超高压对未漂洗金线鱼鱼糜凝胶特性的影响

张智铭，仪淑敏，*，李学鹏，步 营，牟伟丽，于建洋，劳敏军，励建荣，*

(1.渤海大学食品科学与工程学院，生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，国家鱼糜及鱼糜制品加工技术研发分中心，辽宁锦州121013;2.蓬莱京鲁渔业有限公司，山东烟台265600;3.泰祥集团－荣成泰祥食品股份有限公司，农业部冷冻调理海洋食品加工重点实验室，山东威海264309;4.浙江兴业集团有限公司，浙江舟山316100)

鱼糜经细致斩拌、加盐、加水、加热等步骤后形成常见的鱼糜凝胶，经不同处理可加工为多种鱼糜制品，如鱼肉香肠、模拟蟹肉、模拟虾肉、模拟贝柱、鱼糕、竹轮等［1］。2018年鱼糜制品的年产值145.546万吨［2］。金线鱼(Nemipteru virgatus)隶属于鲈形目、金线鱼科，是一种重要的海产经济鱼类，常用来制作冷冻鱼糜，2018年金线鱼的年产值33.4314万吨［2］。

目前冷冻鱼糜均经漂洗处理，漂洗是鱼糜加工的关键步骤。将鱼肉与漂洗液按照一定比例混合，经过搅拌，脱水留下鱼糜。漂洗目的:可以去除鱼肉中的腥味物质、脂肪以及内脏碎屑等［3］，改善鱼糜的凝胶形成能力。漂洗带来的问题:多次漂洗，造成了大量水溶蛋白和部分盐溶蛋白损失，降低了鱼糜的营养价值，并浪费了资源，大量的漂洗液还会造成环境的污染［4］。因此，未漂洗鱼糜的精深加工具有很大研究意义。

目前有多种提高鱼糜制品凝胶性能的方法，改变加热方式［5］、添加糖类［6］、乳清蛋白［7］、大豆分离蛋白［8］、谷氨酰胺转氨酶［9－11］等均在改善凝胶性能上有一定效果，但效果较超高压诱导略差。超高压诱导的蛋白凝胶具有更好的凝胶强度、弹性和白度［12－14］。一定的高压作用下，蛋白质分子被迫伸展，螺旋结构打开，使蛋白质原本的空间结构被打乱，重新缔结成空间网络结构。本文分析了超高压处理对金线鱼鱼糜凝胶特性、白度、持水性、蒸煮损失、微观组织结构的影响［15］。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜金线鱼 规格0.3～0.6 kg，购于锦州市水产市场;食盐 食品级，购于锦州市大润发超市;蔗糖、山梨醇 食品级，购于河南中泰食化有限公司;HE(苏木素－伊红)染色试剂盒 北京诺博莱德科技有限公司。

YC200采肉机、JL100精滤机 诸城市凯成良才机械厂;T78－90樱花牌脱水机 慈溪樱花电器有限公司;UMC5真空斩拌锅 德国Stephan机械有限公司;5L卧式灌肠机 锦厨乐公司;TA.XT.Plus型质构仪 英国Stable Micro System公司;CR－400柯尼卡色差计 日本Konica Minolta Holdings公司;IKAT25均质机 德国IKA公司;AF－10全自动雪花制冰机 斯科茨曼制冰机系统(上海)有限公司;THERMO型冷冻高速离心机 美国Thermo公司;DK－8D型电热恒温水槽 上海一恒科技有限公司;AB135－S电子天平 梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司;HPP.L2－600/0.6超高压设备 天津市华泰森淼生物工程技术有限公司;Eclipse Ti－S正置显微镜 日本尼康。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备 新鲜金线鱼去头去尾去鳞去内脏→清洗→采肉→精滤→加抗冻剂(4%蔗糖、4%山梨糖醇)→斩拌2 min→2.5%NaCl盐斩2 min→调节水分含量为78%斩拌3 min→灌肠(Φ28 mm)→高压处理:压力为200、300、400、500 MPa(保压时间30 min)，保压时间为10、20、30、40、50、60 min(压力为300 MPa)，温度为25℃。以40/90℃两段水浴加热处理为对照组)，所有样品均于4℃贮藏备用。

