李向紅 劉忠祥 鄧海萍 劉永樂 俞 健 王發(fā)祥 王建輝
(1.長沙理工大學(xué)食品與生物工程系,湖南 長沙 410114;2.湖南省水生資源食品加工工程技術(shù)研究中心,湖南 長沙 410114)
淡水魚土腥味重、肌間刺多、加工過程中蛋白質(zhì)易冷凍變性[1],導(dǎo)致其難以貯藏保鮮、加工率低。目前淡水魚類仍以鮮銷為主,鮮銷過程中腐敗率達30%以上,造成了極大的資源浪費。鰱魚為中國四大家魚之一,其價格低、產(chǎn)量大(2012年產(chǎn)量達368.78萬t)[2]。近年來,中國一些水產(chǎn)品加工企業(yè)開始嘗試將鰱魚加工成冷凍魚糜,一定程度上避免了其鮮銷過程中的資源浪費。
魚糜凍結(jié)過程中,蛋白質(zhì)結(jié)合水部分被凍結(jié),分子內(nèi)部的次級鍵發(fā)生變化,導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性、魚糜凝膠性能顯著下降。工業(yè)生產(chǎn)中一般通過添加糖和糖醇類抗凍劑以防止魚糜凍藏過程中的蛋白質(zhì)變性[3],但糖和糖醇類抗凍劑會給魚糜產(chǎn)品帶來較明顯的甜味,難以被消費者接受。已有研究[4-7]發(fā)現(xiàn),魚的酶解產(chǎn)物可作為一種潛在的蛋白質(zhì)抗凍劑,酶解產(chǎn)物中的游離氨基酸、短肽等相比其他抗凍劑可增加水產(chǎn)品的營養(yǎng)價值,并且避免了甜味的產(chǎn)生[4]。然而,鰱魚酶解產(chǎn)物在冷凍水產(chǎn)品中的應(yīng)用研究尚屬空白,本研究擬在前期研究[8,9]的基礎(chǔ)上,采用復(fù)合蛋白酶和堿性蛋白酶對鰱魚進行酶解,將酶解產(chǎn)物應(yīng)用于冷凍魚糜中,通過與常用抗凍劑對比,研究鰱魚酶解產(chǎn)物對冷凍魚糜色澤和凝膠結(jié)構(gòu)等的影響,旨在為鰱魚酶解產(chǎn)物的精深加工及開發(fā)利用提供試驗依據(jù)。
脫脂鰱魚粉:本實驗室自制;
復(fù)合蛋白酶(protamex):12萬U/g,丹麥諾維信公司;
堿性蛋白酶(alcalase):20萬U/g,丹麥諾維信公司;
異丙醇、氫氧化鈉、濃鹽酸等:分析純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;
17種氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品:生化試劑純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司。
多功能粉碎機:JY-10A型,500g,天津浩瀚工貿(mào)有限公司;
自動發(fā)酵罐:BIOTEOH-5M-7000A型,上海保興生物設(shè)備工程有限公司;
pH計:DELTA 320型,梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司;
快速混勻器:SK-1型,江蘇金壇市醫(yī)療儀器廠;
高速離心:LG10-24A型,北京金立離心機有限公司;
真空冷凍干燥機:FD-1型,北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司;
紫外-可見分光光度計:UV2600型,上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;
全自動氨基酸分析儀:L8800型,日本日立公司;
質(zhì)構(gòu)儀:TA.XT.plus型,英國Stable Mico System Corp公司;
