岳开华1，2，黄永春1，张业辉2，刘学铭2，张友胜2，陈之瑶2

（1.广西科技大学工程学院，广西 柳州 545006；2.广东省农科院蚕业与农产品加工研究所/农业部功能食品重点实验室/广东省农产品加工重点实验室，广东 广州 510610）



超高压处理对海鲈鱼鱼糜凝胶特性的影响

岳开华1，2，黄永春1，张业辉2，刘学铭2，张友胜2，陈之瑶2

（1.广西科技大学工程学院，广西 柳州 545006；2.广东省农科院蚕业与农产品加工研究所/农业部功能食品重点实验室/广东省农产品加工重点实验室，广东 广州 510610）

摘 要：以海鲈鱼鱼糜为原料，研究不同高压处理（100～500 MPa/10～50 min）条件对其凝胶特性的影响。结果发现经过超高压处理可以有效改善海鲈鱼鱼糜的凝胶特性，且在300 MPa或保压30 min鱼糜的凝胶强度、耐咀性、硬度、弹性和内聚性总体达到最佳。鱼糜凝胶的白度（W）和亮度（L*）随压力的升高和保压时间的延长而增加，且在500 MPa和保压40 min达到最高值。经高压处理后鱼糜的保水性和pH值较热处理相比都有所升高。苏木精-伊红（HE）染色法染色观察可知，普通热处理的鱼糜凝胶有较规则的网状结构，肌原纤维纤细；300 MPa高压处理的鱼糜凝胶的网状结构最为紧密，排列规则，有着较粗的肌原纤维骨架；500 MPa高压处理的凝胶网状结构大量破裂，肌原纤维大量聚集，排列变得不规则，凝胶特性大幅度下降。结果说明，与热处理相比，经超高压处理的鱼糜凝胶特性和色度有较大改善。

关键词：超高压；热处理；海鲈鱼；鱼糜；凝胶特性

近年来，鱼糜制品因其高蛋白、低脂肪、低热量、低胆固醇等优点，深受消费者的喜爱，各种鱼糜制品在我国已经有了快速广阔的发展空间，鱼糜制品的加工方式也呈现多样化。热处理是使鱼糜凝胶化最传统，最常用的方法之一，但热处理对于改善鱼糜凝胶特性仍不理想［1］。超高压食品加工技术是将食品真空包装后加压保持一定的时间，引起食品中非共价键的破坏或形成，使食品中发生微生物菌体破坏死亡、酶失活、蛋白质变性等变化，从而达到灭菌、改善食品品质以及延长保质期的目的［2］。超高压处理作为一种新型的加工技术因其对原料营养价值、色泽和天然风味具有独特的保护作用，已经成为当今的研究热点。Gipsy等［3］研究发现鱼糜经过超高压处理后其凝胶强度和白度得到大幅度提高。Pérez等［4］研究表明超高压可以有效改善鳕鱼的凝胶特性。相比之下，国内对于这方面的研究还处于初期阶段。

本试验以海鲈鱼鱼糜为原料，对超高压处理的海鲈鱼鱼糜凝胶特性、色度、保水性、pH以及微观凝胶结构进行研究，以便对超高压处理的后续研究以及对拓宽超高压处理技术在水产品加工中的应用提供有益参考。

1　材料与方法

1.1 试验材料

海鲈鱼，购自广州天河区世纪联华超市，活重750（±50）g；食盐，市售食用级；苏木精、伊红、无水乙醇、二甲苯等，均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司。

超高压设备（RLGY-600），温州贝诺机械有限公司；真空包装机（DZ-400-2D），温州市鹿城区黄龙华能机械厂；电热恒温水浴锅（SY21-Ni 4C），北京市长风仪器仪表公司；质构仪（TA-XT.Plus），英国 Stable Micro Systems公司；低温真空温斩拌机（MCR301 EZ-test NHY20），江阴市保利科研器械有限公司；色度仪（UltraScan VIS），美国Hunter Lab公司；冷冻切片机（M ICROM HM560），美国THERMO公司；荧光正置显微镜（Axio Scope A1），德国ZEISS公司。

1.2 试验方法

1.2.1 海鲈鱼鱼糜的制备 将海鲈鱼鱼体洗净后，去鳞、去内脏、去头、去尾、采肉，用绞肉机绞碎。加入4倍体积蒸馏水漂洗2次，再用0.3% NaCl盐水漂洗一次，每次漂洗2～3 min，静置除去杂质，用尼龙纱布袋挤压脱水。加入3%质量的食盐，用低温真空斩拌机擂溃10 min（1 000 r/min），取出后调节含水量至80%，将鱼糜紧密填充至塑料肠衣（直径25 mm），用铝箔袋真空包装，放置4℃冰箱中备用。

