升溫方式對二段加熱鰱魚糜水分分布和品質(zhì)的影響

梁雯雯，楊天，鄭志紅，郭建，，陳勝軍，汪秋寬，叢?；?

(1.大連海洋大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，遼寧省水產(chǎn)品加工及綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧省水產(chǎn)品分析檢驗(yàn)及加工科技服務(wù)技術(shù)中心，遼寧 大連 116023；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510300)

近年來，隨著中國魚糜制品生產(chǎn)的迅速發(fā)展，鰱Hypophthalmichthysmolitrix也逐漸成為魚糜制品的原料[1]。2019年中國鰱產(chǎn)量達(dá)381.21萬t[2]，盡管產(chǎn)量較大，但因鰱具有土腥味且含有大量細(xì)小的刺，在一定程度上限制了鰱的銷量，因此，將其制成魚糜不僅可以提高鰱的利用率，也可以提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值[3-4]。

提高魚糜制品的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品凝膠品質(zhì)是魚糜制品的研究熱點(diǎn)，微波加熱是其中的手段之一。目前，有關(guān)微波加熱可改善淡水魚糜凝膠品質(zhì)的研究已有報(bào)道[5-7],微波快速升溫及電磁波高頻作用可以導(dǎo)致肌球蛋白結(jié)構(gòu)及聚集行為等發(fā)生變化[8]，而微波加熱會導(dǎo)致魚糜制品溫度分布不均勻，通常會出現(xiàn)熱點(diǎn)和冷點(diǎn)[9]。近年來，還有研究報(bào)道，微波和水浴聯(lián)合加熱(用微波代替?zhèn)鹘y(tǒng)水浴二段加熱的低溫段或高溫段)可改善魚糜品質(zhì)，微波代替?zhèn)鹘y(tǒng)水浴二段加熱低溫段的魚糜凝膠品質(zhì)較差，而代替高溫段能明顯提高魚糜的凝膠強(qiáng)度和持水能力[10]；魚糜中的肌原纖維蛋白只有經(jīng)過前期低溫水浴的充分展開，才有利于后期微波快速加熱過程中蛋白間的相互交聯(lián)[11]。但關(guān)于二段加熱過程中低、高溫段使用微波升溫(microwave heating，MH)、水浴升溫(water bath heating，WH)及微波輔助水浴升溫(microwave assistant water bath heating，MWH)(在實(shí)際生產(chǎn)中往往忽略的升溫)對魚糜水分分布和品質(zhì)差異的影響尚未見報(bào)道。

水分是魚糜中重要的化學(xué)組成成分之一，水分含量及分布狀態(tài)影響魚糜制品的品質(zhì)[12]。因此，本研究中以鰱魚糜為原料，在明確3種方式升溫時(shí)間的基礎(chǔ)上，比較3種升溫方式在低溫段和高溫段對魚糜質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮損失和水分分布的影響，旨在為進(jìn)一步優(yōu)化魚糜制品加工方式提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用AAA級鰱魚糜購自湖北省洪湖市井力水產(chǎn)食品股份有限公司，精制海鹽購自大連新春多品種鹽業(yè)有限公司。

主要儀器設(shè)備有多功能微波爐(G8023DHL-V8，佛山市順德區(qū)格蘭仕微波爐電器有限公司)，核磁共振分析儀(NMI20-Analyst，上海紐邁電子科技有限公司)，質(zhì)構(gòu)儀(TMS-Pro，F(xiàn)TC儀器有限公司)，數(shù)顯恒溫水浴鍋(HH-6，國華電器有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 魚糜樣品的制備 冷凍鰱魚糜于4 ℃層析柜中解凍放置過夜。試驗(yàn)開始后將魚糜擂潰5 min，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的食鹽繼續(xù)擂潰5 min，再加入冰水擂潰15 min，調(diào)整最終魚糜水分含量為76%。

