酸汤鮰鱼酸化及杀菌工艺研究

唐小航， 姜启兴*， 夏文水， 高 沛， 许艳顺， 杨 方， 余达威

（1.江南大学 食品学院，江苏 无锡214122；2．江南大学 江苏省食品安全与质量控制协同创新中心，江苏 无锡214122）

斑点叉尾鮰（Ietalurus punetaus）俗称沟鲶、钳鱼，属于鲶形目、鮰科鱼类，其原产于北美洲，是一种大型淡水鱼类，具有食性杂、生长快、适应性广、抗病力强、肉质上乘等优点。我国从1984年引进鮰鱼并大范围养殖，2019年产量已高达29.7万吨。鮰鱼具有无鳞、无肌间刺、营养丰富、多脂、味道鲜美等特点，深受消费者喜爱，是一种经济价值较高的淡水鱼[1-2]。我国鮰鱼加工以冷冻鮰鱼片为主，形式单一，且以出口为主。2010年以来，由于受美国“鮰鱼法案”以及越南巴沙鱼竞争的影响，冷冻鮰鱼片出口难度加大，出口量呈波动下降趋势，价格大幅下跌，严重影响了养殖和加工业人员的从业积极性。近年来，国内加工企业为应对国际市场的变化，积极开展面向餐饮及快速消费的冷冻调理、休闲即食等产品的开发研究[3]。凯里红酸汤为贵州省凯里市的特产，具有色鲜红、味醇酸的特点[4-5]；酸汤鱼作为贵州的特色美食，在经“舌尖上的中国”栏目宣传报道后，以其幽香沁人、鲜嫩爽口等特点被广大消费者所熟知和喜爱。传统的酸汤鱼主要作为菜肴在餐馆销售[6-7]，作者旨在将鮰鱼与酸汤相结合，开发出开袋即食的休闲食品，不但能改变鮰鱼单一的加工模式，也能拓宽酸汤这一特色产品销售途径。

鮰鱼肉本身为低酸性食品，如采用传统的100℃以上的高温杀菌，会对产品的质构、色泽、滋味等带来不利影响[8-9]。酸汤鱼本身具有酸爽的口感，如通过工艺研究将其pH控制在4.6以下，可使其变成酸化食品，从而可参照酸性食品的杀菌方式进行低温加热杀菌，可使杀菌强度大幅降低[10]，进而减少杀菌过程对产品品质的破坏程度[11-13]。

前期研究发现直接用酸汤酸化鮰鱼片，由于酸汤的稠度高，传质慢，易在鱼片表面附着，酸味也重，影响鱼片的整体感官，且酸汤耗量大，成本高。因此，需对酸汤进行稀释调味以满足工业生产和消费者的需求。作者在前期实验的基础上，探索调理后腌制液的初始总酸质量分数、液料质量比、鱼片厚度、腌制时间对鮰鱼片酸化效果的影响；另以酸化后的鱼片为原料，测定杀菌曲线，通过保温实验确定杀菌条件，并比较经不同杀菌温度杀菌后鱼片剪切力的变化，以期为酸汤鮰鱼的工业化生产提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 原料及试剂

白砂糖、（1.8±0.2）kg鲜活鮰鱼（经现场宰杀后于30 min内运回实验室）：购于无锡欧尚超市高浪路店；凯里红酸汤：购于贵州亮欢寨生物科技有限公司；食用乳酸：购于河南金丹乳酸科技股份有限公司；冰乙酸：购于阳江市阳东食品香料公司；真空包装袋（15 cm×20 cm，厚度0.16 mm）：购于喜之龙办公旗舰店；基准邻苯二甲酸氢钾、氢氧化钠（分析纯）：购于国药集团。

1.2 仪器与设备

ZBRTD-211恒温水浴锅：上海力辰邦西仪器有限公司产品；CH-150型高温温度记录仪：驰煌控测技术（上海）有限公司产品；DZ真空封口机：上海尤溪机械设备有限公司产品；TA-XTPlus物性分析仪：英国SMS公司产品；pH计：梅特勒-托利多仪器有限公司产品；高速分散机：德国Sigma公司产品；其他仪器均为实验室常用仪器。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 原料鱼处理将鮰鱼头部击晕宰杀，去头、去骨、去皮后用清洁冷水冲洗鱼肉上的血迹，切成3、6、9 mm厚的鱼片，用100℃的蒸汽蒸制80 s，稍冷后转移至55℃的恒温干燥箱中烘干，定时翻面使鱼片干燥均匀，直至鱼肉水分质量分数为60%左右。

