白鲢鱼糜斩拌工艺参数优化研究
2017-11-10王蒙娜熊善柏
王蒙娜， 熊善柏,3， 尹 涛,2,3，*， 尤 娟,3， 胡 杨,3
(1.华中农业大学 食品科学技术学院， 湖北 武汉 430070；2.水产高效健康生产湖南省协同创新中心， 湖南 常德 415000；3.国家大宗淡水鱼加工技术研发分中心(武汉)， 湖北 武汉 430070)
白鲢鱼糜斩拌工艺参数优化研究
王蒙娜1， 熊善柏1,3， 尹 涛1,2,3，*， 尤 娟1,3， 胡 杨1,3
(1.华中农业大学 食品科学技术学院， 湖北 武汉 430070；2.水产高效健康生产湖南省协同创新中心， 湖南 常德 415000；3.国家大宗淡水鱼加工技术研发分中心(武汉)， 湖北 武汉 430070)
采用二次回归旋转正交组合试验设计方法，分析了白鲢冷冻鱼糜斩拌过程中的氯化钠质量分数、斩拌转速、斩拌时间和真空度4 个工艺参数对凝胶强度的影响，并对斩拌条件进行了优化。结果表明，斩拌时间和转速对凝胶强度有极显著影响(p<0.01)，氯化钠浓度对凝胶强度有显著影响(p<0.05)。4 个工艺参数对凝胶强度的影响由大到小的顺序: 斩拌时间、斩拌转速、氯化钠质量分数、真空度。优化的斩拌工艺参数为：氯化钠质量分数1.04%、斩拌转速3 000 r·min-1、斩拌时间14.17 min和真空度80 kPa。在优化的工艺参数下，验证实验所得样品的凝胶强度为3 086 g·mm，符合预期结果。
白鲢鱼糜； 二次回归旋转正交组合设计； 斩拌条件； 凝胶强度； 响应面法
鱼糜制品是水产品精深加工制品，是我国一类传统的水产食品，深受消费者喜爱，其生产量在“十二五”期间年均增长8.0%[1]。凝胶强度是评价鱼糜制品品质最重要的指标，可以反映鱼糜制品的质构特性。影响鱼糜制品凝胶强度的主要因素有原料鱼种、新鲜度、宰杀方式、功能性添加剂、加热模式和斩拌条件等[2]。目前，关于加热模式和功能性添加剂等对鱼糜凝胶特性影响的研究报道较多[3-4]。斩拌是加工鱼糜制品的一道重要工序，其两个主要作用是：均匀混合原辅料，以及在剪切和氯化钠溶解的共同作用下促进蛋白质高级结构展开[5]。鱼糜蛋白(主要是肌球蛋白)高级结构展开以暴露内部的功能性基团，这些功能性基团在随后的分子内和分子间的相互作用过程中形成鱼糜凝胶三维网络结构。化学相互作用力的强弱和凝胶网络结构的均匀致密性共同决定鱼糜凝胶的凝胶强度[2]。斩拌条件，如氯化钠浓度、转速、时间和真空度，是影响鱼糜凝胶强度的重要参数。目前，已报道的研究主要是关于斩拌过程中单因素(如斩拌时间和斩拌转速等)对鱼糜凝胶特性的影响[5]，而关于鱼糜斩拌条件的工艺优化还较少见报道。
二次回归旋转正交组合试验设计方法被广泛地应用于食品加工方面的研究[6-8]，通过对试验结果的响应面分析、二次曲线拟合和统计分析，可以建立相应的数学模型和优化加工工艺。本文以凝胶强度为目标参数，采用二次回归旋转正交组合设计方法，对白鲢冷冻鱼糜的斩拌条件进行了优化，以期为白鲢冷冻鱼糜制品理想的生产工艺提供理论和技术参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
冷冻白鲢鱼糜(AAA级)，购于湖北洪湖市井力水产食品有限公司，将其切分成1 000 g小块，真空包装后于-18 ℃冻藏备用。
1.2 仪器与设备
UMC5型真空斩拌机，德国Stephan公司；TA-XT plus型质构仪， 英国Stable Micro System公司。
1.3 实验方法
1.3.1试验设计
采用可旋转的中心组合设计方法(响应面法)进行实验方案的设计，选择氯化钠质量分数、斩拌速度、斩拌时间和真空度4个可控操作变量组成操作参数集合，进行多因素试验。各变量的标准化代码与实际值对应关系见表1。
表1 响应面试验设计因素与水平
1.3.2鱼糜凝胶的制备
冷冻鱼糜于室温下解冻40 min，切成1 cm×1 cm×1 cm的小块，按照表1中设定的条件斩拌鱼糜，斩拌好的鱼糜灌入直径为22 mm的塑料肠衣中，两端卡口，90 ℃加热30 min，冰水冷却后置于4 ℃下冷藏过夜。
1.3.3凝胶强度的测定
鱼糜凝胶置于室温下2 h后，切成长度为20 mm的圆柱，其破断力和破断距离的测定采用穿刺的方法，用质构仪测定，穿刺球的直径为2.5 cm，穿刺速度为60 mm/min。凝胶强度表示为破断力和破断距离的乘积(g·mm)。
1.4 数据分析
凝胶强度的平均值和标准偏差值为15次平行测试的统计分析值。采用Design-Expert V8.0.6软件进行响应面分析、逐步回归和显著性分析。
2 结果与分析
2.1 试验结果分析
二次回归旋转正交组合试验设计表及凝胶强度的测定结果如表2。
2.2 系统参数的回归模型分析
