魚肉制品嫩化工藝優(yōu)化及表面微觀結(jié)構(gòu)觀察

鉏曉艷,鄒開封,李　新,耿勝榮,廖　濤,葉麗秀,王偉瓊,熊光權(quán),*

(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所,湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心,湖北武漢 430064;2.潛江市龍灣鎮(zhèn)水產(chǎn)技術(shù)服務(wù)中心,湖北潛江 433139)

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鉏曉艷1,鄒開封2,李新1,耿勝榮1,廖濤1,葉麗秀1,王偉瓊1,熊光權(quán)1,*

(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所,湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心,湖北武漢 430064;2.潛江市龍灣鎮(zhèn)水產(chǎn)技術(shù)服務(wù)中心,湖北潛江 433139)

為保持工業(yè)生產(chǎn)中淡水魚肉制品的嫩度,本文以鲌魚為對(duì)象系統(tǒng)研究了復(fù)合磷酸鹽、CaCl2和木瓜蛋白酶對(duì)魚肉剪切力的影響,運(yùn)用響應(yīng)面分析法優(yōu)化嫩化工藝,并通過掃描電鏡觀察嫩化前后魚肉表面微觀結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明,復(fù)合磷酸鹽濃度(0.8‰～1.6‰)、CaCl2濃度(1.0‰～2.0‰)和木瓜蛋白酶濃度(1.0‰～2.0‰)可顯著降低鲌魚肉剪切力。響應(yīng)面分析結(jié)果顯示,影響魚肉剪切力的各因素主次順序?yàn)镃aCl2>復(fù)合磷酸鹽>木瓜蛋白酶;最優(yōu)嫩化劑組合為:復(fù)合磷酸鹽1.3‰、CaCl21.6‰、木瓜蛋白酶1.5‰,嫩化后魚肉的剪切力為0.073 kg/mm,與對(duì)照組魚肉相比顯著降低;掃描電鏡結(jié)果顯示,嫩化1.0 h后魚肉肌纖維間連接物減少,肌纖維膨脹,并出現(xiàn)裂紋,嫩化效果明顯。

鲌魚,嫩化,響應(yīng)面法,掃描電鏡

鲌魚(Culteralburnus)為鲌亞科鲌屬上等經(jīng)濟(jì)魚類,又名翹嘴鲌、白魚、大白刁等,其肉味鮮美、體型較大、易于加工,主要分布于黑龍江、黃河、長江、珠江等水系的干、支流及其附屬湖泊中[1]。一直以來,相關(guān)科研人員的研究工作集中在育種和運(yùn)輸方面,而在調(diào)理加工技術(shù)研究上重視不夠[2-3]。肉的嫩度是肌原纖維蛋白和結(jié)締組織蛋白物理及生化狀態(tài)的反映[4],其中剪切力是評(píng)價(jià)肉品嫩度的重要指標(biāo)之一[5]。魚肉經(jīng)工業(yè)化加工后嫩度下降,一定程度上限制了名優(yōu)魚加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前肉質(zhì)品的嫩化方法中鹽離子法和蛋白酶法受到關(guān)注較多[6-7],相關(guān)研究集中在實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的牛肉[6,8]和豬肉[9-11]制品上,但復(fù)合嫩化效果的研究較少,在淡水魚肉制品上的研究應(yīng)用也尚未見報(bào)道。本文以鲌魚為研究對(duì)象,研究復(fù)合磷酸鹽、CaCl2及木瓜蛋白酶對(duì)魚肉剪切力及彈性的影響,運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)化嫩化工藝,通過掃描電鏡對(duì)嫩化前后的魚肉微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,以期建立保持鲌魚加工前后魚肉嫩度的方法,為提高名優(yōu)淡水魚調(diào)理品品質(zhì),實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

新鮮鲌魚(個(gè)體大小和重量均勻,平均體重0.75 kg左右)、鹽和味精購于湖北省武漢市中百超市;木瓜蛋白酶(酶活6000 U/mg)購于廣西南寧龐博生物工程有限公司;焦磷酸鈉、聚磷酸鈉、偏磷酸鈉和CaCl2等均為食品級(jí),購于湖北武漢泰晟生物科技有限公司。

