微波巴氏殺菌對軟包裝大馬哈魚魚片的品質影響

薛倩倩，姜曉明，溫運啟，薛長湖，欒東磊

（1.中國海洋大學食品科學與工程學院，山東 青島 266003；2.上海海洋大學食品學院，食品熱加工工程技術中心，上海 201306）

大馬哈魚（Oncorhynchus ketaWalbaum）屬鮭科、大麻哈魚屬、洄游性魚類，親魚繁殖后逐漸死亡，終生只繁殖一次，廣泛分布于北太平洋及沿岸國家河流，在我國主要分布在黑龍江、烏蘇里江、圖們江、綏芬河等水域，具有重要的經濟價值和科學研究價值。大馬哈魚營養豐富[1]、脂肪含量較低。大馬哈魚常以冷凍的形式在市場上流通，目前市面上的即食大馬哈魚品類單一，制作方式一般是先醬鹵后熏制，可以常溫保存，但含鹽量高，口感硬、柴。隨著生活品質的提高，添加劑含量少、含鹽量低、口感新鮮的食品越來越受到消費者的關注。因此，如何使用最低限度的加工方法保證食品安全并延長食品貨架期成為亟待解決的問題。

現代冷鏈物流發展迅速[2]，巴氏殺菌技術展現出巨大的發展活力。然而傳統的巴氏殺菌以水浴或者蒸汽為加熱介質，加熱時間長、產品品質劣化嚴重。微波熱處理是一種新技術，由于其獨特的整體加熱形式，具有生產高品質、貨架期穩定食品的潛力[3]。當食品處于微波的交變電場中，食品內的極性分子會沿著電場方向重新排列，這種排列以每秒數千萬次以上的頻率在交變微波電場中發生，從而引起分子間的摩擦，產生熱量[4]。微波可以穿透到食品內部，具有殺菌時間短、加熱速度快的優勢。將預包裝食品浸入水中可以減少微波的邊緣加熱[5]。微波技術已經被用來對許多不同的食物進行殺菌，包括貽貝[6]、花生醬[7]、菠菜[8]、調味牛肉[9]、碎牛肉[10]、胡蘿卜[11]、西紅柿[12]、杏仁[13]和意大利面[14-15]等。

微波巴氏殺菌是指利用微波對浸入熱水中的預包裝食品進行快速升溫，然后采用熱水水浴進行保溫處理，最終達到巴氏殺菌的一種標準殺菌工藝。華盛頓州立大學研究人員使用915 MHz的微波巴氏殺菌系統對胡蘿卜進行微波巴氏殺菌，發現微波巴氏殺菌與常規水浴殺菌相比，在獲得同等微生物安全性的同時，大幅縮短總加工時間，降低蒸煮值，提高產品質量[16]。微波巴氏殺菌處理的意大利面與烹飪即食的意大利面具有相似的感官品質[17]。

本研究使用上海海洋大學自主研發的896 MHz微波殺菌系統，系統由微波加熱腔、保溫室、冷卻室構成。各腔體注滿水，水溫由單獨的水循環系統控制。樣品在系統內的運輸由傳送裝置進行。本設備的優勢在于此系統為單模模型，具有較為穩定的場分布，冷熱點較為穩定。樣品置于水循環體系中加熱，進一步減小了邊緣效應。

采用此系統對6 cm×10 cm×1.6 cm的大馬哈魚魚片進行微波巴氏殺菌工藝處理。與傳統水浴殺菌進行比較，經過微生物實驗驗證符合巴氏殺菌的要求后，計算并測定微波巴氏殺菌處理后軟包裝（即食大馬哈魚）魚片的蒸煮損失率、水分質量分數、蛋白質量分數、脂肪質量分數、顏色、質構、風味等一系列指標。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍大馬哈魚（Oncorhynchus ketaWalbaum） 臺東南山市場；氧化鎂、鹽酸標準滴定液、濃硫酸、氯仿、甲醇、氯化鈉、無水硫酸鈉 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

全自動凱氏定氮儀 丹麥福斯公司；FLIR-T62101色差儀 美國菲爾立公司；T A-X T p l u s 質構分析儀 英國SMS公司；FOX 4000電子鼻系統 法國Alpha M.O.S.公司。

1.3 方法

1.3.1 原料處理與微波殺菌

將緩慢解凍的大馬哈魚去除頭、尾、皮、骨和內臟等，取中段切成6 cm×10 cm×1.6 cm的魚片。包裝方式為單體包裝，使用10 cm×15 cm蒸煮袋，采用真空封口機進行包裝，以將空氣抽盡且保持魚片不變形為標準。置于4 ℃冰箱中貯藏，備用。

