发酵镜鲤鱼糜肠在低温贮藏过程中的 品质及氧化反应的比较

石 硕,邓思杨,王 浩,董依迪,杜 鑫,畅 鹏,夏秀芳

(东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030)

镜鲤是一种常见的淡水鱼,具有高蛋白、低热量、水分含量高、口感质嫩等优点。新鲜的淡水鱼营养价值高,是优质的动物蛋白来源。维生素、矿物质丰富且可以提供人体所需的必需氨基酸[1-2]。但鲜活的镜鲤鱼刺多、土腥味重且由于水分含量及不饱和脂肪酸含量高,在运输与销售过程中极易引起微生物的滋生、腥味增加、腐烂发臭,严重制约了水产养殖业的健康发展[3-4]。因此,为适应具有持续高产出量特点的水产品养殖业的发展,开发多种鱼类制品及其保鲜技术,对中国淡水鱼养殖及其加工产业具有重要研究意义[5]。鱼糜为新鲜鱼肉经过漂洗、脱水、精滤后而成的肌肉蛋白浓缩物[2],具有高蛋白、低胆固醇、食用方便、弹性优良等优点,深受消费者喜爱。但因鱼糜的蛋白质含量较高,在贮藏期间易分解生成小肽和游离氨基酸,致使腐败菌吸收这类营养物质大量繁殖从而引起制品的腐败变质[6]。史策[7]的研究表明,水产制品在贮藏期间容易受到细菌及霉菌的污染,这些腐败微生物可以分解水产制品中的营养物质,产生难闻的气味甚至有毒物质。Tsai等[8]报道,贮藏期间,在蛋白质含量较高的食品如鱼糜制品、腌肉制品、发酵肉制品中易发现生物胺等毒性因子的存在。

微生物发酵技术可以有效地改善鱼肉制品的贮藏特性,提高安全性。Xu等[9]发现在肉制品中接种乳酸菌,可以迅速降低肉制品的pH并产生H2O2和细菌素,这对有害菌群如假单胞菌、肠杆菌、葡萄球菌具有抑制作用。另外,在发酵过程中,乳酸菌和内源性酶可以将蛋白质逐步降解为小分子物质,提高营养吸收率;乳酸菌及其代谢产物又能提高人体肠道环境的稳定性,达到预防疾病的目的[10]。有研究表明,利用乳酸菌代谢产生的乳酸与鱼糜蛋白进行交联,证明经过发酵的鱼糜具有良好的凝胶特性及弹性[11]。由此可见,有益菌群的生长对鱼糜制品的品质特性具有良好的促进作用。

温度是影响微生物代谢的重要因素,因此可以通过控制贮藏条件来进一步改善鱼糜制品的贮藏稳定性。严伯奋等[12]和崔旭海等[13]在研究中发现,贮藏条件对鱼糜制品的保鲜具有重要的调控作用,尤其在低温条件下可以抑制脂肪及蛋白质的氧化程度。Utrera等[14]对牛肉肉糜在冻藏期间脂肪氧化及蛋白质氧化的研究中表示,蛋白氧化与脂肪氧化二者是相互作用的,脂肪氧化的产物会加速蛋白结构的破坏使得蛋白功能性降低。目前,国内外学者对于鱼糜制品在贮藏期间品质变化的研究已有很多,但对具有微生物防腐作用的鱼糜制品的研究尚不完全。

因此,本试验选择镜鲤鱼为原料,经过斩拌后,以单一乳酸菌为发酵剂进行发酵,制成发酵镜鲤鱼糜肠。通过探究低温对发酵镜鲤鱼糜肠在贮藏期间品质及氧化性的影响,筛选出鱼糜制品适宜的贮藏温度,为提高淡水鱼糜制品贮藏期间的品质特性提供理论依据,也为我国的淡水渔业的发展起到了促进作用。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

镜鲤鱼、葡萄糖、食盐、复合磷酸盐、味精、生姜粉、白胡椒粉、大蒜粉、料酒胶原蛋白肠衣 哈尔滨市沃尔玛超市;MRS培养基 广州环凯微生物科技有限公司;2-硫代巴比妥酸 上海惠世生化试剂有限公司;三氯乙酸 天津巴斯夫化工有限公司;盐酸 哈尔滨天力化学试剂有限公司;乙二胺四乙酸(EDTA) Sigma试剂公司。

