流化冰處理對南美白對蝦冰藏期間品質與水分遷移變化的影響

藍蔚青，胡瀟予，阮東娜*，劉書成，謝 晶,*

（1.農業農村部冷凍調理水產品加工重點實驗室，福建 廈門 361022；2.上海海洋大學食品學院，上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，上海 201306；3.福建安井食品股份有限公司，福建 廈門 361022；4.廣東海洋大學食品科技學院，廣東省水產品加工與安全重點實驗室，廣東 湛江 524088）

南美白對蝦（Litopenaeus vannamei），又名凡納濱對蝦，為對蝦科對蝦屬甲殼類水產品，其憑借營養價值高、肉質鮮美等特點深受消費者歡迎，在我國養殖規模不斷擴大。根據《2017中國漁業統計年鑒》[1]顯示，我國淡水養殖蝦類產量203.21萬 t，其中南美白對蝦產量達73.99萬 t，其已成為我國養殖產量最高的蝦種。但由于其為高蛋白高水分的甲殼動物，組織蛋白酶活性強，蝦肉在貯藏期間易發生ATP降解，迅速自溶，致使營養價值和食用品質下降，發生腐敗變質；因此，捕撈后應及時進行相應的保鮮處理。冷凍貯藏是水產品保鮮中的常用方法，對水產品貯藏與市場調節起著重要作用[2]。目前，國內水產品冷凍貯藏溫度多為－18～－23 ℃，也有少數水產品在－35 ℃下貯藏，還有學者對水產品在－60～－80 ℃超低溫下的貯藏效果進行研究[3]。雖然凍藏可最大限度保持南美白對蝦的營養價值，但凍藏過程中產生的冰晶易使肌肉細胞受損、蛋白質變性，增加解凍時的汁液損失，導致其風味和營養價值下降[4]。與凍藏相比，冰藏通過在水產品表面鋪一層冰來降低魚體體表溫度，使其接近冰點但不凍結，可達到延長魚體保鮮期的目的[5]；此法因其保藏效果使水產品最接近于鮮活時的生物特性而備受關注，廣泛應用于南美白對蝦超市銷售中[6]。

流化冰又稱冰漿，是由直徑介于0.2～0.8 mm的冰顆粒與水溶液如淡水、鹽水或海水組成的均勻兩相混合物。流化冰表面積大、冷卻速度極快，且其冰晶細小、表面圓滑，可有效避免冰晶對產品的機械損傷[7]。近年來，流化冰作為一種快速冷卻水產品的新方法，已逐漸受到關注，其在加拿大、美國、冰島及歐洲部分國家，已成功用于航運中金槍魚、鰭魚、沙丁魚、龍蝦等保鮮[8-9]；流化冰機、冰漿機等先進制冰設備機組在漁船和陸地上的應用也較普遍。本實驗擬以傳統碎冰處理作為對照，對南美白對蝦采用流化冰進行貯藏處理，測定感官、理化與菌落總數等指標，并結合低場核磁共振（low-f i eld nuclear magnetic resonance，LF-NMR）與核磁成像（magnetic resonance imaging，MRI）技術研究兩種冰藏方式對南美白對蝦貯藏期間品質與水分遷移變化的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南美白對蝦購自上海市浦東新區臨港農工商超市，選取鮮活、體長約為9～10 cm的樣品，置于裝有碎冰的泡沫箱中30 min內充氧運回實驗室。

磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、L-脯氨酸、鄰苯二酚、Brij-35、氯化鈉、輕質氧化鎂、三氯乙酸、硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA） 國藥集團化學試劑有限公司；平板計數瓊脂 青島高科技工業園海博生物技術有限公司。

1.2 儀器與設備

RF-1000W-SP型海水流化制冰機 江蘇南通瑞友工貿有限公司；TA. XT Plus質構儀 英國Stable Micro System公司；CR-400型色差計 日本Konica Minolta公司；Kjeltec2300型凱氏定氮儀 瑞士FOSS公司；FJ200-S型數顯高速均質機 杭州齊威儀器有限公司；H-2050R型臺式高速冷凍離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；LDZM-40KCS-Ⅲ型立式壓力蒸汽滅菌器上海申安醫療機械廠；LHS-100CL型恒溫恒濕箱 上海一恒科學儀器有限公司；Meso MR23-060H-I型低場核磁共振分析儀 上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料處理

將運回實驗室的對蝦冰水致死，迅速按照實驗要求模擬售賣環境條件，將實驗分為兩組，分別采用碎冰和流化冰處理，相應計作即碎冰（crush ice，CI）處理組和流化冰（slurry ice，SI）處理組，樣品按蝦冰質量比1∶1的比例層蝦層冰置于泡沫箱中，于（4f1）℃環境貯藏10 d，每天對兩組樣品分別進行各項指標測定。

