低場核磁結合理化指標分析對蝦凍藏期間的表觀品質變化

孫協軍，張凱，孫攀，李秀霞

(渤海大學 食品科學與工程學院, 遼寧 錦州, 121013)

低場核磁結合理化指標分析對蝦凍藏期間的表觀品質變化

孫協軍，張凱，孫攀，李秀霞*

(渤海大學 食品科學與工程學院, 遼寧 錦州, 121013)

研究了預煮(沸水中煮制5 min)處理后的南美白對蝦在凍藏期間的表觀品質(色差和質構)、水分含量及LF-NMR 弛豫時間T2的變化，并對各指標間的相關性進行了分析。結果表明，隨著凍藏時間的增加，熟制南美白對蝦水分含量和持水力持續降低，亮度(L*)和紅黃值(a*、b*)逐漸降低，硬度增加，而彈性降低；自由水的比例(P22)逐漸增高，而含量最高的中間水比例(P21)有降低的趨勢，說明凍藏對蝦肌肉水分發生了部分遷移。對各指標之間的相關性分析結果說明，對蝦硬度指標與游離水相對比例(P22)呈正比，彈性指標與中間水比例(P21)呈正比，水分含量與硬度指標和色差值(L*、a*、b*)呈反比。實驗結果說明，在凍藏期間，熟制南美白對蝦水分含量和分布的改變導致了其表觀品質(色差和質構)的降低。

南美白對蝦；預煮；凍藏；表觀品質；水分狀態

南美白對蝦(Litopenaeusvannamei)，屬節肢動物門、甲殼綱、十足目、對蝦科，是世界上養殖量最大的三大對蝦之一。2014年，我國南美白對蝦養殖總量達到157.69萬t，占蝦類養殖總量的53.9%[1]。在渤海灣地區，對蝦收獲期較短，且養殖南美白對蝦自身水分和蛋白質含量高，易腐敗變質[2]，生蝦或沒有煮透的對蝦在長期貯存中會產生黑變現象，預煮后凍藏是當地養殖業者常采用的對蝦長期保鮮方式之一，預煮可鈍化蝦體內多酚氧化酶，起到抑制對蝦黑變的作用，提高凍藏對蝦貨架期[3-4]。熟制對蝦在凍藏一段時間后會出現蝦殼表面發白的現象，主要原因是汁液和水分在凍藏過程中流失。

水分在肉品凍藏期間發生結構變化和遷移[5]，低場核磁共振技術(low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR)的橫向弛豫T2(自旋—自旋弛豫)可反映這一變化[6]，這在對蝦水分變化的研究中已有應用[7]。在肉類食品中，一般將水分按照橫向弛豫時間長短分為3類，結合水T2b0～10 ms、中間水T2110～100 ms、自由水T22>100 ms[6-8]。在已有的報道中，對蝦中至少存在T21(21～42 ms)和T22(47～129 ms) 這2種狀態水分，各狀態水分的組成及比例與肉品的水分含量、pH和色澤等理化性質間存在較高的相關性[7]。凍藏對蝦肌肉蛋白質的結構被凍結-解凍過程中形成的冰晶破壞，導致蝦肉持水力下降、質地發生改變[9]。本實驗通過檢測持水力、全質構和色差值的變化，結合LF-NMR的橫向弛豫時間T2的變化，分析預煮后南美白對蝦在凍藏期間表觀品質變化，初步揭示熟制對蝦凍藏期間水分遷移對品質變化的影響規律。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

南美白對蝦，購自錦州市林西路水產批發市場，鮮活運至實驗室；高效液相色譜檢測所用試劑均為色譜純，水為超純水，其他試劑為分析純。

F-10制冰機，斯科茨曼制冰機系統(上海)有限公司；Delta320型號精密pH計，美國METTLER TOLEDO公司；SORVALL Stratos冷凍高速離心機，美國Thermo公司；UV-2550紫外可見光分光光度計，島津儀器(蘇州)有限公司；TA.XT-plus質構儀，Stable Micro Systems公司；CR-400型色彩色差計，日本Minolta公司；美的電蒸鍋，美的集團股份有限公司；DHG-9031A干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；SW-CJ-2FD超凈工作臺，蘇州安泰科技股份有限公司；DZX-40SC型立式自控電熱壓力蒸氣滅菌器，上海申安醫院器械廠；NMI20低場核磁共振儀，上海紐邁電子科技有限公司；KjeltecTM8400型凱氏定氮儀，丹麥FOSS公司；P6890GC型氣相色譜-質譜聯用儀，美國安捷倫公司。

