丁怡萱,周 婷,廖月琴,林慧敏, ,张 宾, ,邓尚贵,周小敏
(1.浙江海洋大学食品与药学学院,浙江舟山 316022;2.浙江兴业集团有限公司,浙江舟山 316022)
带鱼(Trichiurus haumela)是我国沿海地区发展海洋经济最重要的鱼类之一,年捕获量约91万t。它是东太平洋常见的底栖商品海鱼,因含有丰富的脂肪、蛋白质被称为高脂鱼类。此外,带鱼因具备肉质细腻、鱼身无细刺,容易被人体消化吸收且营养价值高、风味足、口感好等特点而深受消费者的喜爱[1]。
油炸加热能够改善食品风味,赋予食品外脆里嫩的口感和特有的金黄色泽,有效杀灭鱼肉中的腐败菌从而延长产品的货架期,深受年轻人的追捧[2]。然而油炸食品属于高热量、高油脂加工制品,过量食用易引起肥胖、高血脂、心血管疾病等,同时油炸食品中,晚期糖基化终末产物等有害物质含量的增加,会导致心血管疾病和致癌风险的发生[3]。高温循环空气炸的出现有望弥补这一缺陷,其利用热风循环将密闭容器内的食物迅速加热成熟,一方面可在一定程度上减少油脂的含量,另一方面又能保留炸制食品原有的丰富滋味及口感。赵文宇等[4]研究表明空气炸处理后的高白鲑鱼块脂肪含量低于传统油炸,且挥发性风味物质、游离氨基酸以及呈味核苷酸与传统油炸相似。Yu等[5]研究表明,相比起传统油炸,空气炸后的鱼糜水分含量更高且具有相似的质构特性。
本研究旨在探讨带鱼在传统油炸与空气炸过程中肌肉的水分、色泽、质构、感官、微观结构、游离氨基酸、脂肪酸及风味的变化,对比两种炸制方式对带鱼品质及风味的影响。这对研发低脂、健康的热加工方式及开发带鱼相关产品有重要意义。
新鲜东海带鱼 约0.5 kg/条,购于浙江舟山国际水产城,将鲜带鱼样品置于装有冰块的保温箱内,1 h内运回实验室;氨基酸标准混合溶液 和光纯药工业株式会社。
HD9741空气炸锅 新安电器(深圳)有限公司;商用电炸炉 佛山市德玛仕网络科技有限公司;CR-10型便携式色差仪 日本柯尼卡美能达公司;HD-3A型水分活度测定仪 常州德社精密仪器有限公司;MS-Pro型物性测试仪 美国FTC公司;CF-16RN高速冷冻多用途离心机 日本日立公司;MDFU53V型超低温冰箱 日本Sanyo公司;Flavour-Spec®风味分析仪 德国G.A.S.公司;LA8080氨基酸自动分析仪 日本株式会社日立高新技术公司;JSM-6490LV扫描电镜 日本Jeol公司。
1.2.1 样品前处理 将去头去尾的带鱼用自来水清洗,去除内脏、黑膜及血痕,再切成约6 cm×4 cm×1.5 cm大小的鱼块备用。
1.2.2 带鱼炸制方法 前期通过预实验,确认选取油炸190 ℃-3、5、7、9 min,空气炸190 ℃-12、16、20、24 min为炸制工艺参数。
油炸:将3 L新鲜大豆油加入油炸锅中,待到油温达到190 ℃,将带鱼段放入锅中分别炸制3、5、7、9 min,沥干表面多余的油,放置在空气中冷却至室温。
空气炸:空气炸锅在190 ℃下预热5 min,将带鱼段放入锅中分别加热12、16、20、24 min后,取出放置在空气中冷却至室温。
1.2.3 指标测定
1.2.3.1 色差的测定 采用色差仪,对炸制带鱼块表面中心部位的L*值、a*值、b*值进行测定,每组测3个平行,取平均值。
1.2.3.2 质构特性的测定 采用TPA模型进行测定:选取分段好的带鱼,测试探头为P/50,测试速度为1.0 mm/s,样品变形为30%,保持时间为3 s。采用FTC-PRO软件从每个样品产生的力-时间曲线中,计算带鱼肌肉组织硬度和咀嚼性。
1.2.3.3 出品率的测定 称取油炸前新鲜带鱼段的质量为ma,吸油纸擦净炸制后带鱼段表面油脂,称取质量为mb。按下式计算出品率:
式中:W为出品率,%;ma为熟化前质量,g;mb为熟化后质量,g
