南美白對蝦紅變因素及控制技術研究

魏玖紅,婁永江,魏丹丹,宋 美,方 磊

(寧波大學 海洋學院,國家蝦蟹類加工技術研發分中心(寧波),浙江寧波 315211)

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南美白對蝦紅變因素及控制技術研究

魏玖紅,婁永江*,魏丹丹,宋 美,方 磊

(寧波大學 海洋學院,國家蝦蟹類加工技術研發分中心(寧波),浙江寧波 315211)

針對南美白對蝦在冷藏及銷售過程中的紅變現象,研究南美白對蝦紅變的相關影響因子以及探索最佳抑制紅變條件。在pH、溫度、鹽度和光照條件分別對南美白對蝦紅變影響的實驗基礎上,設計正交實驗來確定最佳抑制紅變條件;通過添加小分子氨基酸進行了紅變抑制劑的篩選。結果表明:pH、溫度、陽光直射對南美白對蝦紅變的影響顯著(p<0.01),鹽度無顯著影響(p>0.05);正交實驗發現,低溫凍藏、避光處理時可減緩南美白對蝦的紅變;添加1～1.5 mg/mL的L-半胱氨酸或甘氨酸,且調pH至7.3～8.3時可在一定程度上抑制南美白對蝦的紅變。

南美白對蝦,蝦青蛋白,紅變

南美白對蝦(Penaeusvannamei)學名凡納對蝦,其味道鮮美,高蛋白低脂肪,為高營養價值的水產品,深受消費者喜愛。由于南美白對蝦死后易發生色澤變化,導致其感官品質與商業價值下降。蝦體色變主要由兩方面原因造成。其一是蝦體中酪氨酸及衍生物在酚氧化酶(Phenoloxidase,PO)的作用下積聚成黑色素[1]。其二是游離的蝦青素不穩定,但與脫輔基蛋白形成蝦青蛋白時具有穩定的結構和功能,產生鮮活南美白對蝦的青色[2-4]。隨著蝦體死后蛋白質的變性,束縛蝦青素的共價鍵[5]、氫鍵、疏水鍵遭到破壞,導致蝦青素游離,顯現原本的桔紅色,使南美白對蝦紅變。控制南美白對蝦黑變的技術已較成熟[6-10],酚氧化酶是一種含有銅離子的金屬酶,其對pH敏感。呂艷芳等[11]研究發現,酸性環境下,酚氧化酶中銅離子因被解離而失活,pH為6.2～8.0時酶活性不斷上升,pH為8時最高。因此,控制pH為酸性可抑制南美白對蝦體內酚氧化酶的活性,并在一定程度上抑制蝦的黑變。但酸性溶液卻易導致南美白對蝦紅變加劇,而抑制紅變的技術卻鮮有報道。本文從研究蝦青素穩定性、抑制蝦青素游離等方法,研究了如何有效抑制南美白對蝦的紅變,得到有效抑制南美白對蝦紅變的環境條件及紅變抑制劑,可為南美白對蝦的色變控制及貯運保鮮提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮南美白對蝦 寧波市海鮮市場,大小控制在40～50只/500 g,保活運至實驗室后暫養;CaCl2、NaCl、Na2CO3(AR);檸檬酸、絲氨酸、甘氨酸、L-半胱氨酸(食品級) 上海索萊寶生物科技有限公司,純度≥99%。

電熱恒溫鼓風干燥箱(DHG-9070AS) 寧波江南儀器廠;色彩色差計(CR-400) 柯尼卡美能達影像(香港)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 前處理 挑選色澤相近、大小均一的鮮活南美白對蝦,剔除死亡、肢體殘缺、發黑變紅等異常個體,用碎冰猝死后用清水清洗干凈,瀝干后隨機分組。

1.2.2 pH對南美白對蝦紅變的影響 用檸檬酸和Na2CO3調節溶液pH,設定pH梯度5.37、6.02、6.52、6.92、7.32、7.51、8.28、8.86。測定南美白對蝦的原始色差值后于上述溶液中浸泡30 min,取出瀝水,平攤置于空氣中(溫度15～18 ℃)每隔30 min測量1次色差值。

1.2.3 溫度對南美白對蝦紅變的影響 通常南美白對蝦通過冰藏、常溫放置、國家冷庫規定的凍藏溫度儲藏等途徑進行保存。因此設定溫度梯度為0±2、15±2、-15±2 ℃,測定南美白對蝦的原始色差值后平攤置于上述溫度梯度下每隔30 min測量1次。

1.2.4 鹽度對南美白對蝦紅變的影響 設置鹽度為2.5%的NaCl溶液、2.5%的CaCl2溶液。測定南美白對蝦原始色差值后置于上述溶液中浸泡30 min,取出瀝水,平攤置于空氣中(溫度15～18 ℃)每隔30 min測量1次色差值,同時以自來水浸泡處理作為空白對照。

