复合保水剂对冻藏大黄花鱼持水性 及质构特性的影响

王 宁,李 亮,毕凯媛,崔珊珊,孙晓宇,尚宏丽

(锦州医科大学食品科学与工程学院,辽宁锦州 121000)

大黄花鱼又名大黄鱼(Larimichthyscrocea)。属石首鱼科黄鱼属(Larimichthys)。大黄花鱼肉质细嫩,具有丰富的营养价值,其高蛋白低脂肪的特性使其深受人们喜爱[1]。目前大黄花鱼大多都是以冰鲜原料出口或内销,如何延长这种冰鲜大黄花鱼的货架期,减少其在冷链运输过程中的品质消耗,最大程度地提高其利用价值,是十分有意义的课题[2]。冻藏是目前最有效的食品保鲜方法之一,能最大限度地保存食品的营养价值并防止其短期内风味变化[3],但冻藏的大黄花鱼肉解冻后会出现大量的水分损失,这样会严重降低鱼肉的口感和新鲜度。因此冻藏过程中如何添加怎样的复合保水剂来延缓其肉制品的水分及品质下降,最大程度地保持其食用价值,是极其重要的问题。

李凤舞等[4]研究发现将食盐和碳酸氢钠复配可以降低冷冻虾仁的解冻失重率,虾仁质构也得到明显改善,防止了虾仁在解冻后肉质变坏等问题;张峰等[5]研究发现乳酸钠、醋酸钠、氯化钠和壳聚糖的复配对冷鲜犊牛肉具有明显的保水嫩化作用,可以降低冷鲜犊牛肉解冻失水率,提高其持水性能;高可蒙等[6]研究发现海藻糖、山梨糖醇和柠檬酸钠三者的复配可以提高冷冻调理猪里脊肉解冻后的质量增加率,减少解冻失水率。以上研究结果均表明不同添加剂的复配可以降低食品的解冻失水率,起到保水嫩化的效用。因此本文以海藻糖、柠檬酸钠、山梨糖醇三种添加剂进行单因素实验,考察不同添加剂对冻藏大黄花鱼持水性的影响,然后再运用响应面组合分析法找出最佳复合保水剂配比,并对最优复合保水剂处理过的鱼肉样品进行质构特性分析。研究了复合保水剂对大黄花鱼肉冻藏品质的影响,找到了最佳的复合保水剂配方,为大黄花鱼肉制品的解冻保水提供了可靠的依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大黄花鱼 锦州海鲜市场;海藻糖 食品级,寿光市华天糖醇有限公司;山梨糖醇 食品级,合肥锦泰糖业有限公司;柠檬酸钠 分析纯,武汉万荣科技发展有限公司。

BCD-458WDSD海尔冰箱 青岛海尔有限公司;JJ5000A电子天平 天津市顺诺仪器科技有限公司;MD-ZG3质构仪 北京金洋万达科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 肉样制备 挑选鲜活的大黄花鱼,装入铺有冰袋的保温箱中,运送到实验室后将鱼敲击致死,去除鱼肉、鱼鱗和内脏,用无菌冰水冲洗干净后按3 cm×3 cm×3 cm规格取鱼背肉,按照实验设计添加保水剂,统一放在-18 ℃冻藏备用[7]。按照实验需求将处理样品解冻后进行后续实验,解冻条件为:室温下解冻。

1.2.2 单因素实验设计 为了测定海藻糖、山梨糖醇和柠檬酸钠三种不同保水剂对大黄花鱼肉持水性的影响,设计单因素实验,将三组等量的大黄花鱼肉样品分别浸泡在海藻糖、山梨糖醇、柠檬酸钠三种保水剂中,之后进行各组持水性的测定。添加剂量设计如下:海藻糖添加量:0%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%;山梨糖醇添加量:0%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%;柠檬酸钠添加量:0%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。

