低酸性和酸化即食紫菜熱殺菌工藝優(yōu)化研究

葛蒙蒙，沈建東，唐小航，夏文水，許艷順

江南大學 食品學院，江蘇 無錫 214122

紫菜 (Porphyra spp.) 味道鮮美、營養(yǎng)豐富，是我國沿海地區(qū)重要的經(jīng)濟藻類，在食用海藻中占比高[1]，但其收獲具有季節(jié)性，且原料含水量高。新鮮紫菜極易腐敗變質(zhì)，保鮮貯運難度大[2]。目前市場上現(xiàn)有的紫菜產(chǎn)品多以干制品為主，如紫菜圓餅、調(diào)味海苔、紫菜片等，存在品種單一、食用后容易口干、黏牙等問題。隨著消費升級，單一的紫菜干制品已不能滿足消費者對紫菜產(chǎn)品的多樣化需求，開發(fā)健康美味、開袋即食的濕態(tài)紫菜產(chǎn)品對于推動紫菜行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

殺菌是確保即食產(chǎn)品貨架期和食用安全的關(guān)鍵工序。熱殺菌技術(shù)主要分為高壓熱殺菌和常壓熱殺菌，因簡易實用、滅菌效果好、技術(shù)成熟等優(yōu)點在食品工業(yè)中被廣泛應(yīng)用[3-5]。高壓熱殺菌適用于低酸性罐頭食品，常以耐熱性強的肉毒梭狀芽孢桿菌(Clostridium botulinum) 作為殺菌對象，需采用100 ℃以上的溫度，對產(chǎn)品的品質(zhì)破壞較大[6]。對于不宜采用高強度熱殺菌的低酸性食品，可結(jié)合酸化工藝將產(chǎn)品的平衡pH降至4.6以下來抑制肉毒梭狀芽孢桿菌的生長，然后采用較為溫和的常壓熱殺菌 (殺菌溫度≤100 ℃) 處理，但產(chǎn)品口味拓展容易受限[7-8]。通過測定產(chǎn)品殺菌過程中的傳熱曲線并建立相應(yīng)的傳熱模型，在滿足微生物安全的前提下優(yōu)化殺菌條件是提高產(chǎn)品品質(zhì)的有效方法。Majumdar等[9]通過擬合鯉 (Cyprinus carpio) 殺菌過程的溫度曲線，在滿足商業(yè)無菌的前提下，評估了不同殺菌強度對咖喱魚感官特性的影響。Tribuzi等[10]通過測定貽貝 (Mytilus edulis) 肉殺菌過程的傳熱曲線，優(yōu)化殺菌工藝條件，開發(fā)了可常溫流通的貽貝肉。Tang等[11]發(fā)現(xiàn)在相同殺菌強度下，不同溫度會影響糖醋魚的品質(zhì)屬性。Rsa等[4]從產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)操作過程、能源消耗等方面綜合評價了可變溫滅菌釜的實際應(yīng)用效果。目前，關(guān)于即食產(chǎn)品殺菌過程中的品質(zhì)變化研究有一定的理論基礎(chǔ)，但關(guān)于熱殺菌工藝對于紫菜產(chǎn)品品質(zhì)的影響尚不明確。

紫菜葉片極薄、質(zhì)地較軟，對加熱時間和溫度較為敏感。過度殺菌會導(dǎo)致紫菜細胞破裂、質(zhì)構(gòu)軟爛、色澤劣變，嚴重降低產(chǎn)品感官和營養(yǎng)價值。為降低紫菜在殺菌過程中的品質(zhì)劣化程度，本文從工藝角度出發(fā)，結(jié)合傳熱曲線的測定和商業(yè)保藏實驗，探究了即食紫菜的最低殺菌強度。在滿足安全殺菌強度的前提下，結(jié)合感官和營養(yǎng)品質(zhì)特性優(yōu)選熱處理溫度-時間組合。同時，針對酸化 (酸味) 和低酸性兩類即食紫菜產(chǎn)品，比較了常壓熱殺菌和高壓熱殺菌兩種工藝對紫菜品質(zhì)的影響，為多口味常溫即食紫菜產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

干紫菜 (壇紫菜P. haitanensis) 由南通丁布兒海苔食品有限公司 (中國江蘇省南通市) 提供；食用級檸檬酸 (河南萬邦實業(yè)有限公司)；碳酸鈉(Na2CO3)、氫氧化鈉 (NaOH)、苯酚 (C6H5OH)、硫酸 (H2SO4)、福林酚 (C5H10O5)、乙醇 (C2H6O)和三氯乙酸 (C2HCl3O2) 等 [國藥集團化學試劑有限公司 (上海)] 均為分析級。

