常莉莉,崔浩哲,张志慧,于佳卉,杨 贺,唐 越

(大连工业大学食品学院,国家海洋食品工程技术研究中心,辽宁大连 116034)

鱼糜制品是我国重要的水产加工产品之一,营养价值丰富,含有人体8种必需氨基酸,并且脂肪和胆固醇的含量低,容易消化[1]。其入口鲜香、口感弹嫩,深受消费者的喜爱,是一种发展前景良好的现代水产加工食品。鱼丸是我国常见的鱼糜制品之一,用于鱼丸生产的原料最初为狭鳕,其在海上直接加工成冷冻鱼糜,现在多为草鱼、墨鱼、鲢鱼等海洋捕捞的副产品[2]。

阙斐等[3]以草鱼鱼糜和内酯豆腐为原料,进行单因素和正交试验,以感官评分和凝胶强度为指标,研制出内酯豆腐鱼丸,结果表明,鱼丸制作的最优配方是糖3%、马铃薯淀粉7%、食盐3%、内酯豆腐20%、黑胡椒粉0.8%、鱼糜50%和水10%。陈跃文等[4]探究食盐添加量和盐擂时间对墨鱼鱼丸综合品质的影响,结果发现,食盐添加量为3%、盐擂时间10～15 min时,墨鱼鱼丸凝胶特性最好,保水性、白度值、质构特性及口感滋味也较优。目前,我国海水鱼类加工产量逐年递增,在加工过程中产生大量低值渔业副产物,将其制成杂鱼糜可有效提高经济价值。然而,目前对于以海水杂鱼糜为原料的鱼糜制品的品质研究还鲜有报道。

在生产过程中通常采用高温杀菌的方式来获得保质期较长的鱼丸产品。高温处理会影响水和蛋白质之间的相互作用,蛋白质因共价结合发生聚集,导致凝胶网状结构的空隙变大,纤维骨架细化,凝胶强度下降,鱼糜凝胶遭到严重破坏,从而降低鱼丸食用品质[5]。因此改善高温杀菌后鱼糜制品品质是保证产品质量的关键。在鱼丸加工过程中,通常加入可食用的外源添加剂以提高鱼丸品质,其中卡拉胶和转谷氨酰胺酶(TG酶)是重要的外源添加剂,加入鱼丸后能够保护凝胶结构或提高耐热性。卡拉胶是带负电荷的多糖,不仅自身能交联形成凝胶,还能与鱼糜蛋白相互作用形成鱼糜蛋白-亲水胶体凝胶,并与带负电荷的鱼糜蛋白的羧基形成鱼糜蛋白-卡拉胶凝胶,从而提高鱼糜的凝胶强度[6]。TG酶是一种转移酶,它能够促使酰基发生转移反应,催化蛋白质中L-赖氨酸的ε-氨基和谷氨酸的γ-羟酰氨基交联,从而促进肌球蛋白分子间的交联,提高鱼糜的凝胶强度[7]。Feng等[8]研究中华绒螯蟹肉的添加量及TG酶对鲢鱼鱼糜凝胶特性的影响,结果发现,随着蟹肉比例的增加,蛋白质的断裂力和变形显著降低,而添加TG酶后会进一步改善其混合凝胶的性能。Eom等[9]研究卡拉胶添加量对低盐阿拉斯加鳕鱼鱼糜品质影响,结果表明,含1%卡拉胶和KCl的鱼糜具有较好的凝胶强度,并且卡拉胶的加入能够进一步增加鱼糜凝胶的断裂力和凝胶强度。因此,通过添加外源添加剂可有效解决高温杀菌鱼丸的凝胶质构特性差及持水性弱等问题,从而可以改善高温杀菌鱼丸的食用品质。

本研究以海水杂鱼糜为原料,探究淀粉、大豆蛋白及食盐添加量对鱼丸持水性、凝胶强度、弹性和感官评价的影响,在单因素的基础上,以感官评价为指标,采用正交实验优化海水鱼丸的最佳配方。高温杀菌处理虽然能延长鱼丸产品的保质期,但也会带来鱼丸食用品质下降的不利影响。为改良高温杀菌后海水鱼丸的品质,本文以白度、持水性、弹性、硬度、凝胶强度为指标,结合海水鱼丸的热稳定性及微观形貌,研究添加卡拉胶、TG酶或两者复配对高温处理后海水鱼丸品质的影响,为鱼糜制品的品质提升及工业化生产提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜海水杂鱼糜 北海日然食品有限公司,-18 ℃冻藏保存;大豆蛋白粉 河南万邦有限公司;转谷氨酰胺酶(TG酶)、卡拉胶 浙江一诺生物科技有限公司;食盐、料酒、姜粉、淀粉 市售。