色差計:WSC-S型,上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司;
場發(fā)射掃描電子顯微鏡:JSM-6700F型,日本電子公司。
1.3.1 脫脂鰱魚粉的制備工藝
新鮮鰱魚→宰殺(去頭、鱗、內(nèi)臟)→冰水洗凈→采肉→漂洗→脫水(3 000r/min,10min)→斬拌成糜→異丙醇脫脂(固液比1︰6,m︰V)→抽濾→二次萃取(固液比1︰4,m︰V)→抽濾→自然干燥48h→粉碎過篩(20目)→產(chǎn)品
1.3.2 鰱魚酶解產(chǎn)物的制備 酶解過程一般在緩沖鹽溶液中進行以保證酶解過程中pH的恒定,但是酶解產(chǎn)物后期干燥前需要進行脫鹽處理,工作量很大。本試驗酶解時間短,在原有研究[8,9]的基礎(chǔ)上進行改進,以水溶液為底液進行酶解反應(yīng),分別選用復(fù)合蛋白酶和堿性蛋白酶對脫脂魚粉進行酶解,制備酶解30min的酶解產(chǎn)物。
(1)復(fù)合蛋白酶酶解工藝:
脫脂魚粉→均質(zhì)(分散于水溶液中,底物濃度4.5%,m/V)→ 調(diào)節(jié)溫度、pH (50℃、pH 7.0)→ 加酶(2%,m/V)→恒溫水浴酶解(50℃,30min)→滅酶(90℃,10min)→ 離心(4 000r/min,10min)→上清液冷凍干燥→復(fù)合蛋白酶酶解產(chǎn)物
(2)堿性蛋白酶酶解工藝:
脫脂魚粉→均質(zhì)(分散于水溶液中,底物濃度3.5%)→調(diào)節(jié)溫度、pH(60℃、pH 8.5)→加酶(1.5%,m/V)→恒溫水浴酶解(60℃,30min)→滅酶(90℃,10min)→ 離心(4 000r/min,10min)→上清液冷凍干燥→堿性蛋白酶酶解產(chǎn)物
1.3.3 冷凍鰱魚魚糜的制備 為了考察鰱魚酶解產(chǎn)物在冷凍魚糜中的應(yīng)用效果,將其添加于魚糜中后在-20℃下凍藏,每7d取樣1次。
(1)魚糜制備工藝:
新鮮鰱魚→清洗→三去(去頭、去鱗、去內(nèi)臟)→采肉→漂洗→脫水→冷卻(0~10℃)→斬拌→分裝→凍藏(-20℃,每7d取樣1次)→解凍→擂潰→低溫凝膠化(40℃,60min)→高溫蒸煮(90℃,30min)→冷卻→4℃冷藏過夜→備測樣品
(2)操作要點:① 三去:魚宰殺后,去頭、去內(nèi)臟、去魚鱗,并刷除魚腹腔黑膜;用4~10℃的冷水清洗干凈后,將魚體的溫度降到10℃以下。② 采肉:對魚脊和魚腩采肉,剔除魚刺和魚骨,并避免將魚皮上的暗色肉、脂溶性色素等混入到魚肉中,該工序應(yīng)盡量縮短時間,確保魚肉溫度不超過10℃。③ 漂洗:先用清水漂洗2次,再用2.5g/L鹽水漂洗3次,每次漂洗3min,漂洗水溫4~10℃;④ 脫水:采用3 000r/min離心脫水4min。⑤ 斬拌:魚肉斬拌成糜后分別加入蔗糖—山梨醇(4%+4%)、2%PH、8%PH、2%AH、8%AH,分別斬拌混勻,斬拌溫度4~10℃,添加量以魚糜質(zhì)量計。⑥ 分裝:每組樣品各以50g為一袋分裝,用自封袋保存于-20℃中備用。⑦ 擂潰:將解凍好的魚糜,加入3%的食鹽,4~10℃條件下混勻。
1.4.1 常規(guī)成分檢測
(1)蛋白質(zhì)含量的測定:凱氏定氮法,按GB 5009.5—2010執(zhí)行,氮換算為蛋白質(zhì)的系數(shù)為6.25;
(2)水分含量的測定:直接干燥法,按GB 5009.3—2010執(zhí)行;
(3)灰分含量的測定:干法灰化法,按GB 5009.4—2010執(zhí)行;
(4)脂肪含量的測定:索氏抽提法,按GB5009.6—2003執(zhí)行。
