即食烤制魷魚工藝優化及風味分析

吳俊杰,魏幫鴻,郭全友*,宋曉燕,張曉慧,3,朱琳,鄭堯,楊絮,蔣中權

1(中國水產科學研究院東海水產研究所,農業農村部遠洋與極地漁業創新重點實驗室,上海,200090)2(上海理工大學 健康科學與工程學院,上海,200093)3(上海海洋大學 食品學院,上海,201306)

魷魚是我國漁業重要捕撈魚種之一,2021年產量約為95萬t[1]。魷魚是低脂高蛋白的水產品,富含蛋白質和不飽和脂肪酸,具有保健作用[2]。目前,魷魚的主要產品形式包括凍魷魚、魷魚絲[3]、魷魚干[4]、魚糜制品[5]和調味魷魚[6]等,這些產品采用傳統的冷凍、干制、高鹽和高溫殺菌等加工手段,對產品的風味、口感、營養等品質造成較大損害[7],難以體現魷魚特有的鮮美風味和柔軟口感。采用溫和加工的軟烤即食產品,因水分含量高,口感較好,且食用方便,風味多樣,越來越受到消費者的青睞。

香糟魚是東南沿海傳統風味食品[8],是將紅曲酒糟(一種紅曲糯米酒的副產物)與大黃魚混合后進行厭氧發酵而制成的。香糟魚香氣濃郁、色澤誘人、口感獨特,并且易于保存,因此,備受消費者的喜愛。劉安齊等[9]通過正交試驗設計,確定了制備香糟大黃魚的最優混菌發酵工藝:添加了2%(質量分數)短乳桿菌和6%(質量分數)釀酒酵母,在15 ℃下發酵4 d。還發現混菌發酵為香糟大黃魚提供了獨特的風味。馬東林等[10]在大鯢冷凍調理制品腌制工藝中加入紅糟,確定了香糟大鯢的最佳工藝條件為加入2.90%(質量分數)食用鹽,6.25 ℃下腌制73.40 h,大鯢冷凍調理制品的鮮味得到明顯提升。結合魷魚低脂高蛋白的特點和現有的糟魚技術,開發香糟風味即食烤制魷魚產品,符合人們追求新鮮、天然、營養和健康的需求,開拓了魷魚加工產業的市場。

本研究以模糊數學評價對即食烤制魷魚進行綜合性評價,通過響應面試驗設計優化即食烤制魷魚腌制工藝,并分析原料魷魚和即食烤制魷魚產品的風味差異,以期為即食烤制魷魚產品的進一步開發提供實踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

阿根廷滑柔魚(Illexargentines),中國水產舟山海洋漁業有限公司,規格:400～600 g,捕撈時間:2021年3月,捕撈海域經緯度:50°50′W/48°42′S,冷鏈1 d運至實驗室于-20 ℃冷庫保存;食鹽,中國鹽業股份有限公司;白砂糖,上海德福糖業有限公司;谷氨酰胺轉氨酶(glutamine transaminase,TGase),浙江新銀象生物工程有限公司;食用堿,山東海天化工生物有限公司;紅曲酒糟,按照實驗室原有工藝,由熟糯米發酵7 d制得[11]。

PH-070A干燥箱,上海一恒科學儀器有限公司;DZ400S真空包裝機,上海帆銘機械有限公司;CR-400色彩色差儀,柯尼卡美能達(中國)投資有限公司;T3-321C Midea電烤箱,美的集團有限公司;PQ001低場核磁共振分析儀,蘇州紐邁分析儀器股份有限公司;TMS-Pro質構儀,美國Food Technology Corporation公司;SA-402B電子舌,北京盈盛恒科技有限公司;FlavourSpecc?氣相色譜-離子遷移譜聯用儀,德國G.A.S.公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