SCCWE 101万能蒸烤箱 德国RATIONAL公司;TA.XT.PLUS型质构仪 英国SMS公司;UltraScan Pro型测色仪 美国HunterLab公司;反压高温蒸煮锅 广州标际包装设备有限公司;CF16RXII高速冷冻离心机 日立HITACHI公司;200型电子天平 美国G&G公司;DSC250差示扫描微量热仪 美国TA公司;JSM-7800F扫描电镜 日本电子株式会社。

1.2 实验方法

1.2.1 海水鱼丸制作工艺流程 鱼丸制作参考韩静文[10]的方法,并略作修改。冷冻海水杂鱼糜→解冻→空斩→加入辅料→均匀搅拌→成型→凝胶化→冷却→4 ℃保存待测

海水鱼丸基础配方:海水杂鱼糜100 g、姜粉1 g、料酒3 g、水40 g、葱3 g。

操作要点:取冷冻海水鱼糜在4 ℃条件下解冻24 h,将已解冻的鱼糜置于斩拌机中空斩5 min,按实验设计依次加入淀粉、大豆蛋白、食盐、姜粉1%、料酒3%、水40%、葱3%(添加量以鱼肉质量为百分比),继续斩拌15 min,斩拌过程中控制温度在10 ℃以下。斩拌后,装模成鱼丸状,采用两段式加热法进行凝胶化,即40 ℃水浴加热30 min后90 ℃水浴加热30 min。冷却至室温后,放置4 ℃保存待测。

1.2.2 单因素实验

1.2.2.1 淀粉添加量对鱼丸品质的影响 在鱼糜中添加1%食盐,1%姜粉,3%料酒,40%水,3%葱末,4%大豆蛋白粉,同时分别添加0%、5%、10%、15%、20%比例的淀粉,测定鱼丸持水性、凝胶强度及弹性,同时进行感官评价。

1.2.2.2 大豆蛋白粉添加量对鱼丸品质的影响 在鱼糜中添加1%食盐,1%姜粉,3%料酒,40%水,3%葱花,15%淀粉,同时分别添加0%、2%、4%、6%、8%比例的大豆蛋白,测定鱼丸持水性、凝胶强度及弹性,同时进行感官评价。

1.2.2.3 食盐添加量对鱼丸品质的影响 在鱼糜中添加1%姜粉,3%料酒,40%水,3%葱花,15%淀粉,4%大豆蛋白粉,同时分别添加0%、1%、2%、3%、4%比例的食盐,测定鱼丸持水性、凝胶强度及弹性,同时进行感官评价。

1.2.3 正交试验 在单因素实验的基础上,选取淀粉、大豆蛋白粉、食盐添加量为正交试验因素,进行正交试验,如表1所示。制作出对应的海水鱼丸并对其进行感官评分。

表1 正交试验因素水平

1.2.4 外源添加剂对高温处理后海水鱼丸品质的影响 冷冻海水杂鱼糜→解冻→空斩→加入辅料、外源添加剂→均匀搅拌→成型→凝胶化→冷却→真空包装→高温杀菌→成品→冷却→4 ℃保存待测,海水鱼丸基础配方及具体操作方法同1.2.1。

将海水鱼丸分为四组,分别为添加0.2%卡拉胶(卡拉胶组)、0.4% TG酶(TG酶组)及0.18%卡拉胶与0.42% TG酶混合物(卡拉胶∶TG酶=3∶7)(卡拉胶+TG酶组),未加外源添加剂的鱼丸为空白组,将各组海水鱼丸真空包装后进行高温杀菌(121 ℃,15 min),以白度、持水性、弹性、硬度、凝胶强度为指标,结合海水鱼丸的热稳定性及微观形貌,以提升高温杀菌后海水鱼丸食用品质为目的,确定最佳外源添加剂。

