Quality Change of Crayfish (Procambarus clarkii) Tail during Frying
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摘要: 本研究采用感官评价、质构仪、低场核磁共振(LF-NMR)结合扫描电镜等方法,研究了克氏原螯虾尾油炸过程中的水分、感官品质、色泽、质构、微观结构等的变化,并分析了弛豫时间与测定指标的相关性。结果表明:随着油炸温度的提高和油炸时间的延长,水分含量逐渐下降。LF-NMR成像反映水分脱除从外向内逐渐递进,弛豫时间T22峰面积及相对比例下降,显示油炸主要脱除的水分为不易流动水。随着炸制虾尾水分的降低,色泽亮度(L*值)和红值(a*值)下降,黄值(b*值)上升,虾肉硬度、弹性和咀嚼性逐渐增大。扫描电镜图像显示肌肉纤维收缩且间隙变致密。当水分含量为60.5%时,虾尾喜好度、咀嚼性等各指标处于较佳值。此时,硬度为24.55~25.64 N,弹性为3.52~3.57 mm,内聚性为0.7 Ratio,咀嚼性为54.6~56.5 mJ。相关性分析显示,T22与硬度、弹性、内聚性和咀嚼性呈显著负相关(P<0.05)。可利用低场核磁共振(LF-NMR)成像及弛豫时间T22峰面积比来预测评价炸制小龙虾尾的质地品质,为小龙虾尾的油炸加工过程提供一定的理论指导。Abstract: Sensory evaluation, texture analyzer, low field-nuclear magnetic resonance (LF-NMR) and scanning electron microscope were used in this study for analyzing the changes of moisture, sensory quality, color, texture and microstructure of crayfish tail during frying, and the correlation between relaxation time and related indexes was analyzed. The results showed that: With the increasing of frying temperature and frying time, the moisture content decreased. LF-NMR imaging showed that the water was removed gradually from the outside to the inside. The peak area and relative proportion of relaxation time T22 decreased, which showed that the immobilized water was removed mainly during frying. With the decrease of water content of fried crayfish tail, the brightness of color (L* value) and the red value (a* value) decreased, and yellow value (b* value) rised, at the same time the hardness, elasticity and chewiness of crayfish meat increased gradually. Scanning electron microscope images showed that muscle fibers contracted and the gap became dense. The happiness and chewiness indexes of crayfish tail were best when the water content was 60.5%. At this point, the hardness was 24.55~25.64 N, the elasticity was 3.52~3.57 mm, the cohesion was 0.7 Ratio, and the chewiness was 54.6~56.5 mJ. Correlation analysis showed that, T22 was negatively correlated with hardness, elasticity, cohesiveness and chewiness (P<0.05). The texture quality of the fried crayfish tail could be predicted by the LF-NMR imaging and the relaxation time T22 peak area ratio. It would provide some theoretical guidance for the frying process of crayfish tail.