1.2.2 升溫方式 取25 g魚糜樣品于50 mL離心管中。傳統(tǒng)水浴二段加熱過程是將離心管放入水浴鍋，低溫段40 ℃水浴加熱30 min，高溫段90 ℃水浴加熱20 min。本研究中，在二段加熱過程中，將低溫段和高溫段分別采用MH(微波升溫)、MWH(微波輔助水浴升溫，將離心管置于盛有200 mL去離子水的250 mL燒杯中，再置于微波爐中)和WH(水浴升溫)3種方式，升溫至40 ℃或90 ℃，到達(dá)此溫度后再置于水浴鍋中加熱，共設(shè)置9個(gè)組，其中CC組為傳統(tǒng)水浴二段加熱組，具體升溫方式見表1。為防止大量蒸汽破壞魚糜凝膠結(jié)構(gòu)，MH和MWH采用間歇式加熱，即加熱10 s暫停10 s，微波爐功率為800 W，頻率為2 450 MHz。

表1 不同升溫方式

1.2.3 質(zhì)構(gòu)特性分析(TPA) 采用TMS-Pro質(zhì)構(gòu)儀分別測量魚糜的硬度(hardness，N)、黏附性(adhesiveness，N·mm)、內(nèi)聚性(cohesiveness)、彈性(springiness，mm)、膠黏性(gumminess，N)和咀嚼性(chewiness，mJ)等指標(biāo)。將處理后的魚糜切成高為2.0 cm的圓柱體。分析參數(shù)：圓柱形探頭(高度為1 cm)，初始力為1.5 N，測試速度為60 mm/s，形變量為30%，下移位移為30 mm，每組樣品設(shè)3個(gè)平行。

1.2.4 蒸煮損失 蒸煮損失是魚糜品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，通過加熱后物質(zhì)的損失情況可以間接反映魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)的致密情況。參考許艷順等[13]的方法并略做修改。

稱量未加熱前的魚糜質(zhì)量(m0)，將加熱處理后的魚糜冷卻至室溫后取出，用濾紙吸干表面水分后稱量其質(zhì)量(m1)，每組樣品設(shè)3個(gè)平行，蒸煮損失計(jì)算公式為

蒸煮損失=(m0-m1)/m0×100%。

1.2.5 低場核磁共振(LF-NMR)測定 LF-NMR可用于檢測魚糜中水分分布狀態(tài)和水分含量，弛豫時(shí)間可以反映魚糜中肌原纖維蛋白的保水能力和水合能力的變化[14]。將精確稱量的樣品置于核磁共振成像儀永磁場中心位置的射頻線圈中心，使用NMI20-Analyst核磁共振分析儀進(jìn)行測定。采用脈沖序列測定樣品中橫向弛豫時(shí)間t2。參數(shù)設(shè)置為：重復(fù)采樣等待時(shí)間tR=4 000 ms，回波時(shí)間tE=200 μs，回波數(shù)為3 500，累加次數(shù)為5次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用LF-NMR系統(tǒng)自帶的反演軟件對CPMG衰減曲線進(jìn)行反演擬合，得到弛豫數(shù)據(jù)。弛豫時(shí)間繪圖時(shí)縱坐標(biāo)質(zhì)量歸一化，進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。采用SPSS 21.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較，顯著性水平設(shè)為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)構(gòu)特性

從表2可見：不同升溫方式對二段加熱魚糜的質(zhì)構(gòu)特性影響不同，其中，AA、AC和BB組魚糜的硬度較低，均低于其他組，但僅顯著低于傳統(tǒng)水浴二段加熱的CC組(P<0.05)；AA、AB、BB、CA組魚糜的黏附性較低，僅顯著低于BA組(P<0.05)；各組魚糜的內(nèi)聚性和彈性均無顯著性差異(P>0.05)；AA和AC組魚糜的膠黏性較低，均低于其他組，僅顯著低于CC組(P<0.05)；AA組魚糜的咀嚼性最低，低于其他組，僅顯著低于CC組(P<0.05)?？梢姡捎肕H和MWH升溫方式加工的解凍鰱魚糜硬度和咀嚼性均低于二段均采用WH的方式；不同升溫方式魚糜的內(nèi)聚性和彈性均無顯著性差異(P>0.05)，但二段均采用WH升溫方式加工的樣品彈性最高；AA組的魚糜硬度、膠黏性和咀嚼性最小，但AA組與BB組的硬度、黏附性、內(nèi)聚性、彈性、膠黏性和咀嚼性均無顯著性差異(P>0.05)；CB組的硬度、黏附性、膠黏性和咀嚼性相對較高，質(zhì)構(gòu)特性與CC組接近。

