Controlling freezing point of cobia by using freezing point regulators
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摘要:
研究几种冰点调节剂对于军曹鱼(Rachycentron canadum)冰点的影响。选取氯化钙(CaCl2)、氯化钠(NaCl)和维生素C(VC)3种冰点调节剂,利用单因素比较法得出使用4% CaCl2浸泡处理60 min可使军曹鱼冰点降至-1.21 ℃;用2% NaCl浸泡处理军曹鱼90 min可使军曹鱼冰点由-1.01 ℃降至-1.36 ℃;使用0.5% VC溶液浸泡处理30 min可使其冰点降至-1.30 ℃。因此选取NaCl和VC 2种较好的冰点调节剂进行复配,再通过正交试验确定两者结合使用的最佳配比。结果显示,使用3% NaCl和0.3% VC共同处理军曹鱼60 min为最佳,可使其冰点降至-1.62 ℃,下降了60.4%。
Abstract:We investigated the effect of three kinds of freezing point regulators including CaCl2, NaCl and VC on cobia (Rachycentron canadum) by single factor comparison experiment. 4% CaCl2 treatment for 60 min decreased freezing point to -1.21 ℃; 2% NaCl treatment for 90 min decreased freezing point from -1.01 ℃ to -1.36 ℃; 0.5% VC treatment for 30 min decreased freezing point to -1.30 ℃. Orthogonal experiment was conducted to determine the best proportion between NaCl and VC. The results show that treatment with 3% NaCl and 0.3% VC for 60 min decreased freezing point by 60.4%, from -1.01 ℃ to -1.62 ℃.
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Keywords:
- cobia /
- freezing point /
- freezing point regulator
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军曹鱼(Rachycentron canadum),属鲈形目,军曹鱼科,又称海鲡、海龙鱼等,是一种分布在世界上除东太平洋以外的几乎整个热带、亚热带以及温带水域[1-2]的暖水性鱼类。军曹鱼含肉率高,味道鲜美、肉质细嫩,是制作生鱼片的上好材料,深受广大消费者喜爱[3],目前,在中国广东、福建、海南沿海已经成为重要的海水养殖对象[4]。随着中国军曹鱼消费市场的扩大,对军曹鱼的加工利用研究需要不断深入,尤其是人们对天然风味食品的追求,更是推动了研究保鲜技术的热潮,促使了冰温技术的诞生,在食品保鲜研究历史上有着重要的意义。
冰温技术始于20世纪70年代初,由日本的山根昭美氏最先发现[5],由此展开了冰温保鲜的研究时代。冰温是指在零度以下冻结点以上的未冻结温度带,又称“冰温带”,在此冰温带范围内储藏食品时,组织会自发地分泌大量葡萄糖、游离氨基酸等不冻液来阻止冰晶的生成[6],从而可以维持食品细胞的原有形态,保持食品的特有品质[7]。近年来冰温技术在水产食品上的应用越来越热门,而冰温技术在中国水产品中的应用主要体现在冰温贮藏和冰温流通方面[8],并且水产品的冰温带范围一般都非常狭小,在0~-2.5 ℃之间[17],如大黄鱼冰点为-1.4 ℃[18],罗非鱼(Oreochromis sp.)片冰点为-0.7 ℃[19],凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)冰点为-2.3 ℃[20],青鱼(Mylopharyngodon piceus)片冰点为-1 ℃[21]等,不利于冰温技术的实施,所以人们研究了通过使用冰点调节剂来降低食品的冻结点,得到了降低冰点、拓宽冰温带范围的效果,更有利于食品的保鲜以及冰温技术在水产品贮藏上的应用。