間歇超聲輔助加快咸蛋腌制速度工藝優化

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(1.華中農業大學食品科技學院,湖北武漢 430070;2.武漢設計工程學院食品與生物技術學院,湖北武漢 430205)

咸蛋是我國獨具特色風味的傳統腌制品之一,又名鹽蛋、腌蛋、味蛋等[1]。因其營養豐富,含有人體幾乎所有需要的營養物質,以及蛋黃獨特的細、嫩、松沙口感,深受國內外消費者的喜愛[1]。咸蛋傳統腌制方法有鹽泥法、鹽水法、鹽灰法,近年來,又有人提出紙包法和泡酒涂鹽法等[2]。一般認為咸蛋黃出油率達到47%左右即認為咸蛋腌制完成,傳統腌制法腌制周期較長,一般35 d左右,導致蛋黃溶融,污染蛋白。另外即使腌制液的鹽濃度很高,也會有部分微生物生存下來,進入蛋內,導致腐敗,腌制周期越長,對咸蛋品質的不利影響越大[3]。

為加快咸蛋腌制速度,縮短腌制周期,實現咸蛋的工廠化生產,人們開始尋找腌制咸蛋的輔助技術手段。王曉拓[4]提出采用脈動壓技術輔助腌制咸蛋,高壓低壓交替施加2～3 d即可腌制出合格咸蛋,但此方法操作較繁瑣,經濟費用較高。徐明生等[5]研究了香辛料對咸蛋腌制的影響,結果表明香辛料能促進食鹽向蛋內滲透,加快咸蛋腌制速率,缺點是香辛料腌制液會造成咸蛋殼表面有污漬,影響咸蛋美觀,降低消費者購買欲望。鄭玉錆等[6]提出利用超聲波降低蛋清粘度的原理,提高食鹽進入咸蛋的速度,加快咸蛋腌制速度,但對于超聲波最佳超聲條件上沒有研究。

近年來超聲波技術在食品中的應用越來越廣泛,特別是用在腌制食品中,通過超聲波空化效應擊碎大分子物質,擴大傳質通道,加快食鹽進入,改善腌制品品質等優點[7-8]。馮婷等[9]利用超聲波輔助加快生鮮雞肉的腌制并改善其腌制效果。丁捷等[10]將超聲波技術應用在加快豬肝腌制過程,并優化出最佳超聲條件。李鵬[11]采用超聲波輔助鹵蛋的腌制,證明超聲波能夠有效的促進鹵制液的滲透,改善鹵蛋的品質,提高生產效率。關于超聲波技術用在咸蛋腌制的研究,近年來也有學者不斷的研究,賴宜萍等[12]僅研究了超聲波時間、頻率、強度(功率)單因素對咸蛋腌制的影響,不夠全面。為此,本實驗將系統性的研究超聲波四個單因素:超聲次數、超聲時間、超聲功率、超聲頻率對咸蛋腌制的影響,正交試驗優化出最佳超聲波工藝條件。探尋一種在保證咸蛋品質的基礎上加快咸蛋腌制速度的工藝。本研究對推動傳統咸蛋現代化快速腌制具有一定的理論及使用價值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮鴨蛋 武漢市洪山區華中農業大學農貿市場;精制食鹽 湖北鹽業集團有限公司;硝酸銀、正己烷、異丙醇、鉻酸鉀、氫氧化鈉 分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

SB-500DTY超聲波多頻清洗機 寧波新芝生物科技股份有限公司;WGL-45B電熱鼓風干燥箱 天津泰斯特儀器有限公司;FE-20精密pH計 梅特勒托利多中國有限公司;DV-Ⅱ+旋轉黏度儀 德國布魯克林公司;Sigma3-30K高速冷凍離心機 德國sigma公司;XHF-DY高速分散器 寧波新芝生物科技股份有限公司;R-100旋轉蒸發儀 瑞士步琦公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料蛋的挑選 挑選新鮮(距產蛋后2～4 d),蛋殼堅固,顏色由鈍端、中端、尖端均勻過度,無麻點以及明顯色差,且表面清潔、無破裂及硌窩,燈光透射時氣室鮮明,蛋黃位于中央,略見暗影,質量均一,平均質量(70±5) g。用自來水清洗干凈后,放入質量分數5%的氫氧化鈉溶液30 min消毒,取出再次用自來水沖洗干凈后,晾干備用。

