復合無磷保水劑對反復凍融鱘魚片理化特性及微觀結(jié)構(gòu)的影響

李桂敏，趙春青，竇容容，顏子恒，桑亞新，亢春雨,*，孫紀錄,*

（1.河北農(nóng)業(yè)大學食品科技學院，河北 保定 071001；2.保定開放大學，河北 保定 071000）

冷凍處理是水產(chǎn)品加工、貯藏及市場流通過程中的主要形式，在此期間因溫度波動不可避免發(fā)生多次凍結(jié)與解凍現(xiàn)象，即反復凍融的過程，此過程中肉制品會出現(xiàn)水分流失、色澤變差、微生物腐敗、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化變性、質(zhì)構(gòu)特性改變等現(xiàn)象，這些劣變與肌肉的持水性有很大關系，因此專家學者希望通過提高肉制品的持水性改善反復凍融對肉制品造成的不良影響。傳統(tǒng)的磷酸鹽類保水劑通常會給產(chǎn)品增加金屬澀味且不符合健康理念，因此，無磷保水劑成為研究熱點之一。研究發(fā)現(xiàn)，堿性鹽通過提高水產(chǎn)品pH值，穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)提高保水性，使用含碳酸氫鈉和檸檬酸鈉的無磷保水劑能降低肉制品的解凍損失率和蒸煮損失率，對保持產(chǎn)品的色澤和質(zhì)構(gòu)特性有顯著作用。山梨糖醇能夠增強魚糜的抗凍性，對保持肉糜的持水性和Ca-ATPase活性抑制解凍損失、蛋白質(zhì)變性有較好的效果。

鱘魚肉質(zhì)鮮美，營養(yǎng)豐富，富含人體必需氨基酸、多不飽和脂肪酸和礦物元素。目前市場上與鱘魚有關的食品多為鱘魚子醬類，魚肉產(chǎn)品非常少見。因此開發(fā)鱘魚肉產(chǎn)品具有很好的市場競爭優(yōu)勢。

本實驗研究由碳酸氫鈉、檸檬酸鈉和山梨糖醇按一定配比組成的復合無磷保水劑對反復凍融條件下鱘魚片解凍損失率、pH值、硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）值等理化指標的變化及其微觀結(jié)構(gòu)的影響，旨在為鱘魚片產(chǎn)品加工、保鮮、倉儲提供重要的基礎數(shù)據(jù)和理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活鱘魚購于保定市河北農(nóng)業(yè)大學科技市場，平均質(zhì)量1.2～1.5 kg，充氧后1 h內(nèi)運至實驗室；山梨糖醇（食品級） 山東福田藥業(yè)有限公司；碳酸氫鈉、檸檬酸鈉、氯化鈉、TBA、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀（均為分析純） 國藥集團化學試劑有限公司；所有分離用有機溶劑均為國產(chǎn)分析純；Ca-ATP酶測試盒 南京建成生物工程研究所；十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE）凝膠制備試劑盒 康為世紀生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

CP214分析天平 常州奧豪斯儀器有限公司；PHS-3DW pH計 合肥橋斯儀器設備有限公司；風冷速凍柜 廣東華爾制冷有限公司；721G可見分光光度計上海儀電分析儀器有限公司；3-18K型高速冷凍離心機美國Sigma公司；XHF-DY高速分散勻漿機 山東博科生物產(chǎn)業(yè)有限公司；WSC-2B便攜式精密色差儀 上海儀電物理光學儀器有限公司；TMS-Pro物性測試儀 美國FTC公司；RM2016病理切片機 上海萊卡儀器有限公司；E100正置光學顯微鏡 日本尼康公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

鮮活鱘魚在環(huán)境溫度為10 ℃條件下進行敲擊宰殺，去除頭、尾、皮、內(nèi)臟，用無菌冰水沖洗血漬，取魚背部肌肉切片，魚片規(guī)格為4 cm×2 cm×4 mm，隨機分為3組，第1組用蒸餾水浸泡后置于-20 ℃冰箱冷凍保存為空白對照組，第2組用復合保水劑浸泡后置于-40 ℃風冷速凍機至中心溫度到達冰點后保存于-20 ℃冰箱中為速凍處理組，第3組用復合保水劑浸泡后直接置于-20 ℃冰箱冷凍保存為緩凍處理組。

