间歇超声辅助加快咸蛋腌制速度工艺优化

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(1.华中农业大学食品科技学院,湖北武汉 430070;2.武汉设计工程学院食品与生物技术学院,湖北武汉 430205)

咸蛋是我国独具特色风味的传统腌制品之一,又名盐蛋、腌蛋、味蛋等[1]。因其营养丰富,含有人体几乎所有需要的营养物质,以及蛋黄独特的细、嫩、松沙口感,深受国内外消费者的喜爱[1]。咸蛋传统腌制方法有盐泥法、盐水法、盐灰法,近年来,又有人提出纸包法和泡酒涂盐法等[2]。一般认为咸蛋黄出油率达到47%左右即认为咸蛋腌制完成,传统腌制法腌制周期较长,一般35 d左右,导致蛋黄溶融,污染蛋白。另外即使腌制液的盐浓度很高,也会有部分微生物生存下来,进入蛋内,导致腐败,腌制周期越长,对咸蛋品质的不利影响越大[3]。

为加快咸蛋腌制速度,缩短腌制周期,实现咸蛋的工厂化生产,人们开始寻找腌制咸蛋的辅助技术手段。王晓拓[4]提出采用脉动压技术辅助腌制咸蛋,高压低压交替施加2～3 d即可腌制出合格咸蛋,但此方法操作较繁琐,经济费用较高。徐明生等[5]研究了香辛料对咸蛋腌制的影响,结果表明香辛料能促进食盐向蛋内渗透,加快咸蛋腌制速率,缺点是香辛料腌制液会造成咸蛋壳表面有污渍,影响咸蛋美观,降低消费者购买欲望。郑玉锖等[6]提出利用超声波降低蛋清粘度的原理,提高食盐进入咸蛋的速度,加快咸蛋腌制速度,但对于超声波最佳超声条件上没有研究。

近年来超声波技术在食品中的应用越来越广泛,特别是用在腌制食品中,通过超声波空化效应击碎大分子物质,扩大传质通道,加快食盐进入,改善腌制品品质等优点[7-8]。冯婷等[9]利用超声波辅助加快生鲜鸡肉的腌制并改善其腌制效果。丁捷等[10]将超声波技术应用在加快猪肝腌制过程,并优化出最佳超声条件。李鹏[11]采用超声波辅助卤蛋的腌制,证明超声波能够有效的促进卤制液的渗透,改善卤蛋的品质,提高生产效率。关于超声波技术用在咸蛋腌制的研究,近年来也有学者不断的研究,赖宜萍等[12]仅研究了超声波时间、频率、强度(功率)单因素对咸蛋腌制的影响,不够全面。为此,本实验将系统性的研究超声波四个单因素:超声次数、超声时间、超声功率、超声频率对咸蛋腌制的影响,正交试验优化出最佳超声波工艺条件。探寻一种在保证咸蛋品质的基础上加快咸蛋腌制速度的工艺。本研究对推动传统咸蛋现代化快速腌制具有一定的理论及使用价值。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜鸭蛋 武汉市洪山区华中农业大学农贸市场;精制食盐 湖北盐业集团有限公司;硝酸银、正己烷、异丙醇、铬酸钾、氢氧化钠 分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

SB-500DTY超声波多频清洗机 宁波新芝生物科技股份有限公司;WGL-45B电热鼓风干燥箱 天津泰斯特仪器有限公司;FE-20精密pH计 梅特勒托利多中国有限公司;DV-Ⅱ+旋转黏度仪 德国布鲁克林公司;Sigma3-30K高速冷冻离心机 德国sigma公司;XHF-DY高速分散器 宁波新芝生物科技股份有限公司;R-100旋转蒸发仪 瑞士步琦公司。

1.2 实验方法

1.2.1 原料蛋的挑选 挑选新鲜(距产蛋后2～4 d),蛋壳坚固,颜色由钝端、中端、尖端均匀过度,无麻点以及明显色差,且表面清洁、无破裂及硌窝,灯光透射时气室鲜明,蛋黄位于中央,略见暗影,质量均一,平均质量(70±5) g。用自来水清洗干净后,放入质量分数5%的氢氧化钠溶液30 min消毒,取出再次用自来水冲洗干净后,晾干备用。

1.2.2 腌制方法 传统腌制法:将预处理后的原料蛋放入已洗净消毒的腌制箱中,加入含盐量20%的食盐溶液,使原料蛋完全浸没在腌制液中,用竹篾压住蛋,防止上浮,放置在阴暗处室温腌制20 d;超声波辅助腌制:将预处理后的原料蛋放入已洗净消毒的腌制箱中,加入含盐量20%的腌制液,使原料蛋完全浸没在腌制液中,用竹篾压住蛋,防止上浮,放置在阴暗处室温腌制20 d,期间将鸭蛋放入超声波槽内进行超声,完成后重新放入腌制箱内腌制。

