羅非魚片發色新技術研究進展

于福田,岑劍偉,楊賢慶,李來好,魏 涯,郝淑賢,林 織

(1.廣東順欣海洋漁業集團有限公司,廣東陽江 529800; 2.中國水產科學研究院南海水產研究所,農業部水產品加工重點實驗室,國家水產品加工技術研發中心,廣東廣州 510300;3.上海海洋大學食品學院,上海 201306)

羅非魚(Oreochromismossambicus)在全球淡水養殖界是養殖最廣泛的魚類,甚至在中國的水產養殖界有這樣的一種稱呼即“21 世紀最有價值的一條魚”。中國的羅非魚對外出口占了很大的比例,從2002 年開始中國羅非魚的出口量與出口額總體上逐年增長,2013年出口量甚至達到了40.67萬噸,創下歷史最高的水平。盡管這幾年我國羅非魚出口量增長速度在逐年放緩,但依然表現出良好的發展勢頭[1]。另外盡管我國的羅非魚產品對外出口量巨大,但是主要的出口羅非魚產品是凍羅非魚片[2]。羅非魚魚肉味道非常鮮美而且肉質新鮮富有彈性,同時還含有多種不飽和的脂肪酸和豐富的蛋白質,但是正是由于羅非魚魚肉本身特有的性質使魚肉很容易腐敗變質,其中最直接的變化為魚肉的外觀色澤方面,因為色澤能使消費者更直觀的判斷肉制品的品質,所以普通的消費者就會以色澤的好壞來評判肉制品的優劣。

當食品擁有良好的外觀顏色時,不僅能刺激消費者的食欲和購買欲,與此同時還能升高食品的經濟價值,因而為了使肉制品呈良好的色澤,保持色澤更長的穩定期,國內外的科學工作者都作了相當多的研究,但是對羅非魚片發色的方法進行綜述的文獻,現在還鮮有報道。所以本文就國內外羅非魚片發色新技術的研究進展進行綜述,主要介紹了一氧化碳(CO)、一氧化氮(NO)、亞硝酸鹽、復合劑發色等發色技術的作用原理及其應用情況,并簡要分析了羅非魚片發色技術的發展趨勢,為未來羅非魚的生產加工提供一定的參考。

1 一氧化碳(CO)發色技術

應用 CO 對肉制品進行發色的歷史可以追溯到遠古時期,當時人們偶然將鮮肉置于火爐邊發現爐火的煙可以使肉制品保持良好的色澤,盡管當時還不了解其中的原理,但這個習慣卻延續下來,后來隨著科學技術的不斷進步科學家逐漸證明了這種能使肉制品呈現良好色澤的物質是CO,之后被廣泛應用于水產品,特別是發色羅非魚片生產中。CO發色機理:肉制品之所以出現紅色的現象,主要是動物體內含有血紅蛋白和肌紅蛋白兩種色素成分,在肌肉中則主要以肌紅蛋白為主,肌紅蛋白的作用是將毛細血管中的氧接收并運送到細胞組織中[3]。在動物生存時,肌肉中的肌紅蛋白有兩種模式存在:一種是鮮紅色的氧合型肌紅蛋白,而另一種為暗紅色的脫氧合肌紅蛋白,當動物死亡后,由于肌紅蛋白會主動氧化生成暗褐色的高鐵肌紅蛋白,所以在動物死亡后會有上述三種形式的肌紅蛋白存在于肌肉中。而實驗證實,CO 與肌肉組織中的肌紅蛋白極易結合,通常高出氧約240倍,所以CO 是十分容易與肌紅蛋白結合并構成非常穩定的碳氧肌紅蛋白(MbCO),從而避免肌紅蛋白自動氧化成褐色的高鐵肌紅蛋白,進而達到長期保持肉制品性狀良好的目標[4]。

