高压静电场解冻对冻罗非鱼片品质的影响

唐 梦,岑剑伟,李来好,*,杨贤庆,魏 涯,郝淑贤,黄 卉

(1.中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部水产品加工重点实验室,国家水产品加工技术研发中心,广东广州 510300;2.上海海洋大学食品学院,上海 201306)



高压静电场解冻对冻罗非鱼片品质的影响

唐 梦1,2,岑剑伟1,李来好1,*,杨贤庆1,魏 涯1,郝淑贤1,黄 卉1

(1.中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部水产品加工重点实验室,国家水产品加工技术研发中心,广东广州 510300;2.上海海洋大学食品学院,上海 201306)

本文以冻罗非鱼片为研究对象,分析了不同高压静电场(0、1.8、3.8 kV)、不同解冻温度(25、15、5 ℃)条件下解冻,其解冻曲线、解冻时间和解冻速率的变化情况;并以解冻损失率、菌落总数、感官品质、色差值、总挥发性盐基氮(TVB-N)、脂质氧化(TBA)等为衡量指标,研究了高压静电场解冻对罗非鱼片品质指标变化影响。结果显示,对各解冻温度组,3.8 kV高压静电场解冻速率更快,解冻时间更短,在5 ℃时,3.8 kV高压静电场解冻速率是对照组速率的1.59倍;高压静电场解冻后鱼片TVB-N值和菌落总数都显著低于对照组,15 ℃时,3.8 kV高压静电场解冻候的菌落总数为4.29 log CFU/g显著低于对照组的4.67 log CFU/g(p<0.05);总体上高压静电场解冻不仅可以加速冻罗非鱼片的解冻,而且能更好地保持鱼肉的品质,从解冻速率和品质指标综合考虑,15 ℃、3.8 kV高压静电场解冻是最佳的选择。

罗非鱼片,高压静电场,解冻,品质

罗非鱼一直以来因高蛋白、低脂肪深受消费者的喜爱,罗非鱼的加工和出口产品以冷冻鱼片为主[1-2]。解冻是冰晶融化的过程,解冻后的食品难以恢复到较佳的新鲜状态,因此,人们致力于研究新的解冻方式以更好的解决冻结食品在解冻过程中存在的品质变化问题。

高压静电场解冻是将冷冻食品在高压静电场中利用高压电场微能源破坏水的稳态结构使得冰层结构随着氢键的崩溃而发生变化,从而使食品解冻[3-4]。解冻对食品的营养价值和品质影响很大,解冻时间太长,微生物会大量繁殖,使食品腐败变质,解冻时间太短,会导致一些营养物质随汁液流失[3,5-6]。而高压静电场作为一种新型的解冻方式,在解冻时间和解冻后的品质上都优于普通空气解冻[7-12];1991年日本学者 Ohsuki Tatsukiyo申请了关于食品静电解冻方法的专利(US19900539060)[13],结果表明:金枪鱼片和牛肉片在-3～3 ℃下解冻时间仅为同等温度下的1/4～1/3,解冻后金枪鱼片和牛肉片的微生物指标明显低于对照组,且无明显的汁液流失现象。Alireza[14]等在研究三种不同电压和三种不同的电极距下金枪鱼的解冻时发现,高压静电场可以加速其解冻过程,其中提高电压和降低电极距可以有效缩短解冻时间;且高压静电场解冻后的金枪鱼菌落总数和挥发性盐基氮TVB-N值都低于对照组。本文以冻罗非鱼片为研究对象,比较不同温度条件,不同静电场强度对冻罗非鱼片的解冻速率和解冻品质的影响,为冻罗非鱼片解冻研究和应用提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

罗非鱼 广州市海珠区华润万家超市客村店,挑选无病害鲜活罗非鱼,质量为700 g左右。

盐酸、酚酞、硼酸、甲基红、次甲基蓝、氢氧化钠、高氯酸、三氯乙酸、硫代巴比妥酸氯化钠、PCA平板计数琼脂培养基、无水乙醇等 国产分析纯。

Ultra Turrax T25D型均质机 德国IKA工业设备公司;UV-2550紫外分光光度计 日本岛津公司;SQ510C 型立式压力蒸汽灭菌器 重庆雅马拓科技有限公司;MIR254 低温恒温培养箱 日本Sanyo公司;SPX-320型生化培养箱 宁波江南仪器厂;SC-80C型全自动测色色差计 北京康光仪器有限公司;BC/BD-629H冷藏冷冻转换柜 青岛海尔特种冰柜有限公司;testo735温度测量仪 德国德图公司;MS1160美吉斯真空包装机 东莞凯仕电器有限公司;SC-80C 型色差计 北京康光仪器有限公司;多功能静电冷冻/解冻/保鲜实验机 台湾迪弗斯科技股份有限公司。