1.3 指标测定

1.3.1 凝胶强度测定 根据Zhang等[11]的方法略作修改。将海水鱼丸切成1 cm×1 cm×1 cm的立方体,利用质构仪进行测定。测试参数如下:探头类型P5/s,测前速度2 mm/s,测试速率1 mm/s,测后速度10 mm/s,压缩比50%。

1.3.2 质构测定 在Zhang等[12]的方法基础上略作修改。将海水鱼丸切成1 cm×1 cm×1 cm的立方体,利用质构仪在TPA模式下进行测定。测试参数如下:探头类型P50,测前速度2 mm/s,测试速率1 mm/s,测后速度1 mm/s,压缩比30%。质构数据选取:硬度和弹性。

1.3.3 持水性测定 参考焦道龙等[13]的方法,并略作修改。取3 g左右样品称重(m1),并用两层滤纸包好放入50 mL离心管中,在4 ℃、3000 r/min条件下离心15 min后,取出样品称量(m2),并计算海水鱼丸持水性(WHC)。

1.3.4 感官评价 选择8位经过专业培训的实验人员(均具有1 年以上鱼糜制品评价经验的食品科学研究生),采用双盲法对海水鱼丸样品的滋味、气味、色泽、组织形态以及弹性进行感官评分,感官评分标准见表2。

表2 感官评分标准

1.3.5 白度测定 利用测色仪对样品进行测定。将海水鱼丸切成1 cm×1 cm×1 cm的立方体,测定海水鱼丸的L*(亮度)、a*(红度)、b*(黄度),并计算白度值(W)。

1.3.6 微观结构分析 采用扫描电子显微镜(SEM)来观察样品的断面形态。海水鱼丸样品经真空冷冻冻干后,将其切成长和宽均为 5 mm、厚1 mm的小块粘附于样品台上,对样品进行离子溅射喷金处理进而观察样品掰断面的形态。选择500倍放大倍数观察样品的微观结构。

1.3.7 差示扫描量热(DSC)分析 称取10 mg研磨后的样品置于坩埚中,加盖密封,并以空坩埚作为对照。将坩埚放入DSC仪中,扫描起始温度为20 ℃,终止温度为150 ℃,升温速率为10 ℃。

1.4 数据处理

每组实验均至少做3次平行并取平均值,将所得数据采用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析(ANOVA)和多重比较(LSD Duncan),P<0.05具有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 海水鱼丸加工工艺单因素实验

2.1.1 淀粉添加量对海水鱼丸品质的影响 鱼糜中的蛋白质凝胶呈类似海绵的网络结构,淀粉的加入能够促使其形成致密的微孔结构,从而提高鱼丸的弹性、凝胶强度等[14]。如图1所示,随着淀粉添加量的增加,鱼丸的持水性和凝胶强度呈上升趋势(P<0.05);弹性和感官评分随淀粉添加量的增加均呈先升高后下降的趋势,并在淀粉添加量为15%时达到最大值。淀粉受热糊化吸收水分形成的凝胶填充在鱼糜蛋白网络中,从而增强了鱼丸的弹性、感官评分等[15]。继续加入淀粉,过量的淀粉会导致淀粉中的支链和直链交联程度变得较为剧烈,阻碍部分蛋白质间的伸展,降低鱼丸的食用品质[16]。顾音佳等[17]研究发现,过量的淀粉会导致鲢鱼鱼丸硬度增大,口感较差,从而影响鱼丸品质。综上所述,海水鱼丸中淀粉的最适添加量为15%。

