魚糜微波膨化工藝優化及水分狀態研究
2019-07-10 13:20:40薛長風裴志勝羅天驥徐云升
食品工業科技 2019年11期
薛長風,裴志勝,文 攀,羅天驥,閆 佳,徐云升,*
(1.海南熱帶海洋學院,海南三亞 572022;2.海南省海洋食品工程技術研究中心,海南三亞 572022;3.海南省院士工作站(海洋食品),海南三亞 572022)
目前,國內外對魚糜的研究多集中在魚丸[1-4]、魚糕[5-6]、魚腸[7-8]等傳統的加工方式,對魚糜進行微波膨化的研究則處于起步階段[9]。熱凝膠化為魚糜類制品加工的重要過程,而微波凝膠則是一種新型凝膠化方式。曹燕等[10]的研究表明，微波加熱凝膠化比水浴加熱凝膠化在魚糜凝膠化方面具有一定的優越性。
水分含量和分布狀態是魚糜制品加工過程中決定魚糜制品質量的重要因素[11]。水是魚糜中大量存在的極性分子,在微波作用下產生大量熱能,使魚糜凝膠化[10],而后隨著微波的持續作用,凝膠化的魚糜內部水分加速蒸發,使魚糜凝膠內部形成較大的蒸汽壓力,魚糜凝膠網狀結構膨脹,產生膨化效果。魚糜微波膨化可以分為兩個階段即微波凝膠化階段和微波膨化階段,但目前對于魚糜微波膨化的研究則未分為魚糜微波凝膠化和微波膨化兩個階段進行研究。
近年來,低場核磁共振技術(low-field nuclear magnetic resonance,NMR)在食品研究和檢測領域備受關注,氫質子核的分布和移動性可以提供樣品中水分子的物理、化學等方面的信息。秦影等[12]利用低場核磁技術明確解釋了超高壓處理對大黃魚魚糜水分狀態的影響。趙宏強等[13]研究表明壓力可以促使結合水向自由水遷移進而影響鱸魚品質。楊文鴿等[14]利用核磁共振技術分析魚糜的橫向弛豫時間,發現漂洗后魚糜中的水分受到更強的束縛,自由度減小。樊燕等[15]研究認為不同的加熱方式對水分狀態有著不同程度的影響,進而影響產品品質。以上系統地研究分析了魚糜微波膨化過程中水分的狀態變化,對科學評價魚糜膨化制品具有指導意義和理論價值。
本文以冷凍淡水魚糜(鰱魚)為研究對象,研究魚糜微波凝膠化和微波膨化的工藝優化,同時探究魚糜微波凝膠和微波膨化過程中水分含量、質構、水分遷移規律的變化,以期為魚糜膨化制品的生產提供理論基礎。
1 材料與方法
1.1 材料與儀器
冷凍淡水魚糜 洪湖市井力水產食品股份有限公司;標準油樣 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司;陶瓷標準白板 國家建材局標準化研究所;聚乙烯腸衣 哈爾濱雙匯北大荒食品有限公司。
MesoMR23-060H-I核磁共振成像分析儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司;SE1501F電子天平奧豪斯儀器(上海)有限公司;HX-J3011奧克斯絞肉機 佛山市海迅電器有限公司(制造商);MA35M-000230V1水分測定儀 德國賽多利斯股份公司;HD-3A水分活度測定儀 無錫市華科儀器儀表有限公司;XO-SM200超聲波微波化學反應器 南京先歐儀器制造有限公司;TMS-PRO質構儀 美國FIC公司;WSC-100全自動測色色差計 北京光學儀器廠。
1.2 實驗方法
1.2.1 魚糜微波膨化制品制作過程及主要操作步驟
1.2.1.1 制作過程:冷凍魚糜解凍→擂潰→灌腸→微波凝膠化→室溫冷卻→切片→微波膨化→成品。
1.2.1.2 主要操作步驟 魚腸制作:取冷凍魚糜置于真空袋,放入冰水混合物中,待其半解凍,放入絞肉機中空擂5 min,加入2.5%食鹽鹽擂2 min,經真空脫氣處理后灌入直徑為50 mm的聚乙烯腸衣中,重量為250 g,放入冰水混合物中待用。