图1 高压静电场解冻装置示意图Fig.1 Schematic diagram of HEFV thawing system

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 鲜活罗非鱼取鱼片并去皮、冲洗干净表面血渍,用滤纸吸干表面水分,鱼片大小厚度约为13 cm×9 cm×1.5 cm,用真空包装袋进行真空包装,分成三组进行标记(25、15、5 ℃)。将鱼片置于冰柜中,-20 ℃冻结12 h后取出进行解冻实验。

1.2.2 解冻方法 将罗非鱼片取出在高压静电场装置中解冻,高压静电场装置可调节高压静电场能量为1.8、3.8、0 kV对照组(无高压静电场能量);鱼肉中心温度达到0 ℃为解冻终点。

1.2.3 解冻温度变化曲线、解冻时间和解冻速率测定 将k型电偶温度计探头插入鱼片中心位置,用温度测量仪每隔1 min测一次温度。根据记录的温度绘制解冻曲线。解冻时间为鱼片中心温度从-18～0 ℃所需时间。解冻速率为鱼片质量(g)与解冻时间之比[14],即

解冻速率(g/min)=鱼片质量(g)/解冻时间(min)

式(1)

1.2.4 解冻损失率测定 解冻损失率测定参考Alireza等的方法[14]。解冻终点为鱼片中心温度0 ℃,解冻完成后取出鱼片,去除包装袋,用滤纸去除表面水分称量的重量即为解冻后质量;解冻损失率计算公式如下:

解冻损失率(%)=[解冻前鱼片质量(g)-解冻后鱼片质量(g)]/解冻前鱼片质量(g)×100

式(2)

1.2.5 感官评价 感官评价是由7名经过培训的专业人员对不同解冻条件下解冻后的鱼片品质进行感官评分,评价标准参考李莎[15]等的方法,通过色泽、组织形态、气味和肌肉弹性进行评价,具体评分规则如表1所示。

1.2.6 菌落总数测定 称取罗非鱼片的背部的主脊位置肌肉(5.00±0.02) g,剪碎,加入到45 mL 0.9%的无菌NaCl溶液中,制备10倍稀释液。菌落总数的测定方法按照GB/T 4789.2-2010《食品安全国家标准 食品微生物学检验菌落总数测定》进行[16]。

1.2.7 挥发性盐基氮(TVB-N)测定 称取罗非鱼片的背部的主脊位置肌肉(5.00±0.02) g,剪碎,按照 SC/T 3032-2007《水产品中挥发性盐基氮的测定》测定TVB-N 值[17]。

1.2.8 脂质氧化(TBA)测定 TBA参考John等的方法测定[18]。称取罗非鱼片的背部的主脊位置肌肉(5.00±0.02) g,剪碎,置于50 mL离心管中,加入25 mL 7.5%三氯乙酸溶液(含0.1% EDTA),均质1 min;防止过热,每均质15 s,间隔15 s;然后振摇30 min,用双层滤纸过滤两次,取滤液5 mL加入0.02 mol/L TBA摇匀,沸水浴40 min,冷却后取5 mL上清液加入5 mL氯仿溶液,摇匀,静置,分层取上清液于538 nm 测吸光度,空白用5 mL蒸馏水代替。

表1 罗非鱼片感官评定标准表Table 1 Criteria of sensory evaluation for tilapia fillets

1.2.9 色差值测定 取罗非鱼片的背部的主脊位置,选择三个不同的点作为测试,用SC-80C型色差计测定,最后取三点的L*、a*、b*值,L*代表亮度(值越大说明鱼肉越亮,越小说明鱼肉越暗);a*表示红绿程度(正值表示红色程度,负值表示绿色程度);b*表示黄蓝程度(正值表示黄色程度,负值表示蓝色程度)。

1.3 数据统计方法

实验数据采用Microsoft Excel 2010进行统计分析和作图;IBM SPSS Statistics Version 19.0进行方差分析;用JMP 7.0进行差异显著性分析,显著性水平设置为p<0.05。

2 结果与分析

2.1 解冻温度变化曲线、解冻时间和解冻速率

由图2可看出,25 ℃解冻时,高压静电场解冻比对照组所需时间短,主要因为高压静电场解冻能更快的到达最大冰晶生成带,更快速的通过最大冰晶生成带,从而加速解冻,其中3.8 kV比1.8 kV解冻所需时间更短,说明在一定范围内高压静电场强度增加对解冻是有加速作用的;图3,图4均与图2趋势相同;由图2、图3、图4和表2可看出,温度越低解冻时间越长,高压静电场能量越高,解冻速度优势越明显,在5 ℃时,对照组所需时间为604 min,而3.8 kV高压静电场解冻所需时间仅需382 min,解冻速率是对照组速率的1.59倍,而25 ℃时,对照组所需时间为104 min,而3.8 kV高压静电场解冻所需时间仅需89 min,解冻速率只是对照组速率的1.15倍。

