響應面法優(yōu)化重組羅非魚肉制備工藝

陳慕雪 劉淑慧 張雪瑩 董秀萍 申鉉日 夏光華

摘 要：利用加工副產(chǎn)物開發(fā)重組羅非魚肉制品，以羅非魚碎肉為原料，制備重組羅非魚肉制品，采用響應面試驗優(yōu)化重組羅非魚肉制品的加工工藝。結(jié)果表明：重組羅非魚肉制品的最佳制備工藝為NaCl添加量0.52%、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（transglutaminase，TG）添加量0.95 U/100 g、CaCl2添加量0.39%;影響重組羅非魚肉硬度的大小順序為TG添加量>CaCl2添加量>NaCl添加量。

關鍵詞：羅非魚;重組羅非魚肉制品;副產(chǎn)物;硬度;響應面

Optimizing the Preparation Process of Restructured Tilapia Meat by Response Surface Methodology

CHEN Muxue1， LIU Shuhui1， ZHANG Xueying1，2， DONG Xiuping2， SHEN Xuanri1，2， XIA Guanghua1，2，*

（1.Hainan Engineering Research Center of Aquatic Resources Efficient Utilization in South China Sea，

College of Food Science and Technology， Hainan University， Haikou 570228， China;

2.Collaborative Innovation Center of Seafood Deep Processing， Dalian 116034， China）

Abstract： Restructured tilapia meat was developed from tilapia meat scraps. By using response surface methodology （RSM）， the optimal processing parameters were determined as follows： sodium chloride 0.52%， transglutaminase （TG） 0.95 U/100 g，

and calcium chloride 0.39%. TG， calcium chloride and sodium chloride affected the hardness of restructured tilapia meat， ranked in decreasing order of their importance.

Keywords： tilapia; restructured tilapia meat products; by-product; hardness; response surface methodology

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210519-146

中圖分類號：TS254.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2021）06-0015-07

引文格式：

陳慕雪， 劉淑慧， 張雪瑩， 等. 響應面法優(yōu)化重組羅非魚肉制備工藝[J]. 肉類研究， 2021， 35（6）： 15-21. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210519-146.? ? http：//www.rlyj.net.cn

CHEN Muxue， LIU Shuhui， ZHANG Xueying， et al. Optimizing the preparation process of restructured tilapia meat by response surface methodology[J]. Meat Research， 2021， 35（6）： 15-21. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210519-146.? ? http：//www.rlyj.net.cn

羅非魚（Oreochromis niloticus）生長速度快、肉嫩味美、營養(yǎng)豐富，近些年來已經(jīng)成為中國最具國際競爭力的水產(chǎn)養(yǎng)殖品種之一[1]。我國不僅是羅非魚產(chǎn)量最大的國家，也是世界上出口量和消費量最大的國家[2]。目前我國羅非魚的加工形式主要以凍魚片和凍全魚為主，產(chǎn)品形式單一且附加值低，副產(chǎn)物開發(fā)利用及精加工水平不高。羅非魚加工過程中產(chǎn)生的下腳料，如魚皮、魚碎肉、魚骨、魚內(nèi)臟和魚鱗等，含量高達原料的55%～65%[3]。這些下腳料直接丟棄會造成極大的資源浪費與環(huán)境污染，如何對這些下腳料進行加工利用已經(jīng)成為羅非魚產(chǎn)業(yè)面臨的關鍵性問題[4]。

隨著社會的發(fā)展，消費者對富含營養(yǎng)、口感良好又經(jīng)濟方便的食品需求不斷增長，較大刺激了低脂肉類和即食肉類等產(chǎn)品的發(fā)展，而重組魚肉制品的出現(xiàn)為消費者提供了更健康、更安全的選擇。重組魚肉制品是借助外力或添加輔料以提取魚肉纖維中的基質(zhì)蛋白，與添加劑相互作用使肉?；蛉鈮K重新組合黏連成型，形成新的質(zhì)構(gòu)，經(jīng)冷凍后可直接出售的水產(chǎn)食品[5]。肉制品的重組技術起源于20世紀60年代，包括NaCl溶出肌原纖維蛋白、固定、蛋白熱變性形成有組織的結(jié)構(gòu)3 個步驟[6]。對于低值魚類及加工碎肉可以通過重組技術制備具備一定質(zhì)構(gòu)的重組魚肉制品，并且可以調(diào)控魚肉產(chǎn)品的形狀、質(zhì)地、顏色、脂肪、水分含量等，從而提升其附加值[7-9]。

本研究以羅非魚碎肉為原料，采用響應面法優(yōu)化重組羅非魚肉制品的加工工藝，為羅非魚的高值化利用提供技術支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