1.3.2 質構分析的測定

對去殼南美白對蝦第二腹節肌肉進行2 次壓縮，采用質構儀的TPA模式分別測定其硬度、咀嚼性和彈性[10-11]。測試條件為：平底形探頭P/5、測前速率3.00 mm/s、測試速率1.00 mm/s、測后速率1.00 mm/s、壓縮變形率40%、停留間隔時間5 s、負重探頭5 g、環境溫度18～20 ℃，每個樣品測試5 次，取平均值。

1.3.3 色差的測定

色差的測定方法參照CIE-L*a*b*法[12]。色差計在使用前用白板進行校準，直接測帶殼南美白對蝦蝦頭和第二腹節蝦肉表面的亮度L*值、紅度a*值。同一樣品測定3 次，取平均值。

1.3.4 TVB-N含量的測定

總揮發性鹽基氮（total volatile base-nitrogen，TVB-N）含量的測定參考Goulas等[13]的方法，平行測定3 次。

1.3.5 TBARS值的測定

硫代巴比妥酸反應物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）值的測定參考黃鴻兵等[14]的方法，略有修改。取2 g南美白對蝦蝦肉肉糜，加入5 mL 25 g/100 mL三氯乙酸和4 mL蒸餾水，高速勻漿1 min后1 000hg離心20 min。取2 mL上清液加入2 mL 0.02 mol/L TBA溶液，沸水浴20 min，流動水冷卻5 min后于532 nm波長處測定溶液吸光度。其中空白樣為1 mL 25 g/100 mL三氯乙酸＋1 mL蒸餾水＋2 mL 0.02 mol/L TBA。TBARS值以丙二醛含量計，按下式計算。

TBARS值/（mg/kg）＝A532nmh9.48

1.3.6 PPO活力的測定

多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活力的測定參考Qian Yunfang等[15]的方法稍作修改。稱取5 g去殼蝦肉，于0～4 ℃環境下剪碎研磨，加入20 mL 0.067 mol/L磷酸緩沖液（pH 7.20，含質量分數0.1% Brij-35），4 ℃條件下浸提2 h后過濾，再于4 ℃ 12 000 r/min下高速冷凍離心30 min，上清液即為PPO粗酶液。

在離心管中依次加入4.4 mL 0.067 mol/L磷酸鹽緩沖液（pH 6.8）、0.4 mL 0.5 mol/L L-脯氨酸、0.4 mL 0.5 mol/L鄰苯二酚，置于37 ℃恒溫水浴5 min，加入0.4 mL 37 ℃預熱2 min的PPO粗酶液，立即將混合液置于525 nm波長處測定吸光度，在3 min內每隔30 s記錄1 次。PPO活力以酶促反應速率表示，每分鐘1 mL酶液引起吸光度改變0.01為1 個酶活力單位（U）。

1.3.7 菌落總數的測定

參照GB 4789.2ü2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》[16]進行菌落總數測定，每個稀釋度做2 個平行。

1.3.8 LF-NMR分析

將整只帶殼南美白對蝦用保鮮膜包裹，放入核磁檢測管中。采用CPMG序列，測定溫度32 ℃，參考Cheng Xinfeng等[17]的T2測定參數設置，通過對序列指數衰減曲線圖經分析軟件進行批量反演，得到兩種冰藏方式的樣品在不同時期的橫向弛豫時間T2譜圖。

1.3.9 MRI分析

采用MRI技術測定樣品的質子密度圖譜，將帶殼南美白對蝦包上保鮮膜后直接放入直徑60 mm的核磁管中，隨后在低場核磁共振成像儀中予以成像分析。通過MSE成像序列得到凝膠的質子密度成像，測定條件為：重復等待時間（TR）＝500 ms、回波時間（TE）＝18.2 ms。利用拉莫爾定律（v＝γB0/2π）選擇成像層面，將信噪比及圖像清晰度進行調節，得到的成像圖譜由8 次掃描重復累加而成。質子密度圖由上海紐邁電子科技有限公司提供的軟件統一映射、偽彩。

1.4 數據處理

利用SPSS 19.0對數據進行相關性及單因素方差分析，采用Duncans法進行顯著性分析和多重比較，差異顯著水平P＜0.05，結果以平均值±標準偏差表示；采用Origin 7.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中質構特性的影響