图2 冻罗非鱼片在25 ℃时不同 静电场能量下解冻的温度变化曲线Fig.2 Thawing curve of frozen tilapia fillets under different electric field condition at 25 ℃

图3 冻罗非鱼片在15 ℃时 不同静电场能量下解冻的温度变化Fig.3 Thawing curve of frozen tilapia fillets under different electric field condition at 15 ℃

图4 冻罗非鱼片在5 ℃时不同 静电场能量下解冻的温度变化曲线Fig.4 Thawing curve of frozen tilapia fillets under different electric field condition at 5 ℃

2.2 解冻损失率

如表2所示,3.8 kV和1.8 kV高压静电场解冻后的解冻损失率都低于对照组后的解冻损失率,但影响并不显著(p>0.05),15 ℃解冻时,3.8 kV解冻后解冻损失率为2.5%,显著低于对照组解冻后的3.17%(p<0.05),因为高压静电场可以破坏水的稳态结构,加速冰层结构中氢键的断裂,使得冰以小冰晶形式过渡到小分子的液体状态保存在食品内部,解冻损失率低;不同温度对冻罗非鱼片解冻后的解冻损失率的影响也不显著(p>0.05),其中15 ℃时解冻损失率最低,25 ℃解冻时可能是因为解冻温度当中心温度达到0 ℃时,鱼片表面温度已经远远高于0 ℃,导致解冻损失率增加,而5 ℃解冻时,可能因为解冻所需时间长时,细胞内发生重结晶的程度大于快速解冻,导致细胞的损害更大,汁液损失更多。

表2 高压静电场解冻对罗非鱼片解冻时间、解冻速率、解冻损失率和感官评价的影响Table 2 Thawing time,thawing rate,,thawing loss and sensory quality of frozen Tilapia fillets exposed to different electric field condition

注:同列肩注不同小写字母表示差异显著p<0.05，表3同。2.3 感官评价

罗非鱼片在贮藏过程中,肌肉中蛋白质、氨基酸等含氮物质在外源微生物和自身内源酶的作用下,被分解为吲哚、氨、三甲胺等低级产物,导致鱼肉产生具有腐败特征的臭味。新鲜的罗非鱼片颜色正常鲜亮有光泽,肌肉组织紧密,纹理清晰,具有新鲜鱼片固有腥味,肌肉有弹性[19-20]。如表2所示,高压静电场解冻后的样品感官评价高于对照组的感官评价,差异显著(p<0.05),主要体现在高压静电场解冻后的样品颜色更有光泽,肌肉有弹性,肌肉纹理清晰,但不同条件解冻后的样品均处于一级新鲜度(感官评分>15),因为高压静电场可以抑制微生物的繁殖,破坏食品中一些不良的化学反应的平衡;15 ℃时在静电能量为3.8 kV是感官评分最高为18.30,5 ℃条件下解冻后的鱼片,由于解冻时间过长,解冻后的鱼肉组织紧密度下降;而25 ℃条件下解冻,由于解冻环境温度高,当中心温度到达0 ℃时,表面温度已经远远高于0 ℃,解冻后的鱼肉气味和组织形态略有下降。

2.4 TVB-N值

冻罗非鱼片解冻产生的挥发性盐基氮主要是由腐败微生物生长繁殖过程中降解蛋白质及非蛋白质含氮混合物产生[20-21],由图5可以看出温度越高,TVB-N值越高,25 ℃对照组时TVB-N值16.80 mg/100 g比5 ℃对照组时TVB-N值10.75 mg/100 g高出6.05 mg/100 g,差异显著(p<0.05),但都低于20 mg/100 g 的限量值[17]。在同等温度条件下,高压静电场解冻后TVB-N值比对照组低,在静电场能量为3.8 kV时低于1.8 kV;在5 ℃,3.8 kV时TVB-N值最低。

图5 高压静电场解冻对冻罗非鱼片TVB-N值的影响Fig.5 Changes in TVB-N of frozen fish after thawing in different electric field condition

