鈣離子添加量對未漂洗海鱸魚糜凝膠特性的影響

暴伊芮，吳燕燕，趙前程，王悅齊

(1 大連海洋大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116023；2 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)品加工重點實驗室，廣東 廣州 510300)

海鱸魚(Lateolabraxjaponicus)，學(xué)名日本真鱸，俗稱七星鱸、花鱸等，廣泛分布于太平洋西部，中國東海、渤海等地，是常見的經(jīng)濟魚類之一。全球的鱸魚養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)量逐年遞增。中國是海鱸魚養(yǎng)殖產(chǎn)量最大的國家，2019年海鱸魚的養(yǎng)殖產(chǎn)量已達18萬t[1]，主要集中分布在廣東、福建、山東等地區(qū)，其中廣東省養(yǎng)殖產(chǎn)量占全國產(chǎn)量的一半以上，位居全國首位。目前海鱸魚的售賣方式以活魚鮮銷為主，難以滿足海鱸魚產(chǎn)量快速增長的需求。海鱸魚肉蛋白質(zhì)含量高達19.93%，背肉脂肪1.13%，而腹肉脂肪為10.22%，含有人體所需的必需氨基酸和脂肪酸及微量元素和維生素[2-3]。魚糜制品由于無魚刺且可個性化制備，是老少皆宜的一種健康營養(yǎng)高蛋白食品，海鱸魚肉蛋白的特性研究也表明，海鱸魚適合加工成魚糜產(chǎn)品[4]。

傳統(tǒng)魚糜的生產(chǎn)工藝是將原料魚去除魚鱗、魚鰓、內(nèi)臟后采肉，采后的肉用清水和鹽水漂洗幾次后進行脫水，脫水后的魚糜再加鹽進行擂潰，通過二段式加熱使魚糜凝膠化后冷卻得到魚糜凝膠[5]。魚糜制作工藝中最重要的工序是漂洗，漂洗可以增強魚糜制品彈性[6]，除去魚肉中的水溶性蛋白質(zhì)，水溶性蛋白質(zhì)中存在大量的蛋白水解酶，會導(dǎo)致肌原纖維蛋白降解，影響凝膠體形成[7]。但漂洗后的魚糜中蛋白質(zhì)和脂肪的流失會造成營養(yǎng)價值大大降低，且漂洗過程需要消耗大量的水和能源，漂洗后的水若處理不當(dāng)則會污染環(huán)境[8]。鈣化合物常用于改變?nèi)庵破返墓δ芴匦裕Ｒ姷囊訡aCl2為主。但CaCl2的添加量常常會影響肉制品的特性，CaCl2添加量過高會使產(chǎn)品硬度增加。有研究表明Ca2+不僅可以有效地影響凝膠形成，且其能激活魚肉中的內(nèi)源的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(transglutaminase，TGase)[10-13]，在低溫凝膠化過程中發(fā)生蛋白交聯(lián)形成非二硫共價鍵；Ca2+還能與蛋白質(zhì)之間形成離子鍵，形成鈣橋結(jié)構(gòu)[14-16]。

基于加工過程能節(jié)水、節(jié)能和全面利用海鱸魚肉營養(yǎng)的現(xiàn)代生產(chǎn)理念，本研究將海鱸魚直接采肉，不經(jīng)過漂洗，直接加工魚糜，重點研究Ca2+不同添加量對未經(jīng)漂洗的海鱸魚糜的影響，通過考察品質(zhì)特性指標(biāo)凝膠特性、持水力、質(zhì)構(gòu)特性(texture profile analysis，TPA)、微觀結(jié)構(gòu)等的變化，探討Ca2+能否提高產(chǎn)品的品質(zhì)，從而為開發(fā)新型海鱸魚糜制品提供新的思路和技術(shù)依據(jù)，對于促進海鱸產(chǎn)業(yè)精深加工具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活海鱸魚，購于廣州海珠區(qū)華潤萬家超市，質(zhì)量約400～600 g。食鹽(食品級) 購于廣州海珠區(qū)華潤萬家超市；CaCl2(食品級) 購于河南萬邦實業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

