鱿鱼是我国渔业重要捕捞鱼种之一,2021年产量约为95万t[1]。鱿鱼是低脂高蛋白的水产品,富含蛋白质和不饱和脂肪酸,具有保健作用[2]。目前,鱿鱼的主要产品形式包括冻鱿鱼、鱿鱼丝[3]、鱿鱼干[4]、鱼糜制品[5]和调味鱿鱼[6]等,这些产品采用传统的冷冻、干制、高盐和高温杀菌等加工手段,对产品的风味、口感、营养等品质造成较大损害[7],难以体现鱿鱼特有的鲜美风味和柔软口感。采用温和加工的软烤即食产品,因水分含量高,口感较好,且食用方便,风味多样,越来越受到消费者的青睐。
香糟鱼是东南沿海传统风味食品[8],是将红曲酒糟(一种红曲糯米酒的副产物)与大黄鱼混合后进行厌氧发酵而制成的。香糟鱼香气浓郁、色泽诱人、口感独特,并且易于保存,因此,备受消费者的喜爱。刘安齐等[9]通过正交试验设计,确定了制备香糟大黄鱼的最优混菌发酵工艺:添加了2%(质量分数)短乳杆菌和6%(质量分数)酿酒酵母,在15 ℃下发酵4 d。还发现混菌发酵为香糟大黄鱼提供了独特的风味。马东林等[10]在大鲵冷冻调理制品腌制工艺中加入红糟,确定了香糟大鲵的最佳工艺条件为加入2.90%(质量分数)食用盐,6.25 ℃下腌制73.40 h,大鲵冷冻调理制品的鲜味得到明显提升。结合鱿鱼低脂高蛋白的特点和现有的糟鱼技术,开发香糟风味即食烤制鱿鱼产品,符合人们追求新鲜、天然、营养和健康的需求,开拓了鱿鱼加工产业的市场。
本研究以模糊数学评价对即食烤制鱿鱼进行综合性评价,通过响应面试验设计优化即食烤制鱿鱼腌制工艺,并分析原料鱿鱼和即食烤制鱿鱼产品的风味差异,以期为即食烤制鱿鱼产品的进一步开发提供实践参考。
阿根廷滑柔鱼(Illex argentines),中国水产舟山海洋渔业有限公司,规格:400～600 g,捕捞时间:2021年3月,捕捞海域经纬度:50°50′W/48°42′S,冷链1 d运至实验室于-20 ℃冷库保存;食盐,中国盐业股份有限公司;白砂糖,上海德福糖业有限公司;谷氨酰胺转氨酶(glutamine transaminase,TGase),浙江新银象生物工程有限公司;食用碱,山东海天化工生物有限公司;红曲酒糟,按照实验室原有工艺,由熟糯米发酵7 d制得[11]。
PH-070A干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司;DZ400S真空包装机,上海帆铭机械有限公司;CR-400色彩色差仪,柯尼卡美能达(中国)投资有限公司;T3-321C Midea电烤箱,美的集团有限公司;PQ001低场核磁共振分析仪,苏州纽迈分析仪器股份有限公司;TMS-Pro质构仪,美国Food Technology Corporation公司;SA-402B电子舌,北京盈盛恒科技有限公司;FlavourSpecc®气相色谱-离子迁移谱联用仪,德国G.A.S.公司。
1.2.1 工艺流程
工艺流程及要点如下所示。
样品预处理→腌制→熟化→阶段干燥→烤制→贮藏待测
样品预处理:鱿鱼流水(水温10 ℃)解冻至中心温度为-2～0 ℃,去鳍、开片、去头、去内脏、去皮、清洗、沥水。
腌制:加入一定量的红曲酒糟、糖、盐、TGase和食用碱,密封置于4 ℃下腌制。
熟化:在沸水中放入鱿鱼煮制3 min后放入冰水中速冷。
阶段干燥:将鱿鱼切成条状,于55 ℃烘干20～30 min,风速控制在1～1.5 m/s。
烤制:干燥后的鱿鱼放入烤箱中,上下火150 ℃焙烤10～20 min。
贮藏待测:4 ℃下冷藏。
1.2.2 模糊数学模型的建立
1.2.2.1 感官评定
参照GB/T 37062—2018 《水产品感官评价指南》中“即食水产制品的评价”,招募长期从事水产品生产加工的专业人员,进行选拔、培训与管理。最终建立10人(5名男性,5名女性,年龄22～35岁)的评价小组。本实验对即食烤制鱿鱼产品采用随机3位数编号法,并按随机顺序排列。评分标准见表1。
