冰温脱水对草鱼鱼糜凝胶品质的影响

王园园,万金庆,2,3*,杜欣雨,王友君,孙晓琳,童年

1(上海海洋大学 食品学院,上海,201306)2(上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心,上海,201306)3(农业部水产品 贮藏保鲜质量安全风险评估实验室,上海,201306)4(安徽宜康高新农业科技有限公司,安徽 六安,237200)

草鱼是中国传统的四大养殖淡水鱼之一,因鱼肉得率高、价格低廉等优点往往被选为原料用来制作鱼糜[1]。鱼糜制品备受广大消费者青睐,主要原因是富含高蛋白、低脂肪、滋味鲜美和即食性等优点[2]。淡水鱼资源的加工生产一直受到严重制约,主要是因为淡水鱼往往富含水分、鱼肉保持水的能力差、鱼糜不易凝胶,更容易出现凝胶劣化现象,导致其品质与风味达不到消费者需要[3]。鱼糜目前主要采用冷冻流通,淡水鱼糜因凝胶性低于海水鱼,市场上产品少。因此,我国水产行业发展必须对淡水鱼鱼糜及其制品加工技术进行创新。

漂洗是鱼糜制作过程中一道重要工艺,其内在机理是使肌原纤维蛋白“富集”,有利于鱼糜凝胶形成[4]。宋洁等[5]发现臭氧水漂洗导致鲅鱼鱼糜中肌原纤维蛋白适度氧化,有利于致密均匀的凝胶网络结构形成,进而改善了鱼糜凝胶特性;姜鹏飞等[6]研究发现漂洗可以减少鱼糜中的可溶性肌球蛋白,使肌原纤维蛋白分子形成分子质量大的聚集体,从而改善罗非鱼鱼糜凝胶品质。但漂洗不仅会流失水溶性蛋白和脂肪等营养物质,导致风味下降,还浪费水资源,污染环境和增加企业生产成本。据统计,生产鱼糜与漂洗水的比例高达1∶10～1∶15,产生的废水对环境压力大,阻碍产业绿色健康发展[7]。未漂洗鱼糜是目前研究热点之一。目前,研究主要集中在提高未漂洗鱼糜凝胶特性方面,多是添加物质,研究方法相对单一。鲍佳彤等[8]研究发现分别添加鱼糜总量的2%大豆分离蛋白、0.5%蛋清蛋白、0.2%浓缩乳清蛋白,可以显著提高未漂洗革胡子鲶鱼鱼糜凝胶特性;熊泽语等[9]发现可以利用淀粉来提高未漂洗大黄鱼鱼糜的凝胶特性与持水性;暴依芮等[10]发现添加0.02 mol/L鱼糜质量Ca2+可以使未漂洗鲈鱼糜达到传统漂洗鱼糜的品质。

本实验利用冰温真空脱水技术,制备不同水分含量的草鱼鱼糜凝胶,研究其凝胶特性及品质变化,旨在探究淡水鱼鱼糜制品加工新技术。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

草鱼,上海临港卜蜂莲花超市。

D-130电动匀浆机,Wiggens有限公司;H-2050R-1高速冷冻离心机,湘仪离心机有限公司;TA.XT Plus质构仪,英国Stable Micro System公司;Color Meter ZE-2000色差计,日本尼康公司;S-3400 N扫描电子显微镜,日本日立公司;MesoMR23-060H-1低场核磁共振仪,上海纽迈电子科技有限公司。

冰温真空干燥实验机[11]为本课题组自行研制,对草鱼鱼肉进行冰温脱水处理。实验时参数设置:压力为800～1 200 Pa,温度为(-0.5±0.5) ℃。

1-冷阱制冷机组;2-真空压力变送器;3-手阀;4-放气阀; 5-电动蝶阀;6-止油阀;7-真空泵;8-漏气阀;9-物料;10-托盘; 11-电加热板;12-质量传感器;13-真空箱;14-排水阀;15-冷阱图1 冰温真空干燥实验机原理图Fig.1 Schematic diagram of the ice-temperature vacuum drying experiment machine