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小龙虾,学名克氏原螯虾(Procambarus clarkii),属甲壳纲螯虾科。小龙虾的蛋白含量较高,脂肪和胆固醇含量极低,虾肉中的锌、碘、硒等微量元素含量较高,是一种优质水产品[1]。“十三五”以来,小龙虾产业呈现爆发式增长,消费市场持续升温,已成为当前我国最火爆的餐饮和网红食品之一。据测算,2019年中国小龙虾产业总产值达4110亿元,同比增长19.28%(未包括港澳台统计)[2]。油炸是小龙虾方便制品加工中重要的一环,油炸可以赋予虾肉特殊的风味和色泽,同时调整产品的质地和口感。小龙虾油炸过程中质构品质与其微观结构、水分含量密切相关,水分含量过低会使肌原纤维蛋白发生部分变性、缩短和聚集,虾肉变硬,水分含量过高则易发生有害微生物感染[3-4]。建立质构品质与水分之间的变化规律,有利于通过水分监测和控制来提高产品质构品质。
低场核磁共振(LF-NMR)是一种快速、高效的无损检测技术,能针对性地探测复杂体系中小分子的氢质子信号,并给出相关小分子含量、运动性能、物理化学环境等相关重要信息,现已被广泛应用于医学、化工、材料等领域[5]。例如,LF-NMR已被用于分析薯条中的水分和油脂的含量,以及评价食用油的品质[6]。ZHANG等[7]利用LF-NMR和核磁共振成像技术,研究鲭鱼油炸过程中体内水和油分布的变化。发现随着油炸温度的升高,组织结构遭到破坏,蒸煮损失率、含油率、硬度和咀嚼性增加。此外,LF-NMR还可以检测海参在冻融循环中的特性[8]。
克氏原螯虾养殖具有周期性,因此,有必要通过深加工调节克氏原螯虾产品的市场供应。预调理小龙虾菜肴或休闲食品是其深加工的一种重要形式,为探讨虾尾油炸加工过程中的水分迁移与品质变化的关系,本研究采用感官评价、质构仪、低场核磁共振(LF-NMR)结合扫描电镜等方法,分析了克氏原螯虾尾油炸过程中的水分、感官品质、色泽、质构、微观结构等的变化,并分析弛豫时间与相关指标的相关性,从而为借助低场核磁的弛豫时间的信号表征产品质构等品质特征提供依据。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
冷冻克氏原螯虾尾(贮藏于−18℃冰箱,使用时按照需求拿出) 潜江虾运食品有限公司;金龙鱼大豆油 南宁市沃尔玛超市;石油醚、甲醛、无水乙醇 均为分析纯试剂。
XJ-6K116电炸锅 爱思杰电器(深圳)有限公司;SQP型电子天平 德国Sartoriius公司;GZX-GF101-3-BS电热恒温鼓风干燥箱 上海跃进医疗器械有限公司;FD-1D-50真空冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司;MR20-025V-1核磁共振成像分析仪 上海纽迈电子科技有限公司;F16502扫描电镜 荷兰PHENOM公司;TMS-Pro FTC质构仪 北京盈盛恒泰科技有限责任公司;CM-3600d 分光测色计 日本柯尼卡·美能达公司。
1.2 实验方法
1.2.1 克氏原螯虾尾炸制处理
冷冻克氏原螯虾尾根据实验需要取出,于流动水中解冻并清洗干净,沥干。将800 g大豆油倒入电炸锅中,分别设置150、170和190 ℃三种油炸温度。将120 g克氏原螯虾尾倒入锅中,油炸20、40、60、80、100、120、140、160和180 s,取出后控油。虾尾脱壳后,分别测定其水分含量、低场核磁共振T2弛豫时间及核磁成像、质构、色差以及扫描电镜观察虾肉微观结构,以未油炸的虾尾作为对照。
1.2.2 水分含量测定
参照国家标准GB 50093-2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的方法测定。
1.2.3 低场核磁共振T2及核磁成像测定
