梅魚魚糜凝膠超高壓制備及凝膠特性研究

梅魚，又名“梅童魚”，形狀纖細(xì)。它是一種小型海魚類。資源豐富，價格低廉，營養(yǎng)價值高。它是處理魚冀州事務(wù)的重要原料。彈性是衡量魚糜品質(zhì)的重要指標(biāo)之一,它是硬度、伸縮性以及粘性的綜合體現(xiàn),主要取決于魚糜的凝膠特性。因此,凝膠化是魚糜制品的技術(shù)關(guān)鍵,只有經(jīng)過充分凝膠化的魚糜制品才富有彈性,有較好的口感和較高的商品價值。目前,使魚糜凝膠化的主要方法是熱處理,但熱加工方法對于改善魚糜凝膠特性仍不夠理想。超高壓(ultra-highpressure,UHP)技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一種新型食品加工方法,其可以很好地保持食品的色澤、原有風(fēng)味和營養(yǎng)成分,并能影響對蛋白質(zhì)分子立體結(jié)構(gòu)有貢獻(xiàn)的相互作用(氫鍵、疏水相互作用、靜電相互作用)從而改變蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu),導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性、聚集或凝膠化。高壓誘導(dǎo)的蛋白凝膠比熱誘導(dǎo)蛋白凝膠具有更好的光澤度、平滑度、柔軟度以及更高的彈性。因此,UHP有望是提高魚糜凝膠強(qiáng)度的一種有效手段。近年來,UHP成為食品加工技術(shù)的研究熱點,并受到了廣泛關(guān)注,國外對于鱈(Gadousmorhua)、大菱鲆(Scophthalmusmaximus)等品質(zhì)的研究進(jìn)行的比較深入。Gipsy等研究發(fā)現(xiàn),超高壓處理可以提高魚糜制品的白度及凝膠強(qiáng)度。Chung等報道,在170~240MPa,28~35℃,處理60min的條件下更有利于魚肉形成品質(zhì)優(yōu)良的凝膠。但國內(nèi)這方面的研究鮮有報道,特別是UHP對梅魚魚糜凝膠特性的影響研究。本文研究了超高壓處理的壓力、時間及協(xié)同處理溫度對梅魚魚糜凝膠特性的影響,并通過正交試驗對工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化,以期為超高壓技術(shù)在水產(chǎn)品加工中的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。1材料和方法1.1ess型物性測試方法HPB.A2-600/0.6超高壓處理設(shè)備,天津華泰森淼有限公司;TA.XTExpress型物性測試儀,英國StableMicroSystems公司;Sigma3K30高速冷凍離心機(jī),德國Sigma公司;CHROMAMETERCR-400色彩色差計,日本Minolta公司;CM-14型斬拌機(jī)、EM-20型灌腸機(jī),西班牙MAINCA公司。1.2馬鈴薯淀粉的制備冷凍梅魚魚糜:浙江興業(yè)集團(tuán)有限公司提供;食鹽:市售食用級;馬鈴薯淀粉:甘肅恒星淀粉食品有限公司;膠原蛋白腸衣(d=20mm):江蘇環(huán)球塑料工程有限公司。1.3梅魚魚糜凝膠特性分析梅魚魚糜前處理冷凍魚糜空斬2min后,添加3%食鹽、15%的水?dāng)匕?min,最后添加15%馬鈴薯淀粉繼續(xù)斬拌15min,斬拌過程中保持魚肉溫度低于10℃。然后灌腸,魚腸長度在5cm左右。壓力對梅魚魚糜凝膠特性的影響魚腸分別于100、200、300、400、500、600MPa超高壓力下,20℃,保壓10min,取出后迅速冰水冷卻,4℃放置24h后進(jìn)行凝膠特性分析。保壓時間對梅魚魚糜凝膠特性的影響魚腸在400MPa、20℃條件下,分別保壓5、10、15、20、25、30min,取出后迅速冰水冷卻,4℃放置24h后進(jìn)行凝膠特性分析。協(xié)同溫度對梅魚魚糜凝膠特性的影響魚腸在400MPa、保壓10min條件下,分別于10、20、30、40、50、60℃協(xié)同處理,取出后迅速冰水冷卻,4℃放置24h后進(jìn)行凝膠特性分析。正交試驗優(yōu)化梅魚魚糜超高壓加工條件以凝膠強(qiáng)度為指標(biāo),在單因素試驗基礎(chǔ)上,進(jìn)行三因素三水平L9(34)正交試驗,優(yōu)化梅魚魚糜的超高壓加工條件。