1.2 樣品處理

鮮活南美白對蝦加冰致死后稱量，選擇質量(10±2) g的對蝦，流水沖洗干凈，沸水中煮5 min，撈出后立即用冷水沖洗至室溫，瀝干水分后隨機分成42份，每份4只蝦，加厚聚乙烯食品包裝袋密封包裝，平鋪于網眼塑料箱中，置于-18 ℃冷庫中凍藏，每30 d取7袋樣品流水解凍2 h后，分別測定整蝦的色差值和蝦肉水分含量、持水力、全質構指標及LF-NMR橫向弛豫時間T2的變化，每個處理重復測定4次。

1.3 指標測定方法

1.3.1 水分含量

參照GB2009.3—2010 2010所述方法測定。

1.3.2 持水力

參照TIRONI等[10]方法測定，稱取10 g絞碎的蝦肉，置于50 mL離心管中，4 ℃條件下10 000 r/min離心15 min，離心結束后，傾斜離心管30 min使上層汁液流出。持水力為保留的水分含量占蝦肉初始水分含量的比例，其中水分含量采用1.3.1方法測定。

1.3.3 色差

采用CR-400色差計分析南美白對蝦的L*(亮度)，a*(紅色/綠色)和b*(黃色/藍色)，樣品測定前進行白板校正。

1.3.4 全質構(texture profile analyser; TPA)指標

取對蝦前兩腹節(靠頭部)位置的蝦肉，測定其全質構指標。測試條件：P/5柱形探頭，測試前速度1 mm/s，測試速度1 mm/s，測試后速度1 mm/s，測試形變量30%，觸發力5 g。

1.3.5 水分分布及狀態

選取對蝦腹部前兩節，將其切成(20×5×5) mm的長方體，置于15 cm核磁管中，然后放入磁體箱中。設定質子共振頻率為22.0 MHz，采用硬脈沖[Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG)]序列測定樣品的橫向弛豫時間T2。實驗參數：溫度(32±0.01)℃，采樣點數TD=6 160，τ=120 us，掃描次數NS=6，回波數EchoCnt=8000，掃描試驗結束后，利用反演軟件擬合出T2值。

1.4 數據處理

實驗所得數據采用Excel 2007作圖及SPSS 16.0數學軟件進行顯著性和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 水分含量和持水力的測定結果

凍藏期間對蝦水分含量變化見表1所示，從表1可以看出，熟制南美白對蝦初始水分含量為68.36%，在貯藏期結束時(180 d)降為65.29%，說明凍藏導致對蝦失水。在凍藏150 d后，對蝦水分含量顯著降低(P<0.05)。水分流失的原因，可能是細胞部分凍結，使得細胞相鄰未凍結區的溶液濃度升高，同時增加了酶的濃度，導致細胞膜結構被破壞，提高了汁液流失率[11]。

持水力是衡量對蝦品質的一項有效指標，持水力的變化通常會影響水產品的質構特性[12]。南美白對蝦死后肌肉持水力降低[13]，而蒸煮處理導致對蝦肌肉的組織結構發生變化導致水分流出，肌肉的持水力降低，因此熟蝦的持水力低于生蝦[14]。凍藏期間熟制南美白對蝦的持水力如表1所示，對蝦的持水力隨著貯藏時間的增加而降低，這是因為凍藏導致對蝦肌原纖維蛋白質分子間的結合程度發生了變化，導致其持水能力下降[15-16]。由于預煮處理已經導致了蝦肉蛋白一定程度的變性，因此，后期凍藏對于預煮后的南美白對蝦持水力的影響程度減弱，只有在貯藏180 d后，持水力出現了顯著降低(P<0.05)。

表1 熟制南美白對蝦凍藏期間水分含量和持水力的變化

注：同行字母不同表示差異顯著(P<0.05)。表2、表3同。

2.2 質構特性分析

質構是分析水產品的組織特性時常檢測的一項指標。熟制南美白對蝦凍藏期間的質構指標變化如表2所示。從表2可以看出，對蝦的硬度、膠著度和咀嚼度隨著貯藏時間的增加而增加，而彈性、黏聚性和回復性降低。硬度、膠著度和咀嚼性分別是指使物體變形的力、把半固態食品或固態食品咀嚼到可以吞咽狀態所用的能量，膠著度和咀嚼性與硬度直接相關，這3個指標的數值越大，說明咀嚼越費力。對蝦在凍藏過程中的硬度及咀嚼性的增加，與其汁液流失及蝦肉持水能力下降有關[17]。肌肉硬度與其水分含量成反比[18]，由于蛋白質在預煮操作中發生變性，熟制對蝦水分及汁液流失是其在凍藏期間硬度增加的主要原因[17]。而彈性、黏聚性和回復性降低則與蝦肉中肌原纖維蛋白質之間作用力減弱有關，加熱預煮導致肌肉蛋白質間的結合力變弱，在外力作用后的回復能力及黏附能力變弱，而蝦肉蛋白的冷凍變性加劇了這一變化的程度，因此，導致熟制對蝦的彈性指標在凍藏期間逐漸降低。