将油炸后的虾肉切成方块状样品(约1.0 g精确至0.001 g),用聚乙烯保鲜膜包住虾肉块,利用LF-NMR进行T2的测定,再进行成像分析。
低场核磁共振分析的条件:采用磁共振成像分析仪,磁体温度32 ℃,射频线圈直径为1~25 mm,将标准溶液放入磁体箱射频线圈的中心位置,利用自由感应衰减序列(FID)序列确定低场核磁共振的中心频率为22.00 MHz,自动寻找90°和180°脉冲宽度。将CPMG序列参数设置:重复采样等待时间Tw为2500 ms,回波个数NECH为2000,回波间隔TE为0.6 ms,重复扫描次数NS为8。样品放入直径25 mm的核磁共振专用试管,置于磁场中心位置的射频线圈中心进行测定,采集后进行反演。
利用NMR成像软件进行成像,成像参数:利用多层自旋回波(SE)序列对虾肉进行磁共振成像,选择矢状面、冠状面和横断面作为定位像显示区,参数设置:层数3,视野80 mm×80 mm,层厚3.0 mm,层间隙1.3 mm,扫描次数4次,累加次数16,回波时间18.125 ms,重复等待时间300 ms,图像均以Dicom格式保存并进行处理。
1.2.4 感官评价
将不同处理组的油炸克氏原螯虾尾置于白色透明自封袋中,随机编号样品并以随机的顺序分发给感官评价员。由15名经过培训的感官鉴评员,对研究的各样品进行评价打分。虾壳外形、虾肉颜色、硬度、弹性和咀嚼性作为感官鉴评的评价指标,分值设置0~10分,根据评价指标进行打分,感官评定标准如表1。
表 1 油炸克氏原螯虾尾感官评定标准Table 1. Sensory evaluation standard of fried crayfish tail项目与权重 评分标准及分数 虾壳外形(0.10) 严重收缩/干瘪(0~4),虾壳松散(5~6),虾壳较完整(7~8),虾壳完整(9~10) 虾肉颜色(0.15) 略微发白/变黑(0~4),略微发暗(5~6),浅红色(7~8),深红色(9~10) 硬度(0.25) 肉质差(0~4),肉质软(5~6),肉质一般(7~8),肉质好(9~10) 弹性(0.25) 无弹性/弹性差(0~4),弹性软(5~6),弹性一般(7~8),弹性好(9~10) 咀嚼性(0.25) 无嚼劲(0~4),嚼劲差(5~6),嚼劲一般(7~8),嚼劲好(9~10) 喜好度 很差(0~4),差(5~6),一般(7~8),很好(9~10) 1.2.5 色差测定
使用色差仪对虾肉中心部位测量L*、a*、b*值。
1.2.6 质构测定
将油炸后虾肉切成8 mm×8 mm×6 mm方块,选用直径75 mm圆盘探头和100 N力量感应元,安装TMS-Pro质构仪上,打开电脑TL-Pro软件,调用TPA程序。参数设置:起始力0.5 N,形变量50%,检测速度60 mm/min,两次测定时间间隔为5 s,测试完成后利用TL-Pro软件自动计算分析实验结果。
1.2.7 扫描电镜观察虾肉组织结构
参照MELLEMA等[9]的方法并进行稍加修改。将虾肉切成5 mm×5 mm×1 mm的小块置于烧杯内,加入石油醚浸泡3 h,用磷酸缓冲液(pH7.4)清洗5 min,重复3次;再用2.5%的戊二醛溶液在4 ℃条件下固定5 h;再次用磷酸缓冲液(pH7.4)清洗5 min,重复3次;然后依次用体积分数为50%、60%、70%、80%、90%和100%的乙醇溶液进行脱水,脱水后在−80 ℃条件下预冻12 h,然后置于冷冻干燥机中干燥24 h;采用离子溅射对样品表面喷金。扫描电镜放大500倍观察喷金处理的干燥样品并拍照。
1.3 数据处理
采用Excel 2010软件进行数据分析。用SPSS 20.0版软件进行邓肯氏单因素显著性差异分析,并用Oringin 2021软件作图,Correlation Plot插件进行皮尔逊相关系数分析。每组试验均进行3次平行,用平均数±标准差(Mean±SD)表示。
2. 结果与分析
2.1 克氏原螯虾尾油炸过程水分含量的变化
