孫萬青,岑劍偉,陳勝軍,3*,李春生,3,鄧建朝,潘 創(chuàng),楊少玲,馮 陽
(1 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)室國家水產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)中心 廣州 510300 2 廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院 廣東湛江 524088 3 三亞熱帶水產(chǎn)研究院 海南省深遠(yuǎn)海漁業(yè)資源高效利用與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 海南三亞 572018)
海蜇(Rhopilema esculentum),廣泛分布于我國東海、黃海和渤海地區(qū),其膠原蛋白豐富,脂肪和膽固醇含量較低,是典型的低脂肪、低熱量、高蛋白的食品[1-3]。海蜇具有重要的食用和藥用價值[4],近年來,研究表明,海蜇具有降壓、降脂、預(yù)防高血壓、慢性支氣管炎的作用[5],深受世界各國消費(fèi)者的喜歡。中國食用海蜇已有一千多年的歷史[6-7],主要以鹽漬品和涼拌食用為主,有時也被制成海蜇純粉,海蜇膏、海蜇絲軟罐頭[8]。 海蜇水分含量很高,易分解,易自溶[9],鮮海蜇一般要用明礬和鹽混合腌漬的傳統(tǒng)方法制成鹽漬海蜇[10-11],該工藝具有抑制微生物生長,改善水母質(zhì)地等優(yōu)點(diǎn)。鹽礬處理的缺點(diǎn)是加工后的海蜇中鋁的殘留量明顯增加[12]。鋁具有慢性毒性[13-14],很難由腎臟排出,可對人體腎臟和神經(jīng)系統(tǒng)造成損害[15]。 有研究表明鋁的神經(jīng)毒性可導(dǎo)致阿爾茲海默癥和帕金森氏癥[16]。
微酸性電解水 (Slightly acidic electrolyzed water,SAEW),一種由日本開發(fā)的新型非熱殺菌技術(shù)[17],又名微酸性次氯酸水、微酸性氧化電位水。 其pH 值在5.0~6.5 的范圍,制取設(shè)備操作簡單,生產(chǎn)成本低[18-19],安全性更高,與有機(jī)物接觸且用自來水稀釋后,就會變成普通自來水,對環(huán)境和使用人員不會造成任何危害[20]。SAEW 的殺菌機(jī)制主要與pH 值、有效氯質(zhì)量濃度、氧化還原電位等參數(shù)有關(guān)[21],現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于果蔬[22-23]和動物源食品的保鮮貯藏[24-25],食品生產(chǎn)環(huán)境、物品、人員的消毒[26]等方面。 SAEW 在殺菌方面應(yīng)用較為廣泛,而用其脫除鹽漬海蜇中的鋁,以及SAEW 處理的鹽漬海蜇在浸泡過程中理化性質(zhì)的變化研究較少。本研究中,選擇鹽漬海蜇為試驗(yàn)對象,首次研究SAEW 對鹽漬海蜇脫鋁效果的影響。 同時研究SAEW 處理對鹽漬海蜇質(zhì)構(gòu)、 微觀結(jié)構(gòu)和色差的影響,為SAEW 的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
鹽漬海蜇,廣東江門;濃鹽酸、濃硫酸、無水乙醇、氨水(分析純),廣州化學(xué)試劑廠;鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 g/mL),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;抗壞血酸(分析純),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;硝酸(分析純),上海恤世化學(xué)技術(shù)有限公司;乙二胺(分析純),廣州試劑科技有限公司;鉻天青S(生物技術(shù)級),北京依珊匯通科技有限公司;對硝基苯酚(分析純),北京依珊匯通科技有限公司;TritonX-100(分析純),北京普利萊基因技術(shù)有限公司;碘化鉀、可溶性淀粉、硫代硫酸鈉、溴代十六烷基吡啶(分析純),上海麥克林生化科技有限公司。