1.2.2 凝胶强度的测定 凝胶强度用TA.XT.PLUS质构仪测定，破断力与破断距离的乘积为凝胶强度。测定前先将样品在室温放置30 min，切成圆柱体［16］(2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm)。测试条件:探头型号为P/5S;测前速度、测试速度和测后速度均为1 mm/s;压缩形变为50%;触发力为15 g。每组10个平行。

1.2.3 TPA的测定 选用的探头为P/50，测试模式为TPA(texture profile analysis)。测前速度、测试速度和测后速度均为1 mm/s;压缩比50%;触发力:15 g。每组10个平行。

1.2.4 蒸煮损失的测定 参考Yang等［17］的方法稍作修改，将鱼糜凝胶制成直径为8 mm，高为20 mm的圆柱体，准确称量M1后放入小型蒸煮袋中并封口，水浴条件为90℃20 min，迅速取出并将表面液体擦干再次称量M2，每组10个平行。蒸煮损失的计算公式如下:

蒸煮损失(%)=(M1－M2)/M1×100

1.2.5 持水性的测定 参考Cao等［18］的方法略有修改，将约1 g鱼糜凝胶置于离心管中，在4℃、5000×g离心力下离心15 min，测量离心后凝胶重量(M2)占原重(M1)的百分比，10次平行，持水性的计算公式如下:

持水性(%)=M2/M1×100

1.2.6 白度的测定 采用CR－400色差计分析鱼糜制品凝胶的L*(亮度)，a*(红色/绿色)和b*(黄色/蓝色)，按如下公式计算白度［19］:

白度=100－［(100－L*)2+a*2+b*2］1/2

1.2.7 pH的测定 参考GB 5009.237－2016《食品安全国家标准 食品pH的测定》的测定方法［20］稍作修改，取5 g样品加入50 mL蒸馏水，均质后静置30 min过滤取上清液，用pH计测定样品的pH，每组10个平行。

1.2.8 微观结构分析 鱼糜凝胶先进行冷冻切片，切片厚度为10μm，然后用HE试剂对切片染色，染色后的切片在显微镜下观察，放大倍数为40倍，并用ImageJ分析孔径大小。

1.3 统计分析

实验数据采用SPSS 19.0软件进行分析处理，利用Origin 8.0作图。

2 结果与讨论

2.1 不同的压力条件对未漂洗金线鱼糜凝胶强度的影响

凝胶强度是指凝胶崩裂或断裂时单位面积所受的力，它可以反映凝胶内部结构的牢固程度，凝胶强度大表明鱼肠蛋白凝胶性能好［15］。由图1A可知，凝胶强度随压力的增加呈现先增加后稳定的趋势，在300 MPa时达到最大值1150.71 g·mm，相对对照组、200、400、500 MPa分别提高了576.17%、54.10%、0.02%、0.06%。凝胶强度和持水性与蛋白质的变性有关，当压力升高时，蛋白质发生变性，蛋白质分子结构中巯基基团暴露到表面，从而促进了二硫键的交换，提高了蛋白质的凝胶特性［21－23］。此外，高压迫使蛋白质分子伸展，双螺旋结构打开，蛋白质原本的空间结构被打乱，重新缔结成空间网络结构，形成具有均匀网络结构的蛋白凝胶体，凝胶强度增强。但是随着压力的继续增加，蛋白质变性过度，导致蛋白质交联度降低，并且过高的压力会破坏蛋白质的凝胶网格结构，反而不利于稳定［24－25］。由图1B可知，在相同压力条件下随着保压时间的增加凝胶强度呈现先上升后下降的趋势，并且在20 min时达到最大值1355.17 g·mm，较对照组、10、30、40、50、60 min分别提高了696.32%、17.75%、6.65%、7.40%、20.22%、39.02%。这是由于20 min时鱼糜内部的凝胶结构达到最稳定的状态，继续高压处理后鱼糜凝胶结构反而破裂。

