钙离子添加量对未漂洗海鲈鱼糜凝胶特性的影响

暴伊芮，吴燕燕，赵前程，王悦齐

(1 大连海洋大学 食品科学与工程学院，辽宁 大连 116023；2 中国水产科学研究院南海水产研究所 农业农村部水产品加工重点实验室，广东 广州 510300)

海鲈鱼(Lateolabraxjaponicus)，学名日本真鲈，俗称七星鲈、花鲈等，广泛分布于太平洋西部，中国东海、渤海等地，是常见的经济鱼类之一。全球的鲈鱼养殖业发展迅速，产量逐年递增。中国是海鲈鱼养殖产量最大的国家，2019年海鲈鱼的养殖产量已达18万t[1]，主要集中分布在广东、福建、山东等地区，其中广东省养殖产量占全国产量的一半以上，位居全国首位。目前海鲈鱼的售卖方式以活鱼鲜销为主，难以满足海鲈鱼产量快速增长的需求。海鲈鱼肉蛋白质含量高达19.93%，背肉脂肪1.13%，而腹肉脂肪为10.22%，含有人体所需的必需氨基酸和脂肪酸及微量元素和维生素[2-3]。鱼糜制品由于无鱼刺且可个性化制备，是老少皆宜的一种健康营养高蛋白食品，海鲈鱼肉蛋白的特性研究也表明，海鲈鱼适合加工成鱼糜产品[4]。

传统鱼糜的生产工艺是将原料鱼去除鱼鳞、鱼鳃、内脏后采肉，采后的肉用清水和盐水漂洗几次后进行脱水，脱水后的鱼糜再加盐进行擂溃，通过二段式加热使鱼糜凝胶化后冷却得到鱼糜凝胶[5]。鱼糜制作工艺中最重要的工序是漂洗，漂洗可以增强鱼糜制品弹性[6]，除去鱼肉中的水溶性蛋白质，水溶性蛋白质中存在大量的蛋白水解酶，会导致肌原纤维蛋白降解，影响凝胶体形成[7]。但漂洗后的鱼糜中蛋白质和脂肪的流失会造成营养价值大大降低，且漂洗过程需要消耗大量的水和能源，漂洗后的水若处理不当则会污染环境[8]。钙化合物常用于改变肉制品的功能特性，常见的以CaCl2为主。但CaCl2的添加量常常会影响肉制品的特性，CaCl2添加量过高会使产品硬度增加。有研究表明Ca2+不仅可以有效地影响凝胶形成，且其能激活鱼肉中的内源的谷氨酰胺转氨酶(transglutaminase，TGase)[10-13]，在低温凝胶化过程中发生蛋白交联形成非二硫共价键；Ca2+还能与蛋白质之间形成离子键，形成钙桥结构[14-16]。

基于加工过程能节水、节能和全面利用海鲈鱼肉营养的现代生产理念，本研究将海鲈鱼直接采肉，不经过漂洗，直接加工鱼糜，重点研究Ca2+不同添加量对未经漂洗的海鲈鱼糜的影响，通过考察品质特性指标凝胶特性、持水力、质构特性(texture profile analysis，TPA)、微观结构等的变化，探讨Ca2+能否提高产品的品质，从而为开发新型海鲈鱼糜制品提供新的思路和技术依据，对于促进海鲈产业精深加工具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜活海鲈鱼，购于广州海珠区华润万家超市，质量约400～600 g。食盐(食品级) 购于广州海珠区华润万家超市；CaCl2(食品级) 购于河南万邦实业有限公司。

1.2 仪器与设备

绞肉机 JYL-C19V ，匈牙利博朗电器；打浆机 DJ-18，湖南省长沙固利食品机械有限公司；HH-4快速恒温数显水浴箱，常州澳华仪器公司；TG16-WS型台式高速离心机，长沙维尔康湘鹰离心机有限公司；QTS-25型质构仪，英国CNS FARNELL公司；NR20XE型色差仪， 深圳3nh公司；Alphal-4冷冻干燥机，德国Christ公司；Phenom XL G2台式扫描电子显微镜，美国Thermo公司。

1.3 试验方法

1.3.1 海鲈鱼糜工艺流程

1)未经漂洗的海鲈鱼糜工艺

将海鲈鱼清洗后去鱼鳞、鱼内脏和鱼鳃，清洗后用刀从尾部开始向背部分切出两片鱼肉，将鱼肉用绞肉机绞碎，然后用斩拌机进行斩拌，先空斩2 min，加入质量分数为1%(以鱼肉质量计)食盐及少量水再斩拌5 min，斩拌温度保持在4～10 ℃，记为空白组(K组)

