即食鱼胶产品的杀菌工艺

袁 毅， 姜启兴*， 高 沛， 杨 方，余达威， 许艳顺， 夏文水*

(1. 江南大学食品学院，江苏 无锡 214122；2. 江南大学，江苏省食品安全与质量控制协同创新中心，江苏 无锡 214122)

鱼胶即鱼鳔的干制品，也称鱼肚、花胶，与海参、燕窝等名贵食材一起统称为“八珍”，素有“海洋人参”之誉。鱼胶富含胶原蛋白[1]、维生素及多种微量元素，具有极高的食用和药用价值，是理想的高蛋白食品[2]。传统上，鱼胶主要通过直接烹饪或者经初加工制成干制品在市面上销售，但是干制品食用前要经过清洗、泡发、蒸煮等工序，较为繁琐，极大地限制了鱼胶产品的发展。近年来，随着人们健康意识的提升，我国鱼胶行业的规模在逐年扩大，2020 年我国鱼胶产量达到7495 t[3]，鱼胶的深加工也得到了快速发展，已开发出了鱼鳔饮料、鱼鳔肉糕、风味鱼鳔片、鱼鳔膨化脆片等多种产品。其中，即食鱼胶是市场占有率最大且最受消费者欢迎的制品。

目前鱼胶加工企业在杀菌过程中往往只关注食品的安全性而忽视了热杀菌工艺对食品品质的破坏[4]。过度杀菌或不合理的杀菌工艺会极大破坏鱼胶原有的口感、风味和营养价值，甚至导致鱼胶杀菌后出现溶解软烂现象。目前，研究人员针对不同杀菌温度对鱼产品品质的影响进行了研究。例如，张迎东等[5]发现，杀菌温度对鲢(Hypophthalmichthys molitrix)鱼糜口感和弹性的影响较大，温度越高，鱼糜凝胶被破坏的程度越大，造成弹性不足，综合考虑，鲢鱼糜罐头的最佳杀菌温度为118 °C。姜启兴等[6]发现，在110～129 °C温度范围内，随着杀菌温度的升高，斑点叉尾鮰(Ictalurus punctatus)软罐头产品的质构、色泽与感官都有显著提升。但目前对于鱼胶的研究主要集中在其功效因子的开发利用[7]，以及鱼胶中胶原蛋白的提取[8-9]与改性[10]。热稳定性方面的研究也仅仅是针对鱼胶中提取后的胶原蛋白[11]，热杀菌对鱼胶整体品质影响的研究仍不明晰。

因此，为解决鱼胶经高温杀菌后质构软烂等问题，本研究选择国内常见广盐性眼斑拟石首鱼(Sciaenops ocellatus)的鱼胶作为对象，分析了鱼胶产品品质受不同杀菌温度的影响，以期在确保安全的情况下减少高温对鱼胶产品的破坏，避免过度杀菌后鱼胶质构的劣化，为鱼胶产品加工的发展提供思路和理论依据。据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

眼斑拟石首鱼鱼胶由大洲新燕 (厦门)生物科技有限公司提供；羟脯氨酸试剂盒购于北京索莱宝生物科技有限公司；氢氧化钠、盐酸均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

物性分析仪 (TA.XTPlus) (英国SMS公司)；色彩色差计 (TS20) (深圳市三恩时科技有限公司)；紫外-可见分光光度仪 (UV-1000) (上海天美科学仪器有限公司)；真空封口机 (DZ-280/2SE) (东莞市金桥科技电器制造有限公司)；灭菌高温温度记录仪 (CH-150) [驰煌测控技术 (上海)有限公司]；立式压力蒸汽灭菌锅 (西安常仪生化仪器设备有限公司)；电热鼓风干燥箱 (上海一恒科学仪器有限公司)；电热恒温培养箱 (上海捷呈实验仪器有限公司)；傅里叶红外光谱仪 (IS10) (美国Nicolet公司)；低场核磁共振成像仪 (MesoMR23-060V-I) (苏州纽迈分析仪器股份有限公司)；差示扫描量热仪(DSC3) (瑞士梅特勒-托利多公司)。

1.3 实验方法

产品预处理取鱼胶约1 g，浸没于纯净水中，置于4 °C下泡发4 h。泡发结束后沥干，吸干鱼胶表面水分，称量泡发后的重量，放入真空包装袋，按1∶6 (质量体积分数)的比例加入纯净水后真空密封，置于杀菌锅中灭菌，反压冷却约至70 °C，取出后流动水冷却至室温。