表1 即食烤制鱿鱼感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation standard of ready-to-eat baked squid
等级外观(U1)气味(U2)滋味(U3)口感(U4)很好(V1)表面完整,均匀一致,光滑红润气味悠长,糟香浓郁鱿鱼特有滋味,鲜味充足,酒味醇厚肉质紧密有弹性,口感有嚼劲好(V2)表面完整,表皮均匀微红糟香味较淡,无异味鱿鱼特有滋味,鲜味较充足,酒味醇厚肉质有弹性,口感一般一般(V3)表面松散,表皮略现暗淡无糟香味,轻微异味有鱼腥味,酒味较淡,有苦涩味肉质弹性一般,口感较软差(V4)表面松散,表皮暗淡无糟香味,有较重异味有较重鱼腥味和苦涩味肉质松散,口感差
1.2.2.2 模糊数学评价方法的建立
评价因素由外观(U1)、气味(U2)、滋味(U3)与口感(U4)4 个评价指标组成,即U={U1,U2,U3,U4}。评语集以很好(V1)、好(V2)、一般(V3)、差(V4)组成,即V={V1,V2,V3,V4}。
设定了4个评价等级,分别为“很好”、“好”、“一般”和“差”,它们对应的中间值分别为90、65、40和10。基于此,建立了评价等级集K={K1,K2,K3,K4}={90,65,40,10}。
按照外观、气味、滋味和口感分别占0.20、0.20、0.35和0.25的权重,计算出了相应的分值。基于此,确定了权重集a={0.20,0.20,0.35,0.25}[10]。
综合评价得分为Pi=a×Ri×KT/100,其中,Ri为模糊矩阵,矩阵中的每个元素由具体打分人数除以总人数构成;KT为评价等级集K的转置矩阵。
1.2.3 单因素试验
在恒定因素为TGase添加量0.5%、红糟添加量10.0%、腌制时间24 h条件下,研究TGase添加量(0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%,质量分数)、红糟添加量(5.0%、7.5%、10.0%、12.5%、15.0%,质量分数)和腌制时间(6、12、18、24、30 h)对即食烤制鱿鱼的水分分布、色泽(a*值)、质构和感官评分等指标的影响。
1.2.3.1 水分分布测定
参考蔡丽君等[12]方法,将样品切成质量为1.5 g的小块(2 cm×1 cm×0.5 cm),并用保鲜膜包裹。磁体工作温度32 ℃,以CPMG序列测定T2弛豫时间。回波个数2 500,扫描次数16,等待时间3 500 ms。
1.2.3.2 肌肉色泽测定
参考刘安齐等[9]的方法,对鱿鱼去皮一侧的红绿值(a*)进行测定。采用国际照明委员会标准规定的红绿值(a*)表示色泽,a*>0则说明偏红,且a*值越大表明越红。
1.2.3.3 肌肉质构测定
参考石钰琢等[13]的方法,将样品切成2 cm×1 cm×0.5 cm的小块,对样品进行全质构测定(texture profile analysis,TPA)。使用P/5柱形探头,触发力5 g,测试速度50 mm/min,压缩形变量50%,回升高度25 mm。
1.2.4 Box-Behnken响应面法优化
采用TGase添加量(X1)、红糟添加量(X2)和腌制时间(X3)3个变量的实验设计,每个变量有3个层次,因变量为模糊感官评分。用于工艺优化的自变量的3个层次是根据单因素试验的基础上选择的,分别为TGase添加量(0.1%、0.3%、0.5%),红糟添加量(10.0%、12.5%、15.0%)和腌制时间(18、24、30 h)。对所选反应进行二阶模型拟合,拟合方程如公式(1)所示:
(1)
式中:Y,预测响应值,b0,常数项系数,bj,一次项系数,bjj,二次项系数,bij,交互项系数。
1.2.5 电子舌测定
