劉富康,張柔佳,李鋒,2,3,曲映紅,2,3
解凍方式對(duì)冷凍魚(yú)糜解凍效果和凝膠特性的影響
劉富康1,張柔佳1,李鋒1,2,3,曲映紅1,2,3*
1. 上海海洋大學(xué)食品學(xué)院, 上海 201306 2. 上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心, 上海 201306 3. 農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室(上海), 上海 201306
本實(shí)驗(yàn)采取空氣解凍、微波解凍和射頻解凍三種解凍方式,以冷凍白姑魚(yú)糜為原料,研究不同解凍方式對(duì)冷凍魚(yú)糜解凍失水率、鹽溶蛋白含量、Ca2+-ATPase酶活力、凝膠形成能力和SDS-PAGE凝膠電泳的影響。結(jié)果表明:不同解凍方式對(duì)冷凍魚(yú)糜凝膠特性的影響有顯著性差異(<0.05)??諝饨鈨鰧?duì)冷凍魚(yú)糜的解凍效果最好,但耗時(shí)較長(zhǎng);微波解凍時(shí)間較短,但與其他解凍方式相比,解凍后的魚(yú)糜品質(zhì)最差(<0.05);射頻解凍效率較高,且與空氣解凍的魚(yú)糜品質(zhì)相比無(wú)顯著性差異(>0.05)。
冷凍魚(yú)糜; 凝膠; 解凍
白姑魚(yú)屬于石首魚(yú)科白姑魚(yú)屬,主要分布于熱帶、亞熱帶、暖溫帶的西北太平洋區(qū),包括中國(guó)南海、東海及黃海南部,是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)魚(yú)類之一。白姑魚(yú)除了鮮食外,將其加工成冷凍魚(yú)糜作為原料進(jìn)行再加工成為大大增加其附加值的有效方法。魚(yú)糜產(chǎn)量多年來(lái)呈上升趨勢(shì)2016年,我國(guó)魚(yú)糜制品產(chǎn)量155萬(wàn)t[1],比2015年增加了6.84%。解凍是魚(yú)糜制品加工中必不可少的步驟,國(guó)內(nèi)工廠常用的解凍方法為空氣解凍、流水解凍、低溫解凍及其它解凍方式,冷凍食品在解凍過(guò)程中會(huì)發(fā)生理化性質(zhì)的變化以及微生物繁殖,而這些變化對(duì)食品的品質(zhì)有直接影響,因此,解凍對(duì)冷凍食品最終品質(zhì)的好壞有重要影響。Chandirasekaran等[2]研究發(fā)現(xiàn)空氣解凍與靜水解凍較大程度上降低了牛肉的品質(zhì)。Xia[3]等研究發(fā)現(xiàn),微波解凍后的豬肉解凍失水率較大。Siriporn[4]研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)流水解凍(25 - 26 ℃)的冷凍尖吻妒魚(yú)肉比經(jīng)過(guò)空氣解凍(28 - 30 ℃)的冷凍魚(yú)肉的蛋白變性小。冷凍魚(yú)糜在解凍過(guò)程中存在汁液流失的現(xiàn)象,導(dǎo)致魚(yú)糜鹽溶性蛋白含量減少、失水等理化性質(zhì)的變化,進(jìn)一步影響魚(yú)糜的凝膠品質(zhì)。由于空氣解凍速度較慢,效率很低,因此需要引入新技術(shù),微波、射頻解凍的優(yōu)點(diǎn)在于速度快,但解凍效果有待研究。
無(wú)線電波在加熱領(lǐng)域的應(yīng)用由來(lái)已久,在食品領(lǐng)域研究最多的是微波和射頻。用于食品加熱的微波有兩種:一種頻率是2450 MHZ,一般用于家用微波爐,適合解凍體積小的凍品;另一種頻率為915 MHZ,穿透能力大,適合整體解凍。常用的多模微波加熱系統(tǒng),微波能量分布不均勻,動(dòng)態(tài)變化不可預(yù)知,易產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象[5]。為了減少微波解凍具有不均勻性的現(xiàn)象,本次實(shí)驗(yàn)采用的微波解凍設(shè)備特地做了優(yōu)化,采用了單模微波加熱系統(tǒng)。