微波殺菌流程：1）利用化學標記法，確定冷熱點；2）在冷點處使用無線溫度傳感器監測溫度變化，計算F90；3）修改工藝，使冷點位置達到F90＝10 min的熱處理程度；4）進行微生物驗證（是否達到巴氏殺菌效果）。此部分內容已在前期類似的研究中進行了詳細的描述[18]。

殺菌條件：微波組：功率7 kW，魚片浸入水中深度為3.2 cm，微波啟動等待時間為40 s，微波加熱時間為3 min 10 s，加熱溫度為95 ℃，保溫5 min，加熱總時間為8 min 50 s；水浴組：加熱溫度為95 ℃，加熱時間15 min 40 s；生魚肉組：作為對照，不進行任何處理。

1.3.2 熱處理程度計算及微生物驗證

研究表明傳感器探頭垂直于主導電場分量放置時，移動金屬傳感器可以用于微波加熱環境[19]。計算微波加熱和水浴加熱兩種處理方式的熱處理程度F值和蒸煮值C值。其中，F值是指在一定的致死溫度下，將一定數量的某種微生物全部殺死所需的時間/min。Z值是指加熱致死時間延長或縮短一個對數周期所對應殺菌溫度的變化值。對魚及魚肉制品來說，通常認為F90＝10 min時可以達到巴氏殺菌的殺菌效果[20]，此時蛋白水解B型肉毒桿菌數量減少6 個對數值，巴氏殺菌后的低酸性食品一般能夠在5 ℃保存6 周。90 ℃下的F值按公式（1）[16]進行計算。

式中：T為實時溫度/℃；Tref為參考溫度（90 ℃）；Z為蛋白水解B型肉毒桿菌的Z值（10 ℃）；t為加熱時間/min。

蒸煮值C是用來評價熱處理對食品品質影響的指標，根據公式（2）進行計算。通過無線溫度傳感器測量熱點時間溫度曲線，發現熱點溫度的最高值小于95 ℃。因此認為品質劣化最嚴重的位置在食品表面，用表面蒸煮值表示。水溫由循環水泵進行控制，因此認為水溫穩定不變為95 ℃。冷點蒸煮值以冷點位置的實時溫度進行計算。

式中：T為冷點處的測量溫度/℃；Tref為參考溫度（100 ℃）；Z值為33.1 ℃；t為加熱時間/min。

罐頭食品微生物檢驗所需菌株——肉毒梭菌存在毒性，因為其購買及使用受到限制，本實驗以肉毒桿菌的替代菌株生孢梭菌PA3679（Clostridium sporogenes）作為目標菌株進行微生物檢驗[21-22]。使用注射器接種7.5（lg（CFU/g））的生孢梭菌到魚片冷點位置，進行微波殺菌處理或水浴殺菌處理。采用傾注平板法，用強化梭菌培養基在37 ℃培養18～24 h后計數。

1.3.3 質量指標的測定

1.3.3.1 蒸煮損失率的測定

預包裝后魚片的總質量記錄為m1/g，蒸煮袋質量為m2/g，殺菌處理后剪開蒸煮袋一角，使汁液流盡，用紙巾擦凈蒸煮袋外面殘留的水分，然后放在天平上稱質量，記錄質量為m3/g。蒸煮損失率按公式（3）計算[23]。

1.3.3.2 水分質量分數測定

根據GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定 直接干燥法》進行測定。

1.3.3.3 蛋白質量分數測定

根據GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定 凱氏定氮法》進行測定。

1.3.3.4 脂肪質量分數的測定

采用改進的Folch法[24]對大馬哈魚魚肉中的脂質進行提取，生魚肉組、微波組、水浴組魚片分別攪碎均勻，各取18 g攪碎的魚肉至燒杯中，按1∶20的料液比加入氯仿-甲醇溶液（體積比為2∶1），均質后轉移至錐形瓶中靜置浸提24 h，過濾后在浸提液中加入質量分數0.9% NaCl溶液洗滌，轉移至分液漏斗中靜置分層，收集下層氯仿層，用無水硫酸鈉進行干燥。裝入烘干的平底燒瓶中進行旋轉蒸發，殘留物即為脂肪提取物，脂肪質量分數按公式（4）計算。

