閆藝偉,章學(xué)來(lái),莫凡洋,張信榮
魚(yú)糜在凍藏階段的品質(zhì)影響因素及控制技術(shù)
閆藝偉1,章學(xué)來(lái)1,莫凡洋2,張信榮2
(1.上海海事大學(xué) 商船學(xué)院,上海 201306;2.北京大學(xué) 工學(xué)院,北京 100871)
進(jìn)一步提高魚(yú)糜在凍藏過(guò)程中的品質(zhì),提高其產(chǎn)品附加值,滿足消費(fèi)者對(duì)高品質(zhì)魚(yú)糜的要求。介紹魚(yú)糜的物理化學(xué)特性和腐敗機(jī)理,分析凍結(jié)時(shí)間、凍結(jié)溫度、凍結(jié)速率和凍融循環(huán)對(duì)魚(yú)糜凍藏階段品質(zhì)變化的影響,綜述低溫液氮速凍、物理場(chǎng)輔助凍結(jié)為代表的新型凍結(jié)方式和抗凍劑在冷凍魚(yú)糜品質(zhì)控制中的應(yīng)用,并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行展望。在魚(yú)糜凍藏過(guò)程中,應(yīng)綜合考慮凍藏時(shí)間和凍藏溫度的影響,同時(shí)盡量減小溫度波動(dòng),防止凍融循環(huán)的發(fā)生;為了更好地保持魚(yú)糜的品質(zhì),應(yīng)進(jìn)一步研究和優(yōu)化新型凍結(jié)技術(shù)在魚(yú)糜中的應(yīng)用,并探究新型抗凍劑和復(fù)合抗凍劑的可行性,以期實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
魚(yú)糜;凍藏;凍結(jié)速率;抗凍劑;研究進(jìn)展
據(jù)中國(guó)漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒[1]報(bào)道,2020年我國(guó)全年水產(chǎn)品的總產(chǎn)量為6 549.02萬(wàn)t,較2019年增長(zhǎng)了約1.06%,其中海水和淡水產(chǎn)品的產(chǎn)量分別為3 314.38萬(wàn)t和3 234.64萬(wàn)t。漁業(yè)已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)中的重要產(chǎn)業(yè)形式,同時(shí)也是農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。魚(yú)肉中含有蛋白質(zhì)、維生素A及多種礦物質(zhì)等,營(yíng)養(yǎng)豐富[2],魚(yú)油中含有豐富的長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸,如亞麻酸、亞油酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic Acid, EPA)、二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic Acid, DHA)等[3]多種對(duì)人體健康有益的生理活性成分。其中,EPA和DHA在調(diào)節(jié)脂蛋白、血壓、哮喘、心臟功能和抗炎等方面有著積極作用[4]。
作為魚(yú)類(lèi)加工后的產(chǎn)物,魚(yú)糜及魚(yú)糜制品已受到消費(fèi)者的廣泛認(rèn)可和喜愛(ài)。魚(yú)糜指將原料魚(yú)經(jīng)去頭尾、去鱗和內(nèi)臟等預(yù)處理后,通過(guò)采肉機(jī)分離魚(yú)肉,再經(jīng)漂洗、精濾、脫水等工序,最終得到的成品[5]。魚(yú)糜制品以魚(yú)糜為原料,在魚(yú)糜中加入食鹽、水及其他輔料后,經(jīng)斬拌(擂潰)后變成質(zhì)地黏稠的魚(yú)肉糊,再進(jìn)行罐裝成型、加熱,使其形成富有彈性的凝膠[6],斬拌(擂潰)可使魚(yú)糜的組織更加均勻,期間加入適當(dāng)?shù)柠}和調(diào)料等可改善魚(yú)糜制品的口味與品質(zhì)。加熱凝膠對(duì)魚(yú)糜制品的品質(zhì)有著重要影響,也是影響魚(yú)糜制品彈性的主要因素。常見(jiàn)的魚(yú)糜制品有魚(yú)糕、魚(yú)丸、魚(yú)卷、魚(yú)豆腐、魚(yú)香腸、蟹棒等。