1.2.2 腌制方法 傳統腌制法:將預處理后的原料蛋放入已洗凈消毒的腌制箱中,加入含鹽量20%的食鹽溶液,使原料蛋完全浸沒在腌制液中,用竹篾壓住蛋,防止上浮,放置在陰暗處室溫腌制20 d;超聲波輔助腌制:將預處理后的原料蛋放入已洗凈消毒的腌制箱中,加入含鹽量20%的腌制液,使原料蛋完全浸沒在腌制液中,用竹篾壓住蛋,防止上浮,放置在陰暗處室溫腌制20 d,期間將鴨蛋放入超聲波槽內進行超聲,完成后重新放入腌制箱內腌制。

1.2.3 超聲波處理單因素實驗 經預處理后的鴨蛋分成5組,每組36個,采用1.2.2工藝腌制咸蛋。超聲波條件固定在超聲時間30 min,功率300 W,頻率40 kHz,探究超聲次數分別0、2、3、4、5次(不超聲、每隔10 d超聲一次、7 d超聲一次、5 d超聲一次、4 d超聲一次)時對鴨蛋腌制的影響。超聲波條件固定在超聲次數3次,功率300 W,頻率40 kHz,探究超聲時間分別為0、10、20、30、40、50 min時對鴨蛋腌制的影響。超聲波條件固定在超聲次數3次,時間30 min,頻率40 kHz,探究超聲功率分別為0、200、250、300、350、400 W時對鴨蛋腌制的影響。超聲波條件固定在超聲次數3次,時間30 min,功率300 W,探究超聲頻率分別為0、20、40、60、80 kHz時對鴨蛋腌制的影響。每隔5 d取一次樣,每組3個,分別檢測咸蛋含鹽率、含水率、出油率、pH、蛋清粘度指標,結果取平均值。

1.2.4 正交優化試驗 通過超聲波4個單因素試驗優化出來較優的3個水平,進行4因素3水平的正交試驗,測定蛋清、蛋黃含鹽率,蛋黃出油率等指標,優化出最佳的超聲條件。

表1 正交試驗因素水平Table 1 The factors of orthogonal test

1.2.5 蛋清、蛋黃含鹽率的測定 采用硝酸銀滴定法[13]:蛋清、蛋黃分離后,攪拌均勻。分別稱取1 g于錐形瓶中,加20 mL蒸餾水,用玻璃棒攪拌混合均勻后,加入5%鉻酸鉀8～9滴,用0.1 mol/L硝酸銀溶液滴定,至溶液由黃色變成磚紅色即為滴定終點,記錄消耗硝酸銀體積。

式中:N為AgNO3的濃度(mol/L);V為消耗AgNO3的體積(mL);m為樣品重量(g);0.05844為NaCl的當量。

1.2.6 蛋清、蛋黃含水率的測定 參考饒紅花[13]蛋清蛋黃用分蛋器分離,攪拌均勻,用電子天平準確稱取樣品3 g于干燥的鋁盒中,記作m。稱量烘干前樣品與鋁盒的質量記作W1,將稱好的樣品放入105 ℃的熱風恒溫干燥箱中6 h,取出后放入干燥器中冷卻,稱量烘干后樣品及鋁盒的質量記作W2,直到兩次稱量質量差小于等于0.4 mg為止,同一組樣品均取3個平行。計算公式如下:

式中:W1為干燥前樣品質量+鋁盒質量(g);W2為干燥后樣品質量+鋁盒質量(g);m為樣品質量(g)。

1.2.7 蛋黃出油率的測定 參考吳玲[14]方法。蛋清蛋黃經分蛋器分離后,用電子天平準確稱取3 g蛋黃加入35 mL正己烷/異丙醇(3∶2,V/V),在均質機5000 r/min轉速下均質10 min。濾紙過濾,濾液于55 ℃旋轉蒸發儀中旋蒸濃縮,后置于105 ℃熱風恒溫干燥箱中烘干至恒重,稱其濾渣質量記作總的脂質含量M1。另取5 g蛋黃加入25 mL蒸餾水,25 ℃溫度10000 r/min離心30 min,吸取上清液于梨形分液漏斗中,加入正己烷/異丙醇(3∶2,V/V)溶解掉懸浮物,將脂質層分離出來,溶解于其中的有機溶劑在旋轉蒸發儀中以55 ℃的條件下旋蒸,105 ℃的烘箱中除去殘留水分,稱量殘渣質量記作游離脂質含量M2。計算公式如下:

式中:M1為總脂肪含量(g);M2為游離脂肪含量(g)

1.2.8 蛋清、蛋黃pH測定 參照GB/T 5009.47-2003《蛋與蛋制品衛生標準的分析方法》,咸蛋煮熟后,剝殼,蛋白蛋黃分離,分別稱取10 g,加入蒸餾水至150 mL,3000 r/min均質1 min,過濾掉殘渣,精密pH計測定,記錄。

1.2.9 蛋清粘度測定 每一組取3個樣品蛋,蛋清蛋黃分離后,蛋清用磁力攪拌器攪拌均勻,裝入50 mL可立離心管,旋轉黏度儀用Sp1號轉子在常溫,轉速60 r/min下測定,待示數較穩定后(5 min后),讀數,每隔5 s記一次,取平均值。

1.2.10 統計分析 實驗所得數據使用SPSS 17.0軟件進行顯著性分析、origin 8.5軟件繪圖,圖表中試驗數據均重復3次。

2 結果與分析

2.1 超聲波單因素對咸蛋各指標的影響

2.1.1 不同超聲條件對咸蛋腌制過程中蛋清、蛋黃含鹽率的影響 蛋清蛋黃含鹽率是形成咸蛋獨特風味的決定性因素。由圖1可知,蛋清、蛋黃含鹽率隨腌制時間的延長而逐漸提高,且超聲組蛋清蛋黃含鹽率均高于未超聲組(傳統腌制),表明超聲波可以明顯提高食鹽的滲透速率。這可能由于超聲波通過機械振蕩特性,能夠加快腌制液中粒子的運動速度,清除蛋孔內的沉積物,增大傳質通道,并提高蛋生物膜的通透性,改變蛋黃蛋清蛋白質的內部結構,提高食鹽滲透速率[15];另外超聲波空化效應具有擊碎作用,使蛋清蛋白質顆分子之間相互聚合減少,從而降低蛋清粘度,減少食鹽在蛋內的擴散阻力,提高腌制速率[16-17]。

圖1 不同超聲條件下蛋清蛋黃含鹽率的變化Fig.1 Changes of salt content in egg white and yolk under different ultrasound conditions注:A超聲波次數;B超聲波時間;C超聲波功率;D超聲波頻率。圖2、圖4～圖6同。

超聲波的四個單因素在加快咸蛋腌制速度上都有顯著地效果,且不同超聲波處理組差異顯著(p<0.05)。超聲次數單因素試驗中,其他條件保持不變的情況下,蛋清、蛋黃含鹽率隨超聲次數的增加而逐漸增加,在腌制20 d后,超聲波處理4次組,蛋清、蛋黃含鹽率均達到最大,與傳統腌制組相比,蛋清含鹽率提高38.90%,蛋黃提高18.75%。之后,當超聲次數增加到5次時,蛋清、蛋黃含鹽率低于超聲4次組,且蛋殼表面出現裂紋,品質降低。超聲時間單因素試驗中,在試驗條件范圍內,隨超聲時間的增加,咸蛋含鹽率隨之增加。在腌制20 d后,超聲時間40 min組,咸蛋含鹽率最大,蛋清5.94%,比傳統腌制組提高23.27%,蛋黃含鹽率1.44%,較傳統腌制組提高34.57%,提升幅度高于蛋清。超聲頻率單因素試驗中,超聲頻率40 kHz時,蛋清蛋黃含鹽率最大,蛋清組之間的差異幅度雖沒有蛋黃明顯,但也差異顯著(p<0.05)。超聲功率的增大會加速介質粒子的運動速度,在腌制20 d后,超聲功率350 W時,蛋清蛋黃含鹽率最大,與傳統腌制組相比,蛋清提高28.01%,蛋黃提高31.48%。若繼續加大功率會造成蛋殼破裂。