1.3.4 色澤的測定

每組樣品取3 片魚片，每片魚片選取3 個測試點。采用國際照明協會推薦的LAB表色系統進行色差分析。測定參數主要包括亮度（L*）、紅度（a*）和黃度（b*）。總色差值（ΔE*ab）反映了殺菌處理前后魚肉的顏色改變，總色差值越小，則與原始樣品的顏色越接近。總色差值按照公式（5）進行計算。

1.3.5 質構的測定

參考張新林等[25]的方法，并做適當修改。采用平底柱形探頭P/6；采用壓力測試模式中的質地多面剖析法模式，測試前速率3 mm/s、測試速率1 mm/s、測后速率1 mm/s、壓縮程度50%、停留間隔5 s、載荷為5 g、數據收集率200 pps。每個魚片隨機選擇較遠的3 個點，各測量一次，結果取平均值。

1.3.6 風味成分分析

精確稱取（1.50±0.01）g待測樣品，立即裝入15 mL電子鼻自動進樣瓶中備用。將進樣瓶于60 ℃下平衡900 s后，以潔凈干燥空氣為載氣，在流速150 mL/min條件下進樣，進樣體積500 μL，進樣時間1 s，注射針溫度70 ℃，數據采集時間為120 s，傳感器清洗時間2 min。

1.4 數據處理與分析

圖表采用Origin 2018軟件繪制，實驗數據采用SPSS 25軟件進行分析，結果以平均值±標準差表示，差異顯著性采用Duncan法分析，顯著性水平為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 熱處理程度計算及微生物驗證結果

圖1為使用無線溫度傳感器檢測到的微波組、水浴組魚片冷點位置的升溫曲線。微波組和水浴組的F90值分別為11.42、11.05 min，認為兩種處理方式的熱處理程度相同。微波組處理時間明顯短于水浴組，其中兩種處理方式的冷點最高溫度分別為94.29 ℃和93.47 ℃。與水浴組相比，微波組冷點蒸煮值、表面蒸煮值分別減少了24.91%、41.11%。結果發現，微波組處理時間短、蒸煮值更低、處理程度更低、食品品質更好。

圖1 微波組、水浴組魚片冷點升溫曲線Fig. 1 Temperature rise curves of fish fillets at freezing temperature in microwave and water bath groups

微波組、水浴組處理后魚片中的生孢梭菌存活數量分別為1.1（lg（CFU/g））和1.2（lg（CFU/g）），兩種殺菌方式分別使生孢梭菌含量下降了6.4、6.3（lg（CFU/g）），達到巴氏殺菌的要求。

2.2 質量指標測定結果

肉類在加熱中質量會明顯減輕，并出現脫水現象[26]，由于在熱加工過程中，魚片水分以及一些可溶性含氮化合物溶出、脂肪分離會造成質量變化。由表1可知，經過微波處理和水浴處理后，微波組的蒸煮損失率小于水浴組的蒸煮損失率，水分質量分數相對較高。這是因為水浴組魚片長時間加熱使肌肉收縮，進一步排出水分，同時蛋白質的保水性變差，處于易脫水的狀態。

微波組的蛋白質量分數低于水浴組，這可能是水浴組水分流失更嚴重導致的。微波組、水浴組的脂肪質量分數均低于生魚肉組，這說明兩種殺菌方式都會造成脂肪流失，但微波組相較而言能夠更好地保留脂肪，原因是微波組的加熱速率快、處理時間短、熱處理程度低。

表1 3 種魚片質量指標測定結果Table 1 Quality indexes of raw and sterilized fish fillets

2.3 色澤分析結果

魚肉的顏色是評價魚肉品質的重要指標之一。新鮮大馬哈魚魚肉呈現漂亮的紅色[26]，原因是其含有類胡蘿卜素，但大馬哈魚自身不能合成類胡蘿卜素，它通過捕食水生動物，獲得水生動物中的蝦青素，大馬哈魚中的蝦青素通過弱疏水鍵與肌動球蛋白結合位于蛋白的表面，使肉色呈現紅色[27]。

微波組、水浴組的總色差值分別為11.93和15.83。由圖2可知，經過兩種方式殺菌處理后，微波組和水浴組的L*值均顯著增加（P＜0.05），其中微波組的L*值較小，L*值從小到大依次為生魚肉組（59.34±0.47）＜微波組（69.11±0.67）＜水浴組（71.35±0.73）。加熱會使魚肉中部分蛋白分解，結締組織被破壞，在此過程中膠原蛋白的分解與凝膠作用可能會使魚肉發亮[28]，提高色澤。這與Schubring[29]對虹鱒在30～70 ℃內亮度的研究結果一致。

