曹蓉露 袁高峰 陳小娥, 方旭波 項德勝 楊會成 王一錚
(1浙江海洋大學食品與藥學學院,浙江 舟山 316022;2浙江國際海運職業(yè)技術(shù)學院,浙江 舟山 316021;3浙江大洋興和食品有限公司,浙江 舟山 316014;4浙江省海洋開發(fā)研究院,浙江 舟山 316101;5舟山鮮撈坊食品科技有限公司,浙江 舟山 316104)
魷魚屬于海洋頭足類動物,是我國遠洋漁業(yè)捕撈的重要組成部分[1],也是我國水產(chǎn)品加工和出口創(chuàng)匯的主要品種。秘魯魷魚是迄今為止發(fā)現(xiàn)的個體最大、資源最豐富的魷魚種類之一,也是舟山魷釣作業(yè)的主要品種[2]。秘魯魷魚的加工方式多種多樣,除了加工成魷魚圈、魷魚片、魷魚胴等冷凍品外,還被加工成鹵魷魚、魷魚絲、魷魚鲞等風味食品。魷魚鲞[3]是一種傳統(tǒng)的魷魚干制加工方式,因風味獨特、能常溫貯存而深受消費者喜愛。魷魚鲞在烹飪前需進行復水處理,但不同的復水條件和方法會影響魷魚鲞的口感品質(zhì)和營養(yǎng)價值,因此,研究不同復水工藝條件對魷魚鲞的品質(zhì)特性影響有重要意義。
海產(chǎn)干制品可通過物理[4]或化學[5]手段進行復水處理,民間主要以堿發(fā)法[6](如純堿、小蘇打等)對魷魚鲞進行復水處理。但堿濃度過高可能導致復水后漂洗不干凈,從而造成堿殘留問題,而堿濃度過低則需延長復水時間,導致魷魚營養(yǎng)成分流失或變質(zhì)。多聚磷酸鹽是一種良好的保水劑,適量添加可以改善肉制品的品質(zhì),提高出品率[7]。六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉等多聚磷酸鹽在水產(chǎn)品中使用較為廣泛[8]。在生產(chǎn)實踐中,單一使用多聚磷酸鹽具有局限性,采用復配磷酸鹽更為經(jīng)濟,而且保水效果比單一磷酸鹽強,保水性因混合濃度的不同而有所差異。尚珊等[9]選用不同濃度的復配磷酸鹽與海藻糖制成抗凍劑,發(fā)現(xiàn)加入復配磷酸鹽能提高鱘魚肉在工業(yè)加工過程中的凍融穩(wěn)定性;張建友等[10]研究了不同濃度復配磷酸鹽對鰹魚腌制品品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)與食鹽組對照相比,復配磷酸鹽不僅能提高鰹魚的保水性,還能降低鰹魚肉質(zhì)的酸性;熊曉輝等[5]以中國槍烏賊干為研究對象,將堿與不同濃度的磷酸鹽復配成復水液進行復水試驗,發(fā)現(xiàn)添加適量的磷酸鹽復水液可以顯著改善魷魚復水后的物性。
食品的復水動力學模型通過模擬復水時水分變化情況,能夠從理論角度解釋復水過程中水分變化的內(nèi)在關(guān)系,同時在復水后的水分含量預測方面也有一定的參考價值,這對后續(xù)工業(yè)化的生產(chǎn)應用具有重要意義。目前,已有學者在海參[11]、獼猴桃干[12]、馬鈴薯方便粥[13]等食品復水過程中建立動力學模型,而有關(guān)秘魯魷魚鲞復水工藝的動力學模型研究較少。本試驗以秘魯魷魚鲞為原料,研究在堿發(fā)條件下,不同質(zhì)量分數(shù)的復配磷酸鹽對魷魚鲞復水的品質(zhì)特性影響。同時,依據(jù)3 種動力學公式建立秘魯魷魚鲞的復水動力學模型,旨在研究復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)對魷魚鲞復水品質(zhì)的影響,提高魷魚鲞復水后的品質(zhì)。
秘魯魷魚鲞由舟山市海利遠洋漁業(yè)有限公司提供,水分含量以20%計。六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、碳酸鈉等均為食品級,其他試劑均為國產(chǎn)分析純。
CR-10Plus 色差儀,日本柯尼卡美能達公司;CT3質(zhì)構(gòu)儀,美國博勒飛公司;pHS-3B 精密pH 計,上海精密科學儀器有限公司;F8 手持式勻漿機,上海弗魯克科技發(fā)展有限公司。