羅非魚碎肉，由海南翔泰漁業(yè)股份有限公司提供，于生產(chǎn)線收集、凍藏后運送至實驗室，-20 ℃冷凍保存?zhèn)溆谩?/p>

谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（transglutaminase，TG） 美國Sigma-Aldrich試劑公司;其余試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設備

800s組織搗碎機 美國Warring Blender公司;T18高速分散機 德國IKA公司;ST-16R高速冷凍離心機 美國Thermo Scientific公司;EL303/204分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司;GL-3250A磁力攪拌器? ?海門市其林貝爾儀器制造有限公司;CR-14小型色差儀? ?柯尼卡-美能達（中國）有限公司;CT-3質(zhì)構(gòu)儀 美國Brookfield公司;JBCJEFD1307023J超凈工作臺 美國安捷倫公司。

1.3 方法

1.3.1 重組羅非魚肉制品的制備

根據(jù)Martelo-Vidal[10]、Canto[11]等的方法并有所改動。羅非魚碎肉解凍后，充分攪碎并用去離子水以料液比1∶3（m/V）在4 ℃條件下洗滌5 min;取出碎肉，將碎肉和去離子水料液比以1∶1（m/V）充分混勻并打漿，加入一定量NaCl，混勻后于4 ℃條件下作用1 h，添加質(zhì)量分數(shù)0.2%檸檬酸（以碎肉質(zhì)量計）混勻后于4 ℃條件下作用1 h;添加一定量CaCl2攪拌均勻后再添加一定量TG混合均勻，紗布過濾除去多余水分后，將剩余的碎肉裝入直徑為3 cm的圓柱形模具中按壓緊實，在不同溫度和時間條件下進行固化;最后將其置于自封袋中90 ℃加熱30 min，加熱后的樣品真空包裝，于-20 ℃冷藏。

1.3.2 固化條件的選取

根據(jù)前期的實驗結(jié)果，確定重組羅非魚肉制品的NaCl、TG、CaCl2添加量分別為0.5%、1 U/100 g、0.4%（均以碎肉質(zhì)量計），選取3 個不同的溫度及時間條件，分別為：4 ℃固化12 h、25 ℃固化2 h、40 ℃固化30 min，重組魚肉制品制備方法同1.3.1節(jié)，樣品在不同條件下固化完成后置于自封袋中90 ℃加熱30 min，充分冷卻后于4 ℃放置24 h測定理化性質(zhì)。

1.3.3 可表達水含量、水分活度、干物質(zhì)含量測定

可表達水含量：可表達水含量是間接測定持水力的一種方法。稱取質(zhì)量為（2.0±0.2）g的樣品放入2 層濾紙中，置于50 mL離心管底部，1 500×g離心10 min;用濾紙擦拭樣品表面水分進行稱質(zhì)量[12]?？杀磉_水含量

按式（1）計算。

（1）

式中：m0為樣品初始質(zhì)量/g;m1為樣品最終質(zhì)量/g。

水分活度：使用手持式水分活度儀測定。

干物質(zhì)含量：稱?。?.0±0.2） g樣品于預先稱質(zhì)量的坩堝中，將樣品在98 ℃條件下干燥24 h后再次稱質(zhì)量，干物質(zhì)含量按式（2）計算。

（2）

式中：m2為干燥后樣品質(zhì)量/g;m3為干燥前樣品濕質(zhì)量/g。

1.3.4 色度測定

使用色差儀測定樣品的色度，于光源C和2°的測定條件下測定并記錄樣品的亮度值（L*）、紅度值（a*）和黃度值（b*）。白度按式（3）計算。

（3）

1.3.5 質(zhì)構(gòu)測定

使用質(zhì)構(gòu)儀對樣品進行質(zhì)構(gòu)分析，將樣品切成2 cm高度的圓柱體，使用直徑為50 mm（P/50）的圓柱形探針進行質(zhì)構(gòu)分析。測定條件為：測前速率2.0 mm/s，測試速率1.0 mm/s，回復速率2.0 mm/s，下壓次數(shù)2 次，測定并記錄樣品的5 個質(zhì)構(gòu)參數(shù)（硬度、彈性、膠著性、內(nèi)聚性和咀嚼性）。

1.3.6 單因素試驗

以硬度為指標，分別測定NaCl添加量（0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%）、CaCl2添加量（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%）和TG添加量（0、0.5、1.0、1.5、2.0 U/100 g）對重組羅非魚肉制品的硬度的影響。

確定TG添加量為1 U/100 g，CaCl2添加量為0.4%，分別添加0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的NaCl，分析NaCl的最優(yōu)添加量。

