鈣離子添加量對未漂洗海鱸魚糜凝膠特性的影響

暴伊芮，吳燕燕，趙前程，王悅齊

(1 大連海洋大學 食品科學與工程學院，遼寧 大連 116023；2 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)

海鱸魚(Lateolabraxjaponicus)，學名日本真鱸，俗稱七星鱸、花鱸等，廣泛分布于太平洋西部，中國東海、渤海等地，是常見的經濟魚類之一。全球的鱸魚養殖業發展迅速，產量逐年遞增。中國是海鱸魚養殖產量最大的國家，2019年海鱸魚的養殖產量已達18萬t[1]，主要集中分布在廣東、福建、山東等地區，其中廣東省養殖產量占全國產量的一半以上，位居全國首位。目前海鱸魚的售賣方式以活魚鮮銷為主，難以滿足海鱸魚產量快速增長的需求。海鱸魚肉蛋白質含量高達19.93%，背肉脂肪1.13%，而腹肉脂肪為10.22%，含有人體所需的必需氨基酸和脂肪酸及微量元素和維生素[2-3]。魚糜制品由于無魚刺且可個性化制備，是老少皆宜的一種健康營養高蛋白食品，海鱸魚肉蛋白的特性研究也表明，海鱸魚適合加工成魚糜產品[4]。

傳統魚糜的生產工藝是將原料魚去除魚鱗、魚鰓、內臟后采肉，采后的肉用清水和鹽水漂洗幾次后進行脫水，脫水后的魚糜再加鹽進行擂潰，通過二段式加熱使魚糜凝膠化后冷卻得到魚糜凝膠[5]。魚糜制作工藝中最重要的工序是漂洗，漂洗可以增強魚糜制品彈性[6]，除去魚肉中的水溶性蛋白質，水溶性蛋白質中存在大量的蛋白水解酶，會導致肌原纖維蛋白降解，影響凝膠體形成[7]。但漂洗后的魚糜中蛋白質和脂肪的流失會造成營養價值大大降低，且漂洗過程需要消耗大量的水和能源，漂洗后的水若處理不當則會污染環境[8]。鈣化合物常用于改變肉制品的功能特性，常見的以CaCl2為主。但CaCl2的添加量常常會影響肉制品的特性，CaCl2添加量過高會使產品硬度增加。有研究表明Ca2+不僅可以有效地影響凝膠形成，且其能激活魚肉中的內源的谷氨酰胺轉氨酶(transglutaminase，TGase)[10-13]，在低溫凝膠化過程中發生蛋白交聯形成非二硫共價鍵；Ca2+還能與蛋白質之間形成離子鍵，形成鈣橋結構[14-16]。

基于加工過程能節水、節能和全面利用海鱸魚肉營養的現代生產理念，本研究將海鱸魚直接采肉，不經過漂洗，直接加工魚糜，重點研究Ca2+不同添加量對未經漂洗的海鱸魚糜的影響，通過考察品質特性指標凝膠特性、持水力、質構特性(texture profile analysis，TPA)、微觀結構等的變化，探討Ca2+能否提高產品的品質，從而為開發新型海鱸魚糜制品提供新的思路和技術依據，對于促進海鱸產業精深加工具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活海鱸魚，購于廣州海珠區華潤萬家超市，質量約400～600 g。食鹽(食品級) 購于廣州海珠區華潤萬家超市；CaCl2(食品級) 購于河南萬邦實業有限公司。

1.2 儀器與設備

絞肉機 JYL-C19V ，匈牙利博朗電器；打漿機 DJ-18，湖南省長沙固利食品機械有限公司；HH-4快速恒溫數顯水浴箱，常州澳華儀器公司；TG16-WS型臺式高速離心機，長沙維爾康湘鷹離心機有限公司；QTS-25型質構儀，英國CNS FARNELL公司；NR20XE型色差儀， 深圳3nh公司；Alphal-4冷凍干燥機，德國Christ公司；Phenom XL G2臺式掃描電子顯微鏡，美國Thermo公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 海鱸魚糜工藝流程

1)未經漂洗的海鱸魚糜工藝

將海鱸魚清洗后去魚鱗、魚內臟和魚鰓，清洗后用刀從尾部開始向背部分切出兩片魚肉，將魚肉用絞肉機絞碎，然后用斬拌機進行斬拌，先空斬2 min，加入質量分數為1%(以魚肉質量計)食鹽及少量水再斬拌5 min，斬拌溫度保持在4～10 ℃，記為空白組(K組)

