冰溫技術結合生物保鮮劑對中國對蝦品質的影響

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(1.錦州醫科大學食品科學與工程學院,遼寧錦州 121001;2.沈陽農業大學食品學院,遼寧沈陽110866)

中國對蝦(Chinese shrimp),又稱東方對蝦,屬節肢動物門,甲殼綱,十足目,對蝦科,對蝦屬,是我國分布最廣的對蝦類且與墨西哥棕蝦和圭亞那白蝦并稱為世界三大名蝦[1]。我國海域遼闊,海洋資源十分豐富,水產養殖已經成為了我國漁業發展的重要組成部分,中國對蝦產品也逐漸成為了養殖水產品出口中的第一大產品[2]。同時中國對蝦因為其營養價值高且美味而深受國內外的歡迎。中國對蝦自身蛋白含量較高,水分含量也較高,肌肉組織較松軟,其在死后的僵直期比較短,自溶作用迅速,因此新鮮度下降較快,極易腐敗變質[3]。在運輸的過程中蝦體變黑[4]、出現異味、腐敗變質都會嚴重影響中國對蝦的經濟價值和營養價值。因此,必須采取相應的保鮮方法延長其貨架期,來滿足消費者和各加工企業對于中國對蝦的各種生活需要。

隨著現代科學技術的不斷發展和對于美好生活的追求,人們對于水產品的要求越來越高,已由冷凍轉變為冰鮮。而溫度是冰鮮至關重要的因素,冰溫是保持水產品新鮮度的最佳溫度。從20世紀80年代引進至今[5],冰溫技術已應用于肉制品保藏、果蔬制品保藏、水產品保藏等中[6]。周果等[7]利用冰溫貯藏對梭子蟹進行保鮮通過測定指標同時建立其貨架期預測模型,發現冰溫貯藏效果比冷藏、冷凍更為出色。

隨著綠色活性包裝概念的提出,消費者對于健康安全食品的關注程度也逐漸上升,以天然大分子化合物為基質的可食性包裝材料已經成為熱點問題。殼聚糖(Chitosan)是自然界中產量僅次于纖維素的第二大天然生物有機高分子化合物[8],具有良好的生物相容性、光譜抗菌性。ε-聚賴氨酸(ε-polylysine)[9]是一種具有抑菌功效的多肽。卡拉膠(Carrageenan)[10]在食品工業中通常用作增稠劑、穩定劑等,卡拉膠的流變學性能充分顯示出其穩定的膠凝作用使得生物保鮮劑趨向于膜狀,與中國對蝦接觸面積增加且均勻。Souza等[11]的實驗確定殼聚糖涂膜對延長鮭魚魚片的保質期有一定影響,與對照樣品相比,涂有殼聚糖的魚樣在6 d后的pH和K值降低(P<0.05),9 d后TVB、TMA和TBA值顯著降低。趙海鵬等[12]將殼聚糖中添加功能性成分抗壞血酸(VC)、植酸對南白對蝦進行涂膜初步研究其防黑變、防腐保鮮的效果并在冷藏過程中細菌分離進行初步鑒定和菌相分析,取得較好的抑制效果。凌萍華[13]通過測定貯藏過程中的多酚氧化酶活力、感官評價、細菌總數、常規理化指標研究了冰溫、氣調包裝和保鮮劑等保鮮方法對南美白對蝦的保鮮效果,結果表明兩者的結合使用可以延長蝦的貨架期。課題組前期已經獲得以上三種保鮮劑的最佳復配配比[14]。本試驗確定了中國對蝦的冰溫保藏范圍與生物保鮮劑,然后通過測定菌落總數(TVC)、pH、硫代巴比妥酸(TBA)、揮發性鹽基氮含量(TVB-N)、感官評價、肌動球蛋白鹽溶性及質構特性等理化指標,評價冰溫技術結合生物保鮮劑對中國對蝦保鮮效果的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮中國對蝦 遼寧省錦州市林西路海鮮市場;殼聚糖 上海阿拉丁生化科技股份有限公司;ε-聚賴氨酸 山東欣鼎生物科技有限公司;卡拉膠 河南洪鑫食化有限公司;冰醋酸、三氯乙酸、鹽酸 上海麥克林生化科技有限公司;磷酸二氫鉀、硼酸、氧化鎂 天津市風船化學試劑科技有限公司;乙醇、氯仿 天津市巴斯夫化工有限公司;氯化鉀、酒石酸鉀鈉 國藥集團化學試劑有限公司;牛血清蛋白、TBA 北京索萊寶科技有限公司。

