无磷保水剂对速冻鲫鱼质构特性的影响

卞欢 吴莹慧 闫征 诸永志 王道营 徐为民

摘 要：为保持速冻鲫鱼的质构特性，提高其保水性，减少含磷保水剂使用量，研究无磷保水剂对速冻鲫鱼质构特性的影响。以硬度、凝聚性、弹性、咀嚼性、胶黏性及回复性为指标，研究不同质量浓度马铃薯淀粉、海藻糖和碳酸氢钠浸泡速冻鲫鱼（料水比1∶1，m/m）对其质构特性的影响。结果表明：质量浓度2～8 g/100 mL海藻糖能显著提高速冻鲫鱼的质构特性，尤其在低质量浓度（2～4 g/100 mL）范围内效果显著;同时1 g/100 mL碳酸氢钠和2 g/100 mL马铃薯淀粉也能部分提高速冻鲫鱼的质构特性。考虑到保水效果和经济成本，建议速冻鲫鱼的保水剂使用2 g/100 mL海藻糖溶液。

关键词：无磷保水剂;鲫鱼;速冻;质构特性

Abstract：
This research aimed to evaluate the effect of soaking pretreatment with non-phosphate water-retaining agents on texture properties of quick-frozen crucian carp for the purpose of maintaining the texture characteristics of frozen crucian carp， improving the water-holding capacity and reducing the use of phosphate in the meat product. Three non-phosphate water-retaining agents， potato starch， trehalose and sodium bicarbonate were evaluated at a ratio of solid to liquid of 1：1 （m/m）. The results showed that trehalose at concentration between 2 and 8 g/100 mL could significantly improve the texture characteristics of quick-frozen crucian carp， especially at low concentrations （2–4 g/100 mL）. At the same time， 1 g/100 mL sodium bicarbonate and 2 g/100 mL potato starch could partially improve the texture characteristics of quick-frozen crucian carp. Considering water retention effect and economic cost， use of 2 g/100 mL trehalose solution as a water-retaining agent is recommended for quick-frozen crucian carp.

Keywords：
non-phosphate water-retaining agent; crucian carp; quick-frozen; texture characteristics

鯽鱼是我国最常见的淡水鱼类之一，其肉质细嫩，蛋白质和不饱和脂肪酸含量较高[1]，是国民膳食结构中优质、价廉、充足的蛋白质来源。淡水鱼的收获期相对比较集中，除部分鲜活销售以外，其余均采用低温方式进行贮藏。低温贮藏一般可分为冻藏、冷藏、微冻贮藏和冰温贮藏等，其中冻藏是将食品中的绝大部分水冻结成冰晶体，从而抑制微生物和酶的活动并减缓蛋白质及脂肪氧化等生化反应，使得食品能够长期保存[2-3]。然而，淡水鱼冻藏过程中形成的冰晶会破坏细胞和肌肉结构，造成肌纤维和结缔组织破裂，从而影响鱼肉质构特性;同时冰晶还会破坏蛋白质的空间结构，导致蛋白质变性，进而出现鱼肉硬度、持水性降低等现象[4-6]。因此，如何解决冻藏淡水鱼口感变差、营养流失严重的问题，对淡水鱼深加工及淡水鱼养殖、加工、销售全产业链的形成具有极为重要的意义。