1.2.3 响应面组合优化实验设计 为了得出最佳的保水剂配比,得到最优复合保水剂,减少大黄花鱼肉解冻水分的流失,以单因素实验得到的海藻糖、山梨糖醇、柠檬酸钠三者最优添加量为0水平因素,按照响应面中心组合设计3因素3水平实验方案,如表1所示[8]。

1.2.4 质构特性测定实验设计 取大黄花鱼肉样品两份,一组不做任何处理作为空白对照组,另一组加入3.25%海藻糖、2.08%山梨糖醇和0.25%柠檬酸钠,在冻藏后的第0、7、14、21、28、35 d解冻并测定其质构的变化。使用质构仪测定两组样品的硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性、凝聚性和回复性,其中咀嚼性在测试样品中即为弹性×胶黏性[9],因此以咀嚼性来代表样品的弹性和胶黏性。测定前先将鱼肉样品置于室温(约25 ℃)下约60 min,以消除冻藏低温的影响。使用MD-ZG3质构仪对各组大黄花鱼肉各平行测定12次,质构仪选用直径为5 mm的通用柱形探头,测试距离精度为0.01 mm;测定时探头下降速度为2 mm/s,测试速度为1 mm/s,回程速度为2 mm/s;测定维持时间为5 s,压缩比为60%,来回两次[10],以TPA模式[11]测定大黄花鱼肉的质构特性值。

1.2.5 鱼肉持水性的计算 将样品切成5 mm厚的片状,置于双层滤纸之间,向其施加5 kg重的砝码,并保持2 min,持水性以压出水分来表示。大黄花鱼肉的持水性按下式计算[12]:

式中,W1为鱼肉质量、W2为除水后的质量、w为大黄花鱼肉水分含量,以79%[13]计。每组参数重复测量3次,按公式计算后取均值,作为持水性指标。

1.3 数据处理

每组数据记录作图均采用Origin 8.0、所有数据用SPSS 19.0进行统计分析,响应面优化采用Design-Expert 8.0.6,显著性水平设置为p<0.05。

2 结果与分析

2.1 持水性单因素实验结果及分析

2.1.1 海藻糖添加量对大黄花鱼肉持水性的影响 如图1所示,大黄花鱼肉持水性随海藻糖浓度的增加而出现不同趋势的变化。大黄花鱼肉持水性曲线以海藻糖3%添加量为分界点,当海藻糖添加量在3%左侧时,大黄花鱼肉持水性随海藻糖浓度的增加而不断增加;海藻糖添加量在3%右侧时,大黄花鱼肉持水性下降缓慢。大黄花鱼肉在加入了3%的海藻糖添加剂时,持水性达到了最佳的87%。薛勇等[14]发现海藻糖可以抑制冻藏过程中鳙肌原纤维蛋白表面疏水性的升高,提高鳙鱼肌的持水性。因此,选择3%为海藻糖适宜添加量。

图1 海藻糖添加量对大黄花鱼肉持水性的影响Fig.1 Effect of trehalose on the water-retaining property of frozen large yellow croaker

2.1.2 山梨糖醇添加量对大黄花鱼肉持水性的影响 如图2所示,大黄花鱼肉持水性在山梨糖醇添加剂下有与添加海藻糖时类似的先增加后降低的变化趋势。大黄花鱼肉持水性曲线以山梨糖醇2%添加量为分界点,当山梨糖醇添加量小于2%时,持水性呈持续上升趋势;山梨糖醇添加量大于2%时,持水性在很小的下降之后保持不变。郇延军等[15]实验得出山梨糖醇的加入能够降低不易流动水和自由水的活度,并且能够改善发酵香肠的质构,有效改善发酵香肠口感硬、难咀嚼的特点。因此,选择2%为山梨糖醇适宜添加量。

图2 山梨糖醇添加量对大黄花鱼肉持水性的影响Fig.2 Effect of sorbitol on the water-retaining property of frozen large yellow croaker