克氏原螯虾尾油炸过程的水分含量变化如图1所示。可见,随着油炸时间的延长,克氏原螯虾尾水分含量逐渐下降,从炸制前的78.24%降低至190 ℃ 180 s时的57.13%。而随着油炸温度的提高,水分含量下降速率增大,水分脱除加快。190 ℃加热20 s,水分含量降低近10%,继续加热则水分脱除的速率减慢。与PAN等[10]的研究结果相类似。这可能由于食用油温度越高传热效果越好,虾尾在热油中其表面水分不断蒸发。表面水分与虾尾中心处水分出现水分含量差异(即传质推动力是水分梯度),所以虾尾高水分区水分子向低水分区扩散或转移。另一方面原因主要是温度高导致水分子运动加快,并导致蛋白质变性,肌肉保水性下降[11]。150 ℃油温油炸180 s,虾肉的水分含量与190 ℃加热20 s相当。可见,为提高处理效率,选择190 ℃加热有助于缩短热处理时间。
2.2 克氏原螯虾尾油炸过程水分变化的LF-NMR分析
2.2.1 油炸克氏原螯虾尾的T2弛豫图谱
根据食品中的水分子与其他组分结合的紧密程度,将食品中的水区分为自由水、不易流动水和结合水三种结合状态,不同结合状态可通过样品的LF-NMR的横向弛豫图谱(T2)三个弛豫时间的相对峰面积大小加以反映。其中的弛豫时间T21表示与蛋白质紧密结合的水,其通过化学反应严格按照比例关系牢固地同纤维间体结合,只有在强烈的热处理或特定化学作用下才可除去;T22表示不易流动的吸附结合水,在物料外表面及肌原纤维内部通过分子吸附作用结合在一起;T23表示内部自由水分,它与油炸食品内部非水组分的结合力几乎为零,主要依靠表面附着和毛细管作用等吸附力而存在于产品中[12-15]。
图2为190 ℃不同油炸时间的克氏原螯虾尾的横向弛豫图谱(T2)。可以看出,与未油炸虾尾相比,油炸后T21和T23信号强度随加热时间的延长逐渐上升,可能是因为结合水存在于细胞内部,由分子间作用力将其束缚,油炸使蛋白质结合水的含量增加。T22横向弛豫时间变短和弛豫峰的峰高下降。SUN等[16]对鲅鱼进行油炸、蒸煮、烘烤和水煮热加工,研究发现油炸加工使鱼肉中水分损失最大。不易流动水峰面积下降,自由水峰面积在所有加工方式中呈现增加的趋势。
将LF-NMR的T21、T22、T23三个弛豫峰面积比转化为相对比例,得到三种结合状态水分的相对比例,结果如图3。可见,随着加热时间的延长,不易流动水在整个食品体系中的水分分布比例下降,而由于结合水相对稳定,导致其相对比例提高,自由水的相对比例也增加。虾肉内部水分子与蛋白质等大分子之间结合的氢键遭到破坏,导致肌肉纤维外部空间变大,不易流动水减少,自由水增加[17]。由此说明油炸过程中水分的脱除主要为不易流动水。
2.2.2 油炸克氏原螯虾尾的水分变化的MRI成像
采用MRI成像技术,可以观察到样品水分分布的变化,如图4所示。在伪彩色图像中,红色表示高氢质子密度,蓝色表示低氢质子密度[18]。由图4可见,与未油炸虾肉相比,随着油炸时间的延长,先是虾肉表面的亮度下降,随后内部亮度逐渐下降,说明虾肉的水分先从表面向环境迁移,造成表面水分下降。随着表面水分的降低,形成水分梯度,在水分梯度作用下,内部水分向表面不断扩散,造成内部水分的降低。在水分梯度和温度梯度作用下,最终内外水分降低并达到平衡[19-20]。
2.3 油炸克氏原螯虾尾的感官评价
将190 ℃炸制不同时间的虾肉进行感官评价。其中感官喜好度评分与其油炸时间与水分含量的关系如表2所示。可见,190 ℃炸制155 s时,水分含量达到60.5%,此时的虾肉的感官喜好度得分最高((7.3±1.69)分)。