3306探針式食品溫度計 深圳市托爾為電子科技有限公司;PHS-25臺式酸度計 上海儀電科學儀器股份有限公司;ZHJH-112型垂直流超凈工作臺 上海智誠分析儀器制造有限公司;WDP-9062電熱恒溫培養箱 上海安亭科學儀器有限公司;UV-6300型紫外分光光度計 上海美普達儀器有限公司;KJELTEC2300全自動凱氏定氮儀 丹麥Foss公司;TMS-PRO型質構儀 北京盈盛恒泰科技有限公司;H-2050R-1高速冷凍離心機 湘儀離心機儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 冰點的測定 將溫度測量探針儀器插入中國對蝦中心肌肉中,放在-18 ℃冰箱中,每隔20 s為一次溫度采集時間間隔,繪制時間-溫度曲線,根據凍結曲線的拐點判定中國對蝦的冰點,取多點平均值作為冰溫貯藏溫度。

1.2.2 保鮮劑的配制及保鮮處理 參照本課題組前期研究[14]所獲得最佳配比,調整并復配,如表1所示。

表1 各組保鮮劑配比Table 1 Ratio of preservatives in each group

前三組樣品分別在不同的保鮮劑中浸泡10 min,D組于蒸餾水中浸泡10 min,取出于室溫條件下進行瀝干,分裝于聚乙烯無菌保鮮袋后貯藏于處于冰溫溫度(-2.2±0.1) ℃的冰箱;E組于蒸餾水中浸泡10 min,取出于室溫條件下進行瀝干,分裝于聚乙烯無菌保鮮袋后貯藏于處于冷藏溫度(4±1) ℃的冰箱內。

貯藏期間,對五組均進行隔天取樣測定各指標,每組樣品平行測定3次,質構特性每次平行測定7次。

1.2.3 指標測定

表2 中國對蝦感官評價方法Table 2 Sensory evaluation method of Chinese shrimp

1.2.3.1 pH的測定 稱取5 g已經切碎為糊狀的蝦肉,放入燒杯內,然后在燒杯中加入45 mL煮沸冷卻后的蒸餾水,確保攪拌均勻,靜置30 min,過濾后,取出濾液,使用PHS-25臺式酸度計進行測定。

1.2.3.2 菌落總數(TVC)的測定 參照GB T4789.2-2010[15]對樣品進行測定。

1.2.3.3 揮發性鹽基氮(TVB-N)含量測定 參照GB 5009.228.-2016食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定[16],按照半微量定氮法進行測定。

1.2.3.4 硫代巴比妥酸(TBA)值的測定 準確稱取5 g樣品,置于100 mL有蓋三角瓶內,加入25 mL三氯乙酸混合液,振搖0.5 h,用雙層濾紙過濾,除去油脂。濾液重復用雙層濾紙過濾一次。準確移取上述濾液5 mL置于25 mL比色管內,加入5 mL TBA溶液,混勻,加塞,置于90 ℃水浴內保溫40 min,取出,冷卻1 h,移入小試管內,離心(5000×g,15 min)5 min,上清液傾入25 mL納氏比色管中,加入5 mL氯仿,搖勻,靜置,分層,吸出上清液于532 nm波長比色,對照標準曲線y=0.244x-0.01,R2=0.9995，得到TBA含量。同時做空白試驗。

1.2.3.5 感官評價 綜合感官評價標準見表2[17],低于6分為綜合感官不可接受值。

1.2.3.6 肌動球蛋白的提取 取蝦肉2 g,加入20 mL 0.6 mol/L的冰KCl,在6500 r/min下分散2 min,每分散10 s,停10 s,防止溫度過高,然后將分散液在4 ℃下離心(5000×g,30 min)。在上清液中加入3倍體積冰的蒸餾水,5000×g離心20 min在沉淀中加入等體積的冰 KCl(1.2 mol/L,pH7.0),在冰上放置 30 min后離心(5000×g,30 min),離心后所得的上清液即為肌動球蛋白。