TA-XTPlus型食品物性測(cè)試儀英國Stable Micro System公司;QUANTA掃描電鏡美國FEI公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1原料處理選用鲌魚背部肉,去頭尾、腮鱗、內(nèi)臟和魚皮,清洗后剔除原料中魚刺,將魚肉切成1.5 cm×1.5 cm×4 cm(長×寬×高)的條塊,清洗后用鹽1.0%(w/w)和味精0.2%(w/w)腌制1 h后進(jìn)行嫩化實(shí)驗(yàn)。

1.2.2嫩化單因素實(shí)驗(yàn)將預(yù)處理后的質(zhì)量相同的魚肉放入袋中,每袋20 g。按表1分別進(jìn)行處理,當(dāng)添加其中一種嫩化劑時(shí),其他兩種嫩化劑使用量為0。嫩化劑及其用量范圍參考相關(guān)文獻(xiàn)[9-11],用量范圍符合GB2760-2014[12],20 ℃腌制1 h,裝袋后抽真空,-40 ℃速凍30 min取出,于-20 ℃冷庫冷藏12 h,浸水解凍30 min,汽烹3 min,冷卻后制樣。用TA-XTPlus型食品物性測(cè)試儀測(cè)定魚肉剪切力,并輔以彈性指標(biāo)。以不加嫩化劑的組別作為對(duì)照。

表1　單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.3復(fù)合嫩化劑響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)考慮到生產(chǎn)成本和單因素實(shí)驗(yàn)中不同嫩化方法對(duì)魚肉的嫩化效果,本研究將復(fù)合磷酸鹽、CaCl2和木瓜蛋白酶進(jìn)行復(fù)配(用量范圍符合GB2760-2014食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)[12])。以復(fù)合磷酸鹽濃度(X1)、CaCl2濃度(X2)、木瓜蛋白酶濃度(X3)3個(gè)因素作為多因素交叉組合實(shí)驗(yàn)的考察因素,采用Box-Behnken設(shè)計(jì),以剪切力為響應(yīng)值,利用Design-Expert 8.0.6Trial軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,以獲得最佳嫩化劑組合。每一個(gè)自變量的低、中、高實(shí)驗(yàn)水平分別以-1、0、1進(jìn)行編碼,實(shí)驗(yàn)因素編碼表見表2。樣品處理后,裝袋抽真空,-40 ℃速凍30 min取出,于-20 ℃冷庫冷藏12 h,之后浸水解凍30 min,汽烹3 min,冷卻后制樣,測(cè)定魚肉剪切力。

表2　實(shí)驗(yàn)因素水平編碼表

1.2.4剪切力和彈性測(cè)定剪切力:TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀,探頭:BSK,模式:hot dog,探頭下行速度:2.0 mm/s,探頭返回速度:10.0 mm/s,下行距離:25 mm。樣品厚度:15 mm,每組6個(gè)重復(fù)。彈性:TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀,探頭P/36R,模式TPA,測(cè)試前速度2.0 mm·s-1,測(cè)試速度:1.0 mm·s-1,測(cè)試后速度:1.0 mm·s-1,強(qiáng)度75%。

1.2.5掃描電鏡觀察對(duì)最優(yōu)嫩化劑組合嫩化后的魚肉進(jìn)行掃描電鏡觀察,以未嫩化魚肉為對(duì)照。取魚肉樣品,順著紋理切成1 cm×2 cm×2 mm的長方形小塊,根據(jù)Kim HW等法[13]進(jìn)行固定、脫水和再固定處理,冷凍干燥24 h后按肌肉紋理橫切。將樣品送武漢大學(xué)測(cè)試中心用掃描電鏡(QUANTA)進(jìn)行觀察。樣品用雙面膠粘于樣品臺(tái)上,用離子濺射器鍍鉑膜,膜厚度約為100 ?。測(cè)試條件為加速電壓10 kV,能量分辨率:Mn kα132 eV,放大倍數(shù)300倍,觀察并拍照具有代表性的表面微觀結(jié)構(gòu)。