研究表明,添加1.74%山梨醇、5.15%氯化钙(CaCl2)和2.13%氯化钠(NaCl)可使鲫(Carasslius auratus)的冰点降至-1.6 ℃左右[9];使用冰点调节剂可使鲤(Cyprinus carpio)的冰点温度由-1 ℃降至-3 ℃,并对保持肉质品质特性、延长保质期有良好效果[10];添加3%食盐和0.6%蔗糖可将草鱼(Ctenopharyngodon idellus)片冰点由-0.66 ℃降至-3.52 ℃[11];使用Box-Behnken设计分析得到使用配方5.16% NaCl、2.96%蔗糖、7.15%山梨醇对大黄鱼(Larimichthys crocea)的冰点进行调节,可将冰点从-1.5 ℃降至-4.2 ℃,并对鱼肉质构特性影响不大[12]。常用的冰点调节剂主要有NaCl、CaCl2等无机盐,以及蔗糖、葡萄糖、山梨醇、尿素、维生素C(VC)、多聚磷酸盐等[13]。军曹鱼是一种名贵的海水鱼类,在考虑不影响其咸鲜味的基础上,未使用蔗糖、葡萄糖等甜类物质调节其冰点,笔者使用NaCl、CaCl2和VC 3种冰点调节剂来调节军曹鱼的生态冰点,并通过单因素分析和正交试验确定冰点调节剂的最佳处理条件,为军曹鱼冰温保鲜技术的进一步实施提供资料。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
军曹鱼购于广东省茂名市军曹鱼养殖场,鲜活。试剂有NaCl、CaCl2和VC(广州化学试剂厂出品),均为分析纯。仪器有MDF-U333冷冻柜(日本Sanyo公司出品);735-2温度测量仪(德国德图仪器公司出品)。
1.2 试验方法
1.2.1 冰点的测定[14-15]
采用传统冻结法测定军曹鱼的冰点,将鱼肉切成5 cm×5 cm×9 cm左右大小的鱼块,将温度计的探头端插入鱼块体积中心处,固定好后放置于-35 ℃恒温冰箱内,记录下肉中心温度的变化值,每隔1 min读取数据一次,做肉中心温度随时间变化的冻结曲线[16],根据冻结曲线得出军曹鱼的冰点。
1.2.2 冰点调节剂对军曹鱼冰点的影响
配制一系列质量分数的NaCl、CaCl2和VC溶液各1 L,将准备好的军曹鱼块分别浸泡入各个冰点调节剂溶液内一定时间,浸泡结束后取出沥干,然后参照方法1.2.1测定浸泡处理后的军曹鱼冰点。通过单因素试验得到冰点调节剂NaCl、CaCl2和VC的最佳处理条件,并挑取2种效果较好的冰点调节剂,以各自浓度和浸泡时间为研究对象做3因素3水平的正交试验,得到最佳冰点调节方案。
1.2.3 试验数据分析
试验数据使用Excel 2007进行处理,并用SPSS 17.0软件进行方差分析和多重比较。
2. 结果与分析
2.1 冰点的测定
参照方法1.2.1将温度计的探头端插入军曹鱼鱼块体积中心处,固定好后放置于-35 ℃冰箱内,每隔1 min记录一次肉中心温度变化值,未经冰点调节剂处理过的军曹鱼冻结曲线见图 1。鱼块中心温度随着时间的延长不断下降,降温初期主要放出的热量是显热,故鱼块中心温度初始下降速度较快,当降至0 ℃左右的某一点时,温度会在一段时间内下降缓慢(基本稳定不变),之后温度又再次较快下降,求取这段平缓曲线上的温度平均值视为军曹鱼的近似冰点。从降温曲线上可以得到军曹鱼的冰点在-1.01 ℃左右。
2.2 冰点调节剂处理对冰点的影响
2.2.1 CaCl2对军曹鱼冰点的影响
首先以质量分数为2%、4%和6% CaCl2溶液浸泡处理(30 min)军曹鱼,得到对冰点的影响结果见图 2。几种质量分数处理军曹鱼后其冰点变化显著(P<0.05),除使用2%的CaCl2溶液浸泡后军曹鱼的冰点有所上升,其他质量分数浸泡时冰点有所下降,其中4%的CaCl2溶液对军曹鱼的冰点下降影响最大,可将军曹鱼的冰点由-1.01 ℃降至-1.08 ℃(图 2-a)。随后以4%的CaCl2溶液做军曹鱼冰点随浸泡时间的变化规律的试验,时间设定为30 min、60 min和90 min,随着浸泡时间的延长,军曹鱼的冰点呈现先显著下降(P<0.05)随后上升的趋势,浸泡时间为60 min时下降幅度最大,可降至-1.21 ℃(图 2-b)。CaCl2属于小分子物质,较易进入到鱼肉组织内部。从图 2可以看出其对军曹鱼冰点的影响与溶液质量分数和浸泡时间有关,通过不同质量分数和不同时间浸泡处理后对冰点影响效果的比较分析得出,使用CaCl2单因素处理军曹鱼的最佳方案是质量分数4%处理60 min,冰点由-1.01 ℃降至-1.21 ℃。
2.2.2 NaCl对军曹鱼冰点的影响
