低温贮藏的鱼肉品质变化及其影响因素的研究进展

何燕富,黄卉,李来好,杨贤庆,吴燕燕,赵永强

(1.中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部水产品加工重点实验室,国家水产品加工技术研发中心,广东广州510300; 2.南京农业大学无锡渔业学院,江苏无锡214128)

低温贮藏的鱼肉品质变化及其影响因素的研究进展

何燕富1、2,黄卉1,李来好1,杨贤庆1,吴燕燕1,赵永强1

(1.中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部水产品加工重点实验室,国家水产品加工技术研发中心,广东广州510300; 2.南京农业大学无锡渔业学院,江苏无锡214128)

鱼肉在低温贮藏过程中会发生一系列物理、化学、生化和微生物的变化,导致鱼肉品质发生变化。通常用于评价鱼肉低温贮藏品质的指标有质地(硬度和弹性)、色泽(颜色)、风味和多汁性,本研究中对鱼肉低温贮藏品质变化的原因及其影响因素进行了阐述,指出了目前贮藏方法中存在的问题,并就未来该领域的研究前景进行了展望,以期为研究低温贮藏期鱼肉品质变化提供理论参考。

鱼肉;低温贮藏;品质变化;影响因素

鱼肉味道鲜美,营养价值高,随着人们生活水平的提高,人们对鱼肉的需求量逐年增加,需求种类也呈现多样化。随着超市规模的扩大及物流、销售冷链的完善,生鱼片、鱼段、鱼排、冰冻海水鱼类销售规模逐渐扩大,消费者对低温贮藏鱼肉食用品质、安全品质等的要求也越来越高。水产品富含蛋白质、活性肽、不饱和脂肪酸及其他矿物质,且本身含有的内源性自溶酶活性远大于哺乳动物,若没有适当的低温贮藏条件,极易发生理化性质变化及微生物引起的腐败,从而影响鱼类及其制品的品质[1-2]。因此,保持水产品鲜度、营养价值和风味,以及延长水产品的货架期已经成为水产品加工领域的研究热点。一般来说,肉品品质包括五方面,即食用品质、加工品质、营养品质、安全品质和人文品质,其中食用品质是决定肉类商品价值最重要的因素[3]。低温贮藏可以有效地抑制微生物的快速繁殖以及降低水产品体内水解酶的活性,是水产品保持鲜度和延长食用品质最重要的一种方式。然而,在长期的贮藏过程中鱼肉仍会发生一系列物理、化学和微生物等的变化,导致鱼肉的贮藏特性发生变化。鱼肉的低温贮藏特性包括色泽(颜色)、气味、多汁性和质地等,是决定低温贮藏鱼肉商品价值最重要的因素。

鱼死后会经历僵硬期、解僵成熟期、自溶期和腐败期等几个阶段的变化[4],整个过程伴随着三磷酸腺苷(ATP)的降解及关联物的产生,如鱼肉pH值的变化,鱼肉结构和质地的变化,色泽和气味的变化,持水性能的变化,微生物含量及种类的变化等[5]。本研究中主要介绍了鱼肉低温贮藏过程中品质的变化及其影响因素的研究进展,以期为鱼肉低温贮藏品质研究和应用提供理论参考。

1 低温贮藏鱼肉品质的变化

1.1 低温贮藏鱼肉色泽的变化

新鲜鱼肉呈鲜红色或暗红色,其红颜色取决于肌肉中肌红蛋白和血红蛋白的比例,受肌肉pH、氧化还原电位等内在因素,以及曝光、储存温度等外在因素的影响[6]。在常温放置、冷藏和冻结贮藏过程中水产品均会逐渐变为褐色[7],而肌红蛋白和血红蛋白对以白肉为主的鱼肉色泽的影响则不是很明显。鱼肉色泽发生变化,一方面是由于鱼被宰后鱼肉肌红蛋白血红素在高氧分压的情况下形成氧合肌红蛋白,使鱼肉呈鲜红色[8],而后在低温贮藏过程中,低氧分压条件下使其肌红蛋白血色素中的亚铁离子被氧化成铁离子,形成高铁肌红蛋白,鱼肉又逐渐变为褐色[7];另一方面,鱼肉在低温贮藏过程中,会发生肌肉蛋白质降解及色素与肌肉蛋白结合的现象,使得鱼肉色泽发生变化[9]。据Chaijan等[10]报道,采用红肉鱼制作鱼糜时,鱼糜颜色容易发生变化,是由于肌红蛋白与肌肉中肌原纤维蛋白(肌动蛋白)发生相互作用,生成了高分子量的聚集体,从而造成了鱼糜白度值的降低。对鱼肉色泽的变化,通常采用评分法和仪器测定鱼肉肉色变化的方法进行评价。仪器测定肉色色差的指标通常有亮度值L*、红绿色值a*、黄蓝色值b*、色度H和饱和度C,a*常被用作红(暗)色鱼肉的肉色及鲜度变化指标[11]。

