升温方式对二段加热鲢鱼糜水分分布和品质的影响

梁雯雯，杨天，郑志红，郭建，，陈胜军，汪秋宽，丛海花*

(1.大连海洋大学 食品科学与工程学院，海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，辽宁省水产品加工及综合利用重点实验室，辽宁省水产品分析检验及加工科技服务技术中心，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)

近年来，随着中国鱼糜制品生产的迅速发展，鲢Hypophthalmichthysmolitrix也逐渐成为鱼糜制品的原料[1]。2019年中国鲢产量达381.21万t[2]，尽管产量较大，但因鲢具有土腥味且含有大量细小的刺，在一定程度上限制了鲢的销量，因此，将其制成鱼糜不仅可以提高鲢的利用率，也可以提高其经济价值[3-4]。

提高鱼糜制品的生产效率和产品凝胶品质是鱼糜制品的研究热点，微波加热是其中的手段之一。目前，有关微波加热可改善淡水鱼糜凝胶品质的研究已有报道[5-7],微波快速升温及电磁波高频作用可以导致肌球蛋白结构及聚集行为等发生变化[8]，而微波加热会导致鱼糜制品温度分布不均匀，通常会出现热点和冷点[9]。近年来，还有研究报道，微波和水浴联合加热(用微波代替传统水浴二段加热的低温段或高温段)可改善鱼糜品质，微波代替传统水浴二段加热低温段的鱼糜凝胶品质较差，而代替高温段能明显提高鱼糜的凝胶强度和持水能力[10]；鱼糜中的肌原纤维蛋白只有经过前期低温水浴的充分展开，才有利于后期微波快速加热过程中蛋白间的相互交联[11]。但关于二段加热过程中低、高温段使用微波升温(microwave heating，MH)、水浴升温(water bath heating，WH)及微波辅助水浴升温(microwave assistant water bath heating，MWH)(在实际生产中往往忽略的升温)对鱼糜水分分布和品质差异的影响尚未见报道。

水分是鱼糜中重要的化学组成成分之一，水分含量及分布状态影响鱼糜制品的品质[12]。因此，本研究中以鲢鱼糜为原料，在明确3种方式升温时间的基础上，比较3种升温方式在低温段和高温段对鱼糜质构特性、蒸煮损失和水分分布的影响，旨在为进一步优化鱼糜制品加工方式提供基础依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用AAA级鲢鱼糜购自湖北省洪湖市井力水产食品股份有限公司，精制海盐购自大连新春多品种盐业有限公司。

主要仪器设备有多功能微波炉(G8023DHL-V8，佛山市顺德区格兰仕微波炉电器有限公司)，核磁共振分析仪(NMI20-Analyst，上海纽迈电子科技有限公司)，质构仪(TMS-Pro，FTC仪器有限公司)，数显恒温水浴锅(HH-6，国华电器有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 鱼糜样品的制备 冷冻鲢鱼糜于4 ℃层析柜中解冻放置过夜。试验开始后将鱼糜擂溃5 min，加入质量分数为1.5%的食盐继续擂溃5 min，再加入冰水擂溃15 min，调整最终鱼糜水分含量为76%。

1.2.2 升温方式 取25 g鱼糜样品于50 mL离心管中。传统水浴二段加热过程是将离心管放入水浴锅，低温段40 ℃水浴加热30 min，高温段90 ℃水浴加热20 min。本研究中，在二段加热过程中，将低温段和高温段分别采用MH(微波升温)、MWH(微波辅助水浴升温，将离心管置于盛有200 mL去离子水的250 mL烧杯中，再置于微波炉中)和WH(水浴升温)3种方式，升温至40 ℃或90 ℃，到达此温度后再置于水浴锅中加热，共设置9个组，其中CC组为传统水浴二段加热组，具体升温方式见表1。为防止大量蒸汽破坏鱼糜凝胶结构，MH和MWH采用间歇式加热，即加热10 s暂停10 s，微波炉功率为800 W，频率为2 450 MHz。

