小龍蝦加工與保鮮技術研究進展

高曉光，呂 蒙，臧芳波，高 賽，崔 玥，王世杰

（河北科技大學生物科學與工程學院，河北 石家莊 050018）

小龍蝦學名克氏原螯蝦（Procambarus clarkii），又稱淡水小龍蝦，隸屬于節肢動物門甲殼綱十目足鰲蝦科原鰲蝦屬，原產自北美洲，是一種穴居入侵型紅沼澤鰲蝦，20 世紀30 年代經日本引入我國后迅速繁殖[1]。小龍蝦肉質鮮美、口感獨特、易于消化，備受人們喜愛。由于其適應能力強、生長速度快、產量高，促進了人工養殖業的迅速發展[2-3]。現階段，我國小龍蝦養殖主要分布在江蘇、湖北、江西、安徽等長江中下游地區，養殖產量、加工流通量逐年增加，已成為我國重要的養殖經濟蝦類，并逐漸形成了較為完整的產業鏈[4]。

小龍蝦具有高蛋白（18%～20%）、低脂肪（0.8%～2.8%）、必需氨基酸種類齊全、微量元素比例適宜等優勢，是一種營養豐富的水產品，近年來國內外對其需求量不斷增加[5]。但是小龍蝦養殖的季節性很強，一般當年11 月至次年4 月為淡季，幾乎有半年時間消費者吃不到新鮮小龍蝦，且由于小龍蝦在加工和運輸過程中容易生病和受傷，導致成活率和產品質量降低，極大影響了小龍蝦的品質[6]。目前，國內小龍蝦主要以生鮮產品、冷凍初加工和低溫熟食制品的形式銷售，其常溫保質期短，限制了銷售市場，因此亟需根據小龍蝦的特性，研究安全有效的加工保鮮技術，以滿足小龍蝦產業的需求。

1 小龍蝦加工現狀

小龍蝦產業是消費主導的漁業融合型產業。近年來，小龍蝦產業發展迅速，養殖產量和面積大幅增加[7]。據統計，2018 年共養殖小龍蝦164 萬t，其中49萬t 被加工成冷凍小龍蝦尾、小龍蝦肉和調味小龍蝦，總產值284 億元人民幣[8]。2019 年，我國小龍蝦產業總產值達4 110 億元，同比增長19.28%，其中以餐飲業為主的第三產業產值占總產值比例最大，為72.02%；以加工業為主的第二產業增幅較大，為55.48%[9]。2021 年受新冠疫情影響，國際貿易形勢變化，小龍蝦出口量下降，國內小龍蝦加工業在此影響下，進入快速發展階段，初級加工業有望獲得較大發展，配套的冷鏈物流和配送規模隨之擴大，加工技術不斷完善，精深加工也將穩步發展[10]。

隨著我國社會經濟的快速發展和人均可支配收入的不斷提高，消費者對包括水產品在內的食品需求也從單純追求數量轉變為更加注重質量和安全，加工業越來越受到研究者的關注[11]。小龍蝦初級加工產品主要有蝦仁（去頭、去殼）、蝦尾（只去頭、不去殼）、整只的原味蝦（不去頭、不去殼）以及調味小龍蝦，調味小龍蝦可分為國際風味蝦（歐式茴香蝦、美式辣粉蝦等）和中式風味蝦（麻辣蝦、香辣蝦、蒜泥蝦、十三香蝦、油燜蝦等）[12]。在加工過程中，小龍蝦通常需要進行剝殼處理，然而即使由高技能人員進行剝殼操作也會損害小龍蝦肉，且效率和產量較低。目前，研究者們已經開發出多種新型剝殼技術，例如機器輔助人工剝殼技術、冷凍處理技術、熱處理技術等[13]。Shao 等[14]研究了超高壓處理技術對小龍蝦剝殼量和肉質的影響，發現小龍蝦脫殼的最佳處理條件是200 MPa，此條件下小龍蝦蝦肉產量最大，硬度、彈性和粘結性都顯著增加。

小龍蝦的精深加工主要集中在對小龍蝦副產品資源的加工方面：如利用小龍蝦副產物加工制作調味料，制備蝦青素、甲殼素、殼聚糖、幾丁聚糖等[15]；從蝦殼中提取的甲殼素，是制作護膚品的原料之一；甲殼素的衍生制品殼聚糖可用于減肥。這些高附加值的產品在國內外被廣泛使用，創造了可觀的經濟收益。

2 小龍蝦的保鮮技術

隨著小龍蝦加工產業的不斷發展，經過多年研究及相關技術的進步，在小龍蝦保鮮方面已有很好的成果用于防止其在運輸及保鮮階段出現腐敗變質。

2.1 冷凍保鮮

小龍蝦水分含量高，微生物容易生長，蝦中的蛋白質在微生物和內源酶等因素的作用下發生氧化和水解反應，導致質量和商品價值下降[16]。冷凍保鮮技術能有效地抑制微生物的生長，延長食品的儲藏期，且最大限度地保持小龍蝦的營養成分，是一種傳統的保鮮技術[17]。冷凍保鮮效果受多種因素的影響，基本概括為兩個方面，一是原料本身的，如：種類、新鮮度、微生物的初始數量；二是冷凍工藝因素，如：儲藏時間、冷凍溫度、冷凍速率和冷凍保護劑等的選擇。Shi等[18]以生鮮小龍蝦為原料，在冷凍溫度為-18 ℃時，測定不同冷凍儲藏時間下小龍蝦的生化和物理特性。研究發現，隨著儲藏時間的延長，小龍蝦Ca2+-ATPase 活性顯著降低，這是因為隨著冷凍時間的延長，產生的冰晶體積逐漸變大，破壞了冷凍產品細胞的微觀結構，加劇其內部的機械損傷。至第24 周儲藏結束時，小龍蝦的Ca2+-ATPase 活性幾乎為零，小龍蝦的糊狀結構發生了嚴重的改變，品質劣化，硬度顯著增加，試驗結果表明，小龍蝦冷凍溫度為-18 ℃時，較佳保質期為1 個月。趙立等[19]研究了熟制小龍蝦肉經-20 ℃、-30 ℃冷凍處理后在-18 ℃儲藏過程中品質的變化，發現這2 種冷凍處理方式對小龍蝦儲藏品質影響的差別不大，所以工廠速凍熟制小龍蝦肉可采用-20 ℃處理。

冷凍速率會影響冰晶的數量、大小和形態，進而影響肉制品的質量，特別是大的、不規則的冰晶會嚴重導致肉制品結構的損傷。不同的冷凍速率會在肌肉上引起不同大小的空洞，冷凍速率慢，形成晶核的數目少，冰晶體積大，大的空洞會導致肌肉細胞結構的嚴重扭曲。然而在小龍蝦制品加工中，冷凍速率的提高對小龍蝦品質的影響較小。Zhao 等[20]在試驗中控制冷凍溫度為-20 ℃，冷凍保藏6 個月，發現不同冷凍速率對小龍蝦新鮮度的影響無顯著差異，