和蛋白質含量較高,且含有豐富的脂肪和多種生理活性物質,在內源酶和微生物的作用下極易腐敗變質[3]。解決如何對草魚進行保鮮的問題,是既能保證其品質優良,符合消費者的需求,又能解決產品加工工業原材料穩定的關鍵之處,也是目前水產品冷藏或凍藏的研究重點[4]。目前水產品保鮮技術包括冰藏保鮮、冰溫保鮮、微凍保鮮及凍結保鮮。凍結保鮮是能夠延長貨架期的一種凍結方法,但水分凍結會造成肌原纖維蛋白變性,且易出現汁液流失、營養成分流失等現象,降低魚肉品質[5]。

目前,已有大量的凍結方式對水產品品質的影響研究,以及新型凍結方式運用于水產品的保鮮貯藏。于剛等[6]采用液氮凍結、自制冷凍液凍結、-80 ℃超低溫凍結和-18 ℃低溫凍結4 種凍結方式對黃鰭金槍魚背肌品質的影響進行研究;Aubourg等[7]采用高壓輔助方法將大西洋鯖魚進行凍結和冷藏,并分析研究鯖魚的品質特性。但在對水產品的凍結研究中,不同凍結方式對其鮮度及滋味的影響研究鮮有報道。因此本實驗以草魚的3 個可食部位(腹肉、背肉和紅肉)為研究對象,采用-40 ℃速凍、-20 ℃乙醇液體凍結、-20 ℃靜止空氣凍結3 種方式對魚肉進行凍結保鮮,并運用高效液相色譜法、氨基酸自動分析法和乳酸試劑盒測定不同凍結方式對草魚肉中各水溶性呈味物質以及鮮度的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活草魚(體質量2.5~3 kg/尾),購于上海市浦東新區臨港新城古棕路農工商超市,經充氧運回實驗室。采用即殺(重擊頭部致暈后去頭)方式,去除魚鱗、內臟等。洗凈后沿魚體脊背剖成兩半,分離出背肉、腹肉和紅肉3 個部位肌肉。將已解剖的魚片整形,切成長、寬、厚規格為3 cm×3 cm×2 cm的魚塊,采用真空包裝機對瀝水后的魚塊進行真空包裝,每袋約150 g。隨后采用不同方式進行冷凍處理。冷凍后將魚塊貯藏在-20 ℃冰箱中3 d后測定,測定時采用流水解凍,用流動水直接沖刷密封好的魚塊,使其解凍。

核苷酸及其關聯物標準品:腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)標準品、二磷酸腺苷酸(adenosine diphosphate,ADP)標準品、肌苷酸(inosine monphosphate,IMP)標準品、次黃嘌呤(hypoxanthine,Hx)標準品 美國Sigma公司;一磷酸腺苷(adenosine monophosphate,AMP)標準品、次黃嘌呤核苷(insoine,HxR)標準品 日本TCI公司;磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀(均為色譜純),三氯乙酸(分析純),高氯酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀(均為優級純) 國藥集團化學試劑有限公司;17 種氨基酸混標(色譜純) 中國計量科學研究院化學計量與分析科學研究所;乳酸測試盒 南京建成生物工程研究所。

1.2 儀器與設備

AUW320電子分析天平 日本島津公司;SALD-0.16F型低溫實驗箱 上海澳瑩制冷設備有限公司;DW-25W300 -20 ℃低溫保存箱 上海圣科儀器設備有限公司;H2050R高速冷凍離心機 長沙湘儀有限公司;L-8800氨基酸自動分析儀 日本Hitachi公司;W2690/5高效液相色譜儀 美國Waters公司;GL Inertsil ODS-3液相色譜柱(250 mm×4.6 mm,5 μm) 上海安譜科學儀器公司;ASTREE電子舌 法國Alpha MOS公司;UV-1800PC紫外-可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品凍結方式及凍結曲線的繪制

