加州鱸禁食暫養過程中肌肉水分與質構特性相關性分析

鉏曉艷，李 湃，李海藍，廖 濤，劉舒彥，白 嬋，王炬光，熊光權

（湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所，湖北武漢 430064）

加州鱸（Micropterus salmoides）又稱大口黑鱸，隸屬鱸形目（Perciformes）、太陽魚科（Cehtrachidae）、黑鱸屬（Micropterus），是原產于北美洲的一種淡水魚類[1]。其具有生長快、適應性強、病害少[2]、肉質鮮美、無肌間刺等特點，是我國重要的淡水養殖品種之一。由于消費習慣原因，我國淡水魚多以生鮮形式上市銷售，為了改良魚肉品質和風味，上市之前會進行一段時間的禁食暫養，但此類暫養多限于較短時間（7～15 d）[3?6]，較長時間的暫養鮮少有研究提及。

水分是影響肉類品質的重要因素之一，其含量和分布會影響肉品的多汁性和嫩度[7?8]。低場核磁共振技術（low field nuclear magnetic resonance，LFNMR）可通過對氫質子弛豫時間的檢測，直觀反映樣品中的水分分布與存在狀態，具有快速、無損等特點[9?10]，該技術在肉制品領域得到廣泛關注。辜雪冬等[11]研究表明，與冷藏相比，冰溫條件下牦牛肉的結合水更加穩定，有利于維持其生理生化品質。朱丹實等[12]研究顯示，?2 與4 ℃貯藏條件下，鯉魚肌肉中的不易流動水與自由水含量呈顯著負相關，不易流動水明顯向自由水遷移。Sánchez-Alonso等[13]研究表明，冷凍鱈魚片不易流動水的相對豐度會隨貯藏時間的延長而降低。Fjelkner-Modig和Tornberg[14]的研究顯示，不易流動水是肌肉保水性的重要因素，自由水過高會帶來較高的貯藏損失。以上研究主要關注產品貯藏過程中的水分變化，關于鮮活水產品暫養期間肌肉各類水分含量和分布的變化，尚未見研究報道。

質構是評價肉類品質的重要指標，傳統的質構分析以剪切法為主[15]，但該方法僅能從剪切力角度對肉品質進行衡量。質地剖面分析（Texture profile analysis,TPA），運用探頭模擬人口腔的咀嚼運動，對樣品進行兩次壓縮，通過繪制TPA特征曲線[16]，分析樣品硬度、恢復性、彈性、凝聚性、咀嚼性、膠著性等參數[17]，可以更全面、客觀地描述樣品質構特性[18]。TPA技術已在食品行業多類產品中廣泛應用，相關研究集中在加工后產品的質構指標檢測、與感官評價指標的相關關系及數學回歸模型的建立等方面[16,19?20]，尚未發現生鮮魚肉質構特性與其水分分布相關性的研究報道。

本文以加州鱸為研究對象，運用LF-NMR和TPA技術對魚肉水分橫向弛豫時間（transverse relaxation time,T2）和質構特性進行檢測，計算水分峰面積（area,A）和峰面積占比（proportion,P）；進行主成分載荷分析，及魚肉水分和質構主指標之間的相關性分析；明確不同暫養時間下各類水分對魚肉質構特性的影響，為提高暫養期間加州鱸魚肉品質提供技術支撐。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

鮮活加州鱸50 條（初始體重約650 g/條）湖北嘉魚縣三湖漁業有限責任公司提供。

TA-XT Plus質構儀 英國Stable Micro System公司；Mini MR-Rat低場核磁共振成像系統 上海紐邁電子科技有限公司；YP3001N型電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 加州鱸魚肉樣品的制備 循環水500 L爆汽48 h后，放入50 條鮮活加州鱸，禁食暫養1～8 周（第1 周為起始周，對照組），每周換水2 次。暫養過程持續充氧，循環過濾，控制水溫18～20 ℃。每周取出(650±50) g范圍內的加州鱸6 條，剖殺后沿脊椎兩側去皮取背部肌肉，兩側切出兩片約4.0 cm×10.5 cm×2.0 cm，重量為(76.3±8.5) g的魚肉，備用。

