王雪松,謝晶,2,3*
1(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院,上海,201306) 2(食品科學(xué)與工程國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(上海海洋大學(xué)),上海,201306) 3(上海冷鏈裝備性能與節(jié)能評(píng)價(jià)專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái),上海,201306)
竹莢魚屬鱸形目,鲹科魚類,又名馬鯖魚、巴浪魚,營養(yǎng)豐富,富含多種不飽和脂肪酸,已被列為我國遠(yuǎn)洋漁業(yè)重點(diǎn)捕撈和研究對(duì)象,年捕撈量逐年遞增[1]。竹莢魚遠(yuǎn)洋捕撈之后需立即冷凍以保持其鮮度,以實(shí)現(xiàn)長途運(yùn)輸和銷售。但是不同的凍結(jié)方式因其工藝以及凍結(jié)速率的不同,會(huì)對(duì)水產(chǎn)品的蛋白質(zhì)和脂肪氧化程度、肌肉組織形態(tài)、色澤質(zhì)地、水分流失等造成不同的影響[2],因而研究不同凍結(jié)方式對(duì)竹莢魚品質(zhì)的影響意義重大。
目前,國內(nèi)外關(guān)于不同凍結(jié)工藝對(duì)水產(chǎn)品品質(zhì)的影響研究較為廣泛[3-9]。對(duì)水產(chǎn)品凍結(jié)方式的研究主要集中在平板凍結(jié)、冰箱凍結(jié)、不凍液浸漬凍結(jié)上,而在螺旋式凍結(jié)上的研究較少,然而這種凍結(jié)方式常在生產(chǎn)中應(yīng)用于水產(chǎn)品冷凍。本項(xiàng)目組以竹莢魚為研究對(duì)象,通過平板凍結(jié)、螺旋凍結(jié)、擱架式速凍庫凍結(jié)、不凍液浸漬凍結(jié)4種工藝對(duì)竹莢魚進(jìn)行凍結(jié)保鮮,以保水性、電導(dǎo)率、質(zhì)構(gòu)、丙二醛含量、巰基、高鐵肌紅蛋白為品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo),并結(jié)合低場(chǎng)核磁共振儀和光學(xué)顯微鏡來觀察魚肉的水分分布以及組織結(jié)構(gòu),從而為優(yōu)化竹莢魚凍結(jié)工藝提供理論依據(jù)。
新鮮竹莢魚由臺(tái)州市弘帆漁業(yè)服務(wù)有限公司提供,選取大小均一的個(gè)體,魚體長度16~20 cm,單體質(zhì)量(100±40)g,采用一層冰一層魚的方式運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行冷凍處理。
CaCl2(分析純)、KCl(分析純)、磷酸鹽緩沖溶液、二甲苯、無水乙醇、乙酸、蘇木精染液、伊紅染液,生工生物工程(上海)有限公司;Bradford法蛋白濃度測(cè)定試劑盒、微量總巰基測(cè)試盒、丙二醛(MDA)測(cè)試盒,南京建成生物工程研究所。