-40 ℃速凍:設置低溫實驗箱溫度為-40 ℃,溫度穩定后將魚塊平鋪機內,待魚塊中心溫度達到-18 ℃后取出,置于-20 ℃冰箱中貯藏,其凍結時間為29 min;-20 ℃乙醇液體凍結:將魚塊置于已在-20 ℃冰箱預冷12 h后的無水乙醇中,并在-20 ℃冰箱里進行凍結,使魚塊中心溫度達到-18 ℃,其凍結時間為186 min;-20 ℃靜止空氣凍結:將真空包裝好的魚塊直接置于-20 ℃冰箱中貯藏,待魚塊中心溫度達到-18 ℃后結束凍結,其凍結時間為485 min。

溫度的測定:采用經過校正的溫度記錄儀進行測定和記錄,將溫度探頭插入魚塊幾何中心,每隔10 s測定一個溫度。

1.3.2 核苷酸類化合物含量及K值的測定

參考Yokoyama等[8]測定方法,略作修改。分別稱取樣品5.000 g置于50 mL的離心管中,加入10 mL質量分數10%的高氯酸溶液,高速勻漿2 min后進行冷凍離心(4 ℃、10 000 r/min、15 min),過濾取上清液,用5 mL質量分數5%的高氯酸溶液洗滌沉淀,再次離心,重復操作2 次,合并上清液,用濃度分別為10 mol/L、1 mol/L的KOH溶液調節上清液pH值至6.5,在4 ℃冰箱中靜置30 min后定容至50 mL,搖勻,用0.22 μm膜過濾待測。整個前處理均在0~4 ℃條件下操作。

高效液相色譜條件:O D S-S P C18色譜柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);保護柱柱芯ODS-SP(4 mm×10 mm,5 μm);流動相:A為0.05 mol/L磷酸二氫鉀-磷酸氫二鉀(1∶1,V/V)溶液,用磷酸調至pH值為6.5,B為甲醇溶液,等梯度洗脫;流速1 mL/min;柱溫28 ℃;進樣量10 μL;檢測波長254 nm。

K值是ATP降解的產物HxR和Hx含量之和與ATP關聯物總和的百分比[9],反映魚死后肌肉僵直期至自溶階段的不同鮮度[10],是評定魚類鮮度的重要指標,K值越小鮮度越好,K值在20%以下為一級鮮度,20%~40%為二級鮮度,40%~60%為三級鮮度,大于60%即為腐敗[11]。

1.3.3 游離氨基酸含量的測定

參考陳劍嵐等[12]的方法,略作改動。分別稱取解凍后樣品1.000 0 g,加入質量分數15%的三氯乙酸溶液15 mL,勻漿2 min后靜置2 h,進行冷凍離心15 min(4 ℃,10 000 r/min),過濾取上清液5 mL,用濃度為3 mol/L的NaOH溶液調節pH值至2.0,定容10 mL,搖勻過0.22 μm膜,待上機測定。

氨基酸自動分析儀條件:分離柱(4.6 mm×60 mm),分離樹脂為陽離子交換樹脂;分離柱溫度57 ℃;檢測波長570 nm(脯氨酸為440 nm);緩沖溶液流速0.40 mL/min;反應液為茚三酮試劑;反應液流速0.35 mL/min;反應單元溫度135 ℃;進樣量20 μL。

1.3.4 乳酸含量的測定

采用比色法[13],操作方法按照南京建成生物工程研究所試劑盒說明進行。

1.3.5 電子舌測定分析

準確稱取魚肉2 g(精確到0.000 1 g)。置于離心管中,并加入25 mL去離子水,均質2 min后室溫靜置15 min,隨后在4 ℃條件下10 000 r/min離心10 min,吸取并過濾上清液,定容至100 mL,待上機測定。

電子舌參數設定[14]:樣品體積為80 mL,樣品采集時間為120 s,每秒采集一個數據,選取傳感器上第120秒的響應值為電子舌的原始數據進行分析,測定后用去離子水進行沖洗,沖洗周期為10 s;每個樣品重復測定8 次。選取后3 次的數據進行主成分分析。

1.4 數據處理

本實驗應用SPSS Statistics 22.0對數據進行方差分析并采用Duncan氏法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同凍結方式下草魚的凍結曲線

