白鰱魚糜斬拌工藝參數(shù)優(yōu)化研究

王蒙娜， 熊善柏,3， 尹 濤,2,3，*， 尤 娟,3， 胡 楊,3

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 湖北 武漢 430070；2.水產(chǎn)高效健康生產(chǎn)湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心， 湖南 常德 415000；3.國家大宗淡水魚加工技術(shù)研發(fā)分中心(武漢)， 湖北 武漢 430070)

白鰱魚糜斬拌工藝參數(shù)優(yōu)化研究

王蒙娜1， 熊善柏1,3， 尹 濤1,2,3，*， 尤 娟1,3， 胡 楊1,3

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 湖北 武漢 430070；2.水產(chǎn)高效健康生產(chǎn)湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心， 湖南 常德 415000；3.國家大宗淡水魚加工技術(shù)研發(fā)分中心(武漢)， 湖北 武漢 430070)

采用二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合試驗設(shè)計方法，分析了白鰱冷凍魚糜斬拌過程中的氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、斬拌轉(zhuǎn)速、斬拌時間和真空度4 個工藝參數(shù)對凝膠強度的影響，并對斬拌條件進行了優(yōu)化。結(jié)果表明，斬拌時間和轉(zhuǎn)速對凝膠強度有極顯著影響(p<0.01)，氯化鈉濃度對凝膠強度有顯著影響(p<0.05)。4 個工藝參數(shù)對凝膠強度的影響由大到小的順序: 斬拌時間、斬拌轉(zhuǎn)速、氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、真空度。優(yōu)化的斬拌工藝參數(shù)為：氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.04%、斬拌轉(zhuǎn)速3 000 r·min-1、斬拌時間14.17 min和真空度80 kPa。在優(yōu)化的工藝參數(shù)下，驗證實驗所得樣品的凝膠強度為3 086 g·mm，符合預(yù)期結(jié)果。

白鰱魚糜； 二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合設(shè)計； 斬拌條件； 凝膠強度； 響應(yīng)面法

魚糜制品是水產(chǎn)品精深加工制品，是我國一類傳統(tǒng)的水產(chǎn)食品，深受消費者喜愛，其生產(chǎn)量在“十二五”期間年均增長8.0%[1]。凝膠強度是評價魚糜制品品質(zhì)最重要的指標(biāo)，可以反映魚糜制品的質(zhì)構(gòu)特性。影響魚糜制品凝膠強度的主要因素有原料魚種、新鮮度、宰殺方式、功能性添加劑、加熱模式和斬拌條件等[2]。目前，關(guān)于加熱模式和功能性添加劑等對魚糜凝膠特性影響的研究報道較多[3-4]。斬拌是加工魚糜制品的一道重要工序，其兩個主要作用是：均勻混合原輔料，以及在剪切和氯化鈉溶解的共同作用下促進蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)展開[5]。魚糜蛋白(主要是肌球蛋白)高級結(jié)構(gòu)展開以暴露內(nèi)部的功能性基團，這些功能性基團在隨后的分子內(nèi)和分子間的相互作用過程中形成魚糜凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。化學(xué)相互作用力的強弱和凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的均勻致密性共同決定魚糜凝膠的凝膠強度[2]。斬拌條件，如氯化鈉濃度、轉(zhuǎn)速、時間和真空度，是影響魚糜凝膠強度的重要參數(shù)。目前，已報道的研究主要是關(guān)于斬拌過程中單因素(如斬拌時間和斬拌轉(zhuǎn)速等)對魚糜凝膠特性的影響[5]，而關(guān)于魚糜斬拌條件的工藝優(yōu)化還較少見報道。

二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合試驗設(shè)計方法被廣泛地應(yīng)用于食品加工方面的研究[6-8]，通過對試驗結(jié)果的響應(yīng)面分析、二次曲線擬合和統(tǒng)計分析，可以建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化加工工藝。本文以凝膠強度為目標(biāo)參數(shù)，采用二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合設(shè)計方法，對白鰱冷凍魚糜的斬拌條件進行了優(yōu)化，以期為白鰱冷凍魚糜制品理想的生產(chǎn)工藝提供理論和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍白鰱魚糜(AAA級)，購于湖北洪湖市井力水產(chǎn)食品有限公司，將其切分成1 000 g小塊，真空包裝后于-18 ℃凍藏備用。

1.2 儀器與設(shè)備

UMC5型真空斬拌機，德國Stephan公司；TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)儀， 英國Stable Micro System公司。

1.3 實驗方法

1.3.1試驗設(shè)計

采用可旋轉(zhuǎn)的中心組合設(shè)計方法(響應(yīng)面法)進行實驗方案的設(shè)計，選擇氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、斬拌速度、斬拌時間和真空度4個可控操作變量組成操作參數(shù)集合，進行多因素試驗。各變量的標(biāo)準(zhǔn)化代碼與實際值對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計因素與水平

