微波巴氏杀菌对软包装大马哈鱼鱼片的品质影响

薛倩倩，姜晓明，温运启，薛长湖，栾东磊

（1.中国海洋大学食品科学与工程学院，山东 青岛 266003；2.上海海洋大学食品学院，食品热加工工程技术中心，上海 201306）

大马哈鱼（Oncorhynchus ketaWalbaum）属鲑科、大麻哈鱼属、洄游性鱼类，亲鱼繁殖后逐渐死亡，终生只繁殖一次，广泛分布于北太平洋及沿岸国家河流，在我国主要分布在黑龙江、乌苏里江、图们江、绥芬河等水域，具有重要的经济价值和科学研究价值。大马哈鱼营养丰富[1]、脂肪含量较低。大马哈鱼常以冷冻的形式在市场上流通，目前市面上的即食大马哈鱼品类单一，制作方式一般是先酱卤后熏制，可以常温保存，但含盐量高，口感硬、柴。随着生活品质的提高，添加剂含量少、含盐量低、口感新鲜的食品越来越受到消费者的关注。因此，如何使用最低限度的加工方法保证食品安全并延长食品货架期成为亟待解决的问题。

现代冷链物流发展迅速[2]，巴氏杀菌技术展现出巨大的发展活力。然而传统的巴氏杀菌以水浴或者蒸汽为加热介质，加热时间长、产品品质劣化严重。微波热处理是一种新技术，由于其独特的整体加热形式，具有生产高品质、货架期稳定食品的潜力[3]。当食品处于微波的交变电场中，食品内的极性分子会沿着电场方向重新排列，这种排列以每秒数千万次以上的频率在交变微波电场中发生，从而引起分子间的摩擦，产生热量[4]。微波可以穿透到食品内部，具有杀菌时间短、加热速度快的优势。将预包装食品浸入水中可以减少微波的边缘加热[5]。微波技术已经被用来对许多不同的食物进行杀菌，包括贻贝[6]、花生酱[7]、菠菜[8]、调味牛肉[9]、碎牛肉[10]、胡萝卜[11]、西红柿[12]、杏仁[13]和意大利面[14-15]等。

微波巴氏杀菌是指利用微波对浸入热水中的预包装食品进行快速升温，然后采用热水水浴进行保温处理，最终达到巴氏杀菌的一种标准杀菌工艺。华盛顿州立大学研究人员使用915 MHz的微波巴氏杀菌系统对胡萝卜进行微波巴氏杀菌，发现微波巴氏杀菌与常规水浴杀菌相比，在获得同等微生物安全性的同时，大幅缩短总加工时间，降低蒸煮值，提高产品质量[16]。微波巴氏杀菌处理的意大利面与烹饪即食的意大利面具有相似的感官品质[17]。

本研究使用上海海洋大学自主研发的896 MHz微波杀菌系统，系统由微波加热腔、保温室、冷却室构成。各腔体注满水，水温由单独的水循环系统控制。样品在系统内的运输由传送装置进行。本设备的优势在于此系统为单模模型，具有较为稳定的场分布，冷热点较为稳定。样品置于水循环体系中加热，进一步减小了边缘效应。

采用此系统对6 cm×10 cm×1.6 cm的大马哈鱼鱼片进行微波巴氏杀菌工艺处理。与传统水浴杀菌进行比较，经过微生物实验验证符合巴氏杀菌的要求后，计算并测定微波巴氏杀菌处理后软包装（即食大马哈鱼）鱼片的蒸煮损失率、水分质量分数、蛋白质量分数、脂肪质量分数、颜色、质构、风味等一系列指标。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冷冻大马哈鱼（Oncorhynchus ketaWalbaum） 台东南山市场；氧化镁、盐酸标准滴定液、浓硫酸、氯仿、甲醇、氯化钠、无水硫酸钠 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

全自动凯氏定氮仪 丹麦福斯公司；FLIR-T62101色差仪 美国菲尔立公司；T A-X T p l u s 质构分析仪 英国SMS公司；FOX 4000电子鼻系统 法国Alpha M.O.S.公司。

1.3 方法

1.3.1 原料处理与微波杀菌

将缓慢解冻的大马哈鱼去除头、尾、皮、骨和内脏等，取中段切成6 cm×10 cm×1.6 cm的鱼片。包装方式为单体包装，使用10 cm×15 cm蒸煮袋，采用真空封口机进行包装，以将空气抽尽且保持鱼片不变形为标准。置于4 ℃冰箱中贮藏，备用。

