靜磁場(chǎng)對(duì)發(fā)酵魚露工藝的影響

張慶宇,周宇益,符姜燕,楊俊,侯冶海,楊哪

1(廣東美味鮮調(diào)味食品有限公司,廣東 中山,528437) 2(英都斯特(無(wú)錫)感應(yīng)科技有限公司,江蘇 無(wú)錫,214035) 3(江南大學(xué) 食品學(xué)院,江蘇 無(wú)錫,214122)

魚露也被稱為魚醬油,通過(guò)不同的原料和發(fā)酵工藝產(chǎn)生獨(dú)特風(fēng)味,在調(diào)味和烹飪過(guò)程中加入魚露,不僅可以增加獨(dú)特風(fēng)味,還可增強(qiáng)口感豐度,在我國(guó)廣東、福建地區(qū)及泰國(guó)等東南亞國(guó)家廣受歡迎[1]。我國(guó)漁業(yè)發(fā)展迅速,伴隨大量的副產(chǎn)品產(chǎn)生,如魚頭、魚骨、魚皮和魚內(nèi)臟等,可用于加工飼料和生物燃料,以及價(jià)值較高的膠原蛋白。但魚副產(chǎn)品中大量的蛋白質(zhì)、氨基酸、有機(jī)酸及活性成分如?；撬岬任幢怀浞掷肹2]。

目前魚露發(fā)酵主要分為傳統(tǒng)發(fā)酵、快速發(fā)酵及復(fù)合發(fā)酵。傳統(tǒng)魚露發(fā)酵采用低價(jià)值魚蝦或水產(chǎn)下腳料,加入大量鹽后發(fā)酵制備魚露產(chǎn)品,耗時(shí)1～3年,發(fā)酵周期長(zhǎng),且發(fā)酵過(guò)程除魚露的醬香味外,微生物自然代謝可能產(chǎn)生多種不良風(fēng)味,如腥臭味和酸味等,嚴(yán)重影響魚露產(chǎn)品品質(zhì)。李銳等[3]采用不同發(fā)酵方法制備遠(yuǎn)東擬沙丁魚魚露,快速發(fā)酵總氮含量最高,而傳統(tǒng)發(fā)酵中氨基態(tài)氮和小分子肽明顯高于其他2種發(fā)酵方式。趙帥東等[4]發(fā)現(xiàn)使用外源蛋白酶和曲霉菌復(fù)合發(fā)酵,魚露中氨基酸態(tài)氮和總氮的含量分別增加39.5%和14.8%,魚露呈味物質(zhì)含量提高,且發(fā)酵周期大大縮短。新型發(fā)酵技術(shù)高值化利用魚副產(chǎn)品中的營(yíng)養(yǎng)成分,改善魚露等發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)工藝成為研究熱點(diǎn)。大量研究表明,磁場(chǎng)處理對(duì)微生物生長(zhǎng)、發(fā)酵及代謝活性具有顯著影響,生物酶在磁場(chǎng)環(huán)境下催化活性發(fā)生改變。LIAO等[5]采用1.6 mT靜磁場(chǎng)培養(yǎng)紫紅曲霉菌,其次生代謝產(chǎn)物黃色素、橘色素和紅色素的產(chǎn)量分別提高26.0%、128.8%和29.5%。ZIELINSKI等[6]利用靜磁場(chǎng)進(jìn)行乳品廢水的厭氧發(fā)酵,總固體濃度增加43.5%,有機(jī)物含量從98%下降至76.5%,揮發(fā)性脂肪酸濃度降低58.3%。朱一帆等[7]采用100 mT磁場(chǎng)處理胰蛋白酶,并用其水解梅魚,胰蛋白酶活性提高52.5 U/min,必需氨基酸含量上升。GAO等[8]利用1 mT磁場(chǎng)進(jìn)行黑曲霉液態(tài)培養(yǎng)生產(chǎn)檸檬酸,隨磁場(chǎng)處理時(shí)間的增加,檸檬酸產(chǎn)量增加。薛麗萍等[9]采用低頻交變磁場(chǎng)處理過(guò)氧化氫酶,發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度、處理時(shí)間及溫度均會(huì)影響酶結(jié)構(gòu)。

