冻罗非鱼片的复配冰衣护色效果研究

成一伟， 林向东， 曹雪涛

(海南大学食品学院，海南 海口 570228)



冻罗非鱼片的复配冰衣护色效果研究

成一伟， 林向东， 曹雪涛

(海南大学食品学院，海南 海口 570228)

摘要：针对冷冻罗非鱼片在贮运过程中色泽品质退化的问题开展试验，寻求一种防止冻鱼片贮藏期间变色的新方法。采用响应面试验设计，在发色罗非鱼片和不发色罗非鱼片的冰衣中加入不同添加剂，测定鱼片中高铁肌红蛋白含量，比较组氨酸、抗坏血酸钠、异抗坏血酸钠、山梨酸钾及烟酰胺对鱼片的冰衣护色效果。结果显示，山梨酸钾与异抗坏血酸钠为较优的添加剂组合。以高铁肌红蛋白含量拟合公式中变色系数为试验指标，得到未发色鱼片护色的优化配方为：异抗坏血酸钠0.32‰，山梨酸钾0.68‰，此时变色系数为13.79；发色罗非鱼片的最适护色组合为：异抗坏血酸钠0.32‰，山梨酸钾0.68‰，变色系数为10.42。研究表明，冰衣护色法对防止冷冻罗非鱼片的褪色及褐变是有效果的，可作为罗非鱼片出口加工和贮运的实用技术，能有效减缓冷冻罗非鱼片的褐变速度，延长其鲜红色或原色的保持时间。

关键词：冷冻罗非鱼片；冰衣护色法；山梨酸钾；异抗坏血酸钠；变色系数

罗非鱼(Tilapia)具有繁殖速度快、适应能力强的特点[1]，其肉质中含7种人体必须氨基酸，蛋白质含量丰富，占鱼肉的20%左右[2]，肉质鲜嫩且少刺，在欧美、日韩以及中东等地区深受欢迎，有较高的经济价值。

血红蛋白(Hb)与肌红蛋白(Mb)是动物体内主要的红色色素，其中肌红蛋白占70%～90%，血红蛋白占10%～30%。由于鲜活罗非鱼加工过程中要经过放血工序，故鱼片中的血红蛋白含量几乎可以忽略不计。因此，肌红蛋白是罗非鱼肉呈色的主要成分[3-5]。为使产品有良好的商品特性，常用一氧化碳(CO)对鱼肉进行发色，以使其获得并保持鲜亮的红色来提高消费者的购买欲望，因此，冻罗非鱼片有发色和未发色之分。研究表明，经发色罗非鱼的鱼肉色泽与其组织中碳氧肌红蛋白(MbCO)的含量密切相关[1]；CO发色处理可以明显提高鱼片的红绿色值，可有效减缓或抑制鱼片中肌红蛋白发生氧化而生成高铁肌红蛋白的反应[6-7]。但经调查发现，用CO发色的鱼片在冷冻贮运一段时间后较易褪色，而未发色鱼片也常出现褐变问题，通常，这些问题出现的时间短则2～3个月，长则6个月。由于生产企业目前还没有找到有效的解决方法，影响了经济效益。本研究拟寻找一种新的冷冻罗非鱼鱼片护色方法，使其能较长时间保持色泽、品质。

1材料与方法

1.1试验材料

试验用鲜活罗非鱼：购自海南省海口市三西路市场，平均单尾重约400 g。

分析试剂：氢氧化钠(分析纯，西陇化工股份有限公司)；异抗坏血酸钠(优级纯，国药集团化学试剂有限公司)；烟酰胺、L-组氨酸、L-抗坏血酸钠(生化试剂，国药集团化学试剂有限公司)；磷酸二氢钠(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；山梨酸钾(化学纯，国药集团化学试剂有限公司)。

试验设备：电子天平(BS124S型，德国Sartorius)；制冰机(SIM-124F型，日本SANYO)；色差仪(CR-10型，日本柯尼卡美能达)；台式高速冷冻离心机(5415DD型，德国Eppendorf AG)；紫外-可见分光光度计(UV-2450型，日本岛津)；精密pH计(pHS-3C型，上海伟业仪器厂)；超低温冰箱(MDF-u4086s型，日本SANYO)；温度记录仪(XSR30型，北京赛维科技有限公司)；恒温磁力搅拌器(85-1、85-2，金坛富华仪器有限公司)。