根据DU等[14]的方法,准确称取熟制后的样品30 g,打碎后加入蒸馏水150 mL,3 000 r/min离心10 min,静置分层,将上清液倒入电子舌专用杯中。每个样品设置测定4个循环,测定甜味时为5个循环。为保证结果的稳定性和可靠性,只保留后3次的数据进行分析。
1.2.6 挥发性风味物质测定
根据WANG等[15]方法并稍作修改。挥发性化合物采用强极性色谱柱MXT-WAX(30 m×0.53 mm,1 μm)。准确称取0.5 g样品,并将其放入20 mL顶空瓶中。密封小瓶, 40 ℃孵育10 min。顶空注射器在65 ℃以分流模式自动注入顶空气体。注射量500 μL,清洗时间30 s。60 ℃分离30 min,以99.999%的N2为载体和漂移气体。流速程序设置如下:气流速率在开始时为2.00 mL/min,持续2 min,在8 min内线性增加至10 mL/min,再在10 min内逐渐升至100 mL/min,并保持10 min。
1.2.7 数据处理
采用SPSS 26.0软件对样本间的差异进行方差分析(One-Way ANOVA)和Duncan多区间检验(P<0.05)。使用响应面Design-Expert 13软件进行模型的优化和验证。采用HS-GC-IMS Library Search、Reporter Gallery plot和LAV处理软件分析HS-GC-IMS指纹图谱。使用Origin 2022b软件进行绘图和相关性分析。
2.1.1 单因素对水分分布的影响
低场核磁共振弛豫法可以反映样品中的水分状态和分布[16],不同的TGase添加量所对应的T2弛豫图谱分别如图1-a～图1-c所示。
a-不同TGase添加量的T2弛豫图谱;b-不同红糟添加量的T2弛豫图谱;c-不同腌制时间的T2弛豫图谱;d-不同TGase添加量的T2弛豫时间;e-不同红糟添加量的T2弛豫时间;f-不同腌制时间的T2弛豫时间;g-不同TGase添加量的峰比例;h-不同红糟添加量的峰比例;i-不同腌制时间的峰比例
图1 TGase添加量、红糟添加量及腌制时间对即食烤制鱿鱼水分分布的影响
Fig.1 Effect of TGase addition, aromatic lees addition, and marinating time on water distribution of ready-to-eat baked squid
注:图中不同小写字母表示组间存在显著性差异(P<0.05)(下同)。
核磁共振横向弛豫(T2)可以被分离为3个指数种群:T21、T22和T23,分别表示与大分子结合紧密的结合水、截留在肌原纤维蛋白中的固定水和外部的游离水[17]。图1-d～图1-f为单因素对T2弛豫时间的影响。T2越短,水分子的迁移率越低,弛豫速度越快。T22变化较大,可能是由于这部分水中的氢质子与大分子物质之间的相互作用变化较大。图1-g～图1-i为单因素对峰比例的影响,A23分别在0.3% TGase添加量,15.0%红糟添加量,30 h腌制时间取得最小值,说明样品中蛋白质分子与水的结合度较强,导致水分子移动性较弱[18]。
2.1.2 单因素对色差的影响
在即食烤制鱿鱼的腌制过程中,鱿鱼肉会被红糟中的红曲色素逐步渗透[10],因而其a*值不断增加。因此,可以通过a*值来判断腌制的程度,理想的a*值范围则预示着更佳的腌制效果。如图2-a所示,a*值呈现先上升后下降的趋势,在TGase添加量为0.3%时取得最大值;由图2-b、图2-c可知,a*随红糟添加量和腌制时间的增大而不断上升,在添加量为12.5%与15.0%没有显著差异(P>0.05),在腌制24 h时达到预期的理想值(39.51±0.58)。
a- TGase添加量;b-红糟添加量;c-腌制时间
图2 TGase添加量、红糟添加量及腌制时间对即食烤制鱿鱼色差的影响