1.4.2 氨基酸組成成分測定 精密稱取0.05g左右樣品于20mL安培瓶中,加入6mol/L鹽酸10mL于酒精噴燈上封口,于110℃下加熱12h。取出冷卻后過濾,取0.2mL于60℃水浴蒸干,加入1.0mL流動相溶解并轉(zhuǎn)入1.5mL離心管中,12 000r/min離心3min,置于4℃條件下避光保存。取5μL樣品于1.5mL離心管中,加入50μL衍生試劑,渦旋震蕩1min。取20μL注入全自動氨基酸分析儀,選擇Na離子交換柱,記錄色譜圖,計算峰面積,以樣品的峰面積與標(biāo)準(zhǔn)峰面積比較定量,以保留時間定性。流速為1 mL/min,在254nm條件下對脫脂魚粉、PH和AH進行氨基酸成分分析。
1.4.3 氨基酸態(tài)氮含量測定 取脫脂魚粉、PH和AH粉末溶于水,參照GB/T 5009.39—2003的方法測定氨基酸態(tài)氮含量。
1.4.4 酶解產(chǎn)物相對分子質(zhì)量分布測定 采用體積排阻色譜(size exclusion chromatography,SEC—HPLC)測定酶解產(chǎn)物相對分子質(zhì)量分布。稱取一定質(zhì)量冷凍干燥后的酶解產(chǎn)物樣品,用0.1mol/L Na2SO4的磷酸鹽緩沖液(0.1mol/L,pH 6.7)將樣品溶解配制成5mg/mL的溶液,8 000r/min離心15min后取上清液用0.45μm微孔濾膜過濾,使用高效液相系統(tǒng)與TSKgel G2000SWXL凝膠柱分析酶解產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量分布。流動相為0.1mol/L的磷酸鹽緩沖溶液(0.1mol/L Na2SO4,pH 6.7),洗脫速率1mL/min,檢測波長220nm,柱溫為25℃。
1.4.5 魚糜凝膠強度的測定 分別取凍藏0,1,2,3,4周的空白組、蔗糖—山梨醇添加組、PH添加組、AH添加組測定凝膠強度變化。使用P/0.5探頭,在室溫下進行凝膠強度測定,每個樣品測3次,結(jié)果取平均值[10]。
1.4.6 魚糜 TPA全質(zhì)構(gòu)測定 分別取凍藏0,1,2,3,4周的空白組、蔗糖—山梨醇添加組、PH添加組、AH添加組,在室溫下用質(zhì)構(gòu)儀的TPA(texture profile analysis)模型分析樣品的硬度、彈性變化。用不銹鋼P/36R圓柱形探頭對樣品進行二次連續(xù)擠壓,每個樣品測3次,結(jié)果取平均值[11]。
1.4.7 亨氏白度測定 在室溫下將樣品切成5mm厚的薄片,用WSC-S測色色差計測定樣品色度,儀器采用標(biāo)準(zhǔn)白板校正。每組樣品切5片,每片測5次,取25次平均值用于計算白度值W(whiteness)。
1.4.8 掃描電鏡觀察 分別取凍藏0,1,2,3,4周的空白組、蔗糖—山梨醇添加組、PH添加組、AH添加組用掃描電鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)[12]。
采用DPS V 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對試驗所得數(shù)據(jù)進行方差分析。
由表1可知:經(jīng)過常溫條件下異丙醇二次萃取脫脂后的鰱魚粉干基中脂肪含量不足1%,在水解過程中,可以有效避免因加熱、氧化等因素造成的脂肪氧化及不良風(fēng)味的產(chǎn)生,蛋白質(zhì)含量達到91%左右,可直接用于后續(xù)酶解反應(yīng)。以水溶液為底液進行酶解反應(yīng)后,未經(jīng)脫鹽處理的酶解產(chǎn)物PH和AH的灰分含量較低,大大減少了酶解后產(chǎn)物的脫鹽處理工作量。
表1 脫脂魚粉及酶解產(chǎn)物常規(guī)成分含量(干基)Table 1 The composition of the defatted silver carp power and the hydrolysates(dry base) %