與多模微波加熱系統(tǒng)不同的是,單模微波加熱系統(tǒng)的腔體內(nèi)只存在一種駐波,將被加熱的物體放在腔體內(nèi)特定位置,達(dá)到較高的加熱速率。射頻穿透能力不如微波,但過(guò)熱現(xiàn)象不明顯,是替代傳統(tǒng)解凍方法的另一選擇。射頻技術(shù)在我國(guó)早有應(yīng)用,但主要應(yīng)用于輕工紡織[6]及醫(yī)藥行業(yè)[7],雖在食品領(lǐng)域有所研究,但主要集中在干燥[8-10],殺菌[11]等方面,對(duì)魚(yú)糜解凍的研究較少。本實(shí)驗(yàn)以冷凍魚(yú)糜為原料,研究空氣解凍、915 MHz微波及射頻解凍對(duì)冷凍魚(yú)糜蛋白特性和凝膠形成能力的影響,為射頻解凍在魚(yú)糜解凍領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
白姑魚(yú)糜,2017年10月購(gòu)于浙江舟山;腸衣:聚乙烯材料,直徑25 mm,市購(gòu);牛血清白蛋白,考馬斯亮藍(lán)G-250,生化級(jí);NaCl,三羥基氨基甲烷(Tris)、濃鹽酸,85%磷酸,十二烷基硫酸鈉(SDS),無(wú)水乙醇等,均為分析純。
TG16-WS臺(tái)式高速離心機(jī),湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司;AD200L-P高速分散均質(zhì)機(jī),上海昂尼儀器儀表有限公司;T6紫外可見(jiàn)分光光度儀,北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;TA.XT plus物性測(cè)試儀,北京超技儀器技術(shù)有限公司;HWS26型電熱恒溫水浴鍋,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;CORONA SH-1000紫外/可見(jiàn)全波長(zhǎng)酶標(biāo)儀,天美(中國(guó))科學(xué)儀器有限公司;Bio-Rad164-5050伯樂(lè)垂直電泳儀,伯樂(lè)生命醫(yī)學(xué)產(chǎn)品(上海)有限公司;915 MHz微波解凍設(shè)備,額定功率20 KW,南京三樂(lè)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司定制;專用射頻解凍設(shè)備,法國(guó)Sairem公司labotron12射頻解凍設(shè)備,頻率27.12 MHz, 額定功率12 kW,上海海洋大學(xué)熱加工中心射頻解凍實(shí)驗(yàn)室。
1.3.1 冷凍魚(yú)糜的解凍(1)空氣解凍將冷凍魚(yú)糜(30 cm×20 cm×5 cm)放置于空氣(25 ℃)下進(jìn)行解凍,將溫度計(jì)插入魚(yú)糜中心,5 h后中心溫度即可達(dá)到-2 ℃。
(2)微波解凍將冷凍魚(yú)糜(30 cm×20 cm×5 cm)放置于專業(yè)微波解凍設(shè)備(微波頻率915 MHz,解凍功率5 KW)解凍198 s中心溫度即可達(dá)到-2 ℃。
(3)射頻解凍將冷凍魚(yú)糜(30 cm×20 cm×5 cm)放置于專業(yè)射頻解凍設(shè)備(射頻頻率27.12 MHz,解凍功率4 KW)解凍10 min中心溫度即可達(dá)到-2 ℃。
(4)魚(yú)糜凝膠的制備凝膠制備工藝:魚(yú)糜解凍(不同解凍方式處理,2 kg)→擂潰(空擂5 min)→添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%氯化鈉,鹽擂20 min)→入腸衣定型(長(zhǎng)度為15 cm/根)→85 ℃水浴加熱1 h→冷卻至室溫→4 ℃冰箱保存12 h。
式中:為解凍損失率,%;1為解凍前魚(yú)糜質(zhì)量,g;2為解凍后魚(yú)糜質(zhì)量,g。
