蝦類保鮮技術的研究現狀 及其發展趨勢

吳佳煜,龔靜妮,鄭君溁,鄭雨婷,李崇高,吳先輝

(1.福建農林大學食品科學學院,福建福州 350002; 2.廣州城市職業學院食品系，廣東廣州 510405； 3.寧德職業技術學院,福建福安 355000)

鮮蝦中含有較多的蛋白質、大量的微量元素及人體必需氨基酸,是一款肉質鮮美,兼具營養價值與經濟價值的水產品[1-2]。隨著人們生活水平的不斷提高,蝦類食品已經廣泛融入到消費者的膳食結構當中,成為人們餐桌上必不可少的美食之一。隨著世界海洋漁業的飛速發展,人們對于鮮蝦,特別是海水蝦的消費需求也日益增多,我國作為世界上主要的蝦類食品生產國及出口國,其消費量與國際貿易需求量均呈現逐年遞增的趨勢,這為我國蝦類食品的迅速發展提供了良好的市場環境,使其具有廣闊的發展前景。

盡管蝦類食品廣受人們的喜愛,但由于蝦類本身所特有的生理生化特性,即體內含有較高的蛋白質與水分含量及大量的高活性多酚氧化酶[3-5],在捕撈、運輸、加工及貯藏過程中,死亡的蝦體易受到來自自身體表及消化器官等處所攜帶的微生物與外界微生物的污染而引發腐敗變質[6];同時,其體內的多酚氧化酶也將催化酪氨酸等物質,產生一系列的生化反應,生成黑色素,從而使蝦體表面出現黑斑,又稱黑變現象[7-8]。為解決這一問題,國內外專家學者就如何對蝦進行保鮮、如何提高蝦的保鮮效果進行了廣泛的探索。

基于對蝦類食品保鮮問題的關注,本文擬從物理、化學、生物角度對當前海水蝦保鮮技術的研究現狀進行歸納綜述,客觀分析各種保鮮技術的特點與局限,并對未來該技術的發展趨勢進行了展望,以期為延長蝦類食品的貨架期提供一定的理論參考和實踐依據。

1 物理保鮮

1.1 低溫保鮮

低溫保鮮技術可在運輸過程中對鮮蝦進行保活,其原理是將蝦置于較低的環境溫度下,使蝦體溫度緩慢降低,以弱化其活動能力與應激反應,從而減緩氧氣消耗及新陳代謝速率,減少蝦死亡率。在貯藏期間,低溫對微生物的繁殖代謝及酶的活性能起到有效的抑制作用[9]。目前,低溫保鮮按溫度主要劃分為冷藏保鮮[10]、冰溫保鮮[11]、微凍保鮮[12]與凍藏保鮮[13]。由于冰溫保鮮和微凍保鮮有較高的溫控要求,且費用昂貴,故較少使用。

施佩影等[14]研究了不同貯存溫度對南美白對蝦的黑變影響,結果顯示:在0、4、8 ℃ 的貯藏條件下,不致引發黑變的時間分別為36、24、12 h以內。李學英[15]等研究發現:凍藏溫度越低越有利于南極磷蝦品質的保持,為實現長期貯藏的要求,推薦溫度應控制在-30 ℃及以下。張強[16]等通過對比微凍貯藏與超低溫貯藏的保鮮效果發現:-35 ℃下的超低溫貯藏對南美白對蝦肉質的彈性、硬度和咀嚼性均保持較好,且解凍損失率低,能耗低。陳思名[17]等探究了微凍保鮮(-4 ℃)對南美白對蝦肌肉品質的影響,結果證明:微凍保鮮能有效抑制微生物的生長,且在貯藏后期能夠顯著改善南美白對蝦各項指標的變異程度。

蝦保鮮技術中,以對低溫保鮮技術的研究最為深入,但若單純使用低溫保鮮,實際效果并不理想。就冷藏保鮮而言,由于蝦體內的多酚氧化酶在低溫下仍具備活性,可緩慢進行反應,以致其不能滿足運輸及銷售過程中對蝦貯存期的要求,易出現肉質白濁現象,影響鮮蝦風味及表觀形象。在凍藏過程中,蝦內部水分易凝結成冰晶,使其組織結構受到破壞,造成干耗、冷凍變性等現象,進而對鮮蝦的外觀品質與市售價值造成嚴重影響。

1.2 流化冰保鮮

流化冰作為一種天然高效的冷卻介質,是由水溶液與冰晶體組成的均一穩定的兩相混合物[18],具有晶體細小且表面積大的特點[19]。使用時可將蝦體全部覆蓋,通過其較強的載冷能力有效降低蝦體的溫度[20],從而抑制微生物繁殖與鈍化酶的活性。并且流化冰不會在保鮮期間對蝦造成機械損傷,能最大程度地保持鮮蝦的品質。

