關(guān)志強(qiáng)， 馬超鋒， 李 敏， 任婷婷

(廣東海洋大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，廣東 湛江 524088)

羅非魚是中國南方養(yǎng)殖規(guī)模較大的品種之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，2016年總產(chǎn)量達(dá)到17萬t，其產(chǎn)品常采用冷凍的方式銷往國外。冷凍產(chǎn)品在運輸、銷售過程中常因蛋白質(zhì)冷凍變性和“脫水現(xiàn)象”引起持水力下降，從而降低感官品質(zhì)，給冷凍羅非魚進(jìn)一步深加工帶來了極大的挑戰(zhàn)[1]。磷酸鹽作為優(yōu)良的保水劑，不僅可以減少冷凍產(chǎn)品加工過程中的汁液流失，還可以改善肌肉嫩度，提高出品率，在水產(chǎn)品凍藏保鮮方面應(yīng)用較多[2-3]。研究表明，多聚磷酸鹽完全水解會降低蛋白質(zhì)水合能力[4]；同時，磷酸鹽添加量不能超過0.5%，否則會使肉制品產(chǎn)生難聞的金屬澀味和肥皂味[5]。貯藏過程中，其沉淀作用也會導(dǎo)致水產(chǎn)品表面出現(xiàn)“雪花”和“結(jié)晶”現(xiàn)象[6]，食用后會誘發(fā)心腦血管疾病[7]。因此，開發(fā)無磷保水劑，解決磷酸鹽超標(biāo)引起的安全問題具有一定的現(xiàn)實意義。研究發(fā)現(xiàn)，檸檬酸鈉、木糖和殼聚糖對水產(chǎn)品都有一定的保水性能[8-10]。由于無磷保水劑價格較高，在一定程度上制約了其大范圍的推廣應(yīng)用。

低場核磁共振(LF-NMR)通過檢測質(zhì)子在磁場中的弛豫性來獲取食品中水分遷移和肌肉微觀結(jié)構(gòu)變化的信息。由于其在檢測前無需對樣品進(jìn)行預(yù)處理，靈敏度高，對樣品損傷小等特點，已被廣泛用于魚糜制品水分狀態(tài)的檢測中[11- 12]，但利用LF-NMR研究羅非魚片保水性的報道較少。本研究結(jié)合LF-NMR的檢測技術(shù)，分別以檸檬酸鈉、木糖和殼聚糖對凍藏羅非魚片的持水性進(jìn)行研究，再通過正交復(fù)配試驗，旨在尋找一種可以替代磷酸鹽的復(fù)合無磷保水劑配方。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羅非魚購于湛江市工農(nóng)市場；尼龍真空蒸煮袋購于上海易諾包裝材料有限公司；檸檬酸鈉(A)、木糖(B)、水溶性殼聚糖(C)(脫乙酰度為96.1%)、復(fù)合磷酸鹽(0.2%焦磷酸鈉，0.2%三聚磷酸鈉，0.1%六偏磷酸鈉) 均為食品級，購于河南千志商貿(mào)有限公司。試驗設(shè)備包括HHS型恒溫水浴鍋(上海博迅實業(yè)有限公司)、AUY220型分析天平(日本島津儀器有限公司)、MicroMR核磁共振交聯(lián)密度儀(上海紐邁電子科技有限公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品預(yù)處理

選用鮮活羅非魚，條重1 kg左右，去內(nèi)臟、去皮、去骨，切割成6 cm×5 cm×1 cm(厚)大小的片狀，稱重；在4 ℃溶液(表1)中浸泡1 h，應(yīng)確保魚片全部浸入浸泡液，每隔15 min攪拌一次，瀝干，稱重，然后進(jìn)行真空包裝，并于-20 ℃條件下凍藏15 d。以復(fù)合磷酸鹽溶液浸漬作為對照組，蒸餾水浸漬作為空白組。

表1 保水劑種類及質(zhì)量濃度

1.2.2 單因素實驗設(shè)計

保水劑種類及質(zhì)量濃度見表1。以浸泡增重率、解凍損失率、蒸煮損失率、弛豫時間T2為檢測指標(biāo)，最終確定單個保水劑的最佳使用質(zhì)量濃度。

1.2.3 正交實驗設(shè)計

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，以浸泡增重率、解凍損失率、蒸煮損失率為指標(biāo)，進(jìn)行L9(34)正交實驗，其因素水平見表2。