超高壓與熱處理誘導(dǎo)凝膠特性對比熱加工方式采用兩段式加熱,魚腸先經(jīng)40℃水浴加熱40min,再85℃水浴加熱30min,迅速冰水冷卻,4℃冷藏24h后進(jìn)行凝膠特性分析。超高壓加工條件為上述實驗得到的最優(yōu)化條件。1.4凝膠強(qiáng)度和持水性的測定樣品尺寸將魚腸切成直徑2cm,高2cm的柱形體,以進(jìn)行凝膠特性分析。質(zhì)構(gòu)特性測試選用的夾具為P/5(直徑為5mm的圓柱探頭),測試模式為TPA(textureprofileanalysis)。具體測試參數(shù)為預(yù)壓速度3mm/s,下壓速度1mm/s,回復(fù)速度3mm/s,應(yīng)變30%,兩次壓縮之間的停留時間5s,觸發(fā)力5g。凝膠強(qiáng)度測試選用的夾具為P/5s(直徑5mm的球形探頭),測試模式為壓縮力模式。具體測試參數(shù)為預(yù)壓速度3mm/s,下壓速度0.5mm/s,回復(fù)速度3mm/s,變形量15mm,感應(yīng)力5g。測定破斷強(qiáng)度和凹陷深度,凝膠強(qiáng)度(g·cm)=破斷強(qiáng)度(g)×凹陷深度(cm)。持水性(WHC)的測定約1g魚糜凝膠置于離心管中,在4℃、3000×g離心力下離心10min,以離心后凝膠重量占原重的百分比計為WHC,3次平行。白度的計算用色彩色差計測定凝膠的L*(明亮度)、a*(紅綠偏差)和b*(黃藍(lán)偏差)值,計算公式:W=100-[(100-L*)2+a*2+b*2]1/2。2結(jié)果與討論2.1梅魚魚糜凝膠強(qiáng)度壓力對梅魚魚糜凝膠特性的影響結(jié)果見表1。由表1可見,硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性均隨著壓力升高逐漸增大(P<0.05),在400MPa時達(dá)到最大值,分別為136.82、1.69、0.83和191.41g。隨著處理壓力的繼續(xù)增大,硬度和咀嚼性則顯著減小(P<0.05),彈性和內(nèi)聚性無明顯變化。從表1也可以發(fā)現(xiàn),隨著處理壓力的增大,梅魚魚糜凝膠強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,凝膠強(qiáng)度在300MPa時達(dá)到最大值。這是由于魚肉中的肌原纖維蛋白(即鹽溶蛋白)是形成凝膠的主要成分,隨著處理壓力的逐漸增大,首先可能發(fā)生肌球蛋白的變性,包括蛋白質(zhì)構(gòu)型改變與肽鏈的解開,同時超高壓處理可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵部分?jǐn)嗔?巰基含量增加,使蛋白質(zhì)凝膠性能改善。高壓處理也能解聚肌動蛋白和肌動球蛋白,并能提高肌原纖維蛋白溶解性,當(dāng)壓力足夠大時,可能會影響物質(zhì)分子間結(jié)合形式,導(dǎo)致鍵的破壞和重組,從而使大分子功能特性發(fā)生變化,形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),改善凝膠特性。但是當(dāng)壓力進(jìn)一步升高時,可能會因蛋白質(zhì)變性過快而令凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)交聯(lián)度降低,從而使凝膠強(qiáng)度減小。2.2內(nèi)聚性的變化表2列出了保壓時間對梅魚魚糜凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響。當(dāng)保壓時間小于10min時,質(zhì)構(gòu)特性隨著保壓時間的延長顯著改善(P<0.05)。當(dāng)保壓時間超過10min后,硬度和咀嚼性有一定程度的下降,但變化不顯著(P>0.05)。彈性、內(nèi)聚性則無明顯變化。由表2的凝膠強(qiáng)度變化情況可看出,隨著保壓時間的延長,凝膠強(qiáng)度有所改善,在保壓15min時達(dá)到最大值,隨著保壓時間繼續(xù)延長,凝膠強(qiáng)度有一定下降,但保壓時間對凝膠強(qiáng)度的影響不顯著(P>0.05),這與Takeda等的研究結(jié)果基本一致,可歸結(jié)為疏水相互作用和二硫鍵作用的增強(qiáng)可以提高魚糜凝膠的凝膠強(qiáng)度,同時,由于300MPa的壓力并沒有使魚肉內(nèi)組織蛋白酶失活,反而可以提高其活性,當(dāng)凝膠化時間超過一定的值后,由于組織蛋白酶的水解作用占主導(dǎo),魚糜中的大量蛋白質(zhì)被水解,支撐凝膠網(wǎng)絡(luò)骨架的蛋白質(zhì)大分子鏈斷裂,此時再增加疏水相互作用和二硫鍵則不能改善凝膠特性。