超高壓對未漂洗金線魚魚糜凝膠特性的影響

張智銘，儀淑敏，*，李學鵬，步 營，牟偉麗，于建洋，勞敏軍，勵建榮，*

(1.渤海大學食品科學與工程學院，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯(lián)合工程研究中心，海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，國家魚糜及魚糜制品加工技術研發(fā)分中心，遼寧錦州121013;2.蓬萊京魯漁業(yè)有限公司，山東煙臺265600;3.泰祥集團－榮成泰祥食品股份有限公司，農(nóng)業(yè)部冷凍調(diào)理海洋食品加工重點實驗室，山東威海264309;4.浙江興業(yè)集團有限公司，浙江舟山316100)

魚糜經(jīng)細致斬拌、加鹽、加水、加熱等步驟后形成常見的魚糜凝膠，經(jīng)不同處理可加工為多種魚糜制品，如魚肉香腸、模擬蟹肉、模擬蝦肉、模擬貝柱、魚糕、竹輪等［1］。2018年魚糜制品的年產(chǎn)值145.546萬噸［2］。金線魚(Nemipteru virgatus)隸屬于鱸形目、金線魚科，是一種重要的海產(chǎn)經(jīng)濟魚類，常用來制作冷凍魚糜，2018年金線魚的年產(chǎn)值33.4314萬噸［2］。

目前冷凍魚糜均經(jīng)漂洗處理，漂洗是魚糜加工的關鍵步驟。將魚肉與漂洗液按照一定比例混合，經(jīng)過攪拌，脫水留下魚糜。漂洗目的:可以去除魚肉中的腥味物質、脂肪以及內(nèi)臟碎屑等［3］，改善魚糜的凝膠形成能力。漂洗帶來的問題:多次漂洗，造成了大量水溶蛋白和部分鹽溶蛋白損失，降低了魚糜的營養(yǎng)價值，并浪費了資源，大量的漂洗液還會造成環(huán)境的污染［4］。因此，未漂洗魚糜的精深加工具有很大研究意義。

目前有多種提高魚糜制品凝膠性能的方法，改變加熱方式［5］、添加糖類［6］、乳清蛋白［7］、大豆分離蛋白［8］、谷氨酰胺轉氨酶［9－11］等均在改善凝膠性能上有一定效果，但效果較超高壓誘導略差。超高壓誘導的蛋白凝膠具有更好的凝膠強度、彈性和白度［12－14］。一定的高壓作用下，蛋白質分子被迫伸展，螺旋結構打開，使蛋白質原本的空間結構被打亂，重新締結成空間網(wǎng)絡結構。本文分析了超高壓處理對金線魚魚糜凝膠特性、白度、持水性、蒸煮損失、微觀組織結構的影響［15］。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮金線魚 規(guī)格0.3～0.6 kg，購于錦州市水產(chǎn)市場;食鹽 食品級，購于錦州市大潤發(fā)超市;蔗糖、山梨醇 食品級，購于河南中泰食化有限公司;HE(蘇木素－伊紅)染色試劑盒 北京諾博萊德科技有限公司。

YC200采肉機、JL100精濾機 諸城市凱成良才機械廠;T78－90櫻花牌脫水機 慈溪櫻花電器有限公司;UMC5真空斬拌鍋 德國Stephan機械有限公司;5L臥式灌腸機 錦廚樂公司;TA.XT.Plus型質構儀 英國Stable Micro System公司;CR－400柯尼卡色差計 日本Konica Minolta Holdings公司;IKAT25均質機 德國IKA公司;AF－10全自動雪花制冰機 斯科茨曼制冰機系統(tǒng)(上海)有限公司;THERMO型冷凍高速離心機 美國Thermo公司;DK－8D型電熱恒溫水槽 上海一恒科技有限公司;AB135－S電子天平 梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司;HPP.L2－600/0.6超高壓設備 天津市華泰森淼生物工程技術有限公司;Eclipse Ti－S正置顯微鏡 日本尼康。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 新鮮金線魚去頭去尾去鱗去內(nèi)臟→清洗→采肉→精濾→加抗凍劑(4%蔗糖、4%山梨糖醇)→斬拌2 min→2.5%NaCl鹽斬2 min→調(diào)節(jié)水分含量為78%斬拌3 min→灌腸(Φ28 mm)→高壓處理:壓力為200、300、400、500 MPa(保壓時間30 min)，保壓時間為10、20、30、40、50、60 min(壓力為300 MPa)，溫度為25℃。以40/90℃兩段水浴加熱處理為對照組)，所有樣品均于4℃貯藏備用。