表2 不同升溫方式的魚糜質(zhì)構(gòu)特性分析(TPA)

2.2 蒸煮損失

從圖1可見，除BA組外，其余升溫方式的蒸煮損失均無顯著性差異(P>0.05)，BA組蒸煮損失最低(23.54%)且顯著低于CC組(P<0.05)，這說明傳統(tǒng)水浴加熱的魚糜在加熱過程中伴隨大量的水分流失，而其他組合升溫方式更有利于牢固鎖住水分，蒸煮損失率較低，水分流失較少。

2.3 水分分布

從圖2可見，在1～10 000 ms內(nèi)，t2弛豫時(shí)間分布出現(xiàn)了t21(0～2 ms)、t22(2～10 ms)、t23(10～200 ms)和t24(200～800 ms)4個(gè)峰，代表了4種流動性不同的水分。

圖2 魚糜凝膠弛豫時(shí)間的變化

忽略不足2%的峰比例，從表3可見，不易流動水(P22)占總峰面積的61.48%～95.32%，是鰱魚糜凝膠中的絕大部分水。水的流動性發(fā)生變化表現(xiàn)在弛豫時(shí)間的差異上，BB和CC組水的流動性變化一致。低、高溫段使用同種方式升溫(AA、BB、CC)時(shí)，MH方式升溫的弛豫時(shí)間t2(t22+t23)高于WH和MWH方式，說明MWH和WH方式升溫的魚糜水分穩(wěn)定性強(qiáng)，水分不易受到外界干擾，而MH方式升溫的魚糜中水分穩(wěn)定性較差。AA、AB、AC、BC組升溫的弛豫時(shí)間t23較長，均高于CC組，而CA和CB組的弛豫時(shí)間t23較短，不易流動水分含量P23較高(表3)。

表3 魚糜凝膠低場核磁共振自旋弛豫時(shí)間和峰面積比例

2.4 魚糜質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮損失和水分分布之間的相關(guān)性

從表4可見：除黏附性和彈性外，其他質(zhì)構(gòu)特性與弛豫時(shí)間t22呈負(fù)相關(guān)；除黏附性外，其他質(zhì)構(gòu)特性與弛豫時(shí)間t23呈負(fù)相關(guān)；除黏附性、咀嚼性外，其他質(zhì)構(gòu)特性與水分含量P22呈負(fù)相關(guān)；除內(nèi)聚性、彈性與水分含量P23呈負(fù)相關(guān)外，其他質(zhì)構(gòu)特性與不易流動水水分含量P23呈正相關(guān)；所有指標(biāo)間均無顯著相關(guān)性(P>0.05)。