表2 熟制南美白對蝦凍藏期間全質構的變化

2.3 色差值(L*、a*、b*)的變化

熟制對蝦的色澤是一項非常重要的品質評價指標。由于蝦青素以和蝦青蛋白結合的形式存在，生蝦呈現出青色，而預煮破壞了這一色素和蛋白質的復合結構，熟制對蝦呈現橙紅色。熟制對蝦在凍藏期間的色差值(L*、a*、b*)變化見表3所示，對蝦亮度(L*)在凍藏期間顯著降低(P<0.05)，這與蝦肉凍藏過程中汁液流失有關，水分減少導致蝦表面亮度下降。這與MA等對冷凍蝦仁L*所做的實驗結果一致[19]，但與生蝦凍藏的L*變化不一致[20]，生蝦在凍藏過程中由于冰晶的形成，解凍后游離水增加，機體表面的反射光增加而導致L*增加[21]。凍熟對蝦的a*和b*在貯藏期間都呈現先增加后降低的趨勢，原因可能是與蝦肉蛋白的冷凍變性有關，煮制并不能導致蝦肉蛋白完全變性，在后期凍藏過程中，蝦肉蛋白質冷凍變性釋放了更多的游離蝦青素，導致凍藏前期蝦體變紅變黃，而游離蝦青素的性質不穩定，極易受環境及自身因素而降解或異構，在這些因素的綜合作用下，凍熟對蝦的a*和b*在貯藏后期降低，表現為蝦褪色。相比于L*和a*，對蝦b*在凍藏期間的變化較大，能較好的反應蝦體顏色變化規律[22-23]，可用作凍藏對蝦的品質評價指標。

表3 熟制南美白對蝦凍藏期間色差值(L*、a*、b*)的變化

2.4 LF- NMR橫向弛豫時間T2測定結果

LF-NMR的橫向弛豫時間T2可用于水分分布及狀態的分析，目前，該方法已廣泛的應用在肉品貯藏加工過程中水分變化的檢測上[24]。圖1為凍熟南美白對蝦T2圖譜，根據T2弛豫時間的不同，將對蝦中水分分為3種形態，T2b、T21和T22。T2b的弛豫時間在0.04～8.31 ms之間，稱為結合水，與蛋白質等大分子物質緊密結合[8, 24]，這部分水占總量的8%左右，在凍熟對蝦中，根據橫向弛豫時間的長短主要分為兩部分：T2b1和T2b2，其中，T2b1的弛豫時間接近0.1 ms，被認為是與大分子物質結合最緊密的水。在對蝦凍藏期間，T2b的變化不明顯(p>0.05)，這部分水分的比例P2b略有增高(見表4；P>0.05)，可能是中間水或者游離水的變化導致的[25]。T21的弛豫時間在9.0～80 ms之間，代表對蝦中含量最高的中間水，也稱為不易流動水，主要指蛋白質結構內部或細胞內的水分[8, 24]，T21在貯藏期間沒有明顯變化(P>0.05)，P21略有降低(P>0.05)。T22是橫向弛豫時間最長的一部分水，稱為自由水或游離水，主要指肌原纖維蛋白外部的水或細胞外水，熟制對蝦中這部分水分按照弛豫時間長短可分為兩部分，其總的比例用P22表示。在對蝦凍藏期間，P22逐漸增加，貯藏第180天的游離水比例顯著高于貯藏初期(0 d和30 d；P<0.05)。

圖1 熟制南美白對蝦凍藏期間T2弛豫時間圖譜Fig.1 T2 relaxation time of pre-cooked white shrimp Litopenaeus vannamei during frozen storage

貯藏時間/d0306090120150180P2b/%8.07±0.28a7.87±0.91a8.07±0.73a7.14±0.98a8.06±0.86a8.16±1.07a8.35±0.68aP21/%87.43±2.35a87.51±2.91a86.22±0.54a87.01±3.47a86.47±1.06a86.09±3.04a85.47±1.85aP22/%4.50±0.63b4.62±0.64b5.71±0.97ab5.85±0.53ab5.47±0.65ab5.75±0.81ab6.28±0.58a