平板速凍機(jī)、螺旋速凍機(jī),煙臺(tái)冰輪股份有限公司;擱架式超低溫速凍庫,江蘇兆勝空調(diào)有限公司;DS系列低溫恒溫槽,上海方瑞儀器有限公司;Fluke 2640A網(wǎng)絡(luò)型多點(diǎn)溫度采集儀,美國福祿克電子儀器儀表公司;CR-400型色彩色差計(jì),日本柯尼卡美能達(dá)公司;TA.XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀,英國Stable Micro Systems公司;湘儀H-2050R冷凍離心機(jī),湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司;UV-1102型紫外可見分光光度儀,上海天美儀器有限公司;Meso MR23-060H-I型NMR分析及成像系統(tǒng),上海紐邁電子科技有限公司;Eclipse E200生物顯微鏡,日本尼康儀器有限公司;F-7100熒光分光光度計(jì),日本日立公司。
1.3.1 原料預(yù)處理
用潔凈的冷卻水清洗魚體,然后將新鮮竹莢魚樣品分別放入-30 ℃平板凍結(jié)機(jī)、-35 ℃螺旋速凍機(jī)(風(fēng)機(jī)頻率50 kHz,風(fēng)速6.67 m/s)、-30 ℃擱架速凍庫(凍結(jié)間尺寸為4.0 m×2.5 m×2.1 m,凍結(jié)強(qiáng)度為50 kg/h)、-40 ℃不凍液浸漬凍結(jié)機(jī)(質(zhì)量濃度為29.3% CaCl2鹽水溶液)中進(jìn)行速凍,待速凍竹莢魚的魚體中心溫度達(dá)到-18 ℃時(shí),立即取出封裝于標(biāo)記好的自封袋中,轉(zhuǎn)移到-18 ℃冰箱中貯藏10 d以穩(wěn)定各組樣品的溫度,以新鮮竹莢魚作為對(duì)照組,凍結(jié)組均在4 ℃冷藏解凍后進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。
1.3.2 凍結(jié)曲線的測(cè)定
在平板凍結(jié)(-30 ℃)、螺旋凍結(jié)(-35 ℃)、擱架速凍庫凍結(jié)(-30 ℃)、鹽水浸漬凍結(jié)(-40 ℃)4種速凍時(shí),分別把熱電偶的探頭插入竹莢魚魚體的幾何中心(魚體長度一半的位置),通過多點(diǎn)溫度采集儀實(shí)時(shí)記錄魚體凍結(jié)過程的溫度變化。
1.3.3 質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定
參考TORRES等[10]的方法。取解凍后的竹莢魚,切成2.0 cm×2.0 cm×1.0 cm的片狀,采用TA.XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定,采用P/6平底柱形探頭,測(cè)前速率為4 mm/s,測(cè)試速度為5 mm/s,形變量為60%,回程距離為20 mm。每組樣品平行測(cè)定5次。
1.3.4 保水率測(cè)定
汁液損失參照公式(1)計(jì)算:

(1)
式中:m1,凍前竹莢魚質(zhì)量,kg;m2,凍結(jié)后竹莢魚質(zhì)量,kg。
持水力參考譚明堂等[11]的方法,按照公式(2)計(jì)算:

(2)
式中:m3,離心前竹莢魚質(zhì)量,kg;m4,離心后竹莢魚質(zhì)量,kg。
蒸煮損失參考梁鉆好等[12]的方法,按公式(3)計(jì)算:

(3)
式中:m5,蒸煮前的竹莢魚樣品質(zhì)量,kg;m6,蒸煮后竹莢魚樣品的質(zhì)量,kg。
以上各參數(shù)每組樣品均重復(fù)3次。
1.3.5 巰基含量的測(cè)定
參考EYMARD等[13]的方法提取魚肉的肌原纖維蛋白,并用Bradford法試劑盒測(cè)定蛋白濃度,然后用總巰基測(cè)試盒來測(cè)定肌原纖維蛋白溶液中巰基的含量。
1.3.6 丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量的測(cè)定
取2 g魚肉,加入18 mL生理鹽水制成樣品組織液,機(jī)械勻漿,以5 000 r/min離心10 min。采用丙二醛測(cè)試盒法測(cè)定魚肉中MDA含量。
1.3.7 高鐵肌紅蛋白含量的測(cè)定
根據(jù)余文暉等[14]的方法。高鐵肌紅蛋白含量按照公式(4)計(jì)算:
高鐵肌紅蛋白/%=
(4)
式中:Ai,在波長i處的吸光值。
1.3.8 蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)
根據(jù)LI等[15]的方法使用F-7100熒光分光光度計(jì)測(cè)量肌原纖維蛋白溶液300~400 nm的固有熒光發(fā)射光譜,縫隙的激發(fā)波長和寬度分別設(shè)為295 nm和10 nm。
1.3.9 核磁分析
1.3.10 光學(xué)顯微鏡觀察
參考湯元睿等[17]的方法。取魚背部肌肉3.0 mm×3.0 mm×3.0 mm小塊,置于Carnoy固定液[V(乙醇)∶V(冰醋酸)=3∶1]中靜置24 h,然后進(jìn)行乙醇梯度脫水,二甲苯透明處理,用石蠟包埋,制成1 cm3的石蠟塊,然后用Leica切片機(jī)切片,最后在蘇木精-伊紅法染色后,在光學(xué)顯微鏡下觀察。
竹莢魚在4種凍結(jié)方式下從10 ℃到-18 ℃的溫度變化曲線如圖1所示。鹽水浸漬凍結(jié)、螺旋凍結(jié)、擱架速凍庫凍結(jié)(速凍庫凍結(jié))、平板凍結(jié)通過最大冰晶生成帶(-5~-1 ℃)的時(shí)間分別為6、39、51、78 min。各組的凍結(jié)過程均未發(fā)生過冷現(xiàn)象,可能是由于速凍的原因?qū)е逻^冷現(xiàn)象不明顯[18]。鹽水浸漬凍結(jié)整個(gè)過程耗時(shí)20 min,顯著快于其他3種凍結(jié)方式,這是由于魚體與冷鹽水直接接觸進(jìn)行凍結(jié),液體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是空氣的幾十倍,故凍結(jié)速度最快[19]。其次為螺旋凍結(jié),因?yàn)槁菪齼鼋Y(jié)傳送帶為網(wǎng)狀,冷凍過程中空氣與魚體的上下兩側(cè)均產(chǎn)生強(qiáng)制對(duì)流傳熱,因此其凍結(jié)速度快于速凍庫凍結(jié)。平板凍結(jié)是讓冷板直接與魚盤中的竹莢魚接觸,通過熱傳導(dǎo)使其快速凍結(jié),但因是先放魚樣再啟動(dòng)制冷機(jī)組,因此平板凍結(jié)耗時(shí)最長(196 min)。

圖1 不同凍結(jié)方式下竹莢魚的凍結(jié)曲線Fig.1 Freezing curves of horse mackerel underdifferent freezing methods
高鐵肌紅蛋白含量直接決定了紅肉魚的色澤品質(zhì)。新鮮的竹莢魚魚肉呈現(xiàn)富有光澤的紅色,這是由于魚肉中存在富含亞鐵肌紅蛋白,這種蛋白會(huì)在冷凍和貯藏過程中發(fā)生降解,使魚肉由最初的鮮紅色轉(zhuǎn)變成紅褐色[20],不同凍結(jié)方式下竹莢魚高鐵肌紅蛋白含量如圖2所示。

