即食魚膠產品的殺菌工藝

袁 毅， 姜啟興*， 高 沛， 楊 方，余達威， 許艷順， 夏文水*

(1. 江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；2. 江南大學，江蘇省食品安全與質量控制協同創新中心，江蘇 無錫 214122)

魚膠即魚鰾的干制品，也稱魚肚、花膠，與海參、燕窩等名貴食材一起統稱為“八珍”，素有“海洋人參”之譽。魚膠富含膠原蛋白[1]、維生素及多種微量元素，具有極高的食用和藥用價值，是理想的高蛋白食品[2]。傳統上，魚膠主要通過直接烹飪或者經初加工制成干制品在市面上銷售，但是干制品食用前要經過清洗、泡發、蒸煮等工序，較為繁瑣，極大地限制了魚膠產品的發展。近年來，隨著人們健康意識的提升，我國魚膠行業的規模在逐年擴大，2020 年我國魚膠產量達到7495 t[3]，魚膠的深加工也得到了快速發展，已開發出了魚鰾飲料、魚鰾肉糕、風味魚鰾片、魚鰾膨化脆片等多種產品。其中，即食魚膠是市場占有率最大且最受消費者歡迎的制品。

目前魚膠加工企業在殺菌過程中往往只關注食品的安全性而忽視了熱殺菌工藝對食品品質的破壞[4]。過度殺菌或不合理的殺菌工藝會極大破壞魚膠原有的口感、風味和營養價值，甚至導致魚膠殺菌后出現溶解軟爛現象。目前，研究人員針對不同殺菌溫度對魚產品品質的影響進行了研究。例如，張迎東等[5]發現，殺菌溫度對鰱(Hypophthalmichthys molitrix)魚糜口感和彈性的影響較大，溫度越高，魚糜凝膠被破壞的程度越大，造成彈性不足，綜合考慮，鰱魚糜罐頭的最佳殺菌溫度為118 °C。姜啟興等[6]發現，在110～129 °C溫度范圍內，隨著殺菌溫度的升高，斑點叉尾鮰(Ictalurus punctatus)軟罐頭產品的質構、色澤與感官都有顯著提升。但目前對于魚膠的研究主要集中在其功效因子的開發利用[7]，以及魚膠中膠原蛋白的提取[8-9]與改性[10]。熱穩定性方面的研究也僅僅是針對魚膠中提取后的膠原蛋白[11]，熱殺菌對魚膠整體品質影響的研究仍不明晰。

因此，為解決魚膠經高溫殺菌后質構軟爛等問題，本研究選擇國內常見廣鹽性眼斑擬石首魚(Sciaenops ocellatus)的魚膠作為對象，分析了魚膠產品品質受不同殺菌溫度的影響，以期在確保安全的情況下減少高溫對魚膠產品的破壞，避免過度殺菌后魚膠質構的劣化，為魚膠產品加工的發展提供思路和理論依據。據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

眼斑擬石首魚魚膠由大洲新燕 (廈門)生物科技有限公司提供；羥脯氨酸試劑盒購于北京索萊寶生物科技有限公司；氫氧化鈉、鹽酸均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

物性分析儀 (TA.XTPlus) (英國SMS公司)；色彩色差計 (TS20) (深圳市三恩時科技有限公司)；紫外-可見分光光度儀 (UV-1000) (上海天美科學儀器有限公司)；真空封口機 (DZ-280/2SE) (東莞市金橋科技電器制造有限公司)；滅菌高溫溫度記錄儀 (CH-150) [馳煌測控技術 (上海)有限公司]；立式壓力蒸汽滅菌鍋 (西安常儀生化儀器設備有限公司)；電熱鼓風干燥箱 (上海一恒科學儀器有限公司)；電熱恒溫培養箱 (上海捷呈實驗儀器有限公司)；傅里葉紅外光譜儀 (IS10) (美國Nicolet公司)；低場核磁共振成像儀 (MesoMR23-060V-I) (蘇州紐邁分析儀器股份有限公司)；差示掃描量熱儀(DSC3) (瑞士梅特勒-托利多公司)。

1.3 實驗方法

產品預處理取魚膠約1 g，浸沒于純凈水中，置于4 °C下泡發4 h。泡發結束后瀝干，吸干魚膠表面水分，稱量泡發后的重量，放入真空包裝袋，按1∶6 (質量體積分數)的比例加入純凈水后真空密封，置于殺菌鍋中滅菌，反壓冷卻約至70 °C，取出后流動水冷卻至室溫。

殺菌曲線的繪制使用無線溫度探頭測量殺菌過程中魚膠中心和殺菌鍋內的溫度，110、115、121和125 °C下數據采集器分別設置為每間隔1 min、1 min、0.5 min和10 s記錄一次，繪制樣品中心溫度以及環境溫度的變化曲線，計算得出相應的魚膠中心和殺菌鍋內的殺菌強度(F值)。