(6)鹽溶蛋白含量的測(cè)定參考邵懿[12]的實(shí)驗(yàn)方法。分別稱取2.0 g魚(yú)糜,加入20 mL pH 7.0,含有0.05 mol/L KCI的20 mmol/L Tris-maleate 緩沖液,高速均質(zhì)2 min,然后10000 r/min下離心10 min,以清除魚(yú)糜中的水溶性蛋白質(zhì)。將上清液棄去,在沉淀中再加人20 mL pH 7.0,含有0.6 mol/ L KCI的20mmol / L Tris-maleate 緩沖液,再充分均質(zhì)2 min。然后將樣品放在4 ℃冰箱中1 h,以提取鹽溶性蛋白,之后10000r/ min離心10 min,取上清液即為肌原纖維蛋白溶液。采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定。每組實(shí)驗(yàn)3個(gè)平行,結(jié)果取平均值。
(7)Ca2+-ATPase酶活力的測(cè)定取解凍好的魚(yú)糜2 g,按1:9的重量體積比加入對(duì)應(yīng)體積的PBS 緩沖液(0.01 M,pH=7.4),用高速勻漿器在低溫下充分勻漿。之后8000 r/min離心10 min,取上清液進(jìn)行檢測(cè)。Ca2+-ATPase酶活力測(cè)定參考魚(yú)ATP(ATPase)酶聯(lián)免疫分析測(cè)試盒(上海心語(yǔ)生物科技有限公司提供)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。每組實(shí)驗(yàn)3個(gè)平行,結(jié)果取平均值。
(8)取樣方法的選擇為減少實(shí)驗(yàn)誤差,分別在魚(yú)糜四周和中心取樣。
(9)魚(yú)糜凝膠形成能力的測(cè)定將用塑料腸衣定型的魚(yú)糜凝膠切段,每段高度為2.5 cm,使用直徑為5 mm球形探頭測(cè)定其凝膠強(qiáng)度、破斷力以及凹陷距離。凝膠強(qiáng)度等于破斷力與凹陷距離的乘積[3]。測(cè)定參數(shù)為測(cè)前速率0.1 cm/s、測(cè)試速率0.1 cm/s、測(cè)后速率1.0 cm/s、下壓距離1 cm。每組實(shí)驗(yàn)測(cè)10次,并求平均值。
(10)SDS-PAGE凝膠電泳參考Kudre等[13]的方法測(cè)定解凍后蛋白質(zhì)的變化。取魚(yú)糜凝膠2 g,切碎,按照固液比1:9加入5%SDS溶液,均質(zhì)2 min,85 ℃水浴加熱1 h,10000 r/min離心20 min,取上清液1:1加入蛋白上樣緩沖液,充分混合,沸水浴5 min。濃縮膠5%,分離膠10%,蛋白上樣量為10 μL,100 V恒壓下電泳2 h后,用考馬斯亮藍(lán)染色液染色30 min,再用脫色液脫至背景透明。
(11)數(shù)據(jù)處理采用Excel和SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,每次3個(gè)平行樣品,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示,顯著性以<0.05為顯著。
圖 1 解凍方式對(duì)冷凍魚(yú)糜解凍失水率的影響
注:不同的小寫字母表示有顯著性差異(<0.05)。
Note: Different lowercase letters indicate significant differences (<0.05)
解凍失水率能夠判定冷凍魚(yú)糜保水性的好壞,保水性是指肌肉組織通過(guò)物理方式截留大量水并阻止水滲出的能力,保水性越好,說(shuō)明肌肉組織的損傷越小。解凍方式對(duì)冷凍魚(yú)糜解凍失水率的影響如圖1所示??諝饨鈨龅聂~(yú)糜解凍損失率為7.2%,射頻解凍的魚(yú)糜解凍損失率為8.0%,微波解凍的魚(yú)糜解凍失水率為12.0%。射頻解凍與空氣解凍的魚(yú)糜解凍失水率無(wú)顯著性差異(>0.05)。空氣解凍的魚(yú)糜,溫度變化較為均勻緩慢,冰晶的融化速率慢,對(duì)肌肉細(xì)胞的細(xì)胞膜破壞較小,因此解凍失水率較?。