注：P2b代表結合水的比例，P21代表中間水的比例，P22代表自由水的比例；同行字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

2.5 各檢測指標間的相關性分析

熟制對蝦凍藏期間質構指標、色差值與水分含量、比例及持水力之間的相關性分析結果如表5所示。其中結合水比例P2b與膠著度、咀嚼性和亮度(L*)呈正相關(P<0.05)，而中間水比例P21與彈性、黏聚性、回復性及色差值(L*、a*、b*)呈強正相關(P<0.01)，結合水比例P22與硬度、膠著度、咀嚼性呈強正相關(P<0.01)。而水分含量與對蝦硬度、膠著度和咀嚼性呈強負相關(P<0.01)，與回復性呈正相關(P<0.05)，與a*和b*呈強正相關(P<0.01)。持水力與硬度、膠著度和咀嚼性呈強負相關(P<0.01)。從以上結果可以看出，對蝦自身水分含量變化嚴重影響到其表觀品質(質構和色差)，表現為：肌肉硬度與水分含量呈反比[18]，隨著水分含量的降低，硬度指標升高，蝦肉越來越難于咀嚼，而a*、b*與水分含量之間的強正相關性說明蝦肉脫水的同時伴隨著褪色，表觀品質降低。3種狀態水分的變化對質構和色差的影響不一致，由于結合水和游離水的相對比例較小，這2種水分對質構和色差值的影響較小，而中間水的影響較大，其中，中間水比例降低伴隨著蝦肉彈性指標的降低，蝦肉間結合力下降，同時伴隨著對蝦亮度(L*)、紅度值(a*)和黃度值(b*)的降低，對蝦品質下降。而結合水和游離水的變化主要影響硬度指標的變化，其中游離水的影響較大，游離水的增加可導致蝦肉的可咀嚼難度增加，由于蛋白質變性致不易流動水流出成為游離水是包裝凍蝦游離水增加的主要原因，這說明蝦肉硬度不是肌肉表面吸附的游離水決定的，而與組織及細胞間隙間容納的水分有關。

表5 各指標間的相關性分析

注：*P<0.05; **P<0.01。

3 結論

本文研究了熟制南美白對蝦凍藏期間水分含量和狀態、持水力、質構指標和色差值的變化，并對各主要指標之間的相關性進行了分析，得到如下結論：隨著貯藏期的延長，凍熟南美白對蝦水分含量和持水力逐漸降低，色差值(L*、a*、b*)逐漸降低，硬度指標增加，彈性指標下降；對蝦結合水比例(P21)和自由水比例(P22)增加，而中間水比例(P21)降低；在貯藏后期，對蝦脫水和褪色現象比較明顯。相關性分析結果表明對蝦水分含量與硬度呈反比，而與紅度值(a*)和黃度值(b*)呈正比，中間水比例與彈性指標、色差值(L*、a*、b*)呈正比，自由水比例與硬度指標呈正比。從實驗結果推測，凍熟對蝦的褪色現象與蝦體不同狀態水分的比例變化有關，隨著中間水比例的降低而逐漸褪色并失去彈性，而游離水相對比例增高導致對蝦的硬度升高。

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The effect of physical and chemical parameters at low field NMR of white shrimpsLitopenaeusvannameion frozen shrimp during its storage

SUN Xie-jun, ZHANG Kai, SUN Pan, LI Xiu-xia*

(College of Food Science and Technology,Bohai University, Jinzhou 121013, China)

Apparent quality (texture and color), moisture content, LF-NMRT2relaxation time after cooked in boiling water for 5 min, and the correlation coefficients among measured variables were investigated. The results showed that moisture content and water holding capacity increased with the increasing of storage time, accompaniedL*,a*, andb*decreased, hardness increased, and elasticity decreased;P22increased gradually, while the highest percentage of waterP21somehow reduced which indicating that water in shrimp was migrated during frozen storage. The correlation coefficients result showed that hardness was directly positively correlated withP22, texture of elasicity was positively correlated with intermediate waterP21, moisture content was negatively correlated with hardness andL*,a*, andb*value. The result revealed that water content and distribution change caused the decrease of the quality (texture and color) of pre-cooked white shrimpsLitopenaeusvannameiduring frozen storage.

Litopenaeusvannamei; pre-cook; frozen storage; apparent quality; water status

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201705036

學士，實驗師(李秀霞副教授為通訊作者，E-mail：lixiuxiaxxx@163.com)。

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2015BAD17B03)

2016-06-30，改回日期：2016-10-11