F值的計算

式中，t為殺菌時間 (s)，T為對應時間樣品的中心溫度 (°C)，一般以90 °C作為起點溫度，Z為微生物的溫度敏感性，一般取10 °C[12]。

商業無菌的確定參考GB4789.26—2013。

質構的測定測定參數參考Riebroy等[13]的方法。將殺菌后的魚膠冷卻至室溫，裁剪成2 cm×2 cm的形狀，采用 TA.XTPlus 物性分析儀進行分析，探頭 P/2N，每組測試2次，測試參數∶測試速率1 mm/s，測試距離2 mm，記錄其硬度和黏性。探頭A/CKB，每組測試2次，測試參數設置∶測前速率為2 mm/s，測試速率為1 mm/s，測后速率為 2 mm/s，壓縮程度 10%，間隔時間5 s，記錄其剪切力。每組樣品測定6個平行，取平均值。

色澤的測定采用LAB表色系統[14]進行色差分析，L*表示亮度值，L*=0表示黑色，L*=100表示白色。a*表示紅綠值，a*＞0表示紅度，相反則為綠度。b*表示黃藍值，b*＞0表示黃度，相反則為藍度。將滅菌后的魚膠從包裝袋中取出，吸干表面水分，用色差儀測量其L*、a*和b*值，不同條件下每組取3塊，重復測定6次取平均值。

膠原蛋白含量的測定參考申京宇等[15]的方法并進行調整，分別將0.4 g魚膠以及0.2 mL包裝袋內的溶液于在110 °C下消化4 h，按照羥脯氨酸試劑盒的使用說明進行檢測，得出魚膠樣品以及包裝袋內溶液的羥脯氨酸含量，再乘以11.1的系數[16]，得到膠原蛋白含量。

傅里葉紅外光譜(FTIR)分析參考Pal等[17]的方法并適當修改，將滅菌后的魚膠凍干，采用IS10型傅里葉變換紅外光譜儀測定，掃描波數范圍為 4000～500 cm?1，分辨率為 4 cm?1，掃描信號累加 32 次，以空氣為空白。

低場核磁 (LF-NMR)的測定參考張彪等[18]的方法并進行調整，采用 CPMG 序列測定橫向弛豫時間T2。設置的測試條件參數∶采樣頻率 200 kHz，開始采樣時間 (RFD) 0.3 ms，90°脈沖時間(P1) 8 μs，180°脈沖時間 (P2) 15.04 μs，重復間隔時間 (TW) 2000 ms，回波個數 (NECH) 5000，累計采樣次數 (NS) 16，模擬增益 (RG1) 20 dB，數字增益 (DRG 1) 2 dB，最后通過NiumagInvert 軟件反演獲得T2圖譜，計算獲得各弛豫峰的弛豫時間以及峰面積。其中弛豫時間點數量為100，迭代次數為106次，弛豫時間為0.01～1000.00 ms。

數據分析采用SPSS 20.0軟件進行數據顯著性差異分析，采用 Origin 8.6 軟件進行圖表繪制。

2 結果

2.1 殺菌強度的確定

由于魚膠樣品和包裝袋較薄，魚膠中心與環境溫度在殺菌過程的升溫與降溫環節中基本保持一致，能夠較快升溫至設置溫度并保持穩定。

魚膠殺菌后水分含量在85%左右，且水分活度大，同時pH值接近中性，屬于低酸性食品。因此，肉毒梭狀芽胞桿菌(Clostridium botulinum)為魚膠產品的主要殺菌對象。肉毒桿菌芽孢的耐熱性較高，D121.1°C=0.21 min，取F=12D=0.21 min×12=2.52 min[6](D值是指121.1℃下殺滅90%微生物所需的時間，肉毒梭狀芽孢桿菌的D值為0.21 min，12D即殺滅99.9999999999%的微生物)。為了保證安全，現實生產中往往在F=3 min的基礎上，根據實際情況適當增加殺菌強度?？紤]到傳熱以及受熱均勻等問題，本研究在此基礎上增加了50%的安全系數，即殺菌強度為4.5 min。從圖1中的F值曲線中扣除升、降溫過程的F值，可以推斷出在110～125 °C殺菌溫度下達到F=4.5 min所需的恒溫殺菌時間分別為56.44、15.85、3.46和0.92 min。經商業無菌實驗證明，該殺菌強度下不同殺菌溫度均能保證魚膠的安全性(表1)。

表1 不同殺菌溫度所需的殺菌時間Tab. 1 Time required for sterilization at different sterilization temperature

圖1 各殺菌溫度下的傳熱曲線與殺菌強度F值Fig. 1 Heat transfer curve and F-value of sterilization intensity at different sterilization temperature(a) 110 °C, (b) 115 °C, (c) 121 °C, (d) 125 °C.