1.2.3.4 水分含量和水分活度的测定 参照GB 5009.3-2016[6]中105 ℃干燥恒质量法测定样品中的水分含量;参照GB 5009.238-2016[7]采用水分活度仪测定水分活度。
1.2.3.5 感官评定 邀请10名通过感官评定培训的食品专业学生(男生5人,女生5人)组成感官评定小组,评定过程采用双盲法,感官评价标准见表1。
表1 感官评定标准Table 1 Sensory assessment criteria
1.2.3.6 微观结构 将处理好的带鱼段(新鲜、油炸、空气炸)去皮处理成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm左右切片,2.5%戊二醛固定4 h后,利用磷酸缓冲液(1 mol/L)漂洗以防止固定残留物;再利用乙醇(30%、50%、70%、80%、100%)梯度脱水,每次10 min;随后利用乙酸异戊酯置换,50%一次,100%两次。最后将切片放入二氧化碳临界点干燥器中干燥,随后对其喷金。在电压为20 kV下放大250倍,用扫描电子显微镜观察其微观结构。
1.2.3.7 游离氨基酸含量及脂肪酸的测定 游离氨基酸的测定:取适量三种带鱼(新鲜带鱼、油炸带鱼、空气炸带鱼)样品,加入0.02 mol/L盐酸溶解并定容。净化:分别加入5 mL甲醇,5 mL水,对C18前处理小柱进行活化,随后加入2.5 mL样品,再加1.5 mL 0.02 mol/L盐酸,过柱后的样品用0.02 mol/L盐酸定容到5 mL,过0.45 μm滤膜后采用氨基酸分析仪进行测定。脂肪酸的测定:采用GB 5009.168-2016《食品安全国家标准食品中脂肪酸的测定》[8]中的气相色谱法。
1.2.3.8 挥发性风味化合物的测定 采用GC-IMS对三种带鱼(新鲜带鱼、油炸带鱼、空气炸带鱼)样品挥发性有机物进行分析。将带鱼样品切碎,称取2.0 g置于20 mL顶空进样瓶中,60 ℃孵化20 min后进样测试,孵化转速为500 r/min;进样针温度为85 ℃;进样体积为500 μL。
GC条件:色谱柱温度:60 ℃;运行时间:25 min;载气:N2(纯度≥99.999%);载气流速:0~2 min,
2 mL/min;2~10 min,2~10 mL/min;10~20 min,10~100 mL/min;20~25 min,100~150 mL/min。
IMS条件:温度:45 ℃;漂移气流速:150 mL/min(N2,纯度≥99.999%)。
利用NIST数据库和IMS数据库对挥发性有机物定性分析。
采用Origin 2017、SPSS Statistics 19.0软件进行作图及数据分析,结果表示为平均值±标准偏差(采用ANOVA方差分析法分析显著性差异水平,P<0.05)。采用仪器配套的软件LAV(Laboratory Analytical Viewer)、GC×IMS Library Search(德国GAS公司)分析得出样品中挥发性有机物的差异图谱。
色泽是反映炸制食品好坏的重要品质,由表2可知,油炸时间对带鱼表面色泽有明显影响,带鱼表面色泽亮度L*值和黄度b*值呈下降趋势,红度a*值呈上升趋势。随着油炸时间的延长,油炸带鱼表面色泽加深且偏红,这是由于美拉德反应和焦糖化反应产生有色物质以及脂质氧化的影响[9],表面亮度L*值呈显著下降趋势(P<0.05),与高温导致鱼肉脱水从而对光的反射减少有关[10]。随着空气炸时间的延长,空气炸带鱼表面亮度L*值无显著变化(P>0.05),这是由于空气炸处理对带鱼表皮保存较为完好,这也弥补了油炸后带鱼表皮严重损失的缺点。有研究表明,不良色泽和风味与低品质有关[11],过度炸制会使美拉德反应进入第3阶段,产生类黑色素,导致鱼肉颜色变黑,消费者的接受度下降[12],因此带鱼炸制时间不宜过长。
