薛倩倩,姜曉明,溫運(yùn)啟,薛長(zhǎng)湖,欒東磊
(1.中國(guó)海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266003;2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,食品熱加工工程技術(shù)中心,上海 201306)
大馬哈魚(yú)(Oncorhynchus ketaWalbaum)屬鮭科、大麻哈魚(yú)屬、洄游性魚(yú)類(lèi),親魚(yú)繁殖后逐漸死亡,終生只繁殖一次,廣泛分布于北太平洋及沿岸國(guó)家河流,在我國(guó)主要分布在黑龍江、烏蘇里江、圖們江、綏芬河等水域,具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科學(xué)研究?jī)r(jià)值。大馬哈魚(yú)營(yíng)養(yǎng)豐富[1]、脂肪含量較低。大馬哈魚(yú)常以冷凍的形式在市場(chǎng)上流通,目前市面上的即食大馬哈魚(yú)品類(lèi)單一,制作方式一般是先醬鹵后熏制,可以常溫保存,但含鹽量高,口感硬、柴。隨著生活品質(zhì)的提高,添加劑含量少、含鹽量低、口感新鮮的食品越來(lái)越受到消費(fèi)者的關(guān)注。因此,如何使用最低限度的加工方法保證食品安全并延長(zhǎng)食品貨架期成為亟待解決的問(wèn)題。
現(xiàn)代冷鏈物流發(fā)展迅速[2],巴氏殺菌技術(shù)展現(xiàn)出巨大的發(fā)展活力。然而傳統(tǒng)的巴氏殺菌以水浴或者蒸汽為加熱介質(zhì),加熱時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)品品質(zhì)劣化嚴(yán)重。微波熱處理是一種新技術(shù),由于其獨(dú)特的整體加熱形式,具有生產(chǎn)高品質(zhì)、貨架期穩(wěn)定食品的潛力[3]。當(dāng)食品處于微波的交變電場(chǎng)中,食品內(nèi)的極性分子會(huì)沿著電場(chǎng)方向重新排列,這種排列以每秒數(shù)千萬(wàn)次以上的頻率在交變微波電場(chǎng)中發(fā)生,從而引起分子間的摩擦,產(chǎn)生熱量[4]。微波可以穿透到食品內(nèi)部,具有殺菌時(shí)間短、加熱速度快的優(yōu)勢(shì)。將預(yù)包裝食品浸入水中可以減少微波的邊緣加熱[5]。微波技術(shù)已經(jīng)被用來(lái)對(duì)許多不同的食物進(jìn)行殺菌,包括貽貝[6]、花生醬[7]、菠菜[8]、調(diào)味牛肉[9]、碎牛肉[10]、胡蘿卜[11]、西紅柿[12]、杏仁[13]和意大利面[14-15]等。
微波巴氏殺菌是指利用微波對(duì)浸入熱水中的預(yù)包裝食品進(jìn)行快速升溫,然后采用熱水水浴進(jìn)行保溫處理,最終達(dá)到巴氏殺菌的一種標(biāo)準(zhǔn)殺菌工藝。華盛頓州立大學(xué)研究人員使用915 MHz的微波巴氏殺菌系統(tǒng)對(duì)胡蘿卜進(jìn)行微波巴氏殺菌,發(fā)現(xiàn)微波巴氏殺菌與常規(guī)水浴殺菌相比,在獲得同等微生物安全性的同時(shí),大幅縮短總加工時(shí)間,降低蒸煮值,提高產(chǎn)品質(zhì)量[16]。微波巴氏殺菌處理的意大利面與烹飪即食的意大利面具有相似的感官品質(zhì)[17]。
本研究使用上海海洋大學(xué)自主研發(fā)的896 MHz微波殺菌系統(tǒng),系統(tǒng)由微波加熱腔、保溫室、冷卻室構(gòu)成。各腔體注滿水,水溫由單獨(dú)的水循環(huán)系統(tǒng)控制。樣品在系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)輸由傳送裝置進(jìn)行。本設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于此系統(tǒng)為單模模型,具有較為穩(wěn)定的場(chǎng)分布,冷熱點(diǎn)較為穩(wěn)定。樣品置于水循環(huán)體系中加熱,進(jìn)一步減小了邊緣效應(yīng)。
采用此系統(tǒng)對(duì)6 cm×10 cm×1.6 cm的大馬哈魚(yú)魚(yú)片進(jìn)行微波巴氏殺菌工藝處理。與傳統(tǒng)水浴殺菌進(jìn)行比較,經(jīng)過(guò)微生物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證符合巴氏殺菌的要求后,計(jì)算并測(cè)定微波巴氏殺菌處理后軟包裝(即食大馬哈魚(yú))魚(yú)片的蒸煮損失率、水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)、顏色、質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味等一系列指標(biāo)。