絞肉機 JYL-C19V ，匈牙利博朗電器；打漿機 DJ-18，湖南省長沙固利食品機械有限公司；HH-4快速恒溫數(shù)顯水浴箱，常州澳華儀器公司；TG16-WS型臺式高速離心機，長沙維爾康湘鷹離心機有限公司；QTS-25型質(zhì)構(gòu)儀，英國CNS FARNELL公司；NR20XE型色差儀， 深圳3nh公司；Alphal-4冷凍干燥機，德國Christ公司；Phenom XL G2臺式掃描電子顯微鏡，美國Thermo公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 海鱸魚糜工藝流程

1)未經(jīng)漂洗的海鱸魚糜工藝

將海鱸魚清洗后去魚鱗、魚內(nèi)臟和魚鰓，清洗后用刀從尾部開始向背部分切出兩片魚肉，將魚肉用絞肉機絞碎，然后用斬拌機進行斬拌，先空斬2 min，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%(以魚肉質(zhì)量計)食鹽及少量水再斬拌5 min，斬拌溫度保持在4～10 ℃，記為空白組(K組)

2)經(jīng)過漂洗的海鱸魚糜工藝

將海鱸魚清洗后去魚鱗、魚內(nèi)臟和魚鰓，清洗后用刀從尾部開始向背部分切出兩片魚肉，將魚肉用絞肉機絞碎，然后用清水漂洗1次、時間為4 min，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%(以魚肉重量計)食鹽水洗1次、時間為4 min，清洗后進行脫水、斬拌，先加少量水空斬2 min，再加1%食鹽及少量水?dāng)匕? min，斬拌溫度保持在4～10℃，記為對照組(P組)。

1.3.2 Ca2+添加量對未漂洗海鱸魚糜品質(zhì)的影響

將按(1)制備的未漂洗的海鱸魚糜分成5組，分別添加0.01 M、0.02 M、0.04 M、0.06 M、0.08 M(以魚肉重計)的CaCl2，繼續(xù)斬拌3 min，其間加少量水調(diào)節(jié)水分至80%(經(jīng)測定，魚糜水分含量為74.8%)，溫度保持在4～10℃，將斬拌好的海鱸魚糜灌入25 mm腸衣中，排氣后扎緊，然后放在(40±2)℃水浴處理30 min，然后升高水溫至(90±2) ℃下加熱30min，取出后迅速浸入冰水中冷卻，4 ℃下冷藏，測定各組樣品的凝膠強度、TPA、持水力、白度等品質(zhì)指標(biāo)及微觀結(jié)構(gòu)。5組樣品分別用0.01 M、0.02 M、0.04 M、0.06 M、0.08 M表示。

1.3.3 凝膠強度測定

參照王冬妮[17]的測定方法稍做修改。將樣品切成25 mm×25 mm×25 mm的正方體，使用質(zhì)構(gòu)儀TA39探頭，設(shè)置測前、中、后速度均為1 mm/s，觸發(fā)力5 g，穿刺距離15 mm。穿刺曲線上第一個峰為破斷強度A(g)，對應(yīng)位移為凹陷度B(mm)，兩者乘積即為凝膠強度N(g·mm)。每組6個平行，結(jié)果取平均值。

N=A×B

(1)

式中：N—凝膠強度，破斷強度與凹陷度的乘積，g·mm；A—破斷強度，穿刺曲線上第一個峰，g；B— 凹陷度，穿刺曲線上第一個峰的位移，mm。

1.3.4 TPA測定

將樣品切成25 mm×25 mm×25 mm的圓柱體，使用質(zhì)構(gòu)儀，TA44探頭，設(shè)置測前、中、后速度均為1 mm/s，壓縮形變50%，觸發(fā)力5 g。每組6個平行，結(jié)果取平均值。