簧漕l解凍均勻性好的特點(diǎn),使得魚(yú)糜樣品溫度分布較為均勻,魚(yú)肉細(xì)胞結(jié)構(gòu)較為完整,并未受到嚴(yán)重破壞,持水性較好。三種解凍方式中微波解凍的損失率最高,超過(guò)其它兩種解凍方式的50%以上,有顯著性差異(<0.05),這可能是因?yàn)槲⒉ń鈨鰰r(shí),物料溫度瞬間上升,內(nèi)外溫差較大,冰晶迅速融化,汁液快速流出,造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞,肌肉持水力下降[14]。Ngapo TM及余小領(lǐng)等人研究發(fā)現(xiàn),解凍速率對(duì)汁液損失率呈正相關(guān),解凍速率越大,汁液損失越大[15,16],與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。
魚(yú)肉蛋白可分為三類:鹽溶性的肌原纖維蛋白、水溶性的肌漿蛋白和不溶性的基質(zhì)蛋白,肌原纖維蛋白是魚(yú)糜具有彈性的重要因素。魚(yú)肉蛋白的變性主要是由肌原纖維蛋白變性引起的,和其它兩種蛋白關(guān)系很小[17]。鹽溶性蛋白含量的變化是水產(chǎn)品蛋白質(zhì)變性的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo),解凍方式對(duì)冷凍魚(yú)糜鹽溶性蛋白含量的影響如圖2所示??諝饨鈨?、射頻解凍、微波解凍的魚(yú)糜鹽溶蛋白含量分別為1.87 mg/mL、1.75 mg/mL和1.63 mg/mL,微波解凍的冷凍魚(yú)糜的鹽溶性蛋白含量顯著低于其它兩種解凍方式(<0.05)。微波解凍的冷凍魚(yú)糜鹽溶蛋白含量最低,可能是由于微波瞬時(shí)加熱導(dǎo)致能量聚集,魚(yú)糜局部溫度過(guò)高導(dǎo)致了鹽溶性蛋白質(zhì)變性,形成了大分子的不溶性蛋白[18];另外,解凍失水率過(guò)高,導(dǎo)致魚(yú)肉保水性降低,魚(yú)糜含水量減少,微波能量的擴(kuò)散更加不均勻,進(jìn)一步加劇了“過(guò)熱現(xiàn)象”,鹽溶性蛋白含量減少明顯;空氣解凍和射頻解凍加熱魚(yú)糜,魚(yú)糜升溫較為均勻,這兩種解凍方式處理過(guò)的魚(yú)糜鹽溶蛋白含量無(wú)顯著性差異(>0.05)。
Ca2+-ATPase酶活力來(lái)自于肌原纖維中的肌球蛋白,肌原纖維中Ca2+-ATPase含量是衡量魚(yú)肉肌原纖維蛋變性的重要指標(biāo)之一[19],解凍方式對(duì)冷凍魚(yú)糜Ca2+-ATPase酶活力的影響如圖3所示。空氣解凍的魚(yú)糜Ca2+-ATPase酶活力最高,達(dá)到5905 μmol Pi/L·min,射頻解凍的魚(yú)糜Ca2+-ATPase酶活力次之,達(dá)到5841 μmol Pi/L·min,微波解凍的冷凍魚(yú)糜的Ca2+-ATPase酶活力最差,為5516 μmol Pi/L·min。微波解凍的冷凍魚(yú)糜的Ca2+-ATPase酶活力顯著低于其它兩種解凍方式(<0.05)。射頻解凍的冷凍魚(yú)糜Ca2+-ATPase酶活力與空氣解凍無(wú)顯著性差異(>0.05)。由于鹽溶性的肌原纖維蛋白較容易變性,Ca2+-ATPase酶活力來(lái)自于肌原纖維中的肌球蛋白,而酶活性受溫度影響較大,過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致酶失活,微波解凍存在過(guò)熱現(xiàn)象,經(jīng)測(cè)魚(yú)糜最高溫度達(dá)到50 ℃,使部分蛋白升溫過(guò)高,肌原纖維蛋白變性,從而使微波解凍的冷凍魚(yú)糜的Ca2+-ATPase酶活力最低。空氣解凍和射頻解凍的魚(yú)糜,溫度分布較為均勻,而且射頻解凍局部過(guò)熱的溫度不會(huì)太高[20],經(jīng)測(cè)魚(yú)糜最高溫度為18 ℃,對(duì)魚(yú)糜中的Ca2+-ATPase酶活力影響較小。
圖2 解凍方式對(duì)冷凍魚(yú)糜后鹽溶蛋白含量的影響
