張 彪，易 寬，張 微，林 峻 鑫，李 冬 梅，2，3

(1.大連工業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧 大連 116034；2.大連工業(yè)大學(xué) 國(guó)家海洋食品工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連 116034；3.大連工業(yè)大學(xué) 海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，遼寧 大連 116034)

0 引 言

殺菌是罐頭生產(chǎn)中最重要關(guān)鍵控制點(diǎn)，通過(guò)殺滅容易引起腐敗的微生物如肉毒桿菌和脂肪芽孢桿菌及其芽孢等，使食物達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間保存和增加風(fēng)味的目的。常用的殺菌方法有加熱殺菌[1]、高壓殺菌[2]、微波殺菌[3]等，其中熱殺菌是最傳統(tǒng)、也是應(yīng)用最廣泛的殺菌方法。熱力殺菌強(qiáng)度F值是指在特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[4]，121 ℃的殺菌溫度下使得嗜熱脂肪芽孢桿菌死亡，累計(jì)致死率下降5個(gè)對(duì)數(shù)單位[5]，確定F0制定殺菌公式達(dá)到商業(yè)無(wú)菌的目的。

熱殺菌會(huì)影響罐頭產(chǎn)品的風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)以及水分狀態(tài)[6]。食品中的水分含量及其狀態(tài)與食品加工和貯藏時(shí)的結(jié)構(gòu)特性及穩(wěn)定性密切相關(guān)[7]。低場(chǎng)核磁技術(shù)(LF-NMR)采集到樣品信號(hào)峰面積僅與樣品所含有水的質(zhì)子數(shù)相關(guān)，可以通過(guò)弛豫時(shí)間快速準(zhǔn)確的獲得分子的動(dòng)力學(xué)信息，在測(cè)定時(shí)不需要破壞和污染樣品，已廣泛應(yīng)用于食品加工的品質(zhì)監(jiān)控，如熱加工[8]、凍藏[9]、干制[10]等，但很少有關(guān)于熱殺菌條件下的罐頭水分遷移規(guī)律與品質(zhì)關(guān)系的研究。

本實(shí)驗(yàn)使用LF-NMR和磁共振成像(MRI)技術(shù)研究不同的熱殺菌條件對(duì)鲅魚罐頭水分狀態(tài)的影響，分析水分遷移規(guī)律與魚肉品質(zhì)之間的關(guān)系。監(jiān)測(cè)魚肉在不同熱殺菌條件下的pH、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)及硫代巴比妥酸值(TBA)、質(zhì)構(gòu)、色澤指標(biāo)的變化。通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)觀察魚肉的微觀結(jié)構(gòu)。利用偏最小二乘法回歸(PLSR)模型分析將LF-NMR應(yīng)用于預(yù)測(cè)魚肉罐頭殺菌后品質(zhì)的可能性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鲅魚(Scomberomorusniphonius)，遼寧省大連市新長(zhǎng)興市場(chǎng)采購(gòu)，儲(chǔ)存于實(shí)驗(yàn)室-18 ℃凍藏室，每次實(shí)驗(yàn)前取樣。醬汁中包含大料、桂皮、香葉、花椒、食鹽、糖、味精、淀粉等調(diào)味品，均來(lái)自大連當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)。

ASQ-81J電炸爐，廣州市艾士奇電器科技有限公司；C100包裝機(jī)，德國(guó)Multivac公司；ZM-100反壓滅菌鍋，廣州標(biāo)際包裝設(shè)備有限公司；MesoQMR23-060H核磁共振分析儀，蘇州(上海)紐邁電子科技有限公司；SevenCompact S210-B pH計(jì)，梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司；UV-5100B紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海元析儀器有限公司；K9840全自動(dòng)凱氏定氮儀，山東海能科學(xué)儀器有限公司；UltraScan PRO色差儀，美國(guó)亨特聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室有限公司；TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)Stable Micro System公司；JSM-7800F掃描電鏡儀，日本東京電子株式會(huì)社。