AL-104型精密电子天平、ELTA320 pH计 梅特勒-托利多仪器有限公司;QT-1旋涡混合器 西安华辰乐天实验室设备有限公司;高速冷冻离心机 德国DECKMAN制造;色电ZE-6000色差计 日本色电工业株式会社;HWS-系列恒温恒湿培养箱 天津市泰藏斯特仪器有限公司;自动定氮仪 上海纤检仪器有限公司;紫外超净台 上海精宏设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 发酵镜鲤鱼糜肠的制备 原料鱼肉的选择→切块→搅拌(辅料)→斩拌→腌制→接种发酵剂→灌肠→发酵→成品。

新鲜镜鲤鱼去头、尾、内脏,清洗干净后手工取肉。将鱼肉切成2 cm×2 cm×2 cm大小的肉块。将需要添加的辅料按肉重比例加入切好的肉块中搅拌均匀。辅料添加量分别为:食盐2%、葡萄糖2%、料酒2%、复合磷酸盐0.03%、味精0.03%、生姜0.01%、白胡椒粉0.05%。辅料与肉块混合均匀后放入斩拌机中,斩拌3 min制成均匀鱼糜,然后放入4 ℃冰箱中腌制12 h。同时,在MRS培养基中接种乳酸菌,培养3代后离心收集菌体细胞,用0.85%生理盐水制成浓度约为106～107cfu/mL的菌悬液。将稀释度适当的菌悬液以1.0%的接种量添加到腌制好的鱼糜中。取(50.0±1.0) g的鱼糜灌入25 mm的肠衣中,放入恒温恒湿培养箱中,相对湿度90%,发酵温度25 ℃,发酵48 h制成发酵镜鲤鱼糜肠。最终将发酵镜鲤鱼糜肠包装成成品放入冰箱中贮藏。

1.2.2 发酵镜鲤鱼糜肠的贮藏 将发酵好的镜鲤鱼糜肠样品分别置于4 ℃和-18 ℃冰箱贮藏,时间分别为90、180 d,每隔30 d取样分析。每次取样前将-18 ℃条件下贮藏的样品置于4 ℃冰箱中解冻,直至中心温度达到4 ℃。解冻后的样品与4 ℃条件下贮藏的样品同时进行品质及氧化指标的测定。

1.2.3 品质特性的测定

1.2.3.1 pH的测定 测定方法参照GB/T 5009.237-2016[15]。

1.2.3.2 水分含量的测定 水分含量参照GB 5009.3-2016[16]。

1.2.3.3 色泽的测定 采用色差计测定待测样品的白度。白板X为90.18,Y为95.08,Z为103.29。仪器经预热并校正后,待测试样铺满样品池底部置于载样台上进行测量,每个试样按同一个方向旋转测定三次,最终输出值为其平均值。白度的计算公式如下:

式中:W为白度;L*为亮度;a*为红度;b*为黄度。

1.2.3.4 感官质量的测定 由10位具有相关专业知识和经验的人员进行感官评分。主要评价的指标为滋气味、酸败味、组织状态和总体可接受性,酸败味指标参照Pohlman等[17]的方法,并稍作修改。感官评分标准见表1。

表1 镜鲤鱼糜肠感官评分标准Table 1 The standard of marking in mirror carp surimi sausage

1.2.4 氧化指标的测定

1.2.4.1 硫代巴比妥酸反应物值(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)的测定 参考Patroklos等[18]的方法,并作适当修改。将0.3 g的样品放入试管中,加入3 mL的TBA(2-硫代巴比妥酸)溶液,17 mL的TCA-HCl溶液(三氯乙酸-盐酸),将混合溶液漩涡混合3 s后,沸水浴加热30 min,冷却,取4 mL氯仿,3000 r/min条件下离心10 min,于532 nm处测定吸光度值。TBARS值以每千克氧化后的油脂样品溶液中含有的次级氧化产物(丙二醛)的质量(mg)计算,计算公式如下:

式中:A为波长在532 nm处的吸光值;w为样品的质量(g);9.48为常数。

1.2.4.2 挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)的测定 利用Visessanguan等[19]方法略作修改,采用半微量扩散法测定TVB-N含量。

1.3 数据分析

试验所得数据使用Statistix 8.1、SPSS 15.0等软件进行统计分析,差异显著性(p<0.05)分析采用Tukey HSD程序,并使用Sigmaplot 11.0 软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 低温贮藏中发酵镜鲤鱼糜肠品质的变化

2.1.1 低温贮藏中发酵镜鲤鱼糜肠pH的变化 由图1可得,贮藏初期pH为4.0,随着贮藏时间的延长,试验组的pH均呈现升高的趋势,4 ℃的pH增长速率及增加量较-18 ℃的高,但二者的pH在整个贮藏期间仍小于4.5。