表2 不同炸制条件对带鱼表面色泽的影响Table 2 Influence of different frying conditions on the color of the surface of the hairtail
质构能够对食物的物理特性和感官质量进行客观评价,通过质构仪可以对炸制带鱼的硬度、咀嚼性等物理特性进行量化,蛋白质的三维结构和肌纤维组织被破坏程度是影响质构特性的主要因素[13]。不同炸制条件下带鱼质构特性的变化如图1所示,在相同炸制温度下,炸制时间较短时(油炸5 min之内,空气炸20 min内),油炸与空气炸带鱼样品的硬度和咀嚼性无显著性差异(P>0.05),这是因为此时肌原纤维蛋白还未完全发生变性。油炸7 min后带鱼的硬度高达3112 g、咀嚼性高达39.56 mj,空气炸24 min后带鱼的硬度高达3761.50 g、咀嚼性高达65.36 mj,其硬度和咀嚼性均显著上升(P<0.05),分析其原因,带鱼在高温条件下,随着炸制时间的增加,蛋白质变性程度也随之增加,胶原蛋白收缩与肌动球蛋白脱水缩合的共同作用,导致肌纤维组织遭到破坏,结构变得紧密[14],水分迅速蒸发流失,炸制的带鱼肉质变硬且有嚼劲[12]。然而炸制过度会导致其严重脱水、硬壳过厚且肉质过硬[15],口感不佳;炸制时间过短,肉质不熟、松软,腥味重,因此炸制时间不宜过短或过长。
图1 不同炸制条件对带鱼TPA的影响Fig.1 Influence of different frying conditions on TPA of hairtail
由图2可知,两种炸制方式处理的带鱼出品率下降趋势一致,炸制时间对带鱼出品率有显著影响(P<0.05),随着炸制时间的延长,蛋白变性程度增大[14],持水力下降,出品率下降。当带鱼处于高温条件下蛋白质发生变性,肌束膜结构被破坏,肌纤维与肌纤维间的压力和张力变大,从而导致肌纤维收缩程度变大,且蛋白质疏水基团的暴露降低了对水分的束缚力[16-17],使其锁水能力下降,最终导致水分迅速流失,同时还伴随着小分子蛋白质、少量脂肪等汁液的溶出[18],导致油炸损失率增加,出品率降低。结合图3可知,出品率与水分含量均呈下降趋势,这也进一步说明了水分迅速流失是出品率下降最主要的原因。
图2 不同炸制条件对带鱼出品率的影响Fig.2 Influence of different frying conditions on the production rate of hairtail
图3 不同炸制条件对带鱼水分含量和水分活度的影响Fig.3 Influence of different frying conditions on the moisture content and moisture activity of the hairtail
由图3可知,随着炸制时间的不断增加,两种炸制方式处理的带鱼,其水分含量均呈下降趋势。其中,油炸带鱼的水分含量下降较空气炸明显,分析其原因,在油炸过程中,带鱼与大豆油之间发生快速传热及传质[19-20],油脂渗入导致其内部气压下降,水分随之蒸发流失。在油炸带鱼后期,水分含量趋于平稳无显著性差异(P>0.05),一方面可能是油炸后的带鱼外壳渗透率低,不利于水分的进入;另一方面可能是在油炸过程中,更多的油脂进入鱼肉的孔隙中阻碍了内部水分的渗出[21]。空气炸带鱼的水分含量下降速率低于油炸带鱼,这可能是空气炸过程中,鱼肉肌原纤维蛋白受高温影响程度大于油炸,表面迅速变性形成硬壳,在一定程度上阻止了水分的外流[22]。