2.2 殺菌溫度對魚膠質構的影響

在相同殺菌強度下，魚膠的硬度和剪切力隨著殺菌溫度的上升而顯著上升 (P＜0.05) (表2)，從110 °C的14.34 g和20.95 g·s 上升到125 °C的37.02 g和34.24 g·s，分別上升了158.2%和63.4%。而魚膠的黏性由110 °C的?5.51 g顯著下降到的115 °C的?3.59 g后 (P＜0.05)，隨殺菌溫度的上升不再有顯著變化 (P＞0.05)。

表2 不同殺菌溫度下魚膠的質構Tab. 2 Effect of different sterilization temperature on texture of isinglass

2.3 殺菌溫度對魚膠膠原蛋白含量的影響

隨著殺菌溫度的上升，與110 °C殺菌后的魚膠相比，后三者魚膠樣品中的膠原蛋白含量顯著增加 (P＜0.05) (圖2)，從110 °C的0.08 g/g上升至125 °C的0.15 g/g，而溶液中膠原蛋白含量變化趨勢相反，隨著殺菌溫度的升高，溶液中的膠原蛋白含量顯著減少 (P＜0.05)，從110 °C的3.33 mg/mL下降至0.15 mg/mL。

圖2 不同殺菌溫度下魚膠及溶液中膠原蛋白含量1. 110 °C，2. 115 °C，3. 121 °C，4. 125 °C，不同字母代表存在顯著差異(P＜0.05)，圖3同。Fig. 2 Collagen content in isinglass ana solution at different steriligation temperature1. 110 °C, 2. 115 °C, 3. 121 °C, 4. 125 °C, different letters indicate significant difference (P＜0.05), the same as Fig.3.

2.4 殺菌溫度對魚膠色澤的影響

在相同殺菌強度下，隨著殺菌溫度的上升，4組魚膠的L*值逐漸降低 (圖3)，其中110 °C時L*值最大，為 59.78，125 °C時最小，為 49.28。魚膠在110 °C殺菌后的b*值最大，其他三種殺菌溫度下魚膠之間的b*值沒有顯著差異 (P＞0.05)，而隨著殺菌溫度的改變，a*值一直沒有發生顯著變化 (P＞0.05)，保持穩定。

圖3 不同殺菌溫度下對魚膠色澤的影響不同字母表示相同色澤組內存在顯著差異(P＜0.05)。Fig. 3 Effect of different sterilization temperature on color of isinglassDifferent letters indicate significant difference between the same color groups (P＜0.05).

2.5 殺菌溫度對產品水分分布的影響

弛豫時間與氫質子的自由度和所受的束縛力相關，能夠直接反映樣品內部氫質子的狀態和水分子的分布情況，不同結合狀態的水分可通過樣品LF-NMR橫向馳豫圖譜 (T2)的3個弛豫時間和相對峰面積大小加以反映[19]。

根據T2弛豫時間，可以將水分為3種狀態，分別是結合水 (1～10 ms)、不易流動水 (10～100 ms)和自由水 (＞100 ms)[20]。不同殺菌溫度處理后的魚膠樣品均出現了3個弛豫峰 (圖4)。表3顯示了不同樣品的弛豫時間和弛豫峰的峰面積。對比不同殺菌溫度，總體上，隨著殺菌溫度的提高，魚膠結合水、不易流動水弛豫峰面積顯著上升 (P＜0.05)，自由水弛豫峰面積顯著下降 (P＜0.05)。結合水、不易流動水的弛豫時間變化較小，自由水的弛豫時間顯著降低 (P＜0.05)。

表3 不同殺菌溫度下魚膠的水分分布Tab. 3 Effect of different sterilization temperature on water distribution of isinglass

圖4 不同殺菌溫度下魚膠的T2弛豫圖譜Fig. 4 Effect of different sterilization temperature on T2 relaxation pattern of isinglass

2.6 殺菌溫度對蛋白質結構的影響

不同殺菌溫度下魚膠的紅外光譜圖顯示，不同組別具有相似的特征吸收峰，分別為酰胺A、B、Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ吸收峰，但不完全相同，說明次生結構有一定差異 (圖5)。此外，四組紅外光譜都具有Ⅰ型膠原蛋白紅外光譜的特征吸收峰， 即酰胺Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ吸收峰，且125 °C的波數大于其他殺菌溫度 (表4)。

表4 不同殺菌溫度下魚膠FTIR分析Tab. 4 FTIR analysis of isinglasscm?1

圖5 不同溫度殺菌后魚膠的FTIR圖Fig. 5 Effect of different sterilization temperature on FTIR spectrum of isinglass

