加熱方式對南美白對蝦蝦肉糜及其大豆分離蛋白復(fù)合物凝膠特性的影響

楊林莘，王冰冰，尹雅嵐， 金銀哲，程裕東

(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，食品熱加工工程中心，上海, 201306)

生產(chǎn)與科研經(jīng)驗

加熱方式對南美白對蝦蝦肉糜及其大豆分離蛋白復(fù)合物凝膠特性的影響

楊林莘，王冰冰，尹雅嵐， 金銀哲*，程裕東

(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，食品熱加工工程中心，上海, 201306)

以南美白對蝦(Penaeusvanmamei)蝦肉糜為對象，以破斷強度、凝膠形成速度、活化能以及單位質(zhì)量樣品吸收能量為分析指標，比較了微波和水浴兩種加熱方式對其凝膠形成的影響，并考察了添加大豆分離蛋白(SPI)乳化物在加熱期間凝膠特性的變化規(guī)律。結(jié)果表明,蝦肉糜凝膠的破斷強度隨著受熱溫度的升高而增大，在相同加熱時間下，SPI乳化物含量的增加也會提高其破斷強度。比較水浴和微波兩種加熱方式發(fā)現(xiàn)，單一蝦肉糜微波加熱的凝膠形成速度遠遠高于水浴加熱凝膠形成速度，且在吸收相近或更低能量時，微波加熱形成凝膠的破斷強度較水浴加熱更高。在微波加熱條件下，SPI復(fù)合物形成凝膠所需活化能要明顯低于單一蝦肉糜，且隨著SPI乳化物含量的增加，其蝦肉糜凝膠形成速度略微降低。較傳統(tǒng)水浴加熱而言，微波加熱更適于食品凝膠化的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

南美白對蝦蝦肉糜；微波加熱；水浴加熱；凝膠特性；活化能

南美白對蝦作為我國最主要的經(jīng)濟對蝦品種[1]，因其產(chǎn)量巨大，營養(yǎng)豐富，深受國內(nèi)外市場的關(guān)注[2-3]。但目前我國對蝦產(chǎn)業(yè)仍以鮮銷為主，精深加工處理的比例僅占到總產(chǎn)值的10%[2]。蝦肉糜是目前國內(nèi)外最常見的蝦類加工產(chǎn)品，作為水產(chǎn)加工產(chǎn)業(yè)重要的中間素材，蝦肉糜制品因其具有產(chǎn)品多樣化、可長期保藏以及資源集約化等特點，倍受廣大消費者的青睞。

蝦肉糜制品作為一種凝膠食品，其凝膠特性是賦予其獨特品質(zhì)和口感的重要指標。目前，在應(yīng)用和研究中主要采用的熱促凝膠化手段有：熱水或蒸汽加熱、微波加熱以及通電加熱。近幾年，工業(yè)生產(chǎn)中主要以熱水或蒸汽加熱手段促使食品凝膠化，該加熱方式操作簡便，成本低，滿足工業(yè)化生產(chǎn)的特點，但由于其加熱時間較長，在凝膠化過程中往往伴隨有品質(zhì)下降的現(xiàn)象[4]；通電加熱作為一種新型的加熱方式，具有效率高、機械損傷小等特點，但通電加熱主要用于含顆粒食品的加熱殺菌等，樣品要求相對較高[4-6]。微波加熱與水浴、蒸汽加熱的區(qū)別在于產(chǎn)生熱量的方式不同。微波加熱具有加熱迅速，加熱效率高，適用于連續(xù)化生產(chǎn)等特點[7-9]，且由于微波的快速加熱特點，肉糜制品可迅速通過凝膠劣化溫度帶，保持凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不被破壞，進而保證了食品的品質(zhì)與口感。

