張 彪，易 寬，張 微，林 峻 鑫，李 冬 梅，2，3

(1.大連工業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧 大連 116034；2.大連工業(yè)大學(xué) 國家海洋食品工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連 116034；3.大連工業(yè)大學(xué) 海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，遼寧 大連 116034)

0 引 言

殺菌是罐頭生產(chǎn)中最重要關(guān)鍵控制點(diǎn)，通過殺滅容易引起腐敗的微生物如肉毒桿菌和脂肪芽孢桿菌及其芽孢等，使食物達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間保存和增加風(fēng)味的目的。常用的殺菌方法有加熱殺菌[1]、高壓殺菌[2]、微波殺菌[3]等，其中熱殺菌是最傳統(tǒng)、也是應(yīng)用最廣泛的殺菌方法。熱力殺菌強(qiáng)度F值是指在特定的致死溫度下將一定數(shù)量的某種微生物全部殺死所需的時(shí)間[4]，121 ℃的殺菌溫度下使得嗜熱脂肪芽孢桿菌死亡，累計(jì)致死率下降5個(gè)對(duì)數(shù)單位[5]，確定F0制定殺菌公式達(dá)到商業(yè)無菌的目的。

熱殺菌會(huì)影響罐頭產(chǎn)品的風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)以及水分狀態(tài)[6]。食品中的水分含量及其狀態(tài)與食品加工和貯藏時(shí)的結(jié)構(gòu)特性及穩(wěn)定性密切相關(guān)[7]。低場(chǎng)核磁技術(shù)(LF-NMR)采集到樣品信號(hào)峰面積僅與樣品所含有水的質(zhì)子數(shù)相關(guān)，可以通過弛豫時(shí)間快速準(zhǔn)確的獲得分子的動(dòng)力學(xué)信息，在測(cè)定時(shí)不需要破壞和污染樣品，已廣泛應(yīng)用于食品加工的品質(zhì)監(jiān)控，如熱加工[8]、凍藏[9]、干制[10]等，但很少有關(guān)于熱殺菌條件下的罐頭水分遷移規(guī)律與品質(zhì)關(guān)系的研究。

本實(shí)驗(yàn)使用LF-NMR和磁共振成像(MRI)技術(shù)研究不同的熱殺菌條件對(duì)鲅魚罐頭水分狀態(tài)的影響，分析水分遷移規(guī)律與魚肉品質(zhì)之間的關(guān)系。監(jiān)測(cè)魚肉在不同熱殺菌條件下的pH、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)及硫代巴比妥酸值(TBA)、質(zhì)構(gòu)、色澤指標(biāo)的變化。通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察魚肉的微觀結(jié)構(gòu)。利用偏最小二乘法回歸(PLSR)模型分析將LF-NMR應(yīng)用于預(yù)測(cè)魚肉罐頭殺菌后品質(zhì)的可能性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鲅魚(Scomberomorusniphonius)，遼寧省大連市新長(zhǎng)興市場(chǎng)采購，儲(chǔ)存于實(shí)驗(yàn)室-18 ℃凍藏室，每次實(shí)驗(yàn)前取樣。醬汁中包含大料、桂皮、香葉、花椒、食鹽、糖、味精、淀粉等調(diào)味品，均來自大連當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)。

ASQ-81J電炸爐，廣州市艾士奇電器科技有限公司；C100包裝機(jī)，德國Multivac公司；ZM-100反壓滅菌鍋，廣州標(biāo)際包裝設(shè)備有限公司；MesoQMR23-060H核磁共振分析儀，蘇州(上海)紐邁電子科技有限公司；SevenCompact S210-B pH計(jì)，梅特勒-托利多國際貿(mào)易(上海)有限公司；UV-5100B紫外可見分光光度計(jì)，上海元析儀器有限公司；K9840全自動(dòng)凱氏定氮儀，山東海能科學(xué)儀器有限公司；UltraScan PRO色差儀，美國亨特聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室有限公司；TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro System公司；JSM-7800F掃描電鏡儀，日本東京電子株式會(huì)社。