微波凝膠化:魚腸(溶膠)初始溫度為1 ℃,將其迅速放入到微波化學反應器中央位置,為保證受熱均勻,采用間歇式加熱(即加熱1 min,暫停1 min),設置微波功率,使魚糜從溶膠狀態變化為凝膠狀,并直接進入魚糕化階段。
微波膨化:將魚糕化后的魚腸,取出后冷卻至室溫剝去腸衣,切成直徑50 mm、厚10 mm的薄片,設置微波功率與微波時間,進行微波膨化。
1.2.2 二因素二次回歸正交旋轉組合設計試驗
1.2.2.1 魚糜微波凝膠化條件優化 在前期大量預實驗的基礎上,本試驗選取微波功率Xn1和微波時間Xn2為試驗因素,凝膠強度Yn(g·com)為試驗指標,試驗因素水平見表1。
表1 魚糜微波凝膠化條件二次回歸正交旋轉組合設計因素水平
1.2.2.2 魚糜微波膨化條件優化 在魚糜微波凝膠化條件的基礎上,本試驗選取微波功率Xp1和微波時間Xp2為試驗因素,感官評價Yp為試驗指標,試驗因素水平見表2。
表2 魚糜微波膨化條件二次回歸正交旋轉組合設計因素水平
1.2.3 感官評價及品質測定
1.2.3.1 凝膠強度的測定 將魚腸切成3 cm高的圓柱,采用TMS-PRO質構儀,使用凝膠性能測定程序、P5圓球型探頭測定,每組平行測定3次。參數設置:力量感應元的量程為800 N、觸發力為1 N、檢測速度為60 mm/min、穿透距離9 mm、回程速度60 mm/min、回程距離40 mm。
1.2.3.2 魚糜膨化制品的感官評價 請12名專業人員分別從膨化制品的形態、色澤、風味、組織4個方面進行評價,總分為100分,結果取平均值,具體感官品質評價標準見表3。
表3 魚糜微波膨化制品感官評價表
1.2.3.3 膨脹率測定 選取一個適宜容量的燒杯,用細沙(Φ0.9～1.1 mm)填滿,輕輕晃動燒杯后用刮板將杯口的細沙抹平,用量筒量取燒杯內細沙的體積;將待測物置于同一個燒杯中,再用細沙覆蓋完全,方法同上,測量此時燒杯中細沙的體積,將兩次細沙的體積相減得到物料的體積。
膨脹率(%)=V2/V1×100
式中:V2:膨化后魚糜餅的體積;V1:膨化前魚糜片的體積。
1.2.3.4 硬度和脆性 采用TMS-PRO質構儀,利用片式探頭進行酥脆性剪切實驗,測定參數如下,測前速度:90 mm/min,測試速度:90 mm/min,起始力:0.5 N,測后速度:150 mm/min,測試最大距離:25 mm。
1.2.4 微波膨化過程中水分遷移機制的研究
1.2.4.1 低場核磁測定樣品制備 微波凝膠樣品的制備,利用1.2.2.1微波凝膠優化的工藝參數,研究微波凝膠作用過程中0、2、4、6、8、11 min微波凝膠樣品的水分遷移。
微波膨化樣品制備,利用1.2.2.2微波膨化優化的工藝參數,研究微波膨化過程中2、4、6、8、10 min微波膨化樣品的水分遷移。
1.2.4.2 低場核磁檢測 將標準油樣放入到磁圈中,選用Q-FID序列進行開機預熱20 min,取20 g樣品放入磁圈中,先用Q-FID序列尋找樣品的TW(等待時間)值,再選用Q-CMPG序列進行樣品(1.2.4.1)信息采樣,并進行反演,每組采樣3次,記錄數據。預熱參數設置:主頻SF(MHz)=21、頻率漂移O1(Hz)=397685.76、90度脈寬P1(μs)=16.00、采樣點數TD=1024、前置放大倍數PRG=0、累加次數NS=2、等待時間TW(ms)=2000、采樣頻率SW(KHz)=100、射頻延時RFD=0.080、模擬增益RG1(db)=20.0、數字增益DRG1=3。