國內(nèi)外學(xué)者對水產(chǎn)品和蝦肉糜制品的凝膠特性均作了大量研究。TAMMATINNA等[10]以南美白對蝦蝦肉糜作為研究對象，發(fā)現(xiàn)低溫長時間的水浴加熱處理后的凝膠特性要優(yōu)于高溫短時間的效果；周玉瑩等[11]研究了4種添加劑檸檬酸、NaHCO3、乳酸鈣、谷氨酰轉(zhuǎn)氨酶對蝦肉凝膠強度的影響；李曉龍等[12]發(fā)現(xiàn)蝦肉糜在加熱過程中，凝膠強度和白度有不同程度的提高，失水率呈先降低后升高的趨勢，鹽溶性蛋白和水溶性蛋白降低；藍蔚冰[13]考察了加工工藝對蝦肉糜凝膠的影響，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(MTGase)、大豆分離蛋白以及復(fù)合磷酸鹽等添加物均能有效地提高蝦肉糜凝膠特性。然而，上述學(xué)者僅采用水浴加熱或高壓的方法對蝦肉糜的凝膠特性進行了研究，但微波加熱對蝦肉糜凝膠化的影響研究未見報道，且添加植物蛋白和脂肪等輔料的聯(lián)合作用對蝦肉糜凝膠特性的影響也未被討論。

為改善蝦肉糜制品在加熱期間的凝膠特性，大豆分離蛋白(SPI)乳化物作為添加劑被加入到南美白對蝦肉糜中進行研究分析。本文分析比較了微波、水浴2種加熱方式對南美白對蝦肉糜凝膠強度的影響，考察了添加SPI乳化物時，蝦肉糜凝膠特性的變化規(guī)律。同時通過計算微波、水浴加熱凝膠形成速度和活化能分析了蝦肉糜凝膠形成的動力學(xué)機理。

1 材料與方法

1.1材料與試劑

南美白對蝦，于2015年4月在上海市浦東新區(qū)臨港新城農(nóng)工商超市購買，實驗前處于鮮活狀態(tài)，放置于常溫水中運送至實驗室；尼龍模具，定制于鑫力五金塑膠制品有限公司。

大豆分離蛋白，購于谷神生物科技集團有限公司；金龍魚菜籽油，購于上海嘉里食品工業(yè)有限公司；氯化鈉(分析純)以及Parafilm塑封膜，均購于上海國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

BS-224S分析天平，德國賽多利斯公司；DHG-9245數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱，上?；厶﹥x器制造有限公司；微波工作站，加拿大FISO科技有限公司；2100A熱電偶測溫儀，日本江藤儀器公司；HSG-LC-2八口型恒溫水浴鍋，上海華琦科學(xué)儀器有限公司；A11-Basic分析用研磨機，德國艾卡儀器有限公司；TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀，英國穩(wěn)定微系統(tǒng)TA有限公司。

1.3實驗方法

1.3.1 基本營養(yǎng)成分分析

南美白對蝦的基本營養(yǎng)成分按國標法進行測定，水分含量根據(jù)GB/T 5009.3—2003測定；蛋白質(zhì)含量根據(jù)GB/T 5009.5—2003測定；脂肪含量按照GB/T 5009.6—1985測定；灰分含量按照GB/T5009.4—1985測定。

1.3.2 蝦肉糜的制備

單一蝦肉糜制品：新鮮的南美白對蝦去頭去尾去殼，加入少量冰水，調(diào)節(jié)水分含量穩(wěn)定在(80±0.5)%。先將蝦肉放入分析用研磨機中斬拌3min，隨后加入1%NaCl繼續(xù)斬拌5min至蝦肉糜呈灰白色黏稠狀。為防止樣品斬拌期間因摩擦升溫而導(dǎo)致的蛋白質(zhì)變性，采用低溫間歇式斬拌的方法進行實驗。不同SPI乳化物含量的蝦肉糜樣品按表1進行配制，其中SPI乳化物按照SPI∶植物油∶水的質(zhì)量比為1∶1∶3來配制。

斬拌完全后，蝦肉糜經(jīng)真空脫氣，后填充至內(nèi)徑30 mm、高25 mm的尼龍模具中，為排除蝦肉糜中孔隙干擾，填充過程需盡量保證樣品緊實。每個樣品質(zhì)量為(20±0.1)g。填充完畢后用塑封膜將樣品進行密封，置于4 ℃冰箱中待用。

表1 南美白對蝦蝦肉糜及其大豆分離蛋白復(fù)合物樣品組分

1.4樣品處理

1.4.1 水浴加熱處理

將待用樣品放入恒溫水浴鍋中，分別在40，60，80 ℃下水浴加熱1 h，并用熱電偶監(jiān)測樣品的中心溫度。加熱完畢后，將樣品迅速置于冰水中冷卻1 h，然后于4 ℃冰箱中靜置待用。