1.2 儀器與設(shè)備

DZ400/2D型真空包裝機 (上海尤溪機械設(shè)備有限公司)；700×800雙罐式全自動殺菌鍋(溫州市龍強輕工機械有限公司)；SCIENTZ-10ND冷凍干燥機 (寧波新芝生物科技有限公司)；UltraScan Pro 1 166高精度分光測色儀 (美國Hunterlab公司)；TA-XT plus物性分析儀 (英國SMS公司)；4K15冷凍離心機 (美國SIGMA公司)；UV-1 800紫外-可見分光光度計 (日本島津制作所)；THZ-82水浴振蕩器 (上海力辰邦西儀器科技有限公司)；FE 28 pH計 [梅特勒-托利多儀器 (上海) 有限公司]；Agilent 1100全自動氨基酸分析儀 (德國賽卡姆Sykam公司)；TrackSense Pro無線溫度測定系統(tǒng) (丹麥ELLAB公司)。

1.3 樣品制備

低酸性組將干紫菜浸泡在10倍質(zhì)量的蒸餾水中充分復(fù)水，剪成長約2 cm的條狀，擠壓將紫菜水分質(zhì)量分數(shù)調(diào)至約85%，真空包裝(每袋15 g)后殺菌。酸化組用檸檬酸溶液(3 g·L?1) 代替蒸餾水復(fù)水，控制酸化后紫菜的平衡pH介于4.2～4.4，其他步驟同低酸性組。殺菌后部分樣品采用冷凍干燥機凍干后粉碎至40目，于?20 ℃密封保存，用于測定可溶性糖和游離氨基酸；另一部分樣品直接用于感官評價、色澤和質(zhì)構(gòu)的測定。

1.4 殺菌曲線的測定

將無線溫度探頭尖端插入紫菜樣品袋中冷點處，真空封口后與同批樣品一起置于殺菌鍋內(nèi) (常壓熱殺菌使用恒溫水浴鍋；高壓熱殺菌組使用全自動反壓殺菌鍋)，紫菜初溫控制在(20±2) ℃。通過數(shù)據(jù)采集器記錄殺菌過程產(chǎn)品的冷點溫度 (中心溫度) 變化，每30 s記錄一次。低酸性紫菜分別測定110、115和121 ℃下的溫度變化，酸化后的紫菜測定85、90和95 ℃下的溫度變化，并計算對應(yīng)的殺菌強度值。以時間為橫坐標、溫度和累計殺菌強度為縱坐標繪制即食紫菜的殺菌曲線。

1.5 殺菌強度 (F值) 的計算

1.5.1 高壓熱殺菌

參考姜啟興等[12]的方法計算。

式中：t為殺菌時間；T為對應(yīng)時間樣品的中心溫度，以90 ℃作為起點溫度；Z為目標微生物的溫度敏感性，對于低酸性食品，取10 ℃。

1.5.2 常壓熱殺菌

參考高沛等[13]的方法計算。

式中：t 為殺菌時間；T為對應(yīng)時間樣品的中心溫度，以70 ℃作為起點溫度；Z為目標微生物的溫度敏感性，對于酸性食品，取8.89 ℃。

1.6 微生物分析

菌落總數(shù)參照GB 4789.2—2016《食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定》的平板計數(shù)法進行測定；大腸菌群參照GB 4789.3—2016《食品微生物學檢驗 大腸菌群計數(shù)》方法測定。

1.7 感官評分

感官評定小組成員由10男10女組成，小組成員均接受過良好的感官培訓。分別從色澤、外觀、滋味、口感和總體喜愛度等方面進行評價，感官評定標準見表1。

表1 即食紫菜的感官評分表Table 1 Sensory evaluation of instant laver

1.8 質(zhì)構(gòu)測定

使用TA-XT plus物性分析儀對紫菜的韌性、硬度和黏度進行測試。稱取1 g紫菜，多層平攤疊放鋪于鉗口裝置 (HDP/VB) 上(堆疊厚度約為7～9 mm)進行剪切測試。測前速度為0.5 mm·s?1；測中速度為0.5 mm·s?1；變形量為70%，觸發(fā)力為10.0 g。在物性分析系統(tǒng)中對紫菜切割過程的應(yīng)力-距離進行編程，儀器在下壓時自動測試樣品高度(mm)；以最大正峰值時的剪切力除以樣品的高度表示硬度 (g·mm?1)；以應(yīng)力-距離曲線初始點剪切至距離30%時的斜率表示韌性 (g·s?1)；曲線上負峰面積值表示黏度 (g·s)。每組樣品測定7次取平均值。