1.2.2 指標測定方法

1.2.2.1 LF-NMR測定 沿肌肉纖維方向切下2.0 cm×2.0 cm×1.0 cm的魚塊，放入核磁共振專用測試管（內徑2.7 cm，長度20 cm）中，運用核磁共振成像分析儀檢測魚肉結合水、不易流動水及自由水分布。T2測試參數[21]：共振頻率SF=20 MHz，90 °脈寬P1=8.52 μs，180 °脈寬P2=16.48 μs，譜寬SW=100 kHz；等待時間TW=1000 ms，回波間隔TR=1 ms，回波個數NECH=700，重復掃描次數NS=4。每組樣品6 個平行，使用核磁共振分析軟件及CPMG序列采集樣品信號，采用SIRT 100000 進行反演，導出各水分弛豫時間T2b、T21、T22和峰面積A2b、A21、A22，并計算各水分峰面積占比P2b、P21、P22。

1.2.2.2 TPA測定 將魚肉沿肌肉纖維方向切成1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm的塊狀，用TA-XTPlus質構儀進行測定。測定條件[22?23]：探頭P/36R，模式TPA，壓縮比50%，測前、測中和返回速率均為1 mm/s，兩次下壓的時間間隔為5 s，下壓距離6 mm，觸發力設定Auto 5 g，每組樣品6 個平行樣。選取硬度、恢復性、彈性、凝聚性、咀嚼性、膠著性6 個指標進行分析。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2010 進行數據收集、整理和制圖，數據以平均值±標準差表示。采用SPSS 20.0 對數據進行Pearson相關檢驗和主成分分析，以單因素方差分析（One-way ANOVA）中的鄧肯氏（Duncan）檢驗法進行多組樣本間差異顯著性分析，P<0.05 和P<0.01 分別判定為差異顯著和極顯著。

2 結果與分析

2.1 暫養時間對魚肉水分分布的影響

水分依據與組織結合的緊密程度可分為三種類型：結合水（與肌肉大分子緊密結合的水）、不易流動水（肌纖絲、肌原纖維及膜之間的水）、以及自由水（肌原纖維束外的水）[11?12]。T2為各類水分對應的橫向弛豫時間，按照波峰所覆蓋區域界定的水分狀態，鱸魚肉中各類水分對應的T2范圍主要為（圖1）：結合水T2b（0～10 ms）、不易流動水T21（10～100 ms）和自由水T22（100～2000 ms）。根據圖1，禁食暫養期間鱸魚肉的水分分布是動態變化的，水分弛豫時間T2在暫養1～2 周時可分為3 個區段（T2b、T21、T22），3～5 周為4 個區段（T2b、T2b、T21、T22），6～8 周為2 個區段（T2b、T21）；其中，鱸魚暫養3～5 周的水分由強結合水、弱結合水、不易流動水及自由水組成，與其它魚類，如鯉魚[12]和鱈魚[13]的結果相似。

圖1 暫養期間加州鱸魚肉水分橫向弛豫時間T2 的三維瀑布圖Fig.1 A three-dimensional waterfall plot for T2 changes of waters in muscle of Micropterus salmoides during temporary cultivation

由表1 可以看出，隨著禁食暫養時間的延長，鱸魚肉結合水T2b呈現下降趨勢，不易流動水T21比較穩定，自由水T22波動較大，暫養6～8 周自由水T22信號消失。T2b主要用于表征肌肉分子與水分的結合程度[24]，T2b越小，說明肌肉大分子與水分結合越緊密。自由水為機體的生化反應提供液體環境[25]，T22信號消失，說明參與機體細胞反應和運輸的自由水減少。根據表1 結果，魚肉不易流動水峰面積占比P21可達95.00%以上，為鱸魚肉水分的主要組成部分。暫養至第5 周時，魚肉結合水峰面積A2b與第1 周相比增加約143.36%（P<0.05），峰面積占比P2b增加約60.68%（P<0.05）；說明隨著暫養時間延長，魚肉自由水向不易流動水和結合水遷移，魚肉組織對水分的束縛力提高[12,26]。暫養6～8 周時，魚肉結合水峰面積占比P2b和不易流動水峰面積占比P21之和可達100%，自由水占比P22忽略不計。推測，鱸魚暫養6～8 周時，由于禁食時間較長，魚體為維持穩態將新陳代謝降低，細胞間生物化學反應及運輸所需水分減少，因此自由水P22降至最低，P2b和P21總和升至最高。