图1 不同淀粉添加量对海水鱼丸持水性、凝胶强度、弹性和感官评分的影响

2.1.2 大豆蛋白添加量对海水鱼丸品质的影响 在加热过程中,大豆蛋白能够结合脂肪和水,协助鱼肉蛋白形成乳化液,促进凝胶网状结构的形成,使鱼糜制品呈均质状态,提高鱼丸弹性、持水性等[18]。如图2所示,当添加2%的大豆蛋白时,海水鱼丸持水性从89.11%±0.99%提高至91.30%±0.89%(P<0.05),而当添加量大于2%,持水性不再随添加量的增大而显著性增加(P>0.05);从图2可以看出,鱼丸的凝胶强度随大豆蛋白添加量的增加而不断提高(P<0.05);随大豆蛋白添加量的增加,鱼丸的弹性和感官评分均呈先升高后下降的趋势,并在大豆蛋白添加量为4%时达到最大值。大豆蛋白能够通过增强鱼糜的三维空间网状结构来提高鱼糜持水性、凝胶强度等[19]。然而随着大豆蛋白添加量的增加,持水性、弹性、感官评分没有持续增加的原因可能是由于添加大豆蛋白后的鱼糜相对于鱼糜原料,在凝胶形成过程中肌球重链的降解作用并不明显[20],并且大豆蛋白还会与鱼糜蛋白发生水分竞争[21],因此大豆蛋白添加量的增加对鱼丸食品品质并没有显著的提升效果。综合考虑,海水鱼丸中大豆蛋白的最佳添加量为4%。姜瞻梅等[22]研究发现,当大豆蛋白添加量为4%时,鸡肉丸感官特性较佳,口感细腻,弹性好,此时弹性值为0.978,与本文研究结果相似。

图2 不同大豆蛋白添加量对海水鱼丸持水性、凝胶强度、弹性和感官评分的影响

2.1.3 食盐添加量对海水鱼丸品质的影响 食盐是影响鱼丸凝胶形成和质构的关键因素,其能够将肌原纤维蛋白充分溶出从而形成高弹性的鱼糜凝胶[23]。如图3所示,随着食盐添加量的增加,鱼丸的持水性无显著性变化(P>0.05);鱼丸的凝胶强度则随食盐添加量的增加显著提高(P<0.05)。弹性和感官评分随食盐添加量的增加均呈先升高后下降的趋势,并在食盐添加量为2%时达到最大值,此时弹性和感官评分分别为0.98±0.01、82.75±4.57,陈曦芸[24]也发现加入2%的食盐能够有效改善鱼丸的凝胶强度、口感风味等,超过2%的添加量时,则会使鱼丸弹性下降、口感变差。这可能是由于食盐的加入有利于盐溶性蛋白溶出,能够形成稳定的凝胶体系,使得鱼丸具有较好的持水性、凝胶强度等。而过量的食盐会使分子间的静电斥力发生较大的变化,蛋白质分子相互靠近直至发生聚集,从而导致鱼丸弹性下降,同时过量的食盐还会使人的味觉器官在感受能力上不容易接受,造成鱼丸食感变差[25]。综上所述,海水鱼丸中食盐的最佳添加量为2%。

图3 不同食盐添加量对与海水鱼丸持水性、凝胶强度、弹性和感官评分的影响

2.2 正交试验

选取淀粉、大豆蛋白、食盐的添加量为试验因素,采用L9(34)进行正交试验,并对试验结果进行极差分析,由表3可知,淀粉、大豆蛋白和食盐对海水鱼丸的感官评分有不同程度的影响,影响因素由主至次分别为:B大豆蛋白>C食盐>A淀粉,最优组合为A2B2C1,即淀粉15%、大豆蛋白4%、食盐1%时,进行验证实验得到在此条件下的感官评分为86.33±5.69。

表3 正交试验结果

2.3 外源添加剂对高温杀菌后海水鱼丸白度的影响

白度是评价鱼糜制品品质的重要指标[10]。如图4所示,未加添加剂时,高温杀菌处理会使海水鱼丸的白度值发生显著性变化(P<0.05),海水鱼丸的白度值从71.23±0.83下降至66.30±1.46,这可能是因为高温杀菌使鱼丸发生蛋白质变性、美拉德反应以及焦糖化相关反应,从而产生褐色使鱼丸颜色加深[26]。然而,外源添加剂的添加并没有提高高温杀菌后海水鱼丸的白度,可能是因为外源添加剂本身的颜色影响了鱼丸的白度值[27],导致对高温杀菌后海水鱼丸的白度没有改善作用。