在食品凍結過程中,食品組織內的冰晶形成與凍結速率、溫度以及組織細胞特性有關[15]。凍結速率是影響魚肉品質的重要因素,當速率快時,形成的冰晶體積小而數量多,且分布均勻,對細胞的破壞小,有利于保持食品的品質[16]。凍結曲線反映的是食品在冷卻、凍結過程中,溫度與所經歷時間的關系曲線。通過凍結曲線的測定,可了解食品的凍結速率以及凍結質量等特性。經測定,不同凍結方式的草魚凍結曲線見圖1。

圖1 不同凍結方式下草魚凍結曲線Fig.1 Freezing curves of grass carp with different freezing methods

食品凍結曲線一般包括3 個階段,第1階段為食品初始溫度降至凍結點,曲線較為陡;第2階段為冰晶形成的階段,水相變冰,曲線平坦,此時食品中80%以上水分凍結成冰,這樣的溫度范圍稱為最大冰晶生成帶;第3階段為食品中殘留水繼續相變結冰至凍結規定溫度[17]。由圖1可知,草魚的最大冰晶生成帶為-1.8~-5 ℃,魚塊中心溫度從9 ℃降至-18 ℃所用的時間有較大差別,速凍需29 min,-20 ℃乙醇液體凍結所需時間為186 min,-20 ℃靜止空氣凍結所用時間最長,為485 min。并且通過最大冰晶生成帶的時間存在著顯著差異,分別為11、62 min和160 min。由此可見,速凍速率最快,其次為-20 ℃乙醇液體凍結,凍結速率最慢的是-20 ℃靜止空氣凍結。不同凍結方式的速率不同的原因可能是在相同條件下,同種冷卻介質的溫度越低,其凍結速率越快;不同冷卻介質的對流換熱系數存在差異,會導致其凍結速率不同,溫度在20 ℃時,空氣是傳熱系數為0.025 6 W/(m·K),而冷凍液的則為0.116~0.628 W/(m·K),冷凍液的傳熱系數明顯的高于空氣,這使得采用乙醇為冷卻介質的方式可實現食品的快速凍結[18]。Yamada[19]采用空氣流動和乙醇2 種冷卻介質對豬肉進行凍結處理,從室溫降到-30 ℃,空氣強制對流需24 h,而乙醇冷凍只需1.5 h。

最大冰晶生成帶是食品凍結過程中對食品品質產生危害最大的溫區。在形成最大冰晶生成帶的過程中,水相變為冰,會產生非常大的相變熱,若食品溫度無法降下來,則組織細胞會受到機械損傷,食品中構成成分的膠體性質受到破壞。因此,快速通過最大冰晶形成帶有利于保持食品品質。

2.2 不同凍結方式的各部位草魚肉中核苷酸類物質含量及K值的變化

魚類死后,肌肉中A T P降解途徑為:ATP→ADP→AMP→IMP→HxR→Hx[20]。隨著ATP和ADP降解,IMP迅速累積,隨后降解為HxR和Hx。HxR和Hx含量之和與ATP及其關聯物總量之比即為K值,其是目前公認最有效的鮮度指標。與此同時,ATP分解產物IMP是蛋白質原料中鮮味極強的鮮味成分,且具有增強鮮味的特征,對食品鮮味有重要貢獻作用[21]。AMP具有理想的鮮甜味,且與IMP有協調增鮮的作用[22]。

表1 不同凍結方式對草魚中核苷酸含量的影響Table1 Impact of different freezing methods on the contents ofnucleotide compounds in grass carp meat

圖2 不同凍結方式草魚各部位K值比較Fig.2 Comparison of K-value of different parts of grass carp meat frozen by different freezing methods