凍藏指使被處理物凍結(jié)并保持在凍結(jié)狀態(tài)下貯藏的保藏方法,是保證魚(yú)糜品質(zhì)的重要手段。魚(yú)糜的品質(zhì)也間接影響了魚(yú)糜制品的質(zhì)量,因此對(duì)凍藏過(guò)程進(jìn)行控制優(yōu)化是保證其品質(zhì)和食品安全的重要途徑[7]。文中在介紹魚(yú)糜的理化性質(zhì)和腐敗機(jī)理的基礎(chǔ)上,分析了凍藏時(shí)間、凍藏溫度、凍結(jié)速率、凍融循環(huán)對(duì)魚(yú)糜在凍藏階段品質(zhì)的影響,綜述了新型凍結(jié)方式和抗凍劑在冷凍魚(yú)糜中的應(yīng)用,旨在為魚(yú)糜冷凍冷藏技術(shù)優(yōu)化和新型裝備研發(fā)提供理論參考。
魚(yú)糜富含高質(zhì)量的可食用動(dòng)物蛋白,易被人體消化吸收。由于加工方式的不同,魚(yú)糜在物理化學(xué)方面有著與其他水產(chǎn)品不同的特性。
1.1.1 化學(xué)組成
一般魚(yú)糜的化學(xué)組成包括水分、灰分(無(wú)機(jī)鹽類(lèi))、粗蛋白和粗脂肪等[8]。其中,水分的含量相對(duì)最高,一般質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%~80%;粗蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15~20%;灰分和粗脂肪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都低于1%。魚(yú)肉中的肌肉蛋白按照其溶解性可分為鹽溶性蛋白、水溶性蛋白和不溶性蛋白。其中,鹽溶性蛋白是形成凝膠的主要成分,其含量的高低直接決定魚(yú)糜凝膠的質(zhì)量,進(jìn)而影響魚(yú)糜制品的持水性、彈性等流變學(xué)特性[9]。在魚(yú)糜制品的加工過(guò)程中,水溶性蛋白和鹽溶性蛋白的比例會(huì)隨著魚(yú)糜凝膠的形成而不斷降低。
1.1.2 物理特性
魚(yú)糜具有不同于其他食品的物理特性,包括持水力、凝膠強(qiáng)度、質(zhì)構(gòu)特性等。與其他水產(chǎn)品、肉制品相比,魚(yú)糜具有更強(qiáng)的持水力,高持水力保證了魚(yú)糜在外力影響下具有保持其原有水分的能力,從而保證了魚(yú)糜的口感[10]。凝膠的強(qiáng)弱由破斷力與破斷距離的乘積表示,在魚(yú)糜加工過(guò)程中,凝膠的強(qiáng)度是評(píng)價(jià)魚(yú)糜制品最重要的指標(biāo)。質(zhì)構(gòu)特性通常采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)得,主要包括8個(gè)特征值,即凝膠的硬度、黏性、彈性、脆性、咀嚼性、內(nèi)聚性、膠黏性、回復(fù)性等[11],這些特征值可綜合反映魚(yú)糜的優(yōu)劣,為提高魚(yú)糜的質(zhì)量提供參考。
與新鮮水產(chǎn)品相比,魚(yú)糜經(jīng)過(guò)擂潰等步驟后,其中微生物的種類(lèi)和數(shù)量已經(jīng)發(fā)生了很大變化,因而其兩者的腐敗方式也有很大的差異。魚(yú)糜的腐敗主要由細(xì)菌等微生物生長(zhǎng)所致,在酶和微生物的作用下蛋白質(zhì)會(huì)分解,產(chǎn)生氨(NH3)、胺類(lèi)物質(zhì)(RCH2NH2)及有機(jī)酸,氨和胺類(lèi)等堿性含氮物質(zhì)與有機(jī)酸結(jié)合生成的揮發(fā)性鹽基氮(TVB?N)是用來(lái)反映水產(chǎn)品和肉品腐敗程度的常用指標(biāo)[12]。此外,魚(yú)糜的脂肪中含有較多的不飽和脂肪酸(EPA、DHA等),在貯藏過(guò)程中易發(fā)生氧化,從而導(dǎo)致其品質(zhì)降低。
凍藏過(guò)程是魚(yú)糜最易發(fā)生品質(zhì)劣變的關(guān)鍵階段,通過(guò)對(duì)凍藏階段的各因素加以控制,能更好地保證其品質(zhì),延長(zhǎng)其貨架期。在凍藏過(guò)程中,對(duì)魚(yú)糜品質(zhì)影響較大的因素主要有凍藏溫度、凍藏時(shí)間、凍結(jié)速率和凍融循環(huán)次數(shù)。