2.1.2 不同超聲條件對蛋清蛋黃腌制過程中含水率的影響 鴨蛋腌制過程,高濃度食鹽腌制液在蛋殼內外形成高滲透壓差,由滲透傳質機理,腌制液中的食鹽通過蛋殼進入蛋清蛋黃的同時,蛋清、蛋黃中的水分沿相反的方向滲透到腌制液中[18-19]。由圖2知,隨腌制時間的延長,蛋清、蛋黃含水率不斷下降,且超聲組均低于傳統腌制組,可知超聲波處理能顯著降低蛋清、蛋黃含水率,提高腌制速率(p<0.05)。蛋清含水率的下降幅度低于蛋黃,由于腌制過程中,蛋清中的水轉移到腌制液的同時,蛋黃中的水分因滲透壓的差異又進入到蛋清中,所以蛋清下降幅度小于蛋黃[20]。

圖2 不同超聲條件下蛋清蛋黃含水率的變化Fig.2 Changes of moisture content in egg white and yolk under different ultrasound conditions

超聲波四個單因素實驗中,蛋清、蛋黃含水率均小于傳統腌制組,且各組之間差異顯著(p<0.05)。超聲次數單因素實驗中,在腌制20 d后,超聲4次組(每隔5 d超聲一次)蛋清蛋黃含水率降低最明顯,相比較傳統腌制組,蛋清含水率下降7.14%,蛋黃下降58.08%,而超聲5次后下降幅度小于4次組。由于超聲5次組的咸蛋煮熟后,蛋白出現蜂窩狀孔洞如圖3,知超聲5次后蛋清液有小氣泡產生,延緩食鹽滲透速率且品質遭到破壞。超聲時間單因素實驗中,在腌制20 d后,超聲時間40 min組,咸蛋含水量最少,蛋清含水率80.11%,較傳統腌制組降低3.4%;蛋黃含水率20.71%,較傳統腌制組降低14.14%。超聲功率組,在腌制20 d后,超聲功率350 W組蛋清蛋黃水分含量最低,蛋清含水率79.32%,低于傳統腌制組3.98%,蛋黃18.43%,較傳統腌制組降低26.02%。超聲頻率組,在腌制20 d后,超聲頻率40 kHz時,咸蛋水分損失最多,蛋清80.21%,較傳統腌制組降低2.89%,蛋黃20.56%,較傳統腌制組降低14.77%。

圖3 傳統腌制和超聲5次蛋白剖面形態Fig.3 Proteins preserved by traditional methods and protein cross-sections after 5 treatments注:A傳統腌制蛋白剖面圖;B超聲波處理5次蛋白剖面圖。

2.1.3 不同超聲條件對蛋清蛋黃腌制過程中pH的影響 咸蛋腌制過程中,食鹽通過蛋殼進入咸蛋,破壞蛋清、蛋黃中的一些堿性蛋白質如溶菌酶等,另外,咸蛋含水量的降低和蛋內碳酸氣的排出以及蛋黃中脂質百分含量的降低,導致pH有所下降,蛋清pH由堿性向中性方向降低,蛋黃由中性向酸性方向降低[21-22]。由圖4知,腌制期間超聲組的pH均低于未超聲組,超聲組咸蛋pH在腌制5～7 d后與傳統腌制組有明顯差異,超聲組蛋清的降低程度大于蛋黃,且各組間差異顯著(p<0.05)。

圖4 不同超聲條件下蛋清蛋黃pH的變化Fig.4 Changes of pH of egg white and yolk under different ultrasound conditions