圖3 解凍方式處理冷凍魚(yú)糜后Ca2+-ATPase酶活力的影響
魚(yú)糜凝膠形成能力是評(píng)價(jià)魚(yú)糜凝膠特性的重要指標(biāo),它對(duì)魚(yú)糜制品食用時(shí)的口感有重要影響。魚(yú)糜凝膠形成能力可由凝膠破斷力、凝膠凹陷距離和凝膠強(qiáng)度三個(gè)指標(biāo)體現(xiàn)。魚(yú)糜的凝膠強(qiáng)度等于破斷力和凹陷距離的乘積,凝膠強(qiáng)度越強(qiáng),說(shuō)明魚(yú)糜的品質(zhì)越好。不同解凍方式對(duì)冷凍魚(yú)糜的凝膠強(qiáng)度的影響見(jiàn)表1。
表1 不同解凍方式對(duì)冷凍魚(yú)糜的凝膠形成能力的影響
從表中數(shù)據(jù)可知,空氣解凍的冷凍魚(yú)糜制成的魚(yú)糜凝膠的破斷力最大,達(dá)到519.48±25.21 g,射頻解凍的魚(yú)糜其凝膠破斷力稍小,為477.26±30.41 g,而微波解凍的魚(yú)糜其凝膠破斷力最小,為465.76±32.14 g;空氣解凍、射頻解凍和微波解凍的冷凍魚(yú)糜制成的魚(yú)糜凝膠的凹陷距離分別為9.47±0.36 mm、9.11±0.25 mm和8.83±0.43 mm;空氣解凍、射頻解凍和微波解凍的冷凍魚(yú)糜制成的魚(yú)糜凝膠的凝膠強(qiáng)度分別為492.72±38.81 g/cm、435.09±36.39 g/cm和413.59±40.09 g/cm??諝饨鈨龅聂~(yú)糜其凝膠強(qiáng)度比微波解凍的魚(yú)糜高19%,比射頻解凍的魚(yú)糜高13%,顯著性分析結(jié)果表明,不同解凍方式處理的冷凍魚(yú)糜制成的魚(yú)糜凝膠的凝膠強(qiáng)度差異顯著(<0.05)。微波解凍的冷凍魚(yú)糜制成的凝膠的破斷力、凹陷距離以及凝膠強(qiáng)度均最小,這可能是由于微波解凍較劇烈,魚(yú)糜表面失水嚴(yán)重和局部溫度過(guò)高導(dǎo)致魚(yú)糜蛋白變性,鹽溶性蛋白減少,最終影響魚(yú)糜凝膠的形成。射頻解凍的冷凍魚(yú)糜制成的魚(yú)糜凝膠品質(zhì)要好于微波解凍的冷凍魚(yú)糜。雖然射頻解凍也存在過(guò)熱效應(yīng),但由于過(guò)熱的面積小以及局部過(guò)熱的溫度不會(huì)太高,因此對(duì)魚(yú)糜的凝膠強(qiáng)度影響較小[21]。
由圖4可知,經(jīng)微波解凍的魚(yú)糜其凝膠(3號(hào)條帶)肌球蛋白重鏈(MHC)明顯比空氣解凍和射頻解凍的魚(yú)糜凝膠窄;空氣解凍的魚(yú)糜其凝膠(1號(hào)條帶)肌球蛋白重鏈和射頻解凍的魚(yú)糜凝膠(2號(hào)條帶)差別不大;三種解凍方式處理的魚(yú)糜其凝膠肌動(dòng)蛋白(Actin)條帶變化不明顯。MHC條帶越寬,說(shuō)明肌球蛋白含量越高。SDS-PAGE凝膠電泳圖說(shuō)明空氣解凍和射頻解凍的魚(yú)糜肌原纖維蛋白含量要高于微波解凍的魚(yú)糜,微波解凍的魚(yú)糜肌原纖維蛋白變性更加嚴(yán)重,與本實(shí)驗(yàn)其它測(cè)定指標(biāo)的結(jié)果一致。
圖4 魚(yú)糜凝膠SDS-PAGE圖
注:0-標(biāo)準(zhǔn)蛋白;1-空氣解凍魚(yú)糜凝膠;2-射頻解凍魚(yú)糜凝膠;3-微波解凍魚(yú)糜凝膠
Note : 0-marker; 1-natural air thawing of surimi gel; 2-radio frequency thawing of surimi gel; 3-microwave thawing of surimi gel.