1.3數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel和Design-Expert 8.0.6 Trial進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析。運(yùn)用ANOVA作方差分析。結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1復(fù)合磷酸鹽對(duì)魚肉剪切力和彈性的作用磷酸鹽是一種保水劑,可增加肉制品的持水性,改善肉的嫩度[14]。實(shí)驗(yàn)選取復(fù)合磷酸鹽的配比為焦磷酸鈉∶三聚磷酸鈉∶偏磷酸鈉=3∶2∶2。根據(jù)圖1結(jié)果,復(fù)合磷酸鹽對(duì)魚肉的剪切力和彈性都有影響,隨著復(fù)合磷酸鹽濃度的升高剪切力值先增后降,在復(fù)合磷酸鹽濃度為0.8‰～1.6‰范圍內(nèi)剪切力值較小,可能由于多聚磷酸鹽提高了肌動(dòng)球蛋白的解離,加快了魚肉肌原纖維中的肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白溶解,使魚肉的持水性增加[6],嫩度增加,該結(jié)果與豬牛肉嫩化效果相似[7,10]。彈性值則隨著濃度的增加先增后趨于平緩,且彈性值越大,剪切力值越小,嫩化效果越好。由于復(fù)合磷酸鹽濃度為0.8‰～1.6‰時(shí),肉樣剪切力較低彈性較高,因此選擇濃度0.8‰、1.2‰、1.6‰進(jìn)入下一步實(shí)驗(yàn)。

圖1　復(fù)合磷酸鹽濃度對(duì)魚肉剪切力和彈性的影響Fig.1　Effect of compound phosphate concentration on shearing force and springiness of CA samples

2.1.2CaCl2對(duì)魚肉剪切力和彈性的作用CaCl2對(duì)鈣激酶具有激活作用,一定濃度的Ca2+可促進(jìn)魚肉中鈣激酶的活化,鈣激酶可導(dǎo)致橫紋肌的肌原纖維崩裂,從而使肌節(jié)部位斷裂,實(shí)現(xiàn)肉的嫩化[7,15]。由圖2結(jié)果可知,經(jīng)CaCl2溶液處理后魚肉的剪切力與未處理組有較大差異,處理后魚肉剪切力值明顯降低,且隨著CaCl2濃度的增加剪切力呈下降趨勢(shì),該結(jié)果與豬肉嫩化效果一致[9]。在CaCl2濃度3.0‰時(shí),剪切力最低為0.076 kg/mm,但與CaCl2濃度1.0‰～2‰時(shí)的剪切力差異不顯著。在CaCl2濃度0.5‰～2.0‰范圍內(nèi),隨著濃度升高,彈性呈上升趨勢(shì),當(dāng)CaCl2的濃度為1.0‰、1.5‰和2.0‰時(shí),彈性基本相當(dāng)且達(dá)到最大值0.311,繼續(xù)提高CaCl2的濃度,肉的彈性反而大幅下降。CaCl2在1.0‰～2.0‰范圍時(shí),肉樣剪切力最低且彈性最高,因此選擇1.0‰、1.5‰、2.0‰進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。

圖2　CaCl2濃度對(duì)魚肉剪切力和彈性的影響Fig.2　Effect of CaCl2 concentration on shearing force and springiness of CA samples

2.1.3木瓜蛋白酶對(duì)魚肉剪切力和彈性的作用木瓜蛋白酶是半胱氨?；鞍酌?可水解肉類的纖維蛋白和膠原蛋白,令肌肉肌絲和筋腱絲斷裂[16],使肉變得嫩滑。根據(jù)圖3結(jié)果,木瓜蛋白酶對(duì)鲌魚具有顯著的嫩化效果,當(dāng)木瓜蛋白酶濃度小于1.5‰時(shí),魚肉剪切力隨木瓜蛋白酶濃度的增加而明顯下降,當(dāng)木瓜蛋白酶濃度為1.5‰時(shí),剪切力值最低,可達(dá)(0.063±0.021) kg/mm。過高的木瓜蛋白酶濃度,使肌動(dòng)球蛋白和結(jié)締組織過度降解造成肌肉的超微網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)遭到破壞,導(dǎo)致失水,嫩度下降[9]。魚肉的彈性值隨木瓜蛋白酶濃度的升高整體呈上升趨勢(shì),當(dāng)木瓜蛋白酶用量為2.0‰～2.5‰時(shí),彈性最佳。由于木瓜蛋白酶在1.0‰～2.0‰范圍內(nèi),肉樣的剪切力較低彈性較大,因此選擇1.0‰、1.5‰、2.0‰作為響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的低、中、高實(shí)驗(yàn)水平。

圖3　木瓜蛋白酶濃度對(duì)魚肉剪切力和彈性的影響Fig.3　Effect of papain concentration on shearing force and springiness of CA samples