CO發色的方式一般有氣調發色,浸泡發色和活體發色三種,但是最常用的發色方式還是活體發色,活體發色的加工工藝[5]:發色池加水開啟氣液混合泵并通入空氣→放入活魚→關空氣并通入CO→放血→取魚片→去皮→磨皮→修整→活體發色魚片。孫亞楠[6]研究了CO的活體發色、浸泡發色、氣調發色三種發色方法對羅非魚片的品質的影響,采用活體發色在產品質量上能夠使得發色羅非魚片在相同的發色效果下一氧化碳含量為最低(活體發色MbCO為26.50%,浸泡發色MbCO為40.73%,氣調發色為34.80%),確保了產品的安全性;在感官上賦予了發色羅非魚片色澤鮮亮且層次分明的效果,并且羅非魚活體發色之后,進行開片加工,避免了二次污染保證了羅非魚片的新鮮品質。CO與Mb結合生成穩定的MbCO,對發色魚片肌肉中MbCO含量的測定,現在普遍用雙波長分光光度法來測定。陳德慰等[7]發現雙波長分光光度法測定羅非魚發色池水中一氧化碳含量的措施,結果表明水中一氧化碳濃度在一定范圍內與碳氧血紅蛋白有比較好的線性關系(R2=0.9973),并且這種方法有很多優點,比如采用這種技術可以在短時間內簡單的得出發色的池水中一氧化碳的濃度水平,而且這種發色技術比較準確,適用的范圍也比較廣，且此方法精密度也比較好。Smulevich等[8]提出了一種測定魚片中碳氧肌紅蛋白含量的措施,即為雙波長分光光度法,這種方法簡單易行,效果也比較好。而Droghetti等[9]在Smulevich等研究基礎上,又進了一步,他改進了雙波長分光光度法測碳氧肌紅蛋白含量的方法,同時運用頂空氣質聯用技術驗證方法的準確性。至于發色羅非魚片肌肉中一氧化碳的殘留測量,一般參考SC/T 3117-2006《生食金槍魚》附錄A《一氧化碳殘留量測定方法》[10]利用氣相色譜儀進行檢測,郝淑賢等[11]利用氣相色譜法測發色羅非魚片肌肉中一氧化碳的殘留量,結果得出羅非魚魚片暗色肉a*的變化與CO殘留量呈正相關,即CO質量分數越高,魚片的a*越大。

CO在水產品中的應用在歐盟各國引起了強烈的反響,CO不被認定為食品添加劑,使用CO處理水產品是非法的。2008年12月中旬中國衛生部公布首批非法食品添加劑名單,其中將CO列為水產品中非食品添加劑。但是我國羅非魚片大部分出口至美國,美國FDA也承認CO在水產品上應用的合法性,并要求出口至美國的羅非魚片要經過CO發色處理。眾所周知CO是有毒物質,現在被用來發色羅非魚片,所以關于CO發色的安全性就成為廣大消費者比較關心的問題了,為此廣大科研工作者做了大量的研究。岑劍偉等[12]就發色產品的檢測技術、水產品CO發色的機理和功能、發色技術的應用現狀及發色技術的安全性等問題進行分析,客觀評估了發色水產品中CO殘留及其可能對人體健康構成的危害,并就CO發色水產品的技術可能存在的問題提出了相應的中肯對策和建議,比如a.能否使消費者信服并消除心理的顧忌,讓更多的人接受CO發色水產品。b.水產品加工企業必須熟練掌握CO發色的技術,實現CO發色技術的利用價值。c.研究機構應配合企業開展更多有關CO在水產品應用技術及安全性方面的研究,為政府提供更多的科學證據。d.政府及立法部門需保證水產品流通過程中的質量安全監管,確保人們食用安全健康的水產加工品。張韻思等[13]從一氧化碳(CO)發色羅非魚片中分離到耐冷腐敗菌LFA04和LFA09,經細菌形態學觀察和16S rDNA序列分析初步確定兩株均為費氏檸檬酸桿菌(Citrobacterfreundii),并得到這兩株菌株能夠在冰箱溫度下正常生長且能導致魚肉迅速腐敗。Kristinsson等[14]研究了CO對羅非魚魚肉的質量和安全性的問題,結果表明CO能明顯地穩住羅非魚血紅蛋白的變性,碳氧血紅蛋白非常穩定,碳氧血紅蛋白能降低超氧化的活性,且在儲藏期間,用CO處理羅非魚能明顯地改善魚片的色澤和保持色澤的穩定。

