2. 中国水产科学研究院南海水产研究所 农业农村部水产品加工重点实验室, 广东 广州 510300;
3. 珠海市之山水产发展有限公司, 广东 珠海 519100
海鲈鱼(Lateolabrax japonicus)属于鲈形目(Perciformes)鮨科(Serranidae)花鲈属(Lateolabrax),也称花鲈,是我国主要的养殖海水鱼类[1],2019年全国产量达18万t,广东省海鲈年产量约为9.40万t,约占全国年产量的52.22%[2],主要集中在有“中国海鲈之都”美称的珠海市斗门区。海鲈鱼富含蛋白质、多不饱和脂肪酸、维生素和矿物质[3],深受消费者的喜爱。突如其来的新冠肺炎疫情改变了人们的消费理念和模式,餐饮业中适合家庭简易烹煮的鱼类调理食品迅速兴起,特别是酸菜鱼系列产品越来越受到大众的喜爱。海鲈鱼肉洁白鲜甜且营养丰富,是制作酸菜鱼系列调理食品的优质鱼类[4]。但由于海鲈鱼肌肉呈蒜瓣形态,在切鱼小片时出现蛋白之间联结不紧密的问题,切片性差,遇沸水更易松散碎化,成为解决当前产业生产中遇到的“瓶颈”,提高海鲈鱼切小片后的品质,对于提高大宗养殖海鲈鱼产业的精深加工,促进产业发展具有十分重要的社会和经济意义。
当前,对于鱼肉的保鲜保水、碎肉重组鱼肉糜的研究较多,胥伟等[5]研究发现蛋清粉可以提高鲢鱼糜的凝胶性,紧密凝胶质地。PAN等[6]研究蛋清蛋白和β-环糊精对银鲤鱼肌原纤维蛋白结构和功能的影响,发现添加6.00%的蛋清蛋白和β-环状糊精可增加肌原纤维蛋白凝胶的黏弹性,增强凝胶网络紧密性,同时显著改善其水分流失,助力鱼肉嫩滑口感和持水性。郭培[7]研究发现添加明胶可以改善鱼糜制品的内部组织结构,其弹性和咀嚼性均有所升高,当添加浓度为6.67%明胶溶液的量不超过15.00%时,随着明胶溶液添加量的增加,鱼糜制品弹性增加,断面密实。
对于鱼片特别是鱼小片煮制过程易碎及煮后完整性的研究尚未有报道。谷氨酰胺转氨酶(全称为蛋白质-谷胺酰胺γ-谷氨酰胺基转移酶,简称TG酶)是一种酰基转移酶,可以催化形成G-L(Glu-Lys)键,并导致蛋白质之间的共价交联[8],以此改善肉制品结构。王嵬等[9]研究TG酶对金线鱼鱼糜3D打印效果的影响,发现当TG酶添加量为0.20%时,样品表面较为完整,鱼糜丝之间的连贯性和粘连程度较高。而鸡蛋清和明胶有助于提高产品的凝胶特性且富含蛋白,且可与TG酶、鱼肉发生相互作用。所以本研究通过单因素实验分析TG酶、鸡蛋清、明胶是否能提高海鲈鱼小片的完整性和耐煮性,并在此基础上,通过响应面法优化最佳的工艺配方和工艺技术,为海鲈鱼开发酸菜鱼等调理类食品提供技术依据。
1 材料与方法 1.1 原料和试剂鲜活的海鲈鱼,体质量为500~600 g,购自珠海强竞食品有限公司;明胶,为鱼皮明胶,冻力220 g,勃氏黏度4~8 mPa·s,透明度400~550 mm,食品级,购自湖北成丰化工有限公司;蛋清粉,食品级,购自北京依珊汇通科技有限公司;谷氨酰胺转胺酶,食品级,购自北京索莱宝科技有限公司。
1.2 仪器与设备LFRA-100质构仪,美国Brookfield公司;DC-P3全自动色差计,北京市兴光色差仪器公司;Phenom XL G2台式扫描电子显微镜,美国thermo公司。
1.3 实验方法 1.3.1 样品前处理用刀背将海鲈鱼击晕,刮去体表鳞片,沿着脊椎骨切至鱼尾的位置,取鱼片,用水将残留在鱼片表面的残血以及其他脏污清洗干净,再将鱼肉片切成0.5 cm厚的鱼小片,清水冲洗干净后沥干,将海鲈鱼小片与品质改良液按照质量体积比为10∶ 1混合均匀,置于0~4 ℃下保存。