工藝流程及要點如下所示。

樣品預處理→腌制→熟化→階段干燥→烤制→貯藏待測

樣品預處理:魷魚流水(水溫10 ℃)解凍至中心溫度為-2～0 ℃,去鰭、開片、去頭、去內臟、去皮、清洗、瀝水。

腌制:加入一定量的紅曲酒糟、糖、鹽、TGase和食用堿,密封置于4 ℃下腌制。

熟化:在沸水中放入魷魚煮制3 min后放入冰水中速冷。

階段干燥:將魷魚切成條狀,于55 ℃烘干20～30 min,風速控制在1～1.5 m/s。

烤制:干燥后的魷魚放入烤箱中,上下火150 ℃焙烤10～20 min。

貯藏待測:4 ℃下冷藏。

1.2.2 模糊數學模型的建立

1.2.2.1 感官評定

參照GB/T 37062—2018 《水產品感官評價指南》中“即食水產制品的評價”,招募長期從事水產品生產加工的專業人員,進行選拔、培訓與管理。最終建立10人(5名男性,5名女性,年齡22～35歲)的評價小組。本實驗對即食烤制魷魚產品采用隨機3位數編號法,并按隨機順序排列。評分標準見表1。

表1 即食烤制魷魚感官評價標準Table 1 Sensory evaluation standard of ready-to-eat baked squid

1.2.2.2 模糊數學評價方法的建立

評價因素由外觀(U1)、氣味(U2)、滋味(U3)與口感(U4)4 個評價指標組成,即U={U1,U2,U3,U4}。評語集以很好(V1)、好(V2)、一般(V3)、差(V4)組成,即V={V1,V2,V3,V4}。

設定了4個評價等級,分別為“很好”、“好”、“一般”和“差”,它們對應的中間值分別為90、65、40和10?；诖?建立了評價等級集K={K1,K2,K3,K4}={90,65,40,10}。

按照外觀、氣味、滋味和口感分別占0.20、0.20、0.35和0.25的權重,計算出了相應的分值?；诖?確定了權重集a={0.20,0.20,0.35,0.25}[10]。

綜合評價得分為Pi=a×Ri×KT/100,其中,Ri為模糊矩陣,矩陣中的每個元素由具體打分人數除以總人數構成;KT為評價等級集K的轉置矩陣。

1.2.3 單因素試驗

在恒定因素為TGase添加量0.5%、紅糟添加量10.0%、腌制時間24 h條件下,研究TGase添加量(0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%,質量分數)、紅糟添加量(5.0%、7.5%、10.0%、12.5%、15.0%,質量分數)和腌制時間(6、12、18、24、30 h)對即食烤制魷魚的水分分布、色澤(a*值)、質構和感官評分等指標的影響。

1.2.3.1 水分分布測定

參考蔡麗君等[12]方法,將樣品切成質量為1.5 g的小塊(2 cm×1 cm×0.5 cm),并用保鮮膜包裹。磁體工作溫度32 ℃,以CPMG序列測定T2弛豫時間?；夭▊€數2 500,掃描次數16,等待時間3 500 ms。

1.2.3.2 肌肉色澤測定

參考劉安齊等[9]的方法,對魷魚去皮一側的紅綠值(a*)進行測定。采用國際照明委員會標準規定的紅綠值(a*)表示色澤,a*>0則說明偏紅,且a*值越大表明越紅。

1.2.3.3 肌肉質構測定

參考石鈺琢等[13]的方法,將樣品切成2 cm×1 cm×0.5 cm的小塊,對樣品進行全質構測定(texture profile analysis,TPA)。使用P/5柱形探頭,觸發力5 g,測試速度50 mm/min,壓縮形變量50%,回升高度25 mm。

1.2.4 Box-Behnken響應面法優化

采用TGase添加量(X1)、紅糟添加量(X2)和腌制時間(X3)3個變量的實驗設計,每個變量有3個層次,因變量為模糊感官評分。用于工藝優化的自變量的3個層次是根據單因素試驗的基礎上選擇的,分別為TGase添加量(0.1%、0.3%、0.5%),紅糟添加量(10.0%、12.5%、15.0%)和腌制時間(18、24、30 h)。對所選反應進行二階模型擬合,擬合方程如公式(1)所示:

(1)