1.2 方 法

1.2.1 鲅魚罐頭制作工藝流程

冷凍鲅魚→4 ℃冷藏室解凍→取肉(去皮、去頭、去內(nèi)臟、去骨)→魚肉切塊(20 mm×20 mm×15 mm)→油炸(170 ℃，2 min)→裝袋→調(diào)味(魚塊和醬汁質(zhì)量比為3∶7)→封口→殺菌→冷卻→測(cè)定

1.2.2 熱殺菌處理

整個(gè)殺菌過程中的殺菌強(qiáng)度F0可以通過式(1)得到。

(1)

式(1)中：t為殺菌時(shí)間，s；θ為殺菌溫度，℃；θref為參考溫度，121 ℃；Z=10 ℃

一般殺菌式表示為

(t1-t2-t3)/θ

(2)

式(2)中：t1為升溫時(shí)間，min；t2為恒溫時(shí)間，min；t3為降溫時(shí)間，min；θ為殺菌溫度，℃。

縮短升溫和降溫的時(shí)間盡量減小此階段對(duì)整個(gè)殺菌過程的影響。升溫時(shí)間控制在11 min，利用反壓裝置控制降溫時(shí)間在8 min。設(shè)計(jì)4組恒溫殺菌的溫度-時(shí)間組合(11-80-8min/115℃)、(11-50-8min/117℃)、(11-32-8min/119℃)、(11-20-8min/121℃)，其等效殺菌程度均為F0=20 min。

1.2.3 LF-NMR和MRI測(cè)定

水分子中氫質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)特征利用低場(chǎng)核磁共振分析儀來檢測(cè)，質(zhì)子共振頻率(SF)為21 MHz，測(cè)量溫度為32 ℃。將處理完成的樣品吸干表面水分，放置于直徑40 mm的樣品管中，磁場(chǎng)強(qiáng)度0.5 T，測(cè)量溫度為32 ℃，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

橫向弛豫時(shí)間T2采用CPMG序列進(jìn)行測(cè)定。測(cè)試條件參數(shù)：采樣頻率[2]200 kHz，開始采樣時(shí)間(RFD)0.02 ms。90°脈沖時(shí)間(P1)12 μs，180°脈沖時(shí)間(P2)25 μs，重復(fù)間隔時(shí)間(TW)4 000 ms，回波個(gè)數(shù)(NECH)2 000，累計(jì)采樣次數(shù)(NS)8，模擬增益(RG1)20 dB，數(shù)字增益(DRG1)3 dB，最后在Multi Exp Inv Analysis軟件反演獲得T2圖譜，對(duì)各峰面積進(jìn)行累計(jì)積分得到峰面積。其中，迭代次數(shù)為105次，弛豫時(shí)間的范圍為0.01～1 000 ms。

對(duì)樣品進(jìn)行MRI成像分析，采用SE脈沖序列獲得樣品的T2加權(quán)成像。成像的主要參數(shù)設(shè)置：視野范圍(FOV)100 mm×100 mm，主頻21 MHz，90°射頻脈寬2.8%，180°射頻脈寬4.9%，重復(fù)時(shí)間1 200 ms，回波時(shí)間19 ms。設(shè)定層數(shù)1，選層寬度5 mm，選層厚度2 mm。獲取魚肉樣品的剖面信息，質(zhì)子密度圖經(jīng)Horos Mac軟件處理，形成偽彩圖進(jìn)行分析。

1.2.4 質(zhì)構(gòu)測(cè)定

使用質(zhì)構(gòu)分析儀對(duì)魚塊的質(zhì)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定參數(shù)包括硬度、彈性、咀嚼性、回復(fù)性、黏聚性。測(cè)定參數(shù)：測(cè)定模式TPA，探頭型號(hào)P6，測(cè)前速率2.00 mm/s，測(cè)試速率1.00 mm/s，測(cè)后速率1.00 mm/s，壓力為5 N，壓縮深度30%，時(shí)間間隔5 s，壓縮2次，6個(gè)平行樣品，取平均值。