由表2可知:PH中的天冬氨酸、谷氨酸和賴氨酸相比脫脂魚粉略有升高(P>0.05),已有研究[13,14]指出這幾種氨基酸具有較好的抗凍性能;PH中的天冬氨酸和賴氨酸含量顯著高于AH(P<0.05),研究[15,16]發(fā)現(xiàn),賴氨酸和天冬氨酸、谷氨酸及精氨酸具有與自由水相互作用及優(yōu)先使易受攻擊的蛋白質(zhì)水合的能力,這些氨基酸組合在一起是一種非常有效的抗凍成分。
表2 脫脂魚粉及酶解產(chǎn)物中氨基酸組成分析Table 2 The amino acid composition analysis of defatted silver carp power and the hydrolysates (mg·g-1)
表2 脫脂魚粉及酶解產(chǎn)物中氨基酸組成分析Table 2 The amino acid composition analysis of defatted silver carp power and the hydrolysates (mg·g-1)
同列不同字母表示在5%的水平上有顯著性差異。
樣品 天冬氨酸 蘇氨酸 絲氨酸 谷氨酸 甘氨酸 丙氨酸 胱氨酸 纈氨酸 甲硫氨酸脫脂魚粉 105.9±3.6a40.8±4.2a37.3±1.8a147.7±6.2a38.5±4.8a59.6±2.4a8.6±2.9a34.5±1.1a45.3±3.8a PH 112.4±2.1a34.7±5.7a32.3±5.9a153.3±8.3a37.1±3.6a53.1±6.1ab 8.0±3.2a27.8±5.8a31.2±2.8b AH 96.6±4.1b 30.4±2.6a28.7±6.0a138.3±7.8a32.6±5.0a47.5±5.5b 7.3±3.1a25.6±6.7a29.1±4.9b樣品 異亮氨酸 亮氨酸 酪氨酸 苯丙氨酸 賴氨酸 組氨酸 精氨酸 脯氨酸脫脂魚粉 39.2±5.0a93.3±6.2a52.6±3.0a25.0±4.2a85.1±7.2ab 19.6±1.0a56.0±7.1a16.9±2.0a PH 30.0±4.5ab 74.1±6.8b 17.7±2.9b 18.1±5.0a91.6±3.6a15.1±4.4a53.0±6.6a17.2±2.8a AH 27.4±4.4b 67.4±6.1b 16.1±3.9b 17.0±5.0a73.1±4.9b 13.2±3.5a45.6±5.8a16.4±4.6a
由表2還可以發(fā)現(xiàn):PH和AH中其他氨基酸含量均低于脫脂魚粉,可能與酶解產(chǎn)物中包含部分游離氨基酸有關(guān)。其中PH和AH中異亮氨酸、亮氨酸、丙氨酸和甲硫氨酸等疏水性氨基酸的含量明顯減少(P<0.05),而前人研究[14]發(fā)現(xiàn)疏水性氨基酸是冷凍敏感物;此外,酶解產(chǎn)物中芳香族氨基酸—酪氨酸的含量也顯著降低(P<0.05)。
脫脂魚粉、PH和AH中氨基酸態(tài)氮的含量測定結(jié)果顯示:脫脂魚粉本身的氨基酸態(tài)氮含量很低,為(0.58±0.06)g/100g,經(jīng)酶解后氨基酸態(tài)氮含量均有大幅上升。其中,PH的氨基酸態(tài)氮含量達到(2.31±0.13)g/100g,相比脫脂魚粉提高了298.3%;AH的氨基酸態(tài)氮含量為(1.26±0.21)g/100g,較脫脂魚粉提高了129.3%,酶解產(chǎn)物中氨基酸態(tài)氮含量增加,是因為酶解過程中部分魚蛋白被酶水解形成游離態(tài)的氨基酸。AH中的氨基酸態(tài)氮含量低于PH的(P<0.05),可能是因為堿性蛋白酶屬于內(nèi)切酶,只能從蛋白質(zhì)分子內(nèi)部切割肽鍵,形成的是分子量較小的中間酶解產(chǎn)物;而復(fù)合蛋白酶既是內(nèi)切酶,也是外切酶,能夠同時從內(nèi)部和兩端對蛋白質(zhì)分子進行水解,因此其產(chǎn)物中具有更高的氨基酸態(tài)氮含量[5]。