1.2.1 魷魚鲞復水試驗 將魷魚鲞切成長寬為5 cm×5 cm 的塊狀,混合均勻隨機取樣。將選取的樣品在去離子水中浸泡1 h(不計入復水時間)使其回軟,然后在0.4%純堿(Na2CO3)溶液中分別加入質(zhì)量分數(shù)0%、0.1%、0.3%、0.5%、0.7%的復配磷酸鹽(六偏磷酸鈉∶三聚磷酸鈉為1∶1)制成復水液浸泡魷魚鲞,在(20±2) ℃條件下進行復水試驗(料液比1∶50),去離子水漂洗后測定試驗數(shù)據(jù)。
通過預試驗確定復水條件:魷魚鲞→去離子水浸泡1 h→復水液浸泡10 h→去離子水漂洗1 h。
1.2.2 復水比測定 用濾紙將復水后的樣品表面水分拭去,稱量,計算復水比,每組3個平行樣,結(jié)果取各組平均值。計算公式:
式中,m1為魷魚鲞復水后的質(zhì)量(g);m2為魷魚鲞復水前的質(zhì)量(g)。
1.2.3 魷魚鲞質(zhì)構(gòu)測定 參考余慧琳等[14]的測定方法,將5 組復水后的樣品切割成2 cm×2 cm×1 cm 的小塊,在室溫(25 ℃)下對樣品進行全質(zhì)構(gòu)測定,每組3個平行樣。測定條件:采用TPA 模式,探頭型號TA50,循環(huán)次數(shù)2 次,觸發(fā)值5 g,測試速度1 mm·s-1,返回速度1 mm·s-1。
1.2.4 魷魚鲞感官評價 參照劉雪飛等[15]的方法并略作修改。根據(jù)《GB/T 16291.1-2012 感官分析 選拔、培訓與管理評價員一般導則 第1 部分:優(yōu)選評價員》[16],選擇5名男性和5名女性評定人員,根據(jù)表1的評價標準進行評分,最后結(jié)果取總分平均值,對總評分結(jié)果進行綜合分析。
1.2.5 魷魚鲞色澤測定 每組隨機選3 個樣品,采用標準白色樣板校準色差儀后,測定復水后樣品的a*值、b*值、L*值并按公式(2)計算色差值(ΔE)[17],每組3 個樣品,最后結(jié)果取平均值。
式中,L1*表示所測樣品的L*值;L0*為魷魚鲞的初始L*值;a1*表示樣品的a*值;a0*為魷魚鲞的初始a*值;b1*表示樣品的b*值;b0*為魷魚鲞的初始b*值。
1.2.6 魷魚鲞pH 值測定 參照《GB 5009.237-2016食品安全國家標準 食品pH 值的測定》[18]的方法。取5 g 樣品進行均質(zhì),然后在均質(zhì)化的試樣中加入約50 mL 0.1 mol·L-1氯化鉀溶液,測定pH值,每組3個樣品,最后結(jié)果取平均值。
1.2.7 動力學模型
1.2.7.1 魷魚鲞水分含量測定 采用直接干燥法[19]測定水分含量,每組3個平行樣,最終結(jié)果取各組平均值。水分含量計算公式如下:
式中,Mt表示魷魚鲞在t時的水分含量(g·g-1,干基);Md為魷魚鲞干燥至恒重的質(zhì)量(g)。
1.2.7.2 Fick 模型 Fick 擴散定律及其導出的方程已在食品領(lǐng)域中得到廣泛應用。假設(shè)在復水過程中,水分擴散系數(shù)為常數(shù)且不受體積變化的影響,在樣品浸沒后表面濃度瞬間達到飽和,則魷魚鲞復水試驗的Fick第二定律方程可以表示為[20]:
式中,Mt表示魷魚鲞在t時的水分含量(g·g-1,干基);Me為平衡時的水分含量(g·g-1,干基);M0為初始水分含量(g·g-1,干基);t為復水時間(h);2r為樣品厚度(mm);Def為有效擴散系數(shù)(mm2·h-1)。
當處理時間足夠長,可以根據(jù)無限傅里葉級數(shù)解得第一項估計擴散參數(shù),方程4可以近似為:
將方程5進行適當轉(zhuǎn)換為方程6,可用于本研究魷魚鲞復水的計算。
1.2.7.3 Weibull 模型 Weibull 模型也常用于模擬干制品復水,具體方程如下[21]:
式中,Mt表示魷魚鲞在t時的水分含量(g·g-1,干基);Me為平衡時的水分含量(g·g-1,干基);M0為初始水分含量(g·g-1,干基);t為復水時間(h);α表示形狀參數(shù);β表示尺寸參數(shù)。
1.2.7.4 Peleg 模型 該模型是一種簡單的非指數(shù)經(jīng)驗模型,可用于模擬干物質(zhì)漸進平衡含水量的復水過程。本研究中,魷魚鲞復水的Peleg方程如下[22]:
式中,Mt表示魷魚鲞在t時的水分含量(g·g-1,干基);M0為初始水分含量(g·g-1,干基);t為復水時間(h);k1為速率常數(shù)(h·%-1),k1越小,水分吸收速率越大;k2為容量常數(shù)(%-1),k2越小,樣品的持水力越大。