图1 贮藏温度对镜鲤鱼糜肠pH变化的影响Fig.1 Effect of storage temperature on mirror carp surimi sausage pH change

在贮藏初期由于内源性酶活性及乳酸菌的生理代谢活动较强,分解了鱼糜肠中的蛋白质、脂质等营养物质,使得初期pH较低。随着贮藏时间的延长,pH回升的原因可能为腐败细菌开始滋生,由细菌细胞正常生理代谢产生的过氧化氢会进一步氧化生成自由基,而这类稳定性差、生物反应活性高的自由基会攻击蛋白质的骨架结构或者氨基酸侧链,加速了蛋白质的分解。蛋白质在逐级降解的过程中会有一些氨及胺类物质产生,能中和大部分由乳酸菌发酵产生的有机酸。卢涵[20]在探究贮藏期间鳙鱼肉体内自由基对蛋白氧化的影响中表明,羟自由基会攻击蛋白质中的部分氨基酸,引起肽键断裂,蛋白质随之降解且随着羟自由基浓度的升高,蛋白氧化逐渐加剧。在相同贮藏时间内,低贮藏温度能够有效防止pH的升高,可能是低温抑制了腐败微生物的细胞代谢和一些可催化不良反应的酶活性。李双梅[21]研究了低温条件下镜鲤鱼在贮藏20 d内pH的变化规律,结果表明低温能够减慢pH的升高速度,有助于镜鲤鱼糜的保藏。另外,乳酸菌具有较好的耐受低pH的能力。

当pH介于4.0～4.5范围时,乳酸菌仍能保持良好的生长趋势,并发挥其良好的保藏作用[22]。因此,在贮藏期间乳酸菌、低温及低pH三者共同发挥作用使腐败菌的生长受到抑制,提高了鱼糜制品的安全性。

2.1.2 低温贮藏中发酵镜鲤鱼糜肠水分含量的变化 鱼糜制品中水分含量的保持与贮藏期间生成的冰晶及鱼糜凝胶的三维立体网状结构有关[23]。由图2可得,4 ℃与-18 ℃试验组中,水分含量在整个贮藏期间稍有波动但整体呈下降趋势,且二者存在显著差异(p<0.05)。贮藏初期,发酵镜鲤鱼糜肠的水分含量为71%以上。在4 ℃贮藏90 d后,水分含量约降低了4.3%;而-18 ℃条件下的发酵镜鲤鱼糜肠在90 d时,其水分含量降低了1%左右,到贮藏结束(180 d)后,-18 ℃组的水分含量降低了4%。这说明,在同一贮藏时间内,低温可以有效防止发酵镜鲤鱼糜肠在贮藏期间水分的流失。原因可能是在4 ℃贮藏条件下,鱼糜蛋白的氧化程度较-18 ℃的高,组织结构的破坏程度更大,水分子易流失,由内向外迁移;-18 ℃贮藏条件下水分流失程度虽然由于蛋白质的低氧化水平得到一定的控制,但冻结过程中生成的冰晶对细胞的破坏作用也会对蛋白质的持水力造成不利的影响。

卢涵[20]在探究不同贮藏温度影响鳙鱼肉贮藏期间质构及持水力的变化研究中表明,蛋白质在氧化过程中结构受到破坏,使得疏水基团暴露,降低了蛋白分子与水分子之间的结合能力,导致肌肉内水分流失;另外,贮藏期间冰晶的生成及后期肌肉解冻比蛋白氧化对鱼肉质构的影响更加严重。具体机制为鱼肉在冻结过程中,肌束间的水分冻结成冰,解冻后水分向肌肉表面迁移成为液态水流失。Liu等[24]同样得出了类似的研究结果,鱼肉蛋白持水力的劣变与蛋白质的构象改变有关。Lund等[25]表示蛋白质的分子间或分子内交联影响了肌纤维之间的距离,进而肌纤维束发生皱缩,造成这部分空间水分的流失。

2.1.3 低温贮藏中发酵镜鲤鱼糜肠色泽的变化 色泽是影响肉类制品感官品质的一个重要因素。鱼糜制品的色泽与鱼糜蛋白凝胶的颜色有关,在蛋白凝胶加工及贮藏期间深色色素的释放都会使鱼糜凝胶具有较高的b*[26]。

