趙庭霞，鄧 力，李靜鵬，曾雪峰，李麗丹，魏 瑤，石 宇

(1.貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.北部灣大學(xué)食品工程學(xué)院，廣西 欽州 535011)

0 引言

新鮮魚類產(chǎn)品不易保存，運(yùn)輸過程腐敗變質(zhì)較快，經(jīng)加工制作成魚丸、魚腸等魚糜制品，可以有效解決水產(chǎn)行業(yè)主要瓶頸問題。魚糜制品在保留了魚肉原有營養(yǎng)價(jià)值的基礎(chǔ)上，還可以添加香菇、木耳、土豆、紫薯等輔料或枸杞紫蘇、蓮藕山藥等功能成分，既可以使產(chǎn)品口味豐富多樣，又提高了產(chǎn)品營養(yǎng)價(jià)值，市場應(yīng)用前景廣闊[1-7]。

魚丸口感鮮美，是一類較為暢銷的水產(chǎn)加工產(chǎn)品。較多學(xué)者從魚丸配方優(yōu)化方向進(jìn)行研究，得出口感更豐富，營養(yǎng)價(jià)值更高的產(chǎn)品[1-7]。但熱處理是導(dǎo)致魚丸品質(zhì)變化的主要原因，加熱方式不同對(duì)魚糜制品的凝膠特性影響程度不同，從而影響魚丸的品質(zhì)，熱處理后評(píng)估魚丸的質(zhì)地特性非常重要[8-9]。鄭捷等[10]研究了加熱方式對(duì)復(fù)合型蔬菜魚丸品質(zhì)的影響，提出兩段式水浴加熱魚丸的質(zhì)構(gòu)特性較好，但少見魚丸加熱過程中綜合品質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究。

從熱力學(xué)角度分析，食品的穩(wěn)定性不好，而通過建立食品品質(zhì)的動(dòng)力學(xué)模型，能較好地反映食品在熱處理過程中的變化規(guī)律。已有研究發(fā)現(xiàn)，食品的品質(zhì)變化規(guī)律可用零級(jí)和一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型來描述[11]。如何將溫度變化與烹飪品質(zhì)聯(lián)系，鄧力[12-14]認(rèn)為溫度變化可由過程傳遞原理分析，并提出動(dòng)力學(xué)是聯(lián)系過程傳遞和烹飪品質(zhì)的紐帶。在此基礎(chǔ)上，將動(dòng)力學(xué)引入烹飪研究，提出了成熟值理論，且定量描述了表征烹飪品質(zhì)因子的成熟值、過熱值，為合理評(píng)定食品成熟與品質(zhì)控制找到了較好的方式。隨后，提出烹飪工藝存在優(yōu)化空間的前提條件是成熟品質(zhì)因子和過熱品質(zhì)因子的z值存在差異。目前，已有許多關(guān)于食品烹飪過程中的品質(zhì)變化研究，包括水產(chǎn)類(蝦仁)、再制生食(西式火腿)、肉類(豬肉、魚肉、雞肉)和蔬菜類(蒜薹、菠菜、竹筍)[15-22]。但針對(duì)魚丸煮制過程中主要食品品質(zhì)的相關(guān)動(dòng)力學(xué)研究較少，且由于其特殊的結(jié)構(gòu)和組成組分，肉類熱處理過程測得的品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)參數(shù)不能直接引用，而動(dòng)力學(xué)參數(shù)是烹飪工藝優(yōu)化的前提條件，因此開展魚丸煮制工藝分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)化需測定其煮制處理的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。從消費(fèi)者角度分析，針對(duì)魚丸品質(zhì)，顏色變化可以給予消費(fèi)者烹飪?nèi)馄纷钪庇^的感受，水分含量及肉的嫩度均是烹飪食品應(yīng)考慮的重要因素[23]。故參考選擇顏色、嫩度、水分含量作為表征魚丸品質(zhì)的指標(biāo)。

為推進(jìn)魚丸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，開展魚丸煮制過程中品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)研究是有必要的。本試驗(yàn)以魚丸為對(duì)象，測定魚丸在煮制過程中成熟品質(zhì)因子(顏色、剪切力)和過熱品質(zhì)因子(水分含量)的變化趨勢，獲取相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為魚丸熱處理研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

魚丸：購于貴陽花溪合力超市。

主要儀器：DK-8D型電熱恒溫水浴鍋(上海一恒科技有限公司)；WSC-S型測色色差儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；C-LM3B型數(shù)顯式肌肉嫩度儀(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院)；MB90型水分測定儀(奧豪斯儀器(常州)有限公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 原材料處理