1.2.5 光照條件對南美白對蝦紅變的影響 選取室內陽光直射、室內遮光處理、室內自然光照、室內90 μW/cm2的紫外燈照射4個處理條件,測定南美白對蝦原始色差值后置于上述條件下,每隔30 min測量一次。

1.2.6 正交實驗設計 在單因素實驗結果的基礎上,為進一步考察各因素對南美白對蝦紅變的影響及它們之間的相互關系,選取pH、溫度、光照三個因素,每個因素選擇3個水平,采用L9(34)正交表設計安排實驗對紅變的影響,因素水平安排見表1。pH梯度浸泡處理30 min后進行后續實驗,3 h后測其色差改變值,每組實驗取3～5只蝦,測量5次,取平均值。

表1 正交實驗因素和水平表

Table 1 Experiment design of three factors and three levels of orthogonal experiment

水平因素ApHB溫度(℃)C光照條件173-15自然光照2780遮光處理38315紫外照射

1.2.7 氨基酸、油酸防紅變抑制篩選 選用小分子氨基酸、油酸溶液對南美白對蝦浸泡處理30 min后,置于4 ℃冰箱中冷藏,測其Δa*改變值。實驗分組如表2,C-E組用Na2CO3調pH為7.8,以未經處理、等量蒸餾水浸泡處理的南美白對蝦置于4 ℃冰箱中冷藏作為對照組。

表2 處理條件分組

Table 2 Group of treatment conditions

編號處理條件A對照組B蒸餾水C1mg/mL甘氨酸D1mg/mL絲氨酸E1mg/mLL-半胱氨酸F1mg/mL油酸(無水乙醇為溶劑)H油酸原液涂抹處理

1.2.8 防紅變抑制劑濃度優化 將1.2.7中得到的防紅變抑制劑進行最佳濃度篩選,按照比例以蒸餾水為溶劑配制成500 mL保鮮劑,用Na2CO3調pH為7.8。將南美白對蝦置于對應的溶液中,浸泡處理30 min后置于4 ℃冰箱中冷藏,3 d后測其色差,以未經處理的南美白對蝦置于4 ℃冰箱中冷藏作為空白對照。

1.3 數據處理

采用excel軟件作圖,SPSS軟件進行實驗設計及數據分析,各數據均重復測定3～5次,取平均值。

2 結果與分析

2.1 pH對南美白對蝦紅變的影響

pH對南美白對蝦紅變的影響見圖1,由圖可知酸性溶液能夠加快Δa*的改變速率,即可以加速紅變。用pH為5.37,6.02,6.52的溶液浸泡處理南美白對蝦30 min,15 ℃下放置180 min時其紅變速率極顯著升高(p<0.01)。pH為7.3～8.3的弱堿溶液浸泡處理后,南美白對蝦的紅變速率較酸性條件低,pH=8.28時紅變速率最低(p<0.01),3 h后Δa*接近0.2。

圖1 pH對南美白對蝦紅變的影響Fig.1 Effect of pH on Penaeus vannamei reddening

分析原因可能有:(1)南美白對蝦主要生長于中性偏堿環境[12],因此南美白對蝦經過與其相近生長環境的pH溶液浸泡后其紅變程度較小,與其生長環境的pH相差太大時,紅變速率升高。(2)南美白對蝦中蛋白質的酸等電點pH約為5.6[3],堿等電點約為8.65～9.3[13],pH接近等電點時易引起蛋白質的變性。酸度、堿度過高時使得維持蝦青素-蛋白質結合物二級結構的氫鍵[14]、疏水鍵遭到破壞,蛋白質變性引起的蝦青素游離導致了南美白對蝦的紅變現象。

2.2 溫度對南美白對蝦紅變的影響

由圖2知,-15 ℃到15 ℃時隨著溫度的升高,紅變速率顯著升高。不同溫度處理組對南美白對蝦的紅變速率影響差異極顯著(p<0.01)。-15 ℃放置180 min后與原始色澤相較南美白對蝦的紅變程度不顯著(p>0.05)。其余處理條件,與原始色澤相較180 min后紅變值均差異極顯著(p<0.01)。

圖2 溫度對南美白對蝦紅變的影響Fig.2 Effect of temperature on Penaeus vannamei reddening

隨著溫度升高,蛋白質變性速度加快,使得蝦青蛋白的結構被破壞,蝦青素游離,導致南美白對蝦紅變速率加快。潘創等人[9]研究發現在40 ℃以下加熱時可使得蝦青蛋白出現可逆性變性,并且溫度也是影響南美白對蝦黑變的重要因素[15],因此南美白對蝦運輸、貯藏時應盡量保證-15～0 ℃的低溫環境。