2.2嫩化工藝響應(yīng)面法優(yōu)化

以復(fù)合磷酸鹽濃度(X1)、CaCl2濃度(X2)、木瓜蛋白酶濃度(X3)3個(gè)因素作為多因素交叉組合實(shí)驗(yàn)的考察因素。由于剪切力是評(píng)價(jià)肉品嫩度的重要指標(biāo),也是本研究單因素實(shí)驗(yàn)中的主指標(biāo),因此響應(yīng)面Box-Behnken設(shè)計(jì)中選剪切力為響應(yīng)值。利用Design-Expert8.0.6Trial軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,以獲得最佳嫩化劑組合。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果見表3。

表3　響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果分析

2.3回歸模型方差分析

表4　響應(yīng)面數(shù)據(jù)方差分析及回歸模型評(píng)估

注:**表示極顯著(p<0.01),*表示顯著(p<0.05)。

方差分析結(jié)果表明(表4),各因素對(duì)鲌魚嫩化效果的影響大小順序依次為：CaCl2濃度>復(fù)合磷酸鹽濃度>木瓜蛋白酶濃度。剪切力與復(fù)合磷酸鹽濃度、CaCl2濃度、木瓜蛋白酶濃度的標(biāo)準(zhǔn)三元二次回歸方程為:Y=0.072-0.005625X1-0.00725X2-0.002625X3-0.001X1X2-0.00075X1X3+0.0055X2X3+0.008825X12+0.015X22+0.007825X32。由表4可知,響應(yīng)面回歸模型達(dá)到極顯著(p<0.01),失擬項(xiàng)不顯著(p>0.05),說明模型所擬合的二次回歸方程能正確反映剪切力Y與X1、X2和X3之間的關(guān)系,回歸模型可較好對(duì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中的各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)[17]。決定系數(shù)R2為0.9617,說明模型的擬合度較好,剪切力的實(shí)際值與預(yù)測(cè)值間具有較好的擬合相關(guān)性。顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明,復(fù)合磷酸鹽濃度、CaCl2濃度的一次項(xiàng),復(fù)合磷酸鹽濃度、CaCl2濃度、木瓜蛋白酶濃度的二次項(xiàng)對(duì)剪切力均有極顯著影響(p<0.01),CaCl2與木瓜蛋白酶的交互作用對(duì)響應(yīng)值(剪切力)有顯著影響(p<0.05)。

2.4響應(yīng)面圖分析

響應(yīng)面圖的顏色從藍(lán)色到紅色的變化表示剪切力從小到大的變化,變化越快表示坡度越大,即對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響更為顯著[18]。對(duì)復(fù)合磷酸鹽濃度、CaCl2濃度、木瓜蛋白酶濃度3因素進(jìn)行兩兩交互作用分析,得到交互因子的響應(yīng)面曲面圖(圖4),比較響應(yīng)面圖可知,在所選范圍內(nèi)存在極值,即響應(yīng)面最低點(diǎn)。通過分析,得出復(fù)合嫩化劑嫩化魚肉的最佳組合是復(fù)合磷酸鹽濃度1.33‰、CaCl2濃度1.62‰、木瓜蛋白酶濃度1.55‰,在此條件下,剪切力的理論值為0.070 kg/mm。為進(jìn)一步驗(yàn)證響應(yīng)面分析法的可靠性,采用最優(yōu)理論值的修正條件(CaCl21.3‰、復(fù)合磷酸鹽1.6‰、木瓜蛋白酶1.5‰)嫩化魚肉,在此條件下,得剪切力的實(shí)際值為0.073 kg/mm,與理論值誤差為4.28%;與未嫩化的魚肉剪切力值相比,降低了0.133 kg/mm,嫩化作用明顯。

圖4　各因素交互作用對(duì)鲌魚肉的剪切力影響的響應(yīng)面圖Fig.4　Response surface plot of interaction factors of three extraction conditions on shearing force of CA samples