2.1.3 柠檬酸钠添加量对大黄花鱼肉持水性的影响 如图3所示,曲线以柠檬酸钠0.2%添加量为分界点,大黄花鱼肉持水性呈不断上升而后持水性迅速下降的趋势。当柠檬酸钠添加量小于0.2%时,大黄花鱼肉持水性呈持续上升的趋势;柠檬酸钠添加量大于0.2%时,大黄花鱼肉持水性下降速度很快,原因可能是柠檬酸钠添加量增大到0.2%后大黄花鱼肉渗透压升高,进而降低鱼肉的持水性。而大黄花鱼肉持水性在添加0.2%柠檬酸钠时比不添加任何添加剂时提高了7%,为添加量最优值。胡铁军等[16]发现柠檬酸钠的添加可以提高重组牛肉吸水性,减少水分的丢失。因此,可以选择0.2%为柠檬酸钠适宜添加量。

图3 柠檬酸钠添加量对大黄花鱼肉持水性的影响Fig.3 Effect of sodium citrate on the water-retaining property of frozen large yellow croaker

持水性是衡量鱼糜蛋白变性的重要指标,持水性的下降说明鱼糜蛋白在冻藏过程中发生了不同程度的变性[17]。由以上三幅图可以发现,添加不同种类和不同剂量的添加剂与未加入添加剂的大黄花鱼肉持水性都会有差异,通过显著性分析可以得出在加入3%海藻糖时大黄花鱼肉持水性与未加入添加剂的大黄花鱼肉持水性差异显著(p<0.05),同样在添加2%山梨糖醇以及0.2%柠檬酸钠时的大黄花鱼肉持水性与未加入添加剂的大黄花鱼肉持水性差异亦显著(p<0.05)。

2.2 持水性响应面组合优化实验结果及分析

2.2.1 持水性响应面Box-Bchnken实验设计与结果 从以上单一因素实验可以看出,单独添加一种添加剂对大黄花鱼肉持水性都有不同程度的影响,在某个水平之上可以对其鱼肉持水性产生更大的持水效果,对鱼肉冻藏品质具有积极的作用,但并未达到最理想的效果,因此采用Box-Bchnken响应面实验,通过三种添加剂的复合配比来获得更好的持水效果,最大程度减小冷冻变性发生的概率。表2为响应面实验设计与结果。

表2 Box-Bchnken实验设计与结果Table 2 Box-Bchnken test design and results

2.2.2 持水性响应面组合优化实验分析 利用Design-Expert 8.0.6软件进行二次多元回归拟合,可得大黄花鱼肉持水性响应面实验结果见表3。

表3 大黄花鱼肉持水性回归模型方差分析Table 3 Analysis of variance of regression model of large yellow croaker

由表3可知模型的p=0.0008(p<0.01),极显著,可靠性好。模型的复相关系数R2=0.9818,模拟相关性好,而调整R2=0.9491,说明此模型可代表94.91%的大黄花鱼鱼肉持水性的变化。失拟合系数p=0.5835>0.05,说明模型中心拟合度良好且误差小,因此,可以使用该模型方程对大黄花鱼肉持水性进行分析和预测。而且海藻糖与山梨糖醇和海藻糖与柠檬酸钠的交互作用均对响应值有极显著的影响(p<0.01),所以各影响因素对响应值都有极复杂的影响。通过二次多元回归拟合得到回归方程模型为:

Y=88.98-0.14A+0.072B+0.26C+0.44AB-0.83AC-0.16BC-0.32A2-0.47B2+0.44C2。

将三个因素中的一个因素分别置为零水平,用Design-Expert8.0.6软件中的模型绘图自动绘制出海藻糖与山梨糖醇和海藻糖与柠檬酸钠和山梨糖醇与柠檬酸钠的3D响应面图形和等高线图形,如图4、图5和图6所示。

图4 海藻糖与山梨糖醇对大黄花鱼肉持水性的交互影响图Fig.4 The interaction effect of trehalose and sorbitol on the hydrophilicity of large yellow croaker

图5 海藻糖与柠檬酸钠对大黄花鱼肉持水性的交互影响图Fig.5 The interaction effect of trehalose and sodium citrate on the hydrophilicity of large yellow croaker