采用Design-Expert软件对数据进行多元回归拟合，其二次多项回归模型为：凝胶强度(g·mm)=1 935.69-118.09×A+232.44×B+302.35×C+76.26×D-63.19×A×B-16.68×A×C-18.25×A×D+49.47×B×C+64.56×B×D+30.21×C×D-80.87×A2-119.07×B2-138.44×C2+0.99×D2。
模型的方差分析见表3，其F值为8.01，概率(Pr>F)值为0.000 1，模型极显著；回归方程相关系数R2为0.882 1，表明模型拟合度较好，因此该模型可用于白鲢鱼糜斩拌条件优化的理论预测。由表2可以得出，斩拌转速、斩拌时间对白鲢鱼糜凝胶强度影响极显著(p<0.01)，氯化钠质量分数对凝胶强度影响显著(p<0.05)，而真空度对凝胶强度影响较显著(0.05
2.3 斩拌条件对鱼糜凝胶强度影响的响应面分析
图1为采用Design-Expert软件绘制的斩拌条件对凝胶强度(见表1)影响的响应面图。由图1a、1b和1c可见，白鲢鱼糜的凝胶强度随着氯化钠质量分数的增加而先增加后降低。氯化钠能够溶解鱼糜的主要成分肌原纤维蛋白，降低蛋白质的热变性焓，促进蛋白质三维螺旋结构的伸展[9-10]。包埋于蛋白质三维螺旋结构内部的功能性基团暴露后，通过分子间的化学作用力(如二硫键、氢键、离子键、疏水相互作用和异肽交联键等)，形成鱼糜凝胶的三维网络结构[2]。因此，在一定浓度范围内，增加氯化钠的质量分数会显著提高鱼糜制品的凝胶强度[11-12]。在高氯化钠质量分数下，凝胶强度下降，其原因可能是与“盐析效应”[13]和鱼糜中气孔增加[5]有关。高氯化钠质量分数使肌球蛋白尾部(轻酶解肌球蛋白)发生了变性[12]，使分子内相互作用加强，而分子间相互作用减弱，进而影响了蛋白质凝胶网络的结构。另一方面，增加氯化钠质量分数使鱼糜的起泡性增强，更容易包裹空气[5]。如图1a所示，适宜的氯化钠质量分数随着斩拌转速的增加而明显降低，而斩拌时间和真空度对适宜的氯化钠质量分数无显著影响。
表2 试验设计与结果
表3 响应面回归方程的方差分析
R2=0.882 1，*代表显著(p<0.05)，**代表极显著(p<0.01)。
图1 斩拌条件对白鲢鱼糜凝胶强度影响的响应面图Fig.1 Response surface for effects of chopping conditions on gel strength of silver carp surimi
由图1a、1d和1e可见，白鲢鱼糜的凝胶强度随着斩拌速度的增加而增加。鱼肉中的肌原纤维蛋白是以肌原纤维蛋白束的形式存在的，一系列的肌原纤维包裹在结缔组织、肌内膜或肌膜中构成肌纤维。肌原纤维由粗肌丝和细肌丝组成，粗肌丝的主要蛋白质是肌球蛋白，占肌原纤维蛋白的53%，细肌丝主要由肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白组成[12]。肌球蛋白是影响鱼糜凝胶强度的主要成分[14]。在高斩拌速度下，对鱼肉蛋白的剪切作用强，有利于肌球蛋白从蛋白束中游离出来，与氯化钠接触后溶解和改变蛋白质结构[15]。
由图1b、1c和1f可见，白鲢鱼糜的凝胶强度随着斩拌时间的增加而先增加后降低。增加斩拌时间有利于肌球蛋白充分解离并暴露包埋于内部的功能性基团，从而增强凝胶强度。然而，部分展开的蛋白在过度斩拌过程中逐渐聚集，不利于加热过程中形成连续和稳定的蛋白凝胶三维网络结构[16]。
由图1a、1d、1e可见，白鲢鱼糜的凝胶强度随着真空度的增加而增加。真空可脱除斩拌过程中混入鱼糜中的气泡，起到增强凝胶强度的作用。另外，Li等[17]报道，真空可以促进肌动球蛋白和原肌球蛋白的解离，促进蛋白质分子高级结构的展开。
2.4 斩拌参数的优化和验证
通过Design-Expert软件对模型方程求一阶偏导，获得一组优化的斩拌条件为：氯化钠质量分数1.04%、斩拌转速3 000 r·min-1、斩拌时间14.17 min和真空度80 kPa，白鲢鱼糜凝胶强度的预测值为3 020 g·mm(表4)。进行验证实验，在优化的斩拌条件下，测得白鲢鱼糜的凝胶强度为3 086 g·mm，与模型预测值相近，说明建立的模型是合理的。
表4 优化的斩拌工艺条件检验结果
3 结 论
通过4 因子全实施二次回归旋转正交组合试验设计和响应面分析，得到白鲢鱼糜凝胶强度的二次多项回归模型为：凝胶强度(g·mm)=1 935.69-118.09×A+232.44×B+302.35×C+76.26×D-63.19×A×B-16.68×A×C-18.25×A×D+49.47×B×C+64.56×B×D+30.21×C×D-80.87×A2-119.07×B2-138.44×C2+0.99×D2(R2=0.882 1)。白鲢冷冻鱼糜优化的斩拌条件为：氯化钠质量分数1.04%、斩拌转速3 000 r·min-1、斩拌时间14.17 min和真空度80 kPa。在优化的斩拌条件下，验证实验所得样品的凝胶强度值与模型预测值相近，说明建立的模型是合理的。