表2 正交實驗因素水平表

1.2.4 浸泡增重率測定

取出浸泡好的魚片，瀝干至無液滴滴下，用濾紙吸去表面水分并稱重，每個樣品3個平行處理，取平均值。

(1)

式中：W1—浸泡增重率，%；m1—浸泡后魚片質(zhì)量，g；m2—浸泡前魚片質(zhì)量，g。

1.2.5 解凍損失率測定

將凍藏15 d后的凍羅非魚片流水解凍，瀝干，然后用濾紙擦去表面水分，稱重并記錄，每個樣品3個平行處理，取平均值。

(2)

式中：W2—解凍損失率，%；m3—鮮魚片質(zhì)量，g；m4—解凍后魚片質(zhì)量，g。

1.2.6 蒸煮損失率測定

將解凍后的魚片裝入鋁箔蒸煮袋中，用真空包裝機(jī)密封，然后放入65 ℃水浴鍋中蒸煮15 min[13]，取出冷卻至室溫，用濾紙吸干樣品表面水分并稱重，每個樣品3個平行處理，取平均值。

(3)

式中：W3—蒸煮損失率，%；m5—蒸煮前魚片質(zhì)量，g；m6—蒸煮后魚片質(zhì)量，g。

1.2.7 弛豫時間T2測定

應(yīng)用紐邁臺式脈沖NMR分析儀進(jìn)行NMR自旋，并測量自旋弛豫時間(T2)。取規(guī)格為1 cm×1 cm×1 cm、質(zhì)量約為2 g的羅非魚肉放入直徑17 mm的核磁管中。測試參數(shù)：分析磁體線圈10 mm，測量溫度32 ℃，起始脈沖寬度5.0 μs，結(jié)束脈沖寬度35.0 μs，累加步長1.0 μs，射頻信號頻率主值SF1=22 MHz，射頻信號頻率偏移量O1=840 152.79 Hz，重復(fù)采樣間隔時間TR=1 000 ms，90°脈寬P1=13 μs，180°脈寬P2=26 μs，采樣點數(shù)TD=1 024，采樣頻率SW=200 kHz，回波時間TE=300 μs，回波個數(shù)NECH=5 000，重復(fù)采樣次數(shù)NS=4，采樣起始點控制參數(shù)D3=80 μs，迭代次數(shù)RT=100 000。每個樣品做3個平行。

1.2.8 質(zhì)構(gòu)測定

采用二次擠壓質(zhì)構(gòu)分析法(TPA)測定羅非魚片的質(zhì)構(gòu)。測定參數(shù)：力量感應(yīng)元大小為1 000 N，探頭升高到距樣品表面12 mm，形變量50%，檢測速度60 mm/min，起始力0.5 N。每個處理做3個平行，重復(fù)測量3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 不同保水劑對羅非魚片浸泡增重率的影響

由圖1可知，經(jīng)不同保水劑合適質(zhì)量濃度處理的羅非魚片浸泡增重率均有所提高。木糖處理的浸泡增重率最高為4.99%，高于對照組的2.38%，可能是因為木糖是多羥基醛糖，通過毛細(xì)血管力等作用滲透到肌肉中，與蛋白質(zhì)發(fā)生作用，擴(kuò)大了肌原纖維的結(jié)構(gòu)空間，從而使更多的水分滲入魚肉肌纖維間隙中[14]。檸檬酸鈉和殼聚糖浸泡增重效果顯著，一定濃度范圍內(nèi)浸泡增重率高于對照組。檸檬酸鈉在質(zhì)量濃度2.0%時，浸泡后質(zhì)量明顯增加，浸泡增重率高達(dá)7.54%。張雪瑩等[10]研究發(fā)現(xiàn)，檸檬酸鈉質(zhì)量濃度0.2%時，浸泡增重率可達(dá)4.76%。浸泡增重率是反映魚肉保水性的重要指標(biāo)之一。檸檬酸鈉保水作用機(jī)理主要表現(xiàn)在兩個方面：一是借助二價金屬離子與魚肉中金屬離子螯合后釋放的羧基間的排斥作用，引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，從而提高其保水性；二是檸檬酸鈉顯堿性，可提高魚肉體系的pH，也可使體系離子強(qiáng)度增大，易導(dǎo)致肌球蛋白溶膠狀態(tài)的形成，最終提高魚肉保水性[15]。殼聚糖在質(zhì)量濃度2.0%時，浸泡增重率最高，為5.33%，可能是殼聚糖與蛋白質(zhì)間的交聯(lián)作用優(yōu)化了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，使形成的凝膠空間結(jié)構(gòu)更加緊密，有助于吸附更多的水分，并引起羅非魚片質(zhì)量增加[16]。這與白青云等[17]的報道一致，適量的殼聚糖有助于提高肌肉的保水性。

