響應面法優化腌制大黃魚的低鈉復合咸味劑配方

陶文斌,2,吳燕燕,*,李春生,楊賢慶,林婉玲,榮 輝

(1.中國水產科學研究院南海水產研究所,農業農村部水產品加工重點實驗室,廣東廣州 510300;2.上海海洋大學食品學院,上海 201306)

大黃魚(Larimichthyscrocea)是我國主要的海水養殖魚類,2017年中國大黃魚養殖總量已達到17.76萬噸,產量連續幾年居海水養殖魚類首位[1]。養殖大黃魚的魚肉具有高蛋白高脂肪的特點,滋味肥美,富含呈味氨基酸和高不飽和脂肪酸,魚肉中必需氨基酸含量符合WHO/FAO的推薦標準[2]。食鹽是人們日常生活中的咸味劑,在人體中血液的酸堿平衡、血液與細胞間的滲透壓以及神經細胞間沖動的傳遞等起著重要的作用,食鹽還能夠改變食品的加工特性,延長食品貨架期。利用食鹽腌制食品具有悠久的歷史,如火腿、培根、灌腸、臘肉、板鴨、咸蛋、咸魚等多種制品。魚類的腌干制產品是最具獨特風味的傳統水產加工食品,目前大黃魚腌制品以黃魚鲞最為出名[3]。但長期攝入高鹽膳食會引發高血壓等疾病,調查發現我國北方人群鈉鹽攝入量高于南方,且高血壓患病率也高于南方[4]。現代人對健康越來越重視,越來越提倡低鹽、低鈉飲食[5],如《中國居民膳食指南(2016)》建議每天人體食鹽的攝入量不超過6 g[6]。然而在食物制作中減少食鹽的用量也會導致食物其它參數及口感質地等發生變化[7],因此,如何優化大黃魚的腌制條件使得減鹽后的大黃魚魚肉口感及質地依然能夠滿足消費者的口味也是減鹽的挑戰之一。

食鹽替代物的選用及減鹽效果已有不少研究。當細胞外液中的K+離子濃度的升高,會使腎小管對Na+的重吸收作用受到抑制,增加尿鈉排泄而使血壓降低;刺激血清中鈉泵及鉀通道的開放,內皮細胞的超極化使得血管舒張而降低血壓[8]。所以鉀鹽是首選的食鹽替代物。其次是鎂鹽[9]、鈣鹽[10]、蘋果酸鈉[11]、葡萄糖酸鈉[12]等非鈉鹽類。然而大量使用氯化鉀、氯化鎂等非鈉鹽類作為替代鹽會導致食品咸味降低并出現金屬苦味,降低食品的可接受度。另外還具有咸味的物質有谷氨酸鈉[13](MSG)和咸味肽[14]等氨基酸衍生物及肽類物質,以及植物鹽替代物(PSS)[15]、有機酸混合物(InbacTM)[16]等新型咸味物質。但是這些新型咸味物質大多數處于實驗階段,尚未能進行廣泛應用。酵母提取物(yeast extract,YE)[17-18]是由面包酵母、啤酒酵母、torula酵母或kluyveromyces酵母等酵母菌,在特定條件下通過自溶過程中細胞內核酸、蛋白質和其他大分子化合物的降解產生氨基酸和核苷酸等風味物質而產生,酵母提取物產品通常以液體、糊狀或粉末的形式。酵母提取物是一種優良的天然調味品,廣泛用于制作食品的原料,通常以液體、糊狀或粉末的形式存在。西班牙Chemital有限公司制造的低鈉鹽ArtisaltTM中含有酵母提取物,可以替代全部(100%)或部分(50%)食鹽而不會產生任何異味,且能溶解肌肉蛋白[16]。

目前大黃魚主要以冷凍和腌制加工為主[19],黃魚鲞含鹽量較高,長期食用對于人體健康不利,所以有必要開發低鈉復合咸味劑腌制的大黃魚加工產品。但腌制大黃魚如果鹽含量較低,則容易被微生物污染而變質,而且也影響產品的品質和風味,因此本研究旨在開發一種低鈉復合咸味劑來腌制大黃魚,在單因素實驗基礎上，結合響應面試驗，優化低鈉復合咸味劑的最佳配方，使腌制產品實現低鈉低鹽、具有較好風味且能抑制或延緩微生物生長。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活養殖大黃魚 每條質量500～600 g,福建省寧德市金盛水產有限公司。