2)经过漂洗的海鲈鱼糜工艺

将海鲈鱼清洗后去鱼鳞、鱼内脏和鱼鳃，清洗后用刀从尾部开始向背部分切出两片鱼肉，将鱼肉用绞肉机绞碎，然后用清水漂洗1次、时间为4 min，再用质量分数为0.2%(以鱼肉重量计)食盐水洗1次、时间为4 min，清洗后进行脱水、斩拌，先加少量水空斩2 min，再加1%食盐及少量水斩拌5 min，斩拌温度保持在4～10℃，记为对照组(P组)。

1.3.2 Ca2+添加量对未漂洗海鲈鱼糜品质的影响

将按(1)制备的未漂洗的海鲈鱼糜分成5组，分别添加0.01 M、0.02 M、0.04 M、0.06 M、0.08 M(以鱼肉重计)的CaCl2，继续斩拌3 min，其间加少量水调节水分至80%(经测定，鱼糜水分含量为74.8%)，温度保持在4～10℃，将斩拌好的海鲈鱼糜灌入25 mm肠衣中，排气后扎紧，然后放在(40±2)℃水浴处理30 min，然后升高水温至(90±2) ℃下加热30min，取出后迅速浸入冰水中冷却，4 ℃下冷藏，测定各组样品的凝胶强度、TPA、持水力、白度等品质指标及微观结构。5组样品分别用0.01 M、0.02 M、0.04 M、0.06 M、0.08 M表示。

1.3.3 凝胶强度测定

参照王冬妮[17]的测定方法稍做修改。将样品切成25 mm×25 mm×25 mm的正方体，使用质构仪TA39探头，设置测前、中、后速度均为1 mm/s，触发力5 g，穿刺距离15 mm。穿刺曲线上第一个峰为破断强度A(g)，对应位移为凹陷度B(mm)，两者乘积即为凝胶强度N(g·mm)。每组6个平行，结果取平均值。

N=A×B

(1)

式中：N—凝胶强度，破断强度与凹陷度的乘积，g·mm；A—破断强度，穿刺曲线上第一个峰，g；B— 凹陷度，穿刺曲线上第一个峰的位移，mm。

1.3.4 TPA测定

将样品切成25 mm×25 mm×25 mm的圆柱体，使用质构仪，TA44探头，设置测前、中、后速度均为1 mm/s，压缩形变50%，触发力5 g。每组6个平行，结果取平均值。

1.3.5 持水力测定

参照张智铭等[18]的方法略有修改。将海鲈鱼糜切成3 mm的薄片，称重后，将样品包在滤纸中放入离心管，进行离心，离心温度为(4±2)℃、速度为6 000 r/min条件下离心10 min，离心后再称重样品。持水力计算公式如下：

(2)

式中：C—持水力，%；m1—样品质量，g；m2—离心后质量，g。

1.3.6 白度值测定

将样品切成2 cm薄片，使用色差仪测定白度值测定前进行白板矫正。白度值计算公式如下：

(3)

式中：W—白度；L—透明度；a*—表示样品偏红或偏绿；b*—表示样品偏黄或偏蓝。

1.3.7 微观结构的测定

选取经过漂洗的海鲈鱼糜(P组)、未经漂洗的空白组(K组)、CaCl2添加量为0.02M和0.08M的海鲈鱼糜，参照刘芳芳[19]的测定方法，稍做修改：将鱼糜切成3 mm×3 mm×3 mm的小块，浸泡在质量分数为2%的戊二醛溶液，4℃下固定24 h，再用0.1M的磷酸盐缓冲液浸泡3～4次，每次10 min。随后用30%、50%、70%、90%、100%的乙醇溶液依次进行脱水，每次10 min，脱水后的样品先放入-80 ℃冰箱速冻后再放入冷冻干燥机中干燥24 h，在对样品进行真空离子溅射喷金后，用扫描电镜观察其微观结构。

1.4 数据分析

每个样品做3次平行测定，采用SPSS Statistics 26.0对多组数据进行分析，测定结果均以平均值±标准偏差表示；多组数据差异性分析采用单因素ANOVA两两比较的Duncan比较模型，P< 0.05，差异显著；图表均采用Excel2019软件绘制。