圖1 不同質(zhì)量濃度不同保水劑對羅非魚片浸泡增重率的影響

2.1.2 不同保水劑對羅非魚片蒸煮損失率的影響

魚肉肌肉組織常因冷凍過程中形成的不規(guī)則冰晶的擠壓而變形收縮，從而導(dǎo)致截留水分的能力降低。解凍時肌肉蛋白也會因汁液流失而變性，高溫蒸煮過程中變性蛋白質(zhì)更易發(fā)生聚集和熱變性，進(jìn)一步降低持水力，并最終加劇質(zhì)量損失[18- 19]。由圖2可知，不同質(zhì)量濃度不同保水劑處理的羅非魚片蒸煮后質(zhì)量都有所損失，但都低于對照組(損失率最高為16.65%)。檸檬酸鈉和殼聚糖對羅非魚片蒸煮損失率的影響基本一致，都呈先降低后升高的趨勢。檸檬酸鈉在質(zhì)量濃度2.0%時達(dá)到“谷值”，為3.84%，可能是該質(zhì)量濃度條件有助于魚肉中肌原纖維蛋白數(shù)目的增加，高溫作用下蛋白質(zhì)發(fā)生變性，致使一部分水和脂質(zhì)被滯留在魚肉中，從而有效阻止了肌肉中水分的流失[20]。3.0%殼聚糖浸泡過的羅非魚片蒸煮損失率為14.27%，是殼聚糖浸泡組中汁液流失最少的組。羅贊艷等[21]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)0.1%殼聚糖溶液浸漬或噴涂處理的冷鮮牛肉蒸煮損失率顯著低于對照組(P<0.05)，說明殼聚糖對降低羅非魚片蒸煮損失率有一定的效果。木糖處理過的羅非魚片蒸煮損失率變化基本呈上升趨勢，當(dāng)木糖質(zhì)量濃度為0.1%時，蒸煮損失率為本組最低，蒸煮損失率達(dá)到10.96%，可能是因為木糖中的-OH與水分子中的-H結(jié)合比較緊密，從而降低蒸煮過程中水分的損失。

圖2 不同質(zhì)量濃度不同保水劑對羅非魚片蒸煮損失率的影響

圖3 不同質(zhì)量濃度不同保水劑對羅非魚片解凍損失率的影響

2.1.3 不同保水劑對羅非魚片解凍損失率的影響

解凍損失率是衡量羅非魚肌肉保水性的重要指標(biāo)之一[22]。由圖3可知，對照組羅非魚片解凍損失率為8.14%。當(dāng)檸檬酸鈉質(zhì)量濃度為1.0%時，羅非魚片解凍損失率低至2.96%。李莎莎等[23]研究發(fā)現(xiàn)，添加0.4%檸檬酸鈉的冷凍魚糜解凍損失率最小，保水效果顯著(P<0.05)；張崟等[24]也有相似的結(jié)論。這可能是因為檸檬酸鈉螯合了Ca2+、Mg2+等離子，形成的肌纖維空間結(jié)構(gòu)更緊密，有效阻止了解凍過程帶來的水分流失。木糖質(zhì)量濃度為0.1%時，木糖組解凍損失率最低，為4.49%，與浸泡增重率、蒸煮損失率的結(jié)果一致?？赡苁悄咎墙档土肆_非魚片的解凍速率，使細(xì)胞間隙的冰晶在緩慢融化過程中可充分地被重新吸附到細(xì)胞中去，從而有效緩解了解凍時因細(xì)胞膜破裂造成的水分流失現(xiàn)象[25]。殼聚糖質(zhì)量濃度為4.0%時，解凍損失率降至4.98%。解凍后羅非魚片質(zhì)量減輕不僅與解凍時的汁液流失有關(guān)，還與凍藏過程中的干耗相關(guān)，“干耗”現(xiàn)象主要由冰晶升華或水分的蒸發(fā)引起[26]。王玲等[27]研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖冰衣可有效降低蝦肉凍藏過程中的干耗和解凍時的汁液流失，本研究結(jié)果與其一致。