Roth等[12]报道,大菱鲆Scophthalmus maximus在0.5～1.0℃下贮藏23 d,L*和b*值均显著升高,而a*值则无显著性变化;造成鱼肉L*值升高的原因与贮藏温度密切相关,在冰点以下温度中贮藏时,鱼肉主要受到氧化作用使得L*值降低,而在冰点以上温度中贮藏时,则主要受蛋白溶解、汁液流失增加的影响,从而导致L*值增加。另外,鱼肉脂肪/蛋白质的氧化也是造成冻藏过程中鱼肉色泽变化的原因。Chaijan等[13]报道,深色鱼肉,如金枪鱼的绿化是由于高铁肌红蛋白与脂肪/蛋白质氧化产生的过氧化氢结合造成的。

1.2 低温贮藏鱼肉风味的变化

鱼肉的风味由气味和滋味组成,气味是由挥发性化合物构成,由嗅觉感知[7];而滋味是由非挥发性的滋味活性物质构成,由味觉感知。

1.2.1 气味变化 鱼肉中的挥发性物质组成成分和含量决定了鱼肉的气味,通常包括醇类、酸类、醋类、烃类等,以及一些含氮含硫化合物。鱼肉在常温条件下放置,气味会发生如下变化:新鲜鱼肉大多具有柔和的、令人愉悦的清香[7],香气的主要成分有挥发性羰基化合物、醇和溴苯酚;僵硬期鱼肉的气味不发生变化;解僵成熟期鱼肉会产生腥臭味,主要成分为三甲胺、二甲胺和甲醛,这是由于蛋白质在细菌分泌的酶类和鱼体内源酶的共同作用下,逐渐分解产生有机酸、氨、胺类(尸胺、腐胺、组胺)、硫化氢和吲哚类化合物,从而出现令人厌恶的味道[14];在鱼肌肉组织中含有大量的不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸,这些脂肪酸在氧气的作用下会发生氧化降解,生成各种小分子化合物,从而形成一种强烈的油哈喇味[14],即强烈的腐臭味,失去食用价值。鱼肉在冷藏条件下,气味也会发生一系列变化,主要是由于冷藏条件只能减缓鱼体内的生化反应和微生物繁殖,而不能对其产生有效抑制,贮藏后期鱼体内的酶类和微生物作用导致了鱼肉的腐败,使得大量蛋白质及脂质发生水解,产生异味,其腥臭腐败气味主要来自于三甲胺,且冷藏过程中深色鱼肉如鲭Pneumatophorus japonicus和鲐鱼scomber japonicus气味变化比白色鱼肉如红鲷Red snapper和河豚Takifugu obscurus更快[15]。而鱼肉在长期冷冻贮藏过程中,虽然能有效抑制鱼体内的生化反应及微生物快速繁殖,但由于蛋白质/脂质的氧化降解,也会使鱼肉气味发生变化。银鲑Oncorhynchus kisutch在冷冻贮藏15个月后,由于脂质氧化导致的鱼肉酸败,使得鱼肉产生了腐臭气味[16]。

1.2.2 滋味变化 鱼肉的滋味物质通常是由亲水性的小分子/离子构成,包括风味游离氨基酸、小分子呈味肽、ATP分解物、有机酸、糖类和无机离子等[17-18]。鱼肉的滋味变化与鱼体的ATP含量息息相关。鱼被宰杀后ATP迅速降解,生成中间产物肌苷酸(IMP),而IMP本身也不是稳定的物质,会继续分解成肌苷(HxR)和次黄嘌呤(Hx)[4]。ATP转变为IMP和Hx的速率受贮藏保鲜条件的影响,且ATP转变为IMP主要归因于肌肉内源性蛋白酶的自溶,而IMP转变为Hx则被认为主要是细菌大量繁殖造成的[19];IMP被认为是鱼肉呈鲜味的主要成分,而Hx可使鱼肉发苦,这与低温贮藏后期肉类的异味产生有关[20]。Mohan等[21]报道,马鲛鱼Scomberomorus commerson鱼排在0～2℃空气包装贮藏5 d后检出Hx;而鱼肉在冻藏过程中,由于低温减缓了ATP的降解速率,使得滋味发生变化的速率降低,Rodríguez等[16]报道,通过感官评定发现,银鲑在-20℃下贮藏15个月后其滋味才不能被接受。