魷魚鲞復水動力學模型采用Origin 2021軟件進行曲線擬合,使用線性回歸系數(shù)(R2)和均方根誤差(root mean square error,RMSE)來評價模型的擬合質(zhì)量[23-24]。魷魚鲞色澤及質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)采用SPSS 25軟件進行數(shù)據(jù)分析,使用Duncan新復極差法對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析。
式中,Mi表示魷魚鲞水分含量的預測值(g·g-1,干基);表示魷魚鲞水分含量預測值的平均值(g·g-1,干基);Mt表示魷魚鲞水分含量的實測值(g·g-1,干基);N為樣本個數(shù)。
由圖1 可知,同一堿濃度下,當復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)范圍在0%~0.5%時,復水比隨復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的增加而上升,當添加的復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)為0.7%時,復水比反而略有下降,為3.09。表明添加一定質(zhì)量分數(shù)的復配磷酸鹽有利于提高魷魚鲞的復水比,且當復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)在0.5%時較為合適。
圖1 復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)對魷魚鲞復水比的影響Fig.1 Effect of compounded phosphate mass fraction on the rehydration ratio of dry squid
質(zhì)構(gòu)特性中硬度、膠著性、咀嚼性數(shù)值越大,說明咀嚼時越費力[25]。使用不同質(zhì)量分數(shù)的復配磷酸鹽進行復水試驗,魷魚鲞的硬度、彈性、膠著性等均發(fā)生改變,結(jié)果如表2 所示。各組咀嚼性由好到差依次為0.7%組>0.5%組>0.3%組>0.1%組>0%組。隨著復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的增加,魷魚鲞復水后的硬度、膠著性和咀嚼性整體顯著降低(P<0.05),而彈性變化不顯著(P>0.05)??梢姀团淞姿猁}在增強肉質(zhì)嫩度方面有一定功效,這與陳秋妹等[26]的研究結(jié)果一致。本試驗中,當復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)在0.5%~0.7%時質(zhì)構(gòu)特性最佳。
由圖2 可知,同一堿濃度下,隨著復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的增加,魷魚鲞復水后的感官品質(zhì)呈先變好后變壞的趨勢,且當復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)為0.5%時,魷魚鲞復水感官評價最優(yōu)。因此,添加適量復配磷酸鹽可以提高魷魚鲞復水后的品質(zhì),濃度過低,保水性不明顯,水分吸收不足;濃度過高,可能使魷魚鲞略帶有苦味[27],從而影響感官評分。
圖2 復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)對魷魚鲞感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of compounded phosphate mass fraction on the sensory quality of dry squid