微波杀菌流程：1）利用化学标记法，确定冷热点；2）在冷点处使用无线温度传感器监测温度变化，计算F90；3）修改工艺，使冷点位置达到F90＝10 min的热处理程度；4）进行微生物验证（是否达到巴氏杀菌效果）。此部分内容已在前期类似的研究中进行了详细的描述[18]。

杀菌条件：微波组：功率7 kW，鱼片浸入水中深度为3.2 cm，微波启动等待时间为40 s，微波加热时间为3 min 10 s，加热温度为95 ℃，保温5 min，加热总时间为8 min 50 s；水浴组：加热温度为95 ℃，加热时间15 min 40 s；生鱼肉组：作为对照，不进行任何处理。

1.3.2 热处理程度计算及微生物验证

研究表明传感器探头垂直于主导电场分量放置时，移动金属传感器可以用于微波加热环境[19]。计算微波加热和水浴加热两种处理方式的热处理程度F值和蒸煮值C值。其中，F值是指在一定的致死温度下，将一定数量的某种微生物全部杀死所需的时间/min。Z值是指加热致死时间延长或缩短一个对数周期所对应杀菌温度的变化值。对鱼及鱼肉制品来说，通常认为F90＝10 min时可以达到巴氏杀菌的杀菌效果[20]，此时蛋白水解B型肉毒杆菌数量减少6 个对数值，巴氏杀菌后的低酸性食品一般能够在5 ℃保存6 周。90 ℃下的F值按公式（1）[16]进行计算。

式中：T为实时温度/℃；Tref为参考温度（90 ℃）；Z为蛋白水解B型肉毒杆菌的Z值（10 ℃）；t为加热时间/min。

蒸煮值C是用来评价热处理对食品品质影响的指标，根据公式（2）进行计算。通过无线温度传感器测量热点时间温度曲线，发现热点温度的最高值小于95 ℃。因此认为品质劣化最严重的位置在食品表面，用表面蒸煮值表示。水温由循环水泵进行控制，因此认为水温稳定不变为95 ℃。冷点蒸煮值以冷点位置的实时温度进行计算。

式中：T为冷点处的测量温度/℃；Tref为参考温度（100 ℃）；Z值为33.1 ℃；t为加热时间/min。

罐头食品微生物检验所需菌株——肉毒梭菌存在毒性，因为其购买及使用受到限制，本实验以肉毒杆菌的替代菌株生孢梭菌PA3679（Clostridium sporogenes）作为目标菌株进行微生物检验[21-22]。使用注射器接种7.5（lg（CFU/g））的生孢梭菌到鱼片冷点位置，进行微波杀菌处理或水浴杀菌处理。采用倾注平板法，用强化梭菌培养基在37 ℃培养18～24 h后计数。

1.3.3 质量指标的测定

1.3.3.1 蒸煮损失率的测定

预包装后鱼片的总质量记录为m1/g，蒸煮袋质量为m2/g，杀菌处理后剪开蒸煮袋一角，使汁液流尽，用纸巾擦净蒸煮袋外面残留的水分，然后放在天平上称质量，记录质量为m3/g。蒸煮损失率按公式（3）计算[23]。

1.3.3.2 水分质量分数测定

根据GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定 直接干燥法》进行测定。

1.3.3.3 蛋白质量分数测定

根据GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定 凯氏定氮法》进行测定。

1.3.3.4 脂肪质量分数的测定

采用改进的Folch法[24]对大马哈鱼鱼肉中的脂质进行提取，生鱼肉组、微波组、水浴组鱼片分别搅碎均匀，各取18 g搅碎的鱼肉至烧杯中，按1∶20的料液比加入氯仿-甲醇溶液（体积比为2∶1），均质后转移至锥形瓶中静置浸提24 h，过滤后在浸提液中加入质量分数0.9% NaCl溶液洗涤，转移至分液漏斗中静置分层，收集下层氯仿层，用无水硫酸钠进行干燥。装入烘干的平底烧瓶中进行旋转蒸发，残留物即为脂肪提取物，脂肪质量分数按公式（4）计算。

