靜磁場對發酵魚露工藝的影響

張慶宇,周宇益,符姜燕,楊俊,侯冶海,楊哪

1(廣東美味鮮調味食品有限公司,廣東 中山,528437) 2(英都斯特(無錫)感應科技有限公司,江蘇 無錫,214035) 3(江南大學 食品學院,江蘇 無錫,214122)

魚露也被稱為魚醬油,通過不同的原料和發酵工藝產生獨特風味,在調味和烹飪過程中加入魚露,不僅可以增加獨特風味,還可增強口感豐度,在我國廣東、福建地區及泰國等東南亞國家廣受歡迎[1]。我國漁業發展迅速,伴隨大量的副產品產生,如魚頭、魚骨、魚皮和魚內臟等,可用于加工飼料和生物燃料,以及價值較高的膠原蛋白。但魚副產品中大量的蛋白質、氨基酸、有機酸及活性成分如牛磺酸等未被充分利用[2]。

目前魚露發酵主要分為傳統發酵、快速發酵及復合發酵。傳統魚露發酵采用低價值魚蝦或水產下腳料,加入大量鹽后發酵制備魚露產品,耗時1～3年,發酵周期長,且發酵過程除魚露的醬香味外,微生物自然代謝可能產生多種不良風味,如腥臭味和酸味等,嚴重影響魚露產品品質。李銳等[3]采用不同發酵方法制備遠東擬沙丁魚魚露,快速發酵總氮含量最高,而傳統發酵中氨基態氮和小分子肽明顯高于其他2種發酵方式。趙帥東等[4]發現使用外源蛋白酶和曲霉菌復合發酵,魚露中氨基酸態氮和總氮的含量分別增加39.5%和14.8%,魚露呈味物質含量提高,且發酵周期大大縮短。新型發酵技術高值化利用魚副產品中的營養成分,改善魚露等發酵產品生產工藝成為研究熱點。大量研究表明,磁場處理對微生物生長、發酵及代謝活性具有顯著影響,生物酶在磁場環境下催化活性發生改變。LIAO等[5]采用1.6 mT靜磁場培養紫紅曲霉菌,其次生代謝產物黃色素、橘色素和紅色素的產量分別提高26.0%、128.8%和29.5%。ZIELINSKI等[6]利用靜磁場進行乳品廢水的厭氧發酵,總固體濃度增加43.5%,有機物含量從98%下降至76.5%,揮發性脂肪酸濃度降低58.3%。朱一帆等[7]采用100 mT磁場處理胰蛋白酶,并用其水解梅魚,胰蛋白酶活性提高52.5 U/min,必需氨基酸含量上升。GAO等[8]利用1 mT磁場進行黑曲霉液態培養生產檸檬酸,隨磁場處理時間的增加,檸檬酸產量增加。薛麗萍等[9]采用低頻交變磁場處理過氧化氫酶,發現磁場強度、處理時間及溫度均會影響酶結構。

本文以淡水魚下腳料為原料,在靜磁場環境下發酵制備魚露,研究不同靜磁場環境下,魚露發酵過程中氨基態氮、總氮、揮發性鹽基氮、無鹽固形物、總酸、pH值和非酶褐變的變化,探究靜磁場環境發酵對魚露品質的影響,為魚露產業的生產及品質改善提供新的技術手段。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

淡水魚下腳料包括魚頭、魚內臟、魚皮和魚骨等,舟山漁港；鳳球嘜魚露,超市；滬釀3.042米曲霉,廣東美味鮮調味食品有限公司；硝酸銀、可溶性淀粉、熒光黃、鉻酸鉀、高氯酸、氫氧化鈉、濃鹽酸、硼酸、酚酞、甲基紅、乙醇、硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸等試劑均為分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 設備及儀器

MFI-A2磁場生化培養箱(靜磁場強度0～20 mT),英都斯特(無錫)感應科技有限公司；V-800紫外分光光度計,上海美譜達儀器有限公司；AL204分析天平、FE28 pH計,瑞士METTLER TOLEDO儀器有限公司；C-MAG磁力攪拌器,德國IKA公司；TGL-16B離心機,上海安亭科學儀器廠。

1.3 實驗方法

參照黃紫燕[10]的方法,并加以改進,將淡水魚下腳料經清洗切塊后粉碎成糜,按魚糜質量加入1倍水、80 g/L的食鹽和由滬釀3.042米曲霉制成的醬油曲,混合均勻置于發酵瓶密封,放入磁場生化培養箱發酵,于40 ℃下發酵30 d,每天攪拌1次。發酵結束后加熱滅菌,冷卻后于5 000×g離心20 min,取上清液后過濾即為魚露。在發酵周期中,每隔5 d定期取樣,研究0、5、10、15、20 mT靜磁場對發酵過程中氨基態氮、總氮、揮發性鹽基氮、無鹽固形物、總酸、pH值和非酶褐變指數的影響,其中0 mT靜磁場為對照組。