本實(shí)驗(yàn)采用空氣解凍、微波解凍以及射頻解凍三種解凍方式,對(duì)冷凍魚(yú)糜進(jìn)行解凍,并通過(guò)對(duì)魚(yú)糜解凍效果以及魚(yú)糜凝膠特性的測(cè)定,比較三種解凍方式的優(yōu)劣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,解凍方式對(duì)冷凍魚(yú)糜品質(zhì)的影響有顯著性差異(<0.05)。通過(guò)空氣解凍的魚(yú)糜整體品質(zhì)優(yōu)于其它兩種解凍方式處理的魚(yú)糜,但耗時(shí)較長(zhǎng),效率低下。微波解凍效率高,但由于出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象,魚(yú)糜整體品質(zhì)最差。射頻解凍處理過(guò)的魚(yú)糜效率雖不及微波,但過(guò)熱現(xiàn)象較弱,相比微波解凍更加溫和,而且比空氣解凍更加高效。綜上所述,空氣解凍依然是保持冷凍魚(yú)糜良好品質(zhì)較好的方法,而射頻解凍則適合在工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用,微波解凍設(shè)備仍需在減少過(guò)熱現(xiàn)象方面做進(jìn)一步改進(jìn)。
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Influence of Thawing Ways on Thawing Effects and Gel Properties of Frozen Surimi
LIU Fu-kang1, ZHANG Rou-jia1, LI Feng1,2,3, QU Ying-hong1,2,3*
1.201306,2.201306,3.,201306,
In this experiment, air thawing, microwave thawing and radio frequency thawing were used to thaw surimi.The effects of different thawing methods on thawing effectiveness and gel properties of frozen surimi were compared with freezing thawing loss rate, salt soluble protein content, Ca2+-ATPase enzyme activity, gel forming ability and SDS-PAGE gel electrophoresis. The results showed that the effects of different thawing methods on the gel properties of frozen surimi were significantly different (<0.05).Air thawing had the best thawing effect on frozen surimi, but it took longer time.The time of microwave thawing was shorter, but the quality of thawed surimi was the worst compared with other thawing methods (< 0.05).The efficiency of radio frequency thawing was higher, and there was no significant difference in surimi quality between radio frequency thawing and air thawing (> 0.05).
Frozen surimi; gel; thawing
TS254.1
A
1000-2324(2019)04-0681-05
2018-01-30
2018-03-27
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31571866)
劉富康(1990-),男,碩士研究生,從事水產(chǎn)品加工與貯藏方向研究. E-mail:mxiaotiao@163.com
Author for correspondence. E-mail:yhqu@shou.edu.cn