本文以淡水魚下腳料為原料,在靜磁場(chǎng)環(huán)境下發(fā)酵制備魚露,研究不同靜磁場(chǎng)環(huán)境下,魚露發(fā)酵過(guò)程中氨基態(tài)氮、總氮、揮發(fā)性鹽基氮、無(wú)鹽固形物、總酸、pH值和非酶褐變的變化,探究靜磁場(chǎng)環(huán)境發(fā)酵對(duì)魚露品質(zhì)的影響,為魚露產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)及品質(zhì)改善提供新的技術(shù)手段。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

淡水魚下腳料包括魚頭、魚內(nèi)臟、魚皮和魚骨等,舟山漁港；鳳球嘜魚露,超市；滬釀3.042米曲霉,廣東美味鮮調(diào)味食品有限公司；硝酸銀、可溶性淀粉、熒光黃、鉻酸鉀、高氯酸、氫氧化鈉、濃鹽酸、硼酸、酚酞、甲基紅、乙醇、硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸等試劑均為分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 設(shè)備及儀器

MFI-A2磁場(chǎng)生化培養(yǎng)箱(靜磁場(chǎng)強(qiáng)度0～20 mT),英都斯特(無(wú)錫)感應(yīng)科技有限公司；V-800紫外分光光度計(jì),上海美譜達(dá)儀器有限公司；AL204分析天平、FE28 pH計(jì),瑞士METTLER TOLEDO儀器有限公司；C-MAG磁力攪拌器,德國(guó)IKA公司；TGL-16B離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

參照黃紫燕[10]的方法,并加以改進(jìn),將淡水魚下腳料經(jīng)清洗切塊后粉碎成糜,按魚糜質(zhì)量加入1倍水、80 g/L的食鹽和由滬釀3.042米曲霉制成的醬油曲,混合均勻置于發(fā)酵瓶密封,放入磁場(chǎng)生化培養(yǎng)箱發(fā)酵,于40 ℃下發(fā)酵30 d,每天攪拌1次。發(fā)酵結(jié)束后加熱滅菌,冷卻后于5 000×g離心20 min,取上清液后過(guò)濾即為魚露。在發(fā)酵周期中,每隔5 d定期取樣,研究0、5、10、15、20 mT靜磁場(chǎng)對(duì)發(fā)酵過(guò)程中氨基態(tài)氮、總氮、揮發(fā)性鹽基氮、無(wú)鹽固形物、總酸、pH值和非酶褐變指數(shù)的影響,其中0 mT靜磁場(chǎng)為對(duì)照組。

1.4 魚露產(chǎn)品理化指標(biāo)測(cè)定

氨基態(tài)氮質(zhì)量濃度的測(cè)定按照GB 5009.235—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸態(tài)氮的測(cè)定》、總氮質(zhì)量濃度的測(cè)定按照GB/T 18186—2000《釀造醬油》、揮發(fā)性鹽基氮質(zhì)量濃度的測(cè)定按照GB 5009.228—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》、無(wú)鹽固形物質(zhì)量濃度的測(cè)定按照SB/T 10326—1999《無(wú)鹽固形物測(cè)定法》、總酸質(zhì)量濃度的測(cè)定按照GB 12456—2021《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總酸的測(cè)定》、pH值用pH計(jì)測(cè)定、非酶褐變指數(shù)參考韓智等[11]的方法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用Origin 8.5進(jìn)行制圖,SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次,取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 靜磁場(chǎng)對(duì)魚露中氨基態(tài)氮和總氮質(zhì)量濃度的影響