王強[21]等通過研究發現,流化冰保鮮對南美白對蝦的肉質構特性保持效果顯著,通過往蝦體縫隙間填充冰粒子,能有效抑制蝦與氧氣相接觸,同時鈍化蝦體內多酚氧化酶的活性,從而顯著降低蝦體黑變速率。馮家敏等[22]采用流化冰結合防黑變劑處理方式,結果顯示,該方法能有效減緩蝦體品質劣變及黑變程度,以較好地保持蝦體的感官品質及質構特性。

近年來,流化冰作為一種快速冷卻的保鮮新技術,已受到國內外專家學者的廣泛關注[23]。目前流化冰主要應用于蝦類保鮮的預處理階段,一般在運輸、加工、貯藏、銷售過程結合低溫保鮮、氣調保鮮等其它保鮮技術進行蝦類的保鮮作用。但是由于流化冰本身具有的易融化特性,使得其可能會溶解微生物造成與蝦肉間的交叉污染等問題。因此在鮮蝦保鮮過程中要特別注意及時排凈融化的冰水、更換流化冰,以達到良好的保鮮效果

1.3 超高壓保鮮

超高壓殺菌作為食品非熱加工技術之一,指在常溫或較低溫度條件下,采用100～1000 MPa的靜水壓力,對真空熱封包裝的產品進行處理。通過高壓破壞細菌胞壁與膜結構,改變細胞膜的通透性,抑制DNA 等遺傳物質的復制及酶活性來實現滅菌。同時,超高壓處理只針對生物大分子中的非共價鍵(氫鍵、疏水鍵及離子鍵等)產生作用,而共價鍵不受影響,從而能夠在實現破壞微生物活性的基礎上較好地保持食品原有的品質、色澤、口感及營養價值[24]。

Li等[25]研究發現:利用高靜水壓力(HHP)處理白對蝦,可有效提高蝦體內多酚氧化酶(PPO)的失活率。Du 等[26]利用酸性電解水(AEW)聯合HHP處理新鮮蝦,結果表明:在最佳優化條件下,該方法可顯著提高新鮮蝦中副溶血弧菌和單增李斯特菌的致死率。于勇[27]等通過研究對比熱處理與超高壓處理對鮮蝦水分狀態的影響,發現經超高壓處理后,自由水在南美白對蝦中保持更好,更難流失,從而更能保持產品的品質。

超高壓保鮮技術是一種既能保持鮮蝦營養與品質,又不會產生因熱加工導致的不良反應的一種鮮蝦保鮮技術[28]。但是由于超高壓保鮮技術對于細菌芽孢的致死作用尚不顯著,若要達到更為理想的芽孢致死效果,還應控制協調酸度、溫度及抑菌劑等其他輔助因素。目前,超高壓處理設備的成本仍較高,較難實現對該技術的規模化應用。

1.4 氣調保鮮

氣調保鮮常用氣體有CO2、N2、O2,其一般原理為在較適宜的低溫條件下,通過改變貯藏環境中的氣體組成,如降低O2含量,增加CO2與N2含量,以減弱鮮蝦的呼吸強度,抑制微生物的繁殖代謝[29]及其體內PPO的活性[30],從而達到維持蝦類產品品質、延長保鮮期的目的[31]。

謝晶等[32]研究發現:在冷藏條件下,高CO2體積分數的氣調包裝(MAP)能有效抑制南美白對蝦體內細菌的生長繁殖和多酚氧化酶的活性,其中尤以80% CO2含量的氣調包裝效果最佳;同時,Qian 等[33]以南美白對蝦為實驗對象,通過實驗論證了超過80%的CO2濃度條件,將導致蝦體出現嚴重的變色和品質劣變現象。Zhang等[34]通過結合MAP與弱酸性電解水(WAEW)包冰衣處理的綜合效果,高度延緩了南美白對蝦肌肉組織中蛋白質的降解,并有效維持了蝦冷凍儲存期間顏色的穩定;Bono等[35]通過研究冷凍結合MAP技術與常規的亞硫酸鹽處理(SUL)技術對紅魔蝦(Giant Red Shrimp)貯藏期間的相關品質對比,證明了冷凍結合MAP技術能夠有效抑制脂質的氧化,且黑色素沉積量較亞硫酸鹽處理后為少,更有利于紅魔蝦的顏色保持。

氣調保鮮作為國際上公認最行之有效的水產保鮮技術,已在蝦保鮮中受到廣泛應用。目前,氣調保鮮多基于對水產品中腐敗菌的抑制效果進行研究[36],而對其中致病菌的影響研究相對不足,此可能導致水產品雖能保持較好的感官品質,但不具有食用安全性。同時,由于該保鮮方法的技術要求高,操作復雜,在我國尚未被很好地推廣應用。