目前使用最为广泛的保水剂是磷酸盐保水剂，主要包括三聚磷酸盐、焦磷酸盐及六偏磷酸盐。但是部分商家为了提高产品得率，往往过量添加磷酸盐保水剂，这不仅会给产品带来不良的金属涩味，还会导致磷摄入过量和钙流失[7]。因此，国内外研究人员已开始研发无磷保水剂来替代磷酸盐保水剂。无磷保水剂主要分为糖类、蛋白质类、盐类和淀粉类等。其中，海藻糖是由2 个葡萄糖分子通过半缩醛羟基缩合而成的非还原性二糖，因其性质稳定、低甜度和低热量的优点成为主要的糖类保水剂[8]。Wu Yubi等[9]研究不同添加量海藻糖、山梨糖醇、蔗糖和低聚木糖对台湾贡丸理化性质的影响，结果表明，随着海藻糖添加量的增加，贡丸的冻融稳定性和保水性呈现逐渐上升趋势。Khan等[10]将从海水鱼中酶解得到的蛋白肽添加到鱼糜中发现，蛋白肽能够抑制鱼糜凝胶黏性下降，其中的水分也不易冻结，从而延缓蛋白质变性，保持鱼糜冷冻贮藏过程中的稳定性。李凤舞等[11]研究氯化钠、碳酸氢钠对预调理冷冻虾仁保水性的影响，确定最佳配比为氯化钠添加量4.5%、碳酸氢钠添加量1%，在此条件下虾仁的质构特性得到明显改善。Tee等[12]在鱼丸中添加木薯淀粉和马铃薯淀粉，结果表明，添加木薯淀粉和马铃薯淀粉鱼丸在6 次冻融后其持水性、凝胶强度及质构特性（硬度、弹性、凝聚性和咀嚼性）均随淀粉添加量的增加而显著增加。目前，无磷保水剂在淡水鱼中的应用主要集中在鱼糜制品，而对鲫鱼肉本身的研究较少。本研究以鲫鱼为原料，采用速冻机将其直接速冻，研究不同海藻糖、碳酸氢钠和马铃薯淀粉添加量对速冻鲫鱼质构特性（硬度、弹性、凝聚性、胶黏性、咀嚼性、回复性）的影响，比较其保持质构特性的能力，以期为冷冻鱼的加工及品质控制提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲫鱼 当地农贸市场;海藻糖（食品级） 日本林原株式会社;马铃薯淀粉和碳酸氢钠（食品级） 南京甘汁园糖业有限公司;实验用水均为超纯水。

1.2 仪器与设备

SAGA 220L速冻机 南京火天食品机械制造有限公司;SD-332卧式弧形透明门冷冻柜、BCD-216SDN冰箱 青岛海尔特种电冰柜有限公司;PFS-300封口机 山东维信进出口有限公司;DRP-252L电热恒温培养箱 合肥右科仪器设备有限公司;TVT-300XP质构分析仪 瑞典Perten Instruments公司;纯水仪 美国Millipore公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品处理

新鲜鲫鱼→预处理→浸泡→沥干→单体速冻→封口包装→-18 ℃贮藏30 d→4 ℃解冻→沥干备用

操作要点：1）预处理：选取体质量（300±50） g的新鲜鲫鱼，去鳞、去内脏后，清洗干净，沥干并用厨房用纸擦拭干净;2）浸泡：将不同保水剂（马铃薯淀粉、海藻糖及碳酸氢钠）分别配制成不同质量浓度（马铃薯淀粉0.5、1.0、1.5、2.0 g/100 mL，海藻糖2、4、6、8 g/100 mL，碳酸氢钠0.5、1.0、1.5、2.0 g/100 mL）的浸泡液，将处理后的鲫鱼按照料液比1∶1（m/m）分别加入到不同浸泡液中，25 ℃恒温浸泡2 h，每隔15 min缓慢搅拌翻动以保证鲫鱼各部位均充分浸泡，以蒸馏水浸泡作为对照组，每组处理做6 个重复;3）单体速冻：鲫鱼浸泡、沥干后，将其放置在速冻盘上，待速冻机温度达到-35 ℃后，将速冻盘放入速冻机内，速冻2 h，直至鲫鱼完全冻结;4）封口包装：将完全冻结的鲫鱼放入聚乙烯包装袋中，尽量排出空气后，采用封口机封口;5）-18 ℃贮藏：将封口包装后的鲫鱼依次放入-18 ℃冷冻柜中，保证每条鲫鱼间有空隙，并且相互不叠加，贮藏时间30 d;6）4 ℃解冻：将鲫鱼放入4 ℃冰箱中解冻过夜，直至解冻完全;7）沥干备用：鲫鱼解冻沥干后，取其脊背肉，去除鱼皮后切成1 cm×1 cm×2 cm小块，用于指标测定。