1.2.3 超声波处理单因素实验 经预处理后的鸭蛋分成5组,每组36个,采用1.2.2工艺腌制咸蛋。超声波条件固定在超声时间30 min,功率300 W,频率40 kHz,探究超声次数分别0、2、3、4、5次(不超声、每隔10 d超声一次、7 d超声一次、5 d超声一次、4 d超声一次)时对鸭蛋腌制的影响。超声波条件固定在超声次数3次,功率300 W,频率40 kHz,探究超声时间分别为0、10、20、30、40、50 min时对鸭蛋腌制的影响。超声波条件固定在超声次数3次,时间30 min,频率40 kHz,探究超声功率分别为0、200、250、300、350、400 W时对鸭蛋腌制的影响。超声波条件固定在超声次数3次,时间30 min,功率300 W,探究超声频率分别为0、20、40、60、80 kHz时对鸭蛋腌制的影响。每隔5 d取一次样,每组3个,分别检测咸蛋含盐率、含水率、出油率、pH、蛋清粘度指标,结果取平均值。

1.2.4 正交优化试验 通过超声波4个单因素试验优化出来较优的3个水平,进行4因素3水平的正交试验,测定蛋清、蛋黄含盐率,蛋黄出油率等指标,优化出最佳的超声条件。

表1 正交试验因素水平Table 1 The factors of orthogonal test

1.2.5 蛋清、蛋黄含盐率的测定 采用硝酸银滴定法[13]:蛋清、蛋黄分离后,搅拌均匀。分别称取1 g于锥形瓶中,加20 mL蒸馏水,用玻璃棒搅拌混合均匀后,加入5%铬酸钾8～9滴,用0.1 mol/L硝酸银溶液滴定,至溶液由黄色变成砖红色即为滴定终点,记录消耗硝酸银体积。

式中:N为AgNO3的浓度(mol/L);V为消耗AgNO3的体积(mL);m为样品重量(g);0.05844为NaCl的当量。

1.2.6 蛋清、蛋黄含水率的测定 参考饶红花[13]蛋清蛋黄用分蛋器分离,搅拌均匀,用电子天平准确称取样品3 g于干燥的铝盒中,记作m。称量烘干前样品与铝盒的质量记作W1,将称好的样品放入105 ℃的热风恒温干燥箱中6 h,取出后放入干燥器中冷却,称量烘干后样品及铝盒的质量记作W2,直到两次称量质量差小于等于0.4 mg为止,同一组样品均取3个平行。计算公式如下:

式中:W1为干燥前样品质量+铝盒质量(g);W2为干燥后样品质量+铝盒质量(g);m为样品质量(g)。

1.2.7 蛋黄出油率的测定 参考吴玲[14]方法。蛋清蛋黄经分蛋器分离后,用电子天平准确称取3 g蛋黄加入35 mL正己烷/异丙醇(3∶2,V/V),在均质机5000 r/min转速下均质10 min。滤纸过滤,滤液于55 ℃旋转蒸发仪中旋蒸浓缩,后置于105 ℃热风恒温干燥箱中烘干至恒重,称其滤渣质量记作总的脂质含量M1。另取5 g蛋黄加入25 mL蒸馏水,25 ℃温度10000 r/min离心30 min,吸取上清液于梨形分液漏斗中,加入正己烷/异丙醇(3∶2,V/V)溶解掉悬浮物,将脂质层分离出来,溶解于其中的有机溶剂在旋转蒸发仪中以55 ℃的条件下旋蒸,105 ℃的烘箱中除去残留水分,称量残渣质量记作游离脂质含量M2。计算公式如下:

式中:M1为总脂肪含量(g);M2为游离脂肪含量(g)

1.2.8 蛋清、蛋黄pH测定 参照GB/T 5009.47-2003《蛋与蛋制品卫生标准的分析方法》,咸蛋煮熟后,剥壳,蛋白蛋黄分离,分别称取10 g,加入蒸馏水至150 mL,3000 r/min均质1 min,过滤掉残渣,精密pH计测定,记录。

1.2.9 蛋清粘度测定 每一组取3个样品蛋,蛋清蛋黄分离后,蛋清用磁力搅拌器搅拌均匀,装入50 mL可立离心管,旋转黏度仪用Sp1号转子在常温,转速60 r/min下测定,待示数较稳定后(5 min后),读数,每隔5 s记一次,取平均值。