微酸性電解水實(shí)驗(yàn)機(jī),煙臺方心;pH 計(jì),上海儀邁儀器科技有限公司;JJ324BF 型電子天平,常熟市雙杰測試儀器廠;SUNRISE 吸光酶標(biāo)儀,美國伯爵儀器有限公司;QTS-25 質(zhì)構(gòu)儀,英國CNS FARNELL;CR-400 型色差儀,日本柯尼卡美能達(dá)公司;Phenom XL G2 臺式掃描電子顯微鏡,美國thermo 公司。
1.3.1 樣品前處理 將鹽漬海蜇用清水將表面雜質(zhì)沖洗干凈,瀝干,手工對其進(jìn)行切絲,要求切絲長和寬為2 cm×1 cm,備用。 所用鹽漬海蜇樣品的鋁初始含量為395.22 mg/kg。
1.3.2 SAEW 的制備 根據(jù)所需電解水指標(biāo)調(diào)節(jié)SAEW 設(shè)備的電壓和電流,電解質(zhì)為濃度1.2 mol/L 的稀鹽酸溶液,制備不同有效氯質(zhì)量濃度的SAEW,備用。制備后1 h 內(nèi)使用。本研究中,SAEW的有效氯質(zhì)量濃度采用碘量法測定,SAEW 的氧化還原電位、pH 值采用pH 計(jì)測定[27]。對水樣各指標(biāo)重復(fù)測定3 次。 SAEW 的pH 值、有效氯質(zhì)量濃度和氧化還原電位值如表1 所示。
表1 微酸性電解水理化指標(biāo)Table 1 Physical and chemical parameters of SAEW solutions
1.3.3 SAEW 脫鋁效果研究 以有效氯質(zhì)量濃度、浸泡時間、料液比為單因素,考察不同條件下SAEW 對鹽漬海蜇脫鋁的效果。 分別以有效氯質(zhì)量濃度為10,20,30,40,50 mg/L,浸泡時間為5,10,15,20,25,30,35 min,海蜇樣品與SAEW 的料液比為1∶1,1∶2,1∶3,1∶4,1∶5,1∶6,對某一單因素進(jìn)行考察時,其它因素均取固定水平值,以自來水浸泡的鹽漬海蜇絲為對照組。 每組試驗(yàn)重復(fù)3次。
1.3.4 鋁脫除量的測定 取鹽漬海蜇浸泡液,制樣步驟按照GB 5009.182-2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鋁的測定》中的分光光度法進(jìn)行[28],檢測儀器為酶標(biāo)儀。取7 支25 mL 的具塞比色管,分別加入0,0.5,1,2,3,4,5 mL 的Al 標(biāo)準(zhǔn)溶液,加入1.0 mL 硫酸溶液定容10 mL。 準(zhǔn)確吸取0.2 mL空白溶液、試樣消化液、試樣加標(biāo)消化液,置于25 mL 具塞比色管中,將靜置40 min 的待測樣品加入96 孔酶標(biāo)板中,使用酶標(biāo)儀在波長620 nm 處檢測,用標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量。
1.3.5 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,利用軟件Design-Expert10.0 中的Box-Behnken 進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化。 以SAEW 的浸泡時間、 料液比、 有效氯質(zhì)量濃度為因變量,響應(yīng)值為鋁脫除量。
1.3.6 質(zhì)構(gòu)的測定 SAEW 試驗(yàn)組和對照組鹽漬海蜇樣品的質(zhì)構(gòu)特性(包括硬度、彈性、咀嚼性)采用CT3 型質(zhì)構(gòu)儀測量,選用TA19 圓柱形探頭。 試驗(yàn)前速度為1 mm/s,試驗(yàn)速度為1 mm/s,試驗(yàn)后速度為1 mm/s,試驗(yàn)中的形變率設(shè)定為50%,間隔停止時間5 s,觸發(fā)力5.0 g。