低鈉鹽(氯化鈉89%、氯化鉀11%) 華潤萬家超市;酵母提取物(安琪FIG/KU系列高鮮型酵母抽提物,水分≤6%,含鹽量0%～15%,天然I+G含量2%～20%,100%的水溶性,食品級) 湖北武漢安琪酵母股份有限公司;殼聚糖(脫乙酰度≥95%,食品級) 廣州馨之味食品配料有限公司。

3-550A型高溫馬弗爐 美國Ney VULCAN公司;Titrando 809型自動電位滴定儀 瑞士Metrohm;Brookfield QTS-25質構儀 美國CNS FARNELL公司;DKN612C干燥箱 日本YAMATO公司;Agilent 7900電感耦合等離子體質譜儀 美國安捷倫公司;CEM MARS5高壓高通量微波消解裝置 美國CEM有限公司;Milli-Q超純水系統 美國密理博公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 腌制方法 將大黃魚洗凈,去內臟和魚鱗,取魚片并修剪成12 cm×6 cm×1 cm的形狀,取魚片重量的7.5%的低鈉復合咸味劑,魚片與低鈉復合咸味制溶液(腌制液)比例1∶2 (g/mL),先將低鈉復合咸味劑溶于水中制成腌制液,然后放入魚片,在0～4 ℃下腌制3.5 h。其中低鈉復合咸味劑Ⅰ(低鈉鹽+YE)直接溶于水中制成腌制液;低鈉復合咸味Ⅱ(低鈉鹽+殼聚糖),殼聚糖是酸溶性物質，需先將殼聚糖溶于少量1%醋酸中[20],后再加入水制成腌制液。

1.2.2 單因素實驗 設計單因素實驗,以感官評分、含鹽量、水分、質構、菌落總數為考察指標,通過(Ⅰ)低鈉鹽與YE的單因素實驗和(Ⅱ)低鈉鹽與殼聚糖的單因素實驗確定YE和殼聚糖的最佳添加量。

表1 低鈉鹽分別與YE酵母提取物、殼聚糖的添加量組合Table 1 The addition amount of low sodium salt,YE yeast extract and chitosan

1.2.3 響應面法優化復合咸味劑配方 在上述低鈉鹽與YE及殼聚糖組合腌制大黃魚片對大黃魚片的感官品質、含鹽量、水分含量、質構影響的單因素實驗所確定每個因素的較佳范圍基礎上,根據Box-Behnken中心設計原理,通過響應面法進一步優化低鈉鹽、YE、殼聚糖的最佳配比。選擇低鈉鹽(A)、YE(B)、殼聚糖(C)為自變量,感官評價及含鹽量為響應值。因素水平取值及編碼見表2,每個實驗重復三次,結果取平均值。

表2 響應面試驗因素水平表Table 2 Factor and level of response surface experiment

1.2.4 含鹽量的測定 按照GB 5009.44-2016《食品安全國家標準 食品中氯化物的測定》[21]。

1.2.5 鈉含量的測定 按照GB 5009.91-2017《食品安全國家標準 食品中鉀、鈉的測定》[22]。

1.2.6 水分含量的測定 按照GB 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》[23]。

1.2.7 質構的測定 使用Brookfield QTS-25質構儀以及P/5平底圓柱形探頭進行測定,參考楊華等[24]方法，使用測試模式為質地多面剖析(TPA)模式,測試速度為0.5 mm/s,返回速度為0.5 mm/s,循環次數為2次,觸發點負載為5.0 g。每組實驗重復8次,結果取平均值。

1.2.8 感官評定 大黃魚片腌制完成后,將其蒸熟(待蒸鍋中的水沸騰后將魚片放入,蒸8 min),進行感官評定。感官評定小組由10位有經驗的感官評價員組成,對產品的外觀、異味、滋味、質地四方面進行評價,總分為100分,評價標準如表3所示[25-26]。

表3 感官評定標準Table 3 Sensory evaluation standard

1.2.9 菌落總數的測定 根據GB 4789.2-2016《食品微生物學檢驗-菌落總數測定》[27]進行。

1.4 數據分析

用Excel 2016軟件處理數據,再用SPSS 22統計分析軟件對各參數進行顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 低鈉鹽與YE添加量對大黃魚片品質的影響