CO發色羅非魚片,魚片不僅色澤鮮艷亮紅而且品質安全可靠,但是大眾心理上還不能接受CO的安全性,不能客觀地評價這種發色技術,因此研究者們還需要繼續深入研究CO發色技術的方方面面,讓消費者詳細了解這種發色技術,進而普遍接受它。

2 一氧化氮(NO)發色技術

NO在食品方面的應用由來已久,NO很早就被視作為肉類產品的發色劑增色劑。隨后又發現NO在抑制微生物生長上有著特殊的作用,在肉類加工過中具有抗氧化劑的作用。有研究學者證明了一氧化氮(NO)與血紅素(Hb)結合能力遠遠大于O2和Hb的結合能力[15],NO的發色機理類似于CO的發色機理,它的發色機理[16]為一氧化氮與魚肌肉組織中的肌紅蛋白結合發生反應,然后生成了具有鮮亮且穩定色澤的氮氧肌紅蛋白(MbNO),這是一氧化氮發色魚片的機制所在。這種發色技術的發色方式有三種為活體發色,氣體發色和水溶液發色,具體發色工藝流程類似一氧化碳發色的工藝流程。王自超[16]比較全面的研究了外源性NO對羅非魚的影響,首先用三種發色方式處理羅非魚即活體發色,氣體發色和水溶液發色,研究了不同發色方式的發色效果，并最終得出最佳工藝即活體發色的條件為:水溶液濃度,發色時間,發色溫度,魚水比分別是75 mg/L,20 min,20 ℃和1∶3。魚片水溶液發色條件:水溶液濃度,處理時間,處理溫度,以及抗壞血酸質量比分別為25 mg/L、13 min,0 ℃和0.005%。魚片氣體發色條件:發色罐內罐壓,環境溫度,處理時間分別為0.01 atm、0 ℃和5 min。而后又從色澤、揮發性鹽基氮、僵度值、酸度值以及失水率等方面研究了一氧化氮發色對魚肉品質的影響,最終得出在最佳發色工藝基礎上,一氧化氮可以有效地發色羅非魚片并在保存期間可以維持色澤的穩定。

外源性NO發色羅非魚片雖然也能夠使魚片擁有優秀的色澤,并在保存期間維持色澤的穩定,這種發色技術比較新穎。但是目前關于NO發色羅非魚片的研究還是比較少見的,尤其是關于這種發色技術的安全性問題現在鮮有研究;所以關于它的深入研究還有待進一步探究,爭取完善這種發色技術，為羅非魚片發色技術提供新的技術支持。

3 亞硝酸鹽發色技術

用亞硝酸鹽發色肉制品,在我國的肉制品加工中歷史上早有記載,很早人們就知道在食鹽中添加一定量的硝石可以使腌制的肉產生粉紅色,隨后1891年有學者發現,硝酸鹽可以在細菌幫助下,發生生化反應生成亞硝酸鹽,而隨后于1899年又有學者證實了肉制品表面產生的粉紅色物質是亞硝酸鹽作用的結果而不是硝酸鹽,緊接著于1901年生理學家Holdane研究發現,使肉制品表面產生粉紅色的具體原因為一氧化氮與肉中的某種色素發生反應,上面種種研究結果最終使廣大加工者選擇亞硝酸鹽作為腌制肉的發色劑[17]。亞硝酸鹽的發色機理為:硝酸鹽在酸性條件下產生亞硝酸,由于亞硝酸不穩定,又分解產生亞硝基(NO),亞硝基與肌紅蛋白結合生成鮮艷,亮紅色的亞硝基肌紅蛋白(MbNO),而MbNO遇熱后又會放出巰基(SH),生成相對穩定的鮮紅色的亞硝基血色原。胡煌等[18]研究了亞硝酸鹽對肉制品的發色機理,結果得出亞硝酸鹽通過一系列反應與Mb形成MbNO，從而產生穩定的鮮紅色。Froehlich[19]和Cassens[20]以及Lin[21]研究了亞硝酸鹽對色澤的影響,得出亞硝酸鹽可以明顯地提高肉制品的色澤。