表1 不同升温方式

1.2.3 质构特性分析(TPA) 采用TMS-Pro质构仪分别测量鱼糜的硬度(hardness，N)、黏附性(adhesiveness，N·mm)、内聚性(cohesiveness)、弹性(springiness，mm)、胶黏性(gumminess，N)和咀嚼性(chewiness，mJ)等指标。将处理后的鱼糜切成高为2.0 cm的圆柱体。分析参数：圆柱形探头(高度为1 cm)，初始力为1.5 N，测试速度为60 mm/s，形变量为30%，下移位移为30 mm，每组样品设3个平行。

1.2.4 蒸煮损失 蒸煮损失是鱼糜品质的重要指标之一，通过加热后物质的损失情况可以间接反映鱼糜凝胶网络的致密情况。参考许艳顺等[13]的方法并略做修改。

称量未加热前的鱼糜质量(m0)，将加热处理后的鱼糜冷却至室温后取出，用滤纸吸干表面水分后称量其质量(m1)，每组样品设3个平行，蒸煮损失计算公式为

蒸煮损失=(m0-m1)/m0×100%。

1.2.5 低场核磁共振(LF-NMR)测定 LF-NMR可用于检测鱼糜中水分分布状态和水分含量，弛豫时间可以反映鱼糜中肌原纤维蛋白的保水能力和水合能力的变化[14]。将精确称量的样品置于核磁共振成像仪永磁场中心位置的射频线圈中心，使用NMI20-Analyst核磁共振分析仪进行测定。采用脉冲序列测定样品中横向弛豫时间t2。参数设置为：重复采样等待时间tR=4 000 ms，回波时间tE=200 μs，回波数为3 500，累加次数为5次。

1.3 数据处理

用LF-NMR系统自带的反演软件对CPMG衰减曲线进行反演拟合，得到弛豫数据。弛豫时间绘图时纵坐标质量归一化，进行Pearson相关性分析。采用SPSS 21.0软件对数据进行单因素方差分析，采用Duncan法进行多重比较，显著性水平设为0.05。

2 结果与分析

2.1 质构特性

从表2可见：不同升温方式对二段加热鱼糜的质构特性影响不同，其中，AA、AC和BB组鱼糜的硬度较低，均低于其他组，但仅显著低于传统水浴二段加热的CC组(P<0.05)；AA、AB、BB、CA组鱼糜的黏附性较低，仅显著低于BA组(P<0.05)；各组鱼糜的内聚性和弹性均无显著性差异(P>0.05)；AA和AC组鱼糜的胶黏性较低，均低于其他组，仅显著低于CC组(P<0.05)；AA组鱼糜的咀嚼性最低，低于其他组，仅显著低于CC组(P<0.05)。可见，采用MH和MWH升温方式加工的解冻鲢鱼糜硬度和咀嚼性均低于二段均采用WH的方式；不同升温方式鱼糜的内聚性和弹性均无显著性差异(P>0.05)，但二段均采用WH升温方式加工的样品弹性最高；AA组的鱼糜硬度、胶黏性和咀嚼性最小，但AA组与BB组的硬度、黏附性、内聚性、弹性、胶黏性和咀嚼性均无显著性差异(P>0.05)；CB组的硬度、黏附性、胶黏性和咀嚼性相对较高，质构特性与CC组接近。

表2 不同升温方式的鱼糜质构特性分析(TPA)

2.2 蒸煮损失

从图1可见，除BA组外，其余升温方式的蒸煮损失均无显著性差异(P>0.05)，BA组蒸煮损失最低(23.54%)且显著低于CC组(P<0.05)，这说明传统水浴加热的鱼糜在加热过程中伴随大量的水分流失，而其他组合升温方式更有利于牢固锁住水分，蒸煮损失率较低，水分流失较少。

2.3 水分分布

从图2可见，在1～10 000 ms内，t2弛豫时间分布出现了t21(0～2 ms)、t22(2～10 ms)、t23(10～200 ms)和t24(200～800 ms)4个峰，代表了4种流动性不同的水分。

图2 鱼糜凝胶弛豫时间的变化

忽略不足2%的峰比例，从表3可见，不易流动水(P22)占总峰面积的61.48%～95.32%，是鲢鱼糜凝胶中的绝大部分水。水的流动性发生变化表现在弛豫时间的差异上，BB和CC组水的流动性变化一致。低、高温段使用同种方式升温(AA、BB、CC)时，MH方式升温的弛豫时间t2(t22+t23)高于WH和MWH方式，说明MWH和WH方式升温的鱼糜水分稳定性强，水分不易受到外界干扰，而MH方式升温的鱼糜中水分稳定性较差。AA、AB、AC、BC组升温的弛豫时间t23较长，均高于CC组，而CA和CB组的弛豫时间t23较短，不易流动水分含量P23较高(表3)。