確定NaCl添加量為0.5%，CaCl2添加量為0.4%，分別添加0、0.5、1.0、1.5、2.0 U/100 g的TG，分析TG的最優(yōu)添加量。

確定NaCl添加量為0.5%，TG添加量為1 U/100 g，分別添加0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的CaCl2，分析CaCl2的最優(yōu)添加量。

1.3.7 響應面優(yōu)化試驗

在單因素試驗的基礎上，使用Design-Expert 8.0軟件進行響應面優(yōu)化設計，以硬度為響應值，以NaCl、TG和CaCl2的添加量為因變量，設計3因素3水平的響應面試驗，優(yōu)化重組羅非魚肉制品的制備工藝。響應面分析因素及水平如表1所示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均表示為平均值±標準差，采用OriginPro 2016軟件作圖。采用SPSS Statistics 19.0軟件進行數(shù)據(jù)間單因素顯著性差異分析，P<0.05表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 固化條件對重組羅非魚肉可表達水含量、水分活度及干物質(zhì)含量的影響

可表達水含量與持水力的高低有關，持水力表示產(chǎn)品保持水分的能力，能影響產(chǎn)品的風味、口感、色度等指標[13]?？杀磉_水含量越低，魚肉制品持水性越強[14]。由表2可知，添加TG后，重組羅非魚肉制品的可表達水含量顯著降低，這說明TG能顯著提高重組羅非魚肉制品的持水力。在不同的固化條件下，不添加TG的重組羅非魚肉可表達水含量在4 ℃條件下獲得最低值（23.10±3.13）%。添加TG后，在25 ℃條件下固化2 h的重組羅非魚肉可表達水含量最低，持水力最好，且可表達水含量低于由大西洋鯖魚（Scomber scombrus）制得的類似火雞肉的重組魚肉制品[15]及由長鰭金槍魚（Thunnus alalunga）制得的重組魚肉制品[10]。

較低的水分活度可降低生物反應速率，延緩微生物的生長，延長產(chǎn)品的保質(zhì)期。不添加TG的重組羅非魚肉水分活度為0.98，而添加TG之后，重組羅非魚肉的水分活度為0.97～0.98。在40 ℃固化30 min的重組羅非魚肉顯示出最高的水分活度，4 ℃固化12 h水分活度最低。Andrés-Bello等[16]報道重組金頭鯛（Sparus aurata）制品的水分活度為0.973，與重組羅非魚肉制品的水分活度接近。

添加TG后，不同固化條件下獲得的重組羅非魚肉的干物質(zhì)含量均顯著增加，這可能是由于TG的添加可使蛋白質(zhì)的交聯(lián)增加，蛋白質(zhì)得率升高。

綜上，添加TG在25 ℃下固化2 h獲得的重組羅非魚肉制品品質(zhì)最優(yōu)。

2.2 固化條件對重組羅非魚肉色度的影響

由表3可知，未添加TG的重組羅非魚肉L*為76.80～78.27，a*為-4.73～-5.47，b*為14.90～16.50，白度差異較小。添加TG后，重組羅非魚肉的L*略微升高，為77.53～79.97，a*無明顯變化，為-4.83～

-4.16，b*略微升高，為15.60～16.80，白度略微升高。不同固化條件對色度影響較小，TG的添加能使重組羅非魚肉的白度略微升高，在25 ℃下固化2 h白度最高。相比于其他重組魚肉制品，重組羅非魚制品的白度略高，重組金頭鯛（Sparus aurata）的L*為68.7～72.6[16]，重組比目魚的L*為40.14～53.70[17]，這可能與魚的種類有關。

2.3 固化條件對重組羅非魚肉質(zhì)構(gòu)的影響

小寫字母不同，表示差異顯著（P<0.05）。下同。

由圖1可知，TG的添加顯著改善了重組羅非魚肉制品的質(zhì)構(gòu)，硬度、膠著性和咀嚼性均顯著上升，彈性和內(nèi)聚性也略微升高。重組羅非魚肉制品在固化溫度為25、40 ℃條件下顯示出較高的硬度、膠著性和咀嚼性，而彈性和內(nèi)聚性在不同固化條件下無明顯差異，這可能是因為25、40 ℃條件下內(nèi)源性TG活性較高，TG的最適溫度接近45 ℃[18]。添加TG，固化溫度為40 ℃的重組羅非魚肉制品硬度高于25 ℃下的樣品，而彈性卻低于25 ℃下的樣品。

總之，在25 ℃固化2 h、添加TG的重組羅非魚肉制品能獲得最優(yōu)質(zhì)構(gòu)，數(shù)值接近其他研究報道的重組魚肉制品，在添加25 g/kg NaCl和TG的條件下獲得的重組鰱魚制品的硬度達到2 350 g[19]。重組魚肉制品的最優(yōu)固化條件可能與魚類棲息地溫度有關[20-21]，來自冷水魚的魚糜凝膠具有較低的機械性能和較低的固化溫度，而來自溫水魚類的凝膠具有較高的固化溫度屬性[22]。