研究表明,凍藏溫度是影響魚(yú)肉中蛋白質(zhì)冷凍變性程度和速度的關(guān)鍵因素,魚(yú)肉蛋白在凍藏過(guò)程中的變性對(duì)魚(yú)糜品質(zhì)和風(fēng)味的影響較大。岳開(kāi)華等[13]分析了不同凍藏溫度(?14 、?24、?17 ℃)對(duì)海鱸魚(yú)魚(yú)糜理化特性、流變特性和凝膠特性的影響,發(fā)現(xiàn)凍藏溫度越低,對(duì)抑制其蛋白質(zhì)變性越有利,但更低的溫度會(huì)使其彈性模量和凝膠性能下降。林靈[14]采用2種不同的處理方式對(duì)鱘魚(yú)魚(yú)糜在?80 ℃和?20 ℃下凍藏2個(gè)月后的品質(zhì)進(jìn)行了研究,A組先將魚(yú)肉在?35 ℃下速凍,再分別置于?80 ℃和?20 ℃環(huán)境下凍藏2個(gè)月,然后制成魚(yú)糜;B組先將魚(yú)肉制作成魚(yú)糜,并添加復(fù)合抗凍劑后分別在?80℃、?20 ℃條件下凍藏2個(gè)月,所有樣品均置于4 ℃下解凍后進(jìn)行品質(zhì)的測(cè)量。2組結(jié)果均表明,?80 ℃條件下鱘魚(yú)魚(yú)糜的品質(zhì)明顯優(yōu)于?20 ℃。在實(shí)際生產(chǎn)和生活中,應(yīng)根據(jù)需要選擇合適的凍藏溫度,從而在保證魚(yú)糜品質(zhì)的前提下,最大程度地保留其口感。
凍藏時(shí)間對(duì)魚(yú)糜品質(zhì)的影響較大。唐淑瑋[15]研究發(fā)現(xiàn),鱘魚(yú)魚(yú)糜的凝膠特性隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng)而降低,且蛋白質(zhì)氧化程度加深,凝膠強(qiáng)度、持水力和白度呈下降趨勢(shì)。寧云霞等[16]研究發(fā)現(xiàn),隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng)(0~90 d),由革胡子鯰魚(yú)魚(yú)糜制成的魚(yú)豆腐的含水量、持水力、凝膠強(qiáng)度和感官評(píng)分等均顯著下降。錢(qián)攀[17]對(duì)鳙魚(yú)肉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),鳙魚(yú)肉中肌動(dòng)球蛋白的含量隨著凍藏時(shí)間的增加而降低,魚(yú)肉蛋白的降解和變性也隨著凍藏時(shí)間的增加愈發(fā)嚴(yán)重。Xie等[18]利用三步紅外光譜法研究了魚(yú)糜蛋白在低溫貯藏過(guò)程中的變性機(jī)理,從而探討了冷凍時(shí)間對(duì)草魚(yú)魚(yú)糜的影響。結(jié)果表明,凍結(jié)時(shí)間對(duì)魚(yú)糜的影響主要體現(xiàn)在蛋白質(zhì)變性上。根據(jù)分析結(jié)果,草魚(yú)魚(yú)糜蛋白的冷凍變性過(guò)程可分為3個(gè)階段:穩(wěn)定期(0~4周)、緩慢變化期(4~12周)、惡化期(>12周)。由此可見(jiàn),應(yīng)盡量避免將魚(yú)糜長(zhǎng)時(shí)間低溫儲(chǔ)藏,以防止蛋白質(zhì)品質(zhì)的劣變和口感的下降。
凍結(jié)速率對(duì)魚(yú)糜品質(zhì)的影響主要體現(xiàn)在對(duì)冰晶形態(tài)和大小的調(diào)控等方面。魚(yú)糜肌肉細(xì)胞之間的水分在凍結(jié)時(shí)會(huì)形成冰晶,而冰晶的生長(zhǎng)會(huì)對(duì)細(xì)胞造成機(jī)械損傷,會(huì)破壞其組織結(jié)構(gòu)[19]。在凍結(jié)速率較低時(shí),魚(yú)糜通過(guò)最大冰晶生成帶的時(shí)間較長(zhǎng),從而會(huì)形成尺寸較大、數(shù)量較少且分布不均勻的冰晶。在凍結(jié)速率較高時(shí),冰晶的分布更加均勻、數(shù)量更多、單個(gè)冰晶的體積更大,進(jìn)而減小了對(duì)細(xì)胞和組織的破壞[20]。Shinji等[21]研究發(fā)現(xiàn),冰晶的等效當(dāng)量直徑一般為20~450 μm,且冰晶的等效直徑隨著凍結(jié)速率的增加呈指數(shù)下降趨勢(shì),魚(yú)糜蛋白質(zhì)的變性程度隨著冰晶尺寸的減小而減小。說(shuō)明較高的凍結(jié)速率更有利于保持魚(yú)糜的品質(zhì),應(yīng)進(jìn)一步研究、開(kāi)發(fā)新型凍結(jié)技術(shù),以期魚(yú)糜在更快的速率下被凍結(jié)。