1.2.3.7 肌動球蛋白鹽溶性的測定 取六只試管準確加入0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL 牛血清蛋白溶液(10 mg/mL),加蒸餾水至1 mL,即得濃度分別為0、2、4、6、8、10 mg/mL,加入4 mL雙縮脲試劑,25 ℃下放置30 min,取出,540 nm下比色,以0 mg/mL血清蛋白溶液做參比,測吸光度值,以蛋白含量為 X 軸,以吸光度值為Y軸,作圖繪制濃度-吸光度標準曲線。取1 mL肌動球蛋白,加入4 mL雙縮脲試劑,25 ℃水浴30 min,在540 nm處測吸光值并對照標準曲線求出肌動球蛋白的濃度。實驗得到的回歸方程為Y=0.9959X+0.0099,R2=0.9992,可用于蛋白質濃度的測定。

1.2.3.8 質構特性的測定 選取中國對蝦的第二節大約1 cm×1 cm×1 cm,測定探頭直徑為50 mm的P50平底柱形探頭,設定試驗參數:初始力度:0.8 N、探頭回升高度:25 mm、測試速度:60 mm/min、形變量:30%、測定時間:5 s、觸發力:5 g。

1.3 數據處理

采用Excel 2013進行處理和繪圖,利用SPSS軟件進行實驗數據的分析,采用多因素方差分析和多重比較(顯著性以P<0.05為顯著)。

2 結果與分析

2.1 冰點的測定

冰溫技術對于冰溫帶的要求比較嚴格,由圖1中國對蝦凍結曲線可知,中國對蝦在貯藏的過程中出現了過冷臨界溫度點和第一拐點,符合食品溫度-時間凍結曲線的一般特征,中國對蝦冰點確定為-2.2 ℃,冰溫帶為-2.2～0 ℃。

圖1 中國對蝦凍結曲線Fig.1 Frozen curve of Chinese shrimp

2.2 貯藏過程中中國對蝦pH的變化

pH可以作為判斷產品新鮮度的重要參考標準之一[18]。當pH7.6以上則為不可接受值[19]。不同處理組中國對蝦貯藏期間pH如圖2所示,由圖2可知,中國對蝦樣品各組初始pH差別不大，約為7.20,說明生物保鮮劑的處理并不影響初始pH。貯藏前期中國對蝦pH各組均呈現出明顯的下降趨勢,之后隨著時間的增長而逐漸上升。在中國對蝦死亡后,體內的糖原開始進行分解,產生乳酸等酸性物質,這時蝦體內的酸度升高,致使pH降低[20]。在第4～6 d時各組pH開始上升,主要是因為微生物的生長導致中國對蝦組織內的蛋白質分解成含氮小分子物質和一些堿性物質,使得pH又上升[21]。E組上升速度最快,第10 d pH已達7.6，超過不可接受值,D組次之,第12 d pH已達7.6，超過不可接受值,涂膜處理組對蝦pH上升比較緩慢,其中C組增長趨勢最緩慢,第16 d以后達到不可接受值,冰溫A、B組第16 d分別為7.7和7.8，均已超過不可接受值,而C組在第16 d pH僅為7.5,仍在可接受范圍內,貯藏期比冷藏空白組延長6 d,比冰溫空白組延長4 d。因此,冰溫結合生物復合保鮮劑涂膜能有效抑制中國對蝦pH升高。

圖2 中國對蝦貯藏期間pH的變化Fig.2 Changes of pH of Chinese shrimp during storage

2.3 貯藏過程中中國對蝦菌落總數(TVC)的變化

菌落總數是我國食品衛生微生物標準體系中的主要指標,是衡量食品被細菌污染程度的定量衛生標準。根據國家標準蝦類的菌落總數,菌落總數不大于5.0 lg CFU/g為一級鮮度,5.0～5.7 lg CFU/g為二級鮮度,達到106～107CFU/g則表示食品已經腐敗,為不可接受值[22]。不同處理組中國對蝦貯藏期間菌落總數變化如圖3所示,中國對蝦初始菌落總數在2.4 lg CFU/g左右,屬于一級鮮度。隨著時間延長,各組菌落總數也顯著增加(P<0.05),其中E組菌落總數增長最快,在第8 d就已經到達5.8 lg CFU/g,已經到達不可接受程度,而D組在第6 d達到了5.1 lg CFU/g,逐漸接近鮮度上限。五組均在第2～4 d增長趨勢最明顯。A組在第14 d 逐漸接近二級鮮度值,說明殼聚糖具有一定的抑菌性。B組菌落總數在第14 d時增長趨勢小于A組,說明ε-聚賴氨酸的抑菌效果優于殼聚糖涂膜組。C組在第16 d達到不可接受值且可以明顯看出貨架期已經比D組延長了將近4 d,比E組延長將近6 d,說明冰溫技術能夠抑制中國對蝦微生物生長,當與殼聚糖、ε-聚賴氨酸和卡拉膠相結合進行涂膜處理對中國對蝦貯藏期間微生物的抑制作用更好。