表 2 油炸不同时间的虾尾水分含量及感官评价喜好度得分(190 ℃)Table 2. Moisture content and sensory evaluation preference score of fried crayfish tail at different time (190 ℃)油炸时间(s) 60 130 155 180 200 水分含量(%) 66.7±0.19a 63.9±0.16b 60.5±0.26c 57.1±0.18d 54.3±0.15e 喜好度得分(分) 5.8±1.09 6.88±1.84 7.3±1.69 6.67±2.16 6.22±2.48 注:同行不同字母表示各组间差异显著(P<0.05)。 其他感官指标与水分含量的关系如图5所示。油炸时间延长,虾壳形状得分下降,其外形收缩明显。虾肉颜色则在水分含量为63.9%~57.1%之间表现较佳,油炸时间过长或过短,色泽变暗或变白。虾肉水分含量在66.7%时,虾肉质地较软,得分较低外,其余水分含量样品硬度得分差异不大。当190 ℃油炸155 s,水分含量在60.5%时,虾壳完整,颜色浅红色,虾肉硬度、弹性和咀嚼性得分较高。水分含量降低54.3%时,虾肉颜色变焦变暗,外形严重收缩并变得酥脆、坚硬,失去虾肉特有的肉质感。瞿桂香等[21]研究发现油炸温度170 ℃,油炸时间2.5 min时,即食椒盐小龙虾感官评分较高。水分含量与食品质地、感官和消费者的接受度这些参数密切相关,是油炸食品重要的质量参数。
2.4 油炸克氏原螯虾尾色泽变化
不同油炸条件下虾肉的颜色,L*值、b*值和a*值的变化如图6所示。随着炸制时间延长,颜色加深(图6A)。油炸过程L*值(图6B)变化是先上升后下降,a*值(图6C)下降,b*值(图6D)上升。该结果与杨海琦等[22]研究油炸工艺对即食小龙虾品质的影响,与L*值、a*值均呈先上升后下降的趋势,而b*值先明显上升后趋于稳定的结果相类似。造成炸制过程的色泽变化,可能与其炸制过程蛋白和虾青素热变性有关,也与虾肉水分降低,发生美拉德反应有关。THIANSILAKUL等[23]研究发现,60 ℃以上的热处理会使东方鲔肌红蛋白发生变性。色泽参数的变化反映了油炸过程中虾肉颜色的加深,与其他研究人员的结果一致[24-25]。
2.5 油炸克氏原螯虾尾的质构变化
炸制虾尾的质地除了感官评价外,还可通过质构仪的参数进行量化。油炸虾尾的质构变化如图7所示。硬度和弹性表现为人体对食品感到柔软或坚硬,并且使食品达到一定变形时所需要的力,即食品保持初始形状的内部结合力[26]。咀嚼性是一项综合质地分析参数,由硬度与胶粘性共同决定,而胶粘性由硬度和内聚性决定,其中硬度影响较大[27]。由图7可知,与未炸制的虾尾相比,炸制后,虾肉的硬度先下降,后缓慢回升(图7A);弹性随油炸时间逐渐提高直至相对稳定(图7B);内聚性随炸制时间延长呈现梯度提高(图7C);咀嚼性则随油炸时间逐渐提高(图7D)。150~190 ℃油炸,温度越高,TPA的四个质构指标的变化越显著,同等炸制时间下,190 ℃油炸的硬度、弹性和咀嚼性均显著高于170 ℃和150 ℃油炸样品(P<0.05)。三种炸制温度对内聚性的影响不大,三者基本保持一致,在油炸后期有了一些差别,170 ℃和190 ℃油炸样品高于150 ℃样品。加热过程中虾肉的肌原纤维缩短,导致肌肉收缩[28]。水分损失虾肉质皱缩、紧致,因此硬度和咀嚼度增大。由于190 ℃油炸155 s水分含量(60.5%)时,感官评分较高。此时,虾尾油炸140~160 s的硬度为24.55~25.64 N,弹性为3.52~3.57 mm,内聚性为0.7 Ratio,咀嚼性为54.6~56.5 mJ。
2.6 油炸克氏原螯虾尾的微观结构变化
虾尾肌肉主要由肌原纤维组成[29]。油炸小龙虾尾肌肉肌纤维的扫描电镜图如图8所示。与未炸制样品相比,190 ℃油炸20~60 s时,肌纤维致密;随着炸制时间延长至100 s起,肌纤维间隙变大,纤维变粗,且出现断裂。结合油炸过程的水分变化及质构变化,油炸至155 s时,虾尾的质地口感评价较高,且TPA模式分析中,硬度、弹性和咀嚼性、内聚性均呈现较大值。此时,虾尾肌纤维的微观结构呈现纤维较粗,纤维间隙较大的特征,这可能与水分脱除后的细胞结构压缩改变有关,从而也导致虾尾质地和感官的变化。研究还发现食物油炸过程中内部水分会蒸发产生蒸汽,减少油的进入。当组织结构空隙较多时,会导致吸油现象发生[30]。