在魚(yú)糜的冷鏈運(yùn)輸過(guò)程中,常常會(huì)發(fā)生由溫度波動(dòng)引起的冷凍?解凍現(xiàn)象,出現(xiàn)多次凍融循環(huán)。在凍融循環(huán)中,冰晶會(huì)發(fā)生重結(jié)晶現(xiàn)象,小的冰晶會(huì)消失或減小,然后在下一次凍結(jié)時(shí)依附于大冰晶形成更大的冰晶,從而對(duì)細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)造成更大的破壞。此外,凍融循環(huán)也會(huì)加速蛋白質(zhì)的變性和脂肪的氧化,造成產(chǎn)品的品質(zhì)下降、營(yíng)養(yǎng)流失、彈性降低、口感變差等[22],因此研究?jī)鋈谘h(huán)對(duì)魚(yú)糜品質(zhì)的影響十分必要。
吳曉等[23]以草魚(yú)和鯉魚(yú)魚(yú)糜為研究對(duì)象,在4個(gè)月內(nèi)對(duì)其進(jìn)行了4次凍融循環(huán),發(fā)現(xiàn)2種魚(yú)糜的持水性隨著凍融次數(shù)的增加均顯著降低,蒸煮損失率顯著增加,且2種魚(yú)糜之間無(wú)顯著差異。此外,反復(fù)凍融增加了魚(yú)糜的脂肪氧化程度,相較于新鮮魚(yú)糜其色澤出現(xiàn)大幅度下降。Abe等[24]研究了凍融循環(huán)對(duì)阿拉斯加鱈魚(yú)魚(yú)糜的凝膠形成能力和蛋白質(zhì)變性的影響,結(jié)果表明,魚(yú)糜在凍融循環(huán)后的凝膠能力減弱,特別是肌球蛋白在再次凍結(jié)時(shí)發(fā)生了變性,從而大大降低了魚(yú)糜的凝膠形成能力,而且魚(yú)糜凝膠形成能力的降低會(huì)導(dǎo)致其加熱凝膠后的質(zhì)構(gòu)特性下降。總的來(lái)說(shuō),凍融循環(huán)降低了阿拉斯加鱈魚(yú)魚(yú)糜的凝膠形成能力,并加劇了其蛋白質(zhì)的變性,且肌球蛋白重鏈聚合被抑制是凍融循環(huán)導(dǎo)致阿拉斯加鱈魚(yú)魚(yú)糜凝膠能力下降的主要原因。Oh等[25]研究了凍融循環(huán)對(duì)養(yǎng)殖真鯛(Pagrus major)魚(yú)糜成膠能力的影響,并采用不同級(jí)別的阿拉斯加鱈魚(yú)制作的魚(yú)糜進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)導(dǎo)致所有魚(yú)糜凝膠的凝膠強(qiáng)度、持水能力(WHC)和凝膠質(zhì)構(gòu)特性降低,養(yǎng)殖真鯛魚(yú)糜凝膠的WHC和白度均高于阿拉斯加鱈魚(yú)魚(yú)糜的WHC和白度,幾種魚(yú)糜凝膠的剪切力、硬度、斷裂力和變形量均有所下降。
在一些魚(yú)糜產(chǎn)品(如魚(yú)滑和魚(yú)糕)的加工過(guò)程中,會(huì)在產(chǎn)品中添加豬肉背部脂肪,用來(lái)改善魚(yú)糜制品的風(fēng)味和光滑度。Shang等[26]采用新鮮草魚(yú)制作魚(yú)糜,分析了添加不同含量豬肉背部脂肪(50、100、150 g/kg)對(duì)魚(yú)糜多次凍融循環(huán)后肌紅蛋白和脂質(zhì)氧化程度的影響,發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)次數(shù)和脂肪含量的增加都會(huì)導(dǎo)致TBARS值增加、肌紅蛋白氧化程度加深、血紅素鐵含量降低、非血紅素鐵含量增加,反復(fù)凍融將加劇魚(yú)糜脂肪氧化和蛋白質(zhì)變性,最終導(dǎo)致魚(yú)糜品質(zhì)的下降。添加豬肉背部脂肪改善了草魚(yú)魚(yú)糜的亮度,但會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)和肌紅蛋白氧化程度的加重。在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)綜合考慮豬肉背部脂肪對(duì)魚(yú)糜產(chǎn)品口感、白度和凍融循環(huán)后品質(zhì)的影響。
研究表明,凍融循環(huán)會(huì)使魚(yú)糜的品質(zhì)下降,因此應(yīng)在魚(yú)糜加工、儲(chǔ)藏、銷(xiāo)售等各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制溫度,防止因溫度波動(dòng)造成的凍融循環(huán)。此外,應(yīng)進(jìn)一步研究磁場(chǎng)[27]等物理場(chǎng)在魚(yú)糜凍融循環(huán)過(guò)程中的積極作用,為魚(yú)糜凍融循環(huán)過(guò)程的改進(jìn)提供參考。