表4 魚糜質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮損失與水分分布之間的相關(guān)性

3 討論

3.1 升溫方式對魚糜質(zhì)構(gòu)特性的影響

消費(fèi)者對魚糜制品的喜愛程度和可接受度可通過質(zhì)構(gòu)特性來加以判斷。本試驗(yàn)中，AA組魚糜的硬度、彈性和咀嚼性均最小，CC組魚糜的質(zhì)構(gòu)特性較好，AA和BB組魚糜硬度、彈性和咀嚼性均低于CC組，原因可能是微波較高的升溫速率雖然能保證魚糜快速通過凝膠劣化溫度帶，減弱凝膠劣化，但過快的加熱速率造成凝膠化不充分，分子交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差會導(dǎo)致凝膠硬度和彈性降低，從而對凝膠強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面影響[15-16]；WH升溫方式加工的樣品彈性高于其他升溫方式，這可能是肌原纖維蛋白緩慢變性形成凝膠，大量水分發(fā)生遷移和流失使得魚糜彈性較高。AA組和BB組的質(zhì)構(gòu)特性無顯著性差異(P>0.05)，BB組在數(shù)值上更接近CC組，表明MWH升溫方式在提高了升溫速率的同時(shí)又保持了緩慢升溫方式的良好質(zhì)構(gòu)特性。鄭捷等[16]研究表明，一段式微波加熱的魚糜制品各項(xiàng)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)基本比水浴加熱的魚糜制品差，分析可能是MH并未使魚糜蛋白充分展開，無法較好地交聯(lián)形成致密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加熱過程中升溫速率過快，大量水汽溢出造成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的破壞從而引起質(zhì)構(gòu)特性不同[17]。本研究中，CB組的硬度、黏附性、膠黏性和咀嚼性相對較高。因此，升溫方式可影響魚糜的質(zhì)構(gòu)特性，低溫段采用緩慢升溫(水浴)有助于蛋白質(zhì)的展開，高溫段建議采用MWH方式減弱凝膠劣化，從實(shí)際生產(chǎn)的角度考慮，MH方式一定程度上也能提高生產(chǎn)效率。今后進(jìn)一步的試驗(yàn)需更精準(zhǔn)控制MH處理過程，以尋找更適合的升溫速率，并將魚糜微觀結(jié)構(gòu)與凝膠特性、質(zhì)構(gòu)特性等聯(lián)系起來，深入研究不同升溫方式對魚糜品質(zhì)的影響。

3.2 升溫方式對魚糜蒸煮損失的影響

本試驗(yàn)中，除BA組外其余升溫方式蒸煮損失并無顯著性差異。付湘晉等[18]研究表明，微波加熱可顯著提高低鹽魚糜凝膠的強(qiáng)度和持水性，降低失水率。失水率高，凝膠中蛋白濃度相應(yīng)提高，凝膠結(jié)構(gòu)更加致密。Wang等[19]研究表明，微波加熱的肉制品與水浴加熱相比具有更低的蒸煮損失。原因可能是與單一熱源的微波加熱相比，增加水浴保溫或聯(lián)合水浴方式升溫使得水分流失率高，在水分流失過程中魚糜中肌原纖維蛋白濃度提高，導(dǎo)致魚糜三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密。本研究中，低溫段微波輔助水浴、高溫段微波升溫的BA組蒸煮損失最低，水分流失率低，這表明魚糜凝膠的微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較致密[20]，盡管傳統(tǒng)水浴二段加熱的CC組蒸煮損失最高，但升溫速率低。故MH和MWH升溫與WH升溫方式相比有利于降低蒸煮損失。

3.3 升溫方式對魚糜水分分布的影響

t21、t22被認(rèn)為是結(jié)合水的弛豫時(shí)間，結(jié)合水對魚糜的保水性無影響[21]；弛豫時(shí)間t23對應(yīng)的水流動性稍弱，在魚糜中認(rèn)為是截留在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的物理截留水，是魚糜凝膠中最主要的水分，直接影響魚糜的凝膠性能[22]；t24代表流動性較強(qiáng)的那部分水的弛豫時(shí)間，可以定義為自由水，表示魚糜凝膠空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以外的水分。弛豫時(shí)間峰的面積百分比記為各組分水分的含量，分別記為P21、P22、P23、P24，其中，P21、P22代表結(jié)合水，P23、P24分別代表不易流動水和自由水[23]。橫向弛豫時(shí)間t2是指1H自旋核在外加磁場受到射頻脈沖的激發(fā)后，系統(tǒng)內(nèi)部達(dá)到橫向熱平衡所需要的時(shí)間，t2越大說明水的流動性越好，t2越小說明水分流動性越弱[24-25]。1H自由度越小，所受束縛力越大，t2弛豫時(shí)間越短，在t2弛豫時(shí)間分布圖上位置越靠左，水的遷移率越低，水的流動性越差。MH和MWH方式加熱的魚糜中t2較高，水分穩(wěn)定性較差，這一結(jié)果可能是由于微波產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致水分子和其他大分子間產(chǎn)生氫鍵松動，導(dǎo)致水分子流動性強(qiáng)[26-27]。