1.3.2 质构指标测定

选择硬度、弹性、凝聚性、胶黏性、咀嚼性、回复性作为质构指标，采用质构分析仪，选择质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）模式测试，探头型号为P-Cy5S，测前速率1.00 mm/s，测试速率1.00 mm/s，探头返回速率1.00 mm/s，压缩比50%，触发类型为自动，触发力10 N，测定间隔5 s，每组样品均做6 次平行实验，结果以平均值±标准差表示。

1.4 数据处理

所有数据采用SPSS 19.0软件进行统计分析，显著性水平设置为P<0.05;采用Origin 9.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度保水剂对速冻鲫鱼硬度的影响

A. 马铃薯淀粉、碳酸氢钠;B. 海藻糖;小写字母不同，表示相同保水剂不同质量浓度间差异显著（P<0.05）。图2～6同。

硬度是描述保持食品形状内部结合力的指标。由图1可知：2 g/100 mL海藻糖处理组速冻鲫鱼硬度最大，为1 601 g，相较于对照组提高20.9%;0.5 g/100 mL马铃薯淀粉处理组鲫鱼硬度最小，为900 g，相较于对照组下降29.0%。

鲫鱼硬度随着马铃薯淀粉质量浓度的增加而上升，但差异不显著，除质量浓度2 g/100 mL条件下，其余质量浓度马铃薯淀粉处理的鲫鱼硬度均小于对照组。这是由于随着马铃薯淀粉质量浓度的增加，淀粉分子相互缠绕并在鱼肉表面不断吸水膨胀，进而提高鱼肉的质构特性[13]。鲫鱼硬度随着海藻糖质量浓度的增加而缓慢下降，但均大于对照组，其中2、4 g/100 mL海藻糖处理组鲫鱼硬度显著高于对照组和8 g/100 mL海藻糖处理组（P<0.05）。这主要是由于海藻糖中大量的羟基与鱼肉蛋白质基团相结合，使蛋白质处于饱和状态，从而避免蛋白质间的聚集变性;同时海藻糖中存在的游离羟基还能与水分子结合，降低共晶点温度，抑制水分子形成冰晶体，进而提高鱼肉的质构特性[14-15]。王宁等[16]研究海藻糖对冻藏大黄花鱼持水性的影响，结果表明，大黄花鱼持水性曲线以海藻糖添加量3%为分界点，此时持水性达到最佳，与本研究得出2～4 g/100 mL海藻糖处理组鲫鱼硬度最大的结果相似。鲫鱼硬度随碳酸氢钠质量浓度的增加而呈略微上升趋势，但差异不显著。这是由于碳酸氢钠溶液呈碱性，使得鱼肉pH值升高，增大其肽链和肌原纤维蛋白间的静电斥力，导致蛋白质结构溶胀，从而能够锁住更多水分，提高持水力，进而提高鱼肉的质构特性[17]。

2.2 不同质量浓度保水剂对速冻鲫鱼凝聚性的影响

凝聚性反映咀嚼时肉抵抗受损并紧密连接保持完整性的能力，同时反映了细胞间结合力的大小。由图2可知，马铃薯淀粉、海藻糖和碳酸氢钠处理组速冻鲫鱼凝聚性均大于对照组，且4 g/100 mL海藻糖处理组鲫鱼凝聚性最大，为0.404，相较于对照组提高26.6%。

鲫鱼凝聚性随着马铃薯淀粉质量浓度的增加而增加，随后保持稳定。马铃薯淀粉分子间通过氢键结合形成紧密的胶束，提高凝聚性;但是随着马铃薯淀粉质量浓度的继续增加，溶液逐渐变成悬浊状，并缓慢聚集下沉，溶于水中的淀粉分子并未随着质量浓度的增加而增多，因此鲫鱼凝聚性保持稳定。随着海藻糖质量浓度的增加，鲫鱼凝聚性呈先上升再下降的趋势，海藻糖质量浓度4 g/100 mL时鲫鱼凝聚性达到最大值，海藻糖质量浓度2、4、8 g/100 mL时，鲫鱼凝聚性显著高于对照组（P<0.05）。“优先排阻”理论[18]认为，海藻糖在蛋白质存在的情况下优先与水结合，使水从蛋白质分子的溶剂化层中排出，导致蛋白质的表观体积缩小，移动性下降，蛋白质分子结构更加紧密，构象更加稳定，从而表现出凝聚性增加，这与宋蕾等[19]的研究结果相一致。鲫鱼凝聚性随着碳酸氢钠质量浓度的增加而呈现缓慢上升的趋势，且差异不显著，与碳酸氢钠处理组鲫鱼硬度的变化趋势相一致。