復合無磷保水劑由碳酸氫鈉∶檸檬酸鈉∶山梨糖醇按質(zhì)量比3∶1∶2復配而成。在4 ℃條件下，按魚片∶保水劑=1∶2.5（g/mL）在保水劑中浸泡2 h，每隔20 min緩慢攪拌一次。浸泡完成后用濾紙吸干魚片表面水分，裝入自封袋中，按分組要求密封保存。各組樣品凍藏48 h，4 ℃解凍24 h為1個凍融循環(huán)，用于后續(xù)指標測定。

1.3.2 保水性指標測定

1.3.2.1 解凍損失率的測定

稱取浸泡后的樣品質(zhì)量記為，魚片解凍后用濾紙吸干表面水分，稱取質(zhì)量記為，按式（1）計算其解凍損失率：

1.3.2.2 蒸煮損失率的測定

將解凍后的魚片放入蒸煮袋中，在90 ℃水浴鍋中蒸煮5 min，自然冷卻到室溫，濾紙吸干魚片表面水分，稱取質(zhì)量記為，按式（2）計算其蒸煮損失率：

1.3.2.3 水分含量的測定

參照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》進行。

1.3.3 pH值的測定

參照GB 5009.237—2016《食品pH值的測定》進行。

1.3.4 TBA值的測定

參照GB 5009.181—2016《食品中丙二醛的測定》進行。

1.3.5 肌原纖維蛋白含量的測定

肌原纖維蛋白提取參照Lu Han等的方法進行；蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度測定采用雙縮脲法，牛血清蛋白作為標準蛋白。

1.3.6 Ca-ATPase活性的測定

參照劉小莉等的方法進行處理。樣品中加入9 倍體積的生理鹽水均質(zhì)，10 000 r/min離心10 min，所有操作在4 ℃條件下進行，取上清液稀釋至適當濃度，參照Ca-ATP酶活性檢測試劑盒說明書進行測定。

1.3.7 肌原纖維蛋白的SDS-PAGE分析

按照凝膠制備試劑盒配制10%分離膠5%濃縮膠，取10 μL樣品120 V電壓進行電泳，染色液染色，蒸餾水脫色后成像分析。

1.3.8 白度測定

使用色差儀測定每組魚片表面的*、*、*值，按式（3）計算其白度值：

式中：*為魚片的亮度；*為正表示魚片偏紅，為負表示魚片偏綠；*為正表示魚片偏黃，為負表示魚片偏藍。

1.3.9 質(zhì)構(gòu)測定

將魚片切成1 cm×1 cm的塊狀進行TPA測定。測定參數(shù)：選取直徑為50 mm的圓柱形探頭，起始力為0.3 N，測試速率為60 mm/min，形變量為60%。

1.3.10 微觀結(jié)構(gòu)觀察

將魚片切成3 mm的小塊，置于體積分數(shù)4%多聚甲醛溶液中固定24 h，用手術刀將組織修平整放于脫水盒內(nèi)，采用乙醇梯度脫水后浸蠟包埋。包埋好的樣品用石蠟切片機切片，60 ℃烘箱內(nèi)烤片，水烤干蠟烤化后取出，脫蠟漂洗后采用蘇木素和伊紅染色，脫水封片，采用光學顯微鏡放大100 倍觀察。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實驗均重復3 次，所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 26軟件（IBM公司）進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及顯著性分析，＜0.05，差異顯著。采用Origin 2018軟件（OriginLab公司）進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 反復凍融條件下復合無磷保水劑對冷凍鱘魚片保水性的影響

表1 反復凍融對鱘魚片保水性指標的影響Table 1 Effect of freeze-thaw cycles on water-retaining properties of sturgeon fillets