1.3.2 品质改良液的单因素实验在0~4 ℃条件下,以1.3.1节处理好的海鲈鱼小片为原料,分别研究TG酶的添加量、明胶的添加量、蛋清粉添加量和浸渍时间对海鲈鱼小片的改良效果,并确定最佳条件。
(1) TG酶的添加量:明胶的添加量2.50%,蛋清粉添加量6.00%,浸渍时间6.00 h,考察TG酶的添加量(0、0.50%、2.00%、3.50%、5.00%、6.50%)对海鲈鱼小片品质改良的效果,判断TG酶的最佳添加量。
(2) 明胶的添加量:TG酶的添加量3.50%,蛋清粉添加量6.00%,浸渍时间6.00 h,考察明胶的添加量(0、0.50%、1.50%、2.50%、3.50%、4.50%)对海鲈鱼小片品质改良的效果,判断明胶的最佳添加量。
(3) 蛋清粉添加量:TG酶的添加量3.50%,明胶添加量2.50%,浸渍时间6.00 h,考察蛋清粉添加量(0、2.00%、4.00%、6.00%、8.00%、10.00%)对海鲈鱼小片品质改良的效果,判断蛋清粉的最佳添加量。
(4) 浸渍时间:TG酶的添加量3.50%,明胶添加量2.50%,蛋清粉添加量6.00%,考察浸渍时间(0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 h)对海鲈鱼小片品质改良的效果,判断浸渍的最佳时间。
1.3.3 响应面优化试验设计综合单因素的试验结果,采用BBD模型设计及原理,以TG酶添加量、明胶添加量和浸渍时间为响应变量,以硬度(Y1)和感官评分分数(Y2)为响应值,研究在(0±4) ℃、蛋清粉的添加量为6%的条件下,分析自变量及其交互作用对感官评分值和硬度的影响。
采用TexturePro质构分析仪及TA44平底圆柱形探头进行测定,测定模式选择质地多面剖析(TPA)模式,测试速度为0.50 mm/s,循环次数为2次,触发力负载为5.00 g,下压距离为5.00 mm,每组试验重复6次,去除最大值和最小值后取平均值。
1.3.5 色差的测定将海鲈鱼小片煮熟后吸水纸吸去表面水分,使用全自动色差仪检测鱼片的色差。样品的色差以L*、a*和b*表示,L*值表示黑白,数值越大表示越白;a*值表示红绿偏向(正值表示红色偏向,负值表示绿色偏向);b*值表示黄蓝偏向(正值表示黄色偏向,负值表示蓝色偏向),每组样品测定3次取平均值。
1.3.6 感官评定参考GB/T 16291.1—2012《感官分析选拔、培训与感官评价员一般导则第1部分:优选评价员》[10],选拔6名经过一定感官分析培训的人员,参照魏涯等[11]的方法对海鲈鱼小片煮制过程中耐煮性(20分)和煮后外观(20分)、质地(20分)和口感(30分)进行感官评价,具体评价标准见表 2,满分为100分,取平均值作为评价结果。
将样品切成小块,用2.50%戊二醛固定液浸泡24.00 h以上,再用0.10 mol/L磷酸缓冲液(pH 7.2)浸泡清洗20 min,重复4次。依次用体积分数为30%、50%、70%、90%、100%乙醇脱水15 min,最后用叔丁醇浸泡,每次15 min,重复3次。冷冻干燥后镀金,放在电镜中,通过电镜扫描观察鱼小片微观结构。