1.2.5 pH測(cè)定

參考GB 5009.237—2016方法，每50 mL蒸餾水中含有魚肉5 g，3個(gè)平行樣品，取pH平均值。

1.2.6 TBA測(cè)定

取凍干后的魚肉樣品10 g，研細(xì)，加50 mL 7.5%的三氯乙酸(含0.1% EDTA)，15 000 r/min勻漿30 s，再過濾。取5 mL濾液，加入5 mL 0.02 mol/L的TBA溶液，30 min沸水浴。取出后流水冷卻10 min。4 ℃、8 000 r/min離心10 min，取上清液。在532 nm處測(cè)定反應(yīng)溶液的吸光度。

1.2.7 TVB-N測(cè)定

參照GB 5009.228—2016方法測(cè)定TVB-N。

1.2.8 色度測(cè)定

使用測(cè)色儀測(cè)定加工處理前后的魚塊樣品，通過測(cè)定CIE模型的亮度(L*)、紅綠值(a*)及黃藍(lán)值(b*)進(jìn)行色澤分析，3個(gè)平行樣品。

1.2.9 SEM測(cè)定

參考Krystyna[11]的方法，將處理好的樣品用刀片切成邊長(zhǎng)5 cm的正方體，在2.5%戊二醛溶液中固定24 h，用0.1 mol/L磷酸鹽緩沖溶液清洗3次，再用30%、50%、70%、90%、100%乙醇逐級(jí)脫水，每次脫水20 min。將樣品進(jìn)行冷凍干燥，噴金，通過掃描電鏡儀進(jìn)行觀察。

1.2.10 商業(yè)無菌檢測(cè)

參照GB 4789.26—2013方法進(jìn)行商業(yè)無菌檢測(cè)。

1.2.11 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果與討論

2.1 T2弛豫時(shí)間分析

弛豫時(shí)間體現(xiàn)了魚肉樣品內(nèi)部氫質(zhì)子的狀態(tài)，與氫質(zhì)子的自由度及其所受的束縛力相關(guān)，能直接反應(yīng)水分子的分布情況。圖1顯示了T2弛豫時(shí)間分布情況，從圖1中可以看出，新鮮樣品、油炸后尚未殺菌的樣品以及不同殺菌時(shí)間的罐頭樣品，均出現(xiàn)了3個(gè)弛豫峰，殺菌后的4組樣品相比油炸后的樣品，T22弛豫時(shí)間均下降，說明高溫殺菌會(huì)增加肌原纖維對(duì)不易流動(dòng)水的束縛力，原因可能是熱殺菌使凝膠體系中蛋白質(zhì)的超微結(jié)構(gòu)和剪切模量改變，外水化層的水分子部分移動(dòng)被限制[12]。4組殺菌條件中，弛豫時(shí)間的峰值T2隨著殺菌溫度的升高略有降低，但變化并不顯著(P>0.05)，說明在相同F(xiàn)下，殺菌溫度和時(shí)間對(duì)水的束縛力的影響較小。

T21,結(jié)合水；T22,不可移動(dòng)水；T23,自由水圖1 不同熱殺菌條件下鲅魚的T2弛豫圖譜Fig.1 Spin-spin relaxation spectra (T2) of mackerel sterilized at different conditions

不同的殺菌條件結(jié)合水比例變化并不顯著(P>0.05)。不易流動(dòng)水的比例從89.50%顯著下降到86.74%(P<0.05)，而自由水從6.58%顯著上升至8.70%(P<0.05)。說明熱殺菌過程中，T22不易流動(dòng)水可以向T23自由水轉(zhuǎn)化[13]，自由水含量升高。殺菌溫度由121 ℃降低到115 ℃時(shí)，At由602.22減小到563.66，變化顯著(P<0.05)，說明在相同的F下，殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，魚肉的持水率降低，水分含量越低，對(duì)魚塊肉質(zhì)的影響越大。