凍結(jié)方式是影響魚(yú)糜冷凍速率最主要的因素,平板式冷凍、風(fēng)冷凍結(jié)等傳統(tǒng)冷凍方式具有冷凍速度慢、占用空間大、消耗資源多等缺點(diǎn),而且冷凍時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的冰晶,導(dǎo)致魚(yú)糜品質(zhì)的下降。由此可見(jiàn),開(kāi)發(fā)和使用新型的凍結(jié)方法對(duì)提高魚(yú)糜的品質(zhì)十分必要。
3.1.1 低溫液氮速凍
由于液氮的溫度較低、與被凍結(jié)物之間的溫差較大,所以其冷凍速度極快,液氮冷凍所形成的冰晶較小且分布均勻。液氮冷凍技術(shù)已廣泛應(yīng)用于魚(yú)、冬蟲(chóng)夏草等食品的貯藏中[28-29]。Gao等[30]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),液氮冷凍可縮短鳙魚(yú)魚(yú)糜在最大冰晶形成區(qū)的凍結(jié)時(shí)間、提高凍結(jié)速率,并且能夠有效防止鳙魚(yú)魚(yú)糜的蛋白質(zhì)變性。高文宏等[31]提出了一種液氮協(xié)同水溶性大豆多糖冷凍魚(yú)糜的方法,采用該方法可縮短魚(yú)糜的凍結(jié)時(shí)間,減小冰晶的體積,減少冰晶對(duì)魚(yú)糜組織和細(xì)胞帶來(lái)的損害。此外,水溶性大豆多糖可有效防止魚(yú)糜肌原纖維蛋白在凍藏過(guò)程中蛋白溶解度、總疏基含量下降等現(xiàn)象。Luo等[32]研究了轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(MTGase)交聯(lián)白鰱魚(yú)糜凝膠在不同液氮溫度(?30、?70、?90 ℃)下進(jìn)行噴霧凍結(jié)后的理化變化情況。結(jié)果表明,經(jīng)?70 °C和?90 °C液氮冷凍后其品質(zhì)指標(biāo)相對(duì)最理想,且降低液氮噴霧的溫度可以縮短白鰱魚(yú)糜凝膠在最大冰晶形成區(qū)的時(shí)間,隨著凍結(jié)溫度的降低和交聯(lián)程度的增加,魚(yú)糜凝膠的孔隙變小,結(jié)構(gòu)逐漸致密,凝膠性能更好。同時(shí),磁共振成像(MRI)結(jié)果顯示,質(zhì)子密度加權(quán)圖像亮度隨著液氮噴霧溫度的降低而下降,圖像亮度呈現(xiàn)出由外向內(nèi)的下降趨勢(shì),說(shuō)明凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的水更易向外部遷移和滲透。總的來(lái)說(shuō),低溫液氮速凍技術(shù)在魚(yú)糜的凍藏保鮮方面具有巨大的潛力。
3.1.2 物理場(chǎng)輔助凍結(jié)
在魚(yú)糜的凍結(jié)過(guò)程中,較大的冰晶會(huì)導(dǎo)致魚(yú)糜細(xì)胞的破裂,造成不可逆的破壞,解凍后汁液流失嚴(yán)重,其中的風(fēng)味物質(zhì)也會(huì)因此流失。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)出了幾種新型物理場(chǎng)輔助凍結(jié)技術(shù),通過(guò)控制冰晶尺寸的大小和分布來(lái)提高魚(yú)糜凍結(jié)后的品質(zhì),從而提高其產(chǎn)品的附加值[33]。
磁場(chǎng)輔助凍結(jié)技術(shù)是較為新穎的輔助凍結(jié)方式之一。在磁場(chǎng)的作用下水會(huì)產(chǎn)生磁偶極矩,水的分子能和表面張力下降,水分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加趨于穩(wěn)定,從而在凍結(jié)時(shí)抑制冰晶的生成[34]。Otero等[35]研究了震蕩磁場(chǎng)對(duì)蟹棒品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,在蟹棒冷凍過(guò)程中施加小于2 mT的低頻震蕩磁場(chǎng)并不能避免蟹棒品質(zhì)的劣化,解凍后蟹棒的損傷并沒(méi)有顯著減少。該研究的頻率范圍較窄,應(yīng)在更大范圍內(nèi)進(jìn)一步進(jìn)行研究,從而全面了解磁場(chǎng)對(duì)魚(yú)糜冷凍過(guò)程的潛在影響。