圖3 中國對蝦貯藏期間菌落總數的變化Fig.3 Changes of the total number ofcolonies of Chinese shrimp during storage

2.4 貯藏過程中中國對蝦揮發性鹽基氮(TVB-N)含量的變化

根據國家標準,GB 2733-2015,鮮、凍動物性水產品衛生標準,蝦類TVB-N一級鮮度≤25 mg/100 g,二級鮮度≤30 mg/100 g,30 mg/100 g被認為是水產品品質的可被消費者接受的上限,TVB-N水平越高代表水產品的可食用度越低[23]。不同處理組中國對蝦貯藏期間揮發性鹽基氮(TVB-N)的變化如圖4所示,由圖4可以看出,第0 d的中國對蝦TVB-N值為5.28 mg/100 g,表明實驗樣品新鮮度較高。隨著貯藏時間的延長,五組TVB-N值都增加。貯藏的前4 d,冰溫處理組的TVB-N含量差異較小,且都屬于一級鮮度范疇內。到第8 d后,五組的TVB-N值都隨著時間的增長而顯著增加(P<0.05);其中A組和B組的差異不顯著(P>0.05),在第16 d除了C組外,其余四組的TVB-N都超過了可接受上限，分別為35.2、37.2、46.8、51.0。可以明顯看出貨架期已經比D組延長了近6 d,比E組延長近8 d。經過顯著性差異分析可以得到,經過冰溫條件貯藏的復合膜組TVB-N含量顯著低于對照組(P<0.05),這可能是因為復合生物保鮮劑對微生物增長與酶活性產生了抑制。表明冰溫技術結合保鮮劑可以抑制酶活性和細菌生長,從而降低TVB-N含量。

圖4 中國對蝦貯藏期間揮發性鹽基氮(TVB-N)的變化Fig.4 Changes of TVB-N during storage of Chinese shrimp

2.5 貯藏過程中中國對蝦硫代巴比妥酸(TBA)值的變化

TBA值是用來表示脂肪氧化程度的指標,TBA值越大,說明脂肪的氧化程度越高,酸敗就越嚴重,產生的小分子物質也就越多。不同處理組中國對蝦在貯藏過程中TBA變化如圖5所示,新鮮的中國對蝦的TBA值為0.05 mg/100 g,貯藏前6 d時,A、B、C、D、E組的增長趨勢基本呈現同一趨勢,隨著時間的延長TBA值也增加(P<0.05)。這個趨勢說明中國對蝦的脂肪氧化程度隨著時間的增加而增強。E組在第16 d時TBA值已經達到0.44 mg/100 g,D組也己經達到0.32 mg/100 g;D組與E組二者相比較,D組TBA值由于加入冰溫條件,增長趨勢較緩慢。A組TBA值為0.23 mg/100 g,B組TBA值為0.26 mg/100 g,作用效果比較相似,二者增長趨勢持續上升,C組的TBA值與其他兩組冰溫涂膜組相比較小且趨勢增加緩慢,說明冰溫與復合保鮮劑對中國對蝦的脂肪氧化起到了有效的抑制作用。

圖5 中國對蝦貯藏期間硫代巴比妥酸(TBA)的變化Fig.5 Changes of thiobarbituric acid(TBA)during storage of Chinese shrimp