1.3 低温贮藏鱼肉质地的变化

鱼肉的质构特性包括硬度、黏着性、弹性、凝聚性、胶性、咀嚼性、回复性和剪切力等。一般来说,鱼被宰后肌肉会发生软化,由于肌肉组织结构发生变化,最终导致鱼肉质地或质构特性的变化,而造成低温贮藏鱼肉质地变化的根本原因是蛋白质的变性和水解[22]。Godiksen等[23]和Picard等[24]均曾报道,肌原纤维蛋白(如肌动蛋白、肌球蛋白轻链MyLC1和MyLC2,肌球蛋白重链MyHC片段等)和肌浆蛋白(如肌酸激酶、肌钙蛋白等)均与鱼肉的硬度有较大相关性。鱼肉质地的软化可在冷藏或冰藏过程中得到减缓[25],温度越低,软化速度越慢,但鱼肉也会随着贮藏时间的延长而逐渐变软、弹性逐渐变小[26]。Ayala等[27]对冰温贮藏的金头鲷Sparusaurata质构参数的测定结果表明:质构参数值的降低从僵硬期开始,且在贮藏后的第5天开始显著降低,尤其是硬度、黏着性和咀嚼性比僵硬前期检测值下降了约一半,这可能是由于第5天开始鱼肉发生了自溶,所有细胞质内的细胞器均发生严重破坏,造成了肌纤维的肌膜-肌内膜的脱落。而在冻藏过程中,鱼肉也会随贮藏时间的延长而逐渐变软。尽管冻藏能在较大程度上抑制微生物和酶的作用,但其作用仍缓慢发生,且冻藏过程中冰结晶的形成会对肌细胞造成机械损伤,使得肌肉蛋白质变性,最终导致了肌肉硬度下降[28]。在冻藏过程中,鱼肉中不饱和脂肪酸和蛋白质氧化会造成蛋白聚集,导致蛋白溶解性降低,从而影响鱼肉质地[29]。Subbaiah等[22]认为,-18℃冻藏过程中的罗非鱼肌肉逐渐软化,主要是由于蛋白质三维结构的破裂和蛋白酶活性的降低引起聚集造成的。剪切力大小可以反映鱼肉的软化程度,与肌原纤维的结构和状态、肌内结缔组织的含量和性质以及肌内脂肪的含量有关,纤维断裂越明显,结缔组织膜破坏越严重,剪切力就越小[30]。Bjørnevik等[31]报道,鳕鱼宰后冰上贮藏8 d时剪切力显著降低,并与色泽和pH值的变化呈显著正相关关系,与组织蛋白酶D有显著负相关关系。Wills等[20]报道,虹鳟Oncorhynchus mykiss在-30℃下贮藏6周时,剪切力从初始时的10.00 N降低到4.00 N,此后剪切力变化不大,可能是由于肌原纤维蛋白的冷冻变性和聚集,导致肌肉蛋白质功能特性的改变,进而导致肌肉失水和质构的变化。

1.4 低温贮藏鱼肉持水性能的变化

持水性又称保水性,是指肌肉保持原有水分与添加水分的能力,表现为从肌肉蛋白质系统释放出的液体量[32]。持水性指标在反映肉的食用品质,如颜色、多汁性和嫩度等方面具有重要的经济意义,较低的持水性会影响食品的感官品质[33]。衡量持水性的指标有汁液流失率、滴水损失、失水率、拿破率、贮藏损失和熟肉率。

鱼肉低温贮藏过程中持水性会逐渐降低,一方面是由于蛋白质的水解、氧化、变性等减弱了肌肉组织对水的保持能力,造成鱼肉组织水分的流失[34-35];另一方面是由于肌肉中大部分的水分存在于肌原纤维内部、肌原纤维之间、肌原纤维和细胞膜(肌膜)之间、肌细胞之间和肌束之间[35],因此,肌原纤维的收缩也是导致低温贮藏时鱼肉持水能力下降、汁液流失的原因。Aussanasuwannakul等[36]的研究也认为,鱼肉的持水能力与鱼被宰后其肌原纤维蛋白和结缔组织网络结构的蛋白水解有关,肌膜的分离、肌原纤维间的间隙增大,以及细胞的横向收缩均会造成鱼肉持水力的降低。