高壓冷凍技術(shù)指在食品冷凍過(guò)程中施加200~ 600 MPa的壓力場(chǎng),使食品中水分的過(guò)冷度增大、冰點(diǎn)下降,從而調(diào)控冰晶生長(zhǎng)的技術(shù)[36]。食品在高壓條件下被冷卻到設(shè)定溫度后釋放壓力,內(nèi)部便會(huì)形成均勻且較小的冰晶。在高壓冷凍過(guò)程中,壓力和終結(jié)點(diǎn)溫度的不同會(huì)造成冰晶類(lèi)型的差異,因此高壓冷凍技術(shù)可分為高壓輔助冷凍、壓力轉(zhuǎn)換輔助冷凍和壓力誘導(dǎo)凍結(jié)等[37]。其中,高壓輔助冷凍是目前應(yīng)用和研究的熱點(diǎn)。Moreno等[38]研究了不同的壓強(qiáng)(0、40、80、200 MPa)輔助冷凍對(duì)低品質(zhì)飛魚(yú)魚(yú)糜膠凝性能的影響,結(jié)果表明,經(jīng)高壓(80 MPa除外)處理后的魚(yú)糜凝膠具有更好的彈性、力學(xué)性能和能量穩(wěn)定性,而且高壓改善了魚(yú)糜的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了魚(yú)糜的破斷力。對(duì)于不同種類(lèi)的魚(yú)糜來(lái)說(shuō),其最適合的冷凍壓強(qiáng)也不盡相同,加之高壓設(shè)備具有成本高、危險(xiǎn)性高等缺點(diǎn),從而限制了高壓輔助冷凍的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
超聲波輔助冷凍也是一種新型的冷凍技術(shù),具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景?,F(xiàn)有研究表明,在食品冷凍過(guò)程中施加超聲波可以誘發(fā)冰晶成核[39]、減小冰晶尺寸[40]、縮短冷凍時(shí)間[41],并保證冷凍食品的品質(zhì)[42]。超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)是對(duì)食品冷凍結(jié)晶產(chǎn)生影響的主要因素,但是其具體機(jī)理尚未完全明確。Gao等[43]使用頻率為28 kHz的超聲波分別在功率180、300、420、540 W下對(duì)新鮮草魚(yú)魚(yú)糜進(jìn)行凍結(jié)實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,超聲波可以顯著提高草魚(yú)魚(yú)糜的凍結(jié)速率,且在功率為300 W時(shí)的凍結(jié)速率最大。此外,添加可溶性大豆多糖可以有效緩解草魚(yú)魚(yú)糜在?18 ℃貯藏期間的蛋白質(zhì)變性,將超聲波輔助冷凍技術(shù)與可溶性大豆多糖結(jié)合并應(yīng)用于冷凍魚(yú)糜將是一項(xiàng)非常有前景的技術(shù)。雖然超聲波輔助凍結(jié)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯,但如果對(duì)其強(qiáng)度控制不當(dāng),則可能會(huì)引起凍結(jié)物品質(zhì)的劣化[44]。由此可見(jiàn),應(yīng)進(jìn)一步研究不同種類(lèi)、不同大小魚(yú)糜的超聲波適用范圍。
電場(chǎng)可以改變水分子的偶極矩,并誘導(dǎo)其發(fā)生極化作用,水分子因此重新定向,并形成更有序的團(tuán)簇結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致其自由能的降低,加速了冰晶的形成[45]。Fallah?Joshaqani等[46]指出,采用靜電場(chǎng)輔助凍結(jié)技術(shù)能提高冰晶的成核溫度,但當(dāng)靜電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)強(qiáng)時(shí)會(huì)造成相反的結(jié)果,對(duì)于不同的食品采用靜電場(chǎng)輔助冷凍時(shí)還需要具體確定最佳的電場(chǎng)強(qiáng)度。蘇金來(lái)等[47]提出了一種基于電場(chǎng)協(xié)同的水產(chǎn)品快速冷凍方法,首先將產(chǎn)品放置于準(zhǔn)備好的流化冰漿上,采用低電壓冰溫處理1~8 h后,再采用高電壓冷凍處理20~50 min,處理后放入冷凍環(huán)境中。該方法采用冷凍結(jié)合電場(chǎng)的方法,是一種儲(chǔ)藏效果好、冷凍成本低的冷凍方法,用該方法處理后水產(chǎn)品內(nèi)的冰晶粒度更小、數(shù)量更少。此方法也可用于魚(yú)糜的快速凍結(jié)。