2.2 MRI分析

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，魚塊內(nèi)部的水分分布并不均勻，可能鲅魚結(jié)構(gòu)不均勻使得受熱不均導(dǎo)致，外部的凝膠結(jié)構(gòu)相比內(nèi)部更容易受到破壞，水分從邊緣開始流失。圖2(a)和圖2(d)相比，信號(hào)弱，亮度低，說明殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，水分向外遷移越多，不易流動(dòng)水與自由水的總含量越低，魚肉的保水性越小。說明高溫短時(shí)殺菌有利于增加保水性，而保水性的高低可直接影響肉的品質(zhì)[14]。

圖2 不同熱殺菌條件鲅魚的T2加權(quán)磁共振圖像Fig.2 T2 weighted magnetic resonance images of mackerel sterilized at different conditions

2.3 質(zhì)構(gòu)分析

由圖3(a)、(b)可知，殺菌溫度為115 ℃時(shí)的樣品硬度和咀嚼度最高。圖3(d)、(e)中119 ℃時(shí)樣品彈性和回復(fù)性達(dá)到最大值，黏聚性隨著殺菌溫度的升高逐漸升高，在121 ℃殺菌時(shí)達(dá)到最大。高溫加熱改變肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)從而影響質(zhì)構(gòu)特性，在相同的F下，殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，過度加熱可能引起蛋白質(zhì)的變性收縮，硬度和咀嚼度增大，彈性與回復(fù)性也隨之減小，這可能就是由于魚肉的保水性降低而導(dǎo)致。

(a) 硬度

2.4 理化指標(biāo)分析

由圖4(a)可以看出，熱殺菌后魚肉的pH較油炸后均有顯著降低(P<0.05)。殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，pH越低?？赡苁窃陂L(zhǎng)時(shí)間的高溫條件下加熱，蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆變性，溶解度下降，容易發(fā)生水解[15]。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，水解程度的加深，使得pH降低。脂肪在高溫下的水解與氧化對(duì)pH改變也有重要影響[16]。

(a) pH

(a) 11-80-8min/115℃

(a) 硬度

由圖4(b)可以看出，熱殺菌后魚肉的TBA值較油炸后均有顯著降低(P<0.01)。原因有兩種：一是TBA受到其他醛類、褐變產(chǎn)物和氨基酸等的干擾[17]，和氧化的蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)反應(yīng)生成類似的化合物，影響了吸光度的檢測(cè)[18]；另一個(gè)原因是丙二醛本身具有非常強(qiáng)的生物活性，能與氨基酸中的氨基及殘基反應(yīng)，引起蛋白交聯(lián)，使得其含量降低[19]。F相同時(shí)，所有殺菌條件下的TBA值的變化并不顯著。

由圖4(c)可以看出，當(dāng)121 ℃殺菌時(shí)，樣品的TVB-N值為49.13 mg/kg，而當(dāng)115 ℃殺菌時(shí)，樣品TVB-N值顯著增大(P<0.01)。高溫高壓使蛋白質(zhì)變性加劇，部分被破壞的氨基酸進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為堿性含氮物質(zhì)[20]。結(jié)果表明，當(dāng)F相同時(shí)，殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，蛋白質(zhì)受破壞的程度越大，TVB-N值越高。

由圖4(d)可以看出，121 ℃ 殺菌的樣品L*顯著高于其他(P<0.05)，顏色更亮。115 ℃處理的a*顯著高于其他(P<0.05)，顏色更紅。121 ℃殺菌樣品顯著高于其他樣品的b*(P<0.05)，顏色更黃。相同的F下，殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，顏色越深。