1.3.7 色差的測定 利用吸水紙將海蜇表面多余的水分去除,采用CR-400 型色差計(jì)中的LAB 表色系統(tǒng)測定樣品的L*、a*和b*值。 測定時,將白板的L*、a*和b*值作為標(biāo)準(zhǔn),即L*0、a*0和b*0,利用測得的L*、a*和b*值計(jì)算色澤偏差,計(jì)算公式如下,每組試驗(yàn)重復(fù)3 次。
式中,L——亮度;a——紅綠值;b——黃藍(lán)值;W——白度。
1.3.8 掃描電鏡 對最佳工藝條件處理的SAEW試驗(yàn)組和對照組鹽漬海蜇樣品進(jìn)行鏡檢。先用3%戊二醛溶液固定24 h,后用0.1 mol/L 磷酸緩沖液漂洗3 次,然后用30%,50%,70%,90%和100%的乙醇溶液梯度脫水,最后,樣品脫除水分、鍍金,用電子顯微鏡在5 000 倍的條件下觀察。
所得到的數(shù)據(jù)采用Excel 及JMP Pro 14 軟件進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)和Tukey HSD法多重比較,設(shè)置P<0.05 為顯著性水平。 用Origin 2018 64Bit 繪圖。
2.1.1 浸泡時間對SAEW 鋁脫除量的影響 以水浸泡組為對照組,以SAEW 浸泡組為試驗(yàn)組,鹽漬海蜇浸泡液中鋁的變化規(guī)律如圖1 所示。 檢測浸泡液中鋁含量,評價浸泡脫鋁效果,如此可以免去海蜇樣品檢測的大量前處理工作。 試驗(yàn)組和對照組均可降低鹽漬海蜇中明礬的殘留量。 隨著時間的推移,浸泡液中鋁含量增多,鹽漬海蜇中明礬含量逐漸降低,試驗(yàn)組的鋁脫除效果整體優(yōu)于對照組。 5~25 min 時,兩組浸泡液中的鋁含量快速上升,此時,試驗(yàn)組和對照組的脫除率分別達(dá)28.55%和23.86%。25 min 后隨著時間的延長浸泡液中鋁含量逐漸趨于平緩。35 min 時,試驗(yàn)組和對照組的脫除率分別為27.84%和23.55%,較25 min時的脫除率無差異。 綜合脫鋁效果以及海蜇品質(zhì)等因素,選擇最佳脫鋁時間為25 min。
圖1 浸泡時間對鋁脫除量的影響Fig.1 The effect of soaking time on the amount of aluminum removal
2.1.2 料液比對SAEW 鋁脫除量的影響 料液比對鹽漬海蜇SAEW 和水浸泡脫鋁的效果如圖2 所示。 隨著料液比的提高,浸泡液中鋁含量不斷上升,試驗(yàn)組和對照組均可降低鹽漬海蜇中明礬的含量,在料液比為1∶1 和1∶2 時,兩組對鋁的脫除效果差別不大,脫除率分別為19.39%和18.82%。在料液比大于1∶2 后兩組區(qū)別逐漸明顯。 在料液比為1∶4 時脫鋁效果最佳,試驗(yàn)組和對照組的脫除率分別為26.01%和20.34%。之后脫除效果逐漸平緩,兩組脫除率間無顯著性差異。選擇最佳料液比為1∶4。
圖2 料液比對鋁脫除量的影響Fig.2 The effect of solid-liquid ratios on the amount of aluminum removed
2.1.3 有效氯質(zhì)量濃度對SAEW 鋁脫除量的影響有效氯質(zhì)量濃度是衡量SAEW 的一個重要的指標(biāo),通過控制該濃度可有效殺滅微生物,從而延長樣品的保藏期。 于福田等[29]研究了SAEW 對羅非魚片的殺菌工藝并進(jìn)行響應(yīng)面的優(yōu)化。 周智宇等[30]優(yōu)化了SAEW 對云南鮮米線的殺菌工藝并對其貯藏品質(zhì)進(jìn)行研究。 然而,SAEW 脫鋁的文章目前未見報(bào)道。 圖3 顯示不同有效氯質(zhì)量濃度的SAEW對鹽漬海蜇鋁脫除量的影響。 