由表1可知,不同凍結方式會對草魚肉中核苷酸類化合物的含量產生一定影響。在-40 ℃速凍組的IMP和AMP含量較最高,-40 ℃速凍組腹肉、背肉、紅肉的IMP含量分別為233.59、232.12、96.64 mg/100 g,AMP含量分別為6.55、5.20、5.83 mg/100 g;-20 ℃靜止空氣凍結組中ATP含量最低,腹肉、背肉、紅肉中ATP的含量分別為2.27、2.22、2.01 mg/100 g。這主要是-40 ℃速凍組與-20 ℃乙醇液體凍結組的凍結速率快,可以較快地通過最大冰晶生成帶,使組織細胞所受到的機械損傷小,組織中的水分能快速的形成體積小而分布均勻的冰晶,使得水溶性成分可保存在組織中。同時明顯可觀察到在凍結溫度為-20 ℃時,魚肉中HxR和Hx含量高于-40 ℃速凍組的HxR和Hx含量。這與其形成最大冰晶生成帶的時間有關,在該過程食品放出的熱量最大,有利于ATP的分解。ATP降解終產物Hx具有腐敗的苦味,對草魚滋味品質呈負作用。由圖2可知,K值與HxR和Hx的含量呈正相關,因此,-40 ℃速凍組K值最小,其鮮度最佳,-20 ℃靜止空氣凍結組K值最大,其鮮度最差。比較草魚腹肉、背肉及紅肉中核苷酸類物質含量可知,腹肉與背肉中核苷酸類化合物含量相近,紅肉中含量較低。與腹肉和背肉相比,紅肉部位更易腐敗,紅肉的K值分別為28.99%、40.92%、46.58%,3 種凍結方式中K值均在25%以上,已屬于二級鮮度。該結果與施文正等[23]對冷凍對草魚各部分肌肉的研究相符合。

2.3 不同凍結方式的各部位草魚肉中游離氨基酸含量比較分析

游離氨基酸是食品水溶性呈味成分中最重要的滋味物質,各游離氨基酸不僅具有本身呈味特性,且與其他游離氨基酸相互協調產生不同的滋味感受[24]。已有研究證明,甘氨酸對魚肉的甜味有貢獻,谷氨酸鈉鹽具有鮮味,魚肉中谷氨酸鈉鹽閾值較低,多數在0.03%以下,且其與IMP有協調增強鮮味的作用[25]。由氨基酸自動分析儀測定,不同凍結方式各部位草魚肉中游離氨基酸含量見表2~4。

表2 不同凍結方式對草魚腹肉中游離氨基酸含量的影響Table2 Effect of different freezing methods on the contents of free amino acids in belly meat of grass carp

由表2~4可知,草魚肉中含量較高的氨基酸有蘇氨酸、甘氨酸、丙氨酸和組氨酸,在-40 ℃速凍組腹肉中分別為12.79、72.09、20.50、237.19 mg/100 g,背肉中分別為10.29、87.91、14.16、225.04 mg/100 g,紅肉中分別為8.17、9.67、17.94、79.43 mg/100 g。由于蘇氨酸的閾值較高,為260 mg/100 mL,草魚中蘇氨酸含量遠低于閾值,故蘇氨酸對草魚滋味無直接貢獻。而草魚肉中組氨酸含量最高,與其閾值20 mg/100 mL相比,組氨酸含量遠高于閾值。在草魚3 個部位肌肉中,各游離氨基酸含量存在差異。在腹肉與背肉中游離氨基酸含量相近,卻是紅肉中的近2 倍;組氨酸在腹肉和背肉中的含量幾乎是紅肉中的3 倍;同時,明顯呈現鮮甜的天冬氨酸、谷氨酸在腹肉和背肉中的含量遠低于閾值,但在紅肉中都高于閾值,這可能是導致紅肉的滋味與腹肉、背肉有差異的原因,該實驗結果與陳劍嵐等[26]研究草魚大小對其滋味影響的結論相符合。

表3 不同凍結方式對草魚背肉中游離氨基酸含量的影響Table3 Effect of different freezing methods on the contents of free amino acids in dorsal meat of grass carp

表4 不同凍結方式對草魚紅肉中游離氨基酸含量的影響Table4 Effect of different freezing methods on the contents of free amino acids in red meat of grass carp

通過表2~4進一步可知,不同凍結方式對草魚的游離氨基酸含量有一定影響。草魚中游離氨基酸總量、大多數氨基酸含量與凍結速率呈正相關,凍結速率越慢,游離氨基酸含量越低,造成這樣的結果可能的原因是凍結速率越慢,在肌肉組織中形成的冰晶越大且分布不均勻,對細胞組織的破壞較大,在解凍過程時發生一定程度的汁液流失,部分融化的水無法重新滲入細胞內,從而損失了部分氨基酸[27]。由此可見,凍結方式的選擇會影響魚肉的風味品質。