Fig.2 Effect of TGase addition, aromatic lees addition, and marinating time on chromatic aberration of ready-to-eat baked squid
2.1.3 单因素对质构的影响
质构特性可以反映鱼肉的组织状态[19],是衡量其食用价值的重要指标。如表2所示,硬度、胶黏性和咀嚼性发生了较大变化。TGase能使肉颗粒之间形成大的聚合蛋白质分子和凝胶结构[20],从而增强蛋白质之间的交联作用。硬度、胶黏性和咀嚼性呈现先上升后下降的趋势,这与李金星等[21]研究TGase添加量对鲈鱼小片的影响的结论相一致;硬度在红糟添加量为15.0%时达到最大值[(54.06±0.79) g],显著高于其他组(P<0.05),红糟添加量为12.5%时,胶黏性和咀嚼性达到最大值,分别为(34.18±1.40) N和(93.46±3.17) mJ;腌制时间为24 h时,硬度、胶黏性和咀嚼性均显著高于其他组(P<0.05)。硬度、胶黏性和咀嚼性是评价肉质的关键指标,但其值高低与肉质好坏之间的关系有待研究。
表2 TGase添加量、红糟添加量及腌制时间对即食烤制鱿鱼质构的影响
Table 2 Effect of TGase addition, aromatic lees addition, and marinating time on texture properties of ready-to-eat baked squid
变量水平硬度/g黏附性/mJ内聚性Ratio弹性/mm胶黏性/N咀嚼性/mJTGase添加量/%0.159.69±0.06b0.31±0.01b0.67±0.01bc2.16±0.03cd40.78±0.21b95.93±0.50b0.365.40±2.54a0.26±0.01c0.69±0.01ab2.13±0.03d43.69±1.91a110.4±2.74a0.552.15±1.15c0.33±0.00b0.70±0.01a2.23±0.04bc35.95±1.17c78.16±0.88c0.752.28±0.42c0.39±0.02a0.67±0.00c2.50±0.03a36.12±0.53c79.78±0.92c0.951.76±1.59c0.37±0.01a0.68±0.00abc2.32±0.05b35.13±1.00c75.97±2.47c红糟添加量/%5.045.16±0.67c0.10±0.00c0.68±0.02a2.59±0.10ab29.46±1.22b82.38±3.61b7.541.97±0.12d0.15±0.01abc0.69±0.01a2.70±0.06a28.93±0.54b78.11±1.74b10.042.61±1.46cd0.17±0.00ab0.68±0.01a2.75±0.10a30.10±1.08b72.13±1.06c12.551.02±1.63b0.13±0.04bc0.68±0.00a2.68±0.04a34.18±1.40a93.46±3.17a15.054.06±0.79a0.18±0.00a0.67±0.01a2.49±0.05b33.79±0.76a82.75±1.09b腌制时间/h678.01±3.11c0.12±0.00b0.69±0.01b1.88±0.08b53.93±2.01c100.14±2.20d1278.06±0.07c0.13±0.00b0.73±0.01a1.91±0.03b54.23±0.33c104.43±1.78d1885.28±2.52b0.10±0.00c0.69±0.00b1.93±0.01b62.51±1.49b118.82±1.27b2495.06±1.95a0.13±0.00b0.70±0.01b2.12±0.01a69.22±1.55a144.06±2.81a3087.01±3.73b0.18±0.01a0.69±0.00b1.85±0.04b59.87±2.74b110.66±1.82c