2.5 掃描電鏡(SEM)分析

如圖5所示，在相同F(xiàn)下，4種肌纖維的微觀結(jié)構(gòu)仍然存在較為明顯的差異。高溫短時(shí)能夠更好的保持魚肉的微觀結(jié)構(gòu)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失減少。這與Krystyna觀察到蒸煮牛肉結(jié)締組織的結(jié)構(gòu)變化與肌內(nèi)膠原蛋白的溶解度和肉的結(jié)構(gòu)特性的變化相一致[11]。

2.6 LF-NMR與熱殺菌品質(zhì)特征的相關(guān)性分析

表1為L(zhǎng)F-NMR與各品質(zhì)特征的pearson相關(guān)系數(shù)，結(jié)果用r表示，r越接近1，表示兩者相關(guān)性越高。A22和質(zhì)構(gòu)中的硬度(r=0.924)，咀嚼度(r=0.934)及回復(fù)性(r=-0.842)顯著相關(guān)，和顏色中的L*(r=-0.950)，a*(r=0.856)及b*(r=-0.887)顯著相關(guān)。A23和硬度(r=-0.764)，咀嚼度(r=-0.743)及L*(r=0.768)均有顯著的相關(guān)性。At與咀嚼度(r=0.926)，硬度(r=0.910)顯著正相關(guān)，回復(fù)性(r=-0.841)呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)。A22、A23、At能夠很好地反映質(zhì)構(gòu)的變化規(guī)律。At、b*(r=-0.877)和L*(r=-0.938)表現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，與a*(r=0.847)表現(xiàn)顯著正相關(guān)。其他理化指標(biāo)與T21、T22、T23、A21的相關(guān)性不高。Steen等[21]認(rèn)為橫向核磁共振弛豫法是測(cè)定鱈魚肉糜冷凍后質(zhì)構(gòu)變化和預(yù)測(cè)鱈魚肉餅最終質(zhì)構(gòu)質(zhì)量的有效方法。結(jié)果表明，L*和硬度表現(xiàn)出了較高的相關(guān)性。

表1 在相同F(xiàn)下殺菌的鲅魚樣品的NMR弛豫參數(shù)與各理化指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Tab.1 Correlation coefficients between NMR and physicochemical indexes of mackerel samples sterilized with the same F

2.7 PLSR建立L*和硬度的預(yù)測(cè)模型

表2為PLSR模型使用內(nèi)部交叉驗(yàn)證的參數(shù)。由PCR殘余方差模型得到L*模型的最佳因子數(shù)為3，硬度模型的最佳因子數(shù)為2。

表2 熱殺菌鲅魚L*和硬度的PLSR模型參數(shù)Tab.2 The parameters of PLSR models using the mackerel’s L* and hardness after sterilized

2.8 商業(yè)無菌檢測(cè)

所有實(shí)驗(yàn)組樣品在37 ℃保溫箱中貯藏10 d未出現(xiàn)脹袋、漏袋現(xiàn)象；與對(duì)照組樣品的pH相差0.3(<0.5)為不顯著差異；感官檢驗(yàn)未檢出有腐敗跡象；涂片鏡檢沒有微生物有明顯的增值現(xiàn)象。

綜上判斷，所有樣品均符合商業(yè)無菌要求。

3 結(jié) 論

鲅魚罐頭殺菌過程中，當(dāng)F值不變時(shí)，殺菌時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)降低魚肉的保水性，不易流動(dòng)水向自由水轉(zhuǎn)化，總的峰面積逐漸減小，但結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水的束縛能力受殺菌溫度和時(shí)間的影響較小。殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，殺菌對(duì)魚肉的pH、TVB-N、TBA以及顏色的影響越大，肌纖維受到高溫破壞的程度越大。LF-NMR弛豫數(shù)據(jù)與鲅魚質(zhì)構(gòu)及顏色存在較為顯著的相關(guān)性，利用LF-NMR監(jiān)測(cè)質(zhì)構(gòu)及顏色的指標(biāo)，對(duì)評(píng)估肉類罐頭品質(zhì)具有重要意義。