1.3.8 数据处理采用SPSS 20.0软件进行数据分析,用Tukey HSD比较检验分析均值差异显著性:P < 0.01为极显著,P<0.05为显著,P>0.05为不显著,结果以平均值±标准偏差表示;运用Design Expert 10.0.7对响应面数据进行分析。
2 结果与分析 2.1 TG酶添加量对海鲈鱼小片品质的影响海鲈鱼小片的耐煮性和是否易散的品质特点主要是通过硬度、弹性和咀嚼性等质构指标和感官评价来衡量。硬度指食品达到一定变形所需要的力或食品保持形状的内部结合力[12],弹性指样品变形之后恢复其原始状态的能力[13]。由表 3可见,随着TG酶添加量的增加,海鲈鱼小片的硬度和咀嚼性显著上升(P<0.05)。当TG酶添加量为3.5%时,硬度比空白组(添加量0)提高了2.1倍,而当添加量达到5.00%时,硬度与咀嚼性均达到最大值分别为255.50 g和2.30,比空白组(添加量0)提高了2.5倍和2.4倍;但继续再增大TG酶的添加量时,硬度和咀嚼性略有下降,这可能是因为TG酶催化蛋白转酰基反应使蛋白质(多肽)之间发生共价交联[14],形成稳定的凝胶网络,硬度、咀嚼性随之升高,但随着TG添加量增加,蛋白质底物不再增加,TG酶作用底物受限,硬度、咀嚼性趋于稳定,这与杨明柳等[15]研究结果相似。鱼小片的弹性随TG酶添加量的增加呈现先上升后下降的趋势,当TG酶添加量为3.50%时达到最大,相比于空白组弹性显著提高(P < 0.05)了1.7倍,这与SETIADI等[16]的结果一致,而此时鱼小片的感官评分最高为92.25分,说明感官评分和硬度、弹性有较强的相关性。
L*值越大表示样品越光亮,a*和b*偏大或者偏小对要求洁白的鱼肉色泽都不利。白度是L*值、a*值和b*值的综合体现,白度值越大,说明样品越白。总体来看,TG酶添加量对鱼小片色泽具有一定的影响。与空白组相比,当TG酶添加量为3.50%时,鱼小片L*值基本持平,b*值略有上升,但对白度值影响较小,这与KAEWPRACHU等[17]得到的结果相似。
感官评价结果表明鱼小片的耐煮性和是否易散与质构和色泽的变化规律呈正相关性。未添加TG酶的鱼小片感官评分最低,鱼片质地疏松,遇沸水极易分散碎化,耐煮性和成片性差。当TG酶的添加量从0.50%增加到3.50%,其感官评价分值也不断增高,但添加量在5%及以上时,感官评价分值迅速下降,与未添加TG酶的结果相近,这是因为TG酶添加量过大会影响鱼小片的味道。综上,TG酶的适宜添加量为3.50%。
2.2 明胶添加量对海鲈鱼小片品质的影响明胶是胶原蛋白部分水解的产物,是良好的凝胶蛋白[18],因无脂肪、高蛋白的特点,广泛应用于食品领域,由表 4可见明胶添加量对海鲈鱼小片品质有较大的影响。随着明胶添加量的升高,海鲈鱼小片的硬度逐渐升高,咀嚼性作为硬度的补充参数呈现相似的趋势[19],JONGJAREONRAR等[20]对彩虹笛鲷鱼肉凝胶强度进行分析也发现添加明胶可与TG酶发生交联,形成致密的凝胶网络结构,硬度会随之上升。弹性反映样品去除外界作用力后的恢复性能,与蛋白质网络结构变化有关,由此表明添加明胶能改变鱼肉的凝胶网络结构。弹性随添加量增加逐渐上升,但当添加量高于2.50%时,弹性值就不再增加且略有下降,但基本趋于稳定,这是因为随着明胶添加量的增加,凝胶网络体系内蛋白凝胶链的刚性程度也逐步增加,导致弹性降低[21]。