由表3 可知,隨著復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的增加,魷魚鲞樣品的a*值和b*值總體均呈上升趨勢,表面a*值和b*值變化不顯著(P>0.05);ΔE值總體呈下降趨勢,0.5%組的ΔE值最低。當復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)在0.3%~0.5%時,魷魚鲞樣品的a*值和b*值增速較快,且內(nèi)部a*值變化顯著(P<0.05)。由表3 還可知,隨著復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的增加,魷魚鲞樣品的L*值總體呈下降趨勢,在復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)為0.5%時最低,其表面L*值為52.92,內(nèi)部L*值為46.81。由于復配磷酸鹽具有保水的功效,當魷魚鲞肌肉保水性增強時,堆積在肌肉表面的水分減少,肌肉的顏色反射率減弱,使得L*值下降[28]。由此可知,魷魚鲞復水試驗中,其色澤主要因水分含量變化而變化。
表3 復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)對魷魚鲞色澤的影響Table 3 Effect of compounded phosphate mass fraction on colour of dry squid
pH值是評價水產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素之一。由圖3可知,在本研究范圍內(nèi),未添加復配磷酸鹽組pH 值最高,為8.83,隨著復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的升高,pH值呈下降趨勢。在復水過程中,由于微生物作用,蛋白質(zhì)降解為生物胺等堿性物質(zhì),會使pH 值升高[15]。加入不同質(zhì)量分數(shù)的復配磷酸鹽進行復水試驗,pH 值較未添加組有所降低,可能是因為在復配磷酸鹽的緩沖作用下,肌肉中的肌球蛋白和肌動蛋白等電點偏離,使得pH 值降低[8]??傮w來看,各試驗組的pH 值均在8~9之間,說明不同質(zhì)量分數(shù)的復配磷酸鹽對魷魚鲞復水后的pH值影響不大。
圖3 復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)對魷魚鲞pH值的影響Fig.3 Effect of compounded phosphate mass fraction on the pH value of dry squid
2.6.1 復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)對魷魚鲞水分含量的影響 采用不同質(zhì)量分數(shù)的復配磷酸鹽進行復水試驗后,魷魚鲞水分吸收曲線見圖4。結(jié)果表明,魷魚鲞水分含量隨時間的增加而增加,在初始階段(0~3 h),各組水分含量增速較快,而后增速明顯減緩。在試驗后期,魷魚鲞復水程度趨于飽和,魷魚鲞的水分吸收曲線符合經(jīng)典物質(zhì)吸水曲線[6],而后將魷魚鲞的水分變化數(shù)據(jù)分別代入3 種模型進行擬合,選取最適合的模型建立魷魚鲞的復水動力學模型。
圖4 魷魚鲞的水分吸收曲線Fig.4 Water absorption curves of dry squid
2.6.2 Fick模型 Fick模型擬合參數(shù)見表4。同一堿濃度下,Def值與復配磷酸鹽的質(zhì)量分數(shù)呈正比,且當復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)在0.55%時,Def值最大。Def值越大,表明復水時水分擴散越快[20]。雖然大部分食品復水可以由Fick 模型表述,但魷魚鲞的復水過程并不能簡單地用水分子擴散來描述,一般來說R2越大(R2>0.99),RMSE 越小時,模型擬合越可靠。而表4中Fick模型的R2均小于0.9,說明Fick 模型無法較好地描述魷魚鲞的復水過程。
表4 Fick模型擬合參數(shù)Table 4 Fick model fit parameters