2.3 不同质量浓度保水剂对速冻鲫鱼弹性的影响

弹性表示肉受外力作用后发生形变，当外力撤除时恢复原状的能力[20]。由图3可知，速冻鲫鱼弹性随着马铃薯淀粉质量浓度的增加而呈上升趋势，马铃薯淀粉质量浓度为2 g/100 mL时，鲫鱼弹性显著高于对照组和1 g/100 mL处理组（P<0.05）。这是由于随着马铃薯淀粉质量浓度的增加，马铃薯淀粉在肉表面会形成一层完整的浆膜，该膜能够防止水分及营养物质排出，从而导致鱼肉持水性随之增强，弹性显著提高[21]。随着海藻糖质量浓度的增加，鲫鱼弹性呈先上升再缓慢下降的趋势，其中，海藻糖质量浓度为6 g/100 mL时达到最大值，为0.737，显著高于对照组（P<0.05）。根据“水分子取代”学说，海藻糖分子中含有大量羟基，能够与蛋白质活性基团结合，使其饱和，进而不会靠拢聚集导致蛋白质变性;同时海藻糖分子中的游离羟基还能通过氢键与水分子结合，抑制冰晶生长，并形成一个不完全冻结区，减少蛋白质分子间的聚集，从而起到保护蛋白质的作用[22]。当海藻糖质量浓度达到8 g/100 mL时，鲫鱼弹性稍有下降，但变化不显著，这与邓泽新[23]的研究结果相一致。随着碳酸氢钠质量浓度的增加，鲫鱼弹性呈现先逐渐上升后下降的趋势，其中碳酸氢钠质量浓度为1 g/100 mL时弹性最大，并显著高于对照组（P<0.05）。碳酸氢钠溶液可改变肌肉pH值，使其保水性显著增加，进而提高其弹性[17]，但是过量的碳酸氢钠溶液通过渗透压作用使得鱼肉中的水分大量渗出，导致鱼肉弹性下降。

2.4 不同质量浓度保水剂对速冻鲫鱼咀嚼性的影响

咀嚼性主要表示咀嚼固体样品时，吞咽状态所需要的能量，咀嚼性與硬度及凝聚性均有关系，是一项质构综合评价参数[24]。由图4可知，鲫鱼咀嚼性随着马铃薯淀粉质量浓度的增加而呈现整体上升趋势，除1.0 g/100 mL处理组外，其余处理组咀嚼性均大于对照组，但差异不显著，与弹性和凝聚性的变化趋势相一致。随着海藻糖质量浓度的增加，鲫鱼咀嚼性呈现先上升再缓慢下降的趋势，海藻糖质量浓度为4 g/100 mL时达到最大值，为407.6 g，海藻糖质量浓度为4、6、8 g/100 mL时，鲫鱼咀嚼性显著高于对照组（P<0.05）。根据“共晶点”理论，随着海藻糖质量浓度的增加，其自由水转化成结合水的能力不断增强，冰点下降，导致蛋白质抗冻变性能力显著提高[25];并且相关研究已证实，随着海藻糖添加量的增加，其抗冻变性能力也随之增强[26-27]。随着碳酸氢钠质量浓度的增加，鲫鱼咀嚼性也呈现先上升再缓慢下降的趋势，碳酸氢钠质量浓度为1.0 g/100 mL时达到最大值，为366.7 g，显著高于对照组（P<0.05）。一定质量浓度碳酸氢钠处理可使肌肉pH值上升，保水性增加，从而有利于改善肉弹性;但随着碳酸氢钠质量浓度的增加，肌肉保水性反而降低，导致肌肉弹性显著下降，从而导致咀嚼性也随之下降[28]。