由图3所示,两组初始白度均大于60。随着贮藏时间的延长,4 ℃及-18 ℃条件下的白度总体呈下降的趋势,且二者差异显著(p<0.05)。贮藏90 d后,4 ℃条件下的发酵镜鲤鱼糜肠白度下降至54;而-18 ℃的白度在贮藏180 d后降至57。其次,在整个贮藏期间内,4 ℃下发酵镜鲤鱼糜肠的白度的下降速度较快。试验表明同一贮藏时间内,较低的贮藏温度能够抑制色泽的劣变。原因可能为,高贮藏温度易引起脂肪和蛋白质发生氧化反应,氧化后蛋白质释放的游离氨基酸与脂肪的分解产物易发生褐变,产生的棕色物质致使色泽变暗。另外,-18 ℃条件下高铁肌红蛋白还原酶系统被破坏,致使高铁肌红蛋白在肌纤维中蓄积,因此-18 ℃条件下贮藏90 d后鱼糜白度持续下降。

图3 贮藏温度对镜鲤鱼糜肠色泽变化的影响Fig.3 Effect of storage temperature on mirror carp surimi sausage color changes

Liu等[27]对鱼糜在冷冻期间品质变化的研究中表明,鱼糜色泽的劣变多由非酶褐变引起,脂肪及蛋白氧化都会增加褐变发生的几率。Leygonie等[28]表示鱼糜组织中高铁肌红蛋白的蓄积对肉类色泽具有不良影响。卢涵[20]曾在相关研究中表明,经过冻藏的鳙鱼糜易形成冰晶,冰晶的生成及后续的解冻过程对鱼肉制品质构不利。

2.1.4 低温贮藏中发酵镜鲤鱼糜肠感官质量的变化 由表2可得,在贮藏初期各实验组样品的感官评分值均无显著性差异(p>0.05),随着贮藏时间的不断延长,产品的滋气味、组织状态及总体可接受性均下降。在4 ℃贮藏90 d后,发酵镜鱼糜肠产生难以接受的不良滋气味以及较强的酸败味,总体可接受性显著较差(p<0.05);-18 ℃贮藏组的总体可接受性得分一直较好,直到贮藏120 d后感官质量评分开始迅速下降。由发酵镜鲤鱼糜肠的感官评分结果可以看出,-18 ℃较4 ℃能够更好地保持发酵镜鲤鱼糜肠的品质。这是由于食品在长时间贮藏的过程中,脂肪及蛋白质发生了氧化反应并在冻结过程中产生了大量的冰结晶,氧化反应与冰晶形成对发酵镜鲤鱼糜肠的质构具有不良影响。氧化反应生成的游离脂肪酸和游离氨基酸对制品的滋气味及酸败味的产生具有促进作用;冰晶的形成会逐渐破坏肌原纤维结构直至食品的组织状态发生变化,解冻后鱼肉制品的感官品质呈现出肉眼可见的变质状态,表现为汁液大量流失、口感松软无弹性、咀嚼性较差。

表2 贮藏温度对镜鲤鱼糜肠感官质量的影响Table 2 Effect of storage temperature on sensory evaluation of mirror carp surimi sausage

2.2 低温贮藏中发酵镜鲤鱼糜肠氧化指标的变化

2.2.1 低温贮藏中发酵镜鲤鱼糜肠TBARS值的变化 TBARS是衡量脂肪氧化程度的指标。原料鱼中不饱和脂肪酸含量较高,随着贮藏时间的延长,脂肪氧合酶这类内源性酶的活性增强,脂质发生过氧化反应产生以醛酮类化合物为主的过氧化产物。

由图4可得,4 ℃条件下贮藏90 d与-18 ℃贮藏180 d的TBARS值总体呈现稳步上升趋势,但始终在鱼制品国家限定范围内(5 mg 丙二醛/kg[29])。4 ℃与-18 ℃两组相比,TBARS值差异显著(p<0.05)。4 ℃中的发酵镜鲤鱼糜肠在贮藏90 d后已出现明显的酸败味,TBARS值已增长至3.7左右且增加速率较快。而-18 ℃的发酵镜鲤鱼糜肠在90 d时TBARS值尚未达到2.5,在贮藏结束时TBARS值达到了4.2左右。

图4 贮藏温度对镜鲤鱼糜肠TBARS变化的影响Fig.4 Effect of storage temperature on mirror carp surimi sausage TBARS changes