目前,新型凍結(jié)技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段,尚未大規(guī)模應(yīng)用。可見(jiàn),應(yīng)探討各種凍結(jié)技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的可行性,在原理、設(shè)備、工藝等方面進(jìn)行深入研究,從而實(shí)現(xiàn)規(guī)?;瘧?yīng)用。
魚(yú)肉蛋白較畜禽蛋白更易于發(fā)生變質(zhì),在冷凍過(guò)程中加入抗凍劑是目前抑制魚(yú)肉蛋白冷凍變性最常用的方法。Noguchi等[48]經(jīng)過(guò)研究,總結(jié)出能抑制冷凍魚(yú)肉中蛋白質(zhì)變性的物質(zhì)一般具有以下特點(diǎn):分子相對(duì)較小;分子中含有必須基團(tuán)(—COOH或—OH)中的1個(gè)和輔助基團(tuán)(—COOH、—SO3H、—NH2、—OH、— PO3、—SH)中的1個(gè)或多個(gè);必須基團(tuán)與輔助基團(tuán)之間的分布需合理。
傳統(tǒng)的魚(yú)糜抗凍劑主要為蔗糖、多聚葡萄糖等分子量相對(duì)較小的糖或糖醇類(lèi)物質(zhì)、多聚磷酸鹽、羧酸類(lèi)及氨基酸等,具有熱量大、甜度高等缺點(diǎn)。近年來(lái),針對(duì)蛋白質(zhì)水解物、抗凍蛋白、多酚類(lèi)和藻類(lèi)提取物等新型綠色抗凍劑的研究為傳統(tǒng)抗凍劑的更新?lián)Q代提供了依據(jù)[49-50]。不同種類(lèi)的抗凍劑對(duì)魚(yú)糜的作用機(jī)理也存在差異,具體如表1所示。
新型魚(yú)糜抗凍劑也存在不足,如很多蛋白水解物在酶解時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的苦味[51],需要進(jìn)一步研究抗凍蛋白的安全性[52],很多多酚類(lèi)物質(zhì)和藻類(lèi)提取物都帶有顏色等。新型抗凍劑在魚(yú)糜中的使用和商業(yè)化應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究,還應(yīng)進(jìn)一步研發(fā)復(fù)合抗凍劑,探究不同抗凍劑的協(xié)同效果,從而使魚(yú)糜具有更好的抗凍效果。
表1 魚(yú)糜抗凍劑的分類(lèi)及其作用機(jī)理
Tab.1 Classification and action mechanism of surimi antifreeze
自魚(yú)糜出現(xiàn)以來(lái),已日漸成為人們?nèi)粘I钪谐S玫氖称?,如何提高魚(yú)糜的品質(zhì)一直是魚(yú)糜行業(yè)的核心問(wèn)題。在魚(yú)糜的凍藏環(huán)節(jié),凍藏時(shí)間、凍藏溫度、凍結(jié)速率和凍融循環(huán)對(duì)魚(yú)糜品質(zhì)都有較大影響,采用抗凍劑,以及低溫液氮速凍和物理場(chǎng)輔助凍結(jié)等新型凍結(jié)技術(shù),可以在一定程度上控制魚(yú)糜在凍藏階段的品質(zhì)劣化。然而,新型凍結(jié)技術(shù)具有成本高、設(shè)備復(fù)雜等不足,尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,因此應(yīng)進(jìn)一步探索新型凍結(jié)技術(shù)對(duì)魚(yú)糜品質(zhì)的影響機(jī)理,并對(duì)工藝、設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化,以期實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。同時(shí),應(yīng)深入研究新型魚(yú)糜抗凍劑的作用,并研發(fā)出適合魚(yú)糜的復(fù)合抗凍劑,以期更好地抑制魚(yú)糜蛋白質(zhì)和脂肪的冷凍變性。此外,應(yīng)開(kāi)發(fā)新型的魚(yú)糜儲(chǔ)藏、運(yùn)輸設(shè)備,以減小其溫度波動(dòng),從而減少凍融循環(huán)的發(fā)生,降低魚(yú)糜在全冷鏈環(huán)節(jié)的品質(zhì)劣化。