2.7 油炸克氏原螯虾尾品质指标的相关性分析
对油炸克氏原螯虾各指标进行相关性分析,结果如图9所示。表中的数字表示相关系数,红色表示正相关,蓝色表示负相关。由图9可见,水分含量与弹性、内聚性和咀嚼性的相关系数大于−0.9,呈高度显著负相关(P<0.001),与此同时,T22与弹性、内聚性和咀嚼性的相关系数大于−0.7,也呈现负相关,其中T22与内聚性相关系数为−0.94,呈现高度显著负相关(P<0.001)。相反,T21与弹性、内聚性和咀嚼性的相关系数大于0.7,呈现极显著正相关(P<0.01)。相关性分析结果表明,LF-NMR的参数值可作为分析评价虾尾质构的有效方法。
3. 结论
本研究表明:随着油炸温度提高和油炸时间的延长,水分含量下降。LF-NMR成像反映水分脱除从外向内逐渐递进,弛豫时间T22峰面积及相对比例下降,显示油炸主要脱除的水分为不易流动水。随着炸制虾尾水分的降低,色泽亮度(L*值)和红值(a*值)下降,黄值(b*值)上升,虾肉硬度、弹性和咀嚼性逐渐增大。扫描电镜图像显示肌肉纤维收缩,间隙变大,纤维不松散。其中当水分含量为60.5%时,虾尾喜好度、咀嚼性等各指标处于较佳值。此时,虾尾的硬度为24.55~25.64 N,弹性为3.52~3.57 mm,内聚性为0.7 Ratio,咀嚼性为54.6~56.5 mJ。相关性分析显示,水分含量以及T22与虾尾的弹性、内聚性和咀嚼性呈显著负相关(P<0.05)。综上所述,LF-NMR可用于监测虾尾在油炸过程中的水分迁移变化和评估产品质构品质。本文未对油炸过程中虾尾的含油量及油的降解进行探讨,只采用传统大豆油,不同食用油对虾尾品质的影响,还需进一步研究。
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表 1 油炸克氏原螯虾尾感官评定标准
Table 1 Sensory evaluation standard of fried crayfish tail
项目与权重 评分标准及分数 虾壳外形(0.10) 严重收缩/干瘪(0~4),虾壳松散(5~6),虾壳较完整(7~8),虾壳完整(9~10) 虾肉颜色(0.15) 略微发白/变黑(0~4),略微发暗(5~6),浅红色(7~8),深红色(9~10) 硬度(0.25) 肉质差(0~4),肉质软(5~6),肉质一般(7~8),肉质好(9~10) 弹性(0.25) 无弹性/弹性差(0~4),弹性软(5~6),弹性一般(7~8),弹性好(9~10) 咀嚼性(0.25) 无嚼劲(0~4),嚼劲差(5~6),嚼劲一般(7~8),嚼劲好(9~10) 喜好度 很差(0~4),差(5~6),一般(7~8),很好(9~10) 表 2 油炸不同时间的虾尾水分含量及感官评价喜好度得分(190 ℃)
Table 2 Moisture content and sensory evaluation preference score of fried crayfish tail at different time (190 ℃)
油炸时间(s) 60 130 155 180 200 水分含量(%) 66.7±0.19a 63.9±0.16b 60.5±0.26c 57.1±0.18d 54.3±0.15e 喜好度得分(分) 5.8±1.09 6.88±1.84 7.3±1.69 6.67±2.16 6.22±2.48 注:同行不同字母表示各组间差异显著(P<0.05)。 -
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期刊类型引用(4)
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