由图4、图5和图6可以看出大黄花鱼肉持水性随着海藻糖、柠檬酸钠的增加而呈现先增加再减少,随着山梨糖醇的增加而增加。通过多次实验结果综合分析得出最优的大黄花鱼肉持水性的复配为:海藻糖3.25%、山梨糖醇2.08%、柠檬酸钠0.25%,理论大黄花鱼肉持水性为90.85%,而经最优复配海藻糖、山梨糖醇和柠檬酸钠混合液处理后的大黄花鱼肉实际持水性为89.6%,与理论值相差0.93%。

2.3 质构特性测定结果及分析

随着冻藏的进行,鱼肉质构会发生一些不可逆的变化,而影响其食用口感和营养价值,所以研究鱼类在冻藏期间质构的变化显得尤为重要[18]。按照质构的测定方法,测定不同冻藏阶段的大黄花鱼的质构特性参数,得到两组样品的质构特性参数值并做图如图7、图8所示。由两图分析计算可知:空白对照组和优化处理组0 d硬度值为16 N。在第21 d时,空白对照组的硬度值下降至8.6 N,下降率为46.25%,优化处理组的硬度值下降为11.5 N,下降率为28.13%,为空白对照组下降率的一半。冻藏终点第35 d时,空白对照组硬度值降至4.5 N,整体下降率为71.9%,而优化处理组其硬度值则维持在8 N,整体下降率为50%;第7 d时,空白对照组的咀嚼性值为6.1 N,优化处理组为6.4 N。第21 d时分别下降为4.7 N和5.1 N。到35 d时,下降至3.5 N和4.2 N,总体下降率各为50%和40%;空白对照组凝聚性值由最初的0.5下降至0.32,而优化处理组由0.5下降至0.37,总体下降率各为36%和46%;冻藏7 d时,空白对照组的回复性为0.17,优化处理组为0.18。冻藏21 d时,空白对照组下降至0.14,下降率为30%,而优化处理组为0.16,下降率为20%。到冻藏35 d时,空白对照组下降至0.11,而优化处理组为0.14。

图7 两组样品硬度值和凝聚性值的误差分析及显著性分析图Fig.7 The picture of error analysis and significance analysis of the hardness and agglomeration values of the two sets of samples注:图中字母a表示两组样品之间差异性显著(p<0.05)，字母b表示两组样品之间差异性不显著(p>0.05),图8同。

图8 两组样品咀嚼性值和回复性值的误差分析及显著性分析图Fig.8 The picture of error analysis and significance analysis of the mastication value and recovery value of the two sets of samples

由两图可知在冻藏7 d之后,优化处理组硬度值和咀嚼性值都显著高于空白对照组(p<0.05)。在整个冻藏周期内,优化处理组的凝聚性值和回复性值较空白对照组差异显著(p<0.05)。这证明了经过3.25%海藻糖、2.08%山梨糖醇、0.25%柠檬酸钠形成的复合保水剂处理过后的大黄花鱼肉质构参数的下降受到明显抑制,解冻后质构特性得到了很好的保护。

3 结论

海藻糖、山梨糖醇和柠檬酸钠的添加可以不同程度降低大黄花鱼肉持水性的下降,减少鱼肉质构特性的变化。海藻糖、山梨糖醇和柠檬酸钠配比而成的复合保水剂更能抑制大黄花鱼肉持水性的下降,并对保持大黄花鱼质构特性有更显著的作用,尤其能够减少大黄花鱼肉硬度的变化。

本文通过单因素实验、响应面优化实验和质构特性分析最终得出添加3.25% 海藻糖、2.08%山梨糖醇和0.25%柠檬酸钠的复合保水剂时,大黄花鱼肉的持水性最佳,质构特性参数变化最小。此配比的复合保水剂方案最能抑制大黄花鱼肉解冻水分流失,能有效减少质构特性变化,保持鱼肉嫩度及口感。

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