由表3可知:PH和AH中都包含了不同分子質(zhì)量的部分。其中,PH 包含了較高含量(7.8%)的大分子部分(>150 000Da)和相對分子質(zhì)量為2 568Da的部分(相對百分含量達22.3%);而AH中不存在相對分子質(zhì)量為2 568Da的部分,反而包含了較多相對分子質(zhì)量小于1 400Da的組分,這可能與堿性蛋白酶對酶解底物有較高的親和性有關(guān)[17]。相對分子質(zhì)量分布的結(jié)果進一步證實了氨基酸態(tài)氮含量測定結(jié)果:堿性蛋白酶屬于內(nèi)切酶,形成的是分子量較小的中間酶解產(chǎn)物。
表3 酶解產(chǎn)物中每種分子質(zhì)量部分的相對百分含量Table 3 Relative proportion of each molecular weight in PH and AH %
凝膠強度是評價魚糜品質(zhì)的一項重要指標(biāo),隨著添加物種類和量的變化,往往能改變樣品的凝膠強度。由圖1可知:添加了8%PH和8%AH的魚糜組凝膠強度均出現(xiàn)了下降、恢復(fù)的波動變化,第4周的凝膠強度較凍藏前均有下降;而添加了蔗糖—山梨醇、2%PH和2%AH的魚糜,凝膠強度較凍藏0周時均有提高。說明在本研究的凍藏時間段內(nèi),酶解產(chǎn)物與商業(yè)抗凍劑表現(xiàn)出了相類似的抗凍效果。從2.2、2.3分析結(jié)果可知:鰱魚蛋白在酶解過程中形成了一定量的游離氨基酸和小分子肽,而且疏水性氨基酸減少,親水性氨基酸比例增加,酶解產(chǎn)物可能通過氫鍵作用與冷凍時形成的冰晶相結(jié)合,包圍在冰晶表面阻止其繼續(xù)擴大,避免了對魚肌原纖維蛋白的破壞,一定程度上保護肌原纖維蛋白在低溫冷凍過程中冰晶的變大導(dǎo)致的蛋白質(zhì)變性;此外,酶解產(chǎn)物可能也可以通過氫鍵、疏水相互作用等與魚肌原纖維蛋白相互作用,在冷凍貯藏過程可以起到保護魚蛋白的作用[14]。添加8%酶解產(chǎn)物的兩組魚糜樣品其凝膠強度表現(xiàn)出比添加2%酶解產(chǎn)物的兩組魚糜低,可能是因為高濃度的較低分子量的酶解產(chǎn)物的添加,過多的氨基酸和肽與魚肌原纖維蛋白相互作用[5],阻礙了鰱魚蛋白形成穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
圖1 冷凍魚糜凝膠強度的變化Figure 1 The gel strength changes of frozen surimi
由圖2可知:空白組樣品在整個凍藏周期中硬度呈一直下降的趨勢,添加酶解產(chǎn)物的魚糜樣品在凍藏的條件下,硬度總體而言有所下降。凍藏2周后,添加了商業(yè)抗凍劑和酶解產(chǎn)物的魚糜樣品其硬度均有逐漸上升的趨勢。圖3的結(jié)果也表明:隨著凍藏時間的增加,6組魚糜的彈性均略有降低。說明即使添加了商業(yè)抗凍劑或酶解產(chǎn)物,魚糜在冷凍過程中,冰晶的形成導(dǎo)致可凝結(jié)水含量的降低,魚肌原纖維蛋白一定程度的變性均會導(dǎo)致魚糜品質(zhì)降低。圖3還顯示:凍藏4周后,2%PH添加組具有略高的彈性。
圖2 冷凍魚糜硬度的變化Figure 2 The hardness changes of frozen surimi
圖3 冷凍魚糜彈性的變化Figure 3 The elastic changes of frozen surimi