食品外观的颜色是影响消费者接受程度的重要指标之一,优质鱼小片的颜色应该是洁白有光泽的。表 4结果显示明胶添加对鱼小片的色泽有一定的影响,随着明胶添加量的增加,L*值、a*值、b*值均呈现缓慢上升趋势,但变化不显著(P>0.05)。这可能是由于明胶吸水溶胀,鱼小片中水含量增加导致光散射增加,L*值升高;b*值呈现升高的趋势,这可能与明胶本身略带微黄有关[22],但影响有限。感官评分值在明胶添加量为2.50%时最高,与空白组(添加量0%)相比,鱼小片香气浓郁、完整度较高、耐煮性较强、切面致密且富有弹性,因此明胶的添加量应选择为2.50%。
2.3 蛋清粉添加量对海鲈鱼小片品质的影响蛋清粉营养价值高、稳定性好,作为黏合剂可以和蛋白质基质相互作用,加强凝胶网络结构[23]。蛋清粉的添加可以促进巯基相互结合形成二硫键,或抑制组织蛋白酶的活性,致使凝胶结构中的空隙减少,交联更加紧密,凝胶网络结构的疏密程度与产品的硬度具有一定的相关性[24]。FELISBERTO等[25]研究发现产品的凝胶网络越紧密、肌纤维密度越高,产品的硬度越大,说明硬度在一定程度上可以反映产品的成片性。由表 5可知,随着蛋清粉添加量的增加,硬度和咀嚼性呈现上升的趋势,而弹性与硬度呈现负相关,先上升后下降。当蛋清粉添加量为6.00%时,添加组鱼小片的硬度、咀嚼性和弹性均优于空白组(添加量0)。
蛋清粉一般用来增强鱼糜的凝胶强度、白度和表面光滑程度[26]。由表 5可知:添加蛋清粉与空白组(添加量0)对于鱼小片的a*值没有显著影响(P>0.05),对b*值、L*值影响显著(P<0.05)。这与王强等[27]发现添加蛋清粉对鲊广椒肉丸a*值影响不大的结果相同。当添加量为10.00%时,海鲈鱼小片的b*比空白组(添加量0)明显增大,是因为蛋清粉的白度比鱼小片的白度低,添加过量后鱼小片颜色变黄,蛋清粉的添加对鱼小片的影响由量变引起质变。当蛋清粉添加量为6.00%时,硬度、咀嚼性、L*值相对较高,b*值较低,弹性最好。感官评价结果表明随着蛋清粉添加量的增加,分值越来越高,说明蛋清粉对鱼小片有较好的作用,当蛋清粉添加量为6.00%及以上时,感官得分趋于稳定。综合分析及结合生产成本考虑,蛋清粉的添加量宜为6.00%。
2.4 浸渍时间对海鲈鱼小片品质的影响品质改良液浸渍海鲈鱼小片的时间也是影响鱼小片品质的主要因素(表 6),浸渍时间在0~10.00 h时,硬度和咀嚼性随浸渍时间的延长呈现先升高后降低的趋势,而弹性则呈现波动性增加。引起这一变化的原因是浸渍初期,鱼肉蛋白没有与品质改良液发生充分交联,内部孔洞较多,缝隙较大,致使鱼肉硬度小、咀嚼性和弹性差[28],而随着浸渍时间的延长,鱼肉蛋白与品质改良液发生充分交联,缝隙联接紧密,硬度、咀嚼性和弹性均增大,又因为明胶吸水膨胀软化导致硬度降低。浸渍时间为6.00 h时,鱼小片硬度达到最大值202.17 g,比空白组(浸渍时间0 h)增加2.1倍;而咀嚼性也比空白组提高了107.41%,说明鱼小片黏结性明显提高,成片性得到改善。肉色是反映肉类品质最直观的指标[29],由表 6所知,随着浸渍时间的延长,L*最大为79.50,最小为78.77,这说明浸渍时间对于海鲈鱼小片的亮度没有显著影响。a*值代表红绿度,呈现下降后略微上升的趋势,这可能是因为新鲜鱼肉的表面会因为大量血红蛋白的聚集而呈现微红色,随着浸渍时间的增加,鱼肉中的血红蛋白和血红素会在酶和细菌的作用下逐渐氧化使红色变弱[30]。b*值显著增加,这可能是因为脂肪的氧化程度升高,氧化产生的醛和酮等羰基化合物增多,这些化合物能够和游离的氨基酸或者肽发生非酶褐变反应,促进了b*值的变化[31],武华等[32]在研究腌制鳙鱼小片在冷藏过程中品质变化规律时也得出了相似的结论。实验结果表明,与空白组相比,浸渍时间越长对鱼小片的白度影响越大,白度呈现下降的趋势。当浸渍时间在6.00 h时,对鱼小片的白度影响不大,但感官评分值最大,鱼小片耐煮性强,外观完整度高。综上所述,浸渍时间应选择6.00 h。