1.3.5 持水力測定

參照張智銘等[18]的方法略有修改。將海鱸魚糜切成3 mm的薄片，稱重后，將樣品包在濾紙中放入離心管，進行離心，離心溫度為(4±2)℃、速度為6 000 r/min條件下離心10 min，離心后再稱重樣品。持水力計算公式如下：

(2)

式中：C—持水力，%；m1—樣品質(zhì)量，g；m2—離心后質(zhì)量，g。

1.3.6 白度值測定

將樣品切成2 cm薄片，使用色差儀測定白度值測定前進行白板矯正。白度值計算公式如下：

(3)

式中：W—白度；L—透明度；a*—表示樣品偏紅或偏綠；b*—表示樣品偏黃或偏藍。

1.3.7 微觀結(jié)構(gòu)的測定

選取經(jīng)過漂洗的海鱸魚糜(P組)、未經(jīng)漂洗的空白組(K組)、CaCl2添加量為0.02M和0.08M的海鱸魚糜，參照劉芳芳[19]的測定方法，稍做修改：將魚糜切成3 mm×3 mm×3 mm的小塊，浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的戊二醛溶液，4℃下固定24 h，再用0.1M的磷酸鹽緩沖液浸泡3～4次，每次10 min。隨后用30%、50%、70%、90%、100%的乙醇溶液依次進行脫水，每次10 min，脫水后的樣品先放入-80 ℃冰箱速凍后再放入冷凍干燥機中干燥24 h，在對樣品進行真空離子濺射噴金后，用掃描電鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

每個樣品做3次平行測定，采用SPSS Statistics 26.0對多組數(shù)據(jù)進行分析，測定結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示；多組數(shù)據(jù)差異性分析采用單因素ANOVA兩兩比較的Duncan比較模型，P< 0.05，差異顯著；圖表均采用Excel2019軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 Ca2+添加量對未漂洗海鱸魚糜凝膠強度的影響

未漂洗的海鱸魚糜在添加了CaCl2后的凝膠強度明顯高于經(jīng)過漂洗的海鱸魚糜(P組)和未經(jīng)過漂洗的海鱸魚糜的空白組(K組)，說明Ca2+的添加可以很好地提高魚糜的凝膠強度，但并非CaCl2添加量越大凝膠強度就越大，其指標(biāo)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(圖1)，這與MURTHY等[20]報道的一致。當(dāng)Ca2+添加量為0.02 M時其凝膠強度最高(8 045.68 g·mm)，而后隨著Ca2+添加量增加到0.04 M、0.06 M、0.08 M時，其凝膠強度是逐漸降低的(P<0.05)，這可能是因為低濃度的Ca2+激活了魚糜中內(nèi)源性TGase活性，在低溫凝膠化時，內(nèi)源性TGase可促進肌球蛋白重鏈上賴氨酸的ε-氨基與谷氨酸的γ-羥酰胺基發(fā)生共價交聯(lián)[21]，進而使凝膠強度增加，且低濃度Ca2+有利于蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的打開伸展，從而使蛋白質(zhì)內(nèi)部的功能性基團暴露出來，因此增強分子間作用力[22]；但高濃度的Ca2+會使得蛋白過度交聯(lián)，形成鈣橋，最終導(dǎo)致魚糜凝膠的硬度增加、凹陷度降低。本研究也發(fā)現(xiàn)K組的凝膠強度高于P組，這可能跟海鱸魚肉本身的特性有關(guān)，海鱸魚肉蛋白組成中其鹽溶性蛋白含量較高于其他海水魚類[4]，鹽溶性蛋白含量高有助于形成魚糜凝膠，鹽溶性蛋白含量越高。當(dāng)魚糜用水漂洗時，魚肉中水溶性蛋白會減少，鹽溶性蛋白所占比例有所增加，但加入鹽洗時，鹽溶性蛋白也會減少，進一步用鹽擂潰時鹽溶性蛋白所占比例也會減少[23]，所以P組的凝膠強度反而比K組低。

圖1 Ca2+添加量對未漂洗海鱸魚糜凝膠 強度的影響Fig.1 Effect of Ca2+ addition on the gel strength of unrinsedminced meat of Lateolabrax japonicus