冻结速率、冷冻温度、冷冻持续时间等均会对鱼肉的持水性能产生影响[25,37-38]。鱼肉在冷藏条件下,经历了僵硬和解僵的过程,肌原纤维收缩,使得肌原纤维内部的水分逐渐被挤压到肌原纤维外,从而造成鱼肉的持水力下降[39];冰点温度贮藏时,由于鱼肉发生部分冻结,会导致蛋白降解和脂质氧化程度的提高,引起未冻结自由水的流动性增强,使得酶活性提高,最终导致蛋白降解和膜结构的破坏,以及持水能力下降[40-41];而在冻结贮藏过程中,鱼肉发生部分冻结形成冰晶,冰晶的增加破坏了细胞结构,造成了肌肉细胞膜和细胞器的机械损伤,使得蛋白质变性,从而增加了汁液流失[22]。

此外,脂肪的氧化也可能导致低温贮藏鱼肉持水性能的下降,Subbaiah等[22]报道,罗非鱼鱼肉在-18℃冻藏过程中会发生脂质氧化反应,脂质氧化产物,特别是醛类,与氨基酸反应,诱导肌原纤维蛋白变性,这将导致鱼肉持水能力降低,在解冻时汁液流失增加。

2 低温贮藏对鱼肉品质的影响因素

2.1 温度

2.1.1 温度对微生物的影响 微生物是影响新鲜鱼肉品质变化最重要的因素之一,微生物生长和代谢过程中产生的醛、酮、酯、有机酸、胺和硫化物等,对鱼肉风味产生不良的影响,严重地影响了鱼的感官品质。虽然,低温可以降低微生物体内代谢酶的活力和各种生化反应速率[25],并且可以导致微生物细胞内原生质体浓度和黏度增加,从而影响其新陈代谢[42],进一步抑制部分微生物的生长繁殖,但冷藏过程中仍然会有许多嗜冷性细菌的繁殖,成为优势腐败菌,同样会影响鱼肉的品质[43-44]。当贮藏温度降低到-10℃时,大多数微生物就会停止生长,且出现部分死亡,而少数嗜冷微生物仍可缓慢生长[45];当贮藏温度在-20℃时,可以有效地降低鱼肉的菌落总数[46]。

2.1.2 温度对鱼肌肉蛋白质的影响 低温贮藏鱼肉的品质特性与鱼肌肉蛋白质的结构完整性息息相关,不同贮藏温度下,鱼肌肉蛋白质的水解、氧化和变性程度不同,其中冰藏相较于冻藏和冷藏整体贮藏保鲜效果更好。冻藏可以有效地抑制微生物生长及内源性肌肉蛋白酶的活性,但会对肌肉组织结构和化学性质产生负面影响,使得蛋白质溶解度降低和部分聚集体形成;冷冻过程中大量冰晶的形成造成了质地和细胞膜损坏,导致蛋白质变性和滴水损失增加[22,38,47],Fukuma等[25]研究发现,鱼肉贮藏过程中,温度每天下降1.0、0.5℃时,冻结点分别为-3.5、-5.0℃,表明缓慢的冷却幅度可以降低冻结点,使其没有足够的能力形成冰晶,减少了冰晶形成的数量。Aussanasuwannakul等[36]报道, -25℃下冻藏的虹鳟鱼片蒸煮损失率高于2℃时,可能是鱼肉在贮藏过程中发生冻结,使得鱼肉蛋白发生变性和聚集,尤其是肌原纤维蛋白的变性和聚集,降低了肌肉组织对水的保持能力。冰藏可以抑制大部分的鱼肉自溶和微生物生长,肌肉组织不发生冻结或只有部分冻结,不产生冰晶或只产生少量冰晶,因此,能防止解冻时过多的滴水损失[25],冰藏的温度可以低至足以维持鱼肉的品质,并高到可以避免鱼肌肉产生大量冰晶而损坏肌肉组织结构[48];而冷藏相对于冰藏和冻藏,不能较好地抑制鱼肉的自溶和微生物生长,内源性蛋白酶和微生物产生的蛋白酶加速了肌肉蛋白质的水解变性,导致肌肉蛋白质水解快于冰藏和冻藏,因而质构特性和持水性能下降。Shen等[49]报道,虹鳟鱼片在3℃和-3℃贮藏时,电导率分别在第9天和第15天前逐渐升高;在此之后则急剧上升,且3℃时的电导率远高于-3℃时,作者认为,这是由于贮藏后期肌肉组织的溶解导致汁液流失增加造成的,因此,冷藏比冰藏更容易导致鱼肉的腐败。