購買同一批魚丸原料于-18 ℃冰箱中冷凍儲(chǔ)存，防止肉品變質(zhì)。煮制前需統(tǒng)一置于-4 ℃冰箱中進(jìn)行解凍處理4 h。由預(yù)試驗(yàn)可知，在沸水中煮制魚丸品質(zhì)不穩(wěn)定，使其不利于開展研究，故本試驗(yàn)選擇70、75、80和85 ℃恒溫水浴作為煮制條件。針對(duì)樣品品質(zhì)因子(顏色、水分含量、剪切力)測定均從加熱開始的第10分鐘取樣，中間間隔10 min取樣1次，至100 min停止取樣。取出的樣品于0 ℃冰水中迅速降溫，目的在于避免魚丸內(nèi)部傳熱導(dǎo)致品質(zhì)進(jìn)一步變化。

1.2.2 顏色測定

參照文獻(xiàn)[24]的方法，從冰水中取出魚丸擦干，放置至室溫后對(duì)其進(jìn)行切片處理，選取3處表面顏色均勻無黑點(diǎn)無氣泡部位，采用WSC-S型色差儀進(jìn)行顏色測定。L*表示亮度值；w*表示白度值，每個(gè)條件下測3次取平均值。

1.2.3 剪切力測定

選取顏色測定后的魚丸按需求進(jìn)行切片，切割成1.5 cm×1.5 cm×0.5 cm長方體狀，置于水平臺(tái)上，采用肌肉嫩度儀測定并記錄剪切力值，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)測定3次并求平均值[25]。

1.2.4 水分含量測定

采用鹵素快速水分測定儀測定魚丸的水分含量，試驗(yàn)中每個(gè)時(shí)間點(diǎn)選用3個(gè)樣品進(jìn)行檢測并求平均值。

1.3 理論基礎(chǔ)

1.3.1 動(dòng)力學(xué)模型

濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響程度可以通過反應(yīng)級(jí)數(shù)來體現(xiàn)，級(jí)數(shù)的選擇和確定有多種方式。積分法常用于食品領(lǐng)域。零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)積分式為

CA=CA0-kt

(1)

式中CA——反應(yīng)物濃度，單位由實(shí)際測量物質(zhì)確定

t——反應(yīng)時(shí)間，min

k——反應(yīng)速度常數(shù)，單位由實(shí)際測量物質(zhì)確定

一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)積分式為

lnCA=lnCA0-kt

(2)

1.3.2 動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算

本研究選用兩種常見模型：Arrhenius模型和z值模型計(jì)算煮制過程中魚丸品質(zhì)變化的D值、z值、反應(yīng)速率k及反應(yīng)活化能Ea值[26]。當(dāng)煮制過程中魚丸品質(zhì)變化符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)時(shí)，可通過式(2)計(jì)算出反應(yīng)速度常數(shù)k，根據(jù)式(3)計(jì)算出D值。

(3)

式中D——食品品質(zhì)在特定溫度下變化一個(gè)對(duì)數(shù)周期所需要的時(shí)間，min

z值的計(jì)算公式為

(4)

式中z——D值變化一個(gè)對(duì)數(shù)周期所需要的溫度， ℃

T——溫度，K

Arrhenius模型中，Ea值的計(jì)算公式為

(5)

式中R——8.314 J/(mol·K)

k0——指數(shù)前置因子

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)魚丸各品質(zhì)指標(biāo)的變化采用Origin 2018軟件進(jìn)行線性和非線性擬合分析，分別獲取零級(jí)和一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)的相關(guān)系數(shù)R2，并根據(jù)相關(guān)系數(shù)確定反應(yīng)級(jí)數(shù)，若品質(zhì)指標(biāo)變化屬于一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，通過式(3)求出各指標(biāo)不同溫度下的D值。根據(jù)式(4)～(5)對(duì)lgD和T、lnk和1/T進(jìn)行線性回歸分析，求出相應(yīng)z值和Ea值。

2 結(jié)果與分析

2.1 顏色變化

食品的色澤不僅是烹調(diào)食物的感官特性指標(biāo)，也直接影響著消費(fèi)者對(duì)烹調(diào)食物的接受程度[27]。煮制過程中魚丸顏色變化如圖1所示，魚丸的亮度值(L*)隨煮制時(shí)間延長而增加，源于煮制過程中汁液在肉表面的累積使得光反射增強(qiáng)，而試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示白度值(w*)的變化趨勢比人肉眼感官變化明顯。

選用最小二乘法對(duì)魚丸顏色變化進(jìn)行擬合，并對(duì)其lgD-T、lnk-1/T進(jìn)行線性回歸分析，根據(jù)公式求出動(dòng)力學(xué)模型及對(duì)應(yīng)的參數(shù)，如表1、圖2和圖3所示。由表1可知，煮制過程中魚丸顏色變化零級(jí)反應(yīng)擬合的平均相關(guān)系數(shù)小于一級(jí)反應(yīng)擬合的相關(guān)系數(shù)，說明其亮度值(L*)和白度值(w*)變化遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。煮制過程中魚丸L*和w*變化的z值分別為19.37和33.43 ℃，活化能Ea值分別為119.99和69.52 kJ/mol。該結(jié)果與OHLSSON T[28]的研究結(jié)果接近，其豬肝泥和魚餅L*的z值分別為21和25 ℃，稍大于魚丸煮制顏色變化的z值。石宇等[16]測定了70～80 ℃溫度范圍內(nèi)煮制西式火腿顏色變化，得到其L*、a*的z值分別為49.69和41.85 ℃，結(jié)果大于本試驗(yàn)魚丸煮制顏色變化的z值。綜上，表明魚丸顏色變化對(duì)溫度更加敏感。