1.2.10 统计分析 实验所得数据使用SPSS 17.0软件进行显著性分析、origin 8.5软件绘图,图表中试验数据均重复3次。

2 结果与分析

2.1 超声波单因素对咸蛋各指标的影响

2.1.1 不同超声条件对咸蛋腌制过程中蛋清、蛋黄含盐率的影响 蛋清蛋黄含盐率是形成咸蛋独特风味的决定性因素。由图1可知,蛋清、蛋黄含盐率随腌制时间的延长而逐渐提高,且超声组蛋清蛋黄含盐率均高于未超声组(传统腌制),表明超声波可以明显提高食盐的渗透速率。这可能由于超声波通过机械振荡特性,能够加快腌制液中粒子的运动速度,清除蛋孔内的沉积物,增大传质通道,并提高蛋生物膜的通透性,改变蛋黄蛋清蛋白质的内部结构,提高食盐渗透速率[15];另外超声波空化效应具有击碎作用,使蛋清蛋白质颗分子之间相互聚合减少,从而降低蛋清粘度,减少食盐在蛋内的扩散阻力,提高腌制速率[16-17]。

图1 不同超声条件下蛋清蛋黄含盐率的变化Fig.1 Changes of salt content in egg white and yolk under different ultrasound conditions注:A超声波次数;B超声波时间;C超声波功率;D超声波频率。图2、图4～图6同。

超声波的四个单因素在加快咸蛋腌制速度上都有显著地效果,且不同超声波处理组差异显著(p<0.05)。超声次数单因素试验中,其他条件保持不变的情况下,蛋清、蛋黄含盐率随超声次数的增加而逐渐增加,在腌制20 d后,超声波处理4次组,蛋清、蛋黄含盐率均达到最大,与传统腌制组相比,蛋清含盐率提高38.90%,蛋黄提高18.75%。之后,当超声次数增加到5次时,蛋清、蛋黄含盐率低于超声4次组,且蛋壳表面出现裂纹,品质降低。超声时间单因素试验中,在试验条件范围内,随超声时间的增加,咸蛋含盐率随之增加。在腌制20 d后,超声时间40 min组,咸蛋含盐率最大,蛋清5.94%,比传统腌制组提高23.27%,蛋黄含盐率1.44%,较传统腌制组提高34.57%,提升幅度高于蛋清。超声频率单因素试验中,超声频率40 kHz时,蛋清蛋黄含盐率最大,蛋清组之间的差异幅度虽没有蛋黄明显,但也差异显著(p<0.05)。超声功率的增大会加速介质粒子的运动速度,在腌制20 d后,超声功率350 W时,蛋清蛋黄含盐率最大,与传统腌制组相比,蛋清提高28.01%,蛋黄提高31.48%。若继续加大功率会造成蛋壳破裂。

2.1.2 不同超声条件对蛋清蛋黄腌制过程中含水率的影响 鸭蛋腌制过程,高浓度食盐腌制液在蛋壳内外形成高渗透压差,由渗透传质机理,腌制液中的食盐通过蛋壳进入蛋清蛋黄的同时,蛋清、蛋黄中的水分沿相反的方向渗透到腌制液中[18-19]。由图2知,随腌制时间的延长,蛋清、蛋黄含水率不断下降,且超声组均低于传统腌制组,可知超声波处理能显著降低蛋清、蛋黄含水率,提高腌制速率(p<0.05)。蛋清含水率的下降幅度低于蛋黄,由于腌制过程中,蛋清中的水转移到腌制液的同时,蛋黄中的水分因渗透压的差异又进入到蛋清中,所以蛋清下降幅度小于蛋黄[20]。

图2 不同超声条件下蛋清蛋黄含水率的变化Fig.2 Changes of moisture content in egg white and yolk under different ultrasound conditions

超声波四个单因素实验中,蛋清、蛋黄含水率均小于传统腌制组,且各组之间差异显著(p<0.05)。超声次数单因素实验中,在腌制20 d后,超声4次组(每隔5 d超声一次)蛋清蛋黄含水率降低最明显,相比较传统腌制组,蛋清含水率下降7.14%,蛋黄下降58.08%,而超声5次后下降幅度小于4次组。由于超声5次组的咸蛋煮熟后,蛋白出现蜂窝状孔洞如图3,知超声5次后蛋清液有小气泡产生,延缓食盐渗透速率且品质遭到破坏。超声时间单因素实验中,在腌制20 d后,超声时间40 min组,咸蛋含水量最少,蛋清含水率80.11%,较传统腌制组降低3.4%;蛋黄含水率20.71%,较传统腌制组降低14.14%。超声功率组,在腌制20 d后,超声功率350 W组蛋清蛋黄水分含量最低,蛋清含水率79.32%,低于传统腌制组3.98%,蛋黄18.43%,较传统腌制组降低26.02%。超声频率组,在腌制20 d后,超声频率40 kHz时,咸蛋水分损失最多,蛋清80.21%,较传统腌制组降低2.89%,蛋黄20.56%,较传统腌制组降低14.77%。