此外,當(dāng)MHC(肌球蛋白重鏈)的交聯(lián)作用大于魚糜蛋白的降解作用時,魚糜凝膠強(qiáng)度增加,反之則導(dǎo)致魚糜凝膠強(qiáng)度降低。2.3協(xié)同溫度對硬度和內(nèi)聚性的影響協(xié)同處理溫度對梅魚魚糜凝膠特性的影響結(jié)果見表3,由表3可知,10~40℃,隨著協(xié)同處理溫度的升高,硬度先減小后增大,但變化范圍比較小,40~50℃,硬度和咀嚼性急劇減小,隨后又有所回升,但不及40℃時的硬度和咀嚼性;隨著協(xié)同溫度的升高,彈性、內(nèi)聚性均隨之下降。硬度在10℃達(dá)到最大值138.35g,彈性在20℃時達(dá)到最大值1.65。從表3中凝膠強(qiáng)度變化結(jié)果可看出:超高壓下,協(xié)同溫度的升高不利于凝膠強(qiáng)度的改善,當(dāng)協(xié)同溫度大于20℃時,凝膠強(qiáng)度顯著下降(P<0.05),主要原因可能是由于低溫超高壓下,蛋白容易形成凝膠,隨著協(xié)同溫度的升高,尤其是溫度在50~60℃,蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)容易被破壞,導(dǎo)致凝膠特性的急劇下降。2.4梅魚魚糜凝膠強(qiáng)度的測定結(jié)果正交試驗結(jié)果見表4。由表4可知,梅魚魚糜的直觀最佳超高壓條件為試驗6,即壓力300MPa、保壓時間20min、溫度10℃。通過極差分析可知,各因素對凝膠強(qiáng)度的影響程度依次為A>C>B,即:壓力>協(xié)同溫度>保壓時間,理論最佳的超高壓加工條件為A2B2C2,即:壓力300MPa,保壓時間15min,溫度20℃。這個條件與單因素試驗的結(jié)果基本相同。對表4的試驗結(jié)果進(jìn)行方差分析和F檢驗,結(jié)果見表5。F檢驗結(jié)果表明,在考察范圍內(nèi),壓力對梅魚魚糜凝膠強(qiáng)度具有極顯著影響,協(xié)同溫度對凝膠強(qiáng)度有顯著影響,而保壓時間對凝膠強(qiáng)度的影響不顯著。按上述理論最佳條件,做3組平行試驗進(jìn)行驗證,結(jié)果見表6。從表6可以看出,在壓力300MPa、保壓時間15min、溫度20℃條件下,所得梅魚魚糜凝膠強(qiáng)度為363.15g·cm,硬度為156.59g,彈性1.58,內(nèi)聚性0.81,咀嚼性191.54g,因此確定該條件為最佳超高壓加工條件。2.5柱、米、日用量min將超高壓、熱處理以及兩種處理方式結(jié)合的誘導(dǎo)凝膠效果進(jìn)行比較,4種不同的處理方式分別為①超高壓處理(300MPa/15min/20℃);②熱處理(40℃/40min+85℃/30min);③超高壓(300MPa/15min/20℃)+熱處理(85℃/30min);④熱處理(40℃/40min)+超高壓(300MPa/15min/20℃)。超高壓與熱處理誘導(dǎo)凝膠特性對比結(jié)果見表7。由表7可見,在4種處理方式中,單純超高壓處理魚糜的彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、凝膠強(qiáng)度、持水性、白度均明顯優(yōu)于其他處理方式。先超高壓處理后熱處理的方式表現(xiàn)出和單純熱處理一樣的效果,但是這兩種處理方式得到的凝膠強(qiáng)度均不及單純超高壓處理的凝膠強(qiáng)度。對于硬度而言,單純超高壓處理不及單純熱處理和先超高壓處理后再熱處理的效果,這可能是因為超高壓處理并沒有使魚肉蛋白質(zhì)完全變性。3梅魚魚糜超高壓處理前后凝膠的制備超高壓操作安全、時間短、能耗低,能較好地保持原有的風(fēng)味,不失為一種良好的水產(chǎn)品加工方式。梅魚魚糜最佳超高壓加工條件為壓力300MPa,保壓時間15min,協(xié)同溫度20℃,該條件下得到的凝膠強(qiáng)度為363.15g·cm,硬度156.59g,彈性1.58,內(nèi)聚性0.81,咀嚼性191.54g。經(jīng)超高壓處理的梅魚魚糜凝膠強(qiáng)度明顯優(yōu)于熱處理效果。壓