2.2 不同的压力条件对未漂洗金线鱼糜凝胶质构的影响

由表1可知，不同压力条件下经过超高压处理的鱼糜凝胶硬度均高于热处理的鱼糜凝胶硬度，并在500 MPa时达到最大值1551.17 g，较加热对照组、200、300、400 MPa分别提升了103.24%、90.28%、34.56%、29.52%。热处理过的鱼糜凝胶弹性均高于超高压处理，300 MPa时达到最大值0.925，超高压处理的鱼糜凝胶的咀嚼度显著高于热处理(P＜0.05)，并同样在500 MPa时达到最大值1242.83 g·mm，较对照 组、200、300、400 MPa分 别 提 高893.39%、117.78%、36.69%、36.60%。不同压力下鱼糜凝胶质构整体高于热处理的凝胶，超高压可以促使蛋白质发生变性，蛋白质分子展开，双螺旋结构解离，并与肌动蛋白形成肌动球蛋白，连成肌动球蛋白重链，逐渐形成凝胶的立体网络结构，而凝胶的弹性的大小主要取决于尾部螺旋解开的程度，解开程度越大弹性越大［15］。超高压促进了蛋白质分子的伸展和双螺旋结构解离，使蛋白质形成更好的空间立体网络结构，硬度和咀嚼度不断提升，而过高的压力破坏了凝胶内部网络结构导致弹性先升高后降低。在不同保压时间下，鱼肠硬度、弹性、咀嚼度随着保压时间增加先上升后下降，均在20 min时达到最大值分别为1233.01 g、0.930、980.40 g·mm。由数据得知，鱼糜凝胶在保压时间为20 min时效果最好，鱼糜形成的凝胶较稳定且凝胶强度较高，进而增强了弹性和咀嚼度，与凝胶强度研究结果相一致。

表1 不同压力及保压时间下鱼肉肠质构的变化Tabel 1 Changes in TPA of fish under different pressures and dwell times

图1 不同压力(A)和不同保压时间(B)下鱼肉肠凝胶强度的变化Fig.1 Changes of gel strength of fish under different pressures(A)and different dwell time(B)

图2 不同压力(A)和保压时间(B)下鱼肠持水性和蒸煮损失变化Fig.2 Changes in water holding capacity and cooking loss of fish under different pressures and different dwell time

2.3 不同的压力条件对未漂洗金线鱼糜凝胶持水性与蒸煮损失的影响

持水能力也是鱼糜制品的重要指标。持水能力反映蛋白质结合水的能力［26］。它由蛋白质和水凝胶结构包裹游离水的能力的组合来决定。持水性好的鱼肉肠，在鱼肉肠受到外界压力作用下不易失水，保水率高。由图2可知，持水性随压力增大呈现先增加后降低的变化趋势，在300 MPa时达到最大值72.72%，较对照组和200、400、500 MPa分别提高了55.08%、19.03%、8.20%、7.84%。随着保压时间的增加，持水性开始增加，然后在30 min时达到70.23%，并趋于稳定，较对照组提高了49.78%。持水性一开始的增加是由于超高压使得蛋白质发生变形解聚，溶解性提高，使蛋白质与水的结合更加稳定，从而提高了持水性，但随着压力的进一步提高，持水性稍稍降低并趋于稳定。在300 MPa高压和20 min的保压时间内凝胶结构稳定性不断提升，并在保压时间30 min时达到极限，继续提高压力会导致鱼糜内部凝胶结构发生断裂，反而降低鱼糜的结构稳定性［27］。

蒸煮损失指的是鱼糜凝胶在蒸煮过程水分、淀粉等易流失物质渗出所造成质量的减少［17］。鱼糜蒸煮后质量减少的越多，表明蒸煮损失率越大，说明易流失物质流失的越多，而通过蒸煮损失率可以间接反映凝胶的内部结构紧密程度，蒸煮损失率越大表面结构越松散。由图2可知，蒸煮损失率随压力增大呈现先降低后增加的趋势，在300 MPa时达到最小值17.88%，比对照组、200、400、500 MPa分别减少了24.93%、2.56%、7.69%、34.48%。随着保压时间的增加，蒸煮损失率逐渐降低，在30 min时达到17.88%，并开始趋于稳定，与持水性的研究结果相一致。

2.4 不同的压力条件对未漂洗金线鱼糜凝胶白度值的影响

白度是评价鱼糜制品品质的重要指标之一，受蛋白质的变性和聚合的影响，蛋白质致密的凝胶结构具有良好的光学特性［28－30］。由图3可知，在压力为200～500 MPa条件下，随着压力升高，凝胶的白度值逐渐增加，随着保压时间的增长，凝胶的白度值逐渐增加，但无显著性变化(P＞0.05)。白度值的增加和鱼肉肠蛋白质的变性程度有关，由于鱼肉肠在同一时间内内部分子遭受相同压力，导致鱼肠蛋白质同时发生变性，使得白度增加［31］，随着压力和保压时间的提升，更加致密的空间网络结构会使凝胶白度值更高［32］。