图3 传统腌制和超声5次蛋白剖面形态Fig.3 Proteins preserved by traditional methods and protein cross-sections after 5 treatments注:A传统腌制蛋白剖面图;B超声波处理5次蛋白剖面图。

2.1.3 不同超声条件对蛋清蛋黄腌制过程中pH的影响 咸蛋腌制过程中,食盐通过蛋壳进入咸蛋,破坏蛋清、蛋黄中的一些碱性蛋白质如溶菌酶等,另外,咸蛋含水量的降低和蛋内碳酸气的排出以及蛋黄中脂质百分含量的降低,导致pH有所下降,蛋清pH由碱性向中性方向降低,蛋黄由中性向酸性方向降低[21-22]。由图4知,腌制期间超声组的pH均低于未超声组,超声组咸蛋pH在腌制5～7 d后与传统腌制组有明显差异,超声组蛋清的降低程度大于蛋黄,且各组间差异显著(p<0.05)。

图4 不同超声条件下蛋清蛋黄pH的变化Fig.4 Changes of pH of egg white and yolk under different ultrasound conditions

腌制期间蛋清pH由9.57降低至8.3左右,蛋黄相对蛋清降低幅度较小。超声4次、5次时,蛋清蛋黄pH降低较大,表明咸蛋盐含量较大,对碱性蛋白质的破坏较多。超声时间40 min时,蛋清、蛋黄较传统腌制组降低最大,蛋清pH7.91,比传统腌制组降低9.9%,蛋黄pH6.31,比传统腌制组(pH6.46)仅降低2.37%。超声功率组,超声组pH均低于传统腌制组,蛋清蛋黄组之间均差异显著(p<0.05),超声功率350、400 W时,蛋清pH降低最大。超声频率组蛋清pH在腌制12 d左右开始明显低于传统腌制组,超声频率40 kHz时,蛋清蛋黄pH降低幅度最大。

2.1.4 不同超声条件对腌制过程中蛋黄出油率的影响 蛋黄中含22%的颗粒部分和72%的浆质,蛋黄颗粒由17%的卵黄高磷蛋白,70%的高密度脂蛋白(HDL)和12%的低密度脂蛋白组成,而浆质部分由85%的低密度脂蛋白(LDL)和15%的卵黄球蛋白组成[23],低密度脂蛋白部分含有90%的脂质。腌制后,脂蛋白结构被破坏,蛋黄中的部分脂质游离出来,但其总脂质含量不变[24-25]。蛋黄中游离脂质含量在总脂质中所占的比例即蛋黄出油率,蛋黄出油率与食盐的渗入量和水分的损益有一定的联系。随着水分的减少,促使蛋黄颗粒缩小并紧密的挤压在一起,形成咸蛋黄特有的沙粒感[26-28]。

图5可知,腌制6～7 d后,超声组蛋黄出油率开始显著高于传统腌制组(p<0.05)。超声次数单因素试验中,随超声次数的增加,出油率随之升高,超声4次时达到53.73%,比传统腌制组提高18.53%。超声时间单因素试验,超声时间40 min时,蛋黄出油率达到55.28%。超声功率试验中,超声功率350 W时,出油率55.18%。超声频率单因素试验中,超声频率40 kHz时,蛋黄出油率51.39%。在试验条件范围内,超声波四个单因素中,超声时间这一单因素对蛋黄出油率影响最大。

图5 不同超声条件下蛋黄出油率的变化Fig.5 Changes of egg yolk oil yield of egg yolk under different ultrasound conditions

2.1.5 不同超声条件对腌制过程中蛋清粘度的影响 鸭蛋蛋清是一种假塑性非牛顿流体[29],有浓厚蛋白和稀薄蛋白两种状态。实际上,在鸭蛋正常储藏过程中,浓厚蛋白变稀是其自身新陈代谢的必然结果,但速率非常缓慢。腌制过程中,随着食盐的渗入,维持蛋清蛋白质特殊结构的次级键和配位键受到破坏,特别是浓厚蛋白,蛋清粘度不断降低,加速蛋清稀化[29-31]。