由表1可知，在凍融循環(huán)前期3組魚片的水分含量降低速率緩慢，后期下降速率增加，經(jīng)保水劑處理的速凍組降低了1.51%，保水效果優(yōu)于緩凍處理組和空白對照組。經(jīng)過5 次凍融循環(huán)，魚片的解凍損失率和蒸煮損失率顯著上升（＜0.05），速凍處理組上升速率低于緩凍處理組，且都低于空白對照組。說明通過保水劑和速凍處理可以延緩魚片在凍融循環(huán)過程中持水性的降低。

魚片的保水性關系著產(chǎn)品的口感和外觀，同時還會影響游離氨基酸、核苷酸等營養(yǎng)成分的流失。反復凍融過程中，魚片內(nèi)不斷形成大小不一的冰晶，對細胞造成的機械損傷逐漸累積，使得解凍損失率增加，水分含量降低。研究發(fā)現(xiàn)，水產(chǎn)品的解凍損失受細胞的冰晶狀態(tài)和肌肉的微觀結(jié)構(gòu)影響，山梨糖醇浸泡能較好地保持產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)，顯著降低魚片解凍損失率，速凍處理讓肌肉中的汁液迅速形成細小冰晶，因此速凍處理組魚片的解凍損失最低。影響蒸煮損失的主要原因有：溫度的升高；肌原纖維蛋白的收縮；等電點以及pH值的變化。速凍處理組和緩凍處理組由于加入了碳酸氫鈉和檸檬酸鈉使得肌肉的pH值呈堿性，偏離其本身等電點，從而抑制了蒸煮損失的增加。同時，山梨糖醇可降低水產(chǎn)品肌肉的水分活度，有效防止肌肉蛋白質(zhì)變性，穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)。因此經(jīng)過保水劑浸泡和速凍處理的魚片保水性高于其他組。

2.2 反復凍融條件下復合無磷保水劑對冷凍鱘魚片pH值的影響

圖1 反復凍融對鱘魚片pH值的影響Fig. 1 Effect of freeze-thaw cycles on pH of sturgeon fillets

由圖1可知，所有處理組魚片的pH值先降低后升高最后趨于平緩。經(jīng)過2 次凍融后，3組魚片的pH值與初始值相比都顯著降低（＜0.05），其中空白對照組pH值降低了3.76%，速凍處理組和緩凍處理組下降了1.40%和1.66%，復合保水劑處理后的pH值變化趨勢較空白對照組的更平穩(wěn)，可能是由于保水劑中含堿性鹽，對凍融過程中魚肉pH值的降低起到了一定緩沖作用。

有研究表明，魚片在凍融期間會發(fā)生一系列生化反應，主要包括糖原酵解、脂肪分解和ATP降解，這些反應會相應產(chǎn)生乳酸、脂肪酸和磷酸等酸性物質(zhì)，使肌肉整體pH值下降。凍融后期，魚肉蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生氨基酸、吲哚和胺類等堿性物質(zhì)，魚片pH值回升。

2.3 反復凍融條件下復合無磷保水劑對冷凍鱘魚片TBA值的影響

圖2 反復凍融對鱘魚片TBA值的影響Fig. 2 Effect of freeze-thaw cycles on TBA value of sturgeon fillets

由圖2可知，隨著凍融次數(shù)的增加，3個處理組魚片的TBA值顯著升高（＜0.05）。經(jīng)過5 次凍融循環(huán)，空白對照組的TBA值顯著增加為初始的6.51 倍，高于含保水劑的速凍處理組和緩凍處理組。TBA值代表脂肪氧化終產(chǎn)物丙二醛為主的醛類化合物的含量，是評價肉制品脂肪氧化程度的一項指標。反復凍融過程中，魚肉中的水分不斷發(fā)生結(jié)晶與重結(jié)晶，一些促氧化成分隨液汁流出；同時，魚肉液汁產(chǎn)生的冰晶破壞了魚片表面的完整性，使脂肪與空氣的接觸面積增加，加速了脂肪氧化酸敗。有研究表明，山梨糖醇能夠螯合肌肉中的金屬離子，延緩不飽和脂肪酸氧化。本研究發(fā)現(xiàn)，含保水劑的速凍處理組和緩凍處理組在凍融過程中魚片的TBA值均低于空白對照組，表明經(jīng)復合保水劑處理能有效抑制魚片在凍融循環(huán)過程中脂肪氧化的發(fā)生。