1.2 实验方法

1.2.1 鱼糜样品制备

未漂洗鱼糜制备:新鲜草鱼进行前处理取肉,沥干表面水分,于绞肉机中搅碎成鱼糜,真空包装于4 ℃冰箱冷藏,24 h内完成实验。

漂洗鱼糜制备参考王玉林[12]的方法。

1.2.2 实验设计方案

实验组分为6组,漂洗组(Px)和空白对照组(Ck,水分含量为80%)只加入2.5%的食盐斩拌,其余4组分别在Ck组基础上,冰温脱水至含水率70%(T1);冰温脱水至含水率60%(T2);冰温脱水至含水率50%(T3);冰温脱水至含水率40%(T4)作为T1～T4组。

1.2.3 鱼糜凝胶制备

参考李慧等[13]的方法。

1.2.4 凝胶强度测定

采用质构仪,测定方法参考暴依芮等[10],选用P/5 s球形探头穿刺样品。

1.2.5 质构测定

测定方法同1.2.4节,探头为P/50,测试模式采用质地多面剖析法(texture profile analysis,TPA)。

1.2.6 持水性测定

参考MAJUMDAR等[14]的方法。

1.2.7 白度的测定

参考向晨曦等[15]的方法。

1.2.8 低场核磁共振(low field-nuclear magnetic resonance,LF-NMR)测定水分迁移情况

参数参照PAN等[16]的方法。

1.2.9 鱼糜肌原纤维蛋白二级结构测定

参考熊泽语等[9]的方法。

1.2.10 鱼糜凝胶微观结构

参考LIU等[17]的方法。

假设学徒群体中，努力工作的学生的比例为p(0≤p≤1)，不努力工作的学生比例为1－p，同时，假设企业导师群体中认真指导的的导师比例为q(0≤q≤1)，不认真指导的企业导师比例为1－q。

1.2.11 感官评价

由7人组成感官评价小组,进行基础培训,按照感官评价标准对样品的色泽、组织状态、口感滋味、气味方面进行打分(表1),最终评分以总分计。

表1 感官评价标准Table 1 Criteria for sensory evaluation

1.2.12 数据统计分析

采用SPSS 26软件对数据进行显著性分析,P<0.05,差异显著;采用Origin 2018软件绘图。

2 结果与分析

2.1 冰温脱水对草鱼鱼糜凝胶强度的影响

凝胶强度是评价鱼糜品质的重要指标,直接影响消费者感官可接受度[18]。由图2可知,冰温脱水不同含水率草鱼鱼糜的凝胶强度均差异显著(P<0.05),且经过冰温脱水处理后的4组鱼糜凝胶强度明显高于Px组和Ck组。脱水组较空白对照组凝胶强度分别增加了48%、125%、224%和116%。依据GB/T 36187—2018《冷冻鱼糜》中凝胶强度相关规定,由AB级(凝胶强度≥100 g·cm)鱼糜分别提升至A级(凝胶强度≥200 g·cm)、AA级(凝胶强度≥300 g·cm)、FA级(凝胶强度≥500 g·cm)、AA级(凝胶强度≥300 g·cm)鱼糜,分别提升了1、2、4、2个等级。说明冰温脱水会显著提高鱼糜的凝胶强度,但不是脱水越多越好,脱水至含水率为40%时,凝胶强度呈下降趋势。可能是因为蛋白质二级结构发生变化导致,傅里叶变换红外光谱显示的二级结构与凝胶强度变化趋势一致。也可能和盐溶性蛋白相对含量有关,未经漂洗的草鱼鱼糜通过冰温脱水提高盐溶性蛋白质在体系中的相对浓度,使蛋白质更加的“聚集”,拉进了蛋白基团间的距离,为蛋白溶液提供优良的成胶环境,提高了相应的草鱼鱼糜凝胶强度。漂洗可使盐溶性蛋白“富集”,所以漂洗的草鱼鱼糜(Px组)凝胶强度高于未经漂洗的草鱼鱼糜空白组(Ck组)[19]。