本試驗(yàn)中，在1～10 000 ms的t2弛豫時(shí)間分布與葉韜等[28]研究結(jié)果相似。低、高溫段均為MH方式升溫的弛豫時(shí)間t23均高于同為WH和MWH方式，WH方式升溫的不易流動水P23高于MH和MWH方式，表明微波作用于魚糜中的水分子造成不易流動水分的大量蒸發(fā)或轉(zhuǎn)化為自由水，而其他組合升溫方式減緩了不易流動水分的減少。在形成魚糜凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)截留的水分越多，魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越致密[29]。由此可見，CC組有利于形成致密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。CA和CB的不易流動水分含量P23較高，在低溫段時(shí)WH方式升溫的速率較慢，有助于魚糜三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，高溫段時(shí)采取MH和MWH方式升溫比WH方式更加快速通過凝膠劣化溫度帶，此過程中魚糜凝膠結(jié)構(gòu)逐漸完善，使得更多的水分保留在魚糜三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，表明水的結(jié)合能力較強(qiáng)。AB和BA組相較而言不僅升溫速率快，而且水的結(jié)合能力相對較強(qiáng)。因此，MH和MWH方式升溫有助于保留更多的水分在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，有利于提高魚糜凝膠中水的流動性，但從水分子角度探究魚糜中蛋白的結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)變化還有待進(jìn)一步研究。

3.4 魚糜質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮損失與水分分布的相關(guān)性

魚糜質(zhì)構(gòu)特性的變化與肌原纖維蛋白熱變性相關(guān)，同時(shí)也會受到水分遷移的影響[30]。本研究表明，升溫方式引起不易流動水的水分遷移與質(zhì)構(gòu)特性相關(guān)性較大，升溫方式引起的蛋白質(zhì)展開與聚集程度不同；升溫方式引起的鰱魚糜內(nèi)聚性、硬度、彈性、膠黏性和咀嚼性與不易流動水水分含量相關(guān)性較大，不易流動水水分含量越高，魚糜硬度、黏附性、膠黏性和咀嚼性就越高。加熱過程中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，蛋白凝膠中的水分流失，是導(dǎo)致硬度增加的主要原因[31]。蒸煮損失與質(zhì)構(gòu)特性呈正相關(guān)，降低蒸煮損失在一定程度上能夠提高魚糜的硬度、彈性和咀嚼性等。蒸煮損失與弛豫時(shí)間t23呈負(fù)相關(guān)，與不易流動水水分含量P23呈正相關(guān)，表明不易流動水分含量越高，魚糜蒸煮損失越大。

4 結(jié)論

1)升溫方式不同，鰱魚糜質(zhì)構(gòu)特性不同。二段加熱過程中，MH、WMH方式升溫的魚糜硬度和咀嚼性均低于低、高溫段均為WH方式升溫即傳統(tǒng)水浴二段加熱的魚糜。

2)MH和MWH方式升溫總體上能夠降低低鹽鰱魚糜的蒸煮損失及凝膠中不易流動水、自由水的含量，能夠提高魚糜凝膠中水的流動性，但不利于改善低鹽鰱魚糜凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3)從提高生產(chǎn)效率的角度來看，MH和MWH有助于提高升溫速率，提高生產(chǎn)效率。綜合質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮損失和水分分布來看，低溫段MWH和高溫段MH升溫的BA組魚糜相對而言在較好保證減少蒸煮損失的同時(shí)能夠提高生產(chǎn)效率；而低溫段WH和高溫段MWH升溫的CB組魚糜質(zhì)構(gòu)特性相對較好同時(shí)能夠形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保留更多的水分在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。