冷凍大馬哈魚(yú)(Oncorhynchus ketaWalbaum) 臺(tái)東南山市場(chǎng);氧化鎂、鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定液、濃硫酸、氯仿、甲醇、氯化鈉、無(wú)水硫酸鈉 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
全自動(dòng)凱氏定氮儀 丹麥福斯公司;FLIR-T62101色差儀 美國(guó)菲爾立公司;T A-X T p l u s 質(zhì)構(gòu)分析儀 英國(guó)SMS公司;FOX 4000電子鼻系統(tǒng) 法國(guó)Alpha M.O.S.公司。
1.3.1 原料處理與微波殺菌
將緩慢解凍的大馬哈魚(yú)去除頭、尾、皮、骨和內(nèi)臟等,取中段切成6 cm×10 cm×1.6 cm的魚(yú)片。包裝方式為單體包裝,使用10 cm×15 cm蒸煮袋,采用真空封口機(jī)進(jìn)行包裝,以將空氣抽盡且保持魚(yú)片不變形為標(biāo)準(zhǔn)。置于4 ℃冰箱中貯藏,備用。
微波殺菌流程:1)利用化學(xué)標(biāo)記法,確定冷熱點(diǎn);2)在冷點(diǎn)處使用無(wú)線溫度傳感器監(jiān)測(cè)溫度變化,計(jì)算F90;3)修改工藝,使冷點(diǎn)位置達(dá)到F90=10 min的熱處理程度;4)進(jìn)行微生物驗(yàn)證(是否達(dá)到巴氏殺菌效果)。此部分內(nèi)容已在前期類(lèi)似的研究中進(jìn)行了詳細(xì)的描述[18]。
殺菌條件:微波組:功率7 kW,魚(yú)片浸入水中深度為3.2 cm,微波啟動(dòng)等待時(shí)間為40 s,微波加熱時(shí)間為3 min 10 s,加熱溫度為95 ℃,保溫5 min,加熱總時(shí)間為8 min 50 s;水浴組:加熱溫度為95 ℃,加熱時(shí)間15 min 40 s;生魚(yú)肉組:作為對(duì)照,不進(jìn)行任何處理。
1.3.2 熱處理程度計(jì)算及微生物驗(yàn)證
研究表明傳感器探頭垂直于主導(dǎo)電場(chǎng)分量放置時(shí),移動(dòng)金屬傳感器可以用于微波加熱環(huán)境[19]。計(jì)算微波加熱和水浴加熱兩種處理方式的熱處理程度F值和蒸煮值C值。其中,F(xiàn)值是指在一定的致死溫度下,將一定數(shù)量的某種微生物全部殺死所需的時(shí)間/min。Z值是指加熱致死時(shí)間延長(zhǎng)或縮短一個(gè)對(duì)數(shù)周期所對(duì)應(yīng)殺菌溫度的變化值。對(duì)魚(yú)及魚(yú)肉制品來(lái)說(shuō),通常認(rèn)為F90=10 min時(shí)可以達(dá)到巴氏殺菌的殺菌效果[20],此時(shí)蛋白水解B型肉毒桿菌數(shù)量減少6 個(gè)對(duì)數(shù)值,巴氏殺菌后的低酸性食品一般能夠在5 ℃保存6 周。90 ℃下的F值按公式(1)[16]進(jìn)行計(jì)算。
式中:T為實(shí)時(shí)溫度/℃;Tref為參考溫度(90 ℃);Z為蛋白水解B型肉毒桿菌的Z值(10 ℃);t為加熱時(shí)間/min。
蒸煮值C是用來(lái)評(píng)價(jià)熱處理對(duì)食品品質(zhì)影響的指標(biāo),根據(jù)公式(2)進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)無(wú)線溫度傳感器測(cè)量熱點(diǎn)時(shí)間溫度曲線,發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)溫度的最高值小于95 ℃。因此認(rèn)為品質(zhì)劣化最嚴(yán)重的位置在食品表面,用表面蒸煮值表示。水溫由循環(huán)水泵進(jìn)行控制,因此認(rèn)為水溫穩(wěn)定不變?yōu)?5 ℃。冷點(diǎn)蒸煮值以冷點(diǎn)位置的實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行計(jì)算。
式中:T為冷點(diǎn)處的測(cè)量溫度/℃;Tref為參考溫度(100 ℃);Z值為33.1 ℃;t為加熱時(shí)間/min。