2.6.3 Weibull 模型 Weibull 模型擬合參數(shù)見表5。Weibull 模型中的α為形狀參數(shù),與復水過程中物料水分遷移過程有關(guān)[29],不同復水條件下,魷魚鲞復水后的形狀參數(shù)在0.321~0.575 之間,且形狀參數(shù)最大值比最小值增加了44.17%。β越小,魷魚鲞復水速率越高[24],當復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)為0%~0.5%時,隨著復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的升高,β值整體逐漸降低,說明魷魚鲞復水速率在上升,這與前兩個模型所得結(jié)果一致。與Fick 模型相比,Weibull 模型的R2值更接近于1,因此Weibull模型能更好地描述魷魚復水過程。
表5 Weibull模型擬合參數(shù)Table 5 Weibull model fit parameters
2.6.4 Peleg模型 表6為Peleg模型擬合參數(shù)。同一堿濃度下,K1、K2值隨復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的增加而減小,且K2較K1減小的幅度更大。K1值在復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)為0.5%時減小幅度最大,表明0.5%組相較于其他低濃度組水分擴散速率有明顯提升。K2值在復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)為0.3%時下降最快,說明當添加的復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)達到0.3%時,魷魚鲞復水的保水能力有所提高。當復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)為0.5%時,K2值最小,說明該質(zhì)量分數(shù)下復水后魷魚鲞的保水性最好。
表6 Peleg模型擬合參數(shù)Table 6 Peleg model fit parameters
模型擬合數(shù)據(jù)的R2越大,RMSE 越小,說明此模型擬合程度越好[30]。由表4~6 的擬合參數(shù)可知,Peleg模型的R2值最接近1,其RMSE 值也較其他兩個模型小,因此選擇Peleg模型作為魷魚鲞的復水動力學模型較為合適。
Peleg 模型中的參數(shù)K1、K2與復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系如圖5~6 所示。通過曲線求得K1、K2與復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)(X)的關(guān)系為K1=1.269-0.366X,K2=1.969-0.573X,把K1、K2代入Peleg模型得到魷魚鲞的復水動力學模型方程:Mt=M0+t/[1.269-0.366X+(1.969-0.573X)t]。
圖5 K1與復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系Fig.5 Relationship between K1 and mass fraction of compounded phosphate
圖6 K2與復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系Fig.6 Relationship between K2 and mass fraction of compounded phosphate
圖7 為魷魚鲞復水動力學模型實測值與預測值關(guān)系圖。為驗證所得模型擬合準確度,將試驗得到Mt的實測值與模型計算所得的預測值進行比較,當圖中的數(shù)據(jù)點越接近直線y=x,說明預測值越接近實測值。結(jié)果表明,預測值和實測值吻合度較高,說明此模型可以較好地預測魷魚鲞復水時的水分變化情況,可為實際生產(chǎn)中制定魷魚鲞復水條件提供參考。