首先以质量分数为1%、2%和3%的NaCl溶液对军曹鱼进行浸泡处理,时间设定为30 min,得到的军曹鱼冰点受NaCl溶液的影响结果见图 3。随着NaCl溶液质量分数的加大,NaCl分子会越来越多地浸入到军曹鱼组织内部,使军曹鱼的冰点有所下降,当NaCl质量分数增加至3%,溶液过高的渗透压会造成鱼肉组织大量脱水,同时携带鱼肌肉内小分子物质渗出,故军曹鱼的冰点又会有所上升。几种质量分数的NaCl溶液浸泡军曹鱼30 min后军曹鱼冰点和未浸泡相比变化显著(P<0.05),其中2%的NaCl溶液浸泡效果最好,军曹鱼冰点由-1.01 ℃降至-1.09 ℃(图 3-a)。随后以质量分数为2%的NaCl溶液处理军曹鱼,时间设定为30 min、60 min、90 min和120 min,军曹鱼的冰点随着浸泡时间的延长呈现先下降后上升的趋势,和浸泡时间为0 min时相比,几种处理条件下军曹鱼冰点变化显著(P<0.05),浸泡时间为90 min时军曹鱼冰点下降幅度最大,可降至-1.36 ℃,而随后处理时间的再延长并没有使军曹鱼的冰点继续下降,反而比浸泡90 min时有所上升(图 3-b)。通过不同质量分数和不同时间浸泡处理后对冰点影响效果的比较分析得出,使用NaCl单因素处理军曹鱼的最佳方案是质量分数2%处理90 min,军曹鱼冰点可由-1.01 ℃降至-1.36 ℃。
2.2.3 VC对军曹鱼冰点的影响
VC极易溶于水,使用其溶液浸泡处理军曹鱼时VC分子可以在较短时间内浸入到鱼肉组织内部,以达到对军曹鱼冰点的调节。以一系列质量分数(0.3%、0.5%和0.7%)的VC溶液对军曹鱼进行浸泡处理30 min,对军曹鱼冰点的影响结果见图 4。随着VC溶液质量分数的不断加大,VC分子较多地渗入到鱼肉组织内造成不可冻结物质含量增多,军曹鱼冰点下降,而0.7%的VC溶液则由于渗透压高的问题,使VC分子不再渗入到鱼肉组织内部,所以军曹鱼的冰点呈现先下降后上升的趋势,并且几种质量分数的VC溶液处理军曹鱼后冰点变化显著(P<0.05),其中0.5%的VC溶液处理后冰点下降幅度最大(图 4-a)。随后以质量分数为0.5%的VC溶液做军曹鱼冰点随浸泡时间延长而变化的试验,时间设定为15 min、30 min和60 min,VC分子量为176,相比较NaCl等小分子量物质而言,处理鱼肉一段时间后VC分子会较难再进入到鱼肉组织内部,所以随着处理时间的延长,军曹鱼冰点呈现显著下降(P<0.05)的趋势,随后并未再持续下降,反而由于鱼肉和溶液之间的传质过程使鱼肉内小分子物质析出而造成冰点有所升高,其中浸泡30 min军曹鱼冰点下降幅度最大,由-1.01 ℃降至-1.30 ℃(图 4-b)。再通过不同质量分数和不同时间浸泡处理后对冰点影响效果的比较分析得出,使用VC单因素处理军曹鱼的最佳方案是质量分数0.5%处理30 min,冰点由-1.01 ℃降至-1.30 ℃。
2.2.4 正交试验
以上的单因素试验说明几种冰点调节剂对军曹鱼冰点的调节都有一定的影响,但影响程度各不相同。通过几种单因素试验的比较可以看出,几种单因素中对军曹鱼冰点效果较好的为NaCl浸泡处理和VC浸泡处理。因此,在单因素试验的基础上,选取NaCl和VC 2种冰点调节剂作为考察对象,以降低冰点调节剂加入量和缩短浸泡时间为目的设计正交试验,以对军曹鱼冰点影响较大的因素:1)NaCl溶液的质量分数(A);2)VC溶液的质量分数(B);3)浸泡时间(C)为考察对象,做3因素3水平的正交试验,采用L9(34)正交试验[22](表 1)。以军曹鱼冰点为考察指标,确定最佳冰点调节剂的质量分数配比和浸泡时间。
水平
level因素factor NaCl溶液质量分数/%
concentration of sodium chloride solution (A)VC溶液质量分数/%
concentration of VC solution(B)浸泡时间/min
soaking time(C)1 1 0.3 30 2 2 0.5 60 3 3 0.7 90 正交试验结果见表 2。几种因素影响军曹鱼冰点的主次顺序为A>C>B,即选取的几种影响因素中对军曹鱼冰点影响较大的因素是A(NaCl溶液质量分数),其次是C(浸泡时间)和B(VC溶液质量分数)。方差分析结果见表 3,在0.05的显著水平下,因素A(NaCl溶液质量分数)对军曹鱼冰点影响显著,因素B(VC溶液质量分数)和C(浸泡时间)对军曹鱼的冰点有一定的影响,但是影响不显著。由此得出最佳处理条件组合为A3B1C2,此组合在表 2中已得到体现,即使用3%NaCl溶液和0.3% VC溶液浸泡处理军曹鱼60 min,可使其冰点降低至-1.62 ℃。与单因素使用2% NaCl溶液浸泡90 min相比缩短了处理时间,与0.5% VC溶液浸泡30 min相比减少了VC的加入量且冰点下降幅度有所加大。
编号
No.因素factor 冰点/℃
freezing pointNaCl溶液质量分数/%
concentration of sodium chloride solution (A)VC溶液质量分数/%
concentration of VC solution(B)浸泡时间/min
soaking time(C)1 1 1 1 -1.38 2 1 2 2 -1.34 3 1 3 3 -1.08 4 2 1 3 -1.59 5 2 2 1 -1.52 6 2 3 2 -1.71 7 3 1 2 -1.62 8 3 2 3 -1.61 9 3 3 1 -1.60 K1 -3.80 -4.59 -4.50 K2 -4.82 -4.47 -4.67 K3 -4.83 -4.39 -4.28 R 1.03 0.20 0.39 因素