罐頭食品微生物檢驗(yàn)所需菌株——肉毒梭菌存在毒性,因?yàn)槠滟?gòu)買(mǎi)及使用受到限制,本實(shí)驗(yàn)以肉毒桿菌的替代菌株生孢梭菌PA3679(Clostridium sporogenes)作為目標(biāo)菌株進(jìn)行微生物檢驗(yàn)[21-22]。使用注射器接種7.5(lg(CFU/g))的生孢梭菌到魚(yú)片冷點(diǎn)位置,進(jìn)行微波殺菌處理或水浴殺菌處理。采用傾注平板法,用強(qiáng)化梭菌培養(yǎng)基在37 ℃培養(yǎng)18~24 h后計(jì)數(shù)。
1.3.3 質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)定
1.3.3.1 蒸煮損失率的測(cè)定
預(yù)包裝后魚(yú)片的總質(zhì)量記錄為m1/g,蒸煮袋質(zhì)量為m2/g,殺菌處理后剪開(kāi)蒸煮袋一角,使汁液流盡,用紙巾擦凈蒸煮袋外面殘留的水分,然后放在天平上稱質(zhì)量,記錄質(zhì)量為m3/g。蒸煮損失率按公式(3)計(jì)算[23]。
1.3.3.2 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定
根據(jù)GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定 直接干燥法》進(jìn)行測(cè)定。
1.3.3.3 蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定
根據(jù)GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定 凱氏定氮法》進(jìn)行測(cè)定。
1.3.3.4 脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定
采用改進(jìn)的Folch法[24]對(duì)大馬哈魚(yú)魚(yú)肉中的脂質(zhì)進(jìn)行提取,生魚(yú)肉組、微波組、水浴組魚(yú)片分別攪碎均勻,各取18 g攪碎的魚(yú)肉至燒杯中,按1∶20的料液比加入氯仿-甲醇溶液(體積比為2∶1),均質(zhì)后轉(zhuǎn)移至錐形瓶中靜置浸提24 h,過(guò)濾后在浸提液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.9% NaCl溶液洗滌,轉(zhuǎn)移至分液漏斗中靜置分層,收集下層氯仿層,用無(wú)水硫酸鈉進(jìn)行干燥。裝入烘干的平底燒瓶中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā),殘留物即為脂肪提取物,脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)按公式(4)計(jì)算。
1.3.4 色澤的測(cè)定
每組樣品取3 片魚(yú)片,每片魚(yú)片選取3 個(gè)測(cè)試點(diǎn)。采用國(guó)際照明協(xié)會(huì)推薦的LAB表色系統(tǒng)進(jìn)行色差分析。測(cè)定參數(shù)主要包括亮度(L*)、紅度(a*)和黃度(b*)??偵钪担é*ab)反映了殺菌處理前后魚(yú)肉的顏色改變,總色差值越小,則與原始樣品的顏色越接近??偵钪蛋凑展剑?)進(jìn)行計(jì)算。
1.3.5 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定
參考張新林等[25]的方法,并做適當(dāng)修改。采用平底柱形探頭P/6;采用壓力測(cè)試模式中的質(zhì)地多面剖析法模式,測(cè)試前速率3 mm/s、測(cè)試速率1 mm/s、測(cè)后速率1 mm/s、壓縮程度50%、停留間隔5 s、載荷為5 g、數(shù)據(jù)收集率200 pps。每個(gè)魚(yú)片隨機(jī)選擇較遠(yuǎn)的3 個(gè)點(diǎn),各測(cè)量一次,結(jié)果取平均值。
1.3.6 風(fēng)味成分分析
精確稱取(1.50±0.01)g待測(cè)樣品,立即裝入15 mL電子鼻自動(dòng)進(jìn)樣瓶中備用。將進(jìn)樣瓶于60 ℃下平衡900 s后,以潔凈干燥空氣為載氣,在流速150 mL/min條件下進(jìn)樣,進(jìn)樣體積500 μL,進(jìn)樣時(shí)間1 s,注射針溫度70 ℃,數(shù)據(jù)采集時(shí)間為120 s,傳感器清洗時(shí)間2 min。
圖表采用Origin 2018軟件繪制,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 25軟件進(jìn)行分析,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,差異顯著性采用Duncan法分析,顯著性水平為P<0.05。