图4 外源添加剂对高温处理后海水鱼丸白度的影响

2.4 外源添加剂对高温杀菌后海水鱼丸持水性的影响

持水性表示肌肉在一定条件下结合或保持肌肉中水分的能力,同时也能够反映鱼糜制品的感官品质。持水性越高,鱼丸内部水分越不易向外渗出,感官品质越好[28]。由图5所示,高温杀菌前后对照组的海水鱼丸持水性无显著性差异(P>0.05)。添加外源添加剂后,未杀菌时所有样品的持水性无显著差异(P>0.05);单独添加卡拉胶或TG酶的海水鱼丸,高温杀菌处理对其持水性的影响较小;同时添加卡拉胶和TG酶的海水鱼丸经高温杀菌后其持水性最高,并且持水性的提升效果最为显著(P<0.05),海水鱼丸的持水性从76.39%±2.07%(未杀菌)提高至80.73%±0.78%(杀菌后)。在高温条件下,外源添加剂能够更好地与鱼糜蛋白通过氢键和疏水作用形成交联[29],卡拉胶具有亲水性,能够在鱼糜凝胶网络中维持水分的有序结构,TG酶的添加则进一步加强了凝胶网络结构的交联作用,因此,卡拉胶与TG酶复配后添加可以更好地提高高温杀菌后海水鱼丸的持水性。

图5 外源添加剂对高温处理后海水鱼丸持水性的影响

2.5 外源添加剂对高温处理后海水鱼丸弹性和硬度的影响

硬度和弹性是测定鱼丸品质的重要指标,能够影响消费者对产品的喜爱程度。由图6(A)和(B)可知,空白组中高温杀菌后的海水鱼丸其弹性和硬度相比于未杀菌鱼丸分别下降了2.27%和6.79%,这可能是高温杀菌对于由赖氨酸的氨基反应形成“异构肽”结构的蛋白质具有破坏作用[30],也可能是由于温度过高会使-S-S-基团和-SH基团发生裂解产生H2S或氧化成肌氨酸导致其总数减少,从而使鱼糜中蛋白交联形成的共价键遭到破坏[31],使得鱼丸的弹性和硬度下降。图6(A)所示,与空白组相比,添加单一添加剂或复合添加剂的海水鱼丸,经过高温杀菌处理后均具有较好的弹性,高温杀菌处理对单独添加TG酶的海水鱼丸的弹性影响较小,对单独添加卡拉胶及同时添加卡拉胶和TG酶的海水鱼丸的弹性影响较大(P<0.05),高温杀菌处理可使添加复合添加剂的海水鱼丸弹性最大(0.93±0.01)。由图6(B)所示,与空白组相比,添加单一添加剂或复合添加剂的海水鱼丸,经过高温杀菌处理后均能够显著提升鱼丸硬度(P<0.05),且高温杀菌处理后同时添加卡拉胶和TG酶的海水鱼丸硬度最大(470.96±15.09 g)。张琳等[32]将魔芋多糖溶胶加入鱼丸中,研究发现最适条件下所得鱼丸硬度和弹性分别为535.02 g、0.923,此时鱼丸口感较好,与本文研究结果相似。在加工过程中,卡拉胶会吸水膨胀,能够填充于鱼糜内部空隙中,有助于鱼丸弹性和硬度的增加[33];TG酶能催化赖氨酸的ε-氨基和谷氨酸残基上的γ-酰胺基发生转酰胺反应,杀菌条件更有利于TG酶催化肌原纤维蛋白形成更多 ε-(γ-谷氨酰胺)赖氨酸共价交联键[34],促进鱼糜蛋白分子之间相互交联。因此,同时加入卡拉胶和TG酶,经高温杀菌处理后鱼肉蛋白质之间的交联作用会进一步加强,从而使鱼丸的弹性和硬度增加。

图6 外源添加剂对高温处理后海水鱼丸弹性(A)、硬度(B)的影响

2.6 外源添加剂对高温处理后海水鱼丸凝胶强度的影响

凝胶强度能够反映鱼丸的凝胶特性,是评价鱼丸品质的重要指标。如图7所示,高温杀菌前后空白组的海水鱼丸凝胶强度无显著性差异(P>0.05)。与空白组相比,添加单一添加剂或复合添加剂的海水鱼丸,经过高温杀菌处理后均能够显著提升鱼丸凝胶强度(P<0.05),且高温杀菌处理后单一添加TG酶和同时添加卡拉胶和TG酶的海水鱼丸均具有较好的凝胶强度,其凝胶强度分别为191.96±4.31、191.43±12.84 g。TG酶有助于肌原纤维蛋白之间的交联,使凝胶主体结构变得更加致密,从而改善鱼丸的凝胶特性[34]。同时添加卡拉胶和TG酶后,卡拉胶通过吸水膨胀,能够在高温下锁住更多的水分,卡拉胶和TG酶二者协同作用从而保持整个凝胶结构,提高鱼丸凝胶强度[33]。