腌制期間蛋清pH由9.57降低至8.3左右,蛋黃相對蛋清降低幅度較小。超聲4次、5次時,蛋清蛋黃pH降低較大,表明咸蛋鹽含量較大,對堿性蛋白質的破壞較多。超聲時間40 min時,蛋清、蛋黃較傳統腌制組降低最大,蛋清pH7.91,比傳統腌制組降低9.9%,蛋黃pH6.31,比傳統腌制組(pH6.46)僅降低2.37%。超聲功率組,超聲組pH均低于傳統腌制組,蛋清蛋黃組之間均差異顯著(p<0.05),超聲功率350、400 W時,蛋清pH降低最大。超聲頻率組蛋清pH在腌制12 d左右開始明顯低于傳統腌制組,超聲頻率40 kHz時,蛋清蛋黃pH降低幅度最大。

2.1.4 不同超聲條件對腌制過程中蛋黃出油率的影響 蛋黃中含22%的顆粒部分和72%的漿質,蛋黃顆粒由17%的卵黃高磷蛋白,70%的高密度脂蛋白(HDL)和12%的低密度脂蛋白組成,而漿質部分由85%的低密度脂蛋白(LDL)和15%的卵黃球蛋白組成[23],低密度脂蛋白部分含有90%的脂質。腌制后,脂蛋白結構被破壞,蛋黃中的部分脂質游離出來,但其總脂質含量不變[24-25]。蛋黃中游離脂質含量在總脂質中所占的比例即蛋黃出油率,蛋黃出油率與食鹽的滲入量和水分的損益有一定的聯系。隨著水分的減少,促使蛋黃顆粒縮小并緊密的擠壓在一起,形成咸蛋黃特有的沙粒感[26-28]。

圖5可知,腌制6～7 d后,超聲組蛋黃出油率開始顯著高于傳統腌制組(p<0.05)。超聲次數單因素試驗中,隨超聲次數的增加,出油率隨之升高,超聲4次時達到53.73%,比傳統腌制組提高18.53%。超聲時間單因素試驗,超聲時間40 min時,蛋黃出油率達到55.28%。超聲功率試驗中,超聲功率350 W時,出油率55.18%。超聲頻率單因素試驗中,超聲頻率40 kHz時,蛋黃出油率51.39%。在試驗條件范圍內,超聲波四個單因素中,超聲時間這一單因素對蛋黃出油率影響最大。

圖5 不同超聲條件下蛋黃出油率的變化Fig.5 Changes of egg yolk oil yield of egg yolk under different ultrasound conditions

2.1.5 不同超聲條件對腌制過程中蛋清粘度的影響 鴨蛋蛋清是一種假塑性非牛頓流體[29],有濃厚蛋白和稀薄蛋白兩種狀態。實際上,在鴨蛋正常儲藏過程中,濃厚蛋白變稀是其自身新陳代謝的必然結果,但速率非常緩慢。腌制過程中,隨著食鹽的滲入,維持蛋清蛋白質特殊結構的次級鍵和配位鍵受到破壞,特別是濃厚蛋白,蛋清粘度不斷降低,加速蛋清稀化[29-31]。

圖6所示,食鹽的滲入破壞了蛋清蛋白的空間結構,蛋清狀態逐漸呈水樣化,表觀粘度值降低。在腌制時間12～13 d左右,超聲組開始明顯高于傳統腌制組,可能由于超聲波的空化效應具有擊碎作用,能夠使蛋清蛋白質顆粒之間的相互聚合減少,降低蛋清的粘度。超聲次數單因素試驗中,超聲4～5次,蛋清粘度降低最大。超聲4次時,蛋清粘度值59.33 mpa·s,比傳統腌制組降低6.42%,5次時,蛋清粘度值59.56 mpa·s,比傳統腌制組降低6.06%。但超聲5次時,蛋殼出現破裂,品質受到破壞,所以超聲4次最佳。超聲時間40 min時,蛋清表觀粘度降低最多,蛋清稀樣化程度較大。其他超聲因素一定時,隨著超聲功率的增大蛋清表觀粘度逐漸降低,超聲功率400 W時,蛋清粘度最低52.25 mpa·s,較傳統腌制組(63.39 mpa·s)低17.58%,但易造成蛋殼破裂,所以最佳超聲功率是350 W。超聲頻率40 kHz時,蛋清粘度值58.84 mpa·s,僅比傳統腌制組降低7.18%。超聲波四個單因素中,超聲功率對蛋清表觀粘度影響程度最大。