氨基態(tài)氮和總氮質(zhì)量濃度是評(píng)價(jià)發(fā)酵魚露產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)。氨基態(tài)氮的質(zhì)量濃度可反映發(fā)酵過(guò)程中氮源利用程度,其濃度越高,鮮味物質(zhì)越多?？偟馁|(zhì)量濃度則是發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的含氮物質(zhì)總量,包括氨基酸、多肽和蛋白質(zhì),溶出的氮質(zhì)量濃度越高,魚露品質(zhì)越好[12]。由圖1可知,在40 ℃下發(fā)酵30 d,隨著發(fā)酵時(shí)間的增加,氨基態(tài)氮質(zhì)量濃度逐漸增加,但淡水魚糜中內(nèi)源性蛋白酶及醬油曲中米曲霉活性下降,魚肉蛋白降解趨于平緩。與對(duì)照組相比,靜磁場(chǎng)環(huán)境下,氨基態(tài)氮質(zhì)量濃度顯著提高,20 mT靜磁場(chǎng)發(fā)酵30 d時(shí),氨基態(tài)氮質(zhì)量濃度增加81.9%。由圖2可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),魚露中總氮質(zhì)量濃度逐漸增加。靜磁場(chǎng)環(huán)境下總氮質(zhì)量濃度均高于對(duì)照組,20 mT靜磁場(chǎng)發(fā)酵30 d時(shí),總氮質(zhì)量濃度為45.9 g/L,而對(duì)照組僅為25.1 g/L。TAN等[13]利用95 mT磁場(chǎng)培養(yǎng)酵母菌,發(fā)現(xiàn)其木質(zhì)素過(guò)氧化物酶及漆酶活性增強(qiáng)50%。藍(lán)尉冰等[14]采用超聲波協(xié)同酶提取牡蠣中活性肽,發(fā)現(xiàn)物理法處理可有效提高氨基態(tài)氮含量。靜磁場(chǎng)環(huán)境可有效提高蛋白酶活性,促進(jìn)蛋白質(zhì)水解,提高氨基態(tài)氮及總氮的質(zhì)量濃度。

圖1 靜磁場(chǎng)環(huán)境下魚露發(fā)酵過(guò)程中氨基態(tài)氮質(zhì)量濃度的變化Fig.1 Changes of amino nitrogen concentration in fish sauce fermentation under static magnetic field

圖2 靜磁場(chǎng)環(huán)境下魚露發(fā)酵過(guò)程中總氮質(zhì)量濃度的變化Fig.2 Changes of total nitrogen concentration in fish sauce fermentation under static magnetic field

2.2 靜磁場(chǎng)對(duì)魚露中揮發(fā)性鹽基氮質(zhì)量濃度的影響

揮發(fā)性鹽基氮反映發(fā)酵過(guò)程中腐敗微生物對(duì)蛋白質(zhì)的分解情況,其濃度越高,氨基酸被破壞越嚴(yán)重[15]。由圖3可知,隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行,揮發(fā)性鹽基氮質(zhì)量濃度不斷增加。發(fā)酵初期,醬油曲中有益微生物作為優(yōu)勢(shì)菌大量繁殖,抑制了腐敗菌的生長(zhǎng),揮發(fā)性鹽基氮質(zhì)量濃度較低,但隨著發(fā)酵時(shí)間的增加,腐敗菌快速分解淡水魚糜中的蛋白質(zhì),揮發(fā)性鹽基氮質(zhì)量濃度呈上升趨勢(shì)。靜磁場(chǎng)環(huán)境可有效抑制腐敗微生物滋生,發(fā)酵過(guò)程中,揮發(fā)性鹽基氮質(zhì)量濃度遠(yuǎn)低于對(duì)照組,發(fā)酵30 d后,20 mT靜磁場(chǎng)下?lián)]發(fā)性鹽基氮含量?jī)H為對(duì)照組含量的34.9%。KORZELECKA等[16]發(fā)現(xiàn)在5 mT靜磁場(chǎng)環(huán)境下,水霉菌菌絲體的生長(zhǎng)速度及細(xì)胞毒性顯著下降,有效避免真菌感染。MARIA等[17]發(fā)現(xiàn)在300 mT靜磁場(chǎng)下暴露6 h,黃色鐮刀菌的分生孢子生長(zhǎng)率降低40.8%。磁場(chǎng)環(huán)境下腐敗菌生長(zhǎng)受到抑制,魚糜中蛋白質(zhì)降解減緩,揮發(fā)性鹽基氮含量下降。

圖3 靜磁場(chǎng)環(huán)境下魚露發(fā)酵過(guò)程中揮發(fā)性鹽基氮 質(zhì)量濃度的變化Fig.3 Changes of total volatile basic nitrogen concentration during fish sauce fermentation under static magnetic field