factor偏差平方和(S)
sum of square of deviations自由度(f)
degree of freedomF
F valueF临界值
critical value of F显著性
significanceA 0.233 2 9.765 5.14 * B 0.007 2 C 0.025 2 误差error 0.039 2 误差△ error△ 0.072 6 注:*. 水平显著(P<0.05);误差△. 因素B和因素C的S/f小于误差的S/f,将其并入误差
Note:*. significant difference (P<0.05);error△. the value of S/f of factor B and C is smaller than that of the error,so it is considered as error.3. 结论
通过单因素试验发现军曹鱼的冰点可调节,并根据使用NaCl、CaCl2和VC单因素处理军曹鱼后对其冰点的影响得出较好处理条件为使用2%的NaCl溶液浸泡处理军曹鱼90 min,可将其冰点由-1.01 ℃降至-1.36 ℃;使用4%的CaCl2溶液浸泡处理军曹鱼60 min,可将冰点降至-1.21 ℃;使用0.5% VC溶液浸泡处理军曹鱼30 min,可将冰点降至-1.30 ℃。
军曹鱼是深受消费者喜爱的海水鱼类,其以肉质细嫩、口感鲜美而著名,目前中国在其保鲜方面的研究还有所欠缺。在单因素试验的基础上使用正交试验优化了NaCl和VC 2种冰点调节剂处理军曹鱼的条件,得到了最佳的处理组合条件为3% NaCl和0.3% VC溶液浸泡军曹鱼60 min,可将其冰点降至-1.62 ℃,比原有冰点下降了60.4%,有利于进一步对其冰温保鲜技术的研究。
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表 1 冰点调节剂L9(34)正交试验因素水平表
Table 1 L9 (34) orthogonal design for freezing point regulators
水平
level因素factor NaCl溶液质量分数/%
concentration of sodium chloride solution (A)VC溶液质量分数/%
concentration of VC solution(B)浸泡时间/min
soaking time(C)1 1 0.3 30 2 2 0.5 60 3 3 0.7 90 表 2 正交试验结果及分析
Table 2 Results and analysis of orthogonal test
编号
No.因素factor 冰点/℃
freezing pointNaCl溶液质量分数/%
concentration of sodium chloride solution (A)VC溶液质量分数/%
concentration of VC solution(B)浸泡时间/min
soaking time(C)1 1 1 1 -1.38 2 1 2 2 -1.34 3 1 3 3 -1.08 4 2 1 3 -1.59 5 2 2 1 -1.52 6 2 3 2 -1.71 7 3 1 2 -1.62 8 3 2 3 -1.61 9 3 3 1 -1.60 K1 -3.80 -4.59 -4.50 K2 -4.82 -4.47 -4.67 K3 -4.83 -4.39 -4.28 R 1.03 0.20 0.39 表 3 L9(34)正交表方差分析
Table 3 L9(34)analysis of orthogonal test
因素
factor偏差平方和(S)
sum of square of deviations自由度(f)
degree of freedomF
F valueF临界值
critical value of F显著性
significanceA 0.233 2 9.765 5.14 * B 0.007 2 C 0.025 2 误差error 0.039 2 误差△ error△ 0.072 6 注:*. 水平显著(P<0.05);误差△. 因素B和因素C的S/f小于误差的S/f,将其并入误差
Note:*. significant difference (P<0.05);error△. the value of S/f of factor B and C is smaller than that of the error,so it is considered as error. -
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