注:同列数据上标不同小写字母表示组间存在显著差异(P<0.05)。
2.1.4 单因素对感官评分的影响
感官评定是通过具有专业知识的人员运用味觉、触觉、视觉、嗅觉和听觉对食品进行科学性综合性评价的一种方法[22],能够综合反映食品的品质状态。如图3-a所示,不同TGase添加量,感官评分均在80分以上,在0.3%时达到最大值,与色差、硬度、弹性、胶黏性和咀嚼性的结果一致;如图3-b所示,红糟添加量为12.5%时,感官评分90分;如图3-c所示,感官评分在腌制18 h时达到最大值。
a- TGase添加量;b-红糟添加量;c-腌制时间
图3 TGase添加量、红糟添加量及腌制时间对即食烤制鱿鱼感官评分的影响
Fig.3 Effect of TGase addition, aromatic lees addition, and duration of marination on compressive quality of ready-to-eat baked squid
如图4所示,感官评价得分结果与T22呈显著负相关(P<0.05),与硬度和胶黏性显著正相关(P<0.05),与咀嚼性和a*呈极显著正相关(P<0.05),说明即食烤制鱿鱼品质与T22、硬度、胶黏性、咀嚼性和a*密切相关,其中a*和咀嚼性相较于T22、硬度和胶黏性更能体现即食烤制鱿鱼的品质特性。综上所述,感官总分可有效评价即食烤制鱿鱼品质优劣。
图4 即食烤制鱿鱼品质指标相关性分析
Fig.4 Correlation analysis of compressive score squid and quality index
注:*表示P≤0.05;**表示P≤0.01。
2.3.1 数学模型的建立与显著性检验
对不同加工条件的感官评分进行多元回归分析,得到拟合后的响应面模型方程: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,表明回归方程模型显著性和可靠性高;失拟项P=0.273 3>0.05,表明该项差异不显著,模型具有较好的拟合度;决定系数和校正系数分别为0.993 7和0.985 7,进一步表明本研究的实验数据较可靠,模型高度显著,可用于感官评分的预测。一次项X1、X2和交互项X2X3以及二次项X12、X22、X32具有极显著影响,其中各因素影响程度为X1>X2>X3,即TGase添加量>红糟添加量>腌制时间。由图5可知,X1X3交互作用效果的等高线图显示为密集的椭圆形状,响应面图陡峭[23],表明其交互作用效果显著。综上所述,该模型能够较好地描述即食烤制鱿鱼腌制工艺参数对其感官评分的影响。
a-TGase添加量和红糟添加量;b-TGase添加量和腌制时间;c-红糟添加量和腌制时间
图5 不同因素交互响应曲面图
Fig.5 Response surface contour plots of different factors
2.3.2 最佳工艺条件的检验
通过软件得到设计变量的最佳条件为TGase添加量0.30%、红糟添加量13.02%、腌制时间24.27 h,预测感官评分的最大响应值为89.23。为验证最佳工艺,进行了3次实验,产品颜色红润、质地柔软且糟香浓郁,感官评分为88.20,与预测值接近,表明所建立的数学模型可靠。