1.3.3 腌制液配置凯里红酸汤中酸含量高、总糖含量极低，氯化钠质量分数为5.8%。总酸质量分数为41.46 g/kg（以乳酸计），有机酸主要为乳酸和乙酸，其中乳酸与乙酸占比分别为42.16%和57.84%，研究中总酸质量分数均以乳酸计。除总酸质量分数为5 g/kg的腌制液用饮用水将原始酸汤稀释8.3倍，再加入酸汤总质量16.5%的白砂糖之外，其余质量分数的腌制液配比依据以下原则：固定腌制液的糖酸质量比为4∶1，凯里红酸汤质量占腌制液总质量的1/5，设要调理总酸质量分数为x g/kg的酸汤共y kg，各物料所需添加量见表1，剩余用饮用水补充。

表1 调理y kg总酸质量分数为x g/kg的腌制液时各物料的添加量Table 1 Amount of each material added to the pickling solution with x g/kg total acid for y kg

1.3.4 腌制工艺

1)初始总酸质量分数对酸化效果的影响 固定液料质量比为2.0∶1.0，鱼肉切面时厚度为3 mm，腌制温度为4℃，分别以初始总酸质量分数为5、15、25、35、45 g/kg的腌制液腌制鱼片，测定鱼片在腌制过程中第0、1、2、3、4、6、8、12小时的pH和总酸质量分数。

2)液料质量比对酸化效果的影响 固定腌制液初始总酸质量分数为25 g/kg，鱼肉切面时厚度为3 mm，腌制温度为4℃，分别在液料质量比为2.0∶1.0、2.5∶1.0、3.0∶1.0、3.5∶1.0、4.0∶1.0的条件下腌制鱼片，测定鱼片在腌制过程中第0、1、2、3、4、6、8、12小时的pH和总酸质量分数。

3)鱼片厚度对酸化效果的影响 固定腌制液初始总酸质量分数为25 g/kg，液料质量比为2.0∶1.0，腌制温度为4℃，分别对3、6、9 mm的鱼片进行腌制，测定鱼片在腌制过程中第0、1、2、3、4、6、8、12小时的pH和总酸质量分数。

4)响应面实验[15-16]以酸化效果的单因素实验为基础，依据Box-Behnken原理设计四因素三水平的酸化预测实验，选取腌制液初始总酸质量分数、液料质量比、鱼片厚度、腌制时间为自变量，pH为响应值，通过响应面法来确定酸化效果的预测曲线。

1.3.5 杀菌工艺9 mm厚的鱼片经初始总酸质量分数35 g/kg的酸汤腌制8 h后，将约30 g鱼片与无线温度探头一起装入真空封口袋中，无线温度探头的探针针尖部分放置于鱼片的几何中心处，再加入3 g腌制液，于真空封口机上封口，真空度≥0.095 MPa，使腌制液较均匀地分布于鱼片表面，减少杀菌过程中因水分迁移等导致的鱼片体系pH变化现象的发生。将封口后的包装袋置于恒温水浴锅中进行水浴加热，加热完成后置于流动冷却水中冷却，整个流程结束后将数据导出。在加热阶段，每隔1 min记录1次加热升温过程中鱼块的中心温度，冷却阶段每隔20 s记录1次冷却过程中鱼块的中心温度，依据记录的数据及计算出的杀菌F值绘制杀菌曲线，每个温度做3组平行，同个温度下，选取达到相同F值所需时间最长的实验组别作为最终的杀菌曲线[17]。

1.4 杀菌F值的计算

式中：t为杀菌时间；T为对应时间样品的中心温度，以70℃作为起点温度；Z为目标微生物的敏感性温度，对于酸化食品，取8.89℃[10]。

1.5 杀菌强度的确定

杀菌用鱼片的平衡pH约为4.35，依据FDA的规定，产品平衡pH在4.2～4.4建议杀菌强度≥5 min[10]。分别在85、88、91、93、95℃条件下杀菌样品至F值达到5、6、7、8 min，每组制备20个样品；依据GB 4789.26—2013《食品安全国家标准 食品微生物学检验 商业无菌检验》[18]做保温实验进行商业无菌检验。

1.6 p H及总酸的测定

pH参照国标GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》[19]进行测定；总酸参照GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》[20]进行测定。每个样品做3个平行。

1.7 剪切力的测定

剪切力采用A/CKB探头进行测定，测定前速率为1 mm/s，测试速率为1 mm/s，测试后速率为1 mm/s，触发力为5 g，剪切深度为4 mm。每组样品做5组平行[21-22]。