2.2 暫養時間對魚肉質構特性的影響

硬度一般指用臼齒第一次咬住樣品所施加的力[17]。咀嚼性是樣品對咀嚼的抵抗能力，也就是俗稱的嚼勁[27]，肉品嫩度與硬度、咀嚼性之間有著較高的相關性[28]。根據表2 結果，暫養期間魚肉硬度、彈性、咀嚼性總體呈下降趨勢；與第1 周相比，暫養6～8 周時魚肉彈性下降26.40%～38.98%（P<0.05）；硬度下降34.34%～42.03%，咀嚼性下降18.54%～26.34%，這與鯽魚和草魚禁食暫養7 和15 d后，魚肉硬度和咀嚼性下降的結果相一致[5?6]。由于魚在饑餓狀態下會分解體內蛋白質來提供活動能量[29]，咀嚼性等會受到魚體內蛋白質含量的影響[5]，而肉的硬度、彈性、咀嚼性等與肉品嫩度呈負相關[27?28]，因此延長暫養周期至6～8 周，有利于提高加州鱸魚肉口感和嫩度。

恢復性反映樣品在壓縮狀態下快速恢復原狀的能力[27]。凝聚性反映樣品分子或各結構要素間的結合作用的強弱，及抵抗受損保持自身完整的能力[18]。根據表2 結果，暫養期間鱸魚肉恢復性和凝聚性總體呈上升趨勢；與第1 周相比，暫養6～8 周時魚肉恢復性和凝聚性分別上升32.35%～49.29%（P<0.05）和50.00%～56.67%（P<0.05），這與卵形鯧鲹禁食處理15 d后魚肉凝聚性上升的結果相符[30]。由于魚肉樣品越完整，凝聚性越高，咀嚼時口感越細膩[21,30]，因此6～8 周禁食暫養可以對魚肉品質產生有利影響。

此外，根據表1 和表2 結果，隨暫養時間延長，水分指標A2b與P2b，質構指標硬度、彈性與咀嚼性，恢復性與凝聚性，存在較為明顯的共線性現象（即指標變化趨勢相同）[31]，為了對樣品水分和質構進行較為準確的評價，進一步進行指標相關性分析。

表1 暫養期間加州鱸魚肉水分分布情況Table 1 Moisture distribution in muscle of Micropterus salmoides during temporary cultivation

表2 暫養期間加州鱸魚肉TPA指標變化Table 2 Changes of TPA indices in muscle of Micropterus salmoides during temporary cultivation

2.3 相關性分析

由表3 可得，A21與A2b，P2b與A2b，P21與T2b，P22與A22均存在極顯著正相關（P<0.01）；P2b與T2b、T22，P21與A2b、A21、P2b，P22與T21均存在極顯著負相關（P<0.01）。由表4 可知，硬度與恢復性、凝聚性存在極顯著負相關（P<0.01），與膠著性、咀嚼性存在極顯著正相關（P<0.01）；恢復性與凝聚性，咀嚼性與彈性、膠著性存在極顯著正相關（P<0.01）。以上結果度量了指標之間的線性相關程度，可更好地對水分和質構指標進行歸類和篩選[32]。為進一步明確暫養期間影響魚肉水分和質構的主要因素，還需對其進行主成分分析。

2.4 主成分分析

主成分分析可以在最大限度保留原始數據信息的基礎上對高維變量進行空間降維，將原始數據中相關性很高的變量轉化成彼此相互獨立的變量[20,33]。根據表5 結果，水分指標因子1（f1）和因子2（f2）的特征值均大于1，方差貢獻率分別為71.98%和22.82%，累積貢獻率達到了94.80%。TPA指標因子1（F1）和因子2（F2）的特征值均大于1，累計方差貢獻率達到了82.82%。說明f1和f2、F1和F2能夠表征加州鱸魚肉水分狀態和質構特性的大部分情況，因此選取f1和f2、F1和F2作為反映樣品水分指標和質構指標整體信息的主成分因子。進一步采用正交旋轉法對水分指標的主成分因子進行旋轉[34]，計算得到各指標的特征向量系數，獲得主成分f1、f2與水分指標之間、主成分F1、F2與質構指標之間，具有統計學意義的數學方程，如下。

