冰溫脫水對草魚魚糜凝膠品質的影響

王園園,萬金慶,2,3*,杜欣雨,王友君,孫曉琳,童年

1(上海海洋大學 食品學院,上海,201306)2(上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心,上海,201306)3(農業(yè)部水產品 貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室,上海,201306)4(安徽宜康高新農業(yè)科技有限公司,安徽 六安,237200)

草魚是中國傳統(tǒng)的四大養(yǎng)殖淡水魚之一,因魚肉得率高、價格低廉等優(yōu)點往往被選為原料用來制作魚糜[1]。魚糜制品備受廣大消費者青睞,主要原因是富含高蛋白、低脂肪、滋味鮮美和即食性等優(yōu)點[2]。淡水魚資源的加工生產一直受到嚴重制約,主要是因為淡水魚往往富含水分、魚肉保持水的能力差、魚糜不易凝膠,更容易出現(xiàn)凝膠劣化現(xiàn)象,導致其品質與風味達不到消費者需要[3]。魚糜目前主要采用冷凍流通,淡水魚糜因凝膠性低于海水魚,市場上產品少。因此,我國水產行業(yè)發(fā)展必須對淡水魚魚糜及其制品加工技術進行創(chuàng)新。

漂洗是魚糜制作過程中一道重要工藝,其內在機理是使肌原纖維蛋白“富集”,有利于魚糜凝膠形成[4]。宋潔等[5]發(fā)現(xiàn)臭氧水漂洗導致鲅魚魚糜中肌原纖維蛋白適度氧化,有利于致密均勻的凝膠網絡結構形成,進而改善了魚糜凝膠特性;姜鵬飛等[6]研究發(fā)現(xiàn)漂洗可以減少魚糜中的可溶性肌球蛋白,使肌原纖維蛋白分子形成分子質量大的聚集體,從而改善羅非魚魚糜凝膠品質。但漂洗不僅會流失水溶性蛋白和脂肪等營養(yǎng)物質,導致風味下降,還浪費水資源,污染環(huán)境和增加企業(yè)生產成本。據(jù)統(tǒng)計,生產魚糜與漂洗水的比例高達1∶10～1∶15,產生的廢水對環(huán)境壓力大,阻礙產業(yè)綠色健康發(fā)展[7]。未漂洗魚糜是目前研究熱點之一。目前,研究主要集中在提高未漂洗魚糜凝膠特性方面,多是添加物質,研究方法相對單一。鮑佳彤等[8]研究發(fā)現(xiàn)分別添加魚糜總量的2%大豆分離蛋白、0.5%蛋清蛋白、0.2%濃縮乳清蛋白,可以顯著提高未漂洗革胡子鯰魚魚糜凝膠特性;熊澤語等[9]發(fā)現(xiàn)可以利用淀粉來提高未漂洗大黃魚魚糜的凝膠特性與持水性;暴依芮等[10]發(fā)現(xiàn)添加0.02 mol/L魚糜質量Ca2+可以使未漂洗鱸魚糜達到傳統(tǒng)漂洗魚糜的品質。

本實驗利用冰溫真空脫水技術,制備不同水分含量的草魚魚糜凝膠,研究其凝膠特性及品質變化,旨在探究淡水魚魚糜制品加工新技術。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

草魚,上海臨港卜蜂蓮花超市。

D-130電動勻漿機,Wiggens有限公司;H-2050R-1高速冷凍離心機,湘儀離心機有限公司;TA.XT Plus質構儀,英國Stable Micro System公司;Color Meter ZE-2000色差計,日本尼康公司;S-3400 N掃描電子顯微鏡,日本日立公司;MesoMR23-060H-1低場核磁共振儀,上海紐邁電子科技有限公司。

冰溫真空干燥實驗機[11]為本課題組自行研制,對草魚魚肉進行冰溫脫水處理。實驗時參數(shù)設置:壓力為800～1 200 Pa,溫度為(-0.5±0.5) ℃。

1-冷阱制冷機組;2-真空壓力變送器;3-手閥;4-放氣閥; 5-電動蝶閥;6-止油閥;7-真空泵;8-漏氣閥;9-物料;10-托盤; 11-電加熱板;12-質量傳感器;13-真空箱;14-排水閥;15-冷阱圖1 冰溫真空干燥實驗機原理圖Fig.1 Schematic diagram of the ice-temperature vacuum drying experiment machine