1.8 数据分析

组间差异比较采用SPSS 21软件进行单因素均值分析，检测限设定为0.05，绘图采用Origin和Office 2013软件。

2 结果与讨论

2.1 鮰鱼片的酸化工艺

2.1.1 腌制液初始总酸质量分数对酸化速率的影响腌制液的初始总酸质量分数对鮰鱼片腌制过程中酸化速率的影响如图1所示。由图1可知，随着腌制时间延长腌制液初始总酸质量分数在15～45 g/kg下，pH均是先快速下降，后逐渐变缓，呈“L”型下降曲线；腌制液初始总酸质量分数越高，pH下降越快；总酸质量分数则是先快速上升，后逐渐变缓，呈“倒L”型上升曲线。5 g/kg和15 g/kg的腌制液酸化效果较差，在腌制12 h后，其pH分别为5.85和4.63，均未达到酸化食品要求（pH≤4.6）；在25 g/kg的腌制液中腌制12 h后，鱼片的pH达到了4.29，总酸质量分数为7.1 g/kg，符合酸化食品要求，但整个酸化过程耗时较长；经35 g/kg和45 g/kg的腌制液腌制的鱼片分别在4 h和3 h后即达到酸化要求。提高腌制液的初始总酸质量分数可以使整个酸化过程耗时缩短，这是因为鱼片在不同总酸质量分数的腌制液中的传质驱动力大小存在差异，腌制液总酸质量分数越大，传质驱动力也越大，郭丽媛[23]的研究也发现猪肉在湿腌过程中的盐分增长速率随腌制液食盐含量的增加而增加。

图1 初始总酸质量分数对腌制过程中鮰鱼片酸化速率的影响Fig.1 Effect of initial total acid content on acidification rate of catfish fillets during pickling

2.1.2 液料质量比对酸化速率的影响液料质量比对鮰鱼片酸化速率的影响如图2所示。液料质量比为2.0∶1.0时腌制液正好能淹没鱼片，液料质量比为4.0∶1.0时可见明显的酸汤富余。由图2可知，在不同液料质量比中腌制的鱼片pH和总酸的整体趋势仍分别为“L”和“倒L”型。液料质量比为2.0∶1.0及2.5∶1.0时，需12 h才能完成酸化，液料质量比为3.0∶1.0时，在8 h完成酸化，液料质量比为3.5∶1.0及4.0∶1.0时，在6 h完成酸化。在不同液料质量比下腌制的鱼片pH及总酸质量分数的曲线先聚合后散开，这就意味着在腌制初期提高液料质量比对提升酸化速率无显著作用，随着腌制时间的延长，高的液料质量比对酸化效果的促进作用才得以体现，这可能是因为在腌制初期腌制液浓度梯度基本是一样的，腌制速度也基本类似；随着腌制进行，腌制液中酸进入鱼片，液料质量比大的腌制体系中酸浓度会逐渐高于液料质量比小的腌制体系，进而使得腌制后期液料质量比大的体系具有较大的浓度梯度和酸化速率[24]。闫瑾等[25]的研究也表明草鱼在盐腌初期液料质量比对草鱼盐含量影响不显著，在腌制后期才出现显著差异，与本文结果相一致。

图2 液料质量比对腌制过程中鮰鱼片酸化速率的影响Fig.2 Effect of liquid to material ratio on acidification rate of catfish fillets during pickling

2.1.3 鱼片厚度对酸化速率的影响鮰鱼片的切片厚度对酸化速率的影响如图3所示。鮰鱼片的酸化速率随着切片厚度的增加而降低，这主要体现在前2 h内较厚的鱼片所累计的总酸质量分数要低于较薄的鱼片，2 h后鮰鱼片总酸质量分数的增长趋势一致。这是由于酸是由外向鱼片中心传递的，在腌制前期，较厚鱼片的中心部位酸的扩散量较少，经过长时间的腌制之后，较厚的鱼片的各个部位的酸含量趋于与外界平衡，在其余各项外界条件相一致的情况下，不同厚度鱼片最终的酸含量趋于一致。

图3 鮰鱼切片厚度对腌制过程中鮰鱼片酸化速率的影响Fig.3 Effect of the thickness of slices on the acidification rate of catfish fillets during pickling

2.1.4 响应面预测预干燥鱼片的酸化效果单因素实验可知，鱼片的初始总酸质量分数、液料质量比、鱼片厚度以及腌制时间均会影响鱼片的酸化效果。在工业生产中，通过调整各个因素，对酸化效果进行预测才能对工业生产提供较好的理论指导。故采用响应面法探讨腌制过程中各因素与pH之间的关系。响应面设计因素、水平及编码见表2，Box-Behnken实验设计方案及结果见表3，模型方差分析见表4。

表2 响应面设计因素、水平及编码Table 2 Response surface design factors，level and coding

表3 Box-Behnken实验设计方案及结果Table 3 Box-Behnken experimental design and results

表4 模型方差分析Table 4 Model analysis of variance

续表3

运用Design-Expert 8.0.6数据统计分析软件对表3结果进行多元线性回归分析，得到鱼片腌制后pH关于腌制液初始总酸质量分数、液料质量比、鱼片厚度、腌制时间的二次多项式数学模型：