2.2 宰前处理及致死方式

活鱼被宰前的状态会对其被宰后低温贮藏的鱼肉品质产生影响。宰前鱼的活动或压力增加,会使得鱼体内三磷酸腺苷消耗过快,随后的内分泌响应导致鱼体乳酸增加,pH下降速率增加[50]。pH的迅速下降会使鱼僵硬期提前,造成肌肉孔隙增加和血斑的形成,并使鱼肉质构特性发生改变以及持水性能下降,最终导致低温贮藏鱼肉品质下降,货架期降低[39]。Matos等[51]研究发现,采用宰前拥挤胁迫和深度麻醉方式对鲷Sparus aurata宰后鱼肉品质有一定的影响,拥挤胁迫组鱼进入僵硬期的时间为2 h,而深度麻醉组鱼为21 h,解僵时间则分别为3 h和32 h;最终研究结果表明,使用零残留的麻醉剂对鱼进行宰前麻醉,可显著改善肌肉pH值和延迟尸僵,并对肌肉结构不产生太大影响。Roth等[52]研究报道,宰前电刺激处理的大西洋鲑Salmo salar的质地较未受压的大西洋鲑更软,其鱼肉的滴水损失是后者的3倍。其原因是对肌原纤维及结缔组织的物理应激会直接影响机体的能量代谢机制,使糖原和乳酸含量发生改变,因而与未受物理应激的鱼肉在质地和持水性等方面有显著差异。方静等[53]研究了4种不同致死方式(鳃部放血、冰激致死、敲击头部致死、敲击头部后放血)对罗非鱼片品质的影响,其中,冰激致死和敲击头部致死的鱼肉亮度值L*最小,红度值a*最大,有利于鱼片冰藏期的保鲜;且敲击头部致死的鱼片质构品质最好。因此认为,敲击头部致死的宰杀方式对鱼片冰温贮藏品质效果最佳,这可能是由于被敲击致死的鱼死亡时间较短,pH下降相对较慢,鱼体进入僵硬期时间延长,且鱼体不易腐败。

3 存在问题及发展前景

在低温贮藏过程中,鱼肉品质会发生一系列变化,其贮藏品质变化、影响因素和解决方法一直是研究热点。鱼肉在冷藏过程中的汁液流失、鱼肉软化、微生物繁殖、深色鱼肉肌红蛋白氧化造成的鱼肉变色等问题,以及冻藏过程中冰晶的形成导致的蛋白变性、滴水损失增加,以及脂质氧化问题等都很大程度上影响了鱼肉的商品价值。

解决冷冻贮藏过程中冰晶形成对肌原纤维不可逆的破坏的问题将是未来研究的方向。目前,优化的冷冻条件结合抗氧化添加剂、气调包装、高压处理以及辐照技术等已经被开发和利用,有望解决鱼肉低温贮藏过程中产生的细菌腐败和氧化问题,利于保持鱼肉的感官品质和营养价值。而稳定的控温贮藏设备的开发也是解决鱼肉贮藏品质劣化问题的有效办法。

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Advances on changes in quality of fish muscle during cold storage and its influence factors:a review

HE Yan-fu1,2,HUANG Hui1,LI Lai-hao1,YANG Xian-qing1,WU Yan-yan1,ZHAO Yong-qiang1
(1.Key Laboratory of Aquatic Product Processing,Ministry of Agriculture,National Research&Development Center for Aquatic Product Processing, South China Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Guangzhou 510300,China;2.Wuxi Fisheries College,Nanjing Agricultural University,Wuxi 214128,China)

A series of changes of fish physical,chemical,biochemical and microbial properties during cold storage leads to the change in fish quality.The common indicators to evaluate the quality and determine commodity value of fish muscle are texture(hardness and springness),color,flavor and juiciness.In this paper,the reasons for changes of fish quality during cold storage,and factors to affect those changes are summarized.Aim to providing references for the study of different varieties and different quality of fish,the problems in storage methods and the future development of fish storage are discussed.

fish muscle;cold storage;quality;influence factors

10.16535/j.cnki.dlhyxb.2017.02.020

2095-1388(2017)02-0242-06

TS254.4

:A

2016-06-30

国家现代农业(罗非鱼)产业技术体系建设专项(CARS-49);国家自然科学基金资助项目(31271957,31401563);国家“十二五”科技支撑计划项目(2015BAD17B03,2012BAD28B06)

何燕富(1990—),女,博士研究生。E-mail:heyanfu819@sina.com