图7 外源添加剂对高温处理后海水鱼丸凝胶强度的影响

2.7 外源添加剂对高温处理后海水鱼丸热稳定性的影响

差示扫描量热法(DSC)能够测定蛋白质的吸收峰,用以反映鱼丸蛋白的热稳定性变化[35]。在DSC图谱中,吸热峰值代表物质的变性温度,峰面积代表物质的焓变值,其表示蛋白质三级结构转变所吸收的热量和热稳定性,同时也反映了蛋白质分子的聚集程度[36]。图8所示为含有不同外源添加剂的海水鱼丸杀菌前后的差式扫描量热图谱。经过高温杀菌后,空白组的鱼丸焓变值下降了55.34 J/g,添加卡拉胶的海水鱼丸焓变值提高了17.3 J/g,添加TG酶的海水鱼丸焓变值没有明显变化,同时添加卡拉胶和TG酶的海水鱼丸焓变值提高了20.07 J/g。以上结果表明,与添加单一添加剂的海水鱼丸相比,添加复合添加剂的海水鱼丸焓变值增加幅度更显著,复合添加剂能够更好地提高海水鱼丸的热稳定性,使其具有较好的耐热性。这可能是由于同时加入卡拉胶和TG酶会使鱼丸中自由水被束缚在交联形成的网络中难以自由移动,导致蛋白质受水分子的作用效果减弱,并且高温条件下,卡拉胶和TG酶复配后能更好的诱导蛋白质之间的交联作用,从而使高温处理后海水鱼丸具有较好的热稳定性[37]。

图8 外源添加剂对高温处理后海水鱼丸热稳定性的影响

2.8 外源添加剂对高温处理后海水鱼丸微观结构的影响

扫描电子显微镜常被用于观察蛋白质的微观结构。如图9所示,经过高温杀菌后,空白组的鱼丸网络结构疏松,结构粗糙,空隙变大,这是由于高温处理能够破坏鱼肉肌原纤维蛋白之间的非共价键相互作用,导致离子键和疏水作用下降,二硫键和氢键的作用上升,从而使得蛋白质三、四级结构遭到较大程度的破坏,导致凝胶网状结构疏松[34]。添加卡拉胶或TG酶的海水鱼丸,杀菌前后均能够观察到鱼丸蛋白质的网络结构与对照组相比变得致密,这可能是由于卡拉胶与蛋白质之间静电交联诱导鱼丸凝胶网络结构增强[9],TG酶的催化作用加强了肌原纤维蛋白之间的交联,使凝胶内部的结合力增大[34],且在高温条件下更有利于外源添加剂发挥作用,从而形成了致密的网络结构。同时添加卡拉胶和TG酶,凝胶网络结构的规则性和致密性进一步增加,这表明同时添加卡拉胶和TG酶能够明显改善高温处理后海水鱼丸的微观形态,使其具有较好的弹性、硬度和凝胶强度,进一步验证了图6和图7的结论。

图9 海水鱼丸扫描电镜图(500×)

3 结论

通过单因素正交实验及卡拉胶、转谷氨酰胺酶(TG酶)或两者复配的添加量对高温杀菌后鱼丸品质影响的研究,最终确定鱼丸的最佳配方为:以海水杂鱼糜质量为基数,添加淀粉15%,大豆蛋白4%,食盐1%,姜粉1%,料酒3%,水40%,葱末3%,0.18%卡拉胶与0.42%TG酶混合物。添加复配比例为3∶7的卡拉胶与TG酶的混合物,能够提高高温杀菌后海水鱼丸的凝胶强度、硬度和弹性,并使海水鱼丸蛋白的热稳定性增强,减少海水鱼丸凝胶网状结构间的间隙,从而改善高温杀菌后海水鱼丸的食用品质,为热加工鱼糜制品的品质提升及工业化生产提供理论基础。