2)經過漂洗的海鱸魚糜工藝

將海鱸魚清洗后去魚鱗、魚內臟和魚鰓，清洗后用刀從尾部開始向背部分切出兩片魚肉，將魚肉用絞肉機絞碎，然后用清水漂洗1次、時間為4 min，再用質量分數為0.2%(以魚肉重量計)食鹽水洗1次、時間為4 min，清洗后進行脫水、斬拌，先加少量水空斬2 min，再加1%食鹽及少量水斬拌5 min，斬拌溫度保持在4～10℃，記為對照組(P組)。

1.3.2 Ca2+添加量對未漂洗海鱸魚糜品質的影響

將按(1)制備的未漂洗的海鱸魚糜分成5組，分別添加0.01 M、0.02 M、0.04 M、0.06 M、0.08 M(以魚肉重計)的CaCl2，繼續斬拌3 min，其間加少量水調節水分至80%(經測定，魚糜水分含量為74.8%)，溫度保持在4～10℃，將斬拌好的海鱸魚糜灌入25 mm腸衣中，排氣后扎緊，然后放在(40±2)℃水浴處理30 min，然后升高水溫至(90±2) ℃下加熱30min，取出后迅速浸入冰水中冷卻，4 ℃下冷藏，測定各組樣品的凝膠強度、TPA、持水力、白度等品質指標及微觀結構。5組樣品分別用0.01 M、0.02 M、0.04 M、0.06 M、0.08 M表示。

1.3.3 凝膠強度測定

參照王冬妮[17]的測定方法稍做修改。將樣品切成25 mm×25 mm×25 mm的正方體，使用質構儀TA39探頭，設置測前、中、后速度均為1 mm/s，觸發力5 g，穿刺距離15 mm。穿刺曲線上第一個峰為破斷強度A(g)，對應位移為凹陷度B(mm)，兩者乘積即為凝膠強度N(g·mm)。每組6個平行，結果取平均值。

N=A×B

(1)

式中：N—凝膠強度，破斷強度與凹陷度的乘積，g·mm；A—破斷強度，穿刺曲線上第一個峰，g；B— 凹陷度，穿刺曲線上第一個峰的位移，mm。

1.3.4 TPA測定

將樣品切成25 mm×25 mm×25 mm的圓柱體，使用質構儀，TA44探頭，設置測前、中、后速度均為1 mm/s，壓縮形變50%，觸發力5 g。每組6個平行，結果取平均值。

1.3.5 持水力測定

參照張智銘等[18]的方法略有修改。將海鱸魚糜切成3 mm的薄片，稱重后，將樣品包在濾紙中放入離心管，進行離心，離心溫度為(4±2)℃、速度為6 000 r/min條件下離心10 min，離心后再稱重樣品。持水力計算公式如下：

(2)

式中：C—持水力，%；m1—樣品質量，g；m2—離心后質量，g。

1.3.6 白度值測定

將樣品切成2 cm薄片，使用色差儀測定白度值測定前進行白板矯正。白度值計算公式如下：

(3)

式中：W—白度；L—透明度；a*—表示樣品偏紅或偏綠；b*—表示樣品偏黃或偏藍。

1.3.7 微觀結構的測定

選取經過漂洗的海鱸魚糜(P組)、未經漂洗的空白組(K組)、CaCl2添加量為0.02M和0.08M的海鱸魚糜，參照劉芳芳[19]的測定方法，稍做修改：將魚糜切成3 mm×3 mm×3 mm的小塊，浸泡在質量分數為2%的戊二醛溶液，4℃下固定24 h，再用0.1M的磷酸鹽緩沖液浸泡3～4次，每次10 min。隨后用30%、50%、70%、90%、100%的乙醇溶液依次進行脫水，每次10 min，脫水后的樣品先放入-80 ℃冰箱速凍后再放入冷凍干燥機中干燥24 h，在對樣品進行真空離子濺射噴金后，用掃描電鏡觀察其微觀結構。

1.4 數據分析

每個樣品做3次平行測定，采用SPSS Statistics 26.0對多組數據進行分析，測定結果均以平均值±標準偏差表示；多組數據差異性分析采用單因素ANOVA兩兩比較的Duncan比較模型，P< 0.05，差異顯著；圖表均采用Excel2019軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 Ca2+添加量對未漂洗海鱸魚糜凝膠強度的影響