试验表明,-18 ℃较4 ℃能更好地抑制脂肪氧化程度。原因可能是随着贮藏时间的延长,微生物的发酵作用和脂质发生的过氧化反应产生的游离脂肪酸含量升高,这类过氧化产物可以促进氧化反应的进一步加剧。当贮藏温度达-18 ℃时,微生物的代谢反应受到抑制甚至代谢停止,从而由于微生物过度发酵产生的游离脂肪酸含量减少;其次,-18 ℃使鱼糜制品内部的生物化学反应进程减缓。陈剑岚等[30]研究表示,贮藏温度越低,肌肉的氧化程度越低,并且在整个贮藏期间低温有助于维持草鱼肉较好的滋味和新鲜度。但鱼糜制品若在低温条件下长时间贮藏,肌原纤维结构仍会受到破坏,脂肪氧化产生的氢过氧化物会进一步分解产生二次氧化产物如醛类、酮类,这些脂质氧化产物又会加剧制品的腐败变质[31]。因此,-18 ℃条件下的发酵镜鲤鱼糜肠在贮藏180 d后其TBARS值比90 d的TBARS值高。

2.2.2 低温贮藏中发酵镜鲤鱼糜肠TVB-N值的变化 TVB-N是评价水产品新鲜度的常用指标。由于贮藏期间产品内部的蛋白质受到内源性酶或微生物的作用而分解产生的氨和胺类等碱性化合物,促使产品的新鲜度下降。TVB-N值越高则表示制品中蛋氨酸与酪氨酸流失的越多,营养价值越低,新鲜度越低[32]。

由图5可知,新鲜鱼糜肠的初始TVB-N值为18 mg/100 g,随着贮藏时间的增加,TVB-N值总体呈上升趋势且4 ℃与-18 ℃存在显著差异(p<0.05)。将发酵鱼糜肠在4 ℃下贮藏60 d与-18 ℃下贮藏90 d进行对比,二者的TVB-N值均表现为持续增加的趋势,且随着时间的延长,增加趋势更为显著(p<0.05)。但经过4 ℃贮藏70 d后,鱼糜肠的TVB-N值超过25 mg/100 g,90 d后已处于变质状态;-18 ℃贮藏130 d后也超过了25 mg/100 g,开始趋于腐败状态。同等贮藏时间内,-18 ℃可以有效抑制微生物的繁殖以及蛋白酶的活性,蛋白质氧化程度越小,其结构越完整,蛋白质功能性保持的越好,肉类制品的新鲜度越高。但随着贮藏时间进一步增加,腐败微生物容易利用蛋白质分解后产生的肽类及游离氨基酸大量的进行繁殖代谢,生成的代谢产物会攻击蛋白质的分子结构,结构的破坏致使食用及感官品质下降[33]。本试验中TBARS值与TVB-N值的变化趋势相一致,说明脂质氧化与蛋白质氧化的变化是类似的。崔旭海等[13]在水产制品的氧化劣变研究中表示,蛋白氧化与脂质氧化二者相互关联,脂肪氧化产生的自由基对蛋白质结构产生了攻击的效果,致使蛋白质结构受到破坏进而又促进了其氧化反应的进行。

图5 贮藏温度对镜鲤鱼糜肠TVB-N变化的影响Fig.5 Effect of storage temperature on mirror carp surimi sausage TVB-N change

3 结论

经过采用冷藏(4 ℃)和冻藏(-18 ℃)两种低温贮藏方式对发酵镜鲤鱼糜肠进行贮藏过程中品质劣变及氧化特性的研究,得出以下结论:在贮藏过程中,4 ℃及-18 ℃水分含量、色泽的白度和各项感官评分呈下降趋势,各项指标均表明随着贮藏时间的延长,发酵镜鲤鱼糜肠正逐渐走向腐败变质;-18 ℃条件下贮藏的发酵镜鲤鱼糜肠品质劣变的程度与4 ℃相比较低,可见较低的贮藏温度对鱼肉制品品质的保持具有积极的作用;发酵镜鲤鱼糜肠在4 ℃下贮藏90 d及-18 ℃条件下贮藏180 d后,TBARS值与TVB-N值均持续上升,表明脂肪及蛋白质氧化程度逐渐加深;在同等贮藏时间下,温度越低,氧化反应的发生越弛缓;在同一贮藏温度下,贮藏时间越长,发酵镜鲤鱼糜肠的劣变越剧烈。

贮藏过程中,温度对鱼肉制品的品质及氧化特性具有极大的影响,4 ℃与-18 ℃相比,-18 ℃在一定程度上能维持鱼肉制品更好的品质,并能有效减缓氧化反应的发生,保持鱼糜制品更好的风味和感官质量。因此选择适宜的贮藏条件对发酵镜鲤鱼糜肠品质的保持具有重要作用。