均匀交变磁场对鲫鱼肉冷冻保鲜效果的影响

李佳林,梁 超,黄 青,3*

(1.安徽大学 物质科学与信息技术研究院,安徽 合肥 230601;2.中国科学院 合肥物质科学研究院 智能机械研究所,安徽 合肥 230031;3.安徽建筑大学 环境与能源工程学院,安徽 合肥 230009)

淡水鱼捕捞后如何进行保鲜存储是渔业生产和加工企业面临的问题[1].鲫鱼是水产养殖业重点培育的淡水鱼,具有肉质细腻、味道鲜美、营养价值高等优点[2].2021 年鲫鱼的年产量约为278.37×107kg,仅比草鱼、鲢鱼、鳙鱼和鲤鱼的产量低[3].鲫鱼离水死亡后腐烂速度快,鲫鱼离水后的保鲜技术有助于提升鲫鱼食品的安全,亦具有可观的经济效益.食品保鲜的方法有很多种,大致可分为物理法、化学法和生物法.物理法如低温保鲜、真空保鲜和气调保鲜等,化学法如添加防腐剂等,生物法如添加天然抗菌剂等.低温冷冻是延长食品保质期的有效方法之一,相对于其他方法,具有成本低且安全环保的优点[4].但传统的低温冷冻对肉制品质量有很大影响,大冰晶会挤压并破坏肌肉结构,解冻后肉中最富有营养的细胞质液体随水分一起流失[5].提高冷冻速率,减少冰晶尺寸,可以有效提高冷冻食品的品质.结合电场、磁场、液氮及等离子体的低温技术,逐渐应用于食品保鲜[6-7].磁场对食品保鲜效果影响的研究引起了广泛关注[8-10].文献[11]研究了交变磁场对冷藏猪、牛肉品质的影响,结果表明磁场能明显减少冻肉的汁液流失.文献[12]在低温罗非鱼的不同部位施加1～5 mT的交变磁场,发现能防止冷藏期间的罗非鱼品质变差.该文以鲫鱼为对象,研究均匀交变磁场对鲫鱼肉冷冻保鲜效果的影响.

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

从农贸市场购买新鲜鲫鱼,体长为(22.9±0.9) cm,体重为(500±6) g,表皮色泽一致,无可见伤痕和残损处.该文的均匀交变磁场辅助冷冻的实验装置,由制冷系统、交变磁场发生系统和数据采集系统组成,如图1所示.制冷系统为具有速冻功能的冰箱(合肥美的电冰箱有限公司,中国安徽),冷冻区温度设定为-24 ℃ .交变磁场发生系统由亥姆霍兹线圈和交流电源组成,其中线圈半径为64 mm、间距为64 mm、匝数为224.交流电源的输入电压为 220 V,频率为50 Hz,输出电压可在0～90 V连续调节,调节精度为 0. 1 V.磁场强度用高斯计(HT201型,上海亨通磁电科技有限公司,中国上海)测量.温度用热电偶采集仪(美国BK Precision 710双K型,深圳市茂旭电子科技有限公司,中国广东)测量.其他仪器有:电子天平(BSA124S型,广州市深华生物技术有限公司,中国广东)、扫描电镜(27-160X型,复纳科学仪器有限公司,中国上海)、色差计(CR-300,柯尼卡美能达,日本东京)、全自动凯氏定氮仪(K9860型,海能未来技术集团股份有限公司,中国山东)、烘箱(DHG-9070G型,上海靳澜仪器制造有限公司,中国上海).

图1 交变磁场辅助冷冻的实验装置

1.2 方 法

1.2.1 样品处理

在温度22 ℃下,用钝器敲击鲜活鲫鱼头部使其死亡后,除去鳞和内脏,洗净后取鱼背肉置于干净工作台.从鱼背取6片质地相似肉作为样品,样品大小为30 mm×30 mm×5 mm,重为(5.00 ±0.21) g.将样品放入密闭袋,尽量排尽空气.实验进行时,其他样品暂时储存于4 ℃的环境,使用的所有器皿均用酒精清洁.

提前配制浓度4%的多聚甲醛固定液、1∶1的水-丙三醇混合载冷液,载冷液的冻结温度为(-40±2) ℃.将制作好的鱼肉样品用保鲜袋封装后,整体浸入盛有300 mL载冷液的烧杯,分别标记为1个对照组和5个实验组(A,B,C,D,E),然后将样品置于冰箱-24 ℃低温冷冻120 min,对照组不施加磁场,实验组A,B,C,D,E分别暴露于磁感应强度为1,2,3,4,5 mT的交变磁场进行处理.经磁场协同冷冻处理且室温解冻后,对样品进行指标分析.

1.2.2 冷冻曲线绘制

在样品冷冻过程中,将K型热电偶经密封袋封口插入样品的几何中心.数据采集仪每10 min采集1次数据,通过计算机记录其温度变化,绘制冷冻曲线.

1.2.3 汁液损失率计算

冷冻前对样品称重,经磁场协同冷冻处理后,在低温中储存72 h后取出,自然解冻后从密封袋中取出,用吸水纸吸去样品表面水分,直至不再外渗多余水分后称重.根据下式计算汁液损失率

(1)

其中:DL为汁液损失率,M0为冷冻前样品的质量,M1为解冻后样品的质量.