圖2 生魚肉組、微波組、水浴組的色澤分析結果Fig. 2 Color analysis of raw and sterilized fish fillets

微波組和水浴組的魚片顏色呈粉紅色。3 組的a*值從大到小依次為生魚肉組（19.66±0.42）＞微波組（12.91±0.74）＞水浴組（10.03±0.77），且差異顯著（P＜0.05）。生魚肉組、微波組、水浴組的b*值差異較小。

2.4 質構分析結果

質地多面剖析法是一種模仿口腔咀嚼動作，來測定食品質地性質的分析方法[30]。測定指標包括硬度、黏附性、彈性、內聚性、膠黏性、咀嚼性、回復性。

表2 3 種魚片處理方式的質構分析結果Table 2 Texture profile analysis of raw and sterilized fish fillets

研究發現，適當的熱處理能夠改善魚肉的質構特性[31]。由表2可知，魚肉經兩種殺菌方式處理后，微波組和水浴組魚肉的硬度、咀嚼性等均高于生魚肉組。

魚肉經熱處理后硬度的變化最為明顯，微波組、水浴組的硬度均顯著大于生魚肉組（P＜0.05）。這是因為在加熱后，魚肉組織收縮，水分質量分數下降，且蛋白受熱變性，形成凝膠，肌肉纖維緊縮，因此硬度明顯增加[32]。魚肉加熱后硬度和咀嚼性的上升可能是肌原纖維蛋白、肌間膠原蛋白收縮，以及肌動球蛋白脫水收縮綜合作用的結果[33-34]。水浴組的硬度顯著大于微波組（P＜0.05）。微波組的彈性及回復性大于水浴組，但無明顯差異（P＞0.05）。微波組的內聚性、膠黏性、咀嚼性介于生魚肉組和水浴組之間。與水浴組相比，微波組魚片軟硬適中，更有彈性、更易咀嚼。因此，對喜歡軟嫩、有彈性魚肉的人而言，微波組的口感更好。總體而言，經微波殺菌處理后的魚片肉質較為緊實、彈性好、質構特性較好。

2.5 電子鼻分析結果

主成分分析（principle component analysis，PCA）是將所提取的信息進行數據轉換和降維，從而將多個指標轉化為較少的幾個綜合指標的一種統計方法，最終以二維散點圖的形式顯示出來，并且兩軸的比例越大，該主成分的貢獻率越大[35-36]。對18 根傳感器的響應值進行PCA，結果如圖3所示。

圖3 生魚肉組、微波組、水浴組風味成分的電子鼻分析結果Fig. 3 Electronic nose analysis of flavour components in raw and sterilized fish fillets

其中PCl與PC2的貢獻率分別為88.7%和8.0%，總貢獻率為96.7%，說明能夠基本包含所有的氣味信息。分析結果顯示，生魚肉組能夠和微波組或水浴組進行有效區分，但是微波組與水浴組之間無法有效區分。PCA結果表明微波處理和水浴處理后的魚片在風味成分上無明顯區別，因此認為微波處理不會產生明顯的不良氣味。

3 結 論

本研究采用8 9 6 M H z 微波殺菌系統對6 cm×10 cm×1.6 cm軟包裝大馬哈魚魚片進行微波殺菌處理，與水浴殺菌作比較，研究兩種處理方式對魚片品質的影響。

在熱處理程度相同的條件下，與水浴組相比，微波組的處理總時間縮短43.62%，蒸煮損失率減少11.53%，總色差值減少24.64%，微波組紅度顯著高于水浴組（P＜0.05）。因此認為微波組的色澤與生魚肉組更加接近，紅色更明顯，在促進人的食欲方面表現力更好。微波組硬度顯著小于水浴組（P＜0.05），彈性優于水浴組。微波組魚肉軟硬適中、富有彈性，更適合喜歡軟嫩、有彈性魚肉的人群。使用電子鼻對生魚肉組、微波組、水浴組進行分析發現，微波組的氣味成分與水浴組無明顯差異，因此認為微波加熱不會產生明顯不良氣味。后續將對菌落總數、優勢菌群等貯藏期相關指標進行研究。

綜上，與傳統水浴殺菌相比，微波殺菌能夠在縮短殺菌時間的同時更好地保留食品的水分、色澤及感官品質，而且不會產生不良氣味。本研究為軟包裝魚肉類食品的微波巴氏殺菌提供了實踐參考。