蝦類等水產品在微生物與內源酶的作用下，其肌肉組織與質構特性發生相應變化，最終導致肌體軟化、彈性下降，食用口感下降。硬度是食品達到一定形變所需要的力，反映食品保持形狀的內部結合力，是消費者考慮的主要因素[18]；彈性反映了樣品在外力作用時變形及去除外力后的恢復程度。肌肉硬度、肌肉細胞間凝聚力與彈性下降會造成樣品的咀嚼性降低[19]。

表1 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中質構特性的影響Table1 Effects of different ice treatments on texture properties of Pacif i c white shrimps during storage

由表1可知，南美白對蝦在貯藏過程中，硬度隨著貯藏時間的延長而降低，這與Alotaibi等[20]在探究馬鈴薯粉對南美白對蝦品質影響時的質構分析結果一致。貯藏期間，SI組樣品的硬度雖略高于CI組，但總體差異不明顯。貯藏至第10天時，SI組樣品的硬度降至248.10 g，CI組樣品則為246.06 g；同時，SI組與CI組樣品的彈性由初期0.86分別降至0.64與0.60，彈性損失率分別為25.58%與30.23%。可見，流化冰對南美白對蝦蝦肉彈性的保護效果更明顯。與第0天相比，第10天時SI組和CI組樣品的咀嚼性分別降低66.06%和72.40%，SI組樣品的咀嚼性下降速度緩于CI組。由質構結果的組間差異顯著性分析可看出，SI處理對樣品質構的維持效果從3 d后開始顯著優于CI組。

2.2 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中色差值的影響

L*值代表亮度，L*值越大代表蝦體表面顏色越淺，亮度越好，則新鮮度越高。蝦類在貯藏和加工過程中，其體色易變紅，尤其是蝦頭，體現在a*值的變化上，這主要是蝦體內的蝦青素或蝦青素酯大多與蛋白質結合，在南美白對蝦體內以色素-蛋白質復合物的形式存在，呈綠或藍色[21]；而在水產品貯藏和加工過程中，蛋白質-色素的復合物形式被破壞，色素游離出來，致使蝦蟹殼呈橙紅色。相關研究表明，a*值與蝦青素含量正相關[22]。因此a*值變化可用于表征蝦體的紅變情況。

由表2可看出，隨著貯藏時間的延長，兩種冰藏處理方式下的樣品頭部與第二腹節蝦肉的L*值均出現顯著下降。第0天時新鮮南美白對蝦的頭部及第二腹節蝦肉L*值分別為45.64與47.25。由于南美白對蝦頭部含有內臟等不透明的有色物質，而蝦身則較透明；因此其第二腹節蝦肉L*值較頭部偏大，即第二腹節蝦肉顏色較蝦頭顏色淺。兩組樣品頭腹部的L*、a*值分別從第2天和第3天開始顯著增大，且CI組樣品的L*值降速更快。兩組對蝦腹部的a*值在0～3 d內均增加，但差異不顯著（P＞0.05）；第4天時，CI組樣品a*值變為正值，說明蝦體已開始變紅；SI組蝦肉樣品a*值為0.10，說明流化冰處理可明顯抑制a*值增加，延緩蝦體紅變。從第4天開始，隨著貯藏時間的延長，樣品a*值持續增加，兩組樣品差異逐漸增大；其中L*和a*值的變化趨勢與王強[23]研究防黑變劑及抑菌劑對南美白對蝦品質影響過程中觀察到色差的變化趨勢一致。綜合可知，SI組對南美白對蝦的防紅變效果在冰藏4 d后開始顯著優于CI組。

表2 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中色差值的影響Table2 Effects of different ice treatments on the color of Pacif i c white shrimps during storage

2.3 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中TVB-N含量的影響

TVB-N含量是評價水產品鮮度的常用指標，水產品中的蛋白質和其他非蛋白含氮化合物在內源性酶或微生物作用下會分解產生三甲胺、二甲胺、氨和其他胺類等堿性化合物，TVB-N含量通常用來反映此類堿性化合物生成量。GB 2733ü2015《食品安全國家標準 鮮、凍動物性水產品》[24]規定，TVB-N含量低于25 mg/100 g為一級鮮度，在25～30 mg/100 g之間為可接受范圍。

圖1 不同冰藏處理方式對南美白對蝦TVB-N含量的影響Fig.1 Effects of different ice treatments on TVB-N content of Pacif i c white shrimps during storage