根据单因素实验结果,在蛋清粉添加量为6.00%时,分别对TG酶和明胶及浸渍时间对海鲈鱼小片品质影响条件进行优化。由表 7和表 8结果可见,在硬度数学模型中,一次项系数中TG酶添加量(A1)、明胶添加量(B1)、浸渍时间(C1)的偏回归系数显著(P < 0.05),说明3个因素对鱼小片的硬度有显著影响。交互项AB的偏回归系数极显著(P < 0.01),说明TG酶和明胶添加量的交互作用对鱼小片的硬度有极显著影响。二次项的偏回归系数均极显著(P < 0.01),说明二次项对鱼小片的硬度均具有极显著影响。因此剔除不显著项后即得硬度的表达式(1):
由方差分析可知,模型的失拟项(P=0.368 0)大于0.05,差异不显著,表明回归方程对数据的拟合充分,R2=0.988 1,RAdj2=0.972 9,因此模型拟合效果较好,可用该模型预测产品的硬度。
感官评分数学模型的方差分析(表 9)可知,一次项系数中A2和C2的偏回归系数显著极显著(P < 0.01),说明TG酶和浸渍时间两个因素对鱼片的感官评分具有极显著影响。交互项AB的偏回归系数极显著(P < 0.05),说明TG酶和明胶添加量的交互作用对鱼小片的感官评分有显著影响。二次项的偏回归系数均极显著(P < 0.01),说明二次项对鱼小片的感官评价均具有极显著影响。因此剔除不显著项后即得感官评价的表达式(2):
由方差分析可知,模型的失拟项(P=0.755 5)大于0.05, 差异不显著,表明回归方程对数据的拟合充分,R2=0.989 7,RAdj2=0.976 4,因此模型拟合效果较好,该模型用于预测海鲈鱼小片的感官评分是比较合理的。
由图 1可知,当明胶添加量不变时,随着TG酶添加量的增加,硬度和感官评分都增大,当TG酶添加量达到3.50%时,硬度和感官评分值达到最大值,继续增大TG酶的添加量,由于TG酶的作用底物不再增加,硬度变化趋势趋于平缓,感官评分也不再增加。
由图 2可知,当TG酶添加量不变时,随着浸渍时间的延长,硬度与海鲈鱼小片的感官评分都增大,当浸渍时间达到约6.00 h时,感官评分和硬度值均达到最大值。继续增加浸渍时间,鱼肉本身吸水导致硬度值降低,口感软烂导致感官评分降低。因此在整个过程中,随着浸渍时间的增加,感官评分呈现先增加后减小的趋势。
由图 3可知,当浸渍时间不变时,随着明胶添加量的增加,感官评分和硬度值都增大,当明胶添加量为2.50%时,硬度和感官评分值达到最大值,继续延长浸渍时间,因明胶量大吸水,鱼肉变软,导致感官评分和硬度值下降。因此在整个过程中,随着明胶添加量的增加,硬度值和感官评分值均呈现增大后减小的趋势。
对比硬度模型和感官评价模型二者无太大差异,以感官评分最大、硬度适中为目标,最终确定海鲈鱼小片品质改良工艺条件:TG酶的添加量为3.90%、明胶添加量为2.40%、浸渍时间为5.50 h,响应面预测的感官评分为95.39,响应面模型预测的硬度值为206.31 g。实验验证表明,海鲈鱼片的硬度为205.00 g,感官评分值为97.00分,产品耐煮且不易散,与理论预测值比较接近。说明模型的拟合度好,该工艺生产的鱼片连结性强、耐煮性好、完整度高,为海鲈鱼小片耐煮不易散的最佳工艺。