式中:Y,預測響應值,b0,常數項系數,bj,一次項系數,bjj,二次項系數,bij,交互項系數。

1.2.5 電子舌測定

根據DU等[14]的方法,準確稱取熟制后的樣品30 g,打碎后加入蒸餾水150 mL,3 000 r/min離心10 min,靜置分層,將上清液倒入電子舌專用杯中。每個樣品設置測定4個循環,測定甜味時為5個循環。為保證結果的穩定性和可靠性,只保留后3次的數據進行分析。

1.2.6 揮發性風味物質測定

根據WANG等[15]方法并稍作修改。揮發性化合物采用強極性色譜柱MXT-WAX(30 m×0.53 mm,1 μm)。準確稱取0.5 g樣品,并將其放入20 mL頂空瓶中。密封小瓶, 40 ℃孵育10 min。頂空注射器在65 ℃以分流模式自動注入頂空氣體。注射量500 μL,清洗時間30 s。60 ℃分離30 min,以99.999%的N2為載體和漂移氣體。流速程序設置如下:氣流速率在開始時為2.00 mL/min,持續2 min,在8 min內線性增加至10 mL/min,再在10 min內逐漸升至100 mL/min,并保持10 min。

1.2.7 數據處理

采用SPSS 26.0軟件對樣本間的差異進行方差分析(One-Way ANOVA)和Duncan多區間檢驗(P<0.05)。使用響應面Design-Expert 13軟件進行模型的優化和驗證。采用HS-GC-IMS Library Search、Reporter Gallery plot和LAV處理軟件分析HS-GC-IMS指紋圖譜。使用Origin 2022b軟件進行繪圖和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 單因素對即食烤制魷魚品質的影響

2.1.1 單因素對水分分布的影響

低場核磁共振弛豫法可以反映樣品中的水分狀態和分布[16],不同的TGase添加量所對應的T2弛豫圖譜分別如圖1-a～圖1-c所示。

a-不同TGase添加量的T2弛豫圖譜;b-不同紅糟添加量的T2弛豫圖譜;c-不同腌制時間的T2弛豫圖譜;d-不同TGase添加量的T2弛豫時間;e-不同紅糟添加量的T2弛豫時間;f-不同腌制時間的T2弛豫時間;g-不同TGase添加量的峰比例;h-不同紅糟添加量的峰比例;i-不同腌制時間的峰比例

核磁共振橫向弛豫(T2)可以被分離為3個指數種群:T21、T22和T23,分別表示與大分子結合緊密的結合水、截留在肌原纖維蛋白中的固定水和外部的游離水[17]。圖1-d～圖1-f為單因素對T2弛豫時間的影響。T2越短,水分子的遷移率越低,弛豫速度越快。T22變化較大,可能是由于這部分水中的氫質子與大分子物質之間的相互作用變化較大。圖1-g～圖1-i為單因素對峰比例的影響,A23分別在0.3% TGase添加量,15.0%紅糟添加量,30 h腌制時間取得最小值,說明樣品中蛋白質分子與水的結合度較強,導致水分子移動性較弱[18]。

2.1.2 單因素對色差的影響

在即食烤制魷魚的腌制過程中,魷魚肉會被紅糟中的紅曲色素逐步滲透[10],因而其a*值不斷增加。因此,可以通過a*值來判斷腌制的程度,理想的a*值范圍則預示著更佳的腌制效果。如圖2-a所示,a*值呈現先上升后下降的趨勢,在TGase添加量為0.3%時取得最大值;由圖2-b、圖2-c可知,a*隨紅糟添加量和腌制時間的增大而不斷上升,在添加量為12.5%與15.0%沒有顯著差異(P>0.05),在腌制24 h時達到預期的理想值(39.51±0.58)。

a- TGase添加量;b-紅糟添加量;c-腌制時間

2.1.3 單因素對質構的影響

質構特性可以反映魚肉的組織狀態[19],是衡量其食用價值的重要指標。如表2所示,硬度、膠黏性和咀嚼性發生了較大變化。TGase能使肉顆粒之間形成大的聚合蛋白質分子和凝膠結構[20],從而增強蛋白質之間的交聯作用。硬度、膠黏性和咀嚼性呈現先上升后下降的趨勢,這與李金星等[21]研究TGase添加量對鱸魚小片的影響的結論相一致;硬度在紅糟添加量為15.0%時達到最大值[(54.06±0.79) g],顯著高于其他組(P<0.05),紅糟添加量為12.5%時,膠黏性和咀嚼性達到最大值,分別為(34.18±1.40) N和(93.46±3.17) mJ;腌制時間為24 h時,硬度、膠黏性和咀嚼性均顯著高于其他組(P<0.05)。硬度、膠黏性和咀嚼性是評價肉質的關鍵指標,但其值高低與肉質好壞之間的關系有待研究。