1.2 實驗方法

1.2.1 魚糜樣品制備

未漂洗魚糜制備:新鮮草魚進行前處理取肉,瀝干表面水分,于絞肉機中攪碎成魚糜,真空包裝于4 ℃冰箱冷藏,24 h內完成實驗。

漂洗魚糜制備參考王玉林[12]的方法。

1.2.2 實驗設計方案

實驗組分為6組,漂洗組(Px)和空白對照組(Ck,水分含量為80%)只加入2.5%的食鹽斬拌,其余4組分別在Ck組基礎上,冰溫脫水至含水率70%(T1);冰溫脫水至含水率60%(T2);冰溫脫水至含水率50%(T3);冰溫脫水至含水率40%(T4)作為T1～T4組。

1.2.3 魚糜凝膠制備

參考李慧等[13]的方法。

1.2.4 凝膠強度測定

采用質構儀,測定方法參考暴依芮等[10],選用P/5 s球形探頭穿刺樣品。

1.2.5 質構測定

測定方法同1.2.4節(jié),探頭為P/50,測試模式采用質地多面剖析法(texture profile analysis,TPA)。

1.2.6 持水性測定

參考MAJUMDAR等[14]的方法。

1.2.7 白度的測定

參考向晨曦等[15]的方法。

1.2.8 低場核磁共振(low field-nuclear magnetic resonance,LF-NMR)測定水分遷移情況

參數(shù)參照PAN等[16]的方法。

1.2.9 魚糜肌原纖維蛋白二級結構測定

參考熊澤語等[9]的方法。

1.2.10 魚糜凝膠微觀結構

參考LIU等[17]的方法。

假設學徒群體中，努力工作的學生的比例為p(0≤p≤1)，不努力工作的學生比例為1－p，同時，假設企業(yè)導師群體中認真指導的的導師比例為q(0≤q≤1)，不認真指導的企業(yè)導師比例為1－q。

1.2.11 感官評價

由7人組成感官評價小組,進行基礎培訓,按照感官評價標準對樣品的色澤、組織狀態(tài)、口感滋味、氣味方面進行打分(表1),最終評分以總分計。

表1 感官評價標準Table 1 Criteria for sensory evaluation

1.2.12 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用SPSS 26軟件對數(shù)據(jù)進行顯著性分析,P<0.05,差異顯著;采用Origin 2018軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 冰溫脫水對草魚魚糜凝膠強度的影響

凝膠強度是評價魚糜品質的重要指標,直接影響消費者感官可接受度[18]。由圖2可知,冰溫脫水不同含水率草魚魚糜的凝膠強度均差異顯著(P<0.05),且經過冰溫脫水處理后的4組魚糜凝膠強度明顯高于Px組和Ck組。脫水組較空白對照組凝膠強度分別增加了48%、125%、224%和116%。依據(jù)GB/T 36187—2018《冷凍魚糜》中凝膠強度相關規(guī)定,由AB級(凝膠強度≥100 g·cm)魚糜分別提升至A級(凝膠強度≥200 g·cm)、AA級(凝膠強度≥300 g·cm)、FA級(凝膠強度≥500 g·cm)、AA級(凝膠強度≥300 g·cm)魚糜,分別提升了1、2、4、2個等級。說明冰溫脫水會顯著提高魚糜的凝膠強度,但不是脫水越多越好,脫水至含水率為40%時,凝膠強度呈下降趨勢。可能是因為蛋白質二級結構發(fā)生變化導致,傅里葉變換紅外光譜顯示的二級結構與凝膠強度變化趨勢一致。也可能和鹽溶性蛋白相對含量有關,未經漂洗的草魚魚糜通過冰溫脫水提高鹽溶性蛋白質在體系中的相對濃度,使蛋白質更加的“聚集”,拉進了蛋白基團間的距離,為蛋白溶液提供優(yōu)良的成膠環(huán)境,提高了相應的草魚魚糜凝膠強度。漂洗可使鹽溶性蛋白“富集”,所以漂洗的草魚魚糜(Px組)凝膠強度高于未經漂洗的草魚魚糜空白組(Ck組)[19]。