從圖1可以看出，樣品貯藏初期的TVB-N含量為5.39 mg/100 g。隨著貯藏時間的延長，兩組樣品的TVB-N含量整體呈上升趨勢；第8天時，CI組樣品的TVB-N含量達30.33 mg/100 g，已不可接受；而SI組樣品則在第10天才達到23.22 mg/100 g，仍保持在一級鮮度范圍內。結果表明，流化冰對南美白對蝦TVB-N含量升高的抑制效果更顯著，可使其貨架期至少延長2 d。Le等[25]以黑虎蝦為研究對象，發現在0 ℃貯藏過程中，黑虎蝦的TVB-N含量呈上升趨勢，且在貯藏第9天達32.28 mg/100 g，其結果與本實驗所觀察到的變化趨勢相一致。在整個貯藏過程中，兩組樣品的TVB-N含量差異逐漸增大，相比于傳統碎冰處理，流化冰處理對TVB-N含量增加的抑制作用更顯著。

2.4 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中TBARS值的影響

魚蝦類水產品的脂肪酸氧化降解產物丙二醛能與硫代巴比妥酸反應生成穩定的紅色復合物，TBARS值被廣泛用于評價魚肉類制品脂肪的氧化程度。

圖2 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中TBARS值的影響Fig.2 Effects of different ice treatments on TBARS value of Pacif i c white shrimps during storage

由圖2可知，兩組樣品的TBARS值在貯藏前期呈明顯增長趨勢，SI組與CI組樣品的TBARS值由最初的0.075 mg/kg分別增至第5天的0.161、0.214 mg/kg，在后期并無明顯規律，這主要是由于南美白對蝦本身脂肪含量較少，貯藏后期脂肪已大幅氧化降解。SI組的TBARS值在整個貯藏期間低于CI組，這與Benjakul等[26]的結果一致。表明流化冰可延緩南美白對蝦在冰藏期間脂肪氧化，且流化冰對蝦肉脂肪氧化的抑制效果在貯藏中期（3～5 d）較明顯。

2.5 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中PPO活力的影響

從圖3可以看出，兩種處理方式下南美白對蝦的PPO活力在第2天達到最低，且相較于第0天，酶活力顯著下降（P＜0.05）。這主要是由于在一定溫度范圍內，PPO活力與溫度呈正相關，新鮮南美白對蝦樣品從外界較高的溫度環境移至低溫環境后，蝦體溫度持續降低，導致酶活力降低[27]；2 d后，隨著貯藏時間的延長，PPO活力開始升高，表明貯藏2 d后南美白對蝦蝦肉中無活性的PPO不斷被激活，PPO活力逐漸升高。在整個貯藏階段，SI處理抑制PPO活力的效果明顯優于CI處理。PPO在對蝦體內可催化酚類物質如酪氨酸生成無色醌類物質，繼而發生聚合生成黑色素，造成黑變[28]。圖3的結果結合表1中蝦腹部L*值的降低，說明PPO活力可直接影響蝦體黑變，SI處理在抑制PPO活力的基礎上可延緩黑變和亮度的降低。

圖3 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中PPO活力的影響Fig.3 Effects of different ice treatments on PPO activity of Pacif i c white shrimps during storage

2.6 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中菌落總數的影響

由文獻[29]報道可知，蝦類菌落總數＜105為一級鮮度，105≤菌落總數＜106為二級鮮度，菌落總數＞106時不可食用。

圖4 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中菌落總數的影響Fig.4 Effects of different ice treatments on TVC of Pacif i c white shrimp during storage

如圖4所示，隨著貯藏時間的延長，兩個組樣品的細菌總數總體均呈上升趨勢，這與Yuan Gaofeng等[30]研究石榴皮提取物結合殼聚糖對南美白對蝦保鮮結果一致。CI組樣品在第7、8天時，菌落總數分別為5.80、6.12（lg（CFU/g）），即在貯藏8 d后菌落總數達到腐敗閾值，已不可食用；SI組樣品第9、10天分別為5.85、6.08（lg（CFU/g）），在貯藏10 d后菌落總數達到腐敗閾值，品質已不可接受。由菌落總數的變化可以看出，流化冰的保鮮抑菌效果優于碎冰，且可將冰藏南美白對蝦貨架期延長至少2 d。貯藏4 d后，兩組間的菌落總數差異愈加顯著，說明流化冰的抑菌作用在貯藏中后期即4 d后更顯著。

2.7 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中水分遷移的影響

圖5 不同冰藏處理對南美白對蝦貯藏過程中T22（A）、A22（B）與A23（C）的影響Fig.5 Effects of different storage conditions on T22 (A), A22 (B) and A23 (C) of Pacif i c white shrimps during storage