未漂洗的海鱸魚糜在添加了CaCl2后的凝膠強度明顯高于經過漂洗的海鱸魚糜(P組)和未經過漂洗的海鱸魚糜的空白組(K組)，說明Ca2+的添加可以很好地提高魚糜的凝膠強度，但并非CaCl2添加量越大凝膠強度就越大，其指標呈現先升高后降低的趨勢(圖1)，這與MURTHY等[20]報道的一致。當Ca2+添加量為0.02 M時其凝膠強度最高(8 045.68 g·mm)，而后隨著Ca2+添加量增加到0.04 M、0.06 M、0.08 M時，其凝膠強度是逐漸降低的(P<0.05)，這可能是因為低濃度的Ca2+激活了魚糜中內源性TGase活性，在低溫凝膠化時，內源性TGase可促進肌球蛋白重鏈上賴氨酸的ε-氨基與谷氨酸的γ-羥酰胺基發生共價交聯[21]，進而使凝膠強度增加，且低濃度Ca2+有利于蛋白質三維結構的打開伸展，從而使蛋白質內部的功能性基團暴露出來，因此增強分子間作用力[22]；但高濃度的Ca2+會使得蛋白過度交聯，形成鈣橋，最終導致魚糜凝膠的硬度增加、凹陷度降低。本研究也發現K組的凝膠強度高于P組，這可能跟海鱸魚肉本身的特性有關，海鱸魚肉蛋白組成中其鹽溶性蛋白含量較高于其他海水魚類[4]，鹽溶性蛋白含量高有助于形成魚糜凝膠，鹽溶性蛋白含量越高。當魚糜用水漂洗時，魚肉中水溶性蛋白會減少，鹽溶性蛋白所占比例有所增加，但加入鹽洗時，鹽溶性蛋白也會減少，進一步用鹽擂潰時鹽溶性蛋白所占比例也會減少[23]，所以P組的凝膠強度反而比K組低。

圖1 Ca2+添加量對未漂洗海鱸魚糜凝膠 強度的影響Fig.1 Effect of Ca2+ addition on the gel strength of unrinsedminced meat of Lateolabrax japonicus

2.2 Ca2+添加量對海鱸魚糜TPA的影響

未漂洗的海鱸魚糜在添加了CaCl2后，其硬度、彈性、膠著性、咀嚼性與P組、K組相比均顯著提高(P<0.05)，空白組K組的硬度、彈性、膠著性和咀嚼性均明顯優于P組，說明海鱸魚糜不經過漂洗的質構特性更好(表1)。而隨著CaCl2添加量的增加，其硬度和膠著性逐漸增大，但彈性則是先增強后減弱，在CaCl2添加量為0.02 M時，其彈性最強，而后則逐漸降低，當添加量為0.08 M時，其彈性則與K組相近。CaCl2添加量對咀嚼性有顯著的影響(P<0.05)，明顯高于K組和P組。而CaCl2添加量對內聚性無影響(P>0.05)。CaCl2添加量對回復性呈先上升后下降的趨勢(P<0.05)，但添加量在0.01 M～0.06 M時是與K組和P組相近的，而后隨著添加量的增加則下降。其中，當Ca2+添加量為0.02 M時其硬度(421.8 g)、彈性(10.03 mm)、內聚性(0.54)、膠著性(229.5g)、咀嚼性(22.21mJ)、回復性(0.12)與經過超高壓處理的梅魚魚糜凝膠特性[24]在大致相同范圍內；當Ca2+添加量達到0.08 M時，各參數由于蛋白過度交聯后形成鈣橋而升高，與圖1中表述結果一致。結合上述凝膠特性和各參數變化可得，在未經漂洗的海鱸魚糜中添加0.02 M CaCl2，即可以較好提高其凝膠特性，從而適合作為后續加工產品的原料。

表1 CaCl2添加量對未漂洗海鱸魚糜TPA各指標的影響Tab.1 Effect of CaCl2 addition on TPA parameters of unrinsed minced meat of Lateolabrax japonicus

2.3 Ca2+添加量對海鱸魚糜持水力的影響

持水性用于表征蛋白質結合水的能力，對于魚肉制品的加工特性、產量及成本起著重要的作用。魚糜的持水力與其結構有關，當魚糜結構越致密、均勻，則其持水性越好[25]。P組與K組的持水力僅相差0.38%，P組略低的原因可能是試驗誤差，也有可能是魚肉自身特性，K組未經漂洗，其蛋白質含量高，結合水的能力強，導致持水力高于經過漂洗的魚糜持水力。添加CaCl2對海鱸魚糜的持水力都有提高，呈現先上升后下降的趨勢(圖2)，且CaCl2的添加量在0～0.06 M時都高于P組和K組。當CaCl2的添加量在0.02 M時，持水力最大，較P組提高了1.04%、較K組提高了1.03%。但當CaCl2添加量增加到0.08 M時，高濃度Ca2+會加快蛋白間聚集速率，使凝膠的網絡結構孔洞變大，進而降低持水性[26]。通過試驗可以驗證，在低濃度的CaCl2下，凝膠特性較好，網狀結構較緊密，凝膠的持水力升高，而較高濃度的CaCl2則會導致凝膠強度降低，網絡結構粗糙和持水力降低。