杀菌曲线的绘制使用无线温度探头测量杀菌过程中鱼胶中心和杀菌锅内的温度，110、115、121和125 °C下数据采集器分别设置为每间隔1 min、1 min、0.5 min和10 s记录一次，绘制样品中心温度以及环境温度的变化曲线，计算得出相应的鱼胶中心和杀菌锅内的杀菌强度(F值)。

F值的计算

式中，t为杀菌时间 (s)，T为对应时间样品的中心温度 (°C)，一般以90 °C作为起点温度，Z为微生物的温度敏感性，一般取10 °C[12]。

商业无菌的确定参考GB4789.26—2013。

质构的测定测定参数参考Riebroy等[13]的方法。将杀菌后的鱼胶冷却至室温，裁剪成2 cm×2 cm的形状，采用 TA.XTPlus 物性分析仪进行分析，探头 P/2N，每组测试2次，测试参数∶测试速率1 mm/s，测试距离2 mm，记录其硬度和黏性。探头A/CKB，每组测试2次，测试参数设置∶测前速率为2 mm/s，测试速率为1 mm/s，测后速率为 2 mm/s，压缩程度 10%，间隔时间5 s，记录其剪切力。每组样品测定6个平行，取平均值。

色泽的测定采用LAB表色系统[14]进行色差分析，L*表示亮度值，L*=0表示黑色，L*=100表示白色。a*表示红绿值，a*＞0表示红度，相反则为绿度。b*表示黄蓝值，b*＞0表示黄度，相反则为蓝度。将灭菌后的鱼胶从包装袋中取出，吸干表面水分，用色差仪测量其L*、a*和b*值，不同条件下每组取3块，重复测定6次取平均值。

胶原蛋白含量的测定参考申京宇等[15]的方法并进行调整，分别将0.4 g鱼胶以及0.2 mL包装袋内的溶液于在110 °C下消化4 h，按照羟脯氨酸试剂盒的使用说明进行检测，得出鱼胶样品以及包装袋内溶液的羟脯氨酸含量，再乘以11.1的系数[16]，得到胶原蛋白含量。

傅里叶红外光谱(FTIR)分析参考Pal等[17]的方法并适当修改，将灭菌后的鱼胶冻干，采用IS10型傅里叶变换红外光谱仪测定，扫描波数范围为 4000～500 cm−1，分辨率为 4 cm−1，扫描信号累加 32 次，以空气为空白。

低场核磁 (LF-NMR)的测定参考张彪等[18]的方法并进行调整，采用 CPMG 序列测定横向弛豫时间T2。设置的测试条件参数∶采样频率 200 kHz，开始采样时间 (RFD) 0.3 ms，90°脉冲时间(P1) 8 μs，180°脉冲时间 (P2) 15.04 μs，重复间隔时间 (TW) 2000 ms，回波个数 (NECH) 5000，累计采样次数 (NS) 16，模拟增益 (RG1) 20 dB，数字增益 (DRG 1) 2 dB，最后通过NiumagInvert 软件反演获得T2图谱，计算获得各弛豫峰的弛豫时间以及峰面积。其中弛豫时间点数量为100，迭代次数为106次，弛豫时间为0.01～1000.00 ms。

数据分析采用SPSS 20.0软件进行数据显著性差异分析，采用 Origin 8.6 软件进行图表绘制。

2 结果

2.1 杀菌强度的确定

由于鱼胶样品和包装袋较薄，鱼胶中心与环境温度在杀菌过程的升温与降温环节中基本保持一致，能够较快升温至设置温度并保持稳定。

鱼胶杀菌后水分含量在85%左右，且水分活度大，同时pH值接近中性，属于低酸性食品。因此，肉毒梭状芽胞杆菌(Clostridium botulinum)为鱼胶产品的主要杀菌对象。肉毒杆菌芽孢的耐热性较高，D121.1°C=0.21 min，取F=12D=0.21 min×12=2.52 min[6](D值是指121.1℃下杀灭90%微生物所需的时间，肉毒梭状芽孢杆菌的D值为0.21 min，12D即杀灭99.9999999999%的微生物)。为了保证安全，现实生产中往往在F=3 min的基础上，根据实际情况适当增加杀菌强度。考虑到传热以及受热均匀等问题，本研究在此基础上增加了50%的安全系数，即杀菌强度为4.5 min。从图1中的F值曲线中扣除升、降温过程的F值，可以推断出在110～125 °C杀菌温度下达到F=4.5 min所需的恒温杀菌时间分别为56.44、15.85、3.46和0.92 min。经商业无菌实验证明，该杀菌强度下不同杀菌温度均能保证鱼胶的安全性(表1)。