1.3.4 色泽的测定

每组样品取3 片鱼片，每片鱼片选取3 个测试点。采用国际照明协会推荐的LAB表色系统进行色差分析。测定参数主要包括亮度（L*）、红度（a*）和黄度（b*）。总色差值（ΔE*ab）反映了杀菌处理前后鱼肉的颜色改变，总色差值越小，则与原始样品的颜色越接近。总色差值按照公式（5）进行计算。

1.3.5 质构的测定

参考张新林等[25]的方法，并做适当修改。采用平底柱形探头P/6；采用压力测试模式中的质地多面剖析法模式，测试前速率3 mm/s、测试速率1 mm/s、测后速率1 mm/s、压缩程度50%、停留间隔5 s、载荷为5 g、数据收集率200 pps。每个鱼片随机选择较远的3 个点，各测量一次，结果取平均值。

1.3.6 风味成分分析

精确称取（1.50±0.01）g待测样品，立即装入15 mL电子鼻自动进样瓶中备用。将进样瓶于60 ℃下平衡900 s后，以洁净干燥空气为载气，在流速150 mL/min条件下进样，进样体积500 μL，进样时间1 s，注射针温度70 ℃，数据采集时间为120 s，传感器清洗时间2 min。

1.4 数据处理与分析

图表采用Origin 2018软件绘制，实验数据采用SPSS 25软件进行分析，结果以平均值±标准差表示，差异显著性采用Duncan法分析，显著性水平为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 热处理程度计算及微生物验证结果

图1为使用无线温度传感器检测到的微波组、水浴组鱼片冷点位置的升温曲线。微波组和水浴组的F90值分别为11.42、11.05 min，认为两种处理方式的热处理程度相同。微波组处理时间明显短于水浴组，其中两种处理方式的冷点最高温度分别为94.29 ℃和93.47 ℃。与水浴组相比，微波组冷点蒸煮值、表面蒸煮值分别减少了24.91%、41.11%。结果发现，微波组处理时间短、蒸煮值更低、处理程度更低、食品品质更好。

图1 微波组、水浴组鱼片冷点升温曲线Fig. 1 Temperature rise curves of fish fillets at freezing temperature in microwave and water bath groups

微波组、水浴组处理后鱼片中的生孢梭菌存活数量分别为1.1（lg（CFU/g））和1.2（lg（CFU/g）），两种杀菌方式分别使生孢梭菌含量下降了6.4、6.3（lg（CFU/g）），达到巴氏杀菌的要求。

2.2 质量指标测定结果

肉类在加热中质量会明显减轻，并出现脱水现象[26]，由于在热加工过程中，鱼片水分以及一些可溶性含氮化合物溶出、脂肪分离会造成质量变化。由表1可知，经过微波处理和水浴处理后，微波组的蒸煮损失率小于水浴组的蒸煮损失率，水分质量分数相对较高。这是因为水浴组鱼片长时间加热使肌肉收缩，进一步排出水分，同时蛋白质的保水性变差，处于易脱水的状态。

微波组的蛋白质量分数低于水浴组，这可能是水浴组水分流失更严重导致的。微波组、水浴组的脂肪质量分数均低于生鱼肉组，这说明两种杀菌方式都会造成脂肪流失，但微波组相较而言能够更好地保留脂肪，原因是微波组的加热速率快、处理时间短、热处理程度低。

表1 3 种鱼片质量指标测定结果Table 1 Quality indexes of raw and sterilized fish fillets

2.3 色泽分析结果

鱼肉的颜色是评价鱼肉品质的重要指标之一。新鲜大马哈鱼鱼肉呈现漂亮的红色[26]，原因是其含有类胡萝卜素，但大马哈鱼自身不能合成类胡萝卜素，它通过捕食水生动物，获得水生动物中的虾青素，大马哈鱼中的虾青素通过弱疏水键与肌动球蛋白结合位于蛋白的表面，使肉色呈现红色[27]。

微波组、水浴组的总色差值分别为11.93和15.83。由图2可知，经过两种方式杀菌处理后，微波组和水浴组的L*值均显著增加（P＜0.05），其中微波组的L*值较小，L*值从小到大依次为生鱼肉组（59.34±0.47）＜微波组（69.11±0.67）＜水浴组（71.35±0.73）。加热会使鱼肉中部分蛋白分解，结缔组织被破坏，在此过程中胶原蛋白的分解与凝胶作用可能会使鱼肉发亮[28]，提高色泽。这与Schubring[29]对虹鳟在30～70 ℃内亮度的研究结果一致。