2.3 鹽度對南美白對蝦紅變的影響

南美白對蝦的生長環境中通常含有少量的Na+、Ca2+及其它金屬鹽離子。黃凱等人[16]發現在養殖過程中,添加一定的鹽度會提高其存活率。但研究發現(圖3),2.5% NaCl溶液、2.5% CaCl2溶液與自來水對比,不會影響南美白對蝦的紅變速率,對其紅變結果沒有顯著影響(p>0.05)。為此,南美白對蝦預處理時可用自來水代替鹽水清洗,降低成本。

圖3 鹽度對南美白對蝦紅變的影響Fig.3 Effect of salinity on Penaeus vannamei reddening

2.4 光照條件對南美白對蝦紅變的影響

由圖4可知,與其它處理組相比,180 min時,陽光直射能夠極顯著(p<0.01)地加速南美白對蝦的紅變速率。由于陽光含有能量,導致蝦體溫度升高,加速其蛋白質變性,且在直射條件下陽光中的紫外線能夠破壞蝦青素結構,使蝦青素-蛋白質結合狀態遭到破壞,加速南美白對蝦的紅變。與室內避光、室內自然光照射處理相比,90 μW/cm2的紫外線照射也能加快南美白對蝦的紅變速率(p<0.01)。而室內自然光照與室內避光處理組間差異顯著(p<0.05)。

圖4 光照條件對南美白對蝦紅變的影響Fig.4 Effect of light conditions on Penaeus vannamei reddening

劉朝陽等人[17]研究發現蝦青素結構不穩定,對熱、氧、自然光、紫外照射敏感,酸、堿、加熱及光照等條件都會引起蝦青素的異構化。因此南美白對蝦在貯存、銷售中應盡量保證避光條件,避免自然光、陽光直射、紫外照射導致的蝦青素游離引起的紅變現象。

2.5 正交實驗結果與分析

正交實驗結果與直觀分析如表3,比較各因素的極差可知,溫度是影響南美白對蝦紅變的主要因素,其次為光照條件、pH,pH7.3～8.3時不是影響南美白對蝦紅變的主要因素。優化后最佳的貯藏條件為A2B1C2,即經過pH7.8的溶液浸泡后于遮光處理、-15 ℃的條件下貯藏,3 h后Δa*=0.09。

表3 正交實驗的結果與直觀分析

Table 3 The results and intuitive analysis of the orthogonal experiment

實驗號ApHB溫度(℃)C光照空白列色差改變值(Δa?)111110192122203131333096421230095223105862312072731320358321304593321068K1146063136145K2139134108138K314823618915k1049021045048k2046045036046k3049079063050R002058027004

對該正交實驗進行方差分析,由于MSA

2.6 氨基酸、油酸防紅變抑制篩選

考慮到小分子氨基酸的成本、安全、滲透速度、與蝦青素的結合能力等因素,選取甘氨酸、絲氨酸、L-半胱氨酸、油酸加入到南美白對蝦中進行防紅變抑制,結果見圖5。

由圖5知,南美白對蝦于1 mg/mL的甘氨酸、L-半胱氨酸、絲氨酸溶液分別浸泡處理30 min后,可在一定程度上抑制南美白對蝦的紅變。33.5 h后南美白對蝦紅變程度依次為F>B>A>H>D>C>E,C、D、E、H組的Δa*小于對照組,C組Δa*=0.50,D組Δa*=0.75,E組Δa*=0.36。對上述結果通過SPSS軟件進行差異顯著性分析,結果如表5。

表4 正交實驗的方差分析

Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment

因素偏差平方和自由度均方F值p顯著性溫度(B)050422025212578068<001??光照(C)01128200564576932<001??誤差00039400010總和062098

注:*為顯著(p<0.05),**為極顯著(p<0.01)。

表5 差異顯著性分析

Table 5 analysis of significant difference

項目ABCDEFHAB0984C0000??0000??D0000??0000??0060E0000??0000??04830002??F0000??0000??0000??0000??0000??H00560014?0000??0037?0000??0000??