2.5 TBA值

TBA值是样品中不饱和脂肪酸氧化产生丙二醛的程度[22],如图6所示,不同温度条件下TBA值差异较为显著(p<0.05),5 ℃时，解冻时间长，解冻速度慢，导致TBA值较高，对照组TBA值为0.26 mg/kg;但相同温度条件下,高压静电电场条件下解冻与无静电场解冻TBA值差别不显著(p>0.05),说明高压静电场处理不会加速冻罗非鱼片解冻过程中的脂肪氧化。

图6 高压静电场解冻对冻罗非鱼片TBA值的影响Fig.6 Changes in TBA of frozen fish after thawing in different electric field condition

2.6 菌落总数

水产品在腐败过程中会产生不良气味,其主要原因是某些特定微生物在生长和代谢过程中不断生成硫化物、有机酸、酮、醛、氨等异味物质[22-24]。如图7所示,对照组无电场条件下解冻后,25 ℃时,菌落总数为4.66 log CFU/g,15 ℃时为4.67 log CFU/g,5 ℃时为4.72 log CFU/g,说明温度越低,解冻时间越长,微生物总数越多,因此从微生物总数方面来看,在解冻过程中样品解冻时间越短越好,可能是解冻所需时间长,给微生物生长繁殖提供了时间,且解冻汁液损失大,汁液流失的同时溶有氨基酸、可溶性蛋白、盐类、维生素等可溶性成分,为微生物的生长繁殖提供了营养[27];高压静电场解冻的菌落总数都低于相同解冻方式菌落总数下无电场解冻,差异显著(p<0.05),15 ℃时,3.8 kV和对照组的菌落总数分别为4.29、4.67 log CFU/g,因为高压静电场能与样品中的水与蛋白质、碳水化合物相结合,使得细菌及微生物不易吸收养分,从而抑制繁殖;也可能是因为高压静电场的存在改变了细菌细胞膜的内外电势,导致细菌的生长代谢出现紊乱,从而达到抑制或杀灭微生物的作用;但解冻后都未超出冻罗非鱼片解冻后菌落总数为5×105CFU/g(约为5.70 log CFU/g)的安全指标[25]。

表3 高压静电场解冻对冻罗非鱼片的色差值的影响Table 3 Color difference of frozen Tilapia fillets exposed to different electric field condition

图7 高压静电场解冻对冻罗非鱼片菌落总数的影响Fig.7 Changes in total bacterium of frozen fish after thawing in different electric field condition

2.7 色差

颜色是评价肉类的品质的重要指标，色泽的变化直接影响着消费者的购买欲望，肉的颜色主要是由二价铁的肌红蛋白的保持程度所决定的。新鲜的罗非鱼片由于肌球蛋白变性和亚铁血红素被取代、肉中水分含量变化、色素蛋白结构中卟啉环被破坏及蛋白聚合等原因导致表面亮度增加[26]。如表3所示，不同温度条件对冻罗非鱼片的解冻后的L*值影响较小，但高压静电场解冻后的罗非鱼片L*值低于对照组，25 ℃时，对照组L*值为50.60，3.8 kV高压静电场解冻为46.38，差异显著(p<0.05)，电场强度对L*值影响不显著(p>0.05)；可能是因为对照组解冻损失率大，汁液流失使得鱼肉表面游离水增多，测定时光的反射增强，亮度值更高；相同温度条件下，高压静电场解冻后，a*值低于对照组，高压静电场可以电离空气生成臭氧和负离子[27]，可能是负离子对觉得肌红蛋白反应的二价铁离子产生一定的影响的结果；相同温度条件下，高压静电场解冻后，b*值的差异可能一定程度上与臭氧的产生有一定的关系，臭氧和负离子会使得卟啉环氧化，导致褐变，使得b*值增加，也可能是高压静电场对肌红蛋白造成了一定的影响。

3 讨论

3.1 高压静电场解冻对解冻速率的影响

本文研究表明,高压静电场解冻能更快的到达最大冰晶生成带,更快速的通过最大冰晶生成带,因此高压静电场能明显加速冻罗非鱼片的解冻。高压静电场可以加速鱼片解冻,因为高压静电场可以破坏水的稳态结构,使得水分子团结构以及由此构成的冰层结构随着氢键的崩溃而发生变化,从而加速解冻[5,9,28];又因为在高压静电场中存在带电粒子,这些带电粒子之间的运动会形成离子风,当运动的带电粒子达到样品表面时,其所携带的能量会被表面的水分子吸收,水分子的动能增加,融化加快,从而加速解冻[5];温度越低高压静电场解冻速率优势越明显,因为温度越低,解冻时间越长,高压静电场处理时间越长,这样带电粒子在电场中形成更多的离子风,从而使得加速作用更明显。