2.1.4 不同保水劑對羅非魚片中不同狀態(tài)水分子含量的影響

經(jīng)不同保水劑處理的羅非魚片橫向弛豫時間T2圖譜如圖4～圖6所示。

圖4 添加檸檬酸鈉的羅非魚片弛豫時間T2曲線譜圖

圖5 添加殼聚糖的羅非魚片弛豫時間T2曲線譜圖

圖6 添加木糖的羅非魚片弛豫時間T2曲線譜圖

添加保水劑的羅非魚片肌肉中含有3種不同狀態(tài)的水分子：結(jié)合水T20(0～1 ms)，可移動水T2a(400～1 500 ms)，游離水T2b(40～60 ms)。其中，T2a存在于蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)中，含量最高，占90%左右。它反映了魚肉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對水分的滯留能力，T2a越短，說明水分受到的束縛力越強(qiáng)，流動性就越低，峰的位置越靠左，從而提高了肌肉的保水性[28]。T20、T2a、T2b各峰與橫坐標(biāo)圍成的積分面積所占的百分比為各狀態(tài)水分的含量，分別記為A20、A2a、A2b。由表3可知，對照組A2a為96.63%，可能是凍藏過程中魚肉組織機(jī)構(gòu)部分遭到破壞，束縛力降低。添加保水劑后，羅非魚片A2a都有所升高。其中，1.0%檸檬酸鈉處理組上升顯著，高達(dá)97.47%(P<0.01)。楊文鴿等[29]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)0.5%檸檬酸鈉漂洗的帶魚魚糜凝膠可移動水含量顯著高于空白組和單一NaCl、CaCl2組以及復(fù)合漂洗組(P<0.05)。這可能是因為檸檬酸鈉溶液促進(jìn)了由肌原纖維結(jié)構(gòu)松弛引起的親水基團(tuán)“裸露”進(jìn)程，從而使水分在親水基團(tuán)作用下滯留在凝膠立體結(jié)構(gòu)中。木糖浸漬處理的羅非魚片A2a基本呈下降趨勢，當(dāng)質(zhì)量濃度0.1%時達(dá)到峰值97.33%。殼聚糖處理組樣品A2a均高于對照組，當(dāng)質(zhì)量濃度4.0%時，A2a可升至97.08%。周然等[30]研究證明，微酸性電解水和羧甲基殼聚糖聯(lián)用，可減弱水蜜桃果肉呼吸強(qiáng)度和自由水的散失，貯藏44 d后依舊可以看到清晰的果皮組織。研究表明，肌肉的組織結(jié)構(gòu)對其持水性和水分子狀態(tài)都有一定的影響[31]。肌肉的持水性主要依靠肌漿蛋白分子、水分子極化基團(tuán)間引力作用截留水分，其中，大部分水分被吸附在細(xì)胞膜內(nèi)的肌漿中，少部分通過毛細(xì)管力被滯留在肌纖維細(xì)胞膜外，又被肌束膜緊緊包圍，流動性降低[32]；也有研究認(rèn)為，由肌原纖維膨脹引起的肌絲空間擴(kuò)大，同樣可以提高持水力[33]。