1.2 方 法

1.2.1 鲅魚罐頭制作工藝流程

冷凍鲅魚→4 ℃冷藏室解凍→取肉(去皮、去頭、去內(nèi)臟、去骨)→魚肉切塊(20 mm×20 mm×15 mm)→油炸(170 ℃，2 min)→裝袋→調(diào)味(魚塊和醬汁質(zhì)量比為3∶7)→封口→殺菌→冷卻→測(cè)定

1.2.2 熱殺菌處理

整個(gè)殺菌過(guò)程中的殺菌強(qiáng)度F0可以通過(guò)式(1)得到。

(1)

式(1)中：t為殺菌時(shí)間，s；θ為殺菌溫度，℃；θref為參考溫度，121 ℃；Z=10 ℃

一般殺菌式表示為

(t1-t2-t3)/θ

(2)

式(2)中：t1為升溫時(shí)間，min；t2為恒溫時(shí)間，min；t3為降溫時(shí)間，min；θ為殺菌溫度，℃。

縮短升溫和降溫的時(shí)間盡量減小此階段對(duì)整個(gè)殺菌過(guò)程的影響。升溫時(shí)間控制在11 min，利用反壓裝置控制降溫時(shí)間在8 min。設(shè)計(jì)4組恒溫殺菌的溫度-時(shí)間組合(11-80-8min/115℃)、(11-50-8min/117℃)、(11-32-8min/119℃)、(11-20-8min/121℃)，其等效殺菌程度均為F0=20 min。

1.2.3 LF-NMR和MRI測(cè)定

水分子中氫質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)特征利用低場(chǎng)核磁共振分析儀來(lái)檢測(cè)，質(zhì)子共振頻率(SF)為21 MHz，測(cè)量溫度為32 ℃。將處理完成的樣品吸干表面水分，放置于直徑40 mm的樣品管中，磁場(chǎng)強(qiáng)度0.5 T，測(cè)量溫度為32 ℃，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

橫向弛豫時(shí)間T2采用CPMG序列進(jìn)行測(cè)定。測(cè)試條件參數(shù)：采樣頻率[2]200 kHz，開(kāi)始采樣時(shí)間(RFD)0.02 ms。90°脈沖時(shí)間(P1)12 μs，180°脈沖時(shí)間(P2)25 μs，重復(fù)間隔時(shí)間(TW)4 000 ms，回波個(gè)數(shù)(NECH)2 000，累計(jì)采樣次數(shù)(NS)8，模擬增益(RG1)20 dB，數(shù)字增益(DRG1)3 dB，最后在Multi Exp Inv Analysis軟件反演獲得T2圖譜，對(duì)各峰面積進(jìn)行累計(jì)積分得到峰面積。其中，迭代次數(shù)為105次，弛豫時(shí)間的范圍為0.01～1 000 ms。

對(duì)樣品進(jìn)行MRI成像分析，采用SE脈沖序列獲得樣品的T2加權(quán)成像。成像的主要參數(shù)設(shè)置：視野范圍(FOV)100 mm×100 mm，主頻21 MHz，90°射頻脈寬2.8%，180°射頻脈寬4.9%，重復(fù)時(shí)間1 200 ms，回波時(shí)間19 ms。設(shè)定層數(shù)1，選層寬度5 mm，選層厚度2 mm。獲取魚肉樣品的剖面信息，質(zhì)子密度圖經(jīng)Horos Mac軟件處理，形成偽彩圖進(jìn)行分析。

1.2.4 質(zhì)構(gòu)測(cè)定

使用質(zhì)構(gòu)分析儀對(duì)魚塊的質(zhì)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定參數(shù)包括硬度、彈性、咀嚼性、回復(fù)性、黏聚性。測(cè)定參數(shù)：測(cè)定模式TPA，探頭型號(hào)P6，測(cè)前速率2.00 mm/s，測(cè)試速率1.00 mm/s，測(cè)后速率1.00 mm/s，壓力為5 N，壓縮深度30%，時(shí)間間隔5 s，壓縮2次，6個(gè)平行樣品，取平均值。