SAEW 可脫除鹽漬海蜇中的部分鋁含量,且隨著SAEW 中有效氯質(zhì)量濃度增加,浸泡液中鋁含量明顯升高,說明對鹽漬海蜇中鋁的脫除效果好,脫除率由20.02%增加到31.71%。 在有效氯質(zhì)量濃度為10~30 mg/L 時,浸泡液中的鋁含量上升速度較快,在有效氯質(zhì)量濃度超過30 mg/L 后,鋁脫除曲線上升較為平緩,這可能是因?yàn)殡S著SAEW 中有效氯質(zhì)量濃度的增加,酸度不斷增大,有更多的H+進(jìn)入海蜇內(nèi)部,與氫氧根膠體發(fā)生反應(yīng),使Al3+從海蜇體內(nèi)析出,從而降低鋁含量[31]。 考慮到海蜇的硬度、咀嚼性隨著有效氯質(zhì)量濃度的增大逐漸降低,選擇30 mg/L為最佳有效氯質(zhì)量濃度。
圖3 有效氯質(zhì)量濃度對鋁脫除量的影響Fig.3 The effect of available chlorine concentration on the amount of aluminum removal
2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果 由單因素實(shí)驗(yàn)分析可知,SAEW 浸泡鹽漬海蜇脫鋁的初步條件為: 浸泡時間25 min,料液比1∶4,有效氯質(zhì)量濃度30 mg/L,具體的響應(yīng)面優(yōu)化方案及結(jié)果見表2。
2.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化模型的建立及方差分析 利用Box-Bohnken 軟件對表2 數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合,建立SAEW 浸泡鹽漬海蜇的工藝參數(shù)回歸模型。 二次回歸方程模型為Y=123.91+3.60A-0.78B+11.51C+1.18AB-1.82AC+6.52BC-0.39A2-4.01B2-12.23C2。對擬合回歸模型的各項(xiàng)進(jìn)行方差分析,結(jié)果見表3。 此回歸模型的P<0.0001,模型極顯著,預(yù)測模型數(shù)據(jù)穩(wěn)定的失擬項(xiàng)不顯著(P=0.2966>0.05),R2=0.9845,說明該模型可以較好的預(yù)測SAEW 對鹽漬海蜇浸泡脫鋁的效果。 由表3 可知,在A、B、C 3 項(xiàng)中,對鹽漬海蜇中鋁脫除量效果影響較顯著的為C 項(xiàng),即有效氯質(zhì)量濃度,A 項(xiàng)時間和B 項(xiàng)料液比對鹽漬海蜇浸泡脫鋁效果影響較小。 各因素對SAEW 浸泡鹽漬海蜇脫鋁效果的排序?yàn)橛行荣|(zhì)量濃度>時間>料液比。 在交互項(xiàng)AB、AC 和BC 中,BC 的P=0.0017<0.05,說明對響應(yīng)值的交互作用較顯著。在二次項(xiàng)A2、B2和C2中,C2對SAEW 浸泡鹽漬海蜇的脫鋁效果影響極顯著,A2和B2的影響不顯著。
表2 響應(yīng)面優(yōu)化方案及結(jié)果Table 2 Box-Behnken design and results
表3 回歸方程各項(xiàng)的方差分析Table 3 Analysis of variances for developed regression equation
2.2.3 響應(yīng)面交互作用分析 根據(jù)響應(yīng)面模型得到對脫鋁影響的響應(yīng)面分析圖和等高線圖,見圖4~圖6。 等高線圖越橢圓越顯著,圖6 所示BC 的等高線圖較為橢圓,即有效氯質(zhì)量濃度和料液比的交互作用對響應(yīng)值的影響較為顯著,AB 與AC的交互作用不顯著。 響應(yīng)面圖的曲面越陡峭越顯著,圖4~圖6 中,響應(yīng)面圖較陡峭的為BC,即有效氯質(zhì)量濃度和料液比的交互作用,說明響應(yīng)面分析結(jié)果和方差分析結(jié)果一致。