表2 TGase添加量、紅糟添加量及腌制時間對即食烤制魷魚質構的影響Table 2 Effect of TGase addition, aromatic lees addition, and marinating time on texture properties of ready-to-eat baked squid

2.1.4 單因素對感官評分的影響

感官評定是通過具有專業知識的人員運用味覺、觸覺、視覺、嗅覺和聽覺對食品進行科學性綜合性評價的一種方法[22],能夠綜合反映食品的品質狀態。如圖3-a所示,不同TGase添加量,感官評分均在80分以上,在0.3%時達到最大值,與色差、硬度、彈性、膠黏性和咀嚼性的結果一致;如圖3-b所示,紅糟添加量為12.5%時,感官評分90分;如圖3-c所示,感官評分在腌制18 h時達到最大值。

a- TGase添加量;b-紅糟添加量;c-腌制時間

2.2 品質指標相關性分析

如圖4所示,感官評價得分結果與T22呈顯著負相關(P<0.05),與硬度和膠黏性顯著正相關(P<0.05),與咀嚼性和a*呈極顯著正相關(P<0.05),說明即食烤制魷魚品質與T22、硬度、膠黏性、咀嚼性和a*密切相關,其中a*和咀嚼性相較于T22、硬度和膠黏性更能體現即食烤制魷魚的品質特性。綜上所述,感官總分可有效評價即食烤制魷魚品質優劣。

圖4 即食烤制魷魚品質指標相關性分析Fig.4 Correlation analysis of compressive score squid and quality index

2.3 工藝優化試驗結果

2.3.1 數學模型的建立與顯著性檢驗

對不同加工條件的感官評分進行多元回歸分析,得到擬合后的響應面模型方程:Y=-162.74+109.86X1+13.18X2+12.33X3+2.10X1X2-0.71X1X3-0.20X2X3-174.03X12-0.34X22-0.20X32

模型P<0.01,表明回歸方程模型顯著性和可靠性高;失擬項P=0.273 3>0.05,表明該項差異不顯著,模型具有較好的擬合度;決定系數和校正系數分別為0.993 7和0.985 7,進一步表明本研究的實驗數據較可靠,模型高度顯著,可用于感官評分的預測。一次項X1、X2和交互項X2X3以及二次項X12、X22、X32具有極顯著影響,其中各因素影響程度為X1>X2>X3,即TGase添加量>紅糟添加量>腌制時間。由圖5可知,X1X3交互作用效果的等高線圖顯示為密集的橢圓形狀,響應面圖陡峭[23],表明其交互作用效果顯著。綜上所述,該模型能夠較好地描述即食烤制魷魚腌制工藝參數對其感官評分的影響。

a-TGase添加量和紅糟添加量;b-TGase添加量和腌制時間;c-紅糟添加量和腌制時間

2.3.2 最佳工藝條件的檢驗

通過軟件得到設計變量的最佳條件為TGase添加量0.30%、紅糟添加量13.02%、腌制時間24.27 h,預測感官評分的最大響應值為89.23。為驗證最佳工藝,進行了3次實驗,產品顏色紅潤、質地柔軟且糟香濃郁,感官評分為88.20,與預測值接近,表明所建立的數學模型可靠。

2.4 滋味輪廓分析

以基準液為參比,利用電子舌對原料魷魚和即食烤制魷魚的滋味特征進行評價,結果如圖6所示。電子舌可模擬人體味覺系統快速并準確地鑒定樣品的滋味[24],與傳統的感官評價相比,電子舌對樣品的評價更具客觀性和重復性。與原料魷魚相比,即食烤制魷魚的酸味、澀味和咸味的響應值更高,苦味和甜味的響應值較低。即食烤制魷魚的甜味低于原料魷魚,而酸味高于原料魷魚,這可能是由于腌制過程中紅糟中的短乳桿菌利用葡萄糖,產生有機酸[25]。即食烤制魷魚和原料魷魚的鮮味響應值接近,說明了在腌制過后保持了魷魚鮮美的滋味。