1.2试验方法

1.2.1罗非鱼片冰衣中添加剂的筛选

选择L-组氨酸、L-抗坏血酸钠、异抗坏血酸钠、山梨酸钾及烟酰胺等试剂，配制质量浓度分别为0、0.025%、0.05%、0.075%、0.1%的溶液。以异抗坏血酸表示异抗坏血酸钠的浓度，以山梨酸计算山梨酸钾的浓度。配置上述5种添加剂各浓度水溶液，充分溶解后置于冰箱(2 ℃)中贮藏待用。

随机挑取大小、色泽相近的CO发色罗非鱼片和新鲜未发色罗非鱼片，50片为一组，各取5组。取CO发色罗非鱼片和新鲜未发色罗非鱼片各一组，分别放置到待用的溶液中，浸泡20 s后捞出并沥除表面水分，放入超低温冰箱中冷却至中心温度达到-20 ℃，置于-18 ℃冰箱中贮藏，共贮藏70 d。

每隔7 d(共70 d)取各处理的冻罗非鱼片3片，测定其高铁肌红蛋白的百分比含量，重复3次，取平均值，将其代入拟合公式，求得ln(x)项的系数(即变色系数)。

1.2.2高铁肌红蛋白(met-Mb)含量的测定

参考相关文献[8-9]的方法并略作改动。称取待测鱼片中红色肉20.00 g，加入180.00 g磷酸钠缓冲液(pH 8.4)，用打浆机捣碎，在冰浴中静置0.5 h后于8 000 r/min、4 ℃下离心20 min，滤纸过滤，取上清液分别于525 nm、572 nm、700 nm处测定其吸光度(OD)，此过程重复2次，每个样品做3次平行测定。总高铁肌红蛋白通过以下公式计算：

ω={1.395-[(A572-A700)/(A525-A700)] }×100

式中：ω—met-Mb百分含量，%；A525、A572、A700—上清液在525 nm、572 nm、700 nm 处的OD值。

1.2.3响应面试验

根据添加剂筛选试验的结果，选取异抗坏血酸钠和山梨酸钾的浓度为0.20‰～1.00‰。按照Box-Behnken中心组合设计原理，设计二因素三水平试验，采用响应面分析法确定优化复配组合。考虑到方便计算，添加剂浓度的单位取 ‰(质量分数)。

1.2.4数据处理

选用Microsoft Excel 2007软件拟合分析数据的变化趋势；用Minitab 15软件对各组数据进行正态检验、方差齐性检验和独立性检验；分别用独立样本t检验比较均值、LSD法进行单因素方差分析、Design Expert 8.0.5b软件进行响应面设计及分析。

2结果

2.1CO发色罗非鱼片护色冰衣配方

2.1.1添加剂筛选试验

试验结果见表1。随着山梨酸质量浓度的升高，鱼片的变色系数不断降低；当异抗坏血酸的质量浓度不断增高时，鱼片的变色系数也不断降低；而其余3种添加剂的质量浓度不断增加时，鱼片的变色系数并未呈现有规律的变化趋势。综合比较变色系数的大小，可以得出护色效果最好的添加剂是山梨酸钾，其次是异抗坏血酸钠，而其余3种添加剂的护色效果则相对较差。故选取山梨酸钾及异抗坏血酸钠继续进行试验。

表1　发色鱼片冰衣中不同添加剂的变色系数

2.1.2冰衣中添加剂复合配方的响应面分析结果

根据上述试验编码水平表进行13组试验，零水平重复5次，选取变色系数为试验指标，结果见表2。

表2　中心组合试验设计及变色系数的响应值

通过对得到的数据进行响应面分析，得出变色系数Y与两个因素之间的回归方程为：

Y=14.33-6.40A-2.77B+0.44AB+3.01A2+0.48B2

在上述结果的基础上，进一步分析A、B两个因素对变色系数的影响。从结果(图1)可知，当异抗坏血酸浓度值固定时，随着山梨酸浓度的不断增大，变色系数跟着不断降低，其下降速度先加快后减缓；当山梨酸浓度值固定时，变色系数也随异抗坏血酸浓度的持续增大而不断降低，下降速度也是先加快后减缓。

表3　响应面二次模型及方差分析结果

注：*表示差异显著(P<0.05)；**表示差异极显著(P<0.01)。

2.1.3最优条件的确定及验证

根据国家对食品添加剂用量的标准，异抗坏血酸和山梨酸的总添加量(质量浓度)应当不高于1‰。将A+B=1‰带入方程中，求解方程得：

Y=3.05A2-4.15A+12.04

A的取值范围为0≤A≤1，求得该方程取最小值时A=0.680 4‰，B=0.319 6‰。将A、B值代入响应面拟合公式后解得变色系数Y=10.63，即限定条件下的最优值。