圖7 魷魚鲞復水動力學模型實測值與預測值關(guān)系圖Fig.7 The relationship of dry squid rehydration kinetic model measured value and predict value
與其他遠洋魷魚相比,秘魯魷魚原料具有含水量高(一般在85%左右,其他魷魚的水分含量在75%左右)、肉質(zhì)松軟和異酸味重等特點[31],在加工和食用前通常需要進行脫酸處理[32]。魷魚鲞的加工方式已趨于成熟,以秘魯魷魚為原料的魷魚鲞,可在復水時進行脫酸處理,能節(jié)省前期加工步驟,節(jié)約成本。雖然我國對魷魚鲞的加工已有明確標準(《SC/T 3208-2017魷魚干、墨魚干》[33]規(guī)定:淡干魷魚鲞水分含量≤20 g·100g-1、咸干魷魚鲞水分含量≤30 g·100g-1),但其產(chǎn)品形式較為單一。因此,本試驗以秘魯魷魚鲞為原料,優(yōu)化魷魚鲞復水條件,為拓展魷魚鲞產(chǎn)業(yè)鏈提供了理論參考。
復水是一種海產(chǎn)干制品的前處理方式,通過物理或化學的手段使干制品的含水量、質(zhì)構(gòu)等盡可能恢復到原有狀態(tài)。王珊等[6]以北太平洋白魷魚干為研究對象,通過建立魷魚干復水的Peleg 吸水模型,研究不同質(zhì)量分數(shù)堿(NaOH)對復水魷魚品質(zhì)特性的影響,發(fā)現(xiàn)不同質(zhì)量分數(shù)堿發(fā)條件下,pH 值的改變使得魷魚復水后水分含量和蛋白質(zhì)變性程度不一,進而影響魷魚復水品質(zhì)特性,說明堿發(fā)法對魷魚復水有促進作用。研究表明,復配磷酸鹽可以通過改變蛋白質(zhì)電荷的電勢來提高魷魚肉體系的離子強度,使得電荷間相互排斥,肉組織包容更多水分,從而達到保水的目的[8]。本試驗以堿發(fā)法為基礎(chǔ),經(jīng)過預試驗將質(zhì)量分數(shù)0.4%純堿與質(zhì)量分數(shù)0%~0.7%復配磷酸鹽(六偏磷酸鈉∶三聚磷酸鈉為1∶1)復配成復水液,對魷魚鲞進行復水試驗,結(jié)果表明,當復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)為0.5%時復水效果最佳。
食品復水動力學模型可以分為理論模型和經(jīng)驗模型[21]。Fick 模型是常見的理論模型,可以描述復水過程中水分的動態(tài)變化。而經(jīng)驗模型主要有Peleg模型、Weibull 模型等,相較于理論模型,經(jīng)驗模型雖然不能描述復水時水分變化過程,但因其涉及參數(shù)少、在實際運用中便于計算,而被廣泛接受[24]。本試驗分別采用Fick 模型、Peleg 模型和Weibull 模型對魷魚鲞復水過程進行模型擬合,由R2和RMSE 判斷擬合度最好的模型為Peleg模型。根據(jù)復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)與參數(shù)K1、K2的關(guān)系,求出魷魚鲞的復水動力學模型方程:Mt=M0+t/[1.269-0.366X+(1.969-0.573X)t],通過驗證所得模型準確度可知,實測值與預測值較接近,說明所得模型具有預測魷魚鲞復水過程中水分變化的作用。
在同一堿濃度下,添加不同質(zhì)量分數(shù)的復配磷酸鹽對魷魚鲞復水后的品質(zhì)特性有重要影響。隨著添加復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的增加,魷魚鲞的復水比呈上升趨勢;在食用品質(zhì)方面,魷魚鲞復水后的硬度、膠著性、咀嚼性和內(nèi)聚性整體顯著降低,而彈性變化不顯著,感官品質(zhì)呈先變好后變壞的趨勢,說明適量復配磷酸鹽能改善魷魚鲞復水后的品質(zhì);魷魚鲞樣品的a*值和b*值總體均呈上升趨勢,pH 值、L*和ΔE值則隨復配磷酸鹽質(zhì)量分數(shù)的增加而略有下降。魷魚鲞的水分吸收曲線符合經(jīng)典物質(zhì)吸水曲線,復水動力學模型方程為Mt=M0+t/[1.269-0.366X+(1.969-0.573X)t]。通過驗證模型準確度可知,所得預測值和實測值吻合度較高,可以用于預測魷魚鲞復水時的水分變化情況。