2.1.1 產品含鹽量與感官評價 由圖1可見隨著低鈉鹽用量的降低和YE添加量的增加,魚肉的含鹽量總體呈現下降趨勢。隨著YE添加量的不斷增加,魚肉的感官評分呈現先上升后下降的趨勢,其中第3組(低鈉鹽7.1%,YE 0.4%添加量)的感官評分最高。低鈉鹽中鉀含量增加的同時會給食品帶來感官上的苦味,可以使用有機酸補償因減少氯化鈉而產生的咸味下降并掩蓋苦味[28]。而YE不僅能夠放大人體味覺的受體接受度,而且還能放大對鈉離子的接受度[29]。同時還能掩蓋苦味和異味,增強食品的口感滿意度[30]。所以,在添加適量酵母提取物的情況下,盡管食鹽用量減少,但是人體對于咸味及鮮味的感受度沒有顯著的變化,即低鹽食品在添加酵母提取物后依然能夠滿足消費者對鮮味及咸味的需求。本研究低鈉鹽與YE的的單因素實驗中,第2組樣品的感官評分比第1組高,其中兩組在咸味方面幾乎相似,而第2組樣品因YE的添加而具有一定的鮮味,使得在整體口感方面更好,即添加YE能使增加產品的鮮味。第3組的樣品感官評分最高,樣品具有鮮味,且咸味適宜。從第4組開始感官評分呈現下降趨勢的主要原因是感官上表現為魚肉的咸味逐漸上升,咸味使人難以接受,因而滋味的分數較低,而色澤、氣味及質地方面在感官上并無明顯差別,但是依然能保持較高程度的鮮味。這也說明本研究所用的酵母提取物擁有較強的增咸增鮮能力。

2.1.2 產品質構特性與水分含量 腌制過程使魚肉蛋白質變性,魚肉質地也發生變化。隨著YE添加量的不斷增加,低鈉鹽的含量不斷減少,魚片的硬度呈先下降后上升的趨勢(表4)。從數據分析上可以看出,YE的添加量超過0.6%后對產品的硬度有顯著性的影響(P<0.05),表現為硬度較大幅度降低。另外,隨著YE添加量的不斷增加,低鈉鹽的含量不斷減少,魚肉的水分含量呈現先上升再下降的趨勢(圖2),與硬度呈現先下降后上升的趨勢(表4)一致。這一方面是食鹽含量減少,在一定程度上對魚肉蛋白變性的影響降低,所以魚肉硬度下降,另一方面,當YE用量較大時,由于其是酵母提取物,當量較大時也能溶解魚肉蛋白[16],所以YE用量在達到1.4%時產品硬度開始增大。添加YE對產品的彈性及咀嚼性有顯著性的影響(P<0.05),而隨著YE添加量的不斷增加,對產品的彈性及咀嚼性無顯著性的影響(P>0.05)。綜上所述,YE的添加量選擇0.4%為宜。

表4 低鈉鹽與YE添加量對大黃魚片質構的影響Table 4 Effects of addition of low sodium salt and YE on texture of Larimichthys croaker fillets

注:表中數據以平均值±標準差表示。同一列數值上標不同字母表示差異顯著(P<0.05),下同。

圖2 低鈉鹽與YE添加量對大黃魚片水分的影響Fig.2 Effects of addition of low sodium salt and YE on water content of Larimichthys croaker fillets

2.2 低鈉鹽與殼聚糖添加量對大黃魚片品質的影響

2.2.1 感官評價及含鹽量 殼聚糖是N-脫乙酰化形式的甲殼素和具有不同程度N-乙酰化的線性多糖[31],具有抑制微生物活性的能力,且本身不含有鹽分。隨著低鈉鹽的用量逐漸下降,各組的含鹽量也在不斷下降(圖3)。而產品的感官評分整體上呈現先上升后下降的趨勢,評分高于70分的是第4、5、6、7組,含鹽量在2.92%～3.11%范圍內。其中第5組的感官評分最高,達到76.25分,含鹽量為3.04%(圖3)。而第1、2、3組由于含鹽量較高,魚肉表現為咸味太重,從而導致感官評分較低;第8組的魚肉由于含鹽量太低,魚肉表現為咸味太淡,從而導致感官評分較低。因為殼聚糖不提供鹽分和咸味,所以產品含鹽量在2.92%～3.11%范圍內時咸味適宜,同時感官評分較高。這也說明影響該組單因素實驗中魚肉感官評分的主要因素是咸味,而殼聚糖對感官評分幾乎沒有影響。