1.2.2 凝膠強度的測定 凝膠強度用TA.XT.PLUS質構儀測定，破斷力與破斷距離的乘積為凝膠強度。測定前先將樣品在室溫放置30 min，切成圓柱體［16］(2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm)。測試條件:探頭型號為P/5S;測前速度、測試速度和測后速度均為1 mm/s;壓縮形變?yōu)?0%;觸發(fā)力為15 g。每組10個平行。

1.2.3 TPA的測定 選用的探頭為P/50，測試模式為TPA(texture profile analysis)。測前速度、測試速度和測后速度均為1 mm/s;壓縮比50%;觸發(fā)力:15 g。每組10個平行。

1.2.4 蒸煮損失的測定 參考Yang等［17］的方法稍作修改，將魚糜凝膠制成直徑為8 mm，高為20 mm的圓柱體，準確稱量M1后放入小型蒸煮袋中并封口，水浴條件為90℃20 min，迅速取出并將表面液體擦干再次稱量M2，每組10個平行。蒸煮損失的計算公式如下:

蒸煮損失(%)=(M1－M2)/M1×100

1.2.5 持水性的測定 參考Cao等［18］的方法略有修改，將約1 g魚糜凝膠置于離心管中，在4℃、5000×g離心力下離心15 min，測量離心后凝膠重量(M2)占原重(M1)的百分比，10次平行，持水性的計算公式如下:

持水性(%)=M2/M1×100

1.2.6 白度的測定 采用CR－400色差計分析魚糜制品凝膠的L*(亮度)，a*(紅色/綠色)和b*(黃色/藍色)，按如下公式計算白度［19］:

白度=100－［(100－L*)2+a*2+b*2］1/2

1.2.7 pH的測定 參考GB 5009.237－2016《食品安全國家標準 食品pH的測定》的測定方法［20］稍作修改，取5 g樣品加入50 mL蒸餾水，均質后靜置30 min過濾取上清液，用pH計測定樣品的pH，每組10個平行。

1.2.8 微觀結構分析 魚糜凝膠先進行冷凍切片，切片厚度為10μm，然后用HE試劑對切片染色，染色后的切片在顯微鏡下觀察，放大倍數(shù)為40倍，并用ImageJ分析孔徑大小。

1.3 統(tǒng)計分析

實驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進行分析處理，利用Origin 8.0作圖。

2 結果與討論

2.1 不同的壓力條件對未漂洗金線魚糜凝膠強度的影響

凝膠強度是指凝膠崩裂或斷裂時單位面積所受的力，它可以反映凝膠內(nèi)部結構的牢固程度，凝膠強度大表明魚腸蛋白凝膠性能好［15］。由圖1A可知，凝膠強度隨壓力的增加呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定的趨勢，在300 MPa時達到最大值1150.71 g·mm，相對對照組、200、400、500 MPa分別提高了576.17%、54.10%、0.02%、0.06%。凝膠強度和持水性與蛋白質的變性有關，當壓力升高時，蛋白質發(fā)生變性，蛋白質分子結構中巰基基團暴露到表面，從而促進了二硫鍵的交換，提高了蛋白質的凝膠特性［21－23］。此外，高壓迫使蛋白質分子伸展，雙螺旋結構打開，蛋白質原本的空間結構被打亂，重新締結成空間網(wǎng)絡結構，形成具有均勻網(wǎng)絡結構的蛋白凝膠體，凝膠強度增強。但是隨著壓力的繼續(xù)增加，蛋白質變性過度，導致蛋白質交聯(lián)度降低，并且過高的壓力會破壞蛋白質的凝膠網(wǎng)格結構，反而不利于穩(wěn)定［24－25］。由圖1B可知，在相同壓力條件下隨著保壓時間的增加凝膠強度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，并且在20 min時達到最大值1355.17 g·mm，較對照組、10、30、40、50、60 min分別提高了696.32%、17.75%、6.65%、7.40%、20.22%、39.02%。這是由于20 min時魚糜內(nèi)部的凝膠結構達到最穩(wěn)定的狀態(tài)，繼續(xù)高壓處理后魚糜凝膠結構反而破裂。