圖1為使用無(wú)線溫度傳感器檢測(cè)到的微波組、水浴組魚(yú)片冷點(diǎn)位置的升溫曲線。微波組和水浴組的F90值分別為11.42、11.05 min,認(rèn)為兩種處理方式的熱處理程度相同。微波組處理時(shí)間明顯短于水浴組,其中兩種處理方式的冷點(diǎn)最高溫度分別為94.29 ℃和93.47 ℃。與水浴組相比,微波組冷點(diǎn)蒸煮值、表面蒸煮值分別減少了24.91%、41.11%。結(jié)果發(fā)現(xiàn),微波組處理時(shí)間短、蒸煮值更低、處理程度更低、食品品質(zhì)更好。
圖1 微波組、水浴組魚(yú)片冷點(diǎn)升溫曲線Fig. 1 Temperature rise curves of fish fillets at freezing temperature in microwave and water bath groups
微波組、水浴組處理后魚(yú)片中的生孢梭菌存活數(shù)量分別為1.1(lg(CFU/g))和1.2(lg(CFU/g)),兩種殺菌方式分別使生孢梭菌含量下降了6.4、6.3(lg(CFU/g)),達(dá)到巴氏殺菌的要求。
肉類(lèi)在加熱中質(zhì)量會(huì)明顯減輕,并出現(xiàn)脫水現(xiàn)象[26],由于在熱加工過(guò)程中,魚(yú)片水分以及一些可溶性含氮化合物溶出、脂肪分離會(huì)造成質(zhì)量變化。由表1可知,經(jīng)過(guò)微波處理和水浴處理后,微波組的蒸煮損失率小于水浴組的蒸煮損失率,水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高。這是因?yàn)樗〗M魚(yú)片長(zhǎng)時(shí)間加熱使肌肉收縮,進(jìn)一步排出水分,同時(shí)蛋白質(zhì)的保水性變差,處于易脫水的狀態(tài)。
微波組的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于水浴組,這可能是水浴組水分流失更嚴(yán)重導(dǎo)致的。微波組、水浴組的脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于生魚(yú)肉組,這說(shuō)明兩種殺菌方式都會(huì)造成脂肪流失,但微波組相較而言能夠更好地保留脂肪,原因是微波組的加熱速率快、處理時(shí)間短、熱處理程度低。
表1 3 種魚(yú)片質(zhì)量指標(biāo)測(cè)定結(jié)果Table 1 Quality indexes of raw and sterilized fish fillets
魚(yú)肉的顏色是評(píng)價(jià)魚(yú)肉品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。新鮮大馬哈魚(yú)魚(yú)肉呈現(xiàn)漂亮的紅色[26],原因是其含有類(lèi)胡蘿卜素,但大馬哈魚(yú)自身不能合成類(lèi)胡蘿卜素,它通過(guò)捕食水生動(dòng)物,獲得水生動(dòng)物中的蝦青素,大馬哈魚(yú)中的蝦青素通過(guò)弱疏水鍵與肌動(dòng)球蛋白結(jié)合位于蛋白的表面,使肉色呈現(xiàn)紅色[27]。
微波組、水浴組的總色差值分別為11.93和15.83。由圖2可知,經(jīng)過(guò)兩種方式殺菌處理后,微波組和水浴組的L*值均顯著增加(P<0.05),其中微波組的L*值較小,L*值從小到大依次為生魚(yú)肉組(59.34±0.47)<微波組(69.11±0.67)<水浴組(71.35±0.73)。加熱會(huì)使魚(yú)肉中部分蛋白分解,結(jié)締組織被破壞,在此過(guò)程中膠原蛋白的分解與凝膠作用可能會(huì)使魚(yú)肉發(fā)亮[28],提高色澤。這與Schubring[29]對(duì)虹鱒在30~70 ℃內(nèi)亮度的研究結(jié)果一致。
圖2 生魚(yú)肉組、微波組、水浴組的色澤分析結(jié)果Fig. 2 Color analysis of raw and sterilized fish fillets
微波組和水浴組的魚(yú)片顏色呈粉紅色。3 組的a*值從大到小依次為生魚(yú)肉組(19.66±0.42)>微波組(12.91±0.74)>水浴組(10.03±0.77),且差異顯著(P<0.05)。生魚(yú)肉組、微波組、水浴組的b*值差異較小。
質(zhì)地多面剖析法是一種模仿口腔咀嚼動(dòng)作,來(lái)測(cè)定食品質(zhì)地性質(zhì)的分析方法[30]。測(cè)定指標(biāo)包括硬度、黏附性、彈性、內(nèi)聚性、膠黏性、咀嚼性、回復(fù)性。