圖6 原料魷魚和即食烤制魷魚滋味相對強度雷達圖Fig.6 Radar plot of relative taste intensity of raw squid and ready-to-eat baked squid

2.5 揮發性風味成分分析

為更直觀的反映魷魚原料和產品的差異,使用Gallery Plot插件生成指紋圖譜以識別原料魷魚和即食烤制魷魚的特征峰區域,結果如圖7所示,共29種揮發性化合物被定性,包括:醇類(9種)、醛類(8種)、酮類(5種)、酯類(4種)、酸類(1種)和其他化合物(2種),這些物質的形成與脂質和蛋白質通過非酶和酶反應的降解有關[26]。其中魷魚原料的揮發性風味成分主要是由2,5-二甲基己烷、丙酮、丁酸乙酯和甲醛等組成,即食烤制魷魚除乙醛、丙酮、丁酸乙酯、2-甲基丙醇和1-戊烯-3-醇有所降低外,其他化合物含量均增加。

圖7 魷魚原料和即食烤制魷魚揮發性風味成分Gallery Plot圖Fig.7 Gallery Plot of volatile flavor compounds in raw squid and ready-to-eat baked squid

醇類是即食烤制魷魚中最豐富的揮發性化合物,乙醇和1-己醇的含量較高,這可能是因為在腌制過程中加入的紅糟中醇類化合物比較豐富。1-戊烯-3-醇具有魚腥味和青草味,在即食烤制魷魚中的含量有所降低。1-己醇是糟制食品的特征風味物質,呈現出淡淡的嫩枝葉氣息,微帶酒香、果香和脂肪氣息[9],經腌制后明顯上升。

醛是脂質氧化的主要產物,小分子醛類具有低嗅覺閾值和獨特的氣味特征[27]。乙醛為小分子醛類,具有刺激性氣味。在腌制后乙醛含量降低,說明腌制過程減少了魷魚原料的刺激性氣味。

酮類與令人愉悅的風味特征有關,如奶油味、煮熟味和水果味,酮類化合物的香氣閾值普遍較高[28],但部分酮類物質可能與其他揮發性成分共同作用[29],增強魚腥味。經腌制后丙酮含量降低,減少了酮類物質與其他物質作用的可能,從而降低了魚腥味。

酯類是一種重要而常見的化合物,具有較低的氣味閾值,通過酯化反應合成,可以提供水果風味或掩蓋腐爛氣味[30]。即食烤制魷魚中的酯類主要是乙酸乙酯,具有水果香氣,且高于魷魚原料中的含量。

在原料和產品中只檢測出乙酸這一種酸,即食烤制魷魚中的乙酸含量顯著上升,是由于腌制過程中紅糟中的短乳桿菌產乙酸所致。此外,吡嗪和烷烴類化合物由于具有較低的氣味閾值而容易影響食品的氣味。2-乙基吡嗪是一種食用香精,具有烤香、肉香和魚香等香氣。

3 結論

本研究建立以外觀、氣味、滋味和口感為指標的模糊感官綜合評分方法,分析感官評分與品質指標之間的相關性,發現感官評分與咀嚼性和紅綠值(a*)具有極顯著的相關性。采用響應面優化模型得到最佳加工工藝為TGase添加量0.30%,紅糟添加量13.02%,腌制時間24.27 h。與原料魷魚相比,即食烤制魷魚的酸味、澀味和咸味的響應值更高,苦味和甜味的響應值較低。共定性29種揮發性風味物質,主要包括醇類、醛類、酮類和酯類,在腌制前后醇類和醛類是揮發性風味成分變化最大的化合物類別,腌制工藝降低了原料的刺激性氣味以及腥味,為產品帶來酒香、果香和油脂的香味。該研究為即食烤制魷魚的進一步開發提供實踐參考。