圖4 Y=(A,B)的響應(yīng)面與等高線Fig.4 Response surface and contour plots under Y=(A,B)
圖5 Y=(A,C)的響應(yīng)面與等高線Fig.5 Response surface and contour plots under Y=(A,C)
圖6 Y=(B,C)的響應(yīng)面與等高線Fig.6 Response surface and contour plots under Y=(B,C)
2.2.4 驗(yàn)證試驗(yàn) 綜合響應(yīng)面分析結(jié)果得出:SAEW 浸泡鹽漬海蜇脫鋁的最佳條件為有效氯質(zhì)量濃度37.09 mg/L,浸泡時間27.04 min,料液比1∶4.52,此時鹽漬海蜇中鋁脫除量最大值為127.96 mg/kg。 綜合試驗(yàn)環(huán)境以及可操作性,將響應(yīng)面得到的最佳脫鋁工藝調(diào)整為: 有效氯質(zhì)量濃度37 mg/L,浸泡時間27 min,料液比1∶4。 在此優(yōu)化條件下重復(fù)3 次驗(yàn)證試驗(yàn),最終得到鋁脫除量為120.17 mg/kg,試驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測結(jié)果相差較小,其原因可能為鹽漬海蜇樣品厚薄不均一,導(dǎo)致脫鋁效果存在差異。
由于鹽漬海蜇絲的質(zhì)構(gòu)差異較大,軟硬、厚薄均不一致,導(dǎo)致最終數(shù)值誤差較大。 本文對質(zhì)構(gòu)(硬度、咀嚼性、彈性)重復(fù)測試90 次,用箱線圖來表示經(jīng)SAEW 處理后鹽漬海蜇質(zhì)構(gòu)的變化趨勢,以便對其品質(zhì)變化進(jìn)行分析。 圖7~圖9 為鹽漬海蜇經(jīng)SAEW 處理后其硬度、咀嚼性和彈性的變化。圖7 所示,鹽漬海蜇未處理原樣的硬度值大部分分布于400~800 g 之間,試驗(yàn)組SAEW 處理后質(zhì)構(gòu)均有所下降,且隨浸泡時間、料液比和有效氯質(zhì)量濃度的增加,鹽漬海蜇的硬度呈逐漸遞減的趨勢。同時與對照組鹽漬海蜇的硬度值進(jìn)行對比,對照組的鹽漬海蜇硬度均有所下降,趨勢與試驗(yàn)組大徑相同。 處理后的海蜇硬度維持在300~600 g之間,表明鹽漬海蜇經(jīng)微酸性電解水浸泡與水浸泡都能降低海蜇的硬度。 圖8 為鹽漬海蜇經(jīng)不同單因素處理后其咀嚼性的變化。 試驗(yàn)組與對照組相較于鹽漬海蜇未處理原樣,其咀嚼性均有所下降。在不同時間條件下處理時,試驗(yàn)組的咀嚼性優(yōu)于對照組,其值在1~2 mJ 之間,而對照組在0.5~1.5 mJ 之間。不同料液比處理時,兩組的咀嚼性相差較小,基本穩(wěn)定在1~2 mJ 之間。 試驗(yàn)組和對照組鹽漬海蜇硬度和咀嚼性下降的原因可能為隨著鋁含量的脫除,SAEW 和水進(jìn)入組織內(nèi)部,導(dǎo)致水分含量增加,進(jìn)而組織變松散,最終導(dǎo)致其質(zhì)構(gòu)變差[32]。 圖9 顯示鹽漬海蜇經(jīng)處理后其彈性的變化,可以看出,試驗(yàn)組與對照組鹽漬海蜇的彈性呈先上升后下降的趨勢。
圖7 不同處理方式對鹽漬海蜇硬度的影響Fig.7 Effects of different treatment methods on the hardness of salted jellyfish
圖8 不同處理方式對鹽漬海蜇咀嚼性的影響Fig.8 Effects of different treatments on the chewiness of salted jellyfish
圖9 不同處理方式對鹽漬海蜇彈性的影響Fig.9 Effects of different treatment methods on the elasticity of salted jellyfish