以基准液为参比,利用电子舌对原料鱿鱼和即食烤制鱿鱼的滋味特征进行评价,结果如图6所示。电子舌可模拟人体味觉系统快速并准确地鉴定样品的滋味[24],与传统的感官评价相比,电子舌对样品的评价更具客观性和重复性。与原料鱿鱼相比,即食烤制鱿鱼的酸味、涩味和咸味的响应值更高,苦味和甜味的响应值较低。即食烤制鱿鱼的甜味低于原料鱿鱼,而酸味高于原料鱿鱼,这可能是由于腌制过程中红糟中的短乳杆菌利用葡萄糖,产生有机酸[25]。即食烤制鱿鱼和原料鱿鱼的鲜味响应值接近,说明了在腌制过后保持了鱿鱼鲜美的滋味。
图6 原料鱿鱼和即食烤制鱿鱼滋味相对强度雷达图
Fig.6 Radar plot of relative taste intensity of raw squid and ready-to-eat baked squid
为更直观的反映鱿鱼原料和产品的差异,使用Gallery Plot插件生成指纹图谱以识别原料鱿鱼和即食烤制鱿鱼的特征峰区域,结果如图7所示,共29种挥发性化合物被定性,包括:醇类(9种)、醛类(8种)、酮类(5种)、酯类(4种)、酸类(1种)和其他化合物(2种),这些物质的形成与脂质和蛋白质通过非酶和酶反应的降解有关[26]。其中鱿鱼原料的挥发性风味成分主要是由2,5-二甲基己烷、丙酮、丁酸乙酯和甲醛等组成,即食烤制鱿鱼除乙醛、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。
图7 鱿鱼原料和即食烤制鱿鱼挥发性风味成分Gallery Plot图
Fig.7 Gallery Plot of volatile flavor compounds in raw squid and ready-to-eat baked squid
注:M表示单体,D表示二聚体;其中点表示挥发性有机物,颜色的面积和亮度表示物质的浓度。白色表示含量低,红色表示含量高,颜色越深,含量越高。
醇类是即食烤制鱿鱼中最丰富的挥发性化合物,乙醇和1-己醇的含量较高,这可能是因为在腌制过程中加入的红糟中醇类化合物比较丰富。1-戊烯-3-醇具有鱼腥味和青草味,在即食烤制鱿鱼中的含量有所降低。1-己醇是糟制食品的特征风味物质,呈现出淡淡的嫩枝叶气息,微带酒香、果香和脂肪气息[9],经腌制后明显上升。
醛是脂质氧化的主要产物,小分子醛类具有低嗅觉阈值和独特的气味特征[27]。乙醛为小分子醛类,具有刺激性气味。在腌制后乙醛含量降低,说明腌制过程减少了鱿鱼原料的刺激性气味。
酮类与令人愉悦的风味特征有关,如奶油味、煮熟味和水果味,酮类化合物的香气阈值普遍较高[28],但部分酮类物质可能与其他挥发性成分共同作用[29],增强鱼腥味。经腌制后丙酮含量降低,减少了酮类物质与其他物质作用的可能,从而降低了鱼腥味。
酯类是一种重要而常见的化合物,具有较低的气味阈值,通过酯化反应合成,可以提供水果风味或掩盖腐烂气味[30]。即食烤制鱿鱼中的酯类主要是乙酸乙酯,具有水果香气,且高于鱿鱼原料中的含量。
在原料和产品中只检测出乙酸这一种酸,即食烤制鱿鱼中的乙酸含量显著上升,是由于腌制过程中红糟中的短乳杆菌产乙酸所致。此外,吡嗪和烷烃类化合物由于具有较低的气味阈值而容易影响食品的气味。2-乙基吡嗪是一种食用香精,具有烤香、肉香和鱼香等香气。
本研究建立以外观、气味、滋味和口感为指标的模糊感官综合评分方法,分析感官评分与品质指标之间的相关性,发现感官评分与咀嚼性和红绿值(a*)具有极显著的相关性。采用响应面优化模型得到最佳加工工艺为TGase添加量0.30%,红糟添加量13.02%,腌制时间24.27 h。与原料鱿鱼相比,即食烤制鱿鱼的酸味、涩味和咸味的响应值更高,苦味和甜味的响应值较低。共定性29种挥发性风味物质,主要包括醇类、醛类、酮类和酯类,在腌制前后醇类和醛类是挥发性风味成分变化最大的化合物类别,腌制工艺降低了原料的刺激性气味以及腥味,为产品带来酒香、果香和油脂的香味。该研究为即食烤制鱿鱼的进一步开发提供实践参考。
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