3 討論

殺菌是即食魚膠食品加工過程的重要環節，殺菌過程中常常會出現過度殺菌，導致產品軟爛，使得口感下降。硬度、黏性和剪切力直接影響了產品的口感，是反映水產品感官的重要指標之一[21]。而膠原蛋白是結構蛋白之一，在質構中起著重要作用[22]，硬度和剪切力的差異可能與魚膠中膠原蛋白的降解程度有關。幾種常見魚類的魚膠蛋白質含量約在70%，其中膠原蛋白含量在60%以上[23]，其含量常常作為評價魚膠品質的重要標準之一。膠原蛋白在劇烈受熱 (加熱溫度高于變性溫度)時，氫鍵易發生斷裂，三股螺旋結構受損，發生降解并析出[24]。常見魚類的魚膠膠原蛋白熱變性溫度為30～45 °C，遠低于殺菌溫度[25-26]。因此，魚膠殺菌時，膠原蛋白受高溫影響，吸水溶脹變得柔軟導致機械強度降低，在可溶性提高的同時會不斷降解成明膠并析出，表面變得黏稠，使得黏性上升。

因此，在較低溫度 (110 °C)殺菌時，為達到目標殺菌強度，需要魚膠的膠原蛋白更長時間受高溫影響，不斷降解轉變為可溶性膠原及明膠，溶出到溶液中，導致樣品膠原蛋白含量減少，溶液中膠原蛋白含量增大，體現出更小的硬度和剪切力以及更大的黏性。而在較高溫度 (125 °C)殺菌時，魚膠受熱時間縮短，顯著減少了膠原蛋白的降解與析出，使得硬度和剪切力相對更大，黏性減小。魚膠膠原蛋白含量與質構的變化趨勢相似，說明魚膠質構的劣化與膠原蛋白的析出與降解相關。

L*值的下降說明魚膠肉質的光澤度在殺菌溫度上升過程中有所降低，表面逐漸變暗。該結果可能是由于在較低溫度下殺菌時間長，魚膠蛋白質組織結構嚴重破壞，組織軟爛，組織間隙內水分增加，導致反射率增加，魚膠L*值上升[27-28]。魚膠中存在少量脂肪，在長時間高溫殺菌后可能會發生氧化，導致魚膠發黃，b*值上升。而魚膠的a*值不受殺菌溫度的影響。

從水分狀態上看，不同溫度殺菌后的魚膠都包含3種狀態的水分，且以自由水為主。110 °C殺菌后的自由水弛豫時間大于其他溫度，說明110 °C殺菌后對自由水的束縛力最小。隨著殺菌溫度的提升，結合水與不易流動水峰面積增大，自由水峰面積減小，這可能是由于隨著殺菌時間減少，降低了高溫對魚膠組織結構的破壞，組織間的間隙相對較小，減少了結合水與不易流動水的流失與向自由水的轉化，水分含量降低。

酰胺 A 區與 N-H 的伸縮振動相關，當 N-H參與生成氫鍵時吸收峰藍移，往往出現在 3300 cm?1處[29]。酰胺 B 區 (3000 cm?1)和 CH2的不對稱彈性振動有關[30]，CH2是三級結構的特征基團。酰胺Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ與膠原蛋白的三螺旋結構緊密相關，是反映蛋白質肽鏈骨架結構的重要吸收峰。酰胺Ⅰ區與肽鏈內羰基 (C=O)的拉伸振動相關，是研究蛋白質二級結構的重要區帶。酰胺Ⅱ區與 C-N拉伸耦合及 N-H 伸縮振動相關，酰胺 Ⅲ 區參與生成膠原蛋白的三螺旋結構[31]。以上區域峰值的存在，證明不同殺菌溫度下魚膠均包含氫鍵，且膠原蛋白保持了一定的三級結構與三螺旋結構[32]。在125 °C殺菌后酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的波數最大，說明其蛋白質結構展開程度最小，結構有序性最高[33]。

4 結論

本研究通過測定殺菌曲線，確定了在110、115、121和125 °C殺菌溫度下達到安全殺菌F值(F=4.5 min)分別所需的殺菌恒溫時間，并進一步研究了不同殺菌溫度對即食魚膠品質的影響。研究發現在110～125 °C，雖然125 °C的高溫會降低魚膠色澤，但魚膠在殺菌后較好地保持了硬度、剪切力、膠原蛋白含量和蛋白質結構，自由水比例相對較低。其他殺菌溫度下，魚膠的硬度、剪切力和膠原蛋白含量隨著溫度的下降而下降。整體上，在相同殺菌強度下，針對魚膠由于過度殺菌而質構軟爛的問題，可以通過適當升高殺菌溫度來降低熱殺菌對產品質構的破壞。該結論可為即食魚膠的加工提供理論依據與參考。

（作者聲明本文無實際或潛在的利益沖突）