2.5 不同质量浓度保水剂对速冻鲫鱼胶黏性的影响

胶黏性表示将半固态食品破裂成吞咽时的稳定状态所需要的能量[29]。由图5可知，速冻鲫鱼胶黏性随着马铃薯淀粉质量浓度的增加呈先下降再上升的趋势，马铃薯淀粉质量浓度为0.5 g/100 mL时达到最低值，但各组差异不显著。这主要是由于0.5 g/100 mL马铃薯淀粉处理组的硬度处于低值，因此在此条件下胶黏性最低。随着海藻糖质量浓度的增加，鲫鱼胶黏性呈先上升再缓慢下降的趋势，这与凝聚性和咀嚼性的变化趋势相一致，海藻糖质量浓度为4 g/100 mL时胶黏性达到最大值，为633.1 g，海藻糖质量浓度为2、4 g/100 mL时，鲫鱼胶黏性显著高于对照组（P<0.05）。这与宋蕾等[19]的研究结果相一致。随着碳酸氢钠质量浓度的增加，鲫鱼胶黏性呈现上升趋势，但各组差异不显著，这与硬度和凝聚性的变化趋势相一致。

回复性反映鱼肉受压时快速恢复形变的能力，其大小与弹性有关[30]。由图6可知，速冻鲫鱼回复性随着马铃薯淀粉质量浓度的增加呈现缓慢上升趋势，但各组差异不显著。随着海藻糖质量浓度的增加，鲫鱼回复性呈现先上升再缓慢下降的趋势，海藻糖质量浓度为2 g/100 mL时达到最大值，为0.248，并显著高于对照组及6、8 g/100 mL处理组（P<0.05）。随着碳酸氢钠质量浓度的增加，鲫鱼回复性呈现先逐渐上升后下降的趋势，碳酸氢钠质量浓度为1.5 g/100 mL时达到最大值，为0.257，并显著高于2 g/100 mL碳酸氢钠处理组（P<0.05）。

3 结 论

从3 种无磷保水剂对速冻鲫鱼质构特性影响的结果来看，鲫鱼硬度、咀嚼性、弹性、咀嚼性、胶黏性及回复性6 个指标经过2～8 g/100 mL海藻糖处理后，均存在显著增加现象，而马铃薯淀粉和碳酸氢钠仅在个别质量浓度处理后，鲫鱼弹性显著增加，因此海藻糖为最佳无磷保水剂。

随着海藻糖质量浓度的增加，速冻鲫鱼的凝聚性、弹性、咀嚼性、胶黏性和回复性均呈现先上升再缓慢下降的趋势，而硬度则随着海藻糖质量浓度的增加缓慢下降。当海藻糖质量浓度为2 g/100 mL时，鲫鱼硬度、凝聚性、胶黏性和回复性显著大于对照组（P<0.05），硬度和回复性达到最大值，分别为1 601 g和0.248。当海藻糖质量浓度为4 g/100 mL时，鲫鱼硬度、凝聚性、咀嚼性和胶黏性显著大于对照组（P<0.05），凝聚性、咀嚼性和胶黏性达到最大值，分别为0.404、407.6 g和633.1 g。当海藻糖质量浓度为6 g/100 mL时，鲫鱼弹性和咀嚼性显著大于对照组（P<0.05），弹性达到最大值，为0.737。当海藻糖质量浓度为8 g/100 mL时，鲫鱼凝聚性、弹性和咀嚼性显著大于对照组（P<0.05）。马铃薯淀粉处理组仅在淀粉质量浓度为2 g/100 mL时，鲫鱼弹性显著大于对照组（P<0.05）;碳酸氢钠处理组仅在碳酸氢钠质量浓度为1 g/100 mL时，鲫鱼弹性和咀嚼性显著大于对照组（P<0.05），其余处理组速冻鲫鱼质构特性变化均不显著。

綜上可知，海藻糖质量浓度2～8 g/100 mL能显著提高速冻鲫鱼的质构特性，尤其在低质量浓度范围（2～4 g/100 mL）内效果显著，1 g/100 mL碳酸氢钠和2 g/100 mL马铃薯淀粉也能部分提高速冻鲫鱼的质构特性。考虑到保水效果和经济成本，建议速冻鲫鱼的保水剂使用2 g/100 mL海藻糖溶液。

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