2.5嫩化前后魚肉表面微觀結(jié)構(gòu)觀察

肌肉微觀結(jié)構(gòu)包括肌纖維的直徑、密度、肌纖維間組織等。用最優(yōu)嫩化劑組合(CaCl21.3‰、復(fù)合磷酸鹽1.6‰、木瓜蛋白酶1.5‰)對(duì)鲌魚肉進(jìn)行嫩化0.5～1.0 h,然后以未嫩化組為對(duì)照進(jìn)行橫切面掃描電鏡觀察。結(jié)果由圖5可見,嫩化前肉質(zhì)緊實(shí),肌纖維分明,纖維間隙和纖維間連接物明顯(圖5a);嫩化0.5 h后的魚肉肌纖維膨脹,纖維間隙受到擠壓,纖維間連接物減少(圖5b),這跟肉眼觀察到的嫩化后魚肉塊變大結(jié)果相印證。嫩化1.0 h后,魚肉肌纖維出現(xiàn)大量裂紋、纖維間連接物進(jìn)一步消失(圖5c)。這可能與鈣激酶促進(jìn)肌纖維溶解及木瓜蛋白酶降解肌纖維間連接物的綜合作用有關(guān)[11,19]。就本實(shí)驗(yàn)結(jié)果而言,嫩化時(shí)間與嫩化效果呈正相關(guān),處理1.0 h可顯著提升魚肉半成品嫩度與口感。

圖5　鲌魚魚肉表面微觀結(jié)構(gòu)觀察(300×)Fig.5　Surface microstructure of CA meat by SEM(300×)注:(a)嫩化0.0 h(對(duì)照);(b)嫩化0.5 h;(c)嫩化1.0 h。

3　結(jié)論

復(fù)合磷酸鹽、CaCl2和木瓜蛋白酶對(duì)于鲌魚魚肉均有一定嫩化作用,超聲波處理對(duì)魚肉也有嫩化作用,但其嫩化效果不如離子法和酶法,且操作成本較高。響應(yīng)面分析結(jié)果表明影響魚肉剪切力的各因素主次順序?yàn)镃aCl2>復(fù)合磷酸鹽>木瓜蛋白酶。最佳嫩化工藝為:復(fù)合磷酸鹽1.3‰、CaCl21.6‰、木瓜蛋白酶1.5‰,在此工藝條件下魚肉的剪切力值為0.073 kg/mm,與對(duì)照組魚肉相比,剪切力值顯著降低。嫩化1.0 h后魚肉肌纖維間連接物減少,肌纖維持水力增強(qiáng)、并出現(xiàn)裂紋,嫩化效果明顯。

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Tenderizing process optimization and surface morphology observation on meat ofCulteralburnus

ZU Xiao-yan1,ZOU Kai-feng2,LI Xin1,GENG Sheng-rong1,LIAO Tao1,YE Li-xiu1,WANG Wei-qiong1,XIONG Guang-quan1,*

(1.Institute for Farm Products Processing and Nuclear-Agricultural Technology,Hubei Academy of Agricultural Sciences,Hubei Innovation Center of Agricultural Science and Technology,Wuhan 430064,China;2.Qianjiang City Longwan Town Aquatic Technology Service Center,Qianjiang 433139,China)

Culteralburnus(CA)were used to examine the tenderizing effects of compound phosphate,calcium chloride and papain by shearing stress in order to maintain the tenderness of semi-finished products from fresh water fish. Response surface methodology(RSM)and scanning electron microscope(SEM)were applied to optimize the tenderizer conditions and observe the surface microstructure of CA samples. The results showed that shearing force of CA samples was decreased significantly and the concentration of phosphate,calcium chloride and papain were 0.8‰～1.6‰,1.0‰～2.0‰ and 1.0‰～2.0‰ respectively. According to the results of RSM,the order influenced was chloride calcium(CaCl2)>phosphate>papain,the optimum composition of phosphate 1.3‰,CaCl21.6‰ and papain 1.5‰ was determined. Shearing force of CA samples was decreased to 0.073 kg/mm with optimum composition. In the case of surface microstructure results,the connective tissues in tenderized 1.0 h meat were less than it in the controls. Moreover,enlarged myofiber with cracks were observed on tenderized CA meat. In conclusion,obvious improvements on the meat tenderness were presented by the tenderizers at optimum composition.

Culteralburnus;tenderization;response surface methodology;scanning electron microscopy

2016-02-17

鉏曉艷(1981-)，女，博士，副研究員，研究方向：食品科學(xué)，E-mail:oriswa@sina.com。

熊光權(quán)(1965-)，男，大學(xué)本科，研究員，研究方向：淡水產(chǎn)品深加工，E-mail:xiongguangquan@163.com。

湖北省重大科技創(chuàng)新計(jì)劃(2015ABA038)；湖北省科技支撐計(jì)劃(2014BBA158)；湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心項(xiàng)目(2016-620-000-001-036)；國家科技支撐計(jì)劃(2014BAA03B05)。

TS254.4

B

1002-0306(2016)16-0259-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.043