1.2.5 pH測(cè)定

參考GB 5009.237—2016方法，每50 mL蒸餾水中含有魚肉5 g，3個(gè)平行樣品，取pH平均值。

1.2.6 TBA測(cè)定

取凍干后的魚肉樣品10 g，研細(xì)，加50 mL 7.5%的三氯乙酸(含0.1% EDTA)，15 000 r/min勻漿30 s，再過(guò)濾。取5 mL濾液，加入5 mL 0.02 mol/L的TBA溶液，30 min沸水浴。取出后流水冷卻10 min。4 ℃、8 000 r/min離心10 min，取上清液。在532 nm處測(cè)定反應(yīng)溶液的吸光度。

1.2.7 TVB-N測(cè)定

參照GB 5009.228—2016方法測(cè)定TVB-N。

1.2.8 色度測(cè)定

使用測(cè)色儀測(cè)定加工處理前后的魚塊樣品，通過(guò)測(cè)定CIE模型的亮度(L*)、紅綠值(a*)及黃藍(lán)值(b*)進(jìn)行色澤分析，3個(gè)平行樣品。

1.2.9 SEM測(cè)定

參考Krystyna[11]的方法，將處理好的樣品用刀片切成邊長(zhǎng)5 cm的正方體，在2.5%戊二醛溶液中固定24 h，用0.1 mol/L磷酸鹽緩沖溶液清洗3次，再用30%、50%、70%、90%、100%乙醇逐級(jí)脫水，每次脫水20 min。將樣品進(jìn)行冷凍干燥，噴金，通過(guò)掃描電鏡儀進(jìn)行觀察。

1.2.10 商業(yè)無(wú)菌檢測(cè)

參照GB 4789.26—2013方法進(jìn)行商業(yè)無(wú)菌檢測(cè)。

1.2.11 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果與討論

2.1 T2弛豫時(shí)間分析

弛豫時(shí)間體現(xiàn)了魚肉樣品內(nèi)部氫質(zhì)子的狀態(tài)，與氫質(zhì)子的自由度及其所受的束縛力相關(guān)，能直接反應(yīng)水分子的分布情況。圖1顯示了T2弛豫時(shí)間分布情況，從圖1中可以看出，新鮮樣品、油炸后尚未殺菌的樣品以及不同殺菌時(shí)間的罐頭樣品，均出現(xiàn)了3個(gè)弛豫峰，殺菌后的4組樣品相比油炸后的樣品，T22弛豫時(shí)間均下降，說(shuō)明高溫殺菌會(huì)增加肌原纖維對(duì)不易流動(dòng)水的束縛力，原因可能是熱殺菌使凝膠體系中蛋白質(zhì)的超微結(jié)構(gòu)和剪切模量改變，外水化層的水分子部分移動(dòng)被限制[12]。4組殺菌條件中，弛豫時(shí)間的峰值T2隨著殺菌溫度的升高略有降低，但變化并不顯著(P>0.05)，說(shuō)明在相同F(xiàn)下，殺菌溫度和時(shí)間對(duì)水的束縛力的影響較小。

T21,結(jié)合水；T22,不可移動(dòng)水；T23,自由水圖1 不同熱殺菌條件下鲅魚的T2弛豫圖譜Fig.1 Spin-spin relaxation spectra (T2) of mackerel sterilized at different conditions

不同的殺菌條件結(jié)合水比例變化并不顯著(P>0.05)。不易流動(dòng)水的比例從89.50%顯著下降到86.74%(P<0.05)，而自由水從6.58%顯著上升至8.70%(P<0.05)。說(shuō)明熱殺菌過(guò)程中，T22不易流動(dòng)水可以向T23自由水轉(zhuǎn)化[13]，自由水含量升高。殺菌溫度由121 ℃降低到115 ℃時(shí)，At由602.22減小到563.66，變化顯著(P<0.05)，說(shuō)明在相同的F下，殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，魚肉的持水率降低，水分含量越低，對(duì)魚塊肉質(zhì)的影響越大。