表2 3 種魚(yú)片處理方式的質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果Table 2 Texture profile analysis of raw and sterilized fish fillets
研究發(fā)現(xiàn),適當(dāng)?shù)臒崽幚砟軌蚋纳启~(yú)肉的質(zhì)構(gòu)特性[31]。由表2可知,魚(yú)肉經(jīng)兩種殺菌方式處理后,微波組和水浴組魚(yú)肉的硬度、咀嚼性等均高于生魚(yú)肉組。
魚(yú)肉經(jīng)熱處理后硬度的變化最為明顯,微波組、水浴組的硬度均顯著大于生魚(yú)肉組(P<0.05)。這是因?yàn)樵诩訜岷?,魚(yú)肉組織收縮,水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降,且蛋白受熱變性,形成凝膠,肌肉纖維緊縮,因此硬度明顯增加[32]。魚(yú)肉加熱后硬度和咀嚼性的上升可能是肌原纖維蛋白、肌間膠原蛋白收縮,以及肌動(dòng)球蛋白脫水收縮綜合作用的結(jié)果[33-34]。水浴組的硬度顯著大于微波組(P<0.05)。微波組的彈性及回復(fù)性大于水浴組,但無(wú)明顯差異(P>0.05)。微波組的內(nèi)聚性、膠黏性、咀嚼性介于生魚(yú)肉組和水浴組之間。與水浴組相比,微波組魚(yú)片軟硬適中,更有彈性、更易咀嚼。因此,對(duì)喜歡軟嫩、有彈性魚(yú)肉的人而言,微波組的口感更好。總體而言,經(jīng)微波殺菌處理后的魚(yú)片肉質(zhì)較為緊實(shí)、彈性好、質(zhì)構(gòu)特性較好。
主成分分析(principle component analysis,PCA)是將所提取的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和降維,從而將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為較少的幾個(gè)綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)方法,最終以二維散點(diǎn)圖的形式顯示出來(lái),并且兩軸的比例越大,該主成分的貢獻(xiàn)率越大[35-36]。對(duì)18 根傳感器的響應(yīng)值進(jìn)行PCA,結(jié)果如圖3所示。
圖3 生魚(yú)肉組、微波組、水浴組風(fēng)味成分的電子鼻分析結(jié)果Fig. 3 Electronic nose analysis of flavour components in raw and sterilized fish fillets
其中PCl與PC2的貢獻(xiàn)率分別為88.7%和8.0%,總貢獻(xiàn)率為96.7%,說(shuō)明能夠基本包含所有的氣味信息。分析結(jié)果顯示,生魚(yú)肉組能夠和微波組或水浴組進(jìn)行有效區(qū)分,但是微波組與水浴組之間無(wú)法有效區(qū)分。PCA結(jié)果表明微波處理和水浴處理后的魚(yú)片在風(fēng)味成分上無(wú)明顯區(qū)別,因此認(rèn)為微波處理不會(huì)產(chǎn)生明顯的不良?xì)馕丁?/p>
本研究采用8 9 6 M H z 微波殺菌系統(tǒng)對(duì)6 cm×10 cm×1.6 cm軟包裝大馬哈魚(yú)魚(yú)片進(jìn)行微波殺菌處理,與水浴殺菌作比較,研究?jī)煞N處理方式對(duì)魚(yú)片品質(zhì)的影響。
在熱處理程度相同的條件下,與水浴組相比,微波組的處理總時(shí)間縮短43.62%,蒸煮損失率減少11.53%,總色差值減少24.64%,微波組紅度顯著高于水浴組(P<0.05)。因此認(rèn)為微波組的色澤與生魚(yú)肉組更加接近,紅色更明顯,在促進(jìn)人的食欲方面表現(xiàn)力更好。微波組硬度顯著小于水浴組(P<0.05),彈性優(yōu)于水浴組。微波組魚(yú)肉軟硬適中、富有彈性,更適合喜歡軟嫩、有彈性魚(yú)肉的人群。使用電子鼻對(duì)生魚(yú)肉組、微波組、水浴組進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),微波組的氣味成分與水浴組無(wú)明顯差異,因此認(rèn)為微波加熱不會(huì)產(chǎn)生明顯不良?xì)馕?。后續(xù)將對(duì)菌落總數(shù)、優(yōu)勢(shì)菌群等貯藏期相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行研究。
綜上,與傳統(tǒng)水浴殺菌相比,微波殺菌能夠在縮短殺菌時(shí)間的同時(shí)更好地保留食品的水分、色澤及感官品質(zhì),而且不會(huì)產(chǎn)生不良?xì)馕?。本研究為軟包裝魚(yú)肉類(lèi)食品的微波巴氏殺菌提供了實(shí)踐參考。