模型显著性检验P<0.000 1，表明该模型具有统计学意义。依据回归系数的显著性检验可知，一次项A、C、D以及二次荐D2对酸化速率具有显著影响，交互项CD对酸化速率的交互影响显著。失拟项用来表示所用模型与实验拟合的程度，即二者差异的程度，P为0.091 3>0.05，对模型是有利的，无失拟因素存在，因此可用该回归方程对鱼片的酸化过程进行预测。依据F值，对响应值的影响顺序为D>C>A>B[15]。

通过杀菌实验，发现鱼片厚度太薄时杀菌后鱼片容易碎裂，因此杀菌鱼片厚度选用9 mm，在该厚度下运用Design-Expert 8.0.6数据软件预测出的pH最低点条件为：腌制液初始总酸质量分数45 g/kg、液料质量比2.55∶1.00、腌制时间7 h，在此条件下鱼片的pH为4.34，经3次验证实验，在该条件下进行腌制的鱼片pH分别为4.27、4.29、4.35，与预测值相差不大，这进一步验证了该模型的可靠性。

2.2 鮰鱼片的杀菌工艺

2.2.1 不同杀菌温度下杀菌F值随时间变化情况对不同杀菌温度下鱼片的传热曲线进行测定，并计算各时间点F值的变化情况，结果如图4所示。在加热过程中，鱼片的中心温度都有一个上升再稳定的趋势，鱼片中心的温度在稳定后接近于水浴的设定温度；与升温过程相比，鱼片的降温过程速率较快，在冷却水冷却5 min左右即可降至室温。经计算，杀菌温度为85、88、91、93、95℃时降温过程中累计的F值分别为0.05、0.12、0.39、0.45、0.53 min，扣除降温过程中所累积的F值后再反推各个杀菌温度下达到F值为5、6、7、8 min所需要的恒温杀菌时间，具体如表5所示[10]。

表5 杀菌条件对酸化鮰鱼片安全性的影响Table 5 Effects of sterilization conditions on the safety of acidified channel fish fillets

图4 鮰鱼片在不同杀菌温度下的传热曲线与F值Fig.4 Heat transfer curve and F value of catfish fillets at different sterilization temperatures

2.2.2 杀菌强度对鮰鱼片安全性的影响将不同杀菌温度下不同杀菌强度（F值）的样品根据GB 4789.26—2013 《食品安全国家标准 食品微生物学检验 商业无菌检验》[18]做保温实验，进行商业无菌检验，实验结果如表5所示。在实验条件下酸化后的鮰鱼片在各杀菌温度下的杀菌F值达到5 min时即达到了商业无菌要求，但考虑到实验样品数量和实验杀菌设备的限制，实际工业生产过程中建议在此基础上进一步验证和修正杀菌参数[10]。

2.2.3 杀菌强度对鮰鱼片剪切力的影响剪切力的大小能反映鱼片质构被破坏的程度[21]，9 mm鱼片经不同杀菌温度杀菌至F值5 min时剪切力大小如表6所示。由表可知，经85℃及88℃杀菌后样品的剪切力显著低于未杀菌以及其他杀菌温度的样品。经91、93℃杀菌后样品的剪切力与未杀菌样品差异不大，经95℃杀菌样品的剪切力显著高于未杀菌的，经91～95℃杀菌能较好地保留鱼片原有的质构品质。此外，85℃及88℃杀菌耗时较长，用较低的温度杀菌会使杀菌设备操作周转期延长，综合杀菌时长及剪切力指标，建议酸化后鮰鱼片采用91～95℃杀菌。

表6 不同杀菌温度对酸化鮰鱼片剪切力的影响Table 6 Effects of different sterilization temperatures on shearing stress of acidified catfish fillets

3 结语

液料质量比为2.0∶1.0时3 mm鱼片在25 g/kg腌制液中腌制12 h时可被酸化。提升腌制液的初始总酸质量分数能显著提升腌制速率；提升液料质量比能在腌制后期提升腌制速率；鱼片厚度增加后，前期累积的总酸质量分数要低于较薄的鱼片，在腌制后期与较薄的鱼片的总酸增长趋势几乎一致，不同厚度的鱼片最终pH均可低于4.6。基于腌制液初始总酸质量分数、液料质量比、鱼片厚度、腌制时间的响应面预测模型能对鮰鱼片的腌制过程进行预测。酸化后的鮰鱼片在经85～95℃杀菌至F值达到5 min时均可达到商业无菌状态，采用91～95℃的温度杀菌时能较好地保持鱼片的剪切力，且整个杀菌工艺可控制在30 min之内，适合工业化生产。