2.5 不同的压力条件对未漂洗金线鱼糜凝胶pH的影响

p H不仅可以反映食品的新鲜程度，还可以影响肌原纤维蛋白凝胶，p H在中性范围内净电荷较少，排斥的静电相互作用和吸引的疏水相互作用、分子间的氢键相对平衡，利于形成有序的凝胶网状结构，且接近7时效果更佳［33］。如图4所示，各组的p H均在6.7～7.0之间，与空白组相比，各实验组的pH略小于加热对照组，随着实验压力提升，p H在500 MPa达到最大值6.92，随着保压时间提升，pH在50 min条件下达到最大值6.81。在一定范围内，超高压处理条件的加强有利于鱼糜凝胶形成更稳定的三维网络结构，在500 MPa和50 min条件下pH最大。

2.6 不同的压力条件对未漂洗金线鱼糜凝胶微观结构的影响

图3 不同压力(A)和不同保压时间(B)下鱼肉肠白度的变化Fig.3 Changes of whiteness of fish under different pressures(A)and different dwell time(B)

图4 不同压力(A)和不同保压时间(B)下鱼肉肠pH的变化Fig.4 Changes of pH of fish under different pressures(A)and different dwell time(B)

对鱼糜凝胶微观结构观察可以看出鱼糜凝胶网状结构的形成程度、孔隙大小、孔隙均匀程度以及骨架粗细。图5表示的是200 MPa－30 min、300 MPa－30 min、400 MPa－30 min、500 MPa－30 min压力条件下鱼肠的微观结构，图6表示10 min－300 MPa、20 min－300 MPa、30 min－300 MPa、40 min－300 MPa、50 min－300 MPa、60 min－300 MPa条件下鱼肠的微观结构。在图5～图7中可以得知，在各种压力条件下鱼糜凝胶都有一定的网状结构，分别在300 MPa和20 min条件下达到最均匀致密的网络结构，且似圆度最佳。随着压力的增加，鱼糜凝胶的孔隙不断增大，在500 MPa时孔隙最大且稀疏，保压时间20 min后，随着保压时间的增加，鱼糜凝胶的孔隙数量增加但不规则，似圆度不断降低，是由于过高的压力和过久的超高压处理使已形成的空间结构遭到破坏［15］。超高压处理的鱼糜结构均优于加热对照组，由于热处理凝胶时受热不均匀并发生膨胀，从而难以形成均匀致密的空间网络结构。

图5 相同保压时间不同压力条件下未漂洗金线鱼鱼糜微观结构Fig.5 Microstructure of unrinsed Nemipterus virgatus surmi under different pressure conditions at the same dwell time

3 结论

图6 相同压力不同保压时间条件下未漂洗金线鱼鱼糜微观结构Fig.6 Microstructure of unrinsed Nemipterus virgatus surmi under the same pressure and different dwell time conditions

图7 不同条件下未漂洗金线鱼鱼肠微观结构平均孔径大小Fig.7 Average pore size of microstructure of unbleached golden thread fish in different conditions

超高压处理可以有效改善未漂洗鱼糜的凝胶特性、硬度、咀嚼度、保水能力、三维网状结构等。在200～300 MPa，保压时间10～20 min范围内，随压力和保压时间增加，凝胶强度不断提升，凝胶网络结构不断改善，在300 MPa及20 min条件下，鱼糜凝胶强度最高，凝胶网络结构最均匀致密，且孔径较小似圆度最高，继续提升压力和保压时间，鱼糜空间结构遭到破坏，凝胶强度下降，孔隙变大且不规则。随压力提高，硬度、咀嚼度均不断提高，在500 MPa达到最大，弹性先升高后降低，在300 MPa达到实验组最大但低于加热对照组，随保压时间提高，硬度、咀嚼度、弹性均呈现先升高后降低趋势，并在20 min条件达到最大，弹性仍低于加热对照组。在200～300 MPa范围内，随压力提升蒸煮损失不断降低，持水性不断提高，继续加压蒸煮损失变多，持水性下降，随保压时间增加，保水能力不断提升并在30 min时达到最大后趋于稳定。白度值随着压力增加而增加，随保压时间增加而增加但变化趋势不明显，实验组白度值均低于对照组。p H变化不明显，随压力和保压时间增加均呈现先升高后降低趋势，在500 MPa和50 min条件下达到最大值且最接近7。