圖5 不同添加劑對紅變速率的影響Fig.5 Influence of different additives on the red rate

注:*為顯著(p<0.05),**為極顯著(p<0.01)。由表5知,與A、B空白對照比較,C、D、E、F組差異極顯著(p<0.01),H組差異不顯著。C(1 mg/mL甘氨酸處理)、D(1 mg/mL絲氨酸處理)、E(1 mg/mL L-半胱氨酸處理)組能顯著降低南美白對蝦的紅變程度,F組油酸溶液(無水乙醇為溶劑)顯著加快南美白對蝦的紅變程度。

由于蝦青素長鏈結構兩端分別含有羥基結構[18],甘氨酸、L-半胱氨酸、絲氨酸既有氨基又有羧基,可與蝦青素形成氫鍵、弱相互作用力等,使得蝦青素羥基中的孤對電子飽和,避免蝦青素變為游離狀態。從而抑制蛋白-蝦青素結合狀態被破壞導致的南美白對蝦紅變現象。空白對照的Δa*=1.26,而F組Δa*=2.17,F組油酸溶液(無水乙醇為溶劑)使得南美白對蝦紅變速率升高,浸泡30 min后Δa*=1.51,可能由于乙醇溶液可加劇蝦殼中蛋白質變性,且可以作為蝦青素的溶劑,把蝦殼中的蝦青素浸提到蝦體表面,所以加速南美白對蝦紅變。

2.7 甘氨酸、L-半胱氨酸濃度優化

由2.6可知,甘氨酸、絲氨酸、L-半胱氨酸、油酸可一定程度抑制南美白對蝦的紅變。考慮到油酸的水不溶性,應用到南美白對蝦的保鮮中具有一定的難度,而絲氨酸會導致南美白對蝦的黑變加速,因此選取甘氨酸、L-半胱氨酸作南美白對蝦防紅變抑制劑。

甘氨酸、L-半胱氨酸的使用量參照GB2760-2014。其未對甘氨酸、L-半胱氨酸在蝦類中的使用作規定,甘氨酸的用量參照肉制品中的最大使用量為3 g/kg,分別取濃度為0～1.5 mg/mL的甘氨酸或L-半胱氨酸進行最佳濃度優化,3 d后南美白對蝦的色澤變化Δa*見圖6。分析可知隨著甘氨酸或L-半胱氨酸濃度的增大,抑制南美白對蝦紅變的效果越好。1.5 mg/mL的 L-半胱氨酸、1 mg/mL的甘氨酸效果最好,而1 mg/mL與1.5 mg/mL的L-半胱氨酸相比,差異不顯著。因此在南美白對蝦中添加1～1.5 mg/mL的L-半胱氨酸或甘氨酸時可一定程度上抑制南美白對蝦的紅變。

圖6 甘氨酸、L-半胱氨酸與Δa*關系Fig.6 Relationship between Δa*and Glycine,L-cysteine

3 結論

pH為5.3～6.5的酸性溶液能顯著加快南美白對蝦的紅變速率(p<0.01),pH為7.3～8.3時其紅變程度最低(p<0.01)。溫度也是影響其紅變的重要因素,隨著溫度的升高,紅變速率顯著加快(p<0.01)。且陽光直射、90 μW/cm2的紫外線照射能顯著加快其紅變(p<0.01)。因此南美白對蝦的紅變抑制應于低溫凍藏、避光條件下進行;添加1～1.5 mg/mL的L-半胱氨酸或甘氨酸,且調pH為7.3～8.3時可在一定程度上抑制南美白對蝦的紅變。本文的研究結果可為南美白對蝦的色變控制及貯運保鮮提供一定的參考價值。

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Study on thePenaeusvannameireddening factors and its control measures

WEI Jiu-hong,LOU Yong-jiang*,WEI Dan-dan,SONG Mei,FANG Lei

(School of Marine Sciences,Ningbo University,National shrimp and crab Processing Technology R & D center(Ningbo),Ningbo 315211,China)

TopreventPenaeus vannameiturningredinthefrozenprocessorinmarketing,thisstudyfocusedonfactorsthatledtoshrimp’sreddeningandexploredtheoptimalcountermeasuresagainstreddening.ExperimentswerecarriedouttoinvestigatefactorssuchaspH,temperature,salinityandlightintensity.Theoptimalcountermeasuresagainstreddeningweredeterminedbyorthogonalexperimentaldesign.Inhibitoragainstshrimp’sreddeningwasselectedbyexperimentofadditionwithsmallmoleculeaminoacid.TheresultsshowedthatpH,temperatureandsunlighthadasignificanteffectonP. vannameireddening,butsalinity’sinfluencewasinsignificant.Orthogonalexperimentaldesignrevealedthatreddeningwouldslowdownwhentheshrimpwerefrozenandkeptfromlight.Moreover,with1～1.5mg/mLL-cysteineandthepHat7.3～8.3,P. vannamei,insomeway,couldbefreefromreddening.

Penaeus vannamei;Astaxanthinprotein;reddening

2016-04-08

魏玖紅(1990-)，女，碩士，研究方向：水產品保鮮與加工， E-mail：wjhforever@126.com。

*通訊作者:婁永江(1965-)，男，碩士，研究方向：水產品保鮮與加工， E-mail：louyongjiang@nbu.edu.cn。

TS254.1

A

1002-0306(2016)19-0148-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.19.020