1.4.2 微波加熱處理

將待用樣品放入微波工作站中，使用低火檔(2 450 MHz，150 W)對樣品加熱，加熱時間分別為60、75、90、105和120 s。加熱過程中，用光纖測溫探頭對樣品的中心溫度進行監(jiān)測。加熱完畢后，迅速置于冰水中冷卻1 h，于4 ℃冰箱中靜置待用。

1.5凝膠強度測定

將加熱處理后的樣品從4 ℃冰箱取出，放于室溫中2 h后用質(zhì)構(gòu)儀測定其凝膠強度。測量時，將樣品中心置于探頭(P5S，直徑5 mm)的正下方，探頭穿刺速度為1 mm/s。為保證測量的準確性，每組樣品進行5次平行實驗。

1.6凝膠形成速度(KJ)

凝膠形成是一個復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，可以近似認為符合一級動力學(xué)反應(yīng)。本研究根據(jù)KOSEKI等人[14]引用的凝膠形成速度(KJ)的概念來衡量蝦肉糜加熱過程中其凝膠形成特性。凝膠形成速度的計算方法如下：

(1)

式中：Jt，樣品加熱時間t后的破斷強度g；J0，樣品初始的破斷強度，g；t，樣品加熱時間s。

1.7活化能(Ea)

活化能反映的是蝦肉糜凝膠形成的難易程度。將不同條件下加熱樣品的凝膠形成速度的對數(shù)值(lgKJ)與溫度的倒數(shù)(1/T)作圖，即可得到阿倫尼烏斯曲線，凝膠形成所需要的活化能(Ea)用下述公式進行計算[15]：

(2)

式中：R為理想氣體常數(shù)，8.314 J/mol·K；T，熱力學(xué)溫度，K；KJ，樣品凝膠形成速度，s-1。

1.8單位質(zhì)量樣品吸收能量(Qm)

為了比較微波、水浴2種加熱方式下凝膠形成的效率，即吸收相同能量時，具有更好凝膠強度的加熱方式，凝膠形成效率更高。單位質(zhì)量樣品吸收能量Qm的計算方法如下[16]：

(3)

式中：Qm,單位質(zhì)量樣品吸收能量,kJ/kg；Qt,樣品加熱時間t時吸收的能量,kJ；C,樣品的比熱容,kJ/kg·℃；T0,樣品加熱凝膠化的初始溫度℃；Tt,樣品加熱時間t后的溫度,℃。

2 結(jié)果與討論

南美白對蝦的基本化學(xué)組分如表2所示。與常見魚類蛋白質(zhì)含量比較，可以發(fā)現(xiàn)南美白對蝦蛋白質(zhì)含量與鮭魚蛋白質(zhì)含量基本相同，比其他魚類蛋白質(zhì)含量高2%～3%[17-18]。其蝦肉中蛋白質(zhì)含量高達(19.24±0.11)%，脂肪含量僅為(1.26±0.08)%，屬于高蛋白低脂肪的水產(chǎn)食品，且其獨特的化學(xué)組成也更易于蝦肉糜在加熱過程中的凝膠形成。

表2 南美白對蝦的基本化學(xué)成分 單位：%

2.1樣品中心溫度

80℃水浴加熱過程中，樣品中心溫度隨時間變化如圖1所示。

圖1 80℃下水浴加熱條件下樣品的時間溫度曲線Fig. 1 The center temperature history of samples by water-bath heating (80 ℃)

經(jīng)150 W微波加熱后樣品中心的時間溫度曲線如圖2所示。

圖2 150 W下微波加熱條件下樣品中心溫度Fig.2 The center temperature history of samples by microwave heating (150 W)

從圖1、圖2中可以看到，水浴加熱樣品中心溫度達到80℃時所需時間為20 min，而微波加熱達到80 ℃左右僅需120 s，僅為水浴加熱時間的1/10，加熱速度遠遠高于水浴加熱。

2.2SPI乳化物對樣品破斷強度的影響

水浴加熱過程中，SPI乳化物對蝦肉糜破斷強度的影響如圖3所示。

圖3 水浴、微波加熱過程中SPI乳化物對破斷強度的影響Fig. 3 Effects of SPI emulsionson breaking force during water-bath (a) and microwave (b) heating