图1　山梨酸和异抗坏血酸添加量对发色鱼片变色系数的影响Fig.1　The influences of the amount of Sorbic acid and D-Isoascorbic acid on color-changing coefficient of colored fillets

为了验证模型预测的准确性，按照方程解得的最优条件A=0.680 4‰、B=0.319 6‰(为方便实际操作，质量浓度分别取山梨酸0.68‰，异抗坏血酸0.32‰)进行试验，最后得到的变色系数为10.42，与模型的预测值10.63非常接近，说明该模型的置信度较高。经复配冰衣护色后，发色罗非鱼片的变色系数比纯水冰衣时有较明显降低，其颜色褐变速度减缓，说明起到了护色作用。

2.2未发色罗非鱼片护色冰衣配方

2.2.1添加剂筛选试验

从试验结果(表4)可知，随着山梨酸的质量浓度的升高，鱼片的变色系数不断降低；当异抗坏血酸的质量浓度不断增高时，鱼片的变色系数也不断降低；而其余3种添加剂的质量浓度不断增加时，鱼片的变色系数并未呈现有规律的变化趋势。综合比较变色系数的大小可以得出护色效果最好的添加剂是山梨酸钾，其次是异抗坏血酸钠，其余3种添加剂的护色效果则相对较差。故选取山梨酸钾及异抗坏血酸钠继续进行试验。

表4　未发色罗非鱼片冰衣中不同添加剂的变色系数

2.2.2冰衣中添加剂配方的响应面分析结果

根据试验编码水平表进行13组试验，零水平重复5次，选取变色系数为试验指标，结果见表5。

通过对得到的数据进行响应面分析，得出变色系数Y与两个因素之间的回归方程为：

Y=17.38-6.73A-2.28B-0.47AB+3.50A2+0.76B2

表5　中心组合试验设计方案及变色系数的响应值

值大小来判断各因素对Y结果影响的主次，结果为：A>B，即山梨酸>异抗坏血酸，且AB的交互作用不显著(P>0.05)。

表6　响应面二次模型及方差分析结果

注：*表示差异显著(P<0.05)；**表示差异极显著(P<0.01)。

在上述分析的基础上，进一步分析A、B两个因素对变色系数的影响。从结果(图2)可知，当异抗坏血酸浓度值固定时，随着山梨酸浓度的不断增大，变色系数跟着不断降低，其下降速度先加快后减缓；当山梨酸浓度值固定时，变色系数也随异抗坏血酸浓度的持续增大而不断降低，下降速度也是先加快后减缓。

图2　山梨酸和异抗坏血酸不同添加量对冻罗非鱼片变色系数的影响Fig.2　The influences of the amount of Sorbic acid and D-Isoascorbic acid on color-changing coefficient of frozen tilapia fillets

2.2.3优化条件的确定及验证

根据GB2760-2014中对食品添加剂用量的规定，异抗坏血酸和山梨酸的总添加量(质量浓度)应当不高于1‰。将A+B=1(质量浓度)代入响应面拟合方程中，求解方程得：

Y=4.73A2-6.44A+15.86

A的取值范围为0≤A≤1，求得该方程取最小值时A=0.6808‰，此时B=0.319 2‰。将A、B值再代入响应面拟合公式后求得变色系数Y=13.67，此即限定条件下的最优值。

为了验证模型预测的准确性，按照方程解得的最优条件A=0.680 8‰、B=0.319 2‰(为了实际操作的方便，质量浓度分别取山梨酸0.68‰，异抗坏血酸0.32‰)进行试验，最后得到的变色系数为13.79，与模型的预测值13.67非常接近，相对误差为0.88%，说明该模型是可信的。经复配冰衣护色后，冻罗非鱼片的变色系数比用纯水作冰衣时低，其颜色褐变速度也相对更慢，说明起到了护色作用。