1.2.2 海鲈鱼鱼糜的超高压处理 将鱼糜分别于100、200、300、400、500 MPa压力下保压30 min，300 MPa压力下分别保压10、20、30、40、50 min，温度保持在25℃，取出后迅速用冰水冷却，于4℃冰箱中放置24 h后进行凝胶特性分析。

1.2.3 海鲈鱼鱼糜的热处理 对照组采用两段加热法（40℃/60 min+90℃/30 min）处理，加热后迅速用冰水冷却，然后将样品于4℃冰箱中放置24 h后进行凝胶特性分析。

1.2.4 凝胶特性测定 将制备好的凝胶切成30 mm的片段，采用P/5S球形探头，以1 mm/s的速度穿刺样品，触发力5 g，穿刺距离15 mm。穿刺曲线上的第一个峰为破断强度，对应的位移为凹陷度，两者的乘积为凝胶强度。TPA测试采用P/10柱形探头，压缩距离为15 mm，压缩速率1 mm/s。

1.2.5 色度测试 参照Zhang等［5］的方法测试。将鱼糜凝胶切成5 mm的薄片，用UltraScan VIS色差仪测定样品的L*、a*和b*值，每个处理3次重复。计算公式：

1.2.6 保水性测定 称取2 g鱼糜凝胶置于离心管中，在5 000 r/min下离心5 min，用滤纸吸干甩出水分后称重，重复3次。

1.2.7 pH测定 测试方法参照GB/T5009.45 -2003（水产品卫生标准的分析方法）测定。称取3 g鱼糜凝胶，切碎后加入30 mL双蒸水，均质后静置30 min后取滤液测定pH，重复3次。

1.2.8 鱼糜凝胶的微观结构 将4℃冰箱中放置24 h的鱼糜成5 mm×5 mm×3 mm的小块，包埋于OCT液（opti-mum cutting temperature compound）后，-22℃下冻藏20 min，采用MICROM HM560型冷冻切片机将其切成8 μm薄片，贴于载玻片上，通过HE染色法染色，光学显微镜50倍下观察。

试验数据采用Spass 17.0和Origin 9.0软件进行分析，Duncan多重比较检验法进行显著性分析。

2　结果与分析

2.1 不同高压处理条件对鱼糜凝胶强度的影响

从图1可以看出，鱼糜的凝胶强度随压力的升高显著增大，在压力300 MPa达到最大值889.22 g·cm，较热处理样品提高了59.61%，压力超过300 MPa后凝胶强度有所下降（P＞0.05），但明显高于热处理的凝胶强度。这是因为在高压作用下，蛋白分子链大量解链，蛋白分子内部结构改变，包括内部巯基基团的大量暴露、巯基基团之间的距离减小以及部分二硫键的断裂［6］。同时蛋白质分子内部部分旧化学键断裂，新化学键形成，使大分子的功能特性发生改变，更容易形成稳定的三维网状结构［7］。当压力超过300 MPa时，蛋白质变性过快，蛋白质分子间相互作用力减小，导致肌原纤维蛋白交联度降低而不利于凝胶网络结构的形成，从而使凝胶强度降低［8］。热处理的鱼糜凝胶强度小于200 MPa以上超高压处理的凝胶强度，这可能是因为鱼糜受热过程中，蛋白质变性不均匀，形成的不规则网络结构所致［7］。

图1　不同压力对海鲈鱼鱼糜凝胶强度的影响

图2　不同保压时间对海鲈鱼鱼糜凝胶强度的影响

表1　不同压力对海鲈鱼鱼糜凝胶特性的影响

由图2可知，随保压时间的延长，鱼糜凝胶强度大幅度提高，在30 min时达到最大值；随保压时间的继续延长，鱼糜的凝胶强度开始下降，但凝胶强度始终大于热处理的鱼糜。Romuald等［9］认为在300 MPa高压下鱼肉的内源性组织蛋白酶不仅不会失活，反而使其活性提高，使蛋白质分子部分降解，支撑凝胶网络结构的肌原纤维蛋白大分子部分断裂。由于在高压处理过程中，鱼糜凝胶强度取决于蛋白质交联和水解平衡作用的结果，因此，在保压30 min内，肌球蛋白重链的交联作用大于肌原纤维蛋白分子水解作用，鱼糜凝胶强度大幅度增加，超过30 min后，肌原纤维蛋白分子水解作用占主要作用，鱼糜凝胶强度有所下降。