1.5 酸性電解水保鮮

酸性電解水(Acidic electrolyzed water,AEW)處理作為一種新型的保鮮技術,具有高效殺菌、無污染、無殘留的特點,由于其pH較低且具有較高的有效氯(ACC)濃度及高氧化還原電位(ORP),近年來多被用于水產品的殺菌及保鮮處理。

Wang[37]、Xie等[38]研究表明,AEW結合低溫處理可顯著抑制副溶血弧菌的增殖,從而保持鮮蝦品質,降低貯運過程中該病原體的致病隱患。Wang[39]、Lin等[40]通過制備酸性電解水冰(AEW ice)用于蝦保鮮處理,實驗證明了AEW ice能極大地抑制細菌的生長及組織蛋白酶B與PPO的活性。腸道微生物能夠引發水產品的腐敗變質,付嬌嬌等[41]研究了AEW處理對南美白對蝦腸道微生物的影響,實驗結果表明AEW能明顯改變鮮蝦腸道中的微生物多樣性,從而有效保障其貯藏過程中的品質穩定。

AEW便于制取且價格低廉,使用過程中不致引發蝦類食品形態、色澤、風味及營養成分的損失,有效解決了傳統保鮮技術對食品品質劣化的影響;AEW ice則能更好地用于鮮蝦的夏季保鮮。隨著對AEW保鮮技術研究的不斷深化,該技術必將能更有效地降低蝦組織中致病菌的潛在危害,更好地保證蝦類食品的品質安全。

1.6 輻照保鮮

輻射保鮮技術是通過利用γ射線、X射線或高速電子束等電離輻射產生的高能射線[42]對蝦類食品進行殺蟲、滅菌[43]處理,并抑制蝦體內的某些生理活動,以此來延長蝦類食品的貯存期。其特點是蝦類產品僅受到放射源產生的高能射線的照射作用,本身無殘留,無放射性,而對于微生物具有很好的致死作用[44]。且一定劑量的電子束輻照還能降解和破壞蝦類食品中的有害殘留物。

Mahto 等[45]研究了不同輻照劑量(0.5、1.5、2.5、3、5、10、20 kGy)對斑節對蝦(Penaeus monodon)組織與結構成分的影響。實驗發現,低劑量輻照處理(≤10 kGy)能顯著減少總細菌和霉菌計數,并消除大腸菌群和沙門氏菌,且不引起鮮蝦的微觀結構及機械性能的顯著變化;2.5 kGy及以上的輻照處理能有效延緩蝦黑變現象;當劑量提高到20 kGy時,鮮蝦結構變化明顯。若將低劑量輻照(2.5～5 kGy)與冷凍保存相結合,可有效保持蝦的機械特性與外觀質地,改善蝦在長期貯藏過程中的安全性。

然而,輻照保鮮也存在部分缺限,如高劑量輻照(10～50 kGy)處理可能使產品產生異味并降低蝦的營養品質。目前,國內外對輻照食品的接受程度尚且不高,致使近年來關于該技術對蝦保鮮方面的研究成果較少。所以,仍需加強公眾對輻照保鮮技術的認識,使輻照保鮮這項新興食品保鮮技術能夠在蝦保鮮中發揮更多的作用。

2 化學保鮮

2.1 化學保鮮劑保鮮

化學保鮮是指借助一種或幾種藥物自身的抑菌、殺菌作用,依照國家標準定量添加到產品中,從而實現保質、保鮮,延長產品貯藏期的一類保鮮技術。其機理是通過化學物質抑制有害菌的增殖或將其殺死,并能與生物體內氧化酶發生反應,達到抗氧化效果。用于蝦類保鮮可防止發生黑變現象。傳統的化學保鮮劑主要為焦亞硫酸鈉(俗稱“蝦粉”)[46],其在海水蝦的貯藏保鮮上曾被廣泛應用,可有效延緩鮮蝦黑變,抑制微生物的繁殖及生理氧化過程,但過量使用焦亞硫酸鈉將導致SO2殘留量超標,引發胃腸紊亂、黏膜炎癥及臟器病變等疾病。

羅自生[47]、王雪等[48]在0 ℃的貯藏條件下,利用穩定態二氧化氯作用于南美白對蝦,有效延緩了蝦體內的菌落數增長及PPO活性,抑制了蝦體黑變。韓詩蕾等[49]以刀額新對蝦為材料,對還原型谷胱甘肽(GSH)、山梨醇及檸檬酸三種保鮮劑進行復配,研究表明:在-18 ℃凍藏期間,該復配保鮮劑能明顯抑制蝦頭中PPO 活力,延緩鮮蝦的品質劣變。鮑俊旺[50]通過復配特丁基對苯二酚、4-己基間苯二酚、抗壞血酸及茶多酚,研發出新型復合保鮮劑,可在南美白對蝦儲藏期間,有效降低蝦肉中的菌落總數,進而延長其貨架期。