亞硝酸鹽在腌制品方面上的發色作用已是眾人皆知,但是用亞硝酸鹽發色羅非魚片目前國內外研究的還比較少的。用亞硝酸鹽發色羅非魚片有兩種方式，一種是魚片發色,魚片發色工藝:用鮮活、大小均勻的羅非魚在水箱里常溫條件下暫養20 min,將其放血,制取淺去皮魚片,將稱量好的不同藥品均勻涂抹在魚片表面,置于燒杯中用保鮮膜覆蓋,在4 ℃條件下冷藏放置；另一種是活體發色,活體發色工藝:用鮮活、大小均勻的羅非魚在水箱里常溫條件下暫養20 min,再將其放入裝有配制好溶液的箱體中,加蓋密封一段時間,將羅非魚放血,制取淺去皮魚片。但是魚片發色效果一般不如活體發色的效果,所以常用亞硝酸鹽活體發色處理羅非魚片。王晶[22]利用亞硝酸鉀對羅非魚進行活體發色和魚片發色,得出活體發色效果優于魚片發色,并根據活體發色正交優化實驗,得出較優的發色條件:亞硝酸鉀1.5 g/kg、魚水質量比1∶10、處理時間2 h。然而結合工廠實際調研以及對預處理因素的篩選,暫養溫度通常選擇環境溫度,放血方式主要采用的是靜態放血,魚水質量比調整為1∶3。經過驗證,L*值43.79,a*值8.01,b*值12.47,感官評分4.2與工廠CO發色處理的魚片接近。經過測定,對魚片中亞硝酸鹽殘留量進行檢測,結果3.5 mg/kg<10 mg/kg,符合GB 27602011《食品安全國家標準:食品添加劑使用標準》對于亞硝酸鹽在肉制品中殘留量不大于30 mg/kg的規定。因此最終確定發色條件是:亞硝酸鉀1.5 g/kg、魚水質量比1∶3、處理時間2 h,可作為羅非魚片發色技術的理論參考。

亞硝酸鹽在酸性環境中會產生亞硝酸根離子,這種離子具有很強的氧化性,在人體攝入過量的亞硝酸鹽時,在胃酸的作用下亞硝酸鹽轉化為亞硝酸根離子,在這種環境中人體血液中的Fe2+血紅蛋白被氧化成Fe3+,氧合血紅蛋白變成高鐵血紅蛋白,使血液失去攜帶氧的能力,由此可能會引發高鐵血紅蛋白癥,使人體出現缺氧癥狀,嚴重時也可能危及人們的生命安全[23]。當人體內同時存在亞硝酸鹽與胺類或酰胺類等物質時,它們很容易發生化合反應,生成亞硝基化合物,該物質對人體有強致癌作用[24]。因此亞硝酸鹽發色肉制品的安全性受到廣大研究者的重視,Cogun[25]研究了亞硝酸鹽對羅非魚的毒性作用,研究了亞硝酸鹽對羅非魚的生化指標和血項指標的影響,得出亞硝酸鹽對羅非魚的生化和血項指標都有一定的影響作用;徐楊[26]以尼羅羅非魚幼魚為研究對象研究亞硝酸鹽氮脅迫對尼羅羅非魚幼魚生理功能的影響,研究結果表明,短期內亞硝酸鹽氮脅迫對尼羅羅非魚血液常規參數和血清生化指標有明顯影響,魚體的免疫能力和抗應激能力下降。林艷等[27]研究了亞硝酸鹽氮脅迫對鳙血液生化指標和組織熱休克蛋白70基因表達水平的影響,研究表明,亞硝酸鹽氮對鳙的蛋白質代謝、脂質代謝和糖代謝均產生影響,并且誘導部分組織熱休克蛋白70 m RNA的表達,而鳙對水體中高濃度的亞硝酸鹽氮應激6 h即可產生快速應答,并啟動防損傷自我保護機制,促進新陳代謝水平,保護機體免受應激損傷亞硝酸鹽在一定程度上能發色肉制品，同時也能對肉制品中的微生物有不同程度的抑制作用,還有增強食品風味的作用,但是也要認識到亞硝酸鹽的不足,它可以與蛋白質的分解物質反應產生被國際公認的強致癌物質亞硝胺,所以為了安全起見,還是盡量少用甚至不用亞硝酸鹽單獨發色肉制品。