3讨论

3.1发色鱼片冰衣中山梨酸和异抗坏血酸的护色机理

按照优化护色配方，在CO发色冻罗非鱼片冰衣中添加山梨酸和异抗坏血酸能有效减缓鱼片的褪色速度。分析其原因可能是异抗坏血酸和山梨酸具有还原性，与O2可发生竞争反应，减弱了其对鱼片的氧化作用，同时降低了细胞内的pH，从而降低了氧气消耗酶的活性，抑制了脂肪氧化反应，促进高铁肌红蛋白的还原，这与相关的研究结果相符[10-12]。山梨酸的防腐剂性能也能对鱼片的色泽起到一定的辅助性保护作用。而CO发色冻罗非鱼片与未发色冻罗非鱼片相比，其经冰衣护色后的变色系数更低，主要原因是CO与鱼肉中的肌红蛋白结合生成了鲜红色的碳氧肌红蛋白(MbCO)，其稳定性极高，且能防止肌红蛋白中Fe2+转化为Fe3+，抑制高铁肌红蛋白的形成[13-14]。

3.2未发色鱼片冰衣中山梨酸和异抗坏血酸的护色机理

按照优化护色配方，在未发色冻罗非鱼片冰衣中添加山梨酸和异抗坏血酸能明显降低未发色罗非鱼片的褐变速度。有专家认为鱼片在冻藏过程中脂肪氧化反应与肌红蛋白氧化反应是相互促进的[15]；鱼肉脂肪在氧化过程中会产生一些会进攻肌红蛋白的血红素辅基部分的自由基，使血红素辅基中心的Fe2+氧化成为Fe3+，促使鱼肉褐变[10]，产生的Fe3+又是脂肪氧化的催化剂[16]；而山梨酸和异抗坏血酸具有抗氧化性，能有效抑制鱼肉的脂肪氧化反应和肌红蛋白氧化反应。此外，山梨酸的稳定剂性能和冰衣的阻隔作用也保护了鱼片表面不被侵染，从而减少了汁液和肌红蛋白的溶出，减缓了色泽的褐变[17-18]。这与张方乐等[19]的研究结果一致。

4结论

经单因素筛选及响应面优化，初步确定，在未发色罗非鱼片冰衣中加入异抗坏血酸钠、山梨酸钾具有良好的护色效果，鱼片中met-Mb百分含量的变色系数为13.79，与只进行包冰衣处理的变色系数16.05相比有着较明显的下降，能有效减缓未发色罗非鱼片的褐变速度，延长鱼片原色的保持时间；在发色鱼片冰衣中加入异抗坏血酸钠0.32‰、山梨酸钾0.68‰，得到的高铁肌红蛋白百分含量变化系数为10.42，与对照处理的变色系数12.93相比有较明显的下降。因此认为，复配冰衣护色法能有效减缓鱼片的褪色速度，增加发色罗非鱼片红色的保持时间。

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Color-protecting effect of compound ice glaze on frozen tilapia fillets

CHENG Yiwei， LIN Xiangdong， CAO Xuetao

(CollegeofFoodScienceandTechnology，HainanUniversity，Haikou570228,China)

Abstract：Focused on the color degradation issue of tilapia fillets at their storage and transportation, this research was conducted to look for a new method that could avoid the problem. Under the response surface design, different additives were added to CO-colored and uncolored tilapia fillets groups, and the color-protecting effects of histidine, sodium ascorbate, sodium erythorbate, potassium sorbate, and nicotinamide on glazed fillets were compared, with the met-Mb contents as indicators. The results showed that the optimized additive formulas were 0.32 ‰ potassium sorbate and 0.68 ‰ sodium erythorbate for both the uncolored and colored tilapia fillets groups, with the color-changing coefficient of the uncolored group being 13.79 and that of the CO-colored group 10.42. The research indicates that ice glazing method is effective in avoiding color fading and slowing down the browning rate of frozen tilapia fillets, and can be used in tilapia fillet storage and exporting thus to prolong the color retaining duration.

Key words：frozen tilapia fillets; water glaze color-protecting; potassium sorbate; sodium erythorbate; color-changing coefficient

中图分类号：TS254.4；S984

文献标志码：A

文章编号：1007-9580(2016)02-050-07

DOI：10.3969/j.issn.1007-9580.2016.02.010

作者简介：成一伟(1992—)，男，硕士研究生，研究方向：水产品贮藏与加工技术；E-mail：873677717@qq.com通信作者：林向东(1957—)，男，教授，研究方向：水产品贮藏与加工技术；E-mail：lxdzqlh@sina.com

基金项目：国家自然科学基金“基于物性参量关联的冻罗非鱼鱼片中冰晶含量检测方法及机理研究(31460420)”

收稿日期：2015-11-03修回日期：2016-03-12