由圖4可知:隨著凍藏天數(shù)的變化,魚糜的白度變化不明顯,說明在本研究的時間段內(nèi),凍藏條件下6組魚糜樣品的色澤受冷凍影響較小。
圖4 凍藏魚糜白度的變化Figure 4 The whiteness changes of frozen surimi
由于微觀結(jié)構(gòu)觀察圖片較多,本試驗僅選取凍藏4周后魚糜樣品的掃描電鏡觀察結(jié)果見圖5。由圖5可知:6組樣品在凍藏過程中均出現(xiàn)了蛋白質(zhì)分子聚集,表面產(chǎn)生空隙;而2%PH添加組和蔗糖—山梨醇添加組的魚糜樣品分子聚集現(xiàn)象較輕,魚糜的品質(zhì)雖然也有一定程度的下降,但相比其他3組樣品,其孔隙較小,表面較為均勻。說明凍藏一定時間后,2%PH的加入同蔗糖—山梨醇這種商業(yè)抗凍劑一樣,能在一定程度上延緩低溫凍藏對魚糜品質(zhì)的不利影響,與前面凝膠強度和TPA的試驗結(jié)果相吻合。Wang Shaoyun等[18]認為酶解產(chǎn)物中包含的700~2 500Da的混合組分比單個肽段對于冰的重結(jié)晶具有更重要的影響,Mueller等[19]也認為肽的尺寸及其氨基酸組成對于決定酶解產(chǎn)物的抗凍能力均有關(guān)鍵意義,結(jié)合本研究氨基酸分析和相對分子質(zhì)量分布的結(jié)果,PH較AH含有更多賴氨酸和天冬氨酸,其分子質(zhì)量組成中包含了22.4%的分子量為2 568Da的部分,所以添加一定比例的PH到魚糜中有助于避免魚肌原纖維蛋白的大幅冷凍變性,穩(wěn)定魚糜在冷凍過程中的凝膠結(jié)構(gòu)。前人研究[20,21]也發(fā)現(xiàn)酶解產(chǎn)物的抗凍性能不但與其組成肽的分子量大小及各種肽的氨基酸組成有關(guān),氨基酸序列也具有重要影響,游離氨基酸的具體組成也對酶解產(chǎn)物的抗凍性能有一定的影響[5],所以進一步研究中將對本研究中制備的PH肽的組成、序列及其發(fā)揮抗凍性能的具體機理進行研究。
圖5 冷凍魚糜微觀結(jié)構(gòu)的變化Figure 5 The microstructure of frozen surimi
(1)PH中具有較高含量的酸性氨基酸和親水性氨基酸;其氨基酸態(tài)氮含量為脫脂魚粉的3.98倍。相對分子質(zhì)量組成分布顯示PH中包含了較多分子量較大的部分。
(2)在-20℃凍藏4周的情況下,2%PH添加組和蔗糖—山梨醇添加組的魚糜凝膠強度和硬度有一定提高,其他樣品的凝膠強度與凍藏0周的接近;隨著凍藏天數(shù)的變化,6組樣品的彈性均略有降低,一定程度上反應(yīng)了魚糜品質(zhì)的變化;凍藏條件下各魚糜樣品的色澤受影響較小,白度變化不明顯;掃描電鏡結(jié)果顯示,6組樣品均出現(xiàn)了魚蛋白分子聚集現(xiàn)象,而2%PH添加組和蔗糖—山梨醇添加組的魚糜樣品表面較為均勻孔隙較小,空白組和8%AH添加組魚糜表面出現(xiàn)明顯孔洞。
(3)在本研究的凍藏過程中,2%PH與蔗糖—山梨醇抗凍劑一樣能在一定程度上延緩低溫凍藏對魚糜品質(zhì)的不利影響,本研究表明鰱魚酶解產(chǎn)物可以作為一種潛在的魚糜抗凍劑,為魚糜生產(chǎn)中鰱魚酶解產(chǎn)物的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。
(4)本研究只進行了4周的凍藏試驗,在今后的研究中將進一步延長研究時間并結(jié)合多次凍融循環(huán)試驗,觀察鰱魚酶解產(chǎn)物在冷凍魚糜中的作用效果及機理。
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