4 復合劑發色技術

亞硝酸鹽具有很強的致癌作用,所以單獨用亞硝酸鹽來發色肉制品這種方法幾乎行不通。如今有學者發現L抗壞血酸鈉具備還原作用,它可以使三價肌紅蛋白還原成二價肌紅蛋白[28],同時L抗壞血酸鈉還有另外一個作用,它還可以具有抑制亞硝胺形成的作用[29]。另外學者也發現氯化鈉可通過魚鰓呼吸作用調節物質的運送[30];由于上述種種局限的存在,一些研究員開始嘗試運用由氯化鈉、亞硝酸鉀以及L抗壞血酸鈉試劑結合制成的復合發色劑發色羅非魚片,從而使羅非魚魚片呈現良好的色澤。復合發色劑的發色機理類似于亞硝酸鹽的發色機理,但是這種發色技術配合氯化鈉和L抗壞血酸鈉的作用,最終發色的效果好于一氧化碳發色的效果。

羅非魚片復合發色技術目前采用的發色方式是活體發色,復合發色技術的活體發色工藝[31]:原料魚→暫養→發色→致死→放血→剖片→去皮→修整→發色魚片。目前國外關于復合發色的方法的介紹還鮮有報道,國內王晶等[32]采用氯化鈉、亞硝酸鉀以及L抗壞血酸制成復合的發色劑對羅非魚片進行活體發色,得到最佳的活體發色工藝,結果表明,這種發色方法效果很好,感官標準甚至可以達到一氧化碳發色的效果,而且實驗中用的亞硝酸鹽殘留量低于國家標準,實驗得出的最佳發色工藝為氯化鈉質量分數為6.9%,亞硝酸鉀濃度為1.5 g/kg以及L抗壞血酸鈉濃度為0.19 g/kg,這種組合發色效果最好。而吳祖亮[33]等具體研究了由氯化鈉、亞硝酸鉀以及L抗壞血酸鈉組合的復合發色劑對羅非魚進行活體發色的效果,水分活度,揮發性鹽基氮,電導率以及質構參數的影響,研究結果顯示,在儲藏期間這種復合發色劑具有良好的發色效果,與一氧化碳發色魚片相比甚至優于后者;水分活度隨著儲藏時間的延長而逐漸降低,而電導率卻恰恰相反,電導率隨儲藏時間的延長數值越來越大,而且水分活度和電導率的變化在樣品之間沒有明顯的差異性;復合發色劑處理的魚片的揮發性鹽基氮含量比未發色的低0.1 mg/g;而關于質構參數的變化,實驗結果為采用復合劑發色的實驗組的魚片硬度、彈性和內聚性的平均值均高于未發色的對照組,這種現象說明發色魚片的質構指標較好,將這種復合發色新方法與CO發色和未發色進行品質間的比較得出,在低溫貯藏過程中,復合發色在色澤、硬度和內聚性均有一定改善作用,而且復合發色技術得到的魚片硬度、彈性、內聚性和水分活度在貯藏初期均優于CO處理的魚片。

復合發色技術彌補了單一發色技術的缺陷,不僅可以達到良好的發色效果,使肉制品呈現消費者喜歡的亮紅色,也能使發色肉制品的安全性得到一定程度的提高。這種發色技術能更好的適應當前消費者的需求,但該技術目前還不是太完善,比如復合發色技術對魚片品質的影響以及具體安全指標的研究目前還鮮有報道,這些還需要更深入的研究。

5 展望

羅非魚片發色技術雖然已有數種,但是這些發色技術還是或多或少存在一定缺陷,比如有的發色技術(NO)不完善,有的發色技術(亞硝酸鹽)存在安全性問題。我國羅非魚產量巨大,全球羅非魚消費量也日益上漲,與此同時伴隨著中國羅非魚加工業的快速發展,人們生活程度的逐步進步和健康觀念的日益增強，以及消費者對健康安全食品認識的不斷加強。擁有良好色澤和質量的羅非魚必將炙手可熱,因此廣大研究者需要更深入詳細地研究各種發色技術,乃至研發出新的羅非魚片發色技術,促成整個羅非魚加工產業的開展。隨著研究者們的不斷探索創新,未來會逐步發現更多安全和綠色的羅非魚片發色技術,羅非魚片發色技術將會擁有更加廣闊的發展和應用前景。

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