圖2 凍結(jié)方式對(duì)竹莢魚高鐵肌紅蛋白的影響Fig.2 Effects of different freezing methods on highiron myoglobin of horse mackerel注:不同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)(下同)
由圖2可知,螺旋凍結(jié)和擱架速凍庫凍結(jié)組的高鐵肌紅蛋白含量均高于平板凍結(jié)組,這是因?yàn)榍?種凍結(jié)方式均以空氣作為傳熱介質(zhì),凍結(jié)過程中O2含量充足,更有利于高鐵肌紅蛋白的形成。鹽水浸漬凍結(jié)組的高鐵肌紅蛋白含量最接近對(duì)照組,這可能是由于凍結(jié)速度快,并且浸沒于鹽水中隔絕O2,減少了亞鐵肌紅蛋白氧化成高鐵肌紅蛋白,從而保持了魚肉的色澤,徐慧文等[21]研究了鹽水浸漬冷凍過程中金槍魚品質(zhì)的變化,發(fā)現(xiàn)鹽水凍結(jié)組的肌紅蛋白氧化速率慢于空氣組,與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果一致。
質(zhì)構(gòu)特性是用于表征水產(chǎn)品肌肉品質(zhì)變化的重要指標(biāo)。凍結(jié)過程中,冰晶的形成使細(xì)胞受到一定的機(jī)械損傷,導(dǎo)致肌肉纖維變形,從而降低魚肉的硬度。另外,低溫會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,使魚肉的黏著性和膠黏性下降,蛋白質(zhì)含量的減少會(huì)導(dǎo)致魚肉咀嚼性變差,回復(fù)性降低[22]。由表1可知,在硬度、膠黏性、咀嚼性上:螺旋凍結(jié)>速凍庫凍結(jié)>鹽水浸漬凍結(jié)>平板凍結(jié),黏著性和回復(fù)性上:螺旋凍結(jié)>速凍庫凍結(jié)>平板凍結(jié)>鹽水浸漬凍結(jié)。平板凍結(jié)是由于凍結(jié)過程中,魚體間相互擠壓導(dǎo)致質(zhì)構(gòu)特性較差,這與鞏濤碩等[23]的研究結(jié)果一致。鹽水浸漬凍結(jié)組的黏著性和回復(fù)性最差,與鄧敏等[24]的研究結(jié)果不一致,可能是由于凍結(jié)速率快,表面溫度下降快,產(chǎn)生低溫?cái)嗔褜?dǎo)致的。結(jié)果表明,螺旋凍結(jié)組的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)與對(duì)照組最接近,說明可以較好保持魚肉肌肉的質(zhì)構(gòu)特性。

表1 凍結(jié)方式對(duì)竹莢魚質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 1 Effects of different freezing methods on texture of horse mackerel
竹莢魚的不飽和脂肪酸含量高,即使在很低的溫度下也會(huì)保持液體狀態(tài),在凍結(jié)過程中由于冰晶的壓力使脂肪酸轉(zhuǎn)移到表層,使其更易被氧化,產(chǎn)生有害物質(zhì)[25]。MDA則是魚肉脂肪氧化的二級(jí)產(chǎn)物之一,其含量越大,說明魚肉脂肪氧化程度越高[26]。由圖3可知,對(duì)照組的MDA含量為0.14 nmol/mg,4種凍結(jié)方式的MDA含量均較對(duì)照組高且組間存在差異性,說明4種凍結(jié)方式均會(huì)導(dǎo)致脂肪氧化。其中鹽水浸漬凍結(jié)的MDA值含量最高,脂肪氧化程度最高,ROMOTOWSKA等[27]的研究也發(fā)現(xiàn)在鹽水浸漬凍結(jié)的大西洋鯖魚相比未鹽浸組的TBA值高,說明鹽浸處理加快了魚肉的脂肪氧化速率。螺旋凍結(jié)的MDA含量為0.33 nmol/mg,最接近對(duì)照組,這是由于其凍結(jié)速率快,冰晶對(duì)細(xì)胞的機(jī)械損傷小,水分流失少,從而減緩了竹莢魚的脂肪氧化變質(zhì)。