1.2.4.3 水分含量測定 稱取2.00 g樣品,按GB 5009.3-2010《食品中水分的測定》直接干燥法測定。
1.2.5 數據統計分析 利用SPSS 19.0進行顯著性檢驗、多重比較和相關性分析,用Origin 8.0及Excel 2010作圖。
2 結果與分析
2.1 魚糜微波凝膠化條件優化
表4 魚糜微波凝膠化條件二次回歸正交旋轉組合試驗設計及結果
表5 魚糜微波凝膠化條件回歸模型的方差分析
結合回歸模型的數學分析,得到的最佳凝膠條件為:微波功率為124.58 W,微波時間為11.80 min,此時模型的預測凝膠強度為642.61 (g·cm)。便于實際試驗操作,調整參數為:微波功率為124 W,微波時間為11.0 min。
為了證實模型預測結果,采用調整試驗參數進行魚糜微波凝膠化試驗,平行實驗5次,測定魚糜凝膠強度為(648.10±10.04) g·cm,相對誤差在3%以內,說明模型可靠。
2.2 魚糜微波膨化條件優化
表7、表8分別為模型的方差分析和參數估計及顯著性分析,根據方差分析結果,方程決定系數為0.9655,說明模型對實驗有較好的擬合性;回歸方程進行失擬檢驗:F=1.48
表6 魚糜微波膨化條件二次回歸正交旋轉組合試驗設計及結果
表7 魚糜微波膨化條件回歸模型的方差分析
表8 微波凝膠過程中魚糜馳豫時間T2和峰比例的變化
結合回歸模型的數學分析,得到的最佳微波膨化條件為:微波功率為272.98 W,微波時間為9.61 min,此時模型的預測的感官評分為83.9分。便于實際試驗操作,調整參數為:微波功率為273 W,微波時間為10.0 min。
為了證實模型預測結果,采用調整試驗參數進行魚糜微波膨化試驗,平行實驗5次,得膨化產品的感官分數為(85.3±0.51)分,相對誤差在3%以內,說明模型可靠。微波膨化魚糜制品膨脹率為258%±23.9%,膨脹效果較好;其硬度為(26.98±1.85) N;脆性為(13.95±1.23) N。
2.3 感官評價及品質測定結果
魚糜微波凝膠最佳條件下,測得魚糜凝膠強度為(648.10±10.04) g·cm;魚糜微波膨化的最佳條件下,魚糜膨化產品的感官分數為(85.3±0.51)分,膨脹率為258%±23.9%,硬度為(26.98±1.85) N;脆性為(13.95±1.23) N。
2.4 微波處理過程中水分狀態的變化
2.4.1 低場核磁共振檢測
2.4.1.1 魚糜微波凝膠過程中水分遷移情況 由圖2可知,微波凝膠過程中,0、2、4 min只有不易流動水T22存在,在6、8、11 min開始出現自由水T23。微波凝膠時間的延長,T22的峰比例SS22呈現遞減趨勢,T23的峰比例SS23呈現遞增趨勢。表8可知,T22、T23峰的馳豫時間逐漸減小。
圖2 魚糜微波凝膠過程中橫向馳豫時間變化圖
擂潰過程中魚肉組織結構發生改變,鹽溶性蛋白溶出形成溶膠將自由水束縛轉化為不易流動水,使魚糜凝膠前期只存在不易流動水T22,在魚糜微波凝膠形成初期(0、2、4 min)時,微波能主要作用于魚糜凝膠過程中溶膠的升溫,對魚糜凝膠中水分狀態和蛋白變性的影響不明顯;隨著微波凝膠時間的延長,水作為極性分子,被微波能作用,逐漸從魚糜凝膠中蒸發逸出,造成不易流動水的部分減少,同時微波能作用使魚糜凝膠內部溫度升高,導致部分蛋白質變性,也導致不易流動水部分轉化為自由水。
2.4.1.2 魚糜微波膨化階段水分遷移 由圖3可知,在微波膨化2 min時,魚糜凝膠中水分狀態(圖2-G)由自由水T23和不易流動水T22轉變為結合水T21、自由水T23和不易流動水T22?？赡苁怯捎谳^高的微波能使已經形成的凝膠結構出現松弛,蛋白質暴露的基團對水的親和能力增強形成結合水[16]。這與閆虹等[17]的研究結果一致,微波時間增加,使魚糜中水分損失加劇,凝膠結構發生變化,但持水性呈現逐漸增大的趨勢。