1.9 色澤測定

使用高精度分光測色儀測定色澤，在反射模式下測定 L*(明暗度)、a*(紅綠度) 和 b*(黃藍度) 等色澤參數(shù)，每組樣品測定10次取平均值。

1.10 pH測定

pH的測定參考GB 5009.237—2016《食品安全國家標準 食品pH值的測定》。

1.11 可溶性糖測定

參考周浩宇等[14]的方法，略作修改。將0.1 g紫菜凍干粉溶于20 mL去離子水中，置于50 ℃恒溫振蕩水浴鍋中提取1 h，離心取上清液，沉淀物重復(fù)提取1次。合并2次上清液，定容至50 mL，采用苯酚-硫酸法測定可溶性糖含量，結(jié)果以質(zhì)量分數(shù)計 (mg·g?1)。

1.12 游離氨基酸的定

游離氨基酸參照Hua等[15]的方法，結(jié)果以質(zhì)量分數(shù)計。滋味活度值 (Taste activity value, TAV) 的計算及滋味閾值參考溫心怡[16]的方法。TAV計算為：

式中：C 為游離氨基酸的質(zhì)量分數(shù) [mg·(100 g)?1]；T 為游離氨基酸對應(yīng)的滋味閾值質(zhì)量分數(shù)[mg·(100 g)?1]。

1.13 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 即食紫菜殺菌強度確定

2.1.1 不同溫度下傳熱曲線及累計殺菌強度F值

F值表示在一定溫度條件下產(chǎn)品的受熱時間，可用于評價熱殺菌過程的有效性，是國際通用的熱力殺菌強度表述符號[5]。通過測定整個殺菌過程中產(chǎn)品中心溫度隨時間的變化，可以計算F值并評價殺菌效果，在此基礎(chǔ)上通過比較相同殺菌強度F值時的不同殺菌溫度-時間組合對產(chǎn)品品質(zhì)的影響，來確定具體的殺菌參數(shù)。

本研究的紫菜采用蒸煮袋包裝，產(chǎn)品整體呈薄片狀，且含水量較高，有效提高了產(chǎn)品的傳熱速率。不同溫度下紫菜的傳熱曲線和累計F值見圖1。殺菌溫度越高，達到相同殺菌強度所需要的恒溫時間越短。由于紫菜產(chǎn)品較薄，121 ℃時的熱力致死時間 (F0值) 從3 min升至4 min所需延長的恒溫時間僅0.6 min，且殺菌溫度的波動也較大。因此從設(shè)備和生產(chǎn)穩(wěn)定性的角度考慮，不建議選用過高的溫度。

圖1 不同溫度下紫菜的殺菌曲線Fig. 1 Sterilization curve of laver at different temperatures

2.1.2 即食紫菜安全性分析

表2 不同殺菌強度對即食紫菜安全性的影響Table 2 Effect of different sterilization intensity on safety of laver

2.2 殺菌條件對即食紫菜感官及理化品質(zhì)的影響

2.2.1 色差和pH

色澤是影響消費者選擇產(chǎn)品的重要指標[17]。L*表示亮度，值越大顏色越亮。由表3知，在相同殺菌強度F值下兩種殺菌方式產(chǎn)品的L*均未發(fā)生顯著變化，但高壓殺菌組的紫菜亮度整體高于常壓殺菌組；a*表示紫菜的紅綠程度，值越大，紅色越明顯；b*表示紫菜黃藍程度，值越大黃色越明顯。相同殺菌強度F值下，隨著殺菌溫度的升高，均表現(xiàn)為a*逐漸升高、b*降低的趨勢，即溫度越高、殺菌時間越短紫菜的紅色越明顯，整體色澤維持越好。同一殺菌強度下隨溫度降低，pH略有下降。推測是低溫長時間的熱處理對紫菜的組織結(jié)構(gòu)破壞較大，細胞內(nèi)部酸性物質(zhì)溶出，降低了產(chǎn)品的pH，這也對葉綠素造成破壞，導(dǎo)致低溫殺菌的紫菜黃色明顯。此外，高壓殺菌組紫菜的a*顯著低于常壓殺菌組 (P<0.05)。未殺菌時紫菜中的藻紅蛋白能反射紅光并吸收藍光使紫菜呈紅色，但高壓組殺菌溫度高，易降解藻紅蛋白，使紫菜加熱后由紅色變成了綠色[18-19]。Miyamoto等[20]發(fā)現(xiàn)紫菜在烘烤后也存在類似的變綠現(xiàn)象。