2.2 不同压力对鱼糜凝胶特性的影响

从表1可以看出，鱼糜凝胶的弹性、内聚性、硬度和耐咀性均是先随着压力的升高而显著增大，且在300 MPa时达到最大值。随着压力的继续升高，鱼糜凝胶的弹性和硬度显著下降，内聚性和耐咀性也有所下降。弹性是衡量鱼糜品质的重要指标之一，是硬度、伸缩性以及粘性的综合体现，主要取决于鱼糜的凝胶特性，弹性较好的鱼糜制品才会有好的口感和商品价值［10］。内聚性表示样品经过第一次压缩变形后所表现出来的对第二次压缩的相对抵抗能力。经过高压处理后鱼糜内部二硫键部分断裂，肽链解开，蛋白构象发生改变，从而暴露更多的巯基基团，巯基含量增加和内部化学键重组，使内部键强度增强，极大提高了鱼糜凝胶的内聚性和弹性。超高压处理的鱼糜蛋白变性不完全，条件温和，所以较热处理的鱼糜相比其硬度较小［11］。但是压力过高会使凝胶内部化学键部分断裂，凝胶之间的交联度下降，导致其弹性和内聚性有所下降［10］。鱼糜凝胶的耐咀性与硬度和弹性呈正相关，耐咀性的大小可以反映鱼糜制品柔软或坚韧的程度，而且会影响消费者的口感，经300 MPa处理后，鱼糜凝胶的耐咀性最佳，但小于普通热处理的耐咀性。

2.3 不同保压时间对鱼糜凝胶特性的影响

如表2所示，鱼糜的凝胶特性随保压时间的延长有所改善，其中鱼糜凝胶的弹性和内聚性在保压20 min时达到最大值，分别为0.94和0.83，分别较对照组增加了59.32%和88.64%，与保压30 min的鱼糜凝胶弹性和内聚性变化不大（P＞0.05）。而鱼糜凝胶的硬度和耐咀性在保压30 min时达到最大值，当保压时间超过30 min后，凝胶的硬度和耐咀性显著下降。这是因为随保压时间延长，一方面蛋白质逐渐发生变性，蛋白质分双螺旋结构解离，使蛋白氢键、离子键等次级键破坏，导致蛋白质的二级以上的高级结构发生改变，解螺旋后的肌球蛋白按一定方式排列，与肌动蛋白形成肌动球蛋白，并连接成肌动球蛋白重链，逐渐形成均匀致密的凝胶网络结构［12］。另一方面内源性组织蛋白酶水解作用逐渐增强，撑凝胶网络骨架的蛋白质大分子链逐渐断裂，使凝胶特性下降，当保压时间超过30 min后，内源性组织蛋白酶水解作用占主导，使得鱼糜凝胶特性大幅度下降［13］。

表2　不同保压时间热处理对海鲈鱼鱼糜凝胶特性的影响

综上所述，300 MPa/30 min高压处理的鱼糜凝胶总体性能最好，压力过高或保压时间过长都不利于改善鱼糜凝胶特性。

2.4 不同高压处理条件对鱼糜凝胶色度的影响

一般来说，鱼糜的亮度值（L*）和白度值（W）越大，其可接受性也就越高。从表3可以看出，鱼糜经不同压力处理后，鱼糜的亮度值（L*）和白度值（W）随压力的升高而增加，在500 MPa时达到最大值，色泽最佳，且明显高于对照组。而黄度值（b*）随压力增加而降低，到500 MPa时减小至5.29，大大提高了鱼糜的可接受性。鱼糜的红度（a*）变化不显著。超高压处理使鱼糜凝胶结构更加致密，致密的凝胶三维网络结构会反射更多的光，使凝胶白度增加［14］。

表3　不同压力对海鲈鱼鱼糜凝胶色差的影响

从表4可以看出，鱼糜经不同保压时间处理后，鱼糜的亮度值（L*）和白度值（W）随保压时间延长显著增加，在保压40 min时达到最大值，保压时间过长会使L*和W有所减小。黄度值（b*）随保压时间的延长而减小，保压40 min后变化不显著。这与超高压处理下鱼糜蛋白内水分子重排，修饰了凝胶网络结构，蛋白质发生变性方式和程度不同有关。鱼糜黄度值的减小可能是经过高压处理后鱼糜色素氧化减弱，而且可以赋予鱼糜凝胶较好的白度和亮度［10］。

表4　不同保压时间对海鲈鱼鱼糜凝胶色差的影响

图3　不同压力对海鲈鱼鱼糜保水率和pH的影响

图4　不同保压时间对海鲈鱼鱼糜保水率和pH的影响

2.5 不同高压处理条件对鱼糜保水率和pH值的影响

保水性是评价大多数肉制品品质的一个重要指标，保水性差的肉制品，口感粗糙、切片性差、出品率低。从图3、图4可以看出，鱼糜的保水率随着压力的升高和保压时间的延长均呈现先上升后下降的趋势，在300 MPa和保压30 min时达到最大值，保水率分别高达92.34%和93.16%，较对照组分别上升9.19、10.01个百分点。保水性与鱼糜的结构有关，经超高压处理后可以有效提高鱼糜的保水性。鱼糜的pH值随着压力升高和保压时间的延长前期显著上升，压力超过400 MPa或保压时间超过30 min后鱼糜的pH值变化不显著。主要是因为在超高压下蛋白发生变性，蛋白分子链展开，碱性氨基酸类等碱性基团暴漏，与酸性物质反应使pH值升高。压力越高，保压时间越长，碱性基团暴露越多，经过加热后酸性基团大量减少，当压力到达400 Mpa或保压时间超过30 min后，鱼糜内部的碱性基团含量变化不大，所以pH值变化不明显［15-16］。