2.3 靜磁場(chǎng)對(duì)魚露中無(wú)鹽固形物質(zhì)量濃度的影響

無(wú)鹽固形物的主要成分是氨基酸、蛋白質(zhì)、肽、有機(jī)酸和糖類等物質(zhì)[12]。由圖4可知,隨發(fā)酵的進(jìn)行,無(wú)鹽固形物質(zhì)量濃度呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì),這與發(fā)酵過(guò)程中各類物質(zhì)的變化有關(guān)。與對(duì)照組相比,無(wú)鹽固形物質(zhì)量濃度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增大。與氨基態(tài)氮、總氮和總酸等結(jié)果保持一致,靜磁場(chǎng)環(huán)境下,無(wú)鹽固形物有不同程度的增加,20 mT靜磁場(chǎng)環(huán)境下發(fā)酵30 d,無(wú)鹽固形物質(zhì)量濃度較對(duì)照組提高54.9%。此結(jié)果與熊越[18]研究結(jié)果相似,采用微生物發(fā)酵制備食醋,隨著發(fā)酵的進(jìn)行,可溶性無(wú)鹽固形物含量均增加,還原糖含量下降。無(wú)鹽固形物具有一定的電導(dǎo)率,在靜磁場(chǎng)環(huán)境下,自由離子和帶電溶質(zhì)的傳質(zhì)效率提高。金亞美等[19]采用磁場(chǎng)與流動(dòng)鹽水腌漬芥菜,磁場(chǎng)處理可加速浸漬。磁場(chǎng)環(huán)境下,蛋白酶活性增強(qiáng),無(wú)鹽固形物質(zhì)量濃度增加,進(jìn)一步促進(jìn)發(fā)酵。

圖4 靜磁場(chǎng)環(huán)境下魚露發(fā)酵過(guò)程中無(wú)鹽固形物 質(zhì)量濃度的變化Fig.4 Changes of salt free solids concentration in fish sauce fermentation under static magnetic field

2.4 靜磁場(chǎng)對(duì)魚露中總酸質(zhì)量濃度及pH的影響

在整個(gè)魚露發(fā)酵過(guò)程中,總酸質(zhì)量濃度增加而pH下降。發(fā)酵過(guò)程中微生物產(chǎn)生揮發(fā)性堿性成分,如揮發(fā)性鹽基氮及其他降解物。發(fā)酵底物中的多糖被消耗產(chǎn)生單糖,微生物進(jìn)一步利用單糖分泌有機(jī)酸,促使pH下降,而總酸質(zhì)量濃度增加。由圖5和圖6可知,有機(jī)酸質(zhì)量濃度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增加而增大。20 mT靜磁場(chǎng)發(fā)酵30 d后,總酸質(zhì)量濃度為對(duì)照組的1.34倍。

圖5 靜磁場(chǎng)環(huán)境下魚露發(fā)酵過(guò)程中總酸質(zhì)量濃度的變化Fig.5 Changes of total acid concentration in fish sauce fermentation under static magnetic field

圖6 靜磁場(chǎng)環(huán)境下魚露發(fā)酵過(guò)程中pH的變化Fig.6 Changes of pH in fish sauce during fermentation under static magnetic field

崔文甲等[20]采用物理法探究香菇柄中呈味物質(zhì)釋放的變化,物理法處理后游離氨基酸、有機(jī)酸及可溶性糖醇含量顯著提高。萬(wàn)云雷等[21]則利用1.6 mT低頻磁場(chǎng)處理紅曲菌,發(fā)酵8 d后γ-氨基丁酸的增長(zhǎng)率和產(chǎn)量分別提高31.6%和35.7%。發(fā)酵過(guò)程中,靜磁場(chǎng)環(huán)境下的蛋白酶活性增強(qiáng),淡水魚中蛋白質(zhì)進(jìn)一步水解,游離氨基酸和寡肽氨基酸等物質(zhì)增加,pH下降,總酸質(zhì)量濃度增加。