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Quality Influencing Factors and Control Techniques of Surimi During Frozen Storage
YAN Yi-wei1,ZHANG Xue-lai1,MO Fan-yang2,ZHANG Xin-rong2
(1. Merchant Marine College, Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, China; 2. College of Engineering, PekingUniversity, Beijing 100871, China)
The work aims to further improve the quality of surimi during frozen storage, increase the added value of its products, and meet consumers' requirements for high-quality surimi. Physicochemical characteristics and corruption mechanism of surimi were introduced. Then, the effects of freezing time, freezing temperature, freezing rate and freeze-thaw cycles on the quality of surimi during frozen storage were analyzed. The application of new freezing methods represented by low-temperature liquid nitrogen freezing and physical field assisted freezing and the application of antifreeze in the quality control of frozen surimi were reviewed. And their development was prospected. In the frozen storage of surimi, the effects of freezing time and temperature should be comprehensively considered, while temperature fluctuations should be minimized to prevent the occurrence of freeze-thaw cycles. To preserve the quality of surimi preferably, the application of new freezing technology in surimi should be further studied and optimized, and the feasibility of new antifreeze and composite antifreeze should be explored to achieve industrial application.
surimi; frozen storage; freezing rate; antifreeze; research progress
TS254.4
A
1001-3563(2022)19-0152-08
10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.19.017
2021?11?27
國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YFD0901002)
閆藝偉(1997—),男,碩士生,主攻水產(chǎn)品冷凍與保鮮。
張信榮(1973—),男,博士,教授,主要研究方向?yàn)楣こ虩嵛锢怼?/p>
責(zé)任編輯:彭颋