2.2 冰温脱水对草鱼鱼糜凝胶质构特性和白度的影响

质构和白度是衡量鱼糜品质的重要指标。如表2所示,漂洗和冰温脱水处理都会影响鱼糜凝胶样品的白度,不同的是漂洗由于洗掉鱼糜中的色素物质使得鱼糜凝胶白度有所改善,而冰温脱水处理过程中,随着水分含量的不断减少,草鱼鱼糜凝胶的白度呈现逐渐下降趋势,且水分含量低于60%时,样品色泽受到较大影响,白度显著降低。原因可能是因为鱼肉水分含量降低,减少了鱼肉表面光的反射,导致白度降低[20]。冰温脱水处理对草鱼鱼糜凝胶的硬度、咀嚼性影响显著,硬度呈现先增大后减小然后再增大趋势,咀嚼性则呈现先增大后减少的趋势,且在冰温脱水至水分含量为60%时,其硬度和咀嚼性分别是空白组的1.89倍和1.83倍。LIN等[21]的研究结果表明,水分增加会导致鱼糜凝胶的硬度和咀嚼性降低。则反过来验证了本实验的正确性。样品含水率下降,弹性均无显著变化(P>0.05)。

表2 不同组别草鱼鱼糜凝胶的质构特性和白度Table 2 Texture characteristics and whiteness of different groups of grass carp surimi gel

2.3 冰温脱水对草鱼鱼糜凝胶持水性的影响

图3 不同组别草鱼鱼糜凝胶持水性变化Fig.3 Changes of water holding capacity of different groups of grass carp surimi gel

2.4 冰温脱水对草鱼鱼糜凝胶网络结构的影响

鱼糜凝胶网络规则有序致密,有利于改善鱼糜制品凝胶强度和持水性能[24]。由图4可知,随着草鱼鱼糜水分含量的减少,肌原纤维形成的三维网络结构交联逐渐平整紧密,孔洞更小更少。但冰温脱水至含水率为40%时,凝胶网络结构出现明显断裂,可能由于较低的水分含量,减弱了鱼糜凝胶中水分子与大分子的作用力,减少了其与蛋白质的极性或非极性部位结合,从而影响了鱼糜肌原纤维蛋白结构。

a-Px组;b-Ck组;c- T1组;d-T2组;e-T3组;f-T4组图4 不同组别草鱼鱼糜凝胶的微观结构(3 000×)Fig.4 Microstructure of different groups of grass carp surimi gel (3 000 ×)

2.5 冰温脱水对草鱼鱼糜凝胶水分分布的影响

横向弛豫时间T2反映底物与水分结合的紧密程度,横向弛豫时间越短,结合越紧密,水分越稳定[22]。由图5可知,样品进行冰温脱水,T22横向弛豫时间显著减少(P<0.05),促进底物与水的结合,凝胶网络结构束缚水分子不易流失。从峰比例可以看出各状态水分在总水分中的占比,峰比例的变化情况反映水分的流动情况。随着草鱼鱼糜凝胶水分含量的减少,样品T23峰比例显著减少(P<0.05),说明水分子与草鱼鱼糜凝胶网络结合更加紧密,束缚了不易流动水方向朝着自由水方向转化。与张莉莉等[25]的研究结果一致,改变鱼糜凝胶中非结合水比例能够保护凝胶结构免受高温破坏。含水率较低时,促进蛋白质与水分之间的作用,进而对鱼糜凝胶的热稳定性有有利影响。

图5 不同组别草鱼鱼糜凝胶横向豫驰时间T2反演图Fig.5 Inversion diagram of transverse relaxation time T2 of different groups of grass carp surimi gel

2.6 冰温脱水对草鱼鱼糜蛋白傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)的影响

FTIR可反映鱼肉蛋白二级结构的变化,反映蛋白质的变性情况。图6-a为不同组别草鱼鱼糜凝胶蛋白的红外光谱曲线,随着冰温脱水处理后水分含量的逐渐降低,酰胺Ⅰ带发生偏移现象,波峰先降低后升高,说明鱼糜凝胶中蛋白质二级结构发生变化,进而分析鱼糜凝胶蛋白质二级结构主要形式的相对含量(图6-b)。由图可知,冰温脱水导致蛋白质二级结构不断变化,冰温脱水至60%时,蛋白质α-螺旋结构减少,β-折叠和无规则卷曲结构相对含量分别由20.2%和18.2%增加至23.14%和22.42%,分子结构由有序向无序转变,凝胶强度由此增加。与王聪[26]和ZHOU等[27]的研究结果类似,鱼糜蛋白二级结构转化,促进蛋白质易于结合水分子基团显现,改善鱼糜凝胶强度。较低水分含量的T4组,无序结构的相对含量开始降低,与T4组凝胶强度变化趋势一致。因此,可以利用草鱼鱼糜凝胶蛋白的空间结构变化来解释冰温脱水对鱼糜凝胶性能影响的部分机理。

a-凝胶红外谱图;b-蛋白质二级结构组成图6 不同组别草鱼鱼糜凝胶红外谱图和蛋白质 二级结构组成Fig.6 Infrared spectrum and protein secondary structure composition of different groups of grass carp surimi gel