2.4 單因素試驗結(jié)果

由圖2可知，重組羅非魚肉制品的硬度隨著NaCl添加量的升高先增大后減少，最優(yōu)添加量為0.5%。鈉鹽添加過多會使肌肉蛋白過度溶解，從而導致重組羅非魚肉制品質(zhì)構(gòu)變差。過量的鈉鹽也會造成人體血壓升高，患心血管疾病概率增加[22]。低鹽重組羅非魚肉制品滿足了消費者及肉類工業(yè)對新型肉制品的要求，因而選取0.5%為NaCl的最優(yōu)添加量。

由圖3可知，TG的添加可顯著提升重組羅非魚肉制品的硬度，硬度隨著TG添加量的升高先增大后減小，在添加量1 U/100 g時達到最大硬度。這是因為TG的添加可以促進魚肉蛋白之間的交聯(lián)作用，改善重組羅非魚肉制品的質(zhì)構(gòu)，并減少鈉鹽的使用[23-24]。綜上，重組羅非魚肉制品的最優(yōu)TG添加量為1 U/100 g。

由圖4可知，CaCl2的添加可顯著改善重組羅非魚肉制品的質(zhì)構(gòu)，重組羅非魚肉制品的硬度隨著CaCl2添加量的升高先增大后減小，在添加量0.4%時達到最優(yōu)。Ca2+的使用可以較好地提高TG的活性，從而改善重組羅非魚肉制品的質(zhì)構(gòu)和感官。Lee等[20]發(fā)現(xiàn)，添加0.2%的CaCl2可以改善魚糜的凝膠特性，墨西哥比目魚（Cyclopsetta chittendeni）和巖棲無鰾石首魚（Menticirrhus saxatilis）也通過添加0.2% CaCl2使產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)得到改善[14]。因此，選取重組羅非魚肉制品的CaCl2最優(yōu)添加量為0.4%。

2.5 響應面優(yōu)化試驗結(jié)果

響應面試驗結(jié)果見表4，利用Design-Expert 8.0軟件對表4數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，獲得以重組羅非魚肉制品硬度為響應值的回歸方程：Y=-14 060.80+2 161.50A+

570.31B+4 862.93C-1.75AB-12.75AC-45.30BC-206.35A2-19.82B2-550.10C2。

由表5可知，模型P=0.000 2<0.01（極顯著），失擬項P=0.349 7>0.05（不顯著），說明方程對試驗有較好的擬合性，實驗誤差較小，相關系數(shù)R2=0.970 6，表明模型充分擬合試驗數(shù)據(jù)。該模型可以較好地對重組羅非魚肉制品的制備工藝進行分析和預測，各因素對于重組羅非魚肉硬度影響的大小順序為

B>C>A，即TG添加量>CaCl2添加量>NaCl添加量。交互項BC、A2、B2、C2對重組羅非魚肉制品的硬度有極顯著影響。上述數(shù)據(jù)表明，此模型可以較好反映重組羅非魚肉制品NaCl添加量、TG添加量、CaCl2添加量之間的關系，因此該二次模型成立，可以用于預測重組羅非魚肉制品的制備工藝。

根據(jù)回歸方程得出不同影響因素的響應面圖和等高線圖，在響應面圖中，曲面越陡峭，則該曲面的自變量對響應值的影響越顯著。由圖5可知，TG添加量和CaCl2添加量的響應面圖變化斜面更為陡峭，表明TG添加量和CaCl2添加量對重組羅非魚肉制品硬度的影響最顯著，與方差分析結(jié)果相符。

通過Design-Expert 8.0軟件分析得重組羅非魚肉制品的最佳加工條件為NaCl添加量0.52%、TG添加量0.95 U/100 g、CaCl2添加量0.39%，此時重組羅非魚肉制品的硬度預測值可得到最大值3 804 g。為了驗證所得條件的可行性，對最優(yōu)條件進行3 次驗證實驗，得到重組魚肉的硬度為3 821 g，與理論值相比相對誤差小，證明響應面法得到的回歸模型可靠。

3 結(jié) 論

添加TG后在25 ℃條件下固化2 h獲得的重組羅非魚肉制品品質(zhì)最優(yōu)，通過單因素試驗和響應面試驗優(yōu)化得到重組羅非魚肉制品的最佳工藝為NaCl添加量0.52%、TG添加量0.95 U/100 g、CaCl2添加量0.39%，此時重組羅非魚肉制品的硬度可達3 804 g，各因素對于重組羅非魚肉硬度影響的大小順序為TG添加量>CaCl2添加量>NaCl添加量。

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