表3 不同保水劑預(yù)處理對凍藏羅非魚片水分分布的影響

注：同一列小寫字母表示不同處理組間的顯著性差異(P<0.01),下同

2.2 正交實驗結(jié)果

根據(jù)表2單因素實驗結(jié)果，設(shè)計正交實驗并進(jìn)行優(yōu)化(表4)。由表4可知，極差R越大，表明對應(yīng)因素對結(jié)果影響越大。3種無磷保水劑對指標(biāo)的影響主次順序均為C>B>A，即殼聚糖>木糖>檸檬酸鈉。浸泡增重率越大，魚肉持水性越強(qiáng)，而解凍損失率、蒸煮損失率越高，魚肉持水性越差，從而降低食用品質(zhì)。因此，羅非魚片最佳的復(fù)合無磷保水劑配方如果以浸泡增重率為指標(biāo)就是A1B2C1，若以解凍損失率為指標(biāo)就是A1B2C2，若以蒸煮損失率為指標(biāo)便是A2B2C3。魚肉受熱過程中最明顯的變化就是質(zhì)量減輕，引起這種變化的主要原因是肌肉受熱收縮擠出水分而造成嚴(yán)重的水分流失，即脫水現(xiàn)象，同時也伴隨少量的脂肪分解產(chǎn)物、小分子含氮化合物的溶出。在生產(chǎn)過程中，蒸煮損失率是著重考察的指標(biāo)，它與產(chǎn)品出品率密切相關(guān)。而A1B2C2蒸煮損失率遠(yuǎn)高于A2B2C3，首先排除前者的保水劑配方組合。另外，A1對浸泡增重率和解凍損失率較優(yōu)，應(yīng)優(yōu)先選擇。因素C對浸泡增重率、解凍損失率、蒸煮損失率的影響都是最大的，結(jié)合弛豫曲線選擇C3，因素B對三者影響最優(yōu)水平均為B2。因此，羅非魚片復(fù)合無磷保水劑配方為A1B2C3，即0.5%檸檬酸鈉、0.2%木糖、3.0%殼聚糖。該組合不在9組試驗之列，需進(jìn)行驗證試驗。

2.3 驗證試驗

驗證結(jié)果見表5。

表4 正交實驗直觀分析

表5 驗證試驗

羅非魚片經(jīng)0.5%檸檬酸鈉、0.2%木糖、3.0%殼聚糖組成的復(fù)合無磷保水劑處理后，浸泡增重率、解凍損失率、蒸煮損失率整體優(yōu)于正交實驗組，與蒸餾水處理差異顯著(P<0.01)。經(jīng)復(fù)合無磷保水處理的樣品，其解凍損失率、硬度分別為2.17%、2.5 N，均優(yōu)于傳統(tǒng)復(fù)合磷酸鹽處理組與蒸餾水處理的樣品。與后者相比，浸泡培重率提高53.14%，解凍損失率降低52.1%，其蒸煮損失率降低44.55%，硬度提高31.6%。與復(fù)合磷酸鹽處理組相比，各指標(biāo)提升幅度范圍在13.56%～44.09%，可以較好的取代復(fù)合磷酸鹽保水劑，并具有較好的保水性能。

3 結(jié)論

(1)從單因素出發(fā)研究了檸檬酸鈉、木糖、殼聚糖三種保水劑對凍藏羅非魚片保水性能的影響，結(jié)果表明，經(jīng)三種保水劑浸漬處理后，凍藏羅非魚片的保水性能有較大程度的改善，且隨著保水劑濃度不同，其保水效果有差異。三種保水劑對羅非魚片都有良好的保水效果，一定濃度范圍內(nèi)優(yōu)于未處理組。

(2)LF-NMR結(jié)果顯示了經(jīng)單一無磷保水劑處理的羅非魚片肌肉組織內(nèi)部三種狀態(tài)水分子含量變化，其中，1.0%檸檬酸鈉、0.1%木糖、4.0%殼聚糖處理的羅非魚片A2a峰值分別為97.47%、97.33%、97.08%，進(jìn)一步從微觀結(jié)構(gòu)上說明適量無磷保水劑可提高羅非魚片的持水性。

(3)通過正交優(yōu)化實驗，獲得無磷保水劑的復(fù)配方案為0.5%檸檬酸鈉、0.2%木糖、3.0%殼聚糖。在優(yōu)化復(fù)配方案下使用時，凍藏羅非魚片浸泡增重率、蒸煮損失率、質(zhì)構(gòu)特性均優(yōu)于復(fù)合磷酸鹽和蒸餾水處理組。因此，該復(fù)合無磷保水劑的使用可彌補(bǔ)由復(fù)合磷酸鹽不良反應(yīng)引起的食品安全問題，對未來替代復(fù)合磷酸鹽具有一定的優(yōu)勢。

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