1.4 魚露產品理化指標測定

氨基態氮質量濃度的測定按照GB 5009.235—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸態氮的測定》、總氮質量濃度的測定按照GB/T 18186—2000《釀造醬油》、揮發性鹽基氮質量濃度的測定按照GB 5009.228—2016《食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》、無鹽固形物質量濃度的測定按照SB/T 10326—1999《無鹽固形物測定法》、總酸質量濃度的測定按照GB 12456—2021《食品安全國家標準 食品中總酸的測定》、pH值用pH計測定、非酶褐變指數參考韓智等[11]的方法。

1.5 數據分析

使用Origin 8.5進行制圖,SPSS 22.0軟件進行數據分析。每個樣品重復測定3次,取平均值。

2 結果與分析

2.1 靜磁場對魚露中氨基態氮和總氮質量濃度的影響

氨基態氮和總氮質量濃度是評價發酵魚露產品品質的重要指標。氨基態氮的質量濃度可反映發酵過程中氮源利用程度,其濃度越高,鮮味物質越多。總氮的質量濃度則是發酵過程中產生的含氮物質總量,包括氨基酸、多肽和蛋白質,溶出的氮質量濃度越高,魚露品質越好[12]。由圖1可知,在40 ℃下發酵30 d,隨著發酵時間的增加,氨基態氮質量濃度逐漸增加,但淡水魚糜中內源性蛋白酶及醬油曲中米曲霉活性下降,魚肉蛋白降解趨于平緩。與對照組相比,靜磁場環境下,氨基態氮質量濃度顯著提高,20 mT靜磁場發酵30 d時,氨基態氮質量濃度增加81.9%。由圖2可知,隨著發酵時間的延長,魚露中總氮質量濃度逐漸增加。靜磁場環境下總氮質量濃度均高于對照組,20 mT靜磁場發酵30 d時,總氮質量濃度為45.9 g/L,而對照組僅為25.1 g/L。TAN等[13]利用95 mT磁場培養酵母菌,發現其木質素過氧化物酶及漆酶活性增強50%。藍尉冰等[14]采用超聲波協同酶提取牡蠣中活性肽,發現物理法處理可有效提高氨基態氮含量。靜磁場環境可有效提高蛋白酶活性,促進蛋白質水解,提高氨基態氮及總氮的質量濃度。

圖1 靜磁場環境下魚露發酵過程中氨基態氮質量濃度的變化Fig.1 Changes of amino nitrogen concentration in fish sauce fermentation under static magnetic field

圖2 靜磁場環境下魚露發酵過程中總氮質量濃度的變化Fig.2 Changes of total nitrogen concentration in fish sauce fermentation under static magnetic field

2.2 靜磁場對魚露中揮發性鹽基氮質量濃度的影響

揮發性鹽基氮反映發酵過程中腐敗微生物對蛋白質的分解情況,其濃度越高,氨基酸被破壞越嚴重[15]。由圖3可知,隨著發酵過程的進行,揮發性鹽基氮質量濃度不斷增加。發酵初期,醬油曲中有益微生物作為優勢菌大量繁殖,抑制了腐敗菌的生長,揮發性鹽基氮質量濃度較低,但隨著發酵時間的增加,腐敗菌快速分解淡水魚糜中的蛋白質,揮發性鹽基氮質量濃度呈上升趨勢。靜磁場環境可有效抑制腐敗微生物滋生,發酵過程中,揮發性鹽基氮質量濃度遠低于對照組,發酵30 d后,20 mT靜磁場下揮發性鹽基氮含量僅為對照組含量的34.9%。KORZELECKA等[16]發現在5 mT靜磁場環境下,水霉菌菌絲體的生長速度及細胞毒性顯著下降,有效避免真菌感染。MARIA等[17]發現在300 mT靜磁場下暴露6 h,黃色鐮刀菌的分生孢子生長率降低40.8%。磁場環境下腐敗菌生長受到抑制,魚糜中蛋白質降解減緩,揮發性鹽基氮含量下降。

圖3 靜磁場環境下魚露發酵過程中揮發性鹽基氮 質量濃度的變化Fig.3 Changes of total volatile basic nitrogen concentration during fish sauce fermentation under static magnetic field

2.3 靜磁場對魚露中無鹽固形物質量濃度的影響

無鹽固形物的主要成分是氨基酸、蛋白質、肽、有機酸和糖類等物質[12]。由圖4可知,隨發酵的進行,無鹽固形物質量濃度呈現先增加后下降的趨勢,這與發酵過程中各類物質的變化有關。與對照組相比,無鹽固形物質量濃度隨磁場強度的增加而增大。與氨基態氮、總氮和總酸等結果保持一致,靜磁場環境下,無鹽固形物有不同程度的增加,20 mT靜磁場環境下發酵30 d,無鹽固形物質量濃度較對照組提高54.9%。此結果與熊越[18]研究結果相似,采用微生物發酵制備食醋,隨著發酵的進行,可溶性無鹽固形物含量均增加,還原糖含量下降。無鹽固形物具有一定的電導率,在靜磁場環境下,自由離子和帶電溶質的傳質效率提高。金亞美等[19]采用磁場與流動鹽水腌漬芥菜,磁場處理可加速浸漬。磁場環境下,蛋白酶活性增強,無鹽固形物質量濃度增加,進一步促進發酵。