1.2.4 冰晶形态观察

取出冷冻后的样品,在4%多聚甲醛液中固定48 h.取出后用石蜡包埋,然后切成厚度为 6 μm的切片,依次经100%,95%,75%,50%的乙醇溶液脱蜡,用阿利新蓝(AB)染色30 min,去离子水冲洗后再依次经100%,95%的乙醇溶液脱水2 min.通过二甲苯使样品变透明,后用树胶封片.使用扫描电镜观察切片放大100倍的组织结构,应用图像软件SlideViewer计算肌肉间的冰晶横截面面积,评估磁场对冰晶的影响.

1.2.5 色差分析

使用色差仪测定解冻前后样品的色差.根据下式计算总色差

(2)

其中:ΔL*为冷冻样品与新鲜样品的明度差;Δa*为冷冻样品与新鲜样品的红绿色度差;Δb*为冷冻样品与新鲜样品的黄蓝色度差.

1.2.6 挥发性盐基氮测定

根据GB 5009.228—2016《食品安全国家标准 食品挥发性盐基氮的测定》[13]方法测定.将经不同磁感应强度的磁场处理的样品置于-18 ℃的冰箱冷冻室储存不同天数,定期取样,在室温下解冻20 min,然后测定挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen,简称TVB-N)含量.

1.2.7 感官评价

用吸水纸吸解冻样品表面水分,直至表面不再有水分渗出,然后对其进行感官评价.邀请6名有鉴定能力的感官评定员,对解冻样品的色泽、气味及质地进行综合评价,得到样品的整体可接受度.

2 结果与分析

2.1 最大冰晶形成时间

在食品保鲜领域,-1～-5 ℃被认为是最大冰晶形成的温度范围[14].实验结果表明, 5种(1,2,3,4,5 mT)磁场中,2 mT磁场样品的最大冰晶形成时间最短,其值为36 min,而无磁场(对照组)的最大冰晶形成时间为57 min,可见合适的磁场(2 mT)能使最大冰晶形成更快.

2.2 汁液损失率

汁液损失率是评价解冻后肉类品质的一个重要指标.图2为不同磁感应强度的磁场对样品汁液损失率的影响.由图2可知, 5种(1,2,3,4,5 mT)磁场及无磁场(对照组)情况下,2 mT磁场样品的汁液损失率最低.因此,合适的磁场(2 mT)能保持肌肉的更多水分,提升保鲜效果.

不同字母(a,b,c,d)表示不同样品间存在显著性差异(p<0.05).图2 不同磁感应强度的磁场对样品汁液损失率的影响

2.3 冰晶的尺寸及数量

冰晶的尺寸及数量直接影响冷冻鲫鱼肉的组织结构.图3,4分别为不同磁感应强度的磁场下冷冻鲫鱼肉样品横、纵断面的微观组织结构.新鲜鲫鱼肉肌肉饱满、轮廓清晰、肌纤维排列紧密.由图3,4可知, 5种(1,2,3,4,5 mT)磁场及无磁场(对照组)情况下,2 mT磁场样品的冰晶尺寸最小、数量最少.因此,合适的磁场(2 mT)能减少冰晶的尺寸及数量.

图3 不同磁感应强度的磁场下冷冻鲫鱼肉样品横断面的微观组织结构

图4 不同磁感应强度的磁场下冷冻鲫鱼肉样品纵断面的微观组织结构

2.4 总色差

冷冻样品的ΔE越小,冷冻后样品的外观就越无明显色差变化,保鲜效果就越好[15]. 表1为不同磁感应强度的磁场下鲫鱼肉样品解冻前后的总色差.由表1可知, 5种(1,2,3,4,5 mT)磁场及无磁场(对照组)情况下,2 mT磁场样品的ΔE最小.因此,合适的磁场(2 mT)能使冷冻样品的总色差明显降低.

表1 不同磁感应强度的磁场下鲫鱼肉样品解冻前后的总色差

2.5 挥发性盐基氮含量

TVB-N是评价肉类食品新鲜度的重要指标,TVB-N含量越低,冷冻后鲫鱼肉的新鲜度就越高.图5为不同磁感应强度的磁场下冷冻鲫鱼肉样品的TVB-N与冷冻时间的关系曲线.由图5可知,5种(1,2,3,4,5 mT)磁场及无磁场(对照组)情况下,2 mT磁场样品的TVB-N最低.因此,合适的磁场(2 mT)能使冷冻样品的TVB-N变低.

图5 不同磁感应强度的磁场下冷冻鲫鱼肉样品的TVB-N与冷冻时间的关系曲线

2.6 整体可接受度

表2为不同磁感应强度的磁场下冷冻鲫鱼肉样品的整体可接受度.由表2可知: 5种(1,2,3,4,5 mT)磁场及无磁场(对照组)情况下,2 mT磁场样品的整体可接受度最高.因此,在冷冻过程中施加合适的磁场(2 mT),能更好地保持鲫鱼肉的色泽、气味及质地,提高消费者整体可接受度.

表2 不同磁感应强度的磁场下冷冻鲫鱼肉样品的整体可接受度

3 结束语

该文以鲫鱼为对象,采用均匀交变磁场对鲫鱼肉进行冷冻处理,研究均匀交变磁场对鲫鱼肉冷冻保鲜效果的影响.实验结果表明:相对于无磁场(对照组),合适的磁场(2 mT)能显著提升鲫鱼肉的保鲜效果.均匀交变辅助冷冻保鲜效果较好,且磁场能耗较低,故未来可在家用冰箱增加磁场辅助冷冻.可预期该磁场辅助冷冻技术有广阔的应用前景.