2 结果与分析

2.1 Ca2+添加量对未漂洗海鲈鱼糜凝胶强度的影响

未漂洗的海鲈鱼糜在添加了CaCl2后的凝胶强度明显高于经过漂洗的海鲈鱼糜(P组)和未经过漂洗的海鲈鱼糜的空白组(K组)，说明Ca2+的添加可以很好地提高鱼糜的凝胶强度，但并非CaCl2添加量越大凝胶强度就越大，其指标呈现先升高后降低的趋势(图1)，这与MURTHY等[20]报道的一致。当Ca2+添加量为0.02 M时其凝胶强度最高(8 045.68 g·mm)，而后随着Ca2+添加量增加到0.04 M、0.06 M、0.08 M时，其凝胶强度是逐渐降低的(P<0.05)，这可能是因为低浓度的Ca2+激活了鱼糜中内源性TGase活性，在低温凝胶化时，内源性TGase可促进肌球蛋白重链上赖氨酸的ε-氨基与谷氨酸的γ-羟酰胺基发生共价交联[21]，进而使凝胶强度增加，且低浓度Ca2+有利于蛋白质三维结构的打开伸展，从而使蛋白质内部的功能性基团暴露出来，因此增强分子间作用力[22]；但高浓度的Ca2+会使得蛋白过度交联，形成钙桥，最终导致鱼糜凝胶的硬度增加、凹陷度降低。本研究也发现K组的凝胶强度高于P组，这可能跟海鲈鱼肉本身的特性有关，海鲈鱼肉蛋白组成中其盐溶性蛋白含量较高于其他海水鱼类[4]，盐溶性蛋白含量高有助于形成鱼糜凝胶，盐溶性蛋白含量越高。当鱼糜用水漂洗时，鱼肉中水溶性蛋白会减少，盐溶性蛋白所占比例有所增加，但加入盐洗时，盐溶性蛋白也会减少，进一步用盐擂溃时盐溶性蛋白所占比例也会减少[23]，所以P组的凝胶强度反而比K组低。

图1 Ca2+添加量对未漂洗海鲈鱼糜凝胶 强度的影响Fig.1 Effect of Ca2+ addition on the gel strength of unrinsedminced meat of Lateolabrax japonicus

2.2 Ca2+添加量对海鲈鱼糜TPA的影响

未漂洗的海鲈鱼糜在添加了CaCl2后，其硬度、弹性、胶着性、咀嚼性与P组、K组相比均显著提高(P<0.05)，空白组K组的硬度、弹性、胶着性和咀嚼性均明显优于P组，说明海鲈鱼糜不经过漂洗的质构特性更好(表1)。而随着CaCl2添加量的增加，其硬度和胶着性逐渐增大，但弹性则是先增强后减弱，在CaCl2添加量为0.02 M时，其弹性最强，而后则逐渐降低，当添加量为0.08 M时，其弹性则与K组相近。CaCl2添加量对咀嚼性有显著的影响(P<0.05)，明显高于K组和P组。而CaCl2添加量对内聚性无影响(P>0.05)。CaCl2添加量对回复性呈先上升后下降的趋势(P<0.05)，但添加量在0.01 M～0.06 M时是与K组和P组相近的，而后随着添加量的增加则下降。其中，当Ca2+添加量为0.02 M时其硬度(421.8 g)、弹性(10.03 mm)、内聚性(0.54)、胶着性(229.5g)、咀嚼性(22.21mJ)、回复性(0.12)与经过超高压处理的梅鱼鱼糜凝胶特性[24]在大致相同范围内；当Ca2+添加量达到0.08 M时，各参数由于蛋白过度交联后形成钙桥而升高，与图1中表述结果一致。结合上述凝胶特性和各参数变化可得，在未经漂洗的海鲈鱼糜中添加0.02 M CaCl2，即可以较好提高其凝胶特性，从而适合作为后续加工产品的原料。

表1 CaCl2添加量对未漂洗海鲈鱼糜TPA各指标的影响Tab.1 Effect of CaCl2 addition on TPA parameters of unrinsed minced meat of Lateolabrax japonicus

2.3 Ca2+添加量对海鲈鱼糜持水力的影响

持水性用于表征蛋白质结合水的能力，对于鱼肉制品的加工特性、产量及成本起着重要的作用。鱼糜的持水力与其结构有关，当鱼糜结构越致密、均匀，则其持水性越好[25]。P组与K组的持水力仅相差0.38%，P组略低的原因可能是试验误差，也有可能是鱼肉自身特性，K组未经漂洗，其蛋白质含量高，结合水的能力强，导致持水力高于经过漂洗的鱼糜持水力。添加CaCl2对海鲈鱼糜的持水力都有提高，呈现先上升后下降的趋势(图2)，且CaCl2的添加量在0～0.06 M时都高于P组和K组。当CaCl2的添加量在0.02 M时，持水力最大，较P组提高了1.04%、较K组提高了1.03%。但当CaCl2添加量增加到0.08 M时，高浓度Ca2+会加快蛋白间聚集速率，使凝胶的网络结构孔洞变大，进而降低持水性[26]。通过试验可以验证，在低浓度的CaCl2下，凝胶特性较好，网状结构较紧密，凝胶的持水力升高，而较高浓度的CaCl2则会导致凝胶强度降低，网络结构粗糙和持水力降低。