引起食品腐败变质的原因之一是微生物的繁殖,降低水分活度可以在一定程度上延缓或抑制微生物的生长从而延长食品的货架期[23-24],由图3可知,经过两种炸制方式处理后,油炸带鱼的水分活度下降速率低于空气炸带鱼,这是由于带鱼在油中的传热比空气快,同时油脂可以通过毛细管作用进入肌肉内部,从而代替蒸发的水分进入鱼肉的孔隙中[25-26],因此,适当延长炸制时间从而降低水分活度有利于炸制带鱼的贮藏。空气炸带鱼的水分活度偏高,可能是由于在空气炸初期,带鱼表皮水分迅速蒸发减少从而形成硬壳[22],随着炸制时间的延长,炸制带鱼内部水分向外迁移受到阻碍,可通过适当缩短炸制温度从而降低水分活度。
由图4可知,随着炸制时间的增加,评定人员对油炸带鱼的喜爱度也呈上升趋势,产品的色泽、质地、风味、口感及整体可接受度得分均增大。结合感官评价和其他基础理化指标(水分含量、水分活度、色泽、出品率、质构)可知,在炸制温度相同的条件下,炸制时间过短时,带鱼的水分含量偏高、颜色偏浅,质地过软、不够酥脆且有腥味,不易被消费者所接受;炸制时间过长时,带鱼的水分含量偏低、颜色偏暗,外形严重收缩、质地过硬、咀嚼性差且有焦糊味。当传统油炸时间为7 min时,油炸带鱼的色泽金黄、口感酥脆且具有浓郁的油炸食物特有风味;当空气炸时间为24 min时,空气炸带鱼的侧面金黄、表皮保存较为完整、无油腻感、口感适中。综上所述,可得出传统油炸7 min和空气炸24 min处理后的带鱼品质更佳。后续对这两个炸制工艺参数(油炸190 ℃-7 min、空气炸190 ℃-24 min)处理的带鱼的微观结构、游离氨基酸、脂肪酸与挥发性风味物质进一步进行比较与分析。
图4 不同炸制条件对带鱼感官评价的影响Fig.4 Influence of different frying conditions on the sensory evaluation of hairtail
新鲜带鱼、油炸带鱼(190 ℃-7 min)及空气炸带鱼(190 ℃-24 min)的肌肉微观结构(纵切面和横切面)如图5所示。与新鲜带鱼整齐有序且紧密的肌纤维束排列相比,油炸带鱼肌纤维束的密度显著下降、有序性遭到破坏且肌纤维发生部分断裂,分析其原因,肌内膜和肌束膜从肌纤维表面剥离下来,相邻的肌内膜发生严重收缩并紧密粘靠在一起,导致肌纤维间变得疏松[27],肌纤维表面出现一些不规则颗粒化物质,可能是肌束膜出现的轻微颗粒化现象[28]或是肌纤维细胞内的一些肌浆蛋白溶出物[27]。与油炸带鱼相反,经空气炸处理后,带鱼的肌纤维间致密性增强且排列有序,可能是由于炸制时间过长,热处理强度随之增大,肌束膜中主要成分(胶原蛋白)进一步降解,凝胶化加剧,导致其结构被严重破坏,部分肌束发生崩塌并相互黏在一起,结缔组织变性形成凝胶,空隙被凝胶和其他微粒物质填补起来[28-29],组织结构空隙小从而对油脂的渗入有一定的阻碍作用,这可能也是空气炸带鱼油脂含量少的原因之一。
图5 不同炸制条件对带鱼微观结构的影响Fig.5 Influence of different frying conditions on the microstructure of hairtail
2.7.1 两种炸制方式对带鱼游离氨基酸含量与组成分析 由表3可知,新鲜带鱼、油炸带鱼和空气炸带鱼均检测出17种氨基酸,其中包括10种非必需氨基酸(NEAA)和7种人体必需氨基酸(EAA),虽然三种带鱼游离氨基酸的种类一致,但相同氨基酸的含量存在不同程度的差异。由图6可知,与新鲜带鱼相比,油炸带鱼的总游离氨基酸(TFAA)含量下降,空气炸带鱼的TFAA含量上升且显著高于油炸带鱼(P<0.05)。
表3 不同炸制条件下带鱼的游离氨基酸含量(mg/g干基)Table 3 Free amino acid content of hairtail under different frying conditions (mg/g dry basis)
图6 不同处理方式对带鱼总游离氨基酸和必需氨基酸的影响Fig.6 Effects of different treatments on total free amino acids and essential amino acids of hairtail