圖2 CaCl2添加量對海鱸魚糜持水力的影響Fig.2 Effect of CaCl2 addition on water holding capacity ofunrinsed minced meat of Lateolabrax japonicus

2.4 Ca2+添加量對海鱸魚糜凝膠白度的影響

色澤能反映魚糜內部的結構變化，且直接影響消費者的購買欲望[27]，是評價魚肉品質的重要指標，白度值越大，其產品越容易使消費者接受[28]。P組經過漂洗的海鱸魚糜白度值高于K組(圖3)，這表明漂洗可以有效地去除魚肉中的色素、脂肪等；而添加Ca2+后可以看出魚糜的白度呈現逐漸升高的趨勢(P<0.05)。引起這種變化的主要原因可能是魚糜在加熱過程中，蛋白質分子間發生重排與相互作用。

圖3 CaCl2添加量對海鱸魚糜白度的影響Fig.3 Effect of CaCl2 addition on whiteness ofLateolabrax japonicus minced meat

Ca2+催化內源性谷氨酰胺轉氨酶進而促進蛋白質分子間共價鍵的形成，從而使白度值增大。當CaCl2的添加量在0.08 M時白度值最大(89.1 g·m)但仍低于同為白肉魚的白鰱魚糜凝膠(89.3 g·mm)和鯪魚糜凝膠(90.41 g·mm)的白度值[29]，其原因可能是因為本試驗的海鱸魚糜是未經過漂洗工序直接制成的。由此可見，盡管不經過漂洗工序的海鱸魚糜白度值略低于經過漂洗的魚糜，但其更重要的意義是在于實際生產中降低用水用電成本，也保護環境，保全魚肉中豐富的營養成分。

2.5 Ca2+添加量對海鱸魚糜微觀結構的影響

在同為放大2 000倍后的海鱸魚糜(圖4)，K組的魚糜組織結構空洞較多、結構較松散；而在添加了CaCl2后，海鱸魚糜的組織結構逐漸緊密、空洞也逐漸減少；P組與CaCl2添加量在0.02 M時相比組織結構相似，但添加0.02 M的魚糜凝膠結構更為緊密。當添加量增大到0.08 M時，凝膠網絡中出現大量空洞，結構也較為疏松。有學者認為，CaCl2會促進疏水基相互作用，形成鈣橋，誘導肌球蛋白的展開，使蛋白質聚集。添加適量的CaCl2可以使蛋白質聚集的程度和速率適當，形成孔洞較少的致密凝膠網絡，提高了凝膠的持水性和凝膠強度等[30]。但添加過量的CaCl2會增加蛋白質和多糖之間的電荷來破壞大分子之間的平衡，降低持水力和凝膠強度[31]。從微觀結構上進一步說明Ca2+能提高魚糜的組織結構緊密性，從而提高魚糜的凝膠特性。

圖4 CaCl2添加量對海鱸魚糜微觀結構的影響Fig.4 Effect of CaCl2 addition on microstructure of Lateolabrax japonicus minced meat

3 結論

通過對未漂洗的海鱸魚糜添加不同量的Ca2+，表明Ca2+的添加對海鱸魚糜的凝膠特性影響較大。當Ca2+的添加量在0.02 M時，低濃度的Ca2+較好地激活了魚糜中內源性谷氨酰胺轉氨酶活性，增強了未漂洗海鱸魚糜的凝膠強度(7 364.21 g·mm、持水力88.93%、硬度421.8 g、彈性10.03 mm、膠著性229.5 g、咀嚼性22.21 mJ、白度86.72)，微觀結構較為緊密；而隨著Ca2+添加量增加，Ca2+與魚肉蛋白過度交聯，形成鈣橋結構，造成凝膠強度和硬度增加、彈性下降。該研究為海鱸魚生產魚糜提供無需漂洗，通過添加適量鈣離子就能生產出高品質的魚糜產品的新技術及理論依據。

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