将未处理的海鲈鱼小片与最佳工艺处理后的海鲈鱼小片分别用扫描电镜观察微观结构,图 4为放大2 000倍的图像。图 4a中未处理组的海鲈鱼小片鱼肉组织结构松散无规则,孔隙大小不均,呈现无规则状态。图 4b中品质改良液处理组的海鲈鱼小片呈现略微粗糙且多孔的结构,形成的凝胶网络结构较为紧密、结实,这与KAEWPRACHU等[17]得到的结果相似,其发现TG酶加入后,胶原纤维蛋白发生交联,构象发生明显变化。这也说明因为海鲈鱼片经TG酶、明胶、蛋清粉所组成的品质改良液浸渍一定时间后,鱼小片的组织结构有明显的改善,交联形成多聚体促进微观网络结构更加稳定。由此表明,本研究开发的品质改良液配方和工艺对于改善鱼小片的成片性能是可行的,使得鱼小片耐煮不易散碎。
相比于猪肉、鸡肉,鱼肉质地疏松、肌纤维短、机械强度较差,特别是海鲈鱼鱼肉呈蒜瓣形,鱼肉水分含量较高,所以在切成小薄片时,遇沸水极易碎散,不能满足消费者对其食用品质的要求。而TG酶在蛋白质分子间或分子内催化酰基转移反应生成ε-(γ-谷氨酰)赖氨酸共价键,改善蛋白制品的凝胶强度、持水性等品质,被广泛用于肉制品加工,是国内外学者研究的重点[33]。明胶具有亲水性可提高凝胶基质中的水分,且价格低廉、来源广泛,添加于鱼糜制品中既能改善产品口感又能提高产品产值[34],且WANG等[35]研究TG酶诱导明胶-碳酸钙复合膜交联发现,当TG酶浓度为8.00 U/g时,薄膜拉伸强度达到最大值,说明TG酶诱导了明胶分子内部肽段产生强烈聚合。另外,蛋清粉作为一种黏合剂,增强凝胶强度,丰富产品营养价值[36]。明胶与蛋清粉均具有良好的成膜性[37],又富含蛋白质可与TG酶协同增效。故三者相结合必有助于海鲈鱼小片耐煮性和完整性的提高,本研究通过添加TG酶、明胶、蛋清粉,调整浸渍时间改善鱼小片质地,并获得最佳工艺条件:TG酶添加量3.90%、明胶添加量2.40%、蛋清粉添加量6.00%,浸渍时间为5.50 h,浸渍温度0~4 ℃,优化结果与杨鸿基等[38]研究的TG酶-酪蛋白酸钠-海藻酸钠凝胶体系改善调理牛排品质的报道基本一致。KAEWPRACHU等[17]研究TG酶对鱼肉肌原纤维蛋白膜特性的影响,当TG酶含量从0增加到4.00%时,肌原纤维蛋白膜的拉伸强度从7.16 MPa增加到13.10 MPa,断裂拉伸率从167.49%降低到85.61%。用本研究最佳品质改良液浸渍工艺技术处理后的海鲈鱼小片,其机械强度小于肌肉纤维膜强度,耐煮性强,煮后完整度高,外形美观,且色泽洁白、具海鲈鱼特有的香鲜气味、弹性适中,品质佳。该研究为用海鲈鱼加工火锅类、酸菜鱼类等社区类预制鱼产品提供了技术支撑。
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2. Key Lab of Aquatic Product Processing, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, Guangdong, China;
3. Zhi Shan Marineproducts Development Co., Ltd., Zhuhai 519100, Guangdong, China