圖3 低鈉鹽與殼聚糖添加量對大黃魚片感官評分及含鹽量的影響Fig.3 Effects of addition of low sodium salt and chitosan on sensory score and salt content of Larimichthys croaker fillets

2.2.2 質構特性與水分 在食鹽添加量一定的情況下,隨著殼聚糖的添加量不斷增加,產品的硬度、彈性和咀嚼性呈現先下降后升的趨勢(表5)。數據分析可知,當殼聚糖的添加量超過0.5%后對產品的硬度有顯著性的影響(P<0.05)。而產品的水分含量呈現先上升后緩慢下降的趨勢(圖4)。殼聚糖的添加量為0.5%～1.7%時產品的彈性及咀嚼性均無顯著性差異(P>0.05)。

圖4 低鈉鹽與殼聚糖添加量對大黃魚片水分的影響Fig.4 Effects of addition of low sodium salt and chitosan on water content of Larimichthys croaker fillets

不斷增加的殼聚糖添加量在魚肉表面形成一層膜,減少了水分的流失,所以魚肉的硬度較小,至1.2%時硬度最低。另外,圖4中各組水分含量值在73.72%～74.34%,數據波動不大,說明其有一定保水功能。而當添加量在1.7～2.0%時,硬度有所回升。可能的原因是殼聚糖是甲殼素經脫乙酰反應后得到的,脫乙酰基程度(D.D)表征了分子鏈上胺基(NH2)含量的多少。隨著D.D增加,由于胺基質子化而使殼聚糖在稀酸溶液中帶電基團增多,聚電解質電荷密度增加,導致魚肉蛋白質的結構發生變化。本實驗所用的殼聚糖脫乙酰度為95%以上,所以其用量增加時,影響魚肉蛋白使其容易變性,所以魚肉硬度略有增加。然而當殼聚糖用量超過1.2%后,魚肉硬度開始增加,但并沒有超過未加殼聚糖時魚肉的硬度,其中機理尚不明確,有待于進一步研究。

表5 低鈉鹽與殼聚糖添加量對大黃魚片質構的影響Table 5 Effects of addition of low sodium salt and chitosan on texture of Larimichthys croaker fillets

2.2.3 菌落總數 在食鹽添加量一定的情況下,隨著殼聚糖的添加量不斷增加,產品的菌落總數值呈現逐漸下降的趨勢(圖5)。殼聚糖的添加量為0.5%～1.2%(第2組～第4組)時，產品的菌落總數無顯著性差異(P>0.05);殼聚糖的添加量超過1.2%后對產品的菌落總數有顯著性的影響(P<0.05),殼聚糖的添加量為1.5%～1.7%時產品的菌落總數無顯著性差異(P>0.05)，殼聚糖添加量超過1.7%后產品菌落總數顯著降低(P<0.05)。從菌落總數下降幅度來看,圖5中有三處菌落總數呈現明顯下降的趨勢,即殼聚糖的添加量分別為0.5%、1.5%、2.0%。因此,殼聚糖的添加量不小于1.5%時的抑菌保鮮效果更好,考慮到成本問題,殼聚糖的添加量選擇1.5%(第6組,低鈉鹽∶殼聚糖為5.5∶1.5)為宜。

添加殼聚糖主要用于產品防腐,則應選擇殼聚糖的添加量選擇1.5%為宜,當殼聚糖的添加量為1.5%時,對產品的水分及質構參數無明顯差異(P>0.05),并且感官評分僅次于最高的第5組。綜上所述,殼聚糖的添加量選擇1.5%為宜。

圖5 低鈉鹽與殼聚糖添加量對大黃魚片菌落總數的影響Fig.5 Effects of addition of market low sodium salt and chitosan on total number ofcolonies of Larimichthys croaker fillets

2.3 響應面法優化低鈉復合咸味劑腌制大黃魚片的配比參數

2.3.1 響應面法試驗結果分析 根據Box-Behnken中心設計原理,基于單因素實驗,選擇A(低鈉鹽添加量)、B(YE添加量)、C(殼聚糖添加量)為自變量,選用感官評分及含鹽量作為響應值設計實驗(表6)。

表6 響應面法優化實驗設計和結果Table 6 Experimental design and results of Box-Behnken design

2.3.2 響應面模型建立及方差分析 利用Design Expert軟件對響應面法優化實驗得到的感官評分及含鹽量的數據(表6)進行多元擬合回歸分析,結果如下。

感官評分的二次多項回歸方程為:

Y1=-246.908+66.789A+196.08B+84.19C-10.85AB-1.25AC+1.625BC-3.929A2-160.725B2-59.6C2

注:**表示極顯著(P<0.001);*表示顯著(P<0.05),表8同。

表8 含鹽量的方差分析結果Table 8 Analysis of variance for salt content

含鹽量的二次多項回歸方程為:

Y2=-15.08831+3.65775A+4.13625B+6.63375C+0.0875AB-0.2AC-2.875BC-0.21775A2-3.19375B2-2.88125C2

2.3.3 響應面交互作用分析 利用Design Expert軟件對實驗結果進行回歸擬合分析,制作三維曲面圖(圖6～圖7)。曲面圖中曲線的變化弧度越大,則因素對響應值的影響越大[32]。曲面圖中等高線形狀可直觀反映兩個因素之間的交互作用強弱,通常形狀呈現橢圓形則交互作用顯著,呈現圓形則交互作用不顯著[33]。

圖6顯示,因素B的響應面弧度最大,因素A次之,因素C的趨于平緩而影響最小。因此,三個因素對產品感官評分產生的影響由大到小依此為:B(YE添加量)>C(殼聚糖添加量)>A(低鈉鹽添加量),這與表7中的方差分析結果一致。從等高線形狀來看,低鈉鹽添加量與YE添加量、低鈉鹽添加量與殼聚糖添加量、YE添加量與殼聚糖添加量均有不同程度的交互作用,其中低鈉鹽添加量與YE添加量的交互作用更強,說明兩種因素的交互作用對感官評分的影響顯著。

圖7顯示,因素A的響應面弧度最大,因素B次之,因素C的影響最小。因此,三個因素對產品含鹽量產生的影響由大到小依此為:A(低鈉鹽添加量)>B(YE添加量)>C(殼聚糖添加量),這與表8中的方差分析結果一致。從各響應面坡度來看,低鈉鹽添加量與YE添加量、低鈉鹽添加量與殼聚糖添加量、YE添加量與殼聚糖添加量均有不同程度的交互作用,其中YE添加量與殼聚糖添加量的交互作用更強,說明兩因素間的交互作用對含鹽量的影響顯著。

圖7 各因素交互作用對含鹽量影響的響應面分析圖Fig.7 Response surface analysis of the influence of various factors on salt content

2.4 模型驗證

通過Design Expert軟件對感官評分及含鹽量兩種響應值的實驗結果進行優化預測,得出最佳配方比例為低鈉鹽添加量7.57%,YE酵母提取物添加量0.39%,殼聚糖添加量1.48%。設置對照組為氯化鈉7.5%,對模型的準確性進行驗證,重復3次,取平均值。結果顯示,優化后產品的感官評分為75.83分,含鹽量為3.02%,與模型預測值相近,說明得到的響應面實驗模型可以用于實際值的預測。對照組的鈉含量為184.76 mg/100 g,而優化后產品的鈉含量為140.79 mg/100 g,比對照組減少了23.80%,降鈉效果良好。菌落總數結果為3.33 lg(CFU/g),比對照組(3.56 lg(CFU/g))低;從菌落個數來看,比對照組減少近39.98%。

3 結論

本研究表明YE和殼聚糖分別與低鈉鹽組合均能達到低鈉、低鹽和抑制細菌生長的目的。以感官評分和含鹽量作為響應值,響應面法優化低鈉鹽、YE和殼聚糖的用量,獲得低鈉鹽、YE和殼聚糖的最佳用量配比:低鈉鹽添加量7.57%，YE酵母提取物添加量0.39%，殼聚糖添加量1.48%。使用該優化配方比例得到的腌制大黃魚片,感官評分為75.83分,含鹽量為3.02%;鈉含量為140.79 mg/100 g,比對照組減少了23.80%,具有良好的減鈉效果;同時也使產品鮮度得以提升,口感和品質更佳;菌落總數結果為3.33 lg(CFU/g),比對照組降低了39.98%。因此,用該低鈉復合咸味劑腌制大黃魚,不僅能使腌制大黃魚的食鹽含量較低,且鈉離子含量較低,菌落總數低,產品鮮度和品質得到較好地提升,從而為黃魚鲞的加工提供新的工藝技術,開發滿足不同人群需求的大黃魚腌制產品。