圖1 魚丸煮制過程中顏色變化Fig.1 Changes of color during cooking process of fish ball

表1 不同加熱條件下魚丸L*和w*變化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

圖2 魚丸L*和w*變化的z值Fig.2 Curves of z values of changes of L* and w* in Fish ball

圖3 魚丸L*和w*變化的Arrhenius圖Fig.3 Arrhenius diagram of changes of L* and w* in fish ball

2.2 水分含量變化

水分的存在形式和狀態(tài)影響肉制品的嫩度[29]。因此在魚丸煮制過程中，水分含量是表征過熱的品質(zhì)因子。魚丸在煮制過程中的水分含量變化如圖4所示，隨著煮制時(shí)間的延長，魚丸水分含量增加，且溫度越高，變化速率越快。

圖4 魚丸煮制過程水分含量的變化Fig.4 Changes of moisture content during cooking process of fish ball

選用最小二乘法對(duì)魚丸水分含量變化進(jìn)行擬合，并對(duì)其lgD-T、lnk-1/T進(jìn)行線性回歸分析，根據(jù)公式求出動(dòng)力學(xué)模型及對(duì)應(yīng)的參數(shù)，如表2和圖5所示。由表2可知，煮制過程中魚丸水分含量變化零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的平均相關(guān)系數(shù)等于一級(jí)動(dòng)力學(xué)的平均相關(guān)系數(shù)，故默認(rèn)水分含量變化遵循一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。 煮制過程中魚丸水分含量變化的Ea值為39.39 kJ/mol，z值為59.11 ℃。程芬等[20]研究了蒜薹油炒過程中的水分含量變化，測得其Ea值為46.70 kJ/mol，z值為62.50 ℃。石宇等[16]研究了西式火腿在煮制過程中的水分含量變化，測得其Ea值為52.22 kJ/mol，z值為44.45 ℃。本試驗(yàn)與以上研究水分含量變化規(guī)律一致，但由于溫度范圍與研究對(duì)象不同，導(dǎo)致與本試驗(yàn)得到的Ea值和z值有一定差異。

表2 不同溫度煮制魚丸水分含量變化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

表3 不同溫度煮制魚丸剪切力變化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

2.3 剪切力變化

燉煮時(shí)間的長短會(huì)影響肉品嫩度[30]。剪切力是一種能精確反映食品品質(zhì)變化的客觀測量肉類嫩度的方法[31]。因此，將剪切力作為魚丸煮制過程中表征成熟的品質(zhì)因子。煮制過程中魚丸剪切力變化如圖6所示，剪切力隨煮制時(shí)間的延長而增加，煮制時(shí)間為100 min后，75 ℃剪切力最高，而70、80和85 ℃時(shí)，其剪切力隨溫度增加而增大但都低于75 ℃剪切力。該結(jié)果與石宇等[16]西式火腿低溫烹飪能改善嫩度結(jié)論不一致，原因可能是魚丸和西式火腿都屬于再制食品，但二者組成成分及結(jié)構(gòu)特性不同。

圖6 魚丸剪切力的變化Fig.6 Changes of shear force of fish ball

選用最小二乘法對(duì)魚丸剪切力變化進(jìn)行擬合，并對(duì)其lnk-1/T進(jìn)行線性回歸分析，根據(jù)公式求出反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如表3和圖7所示。煮制過程中魚丸剪切力變化零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的平均相關(guān)系數(shù)大于一級(jí)動(dòng)力學(xué)的平均相關(guān)系數(shù)，表明剪切力變化遵循零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，Ea值為49.18 kJ/mol，相關(guān)系數(shù)為0.893 8。

圖7 魚丸剪切力變化的Arrhenius圖Fig.7 Arrhenius plot for changes of shear force in fish ball

3 結(jié)論

煮制過程中魚丸亮度值、白度值和水分含量的變化均遵循一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，而剪切力變化遵循零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。魚丸亮度值和白度值的z值分別為19.37和33.43 ℃，Ea值分別為119.99和69.52 kJ/mol。水分含量的Ea值為39.39 kJ/mol，z值為59.11 ℃，大于亮度值和白度值的z值，滿足烹飪操作優(yōu)化的前提條件，證明魚丸在煮制過程中存在優(yōu)化空間，為推進(jìn)魚丸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，也為家庭烹飪科學(xué)合理地利用熱源提供指導(dǎo)，從而提高魚丸的食用品質(zhì)。后續(xù)研究在此基礎(chǔ)上將對(duì)魚丸煮制條件、品質(zhì)穩(wěn)定性等問題進(jìn)行優(yōu)化。