2.6 貯藏過程中中國對蝦感官評價的變化

在中國對蝦的貯藏過程中感官評價主要從色澤、氣味和體形三個方面進行評估。不同處理組中國對蝦貯藏期間感官評價變化如圖6所示,所有實驗組的評分都為10分,當評分低于6分時表示不被消費者所接受。隨著貯藏時間的延長,A、B、C、D、E組五種處理方式下的感官評分得分呈現下降趨勢。其中E組下降趨勢最明顯,在第6 d感官評分已經為6分,可明顯感覺到出現氨味,殼與肉分離,頭尾出現黑色,其分值明顯低于A、B、C,此時三組感官評分均為8分;不同生物保鮮劑處理組的感官評分也一直呈現下降趨勢,D組在第8 d感官評價為6分,A組和B組也于第10～12 d分別到達6分;C組涂膜的中國對蝦分值一直高于其他處理組,比E組、D組貨架期分別延長了約8 d和6 d，但在第12 d后各不同處理組中國對蝦品質急劇下降,表現出全身黑變,汁液粘稠且有氨臭味道。由此表明,冰溫技術與生物保鮮劑相結合能夠有效抑制貯藏過程中中國對蝦體內微生物的生長繁殖速度,從而保持更好的感官品質。

圖6 中國對蝦貯藏期間感官評價的變化Fig.6 Changes of sensory evaluation ofChinese shrimp during storage

2.7 貯藏過程中中國對蝦肌動球蛋白鹽溶性的變化

不同保鮮劑處理的中國對蝦肌動球蛋白鹽溶性變化如圖7所示,可以明顯看出5組中國對蝦肌動球蛋白溶解性隨著貯藏的時間增加而逐漸下降,且不同處理組之間存在顯著差異(P<0.05)。當鮮活的中國對蝦剛剛死后處于僵直期,由于體內ATP的作用阻礙了肌動蛋白和肌球蛋白的結合,導致提取的肌動球蛋白含量偏低[24]。在貯藏后的2 d后肌球蛋白和肌動蛋白開始結合形成大量的肌動球蛋白,此時含量逐漸升高。冰溫組中,第16 d時,A組、B組、C組肌動球蛋白鹽溶性分別為50、47、55,同時與E組進行比較,可以說明殼聚糖和ε-聚賴氨酸可以有效抑制肌動球蛋白鹽溶性的降低,其中二者結合復合保鮮劑具有更好的抑制作用。

圖7 中國對蝦貯藏期間肌動球蛋白溶解性的變化Fig.7 Changes of actin solubilityduring storage of Chinese shrimp

2.8 貯藏過程中中國對蝦質構特性的變化

食品質構是與食品的組織結構及狀態有關的物理性質。在本實驗中主要通過硬度、彈性、膠黏性、咀嚼性來體現中國對蝦肌肉組織變化,與大菱鲆魚研究相似[25]。貯藏過程中各組處理樣品質構特性的變化如表3所示。從表3中可以看出,隨著貯藏時間的延長,中國對蝦各項指標也發生不同變化,其中不同溫度及不同生物保鮮劑處理組之間咀嚼性下降顯著(P<0.05),通過五組對比可以發現C組咀嚼性高于其他四組,說明新鮮度降低較慢。E組膠黏性上升速度與其他組別相比也尤為突出,保鮮效果最差,是由于中國對蝦在貯藏過程中體內微生物大量繁殖,蛋白質的空間結構遭到破壞,分解蝦體蛋白質,導致蝦肉逐漸變軟。彈性降低同時也造成蝦體的硬度下降[26],由表3可知,硬度逐漸下降,貯藏初期無顯著差異(P>0.05),于第8 d開始,E組與其余冰溫各組開始差異顯著(P<0.05),后期由于保鮮劑對微生物生長繁殖的抑制作用較強,組織結構破壞也較輕微。

表3 中國對蝦貯藏期間質構特性的變化Table 3 Changes of texture characteristics of Chinese shrimp during storage

3 結論

本實驗探討了冰溫結合生物保鮮劑對中國對蝦貯藏品質的影響。實驗結果表明:中國對蝦的冰點為-2.2 ℃,冰溫帶為-2.2～0 ℃。冰溫結合復合生物保鮮劑涂膜處理的中國對蝦菌落總數、pH、TBA值、TVB-N含量等指標變化低于對照組,肌動球蛋白含量、感官評分與質構特性也具有良好效果,冰溫技術與復合生物保鮮劑相結合能夠更有效抑制微生物的增長,減緩糖原降解速度和脂肪氧化速率,與冷藏空白組相比,中國對蝦貨架期延長了6～8 d。該實驗為中國對蝦貯藏品質的保持和貨架期的延長提供參考。