3.2 高压静电场解冻对微生物的影响

在不同强度高压静电场条件下解冻的菌落总数都低于相同解冻方式下对照组。可能是因为电场能量使得样品中的水与蛋白质、碳水化合物结合性优异,使得细菌及微生物不易吸收养分,从而抑制繁殖;也可能是因为高压静电场的存在改变了细菌细胞膜的内外电势,导致细菌的生长代谢出现紊乱,从而达到抑制或杀灭微生物的作用[9,22,28-29]。有研究者研究发现,在高压静电场中可以电离空气产生臭氧和负离子,臭氧能和细菌细胞壁脂类双键反应,作用于蛋白质和脂多糖,改变细胞的通透性,从而导致细菌死亡,而且负离子则能抑制生物组织的新陈代谢、降低其呼吸强度、减慢酶的活性等作用[30-31]。丹阳和李里特[31]对高压静电场产生臭氧的能力进行了研究,结果发现,臭氧含量随着电场强度的增加而不断增加,并且发现高压静电场所产生的臭氧对细菌具有抑制和杀灭作用。

3.3 高压静电场解冻对鱼肉品质的影响

高压静电场解冻无论是在哪种温度条件下,对鱼肉的品质都有更好的保持,感官评价和色差值都比无电场条件下优异,高压静电场解冻的鱼肉组织更紧密,弹性更好,但气味差别并不大,解冻损失率低,TVB-N值低。

4 结论

高压静电场比对照组所需时间短,解冻速率快,在5 ℃时,3.8 kV高压静电场解冻是对照组速率的1.59倍。高压静电场解冻后,鱼片TVB-N值和菌落总数都低于对照组,说明高压静电场可以抑制微生物的生长代谢。不同温度条件对冻罗非鱼片的解冻也有一定影响,温度高解冻快,微生物和酶的生存环境适宜,导致品质下降;温度低解冻时间长,汁液流失严重,给微生物提供了足够时间和营养进行生长繁殖,因此适中的解冻温度才是最佳的选择。综合解冻速和品质指标考虑，15 ℃、3.8 kV高压静电场解冻是最佳的选择。高压静电场解冻装置成本低,现已有部分企业已经应用于生产加工过程当中,随着以后科技的发展和进步,高压静电场解冻的成本会更低,将进一步走进家庭应用领域。

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Impact of high voltage electric field thawingon the quality of frozen tilapia fillet

TANG Meng1,2,CEN Jian-wei1,LI Lai-hao1,*,YANG Xian-qing1,WEI Ya1,HAO Shu-xian1,HUANG Hui1

(1.South China Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences;Key Laboratory of Aquatic ProductProcessing,Ministry of Agriculture;National R&D Center for Aquatic Product Processing,Guangzhou 510300,China;2.College of Food Science & Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

The frozen tilapia fillets were adopted as the raw material,the thawing curve,the thawing time and thawing rate were analyzed under the conditions of different high voltage electrostatic fields(HEVF)(0,1.8,3.8 kV)and different thawing temperatures(25,15,5 ℃). Loss rate of thawing,colony,sensory quality,total color difference value,total volatile base(TVB-N)and lipid oxidation of nitrogen(associates)were used as indicators of quality. The results showed that thawing under 3.8 kV HVEF was faster and the thawing time was shorter for each thawing temperature group. At 5 ℃,the rate of 3.8 kV high voltage electrostatic field was 1.59 times that of the control group. The TVB-N value and the total number of colonies were significantly lower than control group. At 15 ℃,the total number of colonies at 3.8 kV high voltage electrostatic field was 4.29 log CFU/g,which was significantly lower than control group(4.67 log CFU/g(p<0.05). In general,the thawing of high-voltage electrostatic field can not only accelerate the thawing of frozen tilapia fillets,but also better keep the quality of fish. From the thaw rate and quality indicators,15 ℃,3.8 kV HVEF thawing is the best choice.

tilapia fillet;high voltage electrostatic field;thawing;quality

2017-01-17

唐梦(1991-),女,硕士研究生,研究方向:食品科学与工程,E-mail:510395089@ qq.com。

*通讯作者:李来好(1963-),男,博士,研究员,研究方向:水产品加工、水产品质量安全与水产标准,E-mail:lailiaoli@ 163.com。

中国水产科学研究院基本科研业务费专项(2015B06YQ01);现代农业(罗非鱼)产业技术体系建设专项资金(CARS-49);国家科技支撑计划项目(2015BAD17B03);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(中国水产科学研究院南海水产研究所)资助项目(2014YD06);扬帆计划”引进创新创业团队专项资助(2015YT02H109)。

TS254.1

A

1002-0306(2017)13-0001-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.13.001