表3 鱼糜凝胶低场核磁共振自旋弛豫时间和峰面积比例

2.4 鱼糜质构特性、蒸煮损失和水分分布之间的相关性

从表4可见：除黏附性和弹性外，其他质构特性与弛豫时间t22呈负相关；除黏附性外，其他质构特性与弛豫时间t23呈负相关；除黏附性、咀嚼性外，其他质构特性与水分含量P22呈负相关；除内聚性、弹性与水分含量P23呈负相关外，其他质构特性与不易流动水水分含量P23呈正相关；所有指标间均无显著相关性(P>0.05)。

表4 鱼糜质构特性、蒸煮损失与水分分布之间的相关性

3 讨论

3.1 升温方式对鱼糜质构特性的影响

消费者对鱼糜制品的喜爱程度和可接受度可通过质构特性来加以判断。本试验中，AA组鱼糜的硬度、弹性和咀嚼性均最小，CC组鱼糜的质构特性较好，AA和BB组鱼糜硬度、弹性和咀嚼性均低于CC组，原因可能是微波较高的升温速率虽然能保证鱼糜快速通过凝胶劣化温度带，减弱凝胶劣化，但过快的加热速率造成凝胶化不充分，分子交联形成的网络结构稳定性差会导致凝胶硬度和弹性降低，从而对凝胶强度产生负面影响[15-16]；WH升温方式加工的样品弹性高于其他升温方式，这可能是肌原纤维蛋白缓慢变性形成凝胶，大量水分发生迁移和流失使得鱼糜弹性较高。AA组和BB组的质构特性无显著性差异(P>0.05)，BB组在数值上更接近CC组，表明MWH升温方式在提高了升温速率的同时又保持了缓慢升温方式的良好质构特性。郑捷等[16]研究表明，一段式微波加热的鱼糜制品各项质构指标基本比水浴加热的鱼糜制品差，分析可能是MH并未使鱼糜蛋白充分展开，无法较好地交联形成致密的三维网络结构，加热过程中升温速率过快，大量水汽溢出造成产品结构的破坏从而引起质构特性不同[17]。本研究中，CB组的硬度、黏附性、胶黏性和咀嚼性相对较高。因此，升温方式可影响鱼糜的质构特性，低温段采用缓慢升温(水浴)有助于蛋白质的展开，高温段建议采用MWH方式减弱凝胶劣化，从实际生产的角度考虑，MH方式一定程度上也能提高生产效率。今后进一步的试验需更精准控制MH处理过程，以寻找更适合的升温速率，并将鱼糜微观结构与凝胶特性、质构特性等联系起来，深入研究不同升温方式对鱼糜品质的影响。

3.2 升温方式对鱼糜蒸煮损失的影响

本试验中，除BA组外其余升温方式蒸煮损失并无显著性差异。付湘晋等[18]研究表明，微波加热可显著提高低盐鱼糜凝胶的强度和持水性，降低失水率。失水率高，凝胶中蛋白浓度相应提高，凝胶结构更加致密。Wang等[19]研究表明，微波加热的肉制品与水浴加热相比具有更低的蒸煮损失。原因可能是与单一热源的微波加热相比，增加水浴保温或联合水浴方式升温使得水分流失率高，在水分流失过程中鱼糜中肌原纤维蛋白浓度提高，导致鱼糜三维网络结构更加致密。本研究中，低温段微波辅助水浴、高温段微波升温的BA组蒸煮损失最低，水分流失率低，这表明鱼糜凝胶的微观网络结构比较致密[20]，尽管传统水浴二段加热的CC组蒸煮损失最高，但升温速率低。故MH和MWH升温与WH升温方式相比有利于降低蒸煮损失。