表1 不同杀菌温度所需的杀菌时间Tab. 1 Time required for sterilization at different sterilization temperature

图1 各杀菌温度下的传热曲线与杀菌强度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 杀菌温度对鱼胶质构的影响

在相同杀菌强度下，鱼胶的硬度和剪切力随着杀菌温度的上升而显著上升 (P＜0.05) (表2)，从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，分别上升了158.2%和63.4%。而鱼胶的黏性由110 °C的−5.51 g显著下降到的115 °C的−3.59 g后 (P＜0.05)，随杀菌温度的上升不再有显著变化 (P＞0.05)。

表2 不同杀菌温度下鱼胶的质构Tab. 2 Effect of different sterilization temperature on texture of isinglass

2.3 杀菌温度对鱼胶胶原蛋白含量的影响

随着杀菌温度的上升，与110 °C杀菌后的鱼胶相比，后三者鱼胶样品中的胶原蛋白含量显著增加 (P＜0.05) (图2)，从110 °C的0.08 g/g上升至125 °C的0.15 g/g，而溶液中胶原蛋白含量变化趋势相反，随着杀菌温度的升高，溶液中的胶原蛋白含量显著减少 (P＜0.05)，从110 °C的3.33 mg/mL下降至0.15 mg/mL。

图2 不同杀菌温度下鱼胶及溶液中胶原蛋白含量1. 110 °C，2. 115 °C，3. 121 °C，4. 125 °C，不同字母代表存在显著差异(P＜0.05)，图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 杀菌温度对鱼胶色泽的影响

在相同杀菌强度下，随着杀菌温度的上升，4组鱼胶的L*值逐渐降低 (图3)，其中110 °C时L*值最大，为 59.78，125 °C时最小，为 49.28。鱼胶在110 °C杀菌后的b*值最大，其他三种杀菌温度下鱼胶之间的b*值没有显著差异 (P＞0.05)，而随着杀菌温度的改变，a*值一直没有发生显著变化 (P＞0.05)，保持稳定。

图3 不同杀菌温度下对鱼胶色泽的影响不同字母表示相同色泽组内存在显著差异(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 杀菌温度对产品水分分布的影响

弛豫时间与氢质子的自由度和所受的束缚力相关，能够直接反映样品内部氢质子的状态和水分子的分布情况，不同结合状态的水分可通过样品LF-NMR横向驰豫图谱 (T2)的3个弛豫时间和相对峰面积大小加以反映[19]。

根据T2弛豫时间，可以将水分为3种状态，分别是结合水 (1～10 ms)、不易流动水 (10～100 ms)和自由水 (＞100 ms)[20]。不同杀菌温度处理后的鱼胶样品均出现了3个弛豫峰 (图4)。表3显示了不同样品的弛豫时间和弛豫峰的峰面积。对比不同杀菌温度，总体上，随着杀菌温度的提高，鱼胶结合水、不易流动水弛豫峰面积显著上升 (P＜0.05)，自由水弛豫峰面积显著下降 (P＜0.05)。结合水、不易流动水的弛豫时间变化较小，自由水的弛豫时间显著降低 (P＜0.05)。

表3 不同杀菌温度下鱼胶的水分分布Tab. 3 Effect of different sterilization temperature on water distribution of isinglass

图4 不同杀菌温度下鱼胶的T2弛豫图谱Fig. 4 Effect of different sterilization temperature on T2 relaxation pattern of isinglass

2.6 杀菌温度对蛋白质结构的影响

不同杀菌温度下鱼胶的红外光谱图显示，不同组别具有相似的特征吸收峰，分别为酰胺A、B、Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ吸收峰，但不完全相同，说明次生结构有一定差异 (图5)。此外，四组红外光谱都具有Ⅰ型胶原蛋白红外光谱的特征吸收峰， 即酰胺Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ吸收峰，且125 °C的波数大于其他杀菌温度 (表4)。

表4 不同杀菌温度下鱼胶FTIR分析Tab. 4 FTIR analysis of isinglasscm−1

图5 不同温度杀菌后鱼胶的FTIR图Fig. 5 Effect of different sterilization temperature on FTIR spectrum of isinglass