由圖3可知，蝦肉糜經(jīng)80 ℃水浴加熱形成凝膠的破斷強度要高于40℃和60℃。這是由于隨著溫度升高，蝦肉糜凝膠形成的速度不斷加快。當樣品中心溫度在60 ℃左右時，蝦肉中存在堿性蛋白酶使已經(jīng)形成的肌動球蛋白分子組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破壞，疏水基團暴露，導(dǎo)致水分游離而使凝膠劣化[17]。而且，同一溫度條件下，蝦肉糜凝膠的破斷強度隨著SPI乳化物的增加而增大。(1) 是因為SPI乳化物在熱促條件下也會發(fā)生分子重構(gòu)形成凝膠；(2) 是由于SPI是絲氨酸蛋白酶蛋白酶抑制劑活性，可以降低蝦肉蛋白的降解程度，最大程度保持凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[19]。SUN等[20]發(fā)現(xiàn)蛋白和乳清蛋白濃縮物的添加會增加食品的凝膠強度。但LUO等[21-22]先后研究發(fā)現(xiàn)隨著SPI含量的增加，鱈魚和鯉魚魚糜的凝膠強度呈下降趨勢。

同樣，蝦肉糜經(jīng)微波加熱時間越長，溫度越高，形成凝膠的破斷強度越大。在相同加熱時間下，隨著SPI乳化物含量的升高，蝦肉糜形成凝膠的破斷強度越大。

2.3加熱方式對蝦肉糜凝膠形成速度的影響

通過公式1可以計算出微波、水浴2種不同加熱方式在不同條件下的凝膠形成速度。將絕對溫度的倒數(shù)(1/T)設(shè)為橫坐標，凝膠形成速度的對數(shù)值(lnKJ)為縱坐標，可以做出蝦肉糜凝膠形成的阿倫尼烏斯曲線圖，見圖4。

A-單一蝦肉糜；B-5%SPI復(fù)合物；C-10%SPI復(fù)合物圖4 南美白對蝦蝦肉糜凝膠形成阿倫尼烏斯曲線Fig. 4 Arrhenius plots ofsingle minced white shrimp and SPI compounds

由圖4可知，微波加熱條件下，隨著加熱時間不同，即最終溫度的不同，凝膠形成速度具有一定的差異，且加熱時間越長，溫度越高，凝膠形成速度越大。水浴加熱下蝦肉糜凝膠形成速度遠遠低于微波加熱凝膠形成速度。同時，微波加熱過程中，同一溫度下，隨著SPI乳化物含量的增加，凝膠形成速度減小。這是因為蝦肉中的肌原纖維蛋白是凝膠形成的主體，SPI乳化物的添加會降低蝦肉蛋白的濃度，阻礙肌原纖維蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成[23]。

2.4SPI乳化物對樣品微波加熱下凝膠形成所需活化能的影響

活化能反映了蝦肉蛋白凝膠形成的難易程度。根據(jù)圖4阿倫尼烏斯曲線可以得出，蝦肉糜微波加熱條件下凝膠形成所需要的活化能。如圖5所示，單一蝦肉糜凝膠形成所需要的活化能最高(1 440.89 J/mol)，隨著SPI乳化物含量的增加，蝦肉糜凝膠形成所需的活化能逐漸降低，且5%、10%SPI復(fù)合物凝膠形成所需活化能僅為單一蝦肉糜的70%和60%。由于蛋白質(zhì)是蝦肉糜凝膠形成的主體，SPI乳化物含量的增加會降低蝦肉中肌原纖維蛋白的含量，故蝦肉糜大豆分離蛋白乳化物凝膠形成所需活化能低于單一蝦肉糜，即更容易形成凝膠。這也進一步論證了SPI乳化物的添加能增強蝦肉糜的破斷強度。

A-單一蝦肉糜；B-5%SPI復(fù)合物；C-10%SPI復(fù)合物圖5 SPI乳化物對蝦肉糜凝膠形成所需活化能的影響Fig. 5 Effects of SPI emulsion on activation energy of single minced white shrimp and SPI compounds

2.5加熱方式對單位質(zhì)量樣品能量吸收的影響

為了比較水浴和微波加熱凝膠形成的效率，即吸收相同能量時破斷強度的大小，考察了終溫相同或相近條件下蝦肉糜能量吸收對其凝膠形成的影響。根據(jù)公式3計算出不同條件下樣品的能量吸收值。