2.6 鱼糜凝胶的微观观察

常压水浴的鱼糜凝胶切片（图5A，封三）发现，其凝胶有着较规则的网状结构，但肌原纤维纤细，网状结构之间的空隙大；随施加压力的增加，鱼糜凝胶的肌原纤维变粗，细小的网络结构也变多，结构排列更加紧密；300 MPa高压处理的样品（图5D，封三），鱼糜凝胶的网状结构最紧密，排列规则，空隙小，有着较粗的肌原纤维骨架；400 MPa高压处理的样品（图5E，封三），结构排列虽然相对紧密，但鱼糜凝胶空隙变大，网状结构部分断裂，肌原纤维继续变粗，开始聚集；500 MPa高压处理的样品（图5F，封三），虽然肌原纤维排列紧密，但凝胶网状结构大量破裂，肌原纤维大量聚集，排列变得不规则，凝胶性能大幅度下降。由此可见，300 MPa高压处理的鱼糜凝胶效果最好。这是因为超高压下会使蛋白质分子展开，双螺旋结构解离，解螺旋后的肌球蛋白按一定方式排列，逐渐形成凝胶的立体网络结构，使鱼糜蛋白质三维网络结构越有序和均匀［17］。施加压力过高后，导致蛋白分子内部化学键断裂，鱼糜凝胶网络结构交联度降低，使凝胶性能下降［18］。

3　结论

与传统热处理相比，海鲈鱼鱼糜经过超高压处理后可以改善鱼糜的凝胶特性，其弹性、内聚性和凝胶强度大幅度提高，硬度降低，色泽明亮。总体分析，在压力300 Mpa及保压时间30 min后鱼糜凝胶的网状结构最紧密均匀，凝胶特性最好，随压力继续增大，保压时间的继续延长鱼糜凝胶的亮度和白度有所增加，保水率和pH值变化不大，但凝胶强度、弹性、内聚性、硬度等指标有所下降，不利于改善人们的口感。

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（责任编辑杨贤智）

Effects of ultra-high pressure treatment on gel properties of sea bass surimi

YUE Kai-hua1，2，HUANG Yong-chun1，ZHANG Ye-hui2，LIU Xue-ming2，

ZHANG You-sheng2，CHEN Zhi-yao2
（1.College of Biological and Chemical Engineering，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China；2.Sericultural & Agri-Food Research Institute，Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Functional Foods，Ministry of Agriculture/Guangdong Key Laboratory of Agricultural Products Processing，Guangzhou 510610，China）

Key words：ultra-high pressure； heat treatment；sea bass； surimi； gel property

Abstract：This paper was to evaluate the effects of different ultra-high pressure treatments （100-500 MPa/10-50 min） on the sea bass surimi gel properties，and compare the properties with traditional heat treated surimi gel.Results showed that the gel properties of sea bass surimi were drastically improved by ultra-high pressure treatment，and the gel strength，chewiness，hardness，springiness and cohesiveness achieved the best under the pressure of 300 MPa or holding 30 min under the pressure.The whiteness（W） and brightness （L*） of surimi gel increased with the increase of pressure or the extension of pressure holding time，and they reached the maximum under conditions of 500 MPa or 40 min pressure holding time.The water-binding ability and pH of sea bass surimi increased compared to the common heat treatment under ultra-high pressure treatment.According to hematoxylin-eosin（HE） dyeing result，the traditional heat treated surimi gel showed more regular network and slender myofibrillar，while the 300 MPa treated surimi gel had the tightest network structure and coarser muscle fiber skeleton.Moreover，when the pressure increased to 500 MPa，the network structure was seriously broken，the muscle fiber gathered and irregularly arranged，and the gel properties dramatically dropped.The above results indicated that ultra-high pressure treatment could greatly improve the gel properties and color of gel compared with the heat treatment.

中图分类号：S984.1

文献标识码：A

文章编号：1004-874X（2016）01-0111-06

收稿日期：2015-10-05

基金项目：国家高新技术计划项目（2013AA 1 02201-3）；广东省科技计划项目（2012B080701007）

作者简介：岳开华（1990-），男，在读硕士生，E-mail：tianshanqiyuan@163.com

通讯作者：黄永春（1974-），男，博士，副教授，E-mail：huangyc@yeah.net