2.2 Ca2+添加量對海鱸魚糜TPA的影響

未漂洗的海鱸魚糜在添加了CaCl2后，其硬度、彈性、膠著性、咀嚼性與P組、K組相比均顯著提高(P<0.05)，空白組K組的硬度、彈性、膠著性和咀嚼性均明顯優(yōu)于P組，說明海鱸魚糜不經(jīng)過漂洗的質(zhì)構(gòu)特性更好(表1)。而隨著CaCl2添加量的增加，其硬度和膠著性逐漸增大，但彈性則是先增強后減弱，在CaCl2添加量為0.02 M時，其彈性最強，而后則逐漸降低，當(dāng)添加量為0.08 M時，其彈性則與K組相近。CaCl2添加量對咀嚼性有顯著的影響(P<0.05)，明顯高于K組和P組。而CaCl2添加量對內(nèi)聚性無影響(P>0.05)。CaCl2添加量對回復(fù)性呈先上升后下降的趨勢(P<0.05)，但添加量在0.01 M～0.06 M時是與K組和P組相近的，而后隨著添加量的增加則下降。其中，當(dāng)Ca2+添加量為0.02 M時其硬度(421.8 g)、彈性(10.03 mm)、內(nèi)聚性(0.54)、膠著性(229.5g)、咀嚼性(22.21mJ)、回復(fù)性(0.12)與經(jīng)過超高壓處理的梅魚魚糜凝膠特性[24]在大致相同范圍內(nèi)；當(dāng)Ca2+添加量達到0.08 M時，各參數(shù)由于蛋白過度交聯(lián)后形成鈣橋而升高，與圖1中表述結(jié)果一致。結(jié)合上述凝膠特性和各參數(shù)變化可得，在未經(jīng)漂洗的海鱸魚糜中添加0.02 M CaCl2，即可以較好提高其凝膠特性，從而適合作為后續(xù)加工產(chǎn)品的原料。

表1 CaCl2添加量對未漂洗海鱸魚糜TPA各指標(biāo)的影響Tab.1 Effect of CaCl2 addition on TPA parameters of unrinsed minced meat of Lateolabrax japonicus

2.3 Ca2+添加量對海鱸魚糜持水力的影響

持水性用于表征蛋白質(zhì)結(jié)合水的能力，對于魚肉制品的加工特性、產(chǎn)量及成本起著重要的作用。魚糜的持水力與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)魚糜結(jié)構(gòu)越致密、均勻，則其持水性越好[25]。P組與K組的持水力僅相差0.38%，P組略低的原因可能是試驗誤差，也有可能是魚肉自身特性，K組未經(jīng)漂洗，其蛋白質(zhì)含量高，結(jié)合水的能力強，導(dǎo)致持水力高于經(jīng)過漂洗的魚糜持水力。添加CaCl2對海鱸魚糜的持水力都有提高，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(圖2)，且CaCl2的添加量在0～0.06 M時都高于P組和K組。當(dāng)CaCl2的添加量在0.02 M時，持水力最大，較P組提高了1.04%、較K組提高了1.03%。但當(dāng)CaCl2添加量增加到0.08 M時，高濃度Ca2+會加快蛋白間聚集速率，使凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)孔洞變大，進而降低持水性[26]。通過試驗可以驗證，在低濃度的CaCl2下，凝膠特性較好，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較緊密，凝膠的持水力升高，而較高濃度的CaCl2則會導(dǎo)致凝膠強度降低，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)粗糙和持水力降低。

圖2 CaCl2添加量對海鱸魚糜持水力的影響Fig.2 Effect of CaCl2 addition on water holding capacity ofunrinsed minced meat of Lateolabrax japonicus