图6所示,食盐的渗入破坏了蛋清蛋白的空间结构,蛋清状态逐渐呈水样化,表观粘度值降低。在腌制时间12～13 d左右,超声组开始明显高于传统腌制组,可能由于超声波的空化效应具有击碎作用,能够使蛋清蛋白质颗粒之间的相互聚合减少,降低蛋清的粘度。超声次数单因素试验中,超声4～5次,蛋清粘度降低最大。超声4次时,蛋清粘度值59.33 mpa·s,比传统腌制组降低6.42%,5次时,蛋清粘度值59.56 mpa·s,比传统腌制组降低6.06%。但超声5次时,蛋壳出现破裂,品质受到破坏,所以超声4次最佳。超声时间40 min时,蛋清表观粘度降低最多,蛋清稀样化程度较大。其他超声因素一定时,随着超声功率的增大蛋清表观粘度逐渐降低,超声功率400 W时,蛋清粘度最低52.25 mpa·s,较传统腌制组(63.39 mpa·s)低17.58%,但易造成蛋壳破裂,所以最佳超声功率是350 W。超声频率40 kHz时,蛋清粘度值58.84 mpa·s,仅比传统腌制组降低7.18%。超声波四个单因素中,超声功率对蛋清表观粘度影响程度最大。

图6 不同超声条件下蛋清粘度的变化Fig.6 Changes of viscosity of egg white under different ultrasound conditions

2.1.6 超声波单因素优化结果 实验结果得出四个单因素较优的三个水平:超声波次数2次、3次、4次;超声波时间20、30、40 min;超声波功率250、300、350 W;超声波频率20、40、60 kHz。

2.2 正交实验结果

正交实验结果见表2、方差分析见表3～表5。

表2 蛋清蛋黄含盐率及蛋黄出油率正交实验结果Table 2 The orthogonal experimental results of salt content and yolk oil yield of egg yolk

表3 蛋清含盐率方差分析表Table 3 Variance analysis of salt content of egg white

表5 蛋黄出油率方差分析表Table 5 Variance analysis of oil content of egg yolk

由表2蛋清蛋黄含盐率及蛋黄出油率直观分析表,由4个因素的均值及极差数据,分析出对蛋清含盐率影响的主次顺序是A>C>D>B,优方案是A2B3C3D3,对蛋黄含盐率影响的主次顺序是A>C>B>D,优方案是A2B2C3D3,对蛋黄出油率影响的主次顺序是A>C>B>D,优方案是A3B2C3D1,从表3蛋清含盐率方差分析表得出,超声波超声次数、超声功率、超声波频率三个单因素对蛋清含盐率影响显著(p<0.05)。从表4蛋黄含盐率方差分析表得出超声波次数、超声波时间、超声波功率对蛋黄含盐率影响显著。从表5蛋黄出油率的方差分析表得出超声次数、超声时间、超声功率对蛋黄出油率影响显著。由多数倾向及对各因素的指标的重要程度得出最佳工艺参数是A2B2C3D3,即超声次数3次、超声时间30 min、超声功率350 W、超声频率60 kHz。但已做的9组试验中,最佳一组是A2B2C3D1,即超声次数3次、超声时间30 min、超声功率350 W、超声频率20 kHz。所以要进行验证试验。

表4 蛋黄含盐率方差分析表Table 4 Variance analysis of salt content of egg yolk

2.3 验证试验结果

由图7蛋清、蛋黄含盐率及蛋黄出油率可明显看出,超声波工艺参数是A2B2C3D1即超声次数3次、超声时间30 min、超声功率350 W、超声频率20 kHz时,在腌制20 d后,蛋清蛋黄含盐率最高,蛋清6.37%,蛋黄1.58%,蛋黄出油率最高,为57.53%。

3 结论

本实验通过对鸭蛋腌制过程中含盐率、含水率、蛋黄出油率、pH、蛋清表观粘度指标的变化,得出超声波技术通过有效的降低蛋清粘度,减小食盐渗透阻力,增大传质面积,增大咸蛋腌制速率,缩短腌制时间。探究了超声波4个单因素(超声波次数、超声波时间、超声波功率、超声波频率)对超声辅助效果的影响,并通过正交试验优化出最佳超声波工艺参数。结果如下:超声波4个单因素对咸蛋腌制效果均有明显影响,其中超声次数、超声功率、超声时间对辅助效果影响较大,超声频率影响程度较低。正交试验优化出超声波最佳条件为:超声次数3次、超声时间30 min、超声功率350 W、超声频率20 kHz时辅助效果最好,在此条件下,20 d即可完成腌制,与传统腌制相比,提前15～20 d左右。超声波技术操作简便,经济费用低,适合在工厂规模化生产下使用。