2.2 MRI分析

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，魚塊內(nèi)部的水分分布并不均勻，可能鲅魚結(jié)構(gòu)不均勻使得受熱不均導(dǎo)致，外部的凝膠結(jié)構(gòu)相比內(nèi)部更容易受到破壞，水分從邊緣開(kāi)始流失。圖2(a)和圖2(d)相比，信號(hào)弱，亮度低，說(shuō)明殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，水分向外遷移越多，不易流動(dòng)水與自由水的總含量越低，魚肉的保水性越小。說(shuō)明高溫短時(shí)殺菌有利于增加保水性，而保水性的高低可直接影響肉的品質(zhì)[14]。

圖2 不同熱殺菌條件鲅魚的T2加權(quán)磁共振圖像Fig.2 T2 weighted magnetic resonance images of mackerel sterilized at different conditions

2.3 質(zhì)構(gòu)分析

由圖3(a)、(b)可知，殺菌溫度為115 ℃時(shí)的樣品硬度和咀嚼度最高。圖3(d)、(e)中119 ℃時(shí)樣品彈性和回復(fù)性達(dá)到最大值，黏聚性隨著殺菌溫度的升高逐漸升高，在121 ℃殺菌時(shí)達(dá)到最大。高溫加熱改變肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)從而影響質(zhì)構(gòu)特性，在相同的F下，殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，過(guò)度加熱可能引起蛋白質(zhì)的變性收縮，硬度和咀嚼度增大，彈性與回復(fù)性也隨之減小，這可能就是由于魚肉的保水性降低而導(dǎo)致。

(a) 硬度

2.4 理化指標(biāo)分析

由圖4(a)可以看出，熱殺菌后魚肉的pH較油炸后均有顯著降低(P<0.05)。殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，pH越低?？赡苁窃陂L(zhǎng)時(shí)間的高溫條件下加熱，蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆變性，溶解度下降，容易發(fā)生水解[15]。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，水解程度的加深，使得pH降低。脂肪在高溫下的水解與氧化對(duì)pH改變也有重要影響[16]。

(a) pH

(a) 11-80-8min/115℃

(a) 硬度

由圖4(b)可以看出，熱殺菌后魚肉的TBA值較油炸后均有顯著降低(P<0.01)。原因有兩種：一是TBA受到其他醛類、褐變產(chǎn)物和氨基酸等的干擾[17]，和氧化的蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)反應(yīng)生成類似的化合物，影響了吸光度的檢測(cè)[18]；另一個(gè)原因是丙二醛本身具有非常強(qiáng)的生物活性，能與氨基酸中的氨基及殘基反應(yīng)，引起蛋白交聯(lián)，使得其含量降低[19]。F相同時(shí)，所有殺菌條件下的TBA值的變化并不顯著。

由圖4(c)可以看出，當(dāng)121 ℃殺菌時(shí)，樣品的TVB-N值為49.13 mg/kg，而當(dāng)115 ℃殺菌時(shí)，樣品TVB-N值顯著增大(P<0.01)。高溫高壓使蛋白質(zhì)變性加劇，部分被破壞的氨基酸進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為堿性含氮物質(zhì)[20]。結(jié)果表明，當(dāng)F相同時(shí)，殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，蛋白質(zhì)受破壞的程度越大，TVB-N值越高。

由圖4(d)可以看出，121 ℃ 殺菌的樣品L*顯著高于其他(P<0.05)，顏色更亮。115 ℃處理的a*顯著高于其他(P<0.05)，顏色更紅。121 ℃殺菌樣品顯著高于其他樣品的b*(P<0.05)，顏色更黃。相同的F下，殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，顏色越深。