圖4 靜磁場環境下魚露發酵過程中無鹽固形物 質量濃度的變化Fig.4 Changes of salt free solids concentration in fish sauce fermentation under static magnetic field

2.4 靜磁場對魚露中總酸質量濃度及pH的影響

在整個魚露發酵過程中,總酸質量濃度增加而pH下降。發酵過程中微生物產生揮發性堿性成分,如揮發性鹽基氮及其他降解物。發酵底物中的多糖被消耗產生單糖,微生物進一步利用單糖分泌有機酸,促使pH下降,而總酸質量濃度增加。由圖5和圖6可知,有機酸質量濃度隨磁場強度增加而增大。20 mT靜磁場發酵30 d后,總酸質量濃度為對照組的1.34倍。

圖5 靜磁場環境下魚露發酵過程中總酸質量濃度的變化Fig.5 Changes of total acid concentration in fish sauce fermentation under static magnetic field

圖6 靜磁場環境下魚露發酵過程中pH的變化Fig.6 Changes of pH in fish sauce during fermentation under static magnetic field

崔文甲等[20]采用物理法探究香菇柄中呈味物質釋放的變化,物理法處理后游離氨基酸、有機酸及可溶性糖醇含量顯著提高。萬云雷等[21]則利用1.6 mT低頻磁場處理紅曲菌,發酵8 d后γ-氨基丁酸的增長率和產量分別提高31.6%和35.7%。發酵過程中,靜磁場環境下的蛋白酶活性增強,淡水魚中蛋白質進一步水解,游離氨基酸和寡肽氨基酸等物質增加,pH下降,總酸質量濃度增加。

2.5 靜磁場對魚露中非酶褐變指數的影響

酶促褐變是由于氧化產物醌的累積及聚合氧化,產生褐色或黑色素。非酶褐變主要是由美拉德反應產生,隨著非酶褐變指數的增加,魚露的顏色由淺變深。非酶褐變是羥醛縮合反應,其中間產物在420 nm處吸收波長最大[22]。由圖7可知,隨著磁場強度的增加,非酶褐變指數提高。與對照相比,20 mT靜磁場發酵后,魚露非酶褐變指數為對照組的1.41倍。魚露發酵過程中還原糖與氨基酸、蛋白質和多肽等物質發生美拉德反應。在各類物理場的應用方面,徐茜等[23]利用28 kV/cm的高壓脈沖電場處理葡萄糖/甘氨酸溶液,美拉德反應受到顯著促進作用,且該促進作用與其熱效應無關。馮耀華等[24]利用1 400 W超聲波作用于天冬酰胺和果糖溶液50 min后,反應產物抗氧化活性提高47.6%,天冬酰胺減少30%,果糖降低68%,超聲波可促進天冬酰胺-果糖模式美拉德反應。隨磁場強度的增加,魚露產品顏色加深,且20 mT靜磁場環境下發酵產品與市售鳳球嘜魚露產品顏色相近。靜磁場環境可強化魚露發酵過程中的美拉德反應,魚露產品顏色加深,在提高產品穩定性的同時,可有效減少后續焦糖色素等外源色素的使用。

圖7 靜磁場環境下魚露發酵過程中非酶褐變指數的變化Fig.7 Changes of non enzymatic browning index during fish sauce fermentation under static magnetic field

3 結論

本研究以淡水魚下腳料為原料,粉碎成魚糜與80 g/L鹽、滬釀3.042米曲霉制成的醬油曲,在靜磁場環境下進行混合發酵,并對發酵過程中的魚露品質進行分析。研究發現靜磁場環境下40 ℃發酵30 d,隨著磁場強度的增加,魚露發酵過程中的氨基態氮、總氮、揮發性鹽基氮、無鹽固形物、總酸、pH值和非酶褐變指數均有不同程度的變化。其中,20 mT靜磁場環境下,氨基態氮和總氮顯著增加,磁場輔助發酵提高淡水魚糜中內源性蛋白酶及米曲霉中蛋白酶活性,促進魚糜中蛋白質水解,產生更多無鹽固形物及有機酸,美拉德反應增強,且磁場可抑制腐敗菌的生長,揮發性鹽基氮下降,魚露發酵性能提升。研究了發酵過程中不同時間下魚露品質的變化,以及磁場對淡水魚下腳料生產魚露發酵性能的影響,為釀造魚露工藝提供了一種新的技術手段。同時,磁場輔助發酵現階段能實現實驗室規模的工藝研究,但對于魚露產品的工業化磁場輔助發酵而言,仍存在一定距離。作為一項新的前處理手段,原料經磁場環境發酵一定時間后再進行后續大罐發酵,有利于縮短整體發酵時間并改善產品品質,但魚露發酵過程中氨基酸及有機酸等物質的分子結構變化,及靜磁場環境對微生物促進發酵的機理有待進一步研究。