化學保鮮具有簡單高效、成本低廉的優勢,但鑒于蝦保鮮中存在SO2、抗菌素殘留超標及細菌耐藥性等問題,其應用具有一定的局限性。從食品衛生及公眾安全角度出發,未來的鮮蝦的化學保鮮技術應朝著天然、安全、無毒的方向發展,例如可以在化學保鮮中結合生物保鮮技術,進一步減少焦亞硫酸鈉的使用劑量。通過有效地對鮮蝦進行保鮮的同時,減少有害殘留物的危害。

2.2 臭氧保鮮

臭氧保鮮作為一種新型化學保鮮方法,其機理是通過破壞細菌胞壁,分解膜結構,進而擴散入細胞內部,導致其新陳代謝紊亂并抑制其生長,同時繼續滲透破壞膜內組織,氧化分解葡萄糖氧化酶,直至殺死細菌。

表1 生物保鮮劑Table 1 Biopreservative

Okpala等[51-54]通過大量實驗,研究臭氧處理結合低溫保鮮技術對南美白對蝦品質的影響,結果顯示,臭氧能有效抑制白蝦組織內細菌的增殖,延緩脂肪氧化,抑制蝦體的腐敗變質,從而實現延長保質期的效果。

就蝦類保鮮而言,臭氧處理較傳統化學保鮮劑處理的優勢在于臭氧保鮮的最終產物為氧氣,可以有效減少化學防腐劑的使用,從而提高了食品的安全性。同時,臭氧殺菌屬非熱力殺菌技術,無需加熱即可實現殺菌防腐的目的,能夠節省能源。但是,保鮮過程中需要避免臭氧濃度過高,防止其強氧化性對蝦類食品品質造成不利影響。目前對于臭氧在鮮蝦保鮮技術的應用研究尚少,鑒于臭氧能有效延長鮮蝦的保質期,在未來蝦保鮮技術中,或許可以將臭氧保鮮與低溫、氣調保鮮技術等技術結合,以進一步增強鮮蝦保鮮效果。

3 生物保鮮

生物保鮮是基于對生物科學的理論研究,通過多學科交叉融合衍生出的一個新興研究領域。其機理大致包括:通過相關技術隔絕空氣、抑制酶活性,以實現延緩氧化、防變色的作用;利用本身具有抗菌、抗氧化、天然無毒特性的物質,對食品貯運過程中的品質變化加以控制,達到防腐保鮮的效果;生成保護膜,防止腐敗菌滋生污染,減緩水分損失,以保持產品品質。近年來,對于生物保鮮劑的研究主要趨于多酚類物質、殼聚糖以及各類生物提取物等。

生物保鮮的優勢在于對環境無污染、對人體無危害,同時能夠較好地維持鮮蝦的感官特性與營養價值[75],具有替代化學保鮮的潛在趨勢。目前,我國新型生物保鮮劑的研發工作尚未成熟,對生物保鮮的機理研究還未深入。鑒于多數生物保鮮劑結構、組成復雜,提取率較低,且對分離純化工藝的技術要求高,致使投入成本過高,極大地限制了其在實際貯藏保鮮過程中的應用[76]。今后,仍需進一步加強對生物技術的研究與新型生物保鮮劑的研發工作。

4 蝦保鮮技術的不足與展望

本文所述關于蝦保鮮的諸多技術,均能有效延長蝦保鮮期,然而每種保鮮技術又都存在著各自的優勢與不足,因而在今后的實際應用過程中,應朝著以下幾個方面發展:綜合考慮比較各種保鮮技術的優缺點及其適用范圍,合理利用多種保鮮技術的優勢互補,以實現不同保鮮技術之間的有機結合,達到最佳的保鮮效果,從而實現蝦保鮮技術的綜合化、多樣化。如:鄧倩琳[77]及 Yuan等[78]就分別使用了超高壓與CO2聯合處理技術及殼聚糖涂層與石榴皮提取物(PPE)聯合處理技術,且均取得的顯著的蝦保鮮效果;未來蝦保鮮技術的發展離不開保鮮劑,而保鮮劑目前主要存在的是安全問題,其次是保鮮效果與使用成本問題,故研發天然高效的新型保鮮劑是解決問題的關鍵;基于目前許多先進高效的保鮮技術的成本過高且操作復雜,而使其發展受到限制,甚至仍處于研究階段還未產業化。所以,未來對蝦保鮮技術的開發還應朝著操作簡單、經濟實用的方向發展,以拓寬其適用范圍,從而提高蝦保鮮的經濟效益和社會效益。