3.3 升温方式对鱼糜水分分布的影响

t21、t22被认为是结合水的弛豫时间，结合水对鱼糜的保水性无影响[21]；弛豫时间t23对应的水流动性稍弱，在鱼糜中认为是截留在三维网络结构中的物理截留水，是鱼糜凝胶中最主要的水分，直接影响鱼糜的凝胶性能[22]；t24代表流动性较强的那部分水的弛豫时间，可以定义为自由水，表示鱼糜凝胶空间网络结构以外的水分。弛豫时间峰的面积百分比记为各组分水分的含量，分别记为P21、P22、P23、P24，其中，P21、P22代表结合水，P23、P24分别代表不易流动水和自由水[23]。横向弛豫时间t2是指1H自旋核在外加磁场受到射频脉冲的激发后，系统内部达到横向热平衡所需要的时间，t2越大说明水的流动性越好，t2越小说明水分流动性越弱[24-25]。1H自由度越小，所受束缚力越大，t2弛豫时间越短，在t2弛豫时间分布图上位置越靠左，水的迁移率越低，水的流动性越差。MH和MWH方式加热的鱼糜中t2较高，水分稳定性较差，这一结果可能是由于微波产生的力学效应导致水分子和其他大分子间产生氢键松动，导致水分子流动性强[26-27]。

本试验中，在1～10 000 ms的t2弛豫时间分布与叶韬等[28]研究结果相似。低、高温段均为MH方式升温的弛豫时间t23均高于同为WH和MWH方式，WH方式升温的不易流动水P23高于MH和MWH方式，表明微波作用于鱼糜中的水分子造成不易流动水分的大量蒸发或转化为自由水，而其他组合升温方式减缓了不易流动水分的减少。在形成鱼糜凝胶三维网络结构时截留的水分越多，鱼糜凝胶网络结构越致密[29]。由此可见，CC组有利于形成致密的三维网络结构。CA和CB的不易流动水分含量P23较高，在低温段时WH方式升温的速率较慢，有助于鱼糜三维网络结构的形成，高温段时采取MH和MWH方式升温比WH方式更加快速通过凝胶劣化温度带，此过程中鱼糜凝胶结构逐渐完善，使得更多的水分保留在鱼糜三维网络结构中，表明水的结合能力较强。AB和BA组相较而言不仅升温速率快，而且水的结合能力相对较强。因此，MH和MWH方式升温有助于保留更多的水分在三维网络结构中，有利于提高鱼糜凝胶中水的流动性，但从水分子角度探究鱼糜中蛋白的结构和功能性质变化还有待进一步研究。

3.4 鱼糜质构特性、蒸煮损失与水分分布的相关性

鱼糜质构特性的变化与肌原纤维蛋白热变性相关，同时也会受到水分迁移的影响[30]。本研究表明，升温方式引起不易流动水的水分迁移与质构特性相关性较大，升温方式引起的蛋白质展开与聚集程度不同；升温方式引起的鲢鱼糜内聚性、硬度、弹性、胶黏性和咀嚼性与不易流动水水分含量相关性较大，不易流动水水分含量越高，鱼糜硬度、黏附性、胶黏性和咀嚼性就越高。加热过程中蛋白质结构发生改变，蛋白凝胶中的水分流失，是导致硬度增加的主要原因[31]。蒸煮损失与质构特性呈正相关，降低蒸煮损失在一定程度上能够提高鱼糜的硬度、弹性和咀嚼性等。蒸煮损失与弛豫时间t23呈负相关，与不易流动水水分含量P23呈正相关，表明不易流动水分含量越高，鱼糜蒸煮损失越大。

4 结论

1)升温方式不同，鲢鱼糜质构特性不同。二段加热过程中，MH、WMH方式升温的鱼糜硬度和咀嚼性均低于低、高温段均为WH方式升温即传统水浴二段加热的鱼糜。

2)MH和MWH方式升温总体上能够降低低盐鲢鱼糜的蒸煮损失及凝胶中不易流动水、自由水的含量，能够提高鱼糜凝胶中水的流动性，但不利于改善低盐鲢鱼糜凝胶的网络结构。

3)从提高生产效率的角度来看，MH和MWH有助于提高升温速率，提高生产效率。综合质构特性、蒸煮损失和水分分布来看，低温段MWH和高温段MH升温的BA组鱼糜相对而言在较好保证减少蒸煮损失的同时能够提高生产效率；而低温段WH和高温段MWH升温的CB组鱼糜质构特性相对较好同时能够形成致密的网络结构，保留更多的水分在三维网络结构中。