圖3 凍結(jié)方式對(duì)竹莢魚MDA含量的影響Fig.3 Effects of different freezing methods on MDAcontent of horse mackerel
魚肉冷凍過程中,肌肉纖維蛋白發(fā)生的變性及氧化會(huì)對(duì)魚肉水分、質(zhì)地等品質(zhì)造成損傷[28]。由于半胱氨酸是對(duì)氧化最敏感的氨基酸殘基之一,因此半胱氨酸殘基上巰基的丟失被認(rèn)為是肉類蛋白質(zhì)氧化的重要標(biāo)志,巰基含量越小,蛋白氧化程度越高[29]。蛋白質(zhì)變性造成蛋白質(zhì)二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)遭受破壞,熒光光譜法被廣泛用于測(cè)定色氨酸等芳香族氨基酸的暴露量指數(shù),從而監(jiān)測(cè)肌原纖維蛋白的構(gòu)象變化,較低的熒光強(qiáng)度是肌原纖維蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展的標(biāo)志[30]。巰基和蛋白熒光強(qiáng)度的變化趨勢(shì)見圖4、圖5,有研究表明脂類分解的氧化產(chǎn)物對(duì)蛋白質(zhì)氧化及變性有促進(jìn)作用[31]。鹽水浸漬凍結(jié)的巰基含量以及蛋白熒光強(qiáng)度最低,其快速凍結(jié)速率并沒有減緩蛋白氧化,這可能是由于魚肉蛋白與鹽類濃溶液接觸,發(fā)生鹽析作用而導(dǎo)致其變性。平板凍結(jié)組因凍結(jié)時(shí)間較長,肌肉間隙間形成大冰晶,使肌細(xì)胞內(nèi)的肌原纖維被擠壓,集結(jié)成束,蛋白質(zhì)反應(yīng)基相互結(jié)合形成各種交聯(lián)。螺旋凍結(jié)組的巰基含量及蛋白熒光強(qiáng)度與對(duì)照組最為接近,說明螺旋凍結(jié)組可以有效地保持竹莢魚肌原纖維蛋白的品質(zhì)。

圖4 凍結(jié)方式對(duì)竹莢魚總巰基含量的影響Fig.4 Effects of different freezing methods on total proteinsulfhydryl content of horse mackerel

圖5 凍結(jié)方式對(duì)竹莢魚蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)的影響Fig.5 Effects of different freezing methods on proteintertiary structure of horse mackerel
魚肉的保水性是評(píng)價(jià)冷凍水產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)之一,汁液流失會(huì)使魚肉的質(zhì)量減少,營養(yǎng)成分與風(fēng)味也會(huì)受到影響。汁液流失是由于在凍結(jié)過程中冰晶的產(chǎn)生對(duì)魚肉組織產(chǎn)生機(jī)械損傷,從而使魚肉中的蛋白質(zhì)、淀粉等物質(zhì)持水能力下降所造成的。由表2中可以看出,螺旋冷凍組的持水力與蒸煮損失最接近對(duì)照組;平板凍結(jié)組的汁液損失(2.16%)最嚴(yán)重,可能是因?yàn)閮鼋Y(jié)速率慢,生成的冰晶大,導(dǎo)致組織細(xì)胞失水嚴(yán)重,且因冷板的擠壓導(dǎo)致魚體表面的水分流失,導(dǎo)致其保水性最差,這與譚明堂等[3]的研究結(jié)果相一致。
橫向弛豫時(shí)間T2的分析曲線上顯示3個(gè)代表3種水成分的峰,分別為:T2b(<10 ms)代表與大分子緊密結(jié)合的結(jié)合水;T21(30~100 ms)為固定在肌原纖維結(jié)構(gòu)中的不易流動(dòng)水;T22(>100 ms)代表肌原纖維外的游離水[30]。T2的大小反映了水與肌肉組織之間的結(jié)合力強(qiáng)度,其值越大說明水分流動(dòng)性越強(qiáng),峰的面積代表每種水分的相對(duì)含量。表3、圖6分別表示不同凍結(jié)方式下3種水分的T2及相對(duì)含量。各凍結(jié)組的3種水分的T2均顯著大于對(duì)照組,說明凍結(jié)會(huì)導(dǎo)致水分從肌原纖維蛋白中流出。鹽水浸漬凍結(jié)組、平板凍結(jié)組的水分弛豫時(shí)間較大,并且自由水的相對(duì)含量較多,說明肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)破壞較嚴(yán)重,從而增加了水的流動(dòng)性,這與表2中保水性的研究結(jié)論相一致。螺旋凍結(jié)組的水分T2和相對(duì)含量均最接近對(duì)照組,說明螺旋凍結(jié)組可以減少凍結(jié)過程魚肉的水分流失。