2.2 不同的壓力條件對未漂洗金線魚糜凝膠質構的影響

由表1可知，不同壓力條件下經(jīng)過超高壓處理的魚糜凝膠硬度均高于熱處理的魚糜凝膠硬度，并在500 MPa時達到最大值1551.17 g，較加熱對照組、200、300、400 MPa分別提升了103.24%、90.28%、34.56%、29.52%。熱處理過的魚糜凝膠彈性均高于超高壓處理，300 MPa時達到最大值0.925，超高壓處理的魚糜凝膠的咀嚼度顯著高于熱處理(P＜0.05)，并同樣在500 MPa時達到最大值1242.83 g·mm，較對照 組、200、300、400 MPa分 別 提 高893.39%、117.78%、36.69%、36.60%。不同壓力下魚糜凝膠質構整體高于熱處理的凝膠，超高壓可以促使蛋白質發(fā)生變性，蛋白質分子展開，雙螺旋結構解離，并與肌動蛋白形成肌動球蛋白，連成肌動球蛋白重鏈，逐漸形成凝膠的立體網(wǎng)絡結構，而凝膠的彈性的大小主要取決于尾部螺旋解開的程度，解開程度越大彈性越大［15］。超高壓促進了蛋白質分子的伸展和雙螺旋結構解離，使蛋白質形成更好的空間立體網(wǎng)絡結構，硬度和咀嚼度不斷提升，而過高的壓力破壞了凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡結構導致彈性先升高后降低。在不同保壓時間下，魚腸硬度、彈性、咀嚼度隨著保壓時間增加先上升后下降，均在20 min時達到最大值分別為1233.01 g、0.930、980.40 g·mm。由數(shù)據(jù)得知，魚糜凝膠在保壓時間為20 min時效果最好，魚糜形成的凝膠較穩(wěn)定且凝膠強度較高，進而增強了彈性和咀嚼度，與凝膠強度研究結果相一致。

表1 不同壓力及保壓時間下魚肉腸質構的變化Tabel 1 Changes in TPA of fish under different pressures and dwell times

圖1 不同壓力(A)和不同保壓時間(B)下魚肉腸凝膠強度的變化Fig.1 Changes of gel strength of fish under different pressures(A)and different dwell time(B)

圖2 不同壓力(A)和保壓時間(B)下魚腸持水性和蒸煮損失變化Fig.2 Changes in water holding capacity and cooking loss of fish under different pressures and different dwell time

2.3 不同的壓力條件對未漂洗金線魚糜凝膠持水性與蒸煮損失的影響

持水能力也是魚糜制品的重要指標。持水能力反映蛋白質結合水的能力［26］。它由蛋白質和水凝膠結構包裹游離水的能力的組合來決定。持水性好的魚肉腸，在魚肉腸受到外界壓力作用下不易失水，保水率高。由圖2可知，持水性隨壓力增大呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，在300 MPa時達到最大值72.72%，較對照組和200、400、500 MPa分別提高了55.08%、19.03%、8.20%、7.84%。隨著保壓時間的增加，持水性開始增加，然后在30 min時達到70.23%，并趨于穩(wěn)定，較對照組提高了49.78%。持水性一開始的增加是由于超高壓使得蛋白質發(fā)生變形解聚，溶解性提高，使蛋白質與水的結合更加穩(wěn)定，從而提高了持水性，但隨著壓力的進一步提高，持水性稍稍降低并趨于穩(wěn)定。在300 MPa高壓和20 min的保壓時間內(nèi)凝膠結構穩(wěn)定性不斷提升，并在保壓時間30 min時達到極限，繼續(xù)提高壓力會導致魚糜內(nèi)部凝膠結構發(fā)生斷裂，反而降低魚糜的結構穩(wěn)定性［27］。

蒸煮損失指的是魚糜凝膠在蒸煮過程水分、淀粉等易流失物質滲出所造成質量的減少［17］。魚糜蒸煮后質量減少的越多，表明蒸煮損失率越大，說明易流失物質流失的越多，而通過蒸煮損失率可以間接反映凝膠的內(nèi)部結構緊密程度，蒸煮損失率越大表面結構越松散。由圖2可知，蒸煮損失率隨壓力增大呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，在300 MPa時達到最小值17.88%，比對照組、200、400、500 MPa分別減少了24.93%、2.56%、7.69%、34.48%。隨著保壓時間的增加，蒸煮損失率逐漸降低，在30 min時達到17.88%，并開始趨于穩(wěn)定，與持水性的研究結果相一致。

2.4 不同的壓力條件對未漂洗金線魚糜凝膠白度值的影響

白度是評價魚糜制品品質的重要指標之一，受蛋白質的變性和聚合的影響，蛋白質致密的凝膠結構具有良好的光學特性［28－30］。由圖3可知，在壓力為200～500 MPa條件下，隨著壓力升高，凝膠的白度值逐漸增加，隨著保壓時間的增長，凝膠的白度值逐漸增加，但無顯著性變化(P＞0.05)。白度值的增加和魚肉腸蛋白質的變性程度有關，由于魚肉腸在同一時間內(nèi)內(nèi)部分子遭受相同壓力，導致魚腸蛋白質同時發(fā)生變性，使得白度增加［31］，隨著壓力和保壓時間的提升，更加致密的空間網(wǎng)絡結構會使凝膠白度值更高［32］。