2.4 反復凍融條件下復合無磷保水劑對冷凍鱘魚片肌原纖維蛋白的影響

圖3 反復凍融對鱘魚片肌原纖維蛋白含量的影響Fig. 3 Effect of freeze-thaw cycles on myofibrillar protein content of sturgeon fillets

圖4 反復凍融過程中肌原纖維蛋白SDS-PAGE圖譜Fig. 4 Effect of freeze-thaw cycles on SDS-PAGE profile of myofibrillar proteins in sturgeon fillets

由圖3可知，隨著凍融過程的進行，鱘魚片中肌原纖維蛋白質(zhì)量濃度顯著降低。經(jīng)過2 次凍融循環(huán)，空白對照組蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度顯著下降了54.82%，速凍處理組和緩凍處理組蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度比初始值顯著下降了26.07%和34.85%。經(jīng)過5 次凍融處理，速凍處理組和緩凍處理組蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度比初始值顯著下降了48.55%和53.02%，下降幅度均低于空白對照組的74.74%。蛋白質(zhì)SDSPAGE結(jié)果（圖4）也清楚地顯示出，經(jīng)過5 次凍融，速凍處理組肌原纖維蛋白中原肌球蛋白和肌球蛋白輕鏈比另兩組處理的條帶更深、更粗，表明速凍處理組中鹽溶性肌原纖維蛋白的含量與空白對照組和緩凍處理組相比濃度更高，這一結(jié)果表明速凍和保水劑處理對鱘魚肌原纖維蛋白損傷最小。

肌原纖維蛋白占魚肉蛋白質(zhì)的50%～60%，是魚肉中含量最高、最重要的蛋白質(zhì)，影響著產(chǎn)品的營養(yǎng)品質(zhì)及感官價值。在反復凍融過程中，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成氫鍵、二硫鍵、疏水鍵等，導致蛋白之間作用力加強，與水的作用力減弱，蛋白質(zhì)溶解度下降。姜晴晴等研究發(fā)現(xiàn)，在凍融循環(huán)過程中，肌原纖維蛋白中的肌球蛋白比肌動蛋白更容易發(fā)生變性，與本研究結(jié)果相似。章蔚等通過研究發(fā)現(xiàn)，浸泡過碳酸氫鈉的魚肉樣品凍藏期間蛋白溶解度的降低程度顯著低于蒸餾水對照組。由于碳酸氫鈉可以增強蛋白質(zhì)間的靜電斥力提高蛋白質(zhì)溶解度；同時山梨糖醇含有的羥基，對抑制蛋白質(zhì)冷凍變性有較好效果。本研究結(jié)果也顯示，在冷凍鱘魚片中加入碳酸氫鈉、山梨糖醇和檸檬酸鈉復合保水劑對延緩凍融循環(huán)條件下蛋白質(zhì)變性有一定改善作用。

2.5 反復凍融條件下復合無磷保水劑對冷凍鱘魚片Ca2+-ATPase活性的影響

圖5 反復凍融對鱘魚片Ca2＋-ATPase活性的影響Fig. 5 Effect of freeze-thaw cycles on Ca2＋-ATPase activity of sturgeon fillets

由圖5可知，隨著凍融次數(shù)的增加，空白對照組、速凍處理組和緩凍處理組Ca-ATPase活性均顯著降低。經(jīng)過2 次凍融循環(huán)，空白對照組Ca-ATPase活性劇烈下降了54.31%，速凍處理組和緩凍處理組Ca-ATPase活性分別下降了38.21%和40.39%。經(jīng)過5 次凍融循環(huán)，速凍處理組和緩凍處理組Ca-ATPase活性比初始分別顯著降低了62.51%和65.86%，下降幅度均低于空白對照組的72.16%。