表3 不同殺菌條件下紫菜的色差和pHTable 3 Color and pH value of laver under different sterilization conditions

2.2.2 質(zhì)構(gòu)

質(zhì)構(gòu)是評價即食紫菜品質(zhì)的一項重要指標，一般情況下韌性和硬度越大，表明紫菜的咀嚼口感越好，組織越堅實，結(jié)構(gòu)越完整。表4為不同溫度下(常壓熱殺菌)和F0=3 min (高壓熱殺菌)的紫菜質(zhì)構(gòu)變化。未經(jīng)殺菌處理的紫菜的初始韌性、硬度和黏度的數(shù)值分別為24.99、41.05和0.59，酸化后韌性和硬度降至21.03和37.29，黏度升至1.78，可以明顯看出酸化對紫菜的質(zhì)構(gòu)具有一定的破壞作用。但常壓熱殺菌組的質(zhì)構(gòu)仍優(yōu)于高壓熱殺菌組，說明酸化 (pH<4.6) 與溫和的熱處理結(jié)合可減少殺菌后紫菜質(zhì)構(gòu)劣化。

表4 不同殺菌條件對紫菜質(zhì)構(gòu)的影響Table 4 Texture of laver under different sterilization conditions

在相同的殺菌強度F值下，隨著殺菌溫度升高，紫菜的韌性和硬度均增大，同時黏度下降，表現(xiàn)出更好的咀嚼感。這是因為紫菜包裝較薄、傳熱較快，高溫短時對紫菜品質(zhì)的破壞較小，更有利于保持產(chǎn)品口感。

2.2.3 感官評分

感官評價是通過人的感官知覺對被測對象進行綜合評價，其結(jié)果最接近消費者的判定標準，感官評分的高低直接影響消費者的接受度[21]。不同殺菌溫度下紫菜的感官品質(zhì)見圖2。通過不同屬性對應(yīng)的面積判斷可知“85 ℃、26 min”和“110 ℃、32 min”時處理的紫菜感官得分，遠低于相同殺菌強度F值下的另外兩組樣品，這與本文的色澤和質(zhì)構(gòu)結(jié)果一致。隨著溫度的升高，相同殺菌強度F值下的紫菜在色澤和滋味上的差異不大，但質(zhì)感、組織狀態(tài)和整體的感官評分明顯升高。這是因為食品質(zhì)量屬性的耐熱性遠遠大于微生物的耐熱性，采用更高的溫度和更短的時間，維持同樣殺菌效果的同時可減少對質(zhì)量屬性的影響[22]，類似的結(jié)果在斑點叉尾鮰 (Ictalurus punctatus) 軟罐頭的研究中也有發(fā)現(xiàn)[12]。此外，酸化結(jié)合巴氏殺菌的紫菜感官得分明顯高于高壓熱殺菌組，因此通過酸化降低殺菌強度可獲得更好的產(chǎn)品品質(zhì)。

圖2 不同殺菌溫度下紫菜的感官得分Fig. 2 Sensory scores of laver under different sterilization temperatures

2.3 殺菌條件對紫菜營養(yǎng)成分的影響

2.3.1 可溶性糖

多糖是構(gòu)成紫菜細胞壁的主要物質(zhì)，起著將相鄰細胞黏合在一起的作用，是細胞間黏附的主要決定因素[23]。不同溫度殺菌后紫菜的可溶性糖含量見圖3。未經(jīng)殺菌時紫菜的可溶性糖質(zhì)量分數(shù)為69.54 mg·g?1，酸化后增至 77.85 mg·g?1，由此可知pH<4.2可提高紫菜中糖的溶解性。殺菌后紫菜的可溶性多糖含量比殺菌前均有增加，且相同殺菌強度F值下溫度越低紫菜中可溶性糖含量越高，這與質(zhì)構(gòu)和感官的結(jié)果趨勢相反，也進一步表明低溫長時間殺菌對紫菜品質(zhì)的破壞較大。這可能是由于長時間的熱處理過程導(dǎo)致紫菜中糖類大分子解聚，細胞壁成分增溶和結(jié)構(gòu)改變，降低了多糖物質(zhì)的聚合度，提高了多糖的溶解性和可提取性[24]。這一變化與果蔬質(zhì)構(gòu)軟化的過程相似，果蔬在成熟、加工及儲藏過程中，細胞壁會發(fā)生弱化和分解，導(dǎo)致果膠溶解性增加，細胞壁強度下降和細胞間黏附減少，進而導(dǎo)致硬度下降[25]。