2.2 冰溫脫水對草魚魚糜凝膠質構特性和白度的影響

質構和白度是衡量魚糜品質的重要指標。如表2所示,漂洗和冰溫脫水處理都會影響魚糜凝膠樣品的白度,不同的是漂洗由于洗掉魚糜中的色素物質使得魚糜凝膠白度有所改善,而冰溫脫水處理過程中,隨著水分含量的不斷減少,草魚魚糜凝膠的白度呈現(xiàn)逐漸下降趨勢,且水分含量低于60%時,樣品色澤受到較大影響,白度顯著降低。原因可能是因為魚肉水分含量降低,減少了魚肉表面光的反射,導致白度降低[20]。冰溫脫水處理對草魚魚糜凝膠的硬度、咀嚼性影響顯著,硬度呈現(xiàn)先增大后減小然后再增大趨勢,咀嚼性則呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢,且在冰溫脫水至水分含量為60%時,其硬度和咀嚼性分別是空白組的1.89倍和1.83倍。LIN等[21]的研究結果表明,水分增加會導致魚糜凝膠的硬度和咀嚼性降低。則反過來驗證了本實驗的正確性。樣品含水率下降,彈性均無顯著變化(P>0.05)。

表2 不同組別草魚魚糜凝膠的質構特性和白度Table 2 Texture characteristics and whiteness of different groups of grass carp surimi gel

2.3 冰溫脫水對草魚魚糜凝膠持水性的影響

圖3 不同組別草魚魚糜凝膠持水性變化Fig.3 Changes of water holding capacity of different groups of grass carp surimi gel

2.4 冰溫脫水對草魚魚糜凝膠網絡結構的影響

魚糜凝膠網絡規(guī)則有序致密,有利于改善魚糜制品凝膠強度和持水性能[24]。由圖4可知,隨著草魚魚糜水分含量的減少,肌原纖維形成的三維網絡結構交聯(lián)逐漸平整緊密,孔洞更小更少。但冰溫脫水至含水率為40%時,凝膠網絡結構出現(xiàn)明顯斷裂,可能由于較低的水分含量,減弱了魚糜凝膠中水分子與大分子的作用力,減少了其與蛋白質的極性或非極性部位結合,從而影響了魚糜肌原纖維蛋白結構。

a-Px組;b-Ck組;c- T1組;d-T2組;e-T3組;f-T4組圖4 不同組別草魚魚糜凝膠的微觀結構(3 000×)Fig.4 Microstructure of different groups of grass carp surimi gel (3 000 ×)

2.5 冰溫脫水對草魚魚糜凝膠水分分布的影響

橫向弛豫時間T2反映底物與水分結合的緊密程度,橫向弛豫時間越短,結合越緊密,水分越穩(wěn)定[22]。由圖5可知,樣品進行冰溫脫水,T22橫向弛豫時間顯著減少(P<0.05),促進底物與水的結合,凝膠網絡結構束縛水分子不易流失。從峰比例可以看出各狀態(tài)水分在總水分中的占比,峰比例的變化情況反映水分的流動情況。隨著草魚魚糜凝膠水分含量的減少,樣品T23峰比例顯著減少(P<0.05),說明水分子與草魚魚糜凝膠網絡結合更加緊密,束縛了不易流動水方向朝著自由水方向轉化。與張莉莉等[25]的研究結果一致,改變魚糜凝膠中非結合水比例能夠保護凝膠結構免受高溫破壞。含水率較低時,促進蛋白質與水分之間的作用,進而對魚糜凝膠的熱穩(wěn)定性有有利影響。

圖5 不同組別草魚魚糜凝膠橫向豫馳時間T2反演圖Fig.5 Inversion diagram of transverse relaxation time T2 of different groups of grass carp surimi gel

2.6 冰溫脫水對草魚魚糜蛋白傅里葉變換紅外光譜(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)的影響

FTIR可反映魚肉蛋白二級結構的變化,反映蛋白質的變性情況。圖6-a為不同組別草魚魚糜凝膠蛋白的紅外光譜曲線,隨著冰溫脫水處理后水分含量的逐漸降低,酰胺Ⅰ帶發(fā)生偏移現(xiàn)象,波峰先降低后升高,說明魚糜凝膠中蛋白質二級結構發(fā)生變化,進而分析魚糜凝膠蛋白質二級結構主要形式的相對含量(圖6-b)。由圖可知,冰溫脫水導致蛋白質二級結構不斷變化,冰溫脫水至60%時,蛋白質α-螺旋結構減少,β-折疊和無規(guī)則卷曲結構相對含量分別由20.2%和18.2%增加至23.14%和22.42%,分子結構由有序向無序轉變,凝膠強度由此增加。與王聰[26]和ZHOU等[27]的研究結果類似,魚糜蛋白二級結構轉化,促進蛋白質易于結合水分子基團顯現(xiàn),改善魚糜凝膠強度。較低水分含量的T4組,無序結構的相對含量開始降低,與T4組凝膠強度變化趨勢一致。因此,可以利用草魚魚糜凝膠蛋白的空間結構變化來解釋冰溫脫水對魚糜凝膠性能影響的部分機理。

a-凝膠紅外譜圖;b-蛋白質二級結構組成圖6 不同組別草魚魚糜凝膠紅外譜圖和蛋白質 二級結構組成Fig.6 Infrared spectrum and protein secondary structure composition of different groups of grass carp surimi gel