表5 水分和TPA的總體方差分析Table 5 Total variance analysis for moisture and TPA

方程1：f1=0.365x1+0.327x2+0.293x3?0.369x4?0.251x5?0.323x6+0.365x7?0.390x8+0.292x9；

方程2：f2=0.234x1+0.347x2?0.463x3?0.201x4+0.534x5?0.112x6+0.235x7?0.027x8?0.465x9；

方程3：F1=0.588X1?0.454X2?0.506X3+0.075X4+0.348X5+0.256X6；

方程4：F2=0.033X1+0.393X2+0.329X3+0.497X4+0.408X5+0.569X6；

其中：x1：A2b，x2：A21，x3：A22，x4：T2b，x5：T21，x6：T22，x7：P2b，x8：P21，x9：P22；X1：硬度，X2：恢復性，X3：凝聚性，X4：彈性，X5：膠著性，X6：咀嚼性。

由方程1～4 可知，不同暫養時間下f1載荷較高的是T2b和P21，f2載荷較高的是T21和P22，F1載荷較高的是硬度和凝聚性，F2的載荷較高的是咀嚼性和彈性。為明確與2 個主成分相關性均較高的指標，分別以水分和TPA的主成分1 為橫坐標、主成分2 為縱坐標，散點法繪制指標載荷圖，并進行各指標對坐標原點的距離計算。

載荷圖表明指標距離原點越遠，其與兩個主成分的關聯度越高[32]。根據圖2A結果，水分指標距原點的距離（di）由大到小順序依次為：A22（d1=0.999）、P22（d2=0.999）、T21（d3=0.996），P21（d4=0.994）、P2b（d5=0.989）、A2b（d6=0.988）、T2b（d7=0.982）、A21（d8=0.969）、T22（d9=0.838）；其 中 A22、P22、T21和P21與f1、f1的關聯程度最高，故將A22、P22、T21和P21作為評價加州鱸魚肉水分的主指標。根據圖2B結果，TPA各指標距原點的距離（Di）由大到小順序依次為：咀嚼性（D1=0.971）、凝聚性（D2=0.958）、恢復性（D3=0.948）、硬度（D4=0.944）、膠著性（D5=0.842）、彈性（D6=0.778）；其中咀嚼性、凝聚性、恢復性和硬度與F1和F2的關聯程度最高，因此可以將這4 個指標作為評價魚肉質構特性的主指標。

圖2 水分（A）和TPA（B）指標主成分載荷圖Fig.2 Principal component load chart on moisture (A) and TPA (B) indices

2.5 魚肉水分與TPA指標之間的相關性

根據表6 結果，暫養期間，魚肉樣品咀嚼性和硬度均與其自由水峰面積A22存在顯著正相關（P<0.05），凝聚性與A22存在顯著負相關（P<0.05），凝聚性和恢復性均與樣品不易流動水弛豫時間T21存在顯著正相關（P<0.05）。表明暫養期間魚肉自由水和不易流動水的分布是影響其質構變化的主要原因。結合表1和表2 結果，禁食暫養6～8 周時，鱸魚肉自由水消失，不易流動水出峰時間總體穩定，結合水出峰時間降低、峰面積占比上升；表明，魚肉自由水向不易流動水和結合水遷移，魚肉對水分的束縛力提高。同時，魚肉硬度和咀嚼性下降、凝聚性和恢復性上升，即魚肉嫩度上升[8,27]，口感細膩度上升[21,30]。

表6 水分指標和TPA指標之間的皮爾遜相關系數Table 6 Pearson correlation coefficients among moisture and TPA indices

3 結論

加州鱸魚肉水分中不易流動水占比可達95.00%以上。暫養6～8 周時，魚肉自由水消失，結合水占比上升。暫養期間，魚肉硬度、彈性、咀嚼性總體呈下降趨勢，魚肉恢復性和凝聚性總體呈上升趨勢。根據主成分分析結果，受暫養時間影響較大的水分主指標為A22、P22、T21和P21，質構主指標為咀嚼性、凝聚性、恢復性和硬度。根據主指標的相關性分析，鱸魚肉咀嚼性和硬度均與自由水峰面積A22存在顯著正相關（P<0.05），凝聚性和恢復性均與不易流動水橫向弛豫時間T21存在顯著正相關（P<0.05）。綜上，暫養期間魚肉中的自由水和不易流動水是影響其質構特性的主要因素。禁食暫養加州鱸6～8 周，魚肉與水分的結合力提高，魚肉硬度和咀嚼性降低，凝聚性和恢復性提高。