圖3 魚糜微波膨化時橫向馳豫時間變化圖
微波膨化2～4 min,馳豫時間減小,不易流動水T22峰比例S22減小,自由水T23消失,結合水T21峰比例SS21增加;從4～10 min,結合水T21、不易流動水T22的馳豫時間減小。
隨著微波膨化的進行,微波能首先將自由水蒸發,然后微波能作用于蛋白質,使其變性,與蛋白質相結合的部分結合水、不易流動水散失。待微波膨化結束后,只剩下結合程度較強的結合水和部分不易流動水。
表9 微波膨化過程中魚糜馳豫時間T2和峰比例的變化
2.4.2 水分含量測定 由圖4可知,微波凝膠階段,水分含量的降低存在顯著性差異(p<0.05),可能是由于微波功率較低,物料加熱均勻平緩,故水分含量的減少較慢,魚糜凝膠的含水量由75.06%±6.01%降低為63.61%±3.21%。與圖2中低場核磁中峰面積的減少趨勢一致。
圖4 水分含量隨微波時間變化圖
微波膨化階段,水分在較高的微波功率作用下,進行快速蒸發,致使水分含量快速降低,差異顯著(p<0.05),膨化制品的水分含量最終為9.54%±0.45%。同時由于水分的蒸發,使魚糜凝膠內部形成較大的蒸汽壓力,使魚糜凝膠網狀結構膨脹,形成空隙結構,產生膨化效果。
3 結論與討論
采用二因素二次回歸正交旋轉組合設計試驗,研究微波功率和微波時間對魚糜凝膠化及膨化的影響。在魚糜微波凝膠階段,得到最佳的魚糜微波凝膠化工藝參數為:微波功率為124 W,微波時間為11.0 min,在此工藝下,得到的魚糜凝膠強度為(648.10±10.04) g·cm。本試驗結果與閆虹等[17]研究采用的水浴微波聯用加熱的結果接近,可能是由于本實驗的微波功率較低,使魚糜肌原纖維蛋白有時間充分的展開,并在后期微波加熱時使蛋白的相互交聯較為充分[18]。隨著魚糜微波凝膠的形成,魚糜從溶膠狀態轉變為凝膠狀態,水分存在狀態則由不易流動水轉變為不易流動水和自由水,且逐漸向左遷移。低功率微波加熱使魚糜從溶膠變為凝膠,肌原纖維蛋白分子內的疏水基團暴露,分子間產生架橋形成三維的網狀結構,凝膠網狀結構中存在被封鎖的自由水[19]。不易流動水峰比例SS22逐漸減小,自由水峰比例SS21逐漸增大。魚糜凝膠的含水量由75.06%±6.01%降低為63.61%±3.21%,可能是由于微波對魚糜中電介質水分直接作用升溫的同時,也蒸發了一定量的水分[20]。
魚糜微波膨化階段,魚糜凝膠大小為:直徑50 mm、厚10 mm的前提下,得最佳的魚糜微波膨化工藝參數為:微波功率為273 W,微波時間為10.0 min,微波膨化魚糜制品膨脹率為258%±23.9%,硬度為(26.98±1.85) N,脆性為(13.95±1.23) N,可得到金黃色帶有魚香味的脆性膨化魚糜制品。與汪蘭等[9]的研究相比,魚糜制品膨化率接近。魚糜微波膨化過程中,水分存在狀態由結合水、不易流動水、自由水轉變為結合水、不易流動水。魚糜凝膠網狀三維結構中存在的自由水被微波能作用產熱蒸發,自由水逐漸消失,魚糜凝膠網狀結構在較強的蒸汽壓力下發生膨脹,產生膨化效果。魚糜膨化效應發生的同時,魚糜凝膠結構的破壞,可能導致蛋白分子間的疏水作用、二硫鍵等的減少[21],使蛋白基團對水的親和能力增強,形成結合水。膨化制品的水分含量最終為9.54%±0.45%。
采用本實驗的微波工藝條件對魚糜進行凝膠和膨化,可得到較佳的魚糜膨化制品,為魚糜制品加工提供參考。