2.4 不同凍結方式草魚中乳酸含量比較分析

由于魚死亡后缺氧,使得魚體內的糖酵解終止,轉而糖元利用能量ATP進行無氧呼吸,產生大量乳酸,致使肌肉中pH值下降。pH值的下降會導致肌肉原纖維蛋白發生變性以及肌肉中Ca2+增加,促進死后僵硬的產生,從而導致魚肉品質劣化[28]。并且在魚類捕撈和運輸過程中產生不同程度應激反應,導致肌肉中乳酸含量增加[29]。另外,魚類死后,體內糖原、ATP及其關聯化合物、乳酸會產生一系列變化,對魚肉鮮度產生極大的影響[30]。故通過測定魚肉中乳酸含量可反映魚體內糖元分解、pH值的變化情況。

圖3 不同凍結方式對各部位草魚肉中乳酸含量的影響Fig.3 Comparison of lactic acid contents in different parts of grass carp meat frozen by different freezing methods

由圖3可知,草魚紅肉部位的乳酸含量最高,均在2.8 mmol/g prot以上,而腹肉與背肉中含量相近,含量在2.3~2.8 mmol/g prot之間。由此可見,相對于其他2 個部位,紅肉部位更易發生品質劣化的現象。從圖3可以看出,不同凍結方式對草魚魚肉中乳酸含量有一定的影響,隨著凍結速率的減小,魚肉中乳酸含量增加。-40 ℃速凍組中乳酸含量最低,腹肉、背肉和紅肉乳酸含量分別為2.36、2.24、2.83 mmol/g prot,-20 ℃乙醇液體凍結組腹肉、背肉和紅肉乳酸含量分別增加了16.52%、23.66%、26.68%;-20 ℃靜止空氣凍結組腹肉、背肉和紅肉乳酸含量分別增加了32.20%、33.03%、75.30%;與-40 ℃速凍組相比,腹肉和背肉的乳酸含量有所增加,紅肉中乳酸含量大幅度增加。

2.5 不同凍結方式草魚的電子舌分析

如圖4所示,主成分1、主成分2的貢獻率分別為89.648%和7.747%,累計貢獻率高達95%以上,表明圖4基本能展示不同凍結方式草魚整體滋味輪廓的差異信息在主要成分平面上的完整程度。

圖4 不同凍結方式草魚各部位滋味輪廓的主成分分析Fig.4 PCA plot for taste prof i le of grass carp with different freezing methods

草魚不同部位的數據分布于不同的區域,說明草魚不同部位的滋味存在著差異,且采用3 種不同凍結方式對草魚進行處理的數據均未出現重疊現象,說明不同凍結方式對草魚肉的滋味會產生一定的影響。

3 結 論

通過研究不同凍結方式對草魚肌肉呈味物質的影響發現:-40 ℃速凍、-20 ℃乙醇液體凍結和-20 ℃靜止空氣凍結的凍結速率依次減小,通過冰晶最大生成帶的時間逐漸延長。草魚中IMP和AMP含量、游離氨基酸總量與凍結速率呈正相關,但乳酸含量、ATP的分解產物HxR和Hx的含量與凍結速率呈負相關;-20 ℃貯藏3 d后,-40 ℃速凍組K值最小,-20 ℃靜止空氣凍結組K值最大;紅肉部分核苷酸IMP、AMP含量低,HxR和Hx含量較高,其滋味和鮮度較差,3 種凍結方式中紅肉的K值分別為28.99%、40.92%、46.58%;腹肉與背肉中游離氨基酸含量相近,且高于紅肉部位,但紅肉中天冬氨酸、谷氨酸含量明顯高于腹肉和背肉;紅肉中乳酸含量也顯著高于腹、背肉,不同凍結方式對其影響較大。電子舌結果表明,不同部位的草魚肉呈味物質存在著明顯的差異,不同凍結方式對魚肉呈味物質也有明顯影響。綜合上述,不同凍結方式對草魚肉呈味物質含量有一定影響,且凍結方式對草魚紅肉鮮度和呈味物質的影響大于其余2 個部位,故在對草魚進行凍結加工時,應重點注意紅肉部分的品質變化。

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