肌球蛋白約占肌原纖維蛋白60%，由于其頭部具有Ca-ATPase活性，因此Ca-ATPase活性可以間接反映出肌原纖維變性程度。在反復凍融過程中，肌球蛋白頭部構(gòu)象發(fā)生改變是造成Ca-ATPase活性下降的主要原因。梁鵬等研究發(fā)現(xiàn)，在藍圓鲹冷凍魚糜中加入山梨糖醇能顯著抑制Ca-ATPase活性下降；王寧研究發(fā)現(xiàn)，含山梨糖醇和檸檬酸鈉的復合抗凍劑可以顯著抑制大黃魚蛋白Ca-ATPase活性的降低。同時，由于復合保水劑中含有碳酸氫鈉和檸檬酸鈉，魚片pH值可以較好地維持在弱堿性環(huán)境中以保護蛋白質(zhì)不變性。本研究表明，在反復凍融條件下復合保水劑對鱘魚片的Ca-ATPase活性降低有一定抑制作用。

2.6 復合無磷保水劑對反復凍融狀態(tài)下冷凍鱘魚片白度的影響

表2 反復凍融對鱘魚片白度的影響Table 2 Effect of freeze-thaw cycles on whiteness value of sturgeon fillets

由表2可知，在凍融循環(huán)過程3個處理組魚片的白度值都呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢。其中，空白對照組魚片在第2次凍融循環(huán)后白度值顯著下降了6.0%，此時，速凍處理組和緩凍處理組魚片白度比初始顯著降低了5.42%和3.97%，下降幅度均低于空白對照組。從第3次凍融循環(huán)開始，各組魚片白度值又呈現(xiàn)出緩慢增加趨勢。經(jīng)過5 次凍融循環(huán)，速凍處理組鱘魚片白度值與初始值相比無顯著差異。

分析魚片在凍融循環(huán)過程中白度值都呈現(xiàn)出先降低后升高趨勢的原因，可能是魚片在凍融循環(huán)期間脂肪發(fā)生氧化反應，形成的羰基化合物和氨基酸等氨基化合物發(fā)生反應，生成深色產(chǎn)物，導致肌肉切面顏色變暗；此外，魚肉中的鐵、銅等金屬離子被催化氧化后也可導致肌肉顏色的加深。在凍融循環(huán)后期，由于肌肉細胞受到冰晶的損傷，汁液損失量增加，魚肉體內(nèi)的色素隨著汁液流失，導致白度增大；同時，滲出的汁液附著在魚片表面使光反射增加，也是魚片白度值增加的一個原因。在本研究中速凍處理組和緩凍處理組加入了復合保水劑，特別是速凍處理組在經(jīng)過5 次凍融后其白度值變化最小，該結(jié)果與復合保水劑可有效緩解脂肪氧化和水分流失密切相關，因此經(jīng)復合保水劑處理可以緩解鱘魚片在凍融循環(huán)過程中白度值的降低，同時該研究也顯示速凍處理相對于緩凍處理更有利于保持魚片的白度值。

2.7 復合無磷保水劑對反復凍融狀態(tài)下冷凍鱘魚片質(zhì)構(gòu)的影響

表3 反復凍融對鱘魚片質(zhì)構(gòu)的影響Table 3 Effect of freeze-thaw cycles on texture characteristics of sturgeon fillets

由表3可知，經(jīng)過5 次凍融循環(huán)，各處理組魚片的硬度和彈性均顯著降低，其中，速凍處理組和緩凍處理組的硬度分別降低了42.33%和48.69%，空白對照組降低了60.41%；速凍處理組和緩凍處理組的彈性分別降低了35.13%和37.84%，空白對照組降低了43.10%。