1.3.2魚糜凝膠的制備

冷凍魚糜于室溫下解凍40 min，切成1 cm×1 cm×1 cm的小塊，按照表1中設(shè)定的條件斬拌魚糜，斬拌好的魚糜灌入直徑為22 mm的塑料腸衣中，兩端卡口，90 ℃加熱30 min，冰水冷卻后置于4 ℃下冷藏過夜。

1.3.3凝膠強度的測定

魚糜凝膠置于室溫下2 h后，切成長度為20 mm的圓柱，其破斷力和破斷距離的測定采用穿刺的方法，用質(zhì)構(gòu)儀測定，穿刺球的直徑為2.5 cm，穿刺速度為60 mm/min。凝膠強度表示為破斷力和破斷距離的乘積(g·mm)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

凝膠強度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值為15次平行測試的統(tǒng)計分析值。采用Design-Expert V8.0.6軟件進行響應(yīng)面分析、逐步回歸和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗結(jié)果分析

二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合試驗設(shè)計表及凝膠強度的測定結(jié)果如表2。

2.2 系統(tǒng)參數(shù)的回歸模型分析

采用Design-Expert軟件對數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，其二次多項回歸模型為：凝膠強度(g·mm)=1 935.69-118.09×A+232.44×B+302.35×C+76.26×D-63.19×A×B-16.68×A×C-18.25×A×D+49.47×B×C+64.56×B×D+30.21×C×D-80.87×A2-119.07×B2-138.44×C2+0.99×D2。

模型的方差分析見表3，其F值為8.01，概率(Pr>F)值為0.000 1，模型極顯著；回歸方程相關(guān)系數(shù)R2為0.882 1，表明模型擬合度較好，因此該模型可用于白鰱魚糜斬拌條件優(yōu)化的理論預(yù)測。由表2可以得出，斬拌轉(zhuǎn)速、斬拌時間對白鰱魚糜凝膠強度影響極顯著(p<0.01)，氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對凝膠強度影響顯著(p<0.05)，而真空度對凝膠強度影響較顯著(0.050.1)。由回歸模型一次項系數(shù)絕對值的大小可以判定4個因子對魚糜凝膠強度影響的順序由大到小依次為斬拌時間、斬拌轉(zhuǎn)速、氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、真空度。

2.3 斬拌條件對魚糜凝膠強度影響的響應(yīng)面分析

圖1為采用Design-Expert軟件繪制的斬拌條件對凝膠強度(見表1)影響的響應(yīng)面圖。由圖1a、1b和1c可見，白鰱魚糜的凝膠強度隨著氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而先增加后降低。氯化鈉能夠溶解魚糜的主要成分肌原纖維蛋白，降低蛋白質(zhì)的熱變性焓，促進蛋白質(zhì)三維螺旋結(jié)構(gòu)的伸展[9-10]。包埋于蛋白質(zhì)三維螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部的功能性基團暴露后，通過分子間的化學(xué)作用力(如二硫鍵、氫鍵、離子鍵、疏水相互作用和異肽交聯(lián)鍵等)，形成魚糜凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[2]。因此，在一定濃度范圍內(nèi)，增加氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會顯著提高魚糜制品的凝膠強度[11-12]。在高氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，凝膠強度下降，其原因可能是與“鹽析效應(yīng)”[13]和魚糜中氣孔增加[5]有關(guān)。高氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)使肌球蛋白尾部(輕酶解肌球蛋白)發(fā)生了變性[12]，使分子內(nèi)相互作用加強，而分子間相互作用減弱，進而影響了蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。另一方面，增加氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)使魚糜的起泡性增強，更容易包裹空氣[5]。如圖1a所示，適宜的氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著斬拌轉(zhuǎn)速的增加而明顯降低，而斬拌時間和真空度對適宜的氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著影響。

表2 試驗設(shè)計與結(jié)果

表3 響應(yīng)面回歸方程的方差分析

R2=0.882 1，*代表顯著(p<0.05)，**代表極顯著(p<0.01)。

圖1 斬拌條件對白鰱魚糜凝膠強度影響的響應(yīng)面圖Fig.1 Response surface for effects of chopping conditions on gel strength of silver carp surimi

由圖1a、1d和1e可見，白鰱魚糜的凝膠強度隨著斬拌速度的增加而增加。魚肉中的肌原纖維蛋白是以肌原纖維蛋白束的形式存在的，一系列的肌原纖維包裹在結(jié)締組織、肌內(nèi)膜或肌膜中構(gòu)成肌纖維。肌原纖維由粗肌絲和細肌絲組成，粗肌絲的主要蛋白質(zhì)是肌球蛋白，占肌原纖維蛋白的53%，細肌絲主要由肌動蛋白、原肌球蛋白、肌鈣蛋白組成[12]。肌球蛋白是影響魚糜凝膠強度的主要成分[14]。在高斬拌速度下，對魚肉蛋白的剪切作用強，有利于肌球蛋白從蛋白束中游離出來，與氯化鈉接觸后溶解和改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)[15]。