LF-NMR橫向弛豫時間T2的譜圖顯示有3 個峰，分別代表南美白對蝦肌肉中的結合水、不易流動水和自由水3 種不同的水分狀態，對應的橫向弛豫時間分別為T21（＜10 ms）、T22（10～100 ms）、T23（＞100 ms）。各個峰的峰面積可相應代表結合水、不易流動水和自由水含量，分別用A21、A22、A23表示[31]。

圖5A顯示了不同冰藏處理方式下南美白對蝦中水分橫向弛豫時間T22峰起始時間的變化，可以看出兩組T22（不易流動水）峰起始時間隨貯藏時間延長而延長，即表征不易流動水的峰在整個貯藏期間向右移動，不易流動水有向自由水轉化的趨勢，流動性增強。不易流動水T22的延長可能是由于貯藏時間的延長使肌原纖維蛋白分子空間結構發生變化，即高級構象發生改變，從而影響其與水分子的結合能力[32]，向自由水轉化。

由圖5B、C可知，隨著貯藏時間延長，樣品在貯藏中后期即貯藏3 d后，不易流動水A22含量顯著下降（P＜0.05）；自由水含量A23基本在整個貯藏期間都呈現顯著上升趨勢（P＜0.05），以上研究結果與da Silva Carneiro等[33]報道的結果一致。貯藏3 d后，兩組南美白對蝦中自由水比例差異顯著，即流化冰對南美白對蝦水分的保鮮優勢在貯藏中期最明顯。

圖6 不同冰藏處理方式南美白對蝦的1H-MRI圖Fig.6 Pseudo color of 1H-MRI for Paci fi c white shrimps with different ice treatments

圖6為兩種冰藏處理方式下南美白對蝦1H-MRI質子密度加權成像偽彩圖。一般情況下，偽彩圖中越趨于紅色，即MRI圖像中亮度越強，則表明水質子信號越強，即該部分的水含量越高。由圖6可明顯看出，隨著貯藏時間的延長，兩組南美白對蝦蝦肉中質子密度加權像偽彩圖的亮度逐漸減弱，表明水分逐漸流失；而SI組亮度的減弱程度較CI組更緩，即樣品的水分遷移和流失得到一定程度抑制；CI組后期接近藍色（底色），表明水分流失嚴重，蝦肉品質已發生嚴重劣變。

2.8 相關性分析

通過對兩種冰藏處理方式下南美白對蝦各指標進行相關性分析，結果如表3、4所示。對于兩種冰藏處理方式，其相關性分析結果基本一致。南美白對蝦L*值、a*值與PPO活力極顯著相關，由此說明貯藏期間樣品的色差與PPO活力的變化影響關系密切。TVB-N含量代表蛋白質氧化程度，其與質構特性（硬度、彈性、咀嚼性）、T22和A23極顯著相關，這主要是因為隨貯藏時間的延長，蛋白質氧化降解加劇，肌肉組織結構被破壞，不易流動水流動性增強，自由水含量增加，水分流失嚴重，蝦體肌肉變軟，質構特性下降。此外，T22、A22、A23與PPO活力、菌落總數有較強的相關性，主要由于蝦肉水分狀態的變化直接影響其內源酶活力與微生物生長，從而影響其綜合品質。此外，CI組TBARS值與其他各指標相關性不顯著，而SI組中TBARS值則與其他指標極顯著相關，這可能與蝦本身脂肪含量少，在CI組脂肪氧化嚴重，而SI組可延緩氧化從而保護脂肪有關。

表3 CI組南美白對蝦貯藏期間各指標間相關性分析Table3 Correlation analysis between different indexes of shrimps with CI treatment during storage

表4 SI組南美白對蝦貯藏期間各指標間相關性分析Table4 Correlation analysis between different indexes of shrimps with SI treatment during storage

3 結 論

南美白對蝦經流化冰處理后，其在色差、PPO活力、質構、TVB-N含量、TBARS值與菌落總數方面的表現均優于碎冰組，且兩組樣品在貯藏中后期差異更顯著。由LF-NMR結果可得出，隨著貯藏時間的延長，蝦體不易流動水向自由水轉化，水分流失加劇，流化冰可在一定程度上減緩這種變化，其效果在3 d后作用明顯。經相關性分析得出，除TBARS值外，樣品的各指標均互相顯著或極顯著顯著相關。

綜上所述，相比于傳統碎冰處理，流化冰保鮮具有明顯優勢，其保鮮優勢體現在貯藏中后期。因此，將流化冰保鮮技術應用于蝦類等水產品的貯藏、流通與銷售過程中，可顯著減緩蝦類品質的下降速度，延緩其腐敗進程，使品質得以保持，從而促進生鮮水產品市場的發展。