魚片的質(zhì)構(gòu)特性與其持水性密切相關，由于速凍處理組和緩凍處理組都經(jīng)過復合保水劑處理，對魚片的水分流失和蛋白質(zhì)的變性有一定抑制作用，所以兩組魚片在凍融循環(huán)各階段的硬度和彈性值都高于空白對照組，與緩凍處理組相比，速凍處理的鱘魚片質(zhì)構(gòu)損傷最小，表明速凍和保水劑處理是保持鱘魚片質(zhì)構(gòu)品質(zhì)行之有效的處理方式。

2.8 復合無磷保水劑對反復凍融狀態(tài)下冷凍鱘魚片微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖6 反復凍融過程中鱘魚片微觀組織圖（×100）Fig. 6 Effect of freeze-thaw cycles on microstructure of sturgeon fillets (× 100)

如圖6所示，新鮮魚肉的肌肉纖維結(jié)構(gòu)飽滿，排列整齊，染色均勻，肌纖維束清晰可見（圖6A）。經(jīng)過5 次凍融后各組魚片肌纖維結(jié)構(gòu)都發(fā)生了明顯形變。從速凍處理組縱切面（圖6B）發(fā)現(xiàn)，其纖維束排列變得輕微雜亂且部分纖維發(fā)生黏連，其橫截面（圖6B）與新鮮樣品相比纖維已不再圓潤飽滿。緩凍處理組縱切圖（圖6C）顯示，魚肉的纖維束排列較為分散雜亂，部分纖維已經(jīng)斷裂，其橫截面（圖6C）與速凍處理組相比，魚肉纖維之間空隙更大更雜亂無章。空白對照組（圖6D）形變最為嚴重，多數(shù)纖維束已經(jīng)斷裂且排列非常雜亂，纖維之間空隙很大，從該組魚片的縱切面（圖6D）和橫切面（圖6D）都能發(fā)現(xiàn)，肌纖維束邊緣染色較好，纖維中間由于多次受到凍融冰晶的損傷形成了空洞而無法染色，這與Jiang Qingqing等的發(fā)現(xiàn)相似。

魚片的微觀結(jié)構(gòu)與其持水性和肌肉腐敗程度密切相關。魚片在多次凍融過程中，受到冰晶的損傷逐漸累加，對肌纖維造成擠壓加劇導致纖維發(fā)生形變。同時，魚肉的結(jié)締組織在自身蛋白酶和微生物的作用下發(fā)生降解，導致肌纖維粘黏，是魚肉組織結(jié)構(gòu)變模糊的主要原因?？瞻讓φ战M由于沒有保水劑的保護，在受到冰晶擠壓時肌肉細胞內(nèi)物質(zhì)被排到細胞外的空隙中，隨著解凍的液體流失，這是造成圖6D中大量空洞產(chǎn)生的原因。從圖6還可以看出，兩個處理組纖維間隙更小，纖維完整度更高，這也與處理組持水性和彈性高于對照組的結(jié)果相呼應。因此，復合保水劑處理對鱘魚片在凍融期間微觀結(jié)構(gòu)的劣變有一定抑制作用。

3 結(jié) 論

研究了鱘魚片在反復凍融條件下理化特性及微觀結(jié)構(gòu)的變化。隨著凍融次數(shù)的增加，3組鱘魚片的解凍損失率、蒸煮損失率、丙二醛含量均顯著上升，水分含量、白度值、肌原纖維蛋白含量、Ca-ATPase活性、硬度和彈性顯著降低，與空白對照組相比，經(jīng)碳酸氫鈉、檸檬酸鈉和山梨糖醇復配無磷保水劑處理的鱘魚片各品質(zhì)指標變化速率相對平緩。同時，保水劑處理能更好地保持鱘魚片在凍融期間肌纖維的結(jié)構(gòu)形態(tài)。綜上，溫度波動會導致鱘魚片品質(zhì)發(fā)生劣變，加入復合無磷保水劑對鱘魚片凍融期間水分的流失、蛋白質(zhì)的變性和微觀結(jié)構(gòu)的劣變有明顯的抑制作用。本研究結(jié)果對鱘魚片產(chǎn)品的開發(fā)、保鮮、貯藏等具有一定的理論和實踐指導意義。