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StudyonParametersOptimizationofChoppingProcessforSilverCarpSurimi
WANG Mengna1， XIONG Shanbai1,3, YIN Tao1,2,3,*， YOU Juan1,3， HU Yang1,3
(1.CollegeofFoodScienceandTechnology,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070，China；2.CollaborativeInnovationCenterforEfficientandHealthProductionofFisheriesinHunanProvince,Changde415000,China; 3.NationalR&DBranchCenterforConventionalFreshwaterFishProcessing(Wuhan),Wuhan430070，China)
A quadratic regression rotatable orthogonal design was used to study the effects of four chopping parameters including salt percentage, chopping speed, chopping time and vacuum, on the gel strength of silver carp frozen surimi. In addition the chopping parameters were optimized. The results showed that chopping speed (p<0.01), chopping time (p<0.01) and salt percentage (p<0.05) significantly affected the gel strength. Four chopping parameters showed an effect sequence as chopping time> chopping speed> salt percentage> vacuum. The optimized chopping conditions were determined to be salt percentage of 1.04%, chopping speed of 3 000 r·min-1, chopping time of 14.17 min, and vacuum of 80 kPa, respectively. The gel strength of the produced silver carp surimi gel under the optimum conditions was 3 086 g·mm in a confirmatory test, which was basically consistent with the anticipated result.
silver carp surimi; quadratic regression rotatable orthogonal design; chopping conditions; gel strength; response surface method
10.3969/j.issn.2095-6002.2017.05.010
2095-6002(2017)05-0061-05
王蒙娜，熊善柏，尹涛，等. 白鲢鱼糜斩拌工艺参数优化研究[J]. 食品科学技术学报，2017,35(5):61-65.
WANG Mengna，XIONG Shanbai, YIN Tao，et al. Study on parameters optimization of chopping process for silver carp surimi[J]. Journal of Food Science and Technology, 2017,35(5):61-65.
TS254.4
A
2017-04-20
中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2662015QD041)； 现代农业产业技术体系专项基金项目(CARS- 46-23)。
王蒙娜，女，本科生，研究方向为水产加工与贮藏工程；
*尹 涛，男，讲师，博士，主要从事水产加工与贮藏工程方面的研究，通信作者。
(责任编辑：叶红波)