圖6 不同超聲條件下蛋清粘度的變化Fig.6 Changes of viscosity of egg white under different ultrasound conditions

2.1.6 超聲波單因素優化結果 實驗結果得出四個單因素較優的三個水平:超聲波次數2次、3次、4次;超聲波時間20、30、40 min;超聲波功率250、300、350 W;超聲波頻率20、40、60 kHz。

2.2 正交實驗結果

正交實驗結果見表2、方差分析見表3～表5。

表2 蛋清蛋黃含鹽率及蛋黃出油率正交實驗結果Table 2 The orthogonal experimental results of salt content and yolk oil yield of egg yolk

表3 蛋清含鹽率方差分析表Table 3 Variance analysis of salt content of egg white

表5 蛋黃出油率方差分析表Table 5 Variance analysis of oil content of egg yolk

由表2蛋清蛋黃含鹽率及蛋黃出油率直觀分析表,由4個因素的均值及極差數據,分析出對蛋清含鹽率影響的主次順序是A>C>D>B,優方案是A2B3C3D3,對蛋黃含鹽率影響的主次順序是A>C>B>D,優方案是A2B2C3D3,對蛋黃出油率影響的主次順序是A>C>B>D,優方案是A3B2C3D1,從表3蛋清含鹽率方差分析表得出,超聲波超聲次數、超聲功率、超聲波頻率三個單因素對蛋清含鹽率影響顯著(p<0.05)。從表4蛋黃含鹽率方差分析表得出超聲波次數、超聲波時間、超聲波功率對蛋黃含鹽率影響顯著。從表5蛋黃出油率的方差分析表得出超聲次數、超聲時間、超聲功率對蛋黃出油率影響顯著。由多數傾向及對各因素的指標的重要程度得出最佳工藝參數是A2B2C3D3,即超聲次數3次、超聲時間30 min、超聲功率350 W、超聲頻率60 kHz。但已做的9組試驗中,最佳一組是A2B2C3D1,即超聲次數3次、超聲時間30 min、超聲功率350 W、超聲頻率20 kHz。所以要進行驗證試驗。

表4 蛋黃含鹽率方差分析表Table 4 Variance analysis of salt content of egg yolk

2.3 驗證試驗結果

由圖7蛋清、蛋黃含鹽率及蛋黃出油率可明顯看出,超聲波工藝參數是A2B2C3D1即超聲次數3次、超聲時間30 min、超聲功率350 W、超聲頻率20 kHz時,在腌制20 d后,蛋清蛋黃含鹽率最高,蛋清6.37%,蛋黃1.58%,蛋黃出油率最高,為57.53%。

3 結論

本實驗通過對鴨蛋腌制過程中含鹽率、含水率、蛋黃出油率、pH、蛋清表觀粘度指標的變化,得出超聲波技術通過有效的降低蛋清粘度,減小食鹽滲透阻力,增大傳質面積,增大咸蛋腌制速率,縮短腌制時間。探究了超聲波4個單因素(超聲波次數、超聲波時間、超聲波功率、超聲波頻率)對超聲輔助效果的影響,并通過正交試驗優化出最佳超聲波工藝參數。結果如下:超聲波4個單因素對咸蛋腌制效果均有明顯影響,其中超聲次數、超聲功率、超聲時間對輔助效果影響較大,超聲頻率影響程度較低。正交試驗優化出超聲波最佳條件為:超聲次數3次、超聲時間30 min、超聲功率350 W、超聲頻率20 kHz時輔助效果最好,在此條件下,20 d即可完成腌制,與傳統腌制相比,提前15～20 d左右。超聲波技術操作簡便,經濟費用低,適合在工廠規模化生產下使用。