EAA含量代表了食物中蛋白质营养价值的高低[30],油炸和空气炸后带鱼的EAA含量均有所下降,说明带鱼的营养价值在油炸过程中遭到破坏。据FAO/WHO报道[31],EAA/TAA的值在40%左右,EAA/NEAA的值在60%以上,表明蛋白质属于优质蛋白,空气炸带鱼符合FAO/WHO的理想模型,属于优质蛋白。油炸和空气炸带鱼中丙氨酸和赖氨酸含量最高,胱氨酸含量最低,丙氨酸作为典型的甜味氨基酸,对油炸带鱼的鲜美风味有一定促进作用,赖氨酸在促进人体生长发育、增强机体免疫力、缓解焦虑等方面都具有积极的营养学意义[32]。
带鱼肌肉中的氨基酸组成与含量对肉品的风味有一定的影响,由图7可知,油炸和空气炸带鱼中均检出4类呈味氨基酸,其含量大小为甜味类氨基酸>苦味类氨基酸>鲜味类氨基酸。油炸带鱼中的甜味氨基酸含量显著高于新鲜带鱼和空气炸带鱼,这是因为油炸带鱼中丙氨酸的含量显著高于其他两种(P<0.05),与韩旭等[33]的研究结果相似,油炸后白乌鱼和鲫鱼中丙氨酸含量显著高于新鲜样品。丙氨酸能够与肌苷酸和鸟苷酸等配伍产生鲜味相乘作用,对带鱼的鲜味有一定的增强作用[34],这也是油炸带鱼味道鲜甜、受消费者喜爱的原因之一。味氨基酸为丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸和脯氨酸含量之和。
图7 不同处理方式的带鱼呈味氨基酸占总氨基酸比例Fig.7 Effects of different treatments on proportion of tasteful amino acids in TAA of hairtail
2.7.2 两种炸制方式对带鱼脂肪酸分析 由表4可知,油炸带鱼中共检测出21种脂肪酸,其中包括9种饱和脂肪酸(saturated fatty acid,SFA)、5种单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acids,MUFA)和7种多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFA);空气炸带鱼中共检测出19种脂肪酸,其中包括7种SFA、5种MUFA和7种PUFA。
表4 不同炸制条件下带鱼的脂肪酸含量(g/100 g)Table 4 Fatty acid content of hairtail under different frying conditions (g/100 g)
与新鲜带鱼相比,两种炸制方式处理的带鱼,其饱和脂肪酸含量均呈上升趋势,这可能与不饱和脂肪酸不断氧化补充有关[35],经过油炸和空气炸处理后,棕榈酸的含量显著上升(P<0.05),可能是高温使更多的棕榈油酸转化成棕榈酸。相比起饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸更容易被氧化,其组成是影响脂质热降解和氧化降解的重要因素[36]。油炸带鱼中UFA含量显著高于SFA含量(P<0.05),以亚油酸和油酸为主,其含量分别高达8.2726、4.0265 g/100 g,由于油炸时使用的大豆油中富含这两种脂肪酸,在炸制过程中,另外添加的油脂渗入,使得其含量增加。EPA俗称“血管清道夫”,具有清理血管中胆固醇和甘油三酯的功能;DHA俗称“脑黄金”,具有软化血管、健脑益智、改善视力等多重功效[32],新鲜带鱼和空气炸带鱼中相对含量最高的是DHA,这与张蒙娜等[37]的研究结果一致,EPA和DHA作为两种具有代表性的不饱和脂肪酸,经过两种炸制方式处理后均有所上升,这是由于游离氨基酸含量变化处于动态过程,可以由磷脂和甘油酯水解产生,也可以进一步氧化降解[38],EPA和DHA含量上升是由于其生成速度大于降解速度。在空气炸带鱼中的总量显著高于新鲜带鱼和油炸带鱼(P<0.05),这可能是由于空气炸的加热程度低于油炸,从而导致其EPA和DHA的氧化速率低于油炸。通过油炸和空气炸处理的带鱼,其UFA/SFA比值高达4.2588和2.0215,据荀文等[39]研究表明当肌肉中UFA/SFA比值>1时,说明脂肪酸组成以不饱和脂肪酸为主且营养价值高,其脂肪酸的组成相对稳定。