图2 生鱼肉组、微波组、水浴组的色泽分析结果Fig. 2 Color analysis of raw and sterilized fish fillets

微波组和水浴组的鱼片颜色呈粉红色。3 组的a*值从大到小依次为生鱼肉组（19.66±0.42）＞微波组（12.91±0.74）＞水浴组（10.03±0.77），且差异显著（P＜0.05）。生鱼肉组、微波组、水浴组的b*值差异较小。

2.4 质构分析结果

质地多面剖析法是一种模仿口腔咀嚼动作，来测定食品质地性质的分析方法[30]。测定指标包括硬度、黏附性、弹性、内聚性、胶黏性、咀嚼性、回复性。

表2 3 种鱼片处理方式的质构分析结果Table 2 Texture profile analysis of raw and sterilized fish fillets

研究发现，适当的热处理能够改善鱼肉的质构特性[31]。由表2可知，鱼肉经两种杀菌方式处理后，微波组和水浴组鱼肉的硬度、咀嚼性等均高于生鱼肉组。

鱼肉经热处理后硬度的变化最为明显，微波组、水浴组的硬度均显著大于生鱼肉组（P＜0.05）。这是因为在加热后，鱼肉组织收缩，水分质量分数下降，且蛋白受热变性，形成凝胶，肌肉纤维紧缩，因此硬度明显增加[32]。鱼肉加热后硬度和咀嚼性的上升可能是肌原纤维蛋白、肌间胶原蛋白收缩，以及肌动球蛋白脱水收缩综合作用的结果[33-34]。水浴组的硬度显著大于微波组（P＜0.05）。微波组的弹性及回复性大于水浴组，但无明显差异（P＞0.05）。微波组的内聚性、胶黏性、咀嚼性介于生鱼肉组和水浴组之间。与水浴组相比，微波组鱼片软硬适中，更有弹性、更易咀嚼。因此，对喜欢软嫩、有弹性鱼肉的人而言，微波组的口感更好。总体而言，经微波杀菌处理后的鱼片肉质较为紧实、弹性好、质构特性较好。

2.5 电子鼻分析结果

主成分分析（principle component analysis，PCA）是将所提取的信息进行数据转换和降维，从而将多个指标转化为较少的几个综合指标的一种统计方法，最终以二维散点图的形式显示出来，并且两轴的比例越大，该主成分的贡献率越大[35-36]。对18 根传感器的响应值进行PCA，结果如图3所示。

图3 生鱼肉组、微波组、水浴组风味成分的电子鼻分析结果Fig. 3 Electronic nose analysis of flavour components in raw and sterilized fish fillets

其中PCl与PC2的贡献率分别为88.7%和8.0%，总贡献率为96.7%，说明能够基本包含所有的气味信息。分析结果显示，生鱼肉组能够和微波组或水浴组进行有效区分，但是微波组与水浴组之间无法有效区分。PCA结果表明微波处理和水浴处理后的鱼片在风味成分上无明显区别，因此认为微波处理不会产生明显的不良气味。

3 结 论

本研究采用8 9 6 M H z 微波杀菌系统对6 cm×10 cm×1.6 cm软包装大马哈鱼鱼片进行微波杀菌处理，与水浴杀菌作比较，研究两种处理方式对鱼片品质的影响。

在热处理程度相同的条件下，与水浴组相比，微波组的处理总时间缩短43.62%，蒸煮损失率减少11.53%，总色差值减少24.64%，微波组红度显著高于水浴组（P＜0.05）。因此认为微波组的色泽与生鱼肉组更加接近，红色更明显，在促进人的食欲方面表现力更好。微波组硬度显著小于水浴组（P＜0.05），弹性优于水浴组。微波组鱼肉软硬适中、富有弹性，更适合喜欢软嫩、有弹性鱼肉的人群。使用电子鼻对生鱼肉组、微波组、水浴组进行分析发现，微波组的气味成分与水浴组无明显差异，因此认为微波加热不会产生明显不良气味。后续将对菌落总数、优势菌群等贮藏期相关指标进行研究。

综上，与传统水浴杀菌相比，微波杀菌能够在缩短杀菌时间的同时更好地保留食品的水分、色泽及感官品质，而且不会产生不良气味。本研究为软包装鱼肉类食品的微波巴氏杀菌提供了实践参考。