2.5 掃描電鏡(SEM)分析

如圖5所示，在相同F(xiàn)下，4種肌纖維的微觀結(jié)構(gòu)仍然存在較為明顯的差異。高溫短時(shí)能夠更好的保持魚肉的微觀結(jié)構(gòu)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失減少。這與Krystyna觀察到蒸煮牛肉結(jié)締組織的結(jié)構(gòu)變化與肌內(nèi)膠原蛋白的溶解度和肉的結(jié)構(gòu)特性的變化相一致[11]。

2.6 LF-NMR與熱殺菌品質(zhì)特征的相關(guān)性分析

表1為L(zhǎng)F-NMR與各品質(zhì)特征的pearson相關(guān)系數(shù)，結(jié)果用r表示，r越接近1，表示兩者相關(guān)性越高。A22和質(zhì)構(gòu)中的硬度(r=0.924)，咀嚼度(r=0.934)及回復(fù)性(r=-0.842)顯著相關(guān)，和顏色中的L*(r=-0.950)，a*(r=0.856)及b*(r=-0.887)顯著相關(guān)。A23和硬度(r=-0.764)，咀嚼度(r=-0.743)及L*(r=0.768)均有顯著的相關(guān)性。At與咀嚼度(r=0.926)，硬度(r=0.910)顯著正相關(guān)，回復(fù)性(r=-0.841)呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)。A22、A23、At能夠很好地反映質(zhì)構(gòu)的變化規(guī)律。At、b*(r=-0.877)和L*(r=-0.938)表現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，與a*(r=0.847)表現(xiàn)顯著正相關(guān)。其他理化指標(biāo)與T21、T22、T23、A21的相關(guān)性不高。Steen等[21]認(rèn)為橫向核磁共振弛豫法是測(cè)定鱈魚肉糜冷凍后質(zhì)構(gòu)變化和預(yù)測(cè)鱈魚肉餅最終質(zhì)構(gòu)質(zhì)量的有效方法。結(jié)果表明，L*和硬度表現(xiàn)出了較高的相關(guān)性。

表1 在相同F(xiàn)下殺菌的鲅魚樣品的NMR弛豫參數(shù)與各理化指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Tab.1 Correlation coefficients between NMR and physicochemical indexes of mackerel samples sterilized with the same F

2.7 PLSR建立L*和硬度的預(yù)測(cè)模型

表2為PLSR模型使用內(nèi)部交叉驗(yàn)證的參數(shù)。由PCR殘余方差模型得到L*模型的最佳因子數(shù)為3，硬度模型的最佳因子數(shù)為2。

表2 熱殺菌鲅魚L*和硬度的PLSR模型參數(shù)Tab.2 The parameters of PLSR models using the mackerel’s L* and hardness after sterilized

2.8 商業(yè)無(wú)菌檢測(cè)

所有實(shí)驗(yàn)組樣品在37 ℃保溫箱中貯藏10 d未出現(xiàn)脹袋、漏袋現(xiàn)象；與對(duì)照組樣品的pH相差0.3(<0.5)為不顯著差異；感官檢驗(yàn)未檢出有腐敗跡象；涂片鏡檢沒(méi)有微生物有明顯的增值現(xiàn)象。

綜上判斷，所有樣品均符合商業(yè)無(wú)菌要求。

3 結(jié) 論

鲅魚罐頭殺菌過(guò)程中，當(dāng)F值不變時(shí)，殺菌時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)降低魚肉的保水性，不易流動(dòng)水向自由水轉(zhuǎn)化，總的峰面積逐漸減小，但結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水的束縛能力受殺菌溫度和時(shí)間的影響較小。殺菌時(shí)間越長(zhǎng)，殺菌對(duì)魚肉的pH、TVB-N、TBA以及顏色的影響越大，肌纖維受到高溫破壞的程度越大。LF-NMR弛豫數(shù)據(jù)與鲅魚質(zhì)構(gòu)及顏色存在較為顯著的相關(guān)性，利用LF-NMR監(jiān)測(cè)質(zhì)構(gòu)及顏色的指標(biāo)，對(duì)評(píng)估肉類罐頭品質(zhì)具有重要意義。