2.4 Ca2+添加量對海鱸魚糜凝膠白度的影響

色澤能反映魚糜內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化，且直接影響消費者的購買欲望[27]，是評價魚肉品質(zhì)的重要指標(biāo)，白度值越大，其產(chǎn)品越容易使消費者接受[28]。P組經(jīng)過漂洗的海鱸魚糜白度值高于K組(圖3)，這表明漂洗可以有效地去除魚肉中的色素、脂肪等；而添加Ca2+后可以看出魚糜的白度呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(P<0.05)。引起這種變化的主要原因可能是魚糜在加熱過程中，蛋白質(zhì)分子間發(fā)生重排與相互作用。

圖3 CaCl2添加量對海鱸魚糜白度的影響Fig.3 Effect of CaCl2 addition on whiteness ofLateolabrax japonicus minced meat

Ca2+催化內(nèi)源性谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶進而促進蛋白質(zhì)分子間共價鍵的形成，從而使白度值增大。當(dāng)CaCl2的添加量在0.08 M時白度值最大(89.1 g·m)但仍低于同為白肉魚的白鰱魚糜凝膠(89.3 g·mm)和鯪魚糜凝膠(90.41 g·mm)的白度值[29]，其原因可能是因為本試驗的海鱸魚糜是未經(jīng)過漂洗工序直接制成的。由此可見，盡管不經(jīng)過漂洗工序的海鱸魚糜白度值略低于經(jīng)過漂洗的魚糜，但其更重要的意義是在于實際生產(chǎn)中降低用水用電成本，也保護環(huán)境，保全魚肉中豐富的營養(yǎng)成分。

2.5 Ca2+添加量對海鱸魚糜微觀結(jié)構(gòu)的影響

在同為放大2 000倍后的海鱸魚糜(圖4)，K組的魚糜組織結(jié)構(gòu)空洞較多、結(jié)構(gòu)較松散；而在添加了CaCl2后，海鱸魚糜的組織結(jié)構(gòu)逐漸緊密、空洞也逐漸減少；P組與CaCl2添加量在0.02 M時相比組織結(jié)構(gòu)相似，但添加0.02 M的魚糜凝膠結(jié)構(gòu)更為緊密。當(dāng)添加量增大到0.08 M時，凝膠網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)大量空洞，結(jié)構(gòu)也較為疏松。有學(xué)者認(rèn)為，CaCl2會促進疏水基相互作用，形成鈣橋，誘導(dǎo)肌球蛋白的展開，使蛋白質(zhì)聚集。添加適量的CaCl2可以使蛋白質(zhì)聚集的程度和速率適當(dāng)，形成孔洞較少的致密凝膠網(wǎng)絡(luò)，提高了凝膠的持水性和凝膠強度等[30]。但添加過量的CaCl2會增加蛋白質(zhì)和多糖之間的電荷來破壞大分子之間的平衡，降低持水力和凝膠強度[31]。從微觀結(jié)構(gòu)上進一步說明Ca2+能提高魚糜的組織結(jié)構(gòu)緊密性，從而提高魚糜的凝膠特性。

圖4 CaCl2添加量對海鱸魚糜微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Effect of CaCl2 addition on microstructure of Lateolabrax japonicus minced meat

3 結(jié)論

通過對未漂洗的海鱸魚糜添加不同量的Ca2+，表明Ca2+的添加對海鱸魚糜的凝膠特性影響較大。當(dāng)Ca2+的添加量在0.02 M時，低濃度的Ca2+較好地激活了魚糜中內(nèi)源性谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶活性，增強了未漂洗海鱸魚糜的凝膠強度(7 364.21 g·mm、持水力88.93%、硬度421.8 g、彈性10.03 mm、膠著性229.5 g、咀嚼性22.21 mJ、白度86.72)，微觀結(jié)構(gòu)較為緊密；而隨著Ca2+添加量增加，Ca2+與魚肉蛋白過度交聯(lián)，形成鈣橋結(jié)構(gòu)，造成凝膠強度和硬度增加、彈性下降。該研究為海鱸魚生產(chǎn)魚糜提供無需漂洗，通過添加適量鈣離子就能生產(chǎn)出高品質(zhì)的魚糜產(chǎn)品的新技術(shù)及理論依據(jù)。

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