表2 凍結(jié)方式對(duì)竹莢魚保水性的影響 單位:%

表3 凍結(jié)方式對(duì)竹莢魚橫向弛豫時(shí)間的影響 單位:ms

圖6 凍結(jié)方式對(duì)竹莢魚各狀態(tài)水分含量的變化Fig.6 Effect of different freezing methods on waterdistribution of different status of horse mackerel
核磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)可以直觀地觀察加工過程中魚肉內(nèi)部組織的水分分布及遷移情況[32]。相應(yīng)的偽彩色圖像如圖7所示,其中紅色表示質(zhì)子信號(hào)密度高,藍(lán)色表示質(zhì)子信號(hào)密度低。弛豫時(shí)間較短的水在魚肉樣品中占主導(dǎo)地位,即圖像亮度越高(趨于紅色),水分流失越少[33]。由圖7可以看出,各凍結(jié)組的MRI圖像相對(duì)于對(duì)照組的紅色區(qū)域明顯減少,說明凍結(jié)過程使水從肌原纖維內(nèi)逐漸排入肌原纖維間隙中,然后由于汁液損失而流向魚肉表面。MRI圖亮度由高到低依次為對(duì)照組、螺旋凍結(jié)、速凍庫凍結(jié)、平板凍結(jié)、鹽水浸漬凍結(jié)。同樣證明了螺旋凍結(jié)組的保水性優(yōu)于其他凍結(jié)組。

圖7 不同凍結(jié)方式下竹莢魚的核磁共振成像圖Fig.7 MRI of different freezing methods on horse mackerel
光學(xué)顯微鏡中觀察到的魚肉組織外存在間隙是由于冰晶引起的機(jī)械損傷,通常凍結(jié)速度越快,產(chǎn)生的冰晶越小,對(duì)魚肉組織細(xì)胞造成的機(jī)械損傷越小[34]。圖8可以看出,對(duì)照組新鮮竹莢魚的肌肉組織最完整,肌纖維間隙最小。從縱斷面的組織結(jié)構(gòu)圖可以看出,經(jīng)過各凍結(jié)處理后,魚肉的肌纖維均發(fā)生一定程度的斷裂。綜合橫斷面和縱斷面的組織結(jié)構(gòu)圖,可以看出鹽水浸漬凍結(jié)組和螺旋凍結(jié)組的魚肉組織狀態(tài)最接近對(duì)照組,這是由于這兩組凍結(jié)速率快,生成的冰晶小,對(duì)肌肉組織破壞小。凍結(jié)速率較慢的平板凍結(jié)組和速凍庫凍結(jié)組均出現(xiàn)較大的肌纖維間隙,且平板凍結(jié)組的肌纖維斷裂明顯,可能是由于形成更大的冰晶造成魚肉肌纖維撕裂。

圖8 凍結(jié)方式對(duì)竹莢魚微觀組織結(jié)構(gòu)的影響(×100)Fig.8 Effects of different freezing methods onmicrostructure of horse mackerel (×100)
本文研究了4種快速凍結(jié)方式對(duì)竹莢魚水分、組織變化、蛋白脂肪氧化3個(gè)方面品質(zhì)上的影響。結(jié)果表明,平板凍結(jié)、擱架速凍庫凍結(jié)2組的凍結(jié)速率較慢,導(dǎo)致肌纖維結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,魚肉品質(zhì)下降,不推薦使用;鹽水浸漬凍結(jié)耗時(shí)最短,但因魚體與鹽水直接接觸,魚肉保水性較差,蛋白質(zhì)變性和脂肪氧化程度較高,因此并不是最優(yōu)的速凍方式,若要利用這種凍結(jié)方式速度快的優(yōu)點(diǎn),則建議采用貼體包裝后再進(jìn)行不凍液凍結(jié);螺旋凍結(jié)組的凍結(jié)速率較快,且保水性、質(zhì)構(gòu)特性、蛋白質(zhì)脂肪氧化等品質(zhì)最接近對(duì)照組,肌纖維破壞較小,可以較好保持魚肉品質(zhì),是推薦的竹莢魚凍結(jié)方式。