3 讨论

杀菌是即食鱼胶食品加工过程的重要环节，杀菌过程中常常会出现过度杀菌，导致产品软烂，使得口感下降。硬度、黏性和剪切力直接影响了产品的口感，是反映水产品感官的重要指标之一[21]。而胶原蛋白是结构蛋白之一，在质构中起着重要作用[22]，硬度和剪切力的差异可能与鱼胶中胶原蛋白的降解程度有关。几种常见鱼类的鱼胶蛋白质含量约在70%，其中胶原蛋白含量在60%以上[23]，其含量常常作为评价鱼胶品质的重要标准之一。胶原蛋白在剧烈受热 (加热温度高于变性温度)时，氢键易发生断裂，三股螺旋结构受损，发生降解并析出[24]。常见鱼类的鱼胶胶原蛋白热变性温度为30～45 °C，远低于杀菌温度[25-26]。因此，鱼胶杀菌时，胶原蛋白受高温影响，吸水溶胀变得柔软导致机械强度降低，在可溶性提高的同时会不断降解成明胶并析出，表面变得黏稠，使得黏性上升。

因此，在较低温度 (110 °C)杀菌时，为达到目标杀菌强度，需要鱼胶的胶原蛋白更长时间受高温影响，不断降解转变为可溶性胶原及明胶，溶出到溶液中，导致样品胶原蛋白含量减少，溶液中胶原蛋白含量增大，体现出更小的硬度和剪切力以及更大的黏性。而在较高温度 (125 °C)杀菌时，鱼胶受热时间缩短，显著减少了胶原蛋白的降解与析出，使得硬度和剪切力相对更大，黏性减小。鱼胶胶原蛋白含量与质构的变化趋势相似，说明鱼胶质构的劣化与胶原蛋白的析出与降解相关。

L*值的下降说明鱼胶肉质的光泽度在杀菌温度上升过程中有所降低，表面逐渐变暗。该结果可能是由于在较低温度下杀菌时间长，鱼胶蛋白质组织结构严重破坏，组织软烂，组织间隙内水分增加，导致反射率增加，鱼胶L*值上升[27-28]。鱼胶中存在少量脂肪，在长时间高温杀菌后可能会发生氧化，导致鱼胶发黄，b*值上升。而鱼胶的a*值不受杀菌温度的影响。

从水分状态上看，不同温度杀菌后的鱼胶都包含3种状态的水分，且以自由水为主。110 °C杀菌后的自由水弛豫时间大于其他温度，说明110 °C杀菌后对自由水的束缚力最小。随着杀菌温度的提升，结合水与不易流动水峰面积增大，自由水峰面积减小，这可能是由于随着杀菌时间减少，降低了高温对鱼胶组织结构的破坏，组织间的间隙相对较小，减少了结合水与不易流动水的流失与向自由水的转化，水分含量降低。

酰胺 A 区与 N-H 的伸缩振动相关，当 N-H参与生成氢键时吸收峰蓝移，往往出现在 3300 cm−1处[29]。酰胺 B 区 (3000 cm−1)和 CH2的不对称弹性振动有关[30]，CH2是三级结构的特征基团。酰胺Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ与胶原蛋白的三螺旋结构紧密相关，是反映蛋白质肽链骨架结构的重要吸收峰。酰胺Ⅰ区与肽链内羰基 (C=O)的拉伸振动相关，是研究蛋白质二级结构的重要区带。酰胺Ⅱ区与 C-N拉伸耦合及 N-H 伸缩振动相关，酰胺 Ⅲ 区参与生成胶原蛋白的三螺旋结构[31]。以上区域峰值的存在，证明不同杀菌温度下鱼胶均包含氢键，且胶原蛋白保持了一定的三级结构与三螺旋结构[32]。在125 °C杀菌后酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的波数最大，说明其蛋白质结构展开程度最小，结构有序性最高[33]。

4 结论

本研究通过测定杀菌曲线，确定了在110、115、121和125 °C杀菌温度下达到安全杀菌F值(F=4.5 min)分别所需的杀菌恒温时间，并进一步研究了不同杀菌温度对即食鱼胶品质的影响。研究发现在110～125 °C，虽然125 °C的高温会降低鱼胶色泽，但鱼胶在杀菌后较好地保持了硬度、剪切力、胶原蛋白含量和蛋白质结构，自由水比例相对较低。其他杀菌温度下，鱼胶的硬度、剪切力和胶原蛋白含量随着温度的下降而下降。整体上，在相同杀菌强度下，针对鱼胶由于过度杀菌而质构软烂的问题，可以通过适当升高杀菌温度来降低热杀菌对产品质构的破坏。该结论可为即食鱼胶的加工提供理论依据与参考。

（作者声明本文无实际或潜在的利益冲突）