2.5 靜磁場(chǎng)對(duì)魚露中非酶褐變指數(shù)的影響

酶促褐變是由于氧化產(chǎn)物醌的累積及聚合氧化,產(chǎn)生褐色或黑色素。非酶褐變主要是由美拉德反應(yīng)產(chǎn)生,隨著非酶褐變指數(shù)的增加,魚露的顏色由淺變深。非酶褐變是羥醛縮合反應(yīng),其中間產(chǎn)物在420 nm處吸收波長(zhǎng)最大[22]。由圖7可知,隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加,非酶褐變指數(shù)提高。與對(duì)照相比,20 mT靜磁場(chǎng)發(fā)酵后,魚露非酶褐變指數(shù)為對(duì)照組的1.41倍。魚露發(fā)酵過(guò)程中還原糖與氨基酸、蛋白質(zhì)和多肽等物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)。在各類物理場(chǎng)的應(yīng)用方面,徐茜等[23]利用28 kV/cm的高壓脈沖電場(chǎng)處理葡萄糖/甘氨酸溶液,美拉德反應(yīng)受到顯著促進(jìn)作用,且該促進(jìn)作用與其熱效應(yīng)無(wú)關(guān)。馮耀華等[24]利用1 400 W超聲波作用于天冬酰胺和果糖溶液50 min后,反應(yīng)產(chǎn)物抗氧化活性提高47.6%,天冬酰胺減少30%,果糖降低68%,超聲波可促進(jìn)天冬酰胺-果糖模式美拉德反應(yīng)。隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加,魚露產(chǎn)品顏色加深,且20 mT靜磁場(chǎng)環(huán)境下發(fā)酵產(chǎn)品與市售鳳球嘜魚露產(chǎn)品顏色相近。靜磁場(chǎng)環(huán)境可強(qiáng)化魚露發(fā)酵過(guò)程中的美拉德反應(yīng),魚露產(chǎn)品顏色加深,在提高產(chǎn)品穩(wěn)定性的同時(shí),可有效減少后續(xù)焦糖色素等外源色素的使用。

圖7 靜磁場(chǎng)環(huán)境下魚露發(fā)酵過(guò)程中非酶褐變指數(shù)的變化Fig.7 Changes of non enzymatic browning index during fish sauce fermentation under static magnetic field

3 結(jié)論

本研究以淡水魚下腳料為原料,粉碎成魚糜與80 g/L鹽、滬釀3.042米曲霉制成的醬油曲,在靜磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行混合發(fā)酵,并對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的魚露品質(zhì)進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)靜磁場(chǎng)環(huán)境下40 ℃發(fā)酵30 d,隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加,魚露發(fā)酵過(guò)程中的氨基態(tài)氮、總氮、揮發(fā)性鹽基氮、無(wú)鹽固形物、總酸、pH值和非酶褐變指數(shù)均有不同程度的變化。其中,20 mT靜磁場(chǎng)環(huán)境下,氨基態(tài)氮和總氮顯著增加,磁場(chǎng)輔助發(fā)酵提高淡水魚糜中內(nèi)源性蛋白酶及米曲霉中蛋白酶活性,促進(jìn)魚糜中蛋白質(zhì)水解,產(chǎn)生更多無(wú)鹽固形物及有機(jī)酸,美拉德反應(yīng)增強(qiáng),且磁場(chǎng)可抑制腐敗菌的生長(zhǎng),揮發(fā)性鹽基氮下降,魚露發(fā)酵性能提升。研究了發(fā)酵過(guò)程中不同時(shí)間下魚露品質(zhì)的變化,以及磁場(chǎng)對(duì)淡水魚下腳料生產(chǎn)魚露發(fā)酵性能的影響,為釀造魚露工藝提供了一種新的技術(shù)手段。同時(shí),磁場(chǎng)輔助發(fā)酵現(xiàn)階段能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的工藝研究,但對(duì)于魚露產(chǎn)品的工業(yè)化磁場(chǎng)輔助發(fā)酵而言,仍存在一定距離。作為一項(xiàng)新的前處理手段,原料經(jīng)磁場(chǎng)環(huán)境發(fā)酵一定時(shí)間后再進(jìn)行后續(xù)大罐發(fā)酵,有利于縮短整體發(fā)酵時(shí)間并改善產(chǎn)品品質(zhì),但魚露發(fā)酵過(guò)程中氨基酸及有機(jī)酸等物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)變化,及靜磁場(chǎng)環(huán)境對(duì)微生物促進(jìn)發(fā)酵的機(jī)理有待進(jìn)一步研究。