色澤作為一項(xiàng)重要的感官指標(biāo)[33],直接影響消費(fèi)者對產(chǎn)品的可接受程度,鹽漬海蜇經(jīng)SAEW和水處理后色差的變化如圖10 所示。未經(jīng)處理的鹽漬海蜇原樣的L*值為67.64,a*值為1.72,b*值為25.36,W 值為58.97,未經(jīng)處理的海蜇原樣亮度和白度較低,整體偏紅黃。試驗(yàn)組與對照組的亮度從原來的67.64 最大增加到80.11,亮度值顯著增加,a*值和b*值均降低,W 值增加到70~80 之間,相較于鹽漬海蜇原樣,W 值顯著增加。不同處理的鹽漬海蜇色差的變化不存在顯著性差異。 而較未處理前的鹽漬海蜇原樣的L*、a*、b*和W 值的變化存在顯著性差異。處理后的海蜇亮度明顯,整體呈白色。
圖10 不同處理方式對鹽漬海蜇色澤的影響Fig.10 The effect of different treatment methods on the color of salted jellyfish
用上述最佳處理?xiàng)l件處理鹽漬海蜇后,采用掃描電鏡在5 000 倍數(shù)下觀察其組織結(jié)構(gòu)。 圖11a為未經(jīng)處理的鹽漬海蜇原樣電鏡圖,可以看出,鹽漬海蜇的結(jié)構(gòu)致密,無空隙。 經(jīng)電鏡元素分析發(fā)現(xiàn),在表面附著的小顆粒為海蜇經(jīng)鹽礬處理后殘余的鹽分,對照組的結(jié)構(gòu)圖為圖11b,試驗(yàn)組的結(jié)構(gòu)圖為圖11c。 對比發(fā)現(xiàn),海蜇的結(jié)構(gòu)組織仍較為緊密,無較大孔隙出現(xiàn),質(zhì)構(gòu)無明顯的變化,表明鹽漬海蜇經(jīng)SAEW 和水處理后其微觀結(jié)構(gòu)未受到嚴(yán)重的破壞,較好地保持了原有的質(zhì)構(gòu)特性。
圖11 不同處理方式對鹽漬海蜇組織結(jié)構(gòu)的影響Fig.11 Effects of different treatment methods on the tissue structure of salted jellyfish
本文利用SAEW 對鹽漬海蜇進(jìn)行浸泡脫鋁處理,在一定程度上降低了鹽漬海蜇中的鋁含量,脫鋁效果較自來水浸泡脫鋁效果好。 SAEW 在食品殺菌和保鮮方面的應(yīng)用較為廣泛,在對鹽漬海蜇脫鋁的同時,進(jìn)行殺菌,簡化了即食海蜇的加工工序。
在浸泡時間、料液比、有效氯質(zhì)量濃度3 個單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用響應(yīng)面模型,以鋁脫除量為響應(yīng)值,對其單因素條件進(jìn)行優(yōu)化,最終得到最佳處理?xiàng)l件為浸泡時間27 min,料液比1∶4,有效氯質(zhì)量濃度37 mg/L。 在該條件下,SAEW 對鹽漬海蜇中鋁的脫除量為120.17 mg/kg,脫除率為30.41%。 而葉湖等[34]將20 g 海蜇用500 mL 1%的醋酸溶液浸泡6 h,可將海蜇中的鋁含量降至57 mg/kg。 陳瑜等[35]用飲用水浸泡海蜇頭和海蜇皮,24 h 后其明礬含量可降至0.10%和0.11%。與其相比,本方案大大縮短了浸泡時間,降低了對品質(zhì)的影響。 通過質(zhì)構(gòu)、色差和掃描電鏡發(fā)現(xiàn),經(jīng)SAEW處理后的海蜇較原樣品的硬度、咀嚼性有所下降,而顏色更有光澤,微觀結(jié)構(gòu)緊密,無空隙,整體優(yōu)于對照組。
為有效控制即食海蜇產(chǎn)品的鋁含量,保障消費(fèi)者的食用安全,在工廠實(shí)踐中,可采用SAEW 結(jié)合超聲波或結(jié)合振蕩、 攪拌等手段來加速鹽漬海蜇中鋁的脫除。然而,鋁脫除過程中可能使即食海蜇的食用品質(zhì)下降,可補(bǔ)充其它有益離子,如鈣離子和鋅離子,修復(fù)海蜇品質(zhì),尚有待研究。