2.7 冰溫脫水對草魚肉香腸感官評價的影響

觀察圖7可知,不同組別草魚魚糜凝膠的組織狀態(tài)差異明顯。結合圖8可知,冰溫脫水過程中,樣品的感官評分先上升后下降,說明適度的冰溫脫水處理,對魚糜凝膠的組織狀態(tài)、口感滋味有有利影響。適度冰溫脫水使得魚糜凝膠樣品切面更加光滑,組織密實感增強,彈性和咀嚼性較好。未漂洗魚糜避免了漂洗魚糜水溶性蛋白、脂肪等營養(yǎng)物質流失,保留了魚肉本身的鮮味與香味,且冰溫脫水處理后其鮮味與魚香味更加濃厚,口感滋味明顯更好,原因可能是冰溫脫水導致滋味組分濃度變大,有待進一步研究。過度失水使得魚糜凝膠樣品的光澤感降低,組織硬度不斷提高,彈性降低,咀嚼困難,導致感官評分降低,難以滿足消費者需求。

圖7 不同組別草魚魚糜凝膠樣品Fig.7 Different groups of grass carp surimi gel samples

圖8 不同組別草魚肉香腸感官評分Fig.8 Sensory score of grass fish sausage in different groups

3 討論

影響魚糜蛋白凝膠網絡的穩(wěn)定性有2個較大的因素,一是蛋白質與水的相互作用,二是水分子的存在狀態(tài)。魚糜生產過程中因水分含量較高會導致蛋白質發(fā)生一定氧化,影響凝膠網絡結構的形成。本實驗利用的冰溫真空脫水技術,一方面降低了魚糜制品的水分含量,另一方面冰溫環(huán)境抑制了蛋白質氧化作用。通過實驗研究初步探索了冰溫脫水可能導致魚糜凝膠強度顯著提高的形成機理。實驗通過降低草魚魚糜凝膠水分含量,提高鹽溶性蛋白質在體系中的相對濃度,使蛋白質更加“易于聚集”,拉近了蛋白基團間的距離,為蛋白溶液提供優(yōu)良的成膠環(huán)境。蛋白質的二級結構變化表明,脫水組魚糜蛋白的有序螺旋結構向無序結構不斷轉化,有利于與水分子結合。同時,較低的水分自由度使得蛋白質與水分間的結合更加緊密,促進了蛋白分子的交聯(lián)和內部網絡結構的形成。微觀結構可明顯觀察到脫水組更加致密均勻,與核磁共振和持水性結果相對應。

4 結論

本文實驗條件下,草魚魚糜凝膠水分含量為60%時感官接受度較高,組織密實感增強,彈性和咀嚼性較好,滋味鮮美,香味濃厚;凝膠強度為394.44 g·cm,較空白組與漂洗組分別增加了125%和77%,魚糜等級由空白組的AB級(凝膠強度≥100 g·cm)提升至AA級(凝膠強度≥300 g·cm),提升了2個等級,接近AAA級(凝膠強度≥400 g·cm);其持水性最高為98.08%,同時電鏡觀察微觀結構顯示致密均勻;傅里葉變換紅外光譜顯示蛋白質分子結構由有序向無序轉變,β-折疊和無規(guī)則卷曲結構相對含量有所增加,分別由20.2%和18.2%增加至23.14%和22.42%。表明通過冰溫脫水降低草魚魚糜凝膠的水分含量可提高其品質。但魚糜過度失水,凝膠樣品色澤較差,硬度過高,咀嚼性變差,感官評分較低。所以,綜合來看,冰溫脫水至水分含量為60%時,其魚糜凝膠品質更佳,消費者感官接受度更高。冰溫脫水魚糜營養(yǎng)成分豐富,口感鮮美,符合消費者追求的綠色健康食品,且未漂洗魚糜可簡化工藝,還能實現(xiàn)節(jié)水,零排污的目標。冰溫真空脫水技術具有廣闊的應用價值,有利于淡水魚資源的高值化、產業(yè)化發(fā)展。