由圖1b、1c和1f可見，白鰱魚糜的凝膠強度隨著斬拌時間的增加而先增加后降低。增加斬拌時間有利于肌球蛋白充分解離并暴露包埋于內(nèi)部的功能性基團，從而增強凝膠強度。然而，部分展開的蛋白在過度斬拌過程中逐漸聚集，不利于加熱過程中形成連續(xù)和穩(wěn)定的蛋白凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[16]。

由圖1a、1d、1e可見，白鰱魚糜的凝膠強度隨著真空度的增加而增加。真空可脫除斬拌過程中混入魚糜中的氣泡，起到增強凝膠強度的作用。另外，Li等[17]報道，真空可以促進肌動球蛋白和原肌球蛋白的解離，促進蛋白質(zhì)分子高級結(jié)構(gòu)的展開。

2.4 斬拌參數(shù)的優(yōu)化和驗證

通過Design-Expert軟件對模型方程求一階偏導(dǎo)，獲得一組優(yōu)化的斬拌條件為：氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.04%、斬拌轉(zhuǎn)速3 000 r·min-1、斬拌時間14.17 min和真空度80 kPa，白鰱魚糜凝膠強度的預(yù)測值為3 020 g·mm(表4)。進行驗證實驗，在優(yōu)化的斬拌條件下，測得白鰱魚糜的凝膠強度為3 086 g·mm，與模型預(yù)測值相近，說明建立的模型是合理的。

表4 優(yōu)化的斬拌工藝條件檢驗結(jié)果

3 結(jié) 論

通過4 因子全實施二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合試驗設(shè)計和響應(yīng)面分析，得到白鰱魚糜凝膠強度的二次多項回歸模型為：凝膠強度(g·mm)=1 935.69-118.09×A+232.44×B+302.35×C+76.26×D-63.19×A×B-16.68×A×C-18.25×A×D+49.47×B×C+64.56×B×D+30.21×C×D-80.87×A2-119.07×B2-138.44×C2+0.99×D2(R2=0.882 1)。白鰱冷凍魚糜優(yōu)化的斬拌條件為：氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.04%、斬拌轉(zhuǎn)速3 000 r·min-1、斬拌時間14.17 min和真空度80 kPa。在優(yōu)化的斬拌條件下，驗證實驗所得樣品的凝膠強度值與模型預(yù)測值相近，說明建立的模型是合理的。

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StudyonParametersOptimizationofChoppingProcessforSilverCarpSurimi

WANG Mengna1， XIONG Shanbai1,3, YIN Tao1,2,3,*， YOU Juan1,3， HU Yang1,3
(1.CollegeofFoodScienceandTechnology,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070，China；2.CollaborativeInnovationCenterforEfficientandHealthProductionofFisheriesinHunanProvince,Changde415000,China; 3.NationalR&DBranchCenterforConventionalFreshwaterFishProcessing(Wuhan),Wuhan430070，China)

A quadratic regression rotatable orthogonal design was used to study the effects of four chopping parameters including salt percentage, chopping speed, chopping time and vacuum, on the gel strength of silver carp frozen surimi. In addition the chopping parameters were optimized. The results showed that chopping speed (p<0.01), chopping time (p<0.01) and salt percentage (p<0.05) significantly affected the gel strength. Four chopping parameters showed an effect sequence as chopping time> chopping speed> salt percentage> vacuum. The optimized chopping conditions were determined to be salt percentage of 1.04%, chopping speed of 3 000 r·min-1, chopping time of 14.17 min, and vacuum of 80 kPa, respectively. The gel strength of the produced silver carp surimi gel under the optimum conditions was 3 086 g·mm in a confirmatory test, which was basically consistent with the anticipated result.

silver carp surimi; quadratic regression rotatable orthogonal design; chopping conditions; gel strength; response surface method

10.3969/j.issn.2095-6002.2017.05.010

2095-6002(2017)05-0061-05

王蒙娜，熊善柏，尹濤，等. 白鰱魚糜斬拌工藝參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報，2017,35(5):61-65.

WANG Mengna，XIONG Shanbai, YIN Tao，et al. Study on parameters optimization of chopping process for silver carp surimi[J]. Journal of Food Science and Technology, 2017,35(5):61-65.

TS254.4

A

2017-04-20

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助項目(2662015QD041)； 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項基金項目(CARS- 46-23)。

王蒙娜，女，本科生，研究方向為水產(chǎn)加工與貯藏工程；

*尹 濤，男，講師，博士，主要從事水產(chǎn)加工與貯藏工程方面的研究，通信作者。

(責(zé)任編輯：葉紅波)