圖3 不同殺菌條件下紫菜的可溶性糖質(zhì)量分數(shù)注：不同小寫字母表示各樣品具有顯著差異 (P<0.05)。Fig. 3 Mass fraction of soluble sugar of laver under different sterilization conditionsNote: Different lowercase letters indicate significant differences among the samples (P<0.05).

2.3.2 游離氨基酸

游離氨基酸不僅可以提供人體必需的營養(yǎng)，還是紫菜的主要滋味物質(zhì)，其含量和組成直接影響紫菜的風味。根據(jù)氨基酸的呈味特性，可以將其分為鮮味 (天冬氨酸和谷氨酸)、甜味 (丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸、絲氨酸和蘇氨酸) 和苦味 (精氨酸、組氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和纈氨酸) 等類型[26]。本文分析了紫菜中17種主要游離氨基酸和牛磺酸，不同殺菌處理后紫菜的游離氨基酸組成相似，占比最高的依次為谷氨酸、?；撬?、丙氨酸、天冬氨酸 (表5)。其中?；撬嵴及被峥偭康?0%以上，對促進大腦發(fā)育、抗氧化有良好功效[27]。谷氨酸、丙氨酸和天冬氨酸是紫菜中主要的鮮味氨基酸，與紫菜的良好風味密切相關(guān)[21]。

殺菌前經(jīng)酸化處理的紫菜氨基酸總量低于未酸化樣品，由于大多數(shù)蛋白質(zhì)的等電點偏酸性，可能是酸化后紫菜的pH更接近等電點，此時的蛋白質(zhì)更加穩(wěn)定，不易降解為氨基酸[28]。在常壓殺菌組中，“90 ℃、11.5 min”處理組的總氨基酸和鮮味氨基酸均比“85 ℃、26 min”和“95 ℃、6.8 min”處理組的高，滋味更為鮮美。高壓熱殺菌組中，隨溫度降低，紫菜的氨基酸總量逐漸降低，“110 ℃、32 min”對應(yīng)的氨基酸總量遠高于對照和其他處理組，可能是經(jīng)過較長時間的熱處理，紫菜中的蛋白質(zhì)會逐漸降解成多肽及游離氨基酸等小分子呈味物質(zhì)[29]?！?21 ℃、2.7 min”處理時，紫菜中氨基酸總量最低，一方面此時紫菜組織結(jié)構(gòu)破壞較小，另一方面可能有部分游離氨基酸與還原糖發(fā)生少許美拉德反應(yīng)致使游離氨基酸總量有所下降[30]。

2.3.3 TAV

紫菜中呈味物質(zhì)的含量及其閾值共同反映了滋味強度，TAV可客觀地判定食品中單一組分的滋味強度對其整體風味的貢獻。TAV>1表示該物質(zhì)對滋味有重要影響[16]。圖4從正面風味和負面風味兩個角度展示了幾種主要的呈味氨基酸。其中，谷氨酸和丙氨酸的TAV是其他滋味活性物質(zhì)的數(shù)十倍，對鮮味和甜味的貢獻很大。此外，甘氨酸作為一種重要的甜味氨基酸不僅賦予紫菜清甜的味道，還可以抑制苦味，對滋味有一定的改善作用[31]。在常壓殺菌組和高壓殺菌組中，分別是“90 ℃、11.5 min”和“110 ℃、32 min”殺菌條件下谷氨酸、丙氨酸和甘氨酸對應(yīng)的TAV最高，滋味最好。

苦味氨基酸中組氨酸、精氨酸和纈氨酸的TAV較高，但均小于1。Lioe和Takara[32]研究發(fā)現(xiàn)苦味氨基酸含量低于其呈味閾值時，可增強其他呈味氨基酸的鮮味和甜味。精氨酸是苦味氨基酸，但其苦味可被氯化鈉、谷氨酸鈉等屏蔽，在水產(chǎn)品中具有提鮮作用并能夠賦予水產(chǎn)品適宜的風味。整體而言，各組紫菜均呈現(xiàn)較好的滋味特征。

3 結(jié)論