2.5 不同的壓力條件對未漂洗金線魚糜凝膠pH的影響

p H不僅可以反映食品的新鮮程度，還可以影響肌原纖維蛋白凝膠，p H在中性范圍內(nèi)凈電荷較少，排斥的靜電相互作用和吸引的疏水相互作用、分子間的氫鍵相對平衡，利于形成有序的凝膠網(wǎng)狀結構，且接近7時效果更佳［33］。如圖4所示，各組的p H均在6.7～7.0之間，與空白組相比，各實驗組的pH略小于加熱對照組，隨著實驗壓力提升，p H在500 MPa達到最大值6.92，隨著保壓時間提升，pH在50 min條件下達到最大值6.81。在一定范圍內(nèi)，超高壓處理條件的加強有利于魚糜凝膠形成更穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡結構，在500 MPa和50 min條件下pH最大。

2.6 不同的壓力條件對未漂洗金線魚糜凝膠微觀結構的影響

圖3 不同壓力(A)和不同保壓時間(B)下魚肉腸白度的變化Fig.3 Changes of whiteness of fish under different pressures(A)and different dwell time(B)

圖4 不同壓力(A)和不同保壓時間(B)下魚肉腸pH的變化Fig.4 Changes of pH of fish under different pressures(A)and different dwell time(B)

對魚糜凝膠微觀結構觀察可以看出魚糜凝膠網(wǎng)狀結構的形成程度、孔隙大小、孔隙均勻程度以及骨架粗細。圖5表示的是200 MPa－30 min、300 MPa－30 min、400 MPa－30 min、500 MPa－30 min壓力條件下魚腸的微觀結構，圖6表示10 min－300 MPa、20 min－300 MPa、30 min－300 MPa、40 min－300 MPa、50 min－300 MPa、60 min－300 MPa條件下魚腸的微觀結構。在圖5～圖7中可以得知，在各種壓力條件下魚糜凝膠都有一定的網(wǎng)狀結構，分別在300 MPa和20 min條件下達到最均勻致密的網(wǎng)絡結構，且似圓度最佳。隨著壓力的增加，魚糜凝膠的孔隙不斷增大，在500 MPa時孔隙最大且稀疏，保壓時間20 min后，隨著保壓時間的增加，魚糜凝膠的孔隙數(shù)量增加但不規(guī)則，似圓度不斷降低，是由于過高的壓力和過久的超高壓處理使已形成的空間結構遭到破壞［15］。超高壓處理的魚糜結構均優(yōu)于加熱對照組，由于熱處理凝膠時受熱不均勻并發(fā)生膨脹，從而難以形成均勻致密的空間網(wǎng)絡結構。

圖5 相同保壓時間不同壓力條件下未漂洗金線魚魚糜微觀結構Fig.5 Microstructure of unrinsed Nemipterus virgatus surmi under different pressure conditions at the same dwell time

3 結論

圖6 相同壓力不同保壓時間條件下未漂洗金線魚魚糜微觀結構Fig.6 Microstructure of unrinsed Nemipterus virgatus surmi under the same pressure and different dwell time conditions

圖7 不同條件下未漂洗金線魚魚腸微觀結構平均孔徑大小Fig.7 Average pore size of microstructure of unbleached golden thread fish in different conditions

超高壓處理可以有效改善未漂洗魚糜的凝膠特性、硬度、咀嚼度、保水能力、三維網(wǎng)狀結構等。在200～300 MPa，保壓時間10～20 min范圍內(nèi)，隨壓力和保壓時間增加，凝膠強度不斷提升，凝膠網(wǎng)絡結構不斷改善，在300 MPa及20 min條件下，魚糜凝膠強度最高，凝膠網(wǎng)絡結構最均勻致密，且孔徑較小似圓度最高，繼續(xù)提升壓力和保壓時間，魚糜空間結構遭到破壞，凝膠強度下降，孔隙變大且不規(guī)則。隨壓力提高，硬度、咀嚼度均不斷提高，在500 MPa達到最大，彈性先升高后降低，在300 MPa達到實驗組最大但低于加熱對照組，隨保壓時間提高，硬度、咀嚼度、彈性均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，并在20 min條件達到最大，彈性仍低于加熱對照組。在200～300 MPa范圍內(nèi)，隨壓力提升蒸煮損失不斷降低，持水性不斷提高，繼續(xù)加壓蒸煮損失變多，持水性下降，隨保壓時間增加，保水能力不斷提升并在30 min時達到最大后趨于穩(wěn)定。白度值隨著壓力增加而增加，隨保壓時間增加而增加但變化趨勢不明顯，實驗組白度值均低于對照組。p H變化不明顯，隨壓力和保壓時間增加均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，在500 MPa和50 min條件下達到最大值且最接近7。