不同炸制条件处理的带鱼肌肉的气味指纹图谱见图8。图中每一行表示一种样品含有的挥发性有机物,每一列表示同一挥发性有机物在不同样品中的信号峰,若为数字则表示该物质在谱库中匹配度较低未被鉴定出[40]。由图8可知,红框中的物质在带鱼炸制后含量大幅下降,包括3-戊酮、乙醇和3-甲基丁醇等;黄框中的物质在带鱼油炸后含量大幅增加,包括2-庚酮、反-2-庚烯醛、2-正戊基呋喃和2-己酮等;橙框中的物质在带鱼经两种方式炸制后含量均大幅上升,其中包括己醛、庚醛、苯甲醛、三甲胺、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛和壬醛等。脂肪酸的氧化分解和氨基酸的strecker降解是肉类风味形成的重要途径。
图8 不同处理组样品GC-IMS指纹图谱Fig.8 GC-IMS fingerprint map of samples from different processing groups
醛类作为肉香的重要成分可分为直链醛和支链醛,直链醛主要由不饱和脂肪酸中碳碳双键的氧化分解产生,而支链醛主要由氨基酸通过strecker氧化脱氨脱羧作用产生[41],醛类的阈值低且挥发性强,所以对带鱼整体风味的特征贡献大。壬醛、己醛、2-甲基丁醛和3-甲基丁醛等醛类是不同处理方式带鱼共有的关键风味成分,其含量在油炸和空气炸处理后显著上升,己醛主要由油酸、亚油酸和花生四烯酸氧化产生,3-甲基丁醛主要由亮氨酸和异亮氨酸strecker产生,其风味均随着浓度的变化而发生变化,己醛在低浓度下表征出青草味,而在高浓度时会产生油脂酸败[42],这可能是炸制后期带鱼会产生不良风味的原因之一。壬醛作为油酸的氧化产物具有浓郁的油脂气味[43],其在油炸带鱼中的含量显著高于空气炸。相比起新鲜带鱼,两种炸制方式处理的带鱼中,苯甲醛的含量都有所上升,但其本身具有苦杏仁味,对肉类风味会产生负面影响[44]。醛类进一步氧化生成酮类,酮类阈值较高,对带鱼整体风味的特征贡献较小,大部分酮类经过高温处理后含量都有所下降,使其鲜香味和腥味减少,分析其原因,酮类作为羰基化合物与氨基酸、肽、蛋白质和其他物质发生反应导致其含量降低[42]。醇类通常具有芳香、植物香和果香[44],醇类化合物主要由n-3和n-4不饱和脂肪酸二级氢过氧化物的降解产生,可将其分为饱和醇与不饱和醇,前者阈值高,后者阈值低,对带鱼风味的特征贡献也有所差异。其他类化合物主要由2-正戊基呋喃、三甲胺和氨组成,其中2-正戊基呋喃是唯一检测出来的呋喃类化合物,是Mailard反应的产物,具有焦甜味,在油炸带鱼中的含量显著高于新鲜带鱼和空气炸带鱼。
本研究通过对带鱼样品水分含量、色泽、出品率、质构特性和感官评定等理化特性的测定,筛选出两组优化的炸制工艺参数:油炸190 ℃-7 min和空气炸190 ℃-24 min。空气炸带鱼的肌纤维排列有序且紧密,其硬度与咀嚼性大于油炸带鱼;空气炸带鱼的氨基酸模式符合FAO/WHO的理想模型,属于优质蛋白,而油炸带鱼不符合;两种炸制方式处理的带鱼UFA:SFA的比值均大于1,说明其脂肪酸组成相对稳定且营养价值高,EPA+DHA在油炸带鱼中的含量明显低于空气炸带鱼;两种炸制方式处理的带鱼中挥发性风味物质的含量及种类存在不同程度的差异。综上所述,两种炸制方式处理的带鱼品质及风味均存在一定的差异,为炸制带鱼的加工方式提供了理论参考。