2.7 冰温脱水对草鱼肉香肠感官评价的影响

观察图7可知,不同组别草鱼鱼糜凝胶的组织状态差异明显。结合图8可知,冰温脱水过程中,样品的感官评分先上升后下降,说明适度的冰温脱水处理,对鱼糜凝胶的组织状态、口感滋味有有利影响。适度冰温脱水使得鱼糜凝胶样品切面更加光滑,组织密实感增强,弹性和咀嚼性较好。未漂洗鱼糜避免了漂洗鱼糜水溶性蛋白、脂肪等营养物质流失,保留了鱼肉本身的鲜味与香味,且冰温脱水处理后其鲜味与鱼香味更加浓厚,口感滋味明显更好,原因可能是冰温脱水导致滋味组分浓度变大,有待进一步研究。过度失水使得鱼糜凝胶样品的光泽感降低,组织硬度不断提高,弹性降低,咀嚼困难,导致感官评分降低,难以满足消费者需求。

图7 不同组别草鱼鱼糜凝胶样品Fig.7 Different groups of grass carp surimi gel samples

图8 不同组别草鱼肉香肠感官评分Fig.8 Sensory score of grass fish sausage in different groups

3 讨论

影响鱼糜蛋白凝胶网络的稳定性有2个较大的因素,一是蛋白质与水的相互作用,二是水分子的存在状态。鱼糜生产过程中因水分含量较高会导致蛋白质发生一定氧化,影响凝胶网络结构的形成。本实验利用的冰温真空脱水技术,一方面降低了鱼糜制品的水分含量,另一方面冰温环境抑制了蛋白质氧化作用。通过实验研究初步探索了冰温脱水可能导致鱼糜凝胶强度显著提高的形成机理。实验通过降低草鱼鱼糜凝胶水分含量,提高盐溶性蛋白质在体系中的相对浓度,使蛋白质更加“易于聚集”,拉近了蛋白基团间的距离,为蛋白溶液提供优良的成胶环境。蛋白质的二级结构变化表明,脱水组鱼糜蛋白的有序螺旋结构向无序结构不断转化,有利于与水分子结合。同时,较低的水分自由度使得蛋白质与水分间的结合更加紧密,促进了蛋白分子的交联和内部网络结构的形成。微观结构可明显观察到脱水组更加致密均匀,与核磁共振和持水性结果相对应。

4 结论

本文实验条件下,草鱼鱼糜凝胶水分含量为60%时感官接受度较高,组织密实感增强,弹性和咀嚼性较好,滋味鲜美,香味浓厚;凝胶强度为394.44 g·cm,较空白组与漂洗组分别增加了125%和77%,鱼糜等级由空白组的AB级(凝胶强度≥100 g·cm)提升至AA级(凝胶强度≥300 g·cm),提升了2个等级,接近AAA级(凝胶强度≥400 g·cm);其持水性最高为98.08%,同时电镜观察微观结构显示致密均匀;傅里叶变换红外光谱显示蛋白质分子结构由有序向无序转变,β-折叠和无规则卷曲结构相对含量有所增加,分别由20.2%和18.2%增加至23.14%和22.42%。表明通过冰温脱水降低草鱼鱼糜凝胶的水分含量可提高其品质。但鱼糜过度失水,凝胶样品色泽较差,硬度过高,咀嚼性变差,感官评分较低。所以,综合来看,冰温脱水至水分含量为60%时,其鱼糜凝胶品质更佳,消费者感官接受度更高。冰温脱水鱼糜营养成分丰富,口感鲜美,符合消费者追求的绿色健康食品,且未漂洗鱼糜可简化工艺,还能实现节水,零排污的目标。冰温真空脱水技术具有广阔的应用价值,有利于淡水鱼资源的高值化、产业化发展。