由圖6可以看出，在單一蝦肉糜樣品中，通過水浴加熱和微波加熱的樣品中心溫度均在60 ℃左右時，微波加熱形成凝膠的破斷強度要高于水浴加熱形成的凝膠。而當樣品中心溫度均在80 ℃左右時，微波加熱形成凝膠的破斷強度為水浴加熱形成凝膠的2倍。因為將樣品水浴加熱到60 ℃左右時，停留時間較長，導(dǎo)致凝膠劣化較為嚴重，從而造成破斷強度不高；而微波加熱由于加熱速度較快，可以快速通過凝膠劣化溫度帶，盡量避免了凝膠劣化的產(chǎn)生。

同樣，在含有5%和10% SPI復(fù)合物樣品中，當樣品內(nèi)部終溫相近，吸收能量接近時，微波加熱形成的凝膠具有更大的破斷強度?？梢姡r肉糜在微波加熱條件下吸收相近甚至較少能量時卻能獲得更高的破斷強度，明顯優(yōu)于水浴加熱。不過，在含10%SPI復(fù)合物樣品中，樣品終溫達到80 ℃左右時，經(jīng)微波加熱能量吸收略高于水浴加熱能量吸收時，其破斷強度卻低于水浴加熱形成破斷強度，可能是由于微波加熱的不均勻性造成的[8]。

A-單一蝦肉糜；B-5%SPI復(fù)合物；C-10%SPI復(fù)合物圖6 不同加熱方式下能量吸收與破斷強度的比較Fig. 6 Comparison of absorbed energy and breaking force by different heating processing

3 結(jié)論

本研究以南美白對蝦蝦肉糜為對象，比較了微波和水浴2種加熱方式對其凝膠形成機理的影響，同時考察了添加大豆分離蛋白(SPI)乳化物在加熱期間對蝦肉糜凝膠特性的作用。隨著SPI乳化物含量的增加，南美白對蝦蝦肉糜在微波、水浴2種加熱方式下形成凝膠的破斷強度均有增加，且在微波加熱條件下，大豆分離蛋白乳化物的添加能明顯降低樣品形成凝膠所需的活化能。比較微波和水浴2種加熱方式，微波加熱凝膠形成速率要遠遠高于水浴加熱，且在吸收相同或相近能量的單位樣品中，微波加熱形成的凝膠具有更高的破斷強度。與傳統(tǒng)水浴加熱相比，微波加熱能很好實現(xiàn)食品的凝膠特性，由于其低能耗、加熱速率快的特點，微波加熱在食品凝膠化產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

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Effectsofheatingprocessingongelpropertiesofmincedwhiteshrimp(Penaeusvanmamei)andsoyproteinisolatecompounds

YANG Lin-xin,WANG Bing-bing, YIN Ya-lan, JIN Yin-zhe*,CHENG Yu-dong

(Engineering Research Center of Food Thermal-processing Technology, College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

The breaking force, gel-formation rate, activation energy and absorbed energy of unit mass were chosen as indexes to analyze the gel formation mechanism of minced white shrimp (Penaeusvanmamei) by different heating processing. The effect of addition of soy protein isolate (SPI) emulsion on gel properties were investigated during heating. Results indicate that breaking force of minced shrimp and SPI compounds increased with the increase of heating temperature, and the addition of soy protein isolate emulsion could improve breaking force. Compared with water-bath and microwave heating processing, the gel-formation rate of single minced shrimp by microwave heating was much higher than that by water-bath heating, and the breaking force introduced by microwave heating was higher than water-bath heating when these samples absorbed the similar energy. Moreover, the activation energy of SPI compounds was significantly higher (P< 0.05) than the single minced shrimp, and the gel formation rate reduced slightly with the increase of SPI emulsions. These results indicated that the microwave heating was more appropriate in the industrial development of gelation foods.

minced white shrimp; water-bath heating; microwave heating; gel properties; activation energy

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.013423

碩士研究生(金銀哲副教授為通訊作者，E-mail: yzjin@shou.edu.cn)。

上海高校知識服務(wù)平臺，上海海洋大學(xué)水產(chǎn)動物遺傳育種中心(ZF1206)

2016-11-17，改回日期：2016-12-27