图2 CaCl2添加量对海鲈鱼糜持水力的影响Fig.2 Effect of CaCl2 addition on water holding capacity ofunrinsed minced meat of Lateolabrax japonicus

2.4 Ca2+添加量对海鲈鱼糜凝胶白度的影响

色泽能反映鱼糜内部的结构变化，且直接影响消费者的购买欲望[27]，是评价鱼肉品质的重要指标，白度值越大，其产品越容易使消费者接受[28]。P组经过漂洗的海鲈鱼糜白度值高于K组(图3)，这表明漂洗可以有效地去除鱼肉中的色素、脂肪等；而添加Ca2+后可以看出鱼糜的白度呈现逐渐升高的趋势(P<0.05)。引起这种变化的主要原因可能是鱼糜在加热过程中，蛋白质分子间发生重排与相互作用。

图3 CaCl2添加量对海鲈鱼糜白度的影响Fig.3 Effect of CaCl2 addition on whiteness ofLateolabrax japonicus minced meat

Ca2+催化内源性谷氨酰胺转氨酶进而促进蛋白质分子间共价键的形成，从而使白度值增大。当CaCl2的添加量在0.08 M时白度值最大(89.1 g·m)但仍低于同为白肉鱼的白鲢鱼糜凝胶(89.3 g·mm)和鲮鱼糜凝胶(90.41 g·mm)的白度值[29]，其原因可能是因为本试验的海鲈鱼糜是未经过漂洗工序直接制成的。由此可见，尽管不经过漂洗工序的海鲈鱼糜白度值略低于经过漂洗的鱼糜，但其更重要的意义是在于实际生产中降低用水用电成本，也保护环境，保全鱼肉中丰富的营养成分。

2.5 Ca2+添加量对海鲈鱼糜微观结构的影响

在同为放大2 000倍后的海鲈鱼糜(图4)，K组的鱼糜组织结构空洞较多、结构较松散；而在添加了CaCl2后，海鲈鱼糜的组织结构逐渐紧密、空洞也逐渐减少；P组与CaCl2添加量在0.02 M时相比组织结构相似，但添加0.02 M的鱼糜凝胶结构更为紧密。当添加量增大到0.08 M时，凝胶网络中出现大量空洞，结构也较为疏松。有学者认为，CaCl2会促进疏水基相互作用，形成钙桥，诱导肌球蛋白的展开，使蛋白质聚集。添加适量的CaCl2可以使蛋白质聚集的程度和速率适当，形成孔洞较少的致密凝胶网络，提高了凝胶的持水性和凝胶强度等[30]。但添加过量的CaCl2会增加蛋白质和多糖之间的电荷来破坏大分子之间的平衡，降低持水力和凝胶强度[31]。从微观结构上进一步说明Ca2+能提高鱼糜的组织结构紧密性，从而提高鱼糜的凝胶特性。

图4 CaCl2添加量对海鲈鱼糜微观结构的影响Fig.4 Effect of CaCl2 addition on microstructure of Lateolabrax japonicus minced meat

3 结论

通过对未漂洗的海鲈鱼糜添加不同量的Ca2+，表明Ca2+的添加对海鲈鱼糜的凝胶特性影响较大。当Ca2+的添加量在0.02 M时，低浓度的Ca2+较好地激活了鱼糜中内源性谷氨酰胺转氨酶活性，增强了未漂洗海鲈鱼糜的凝胶强度(7 364.21 g·mm、持水力88.93%、硬度421.8 g、弹性10.03 mm、胶着性229.5 g、咀嚼性22.21 mJ、白度86.72)，微观结构较为紧密；而随着Ca2+添加量增加，Ca2+与鱼肉蛋白过度交联，形成钙桥结构，造成凝胶强度和硬度增加、弹性下降。该研究为海鲈鱼生产鱼糜提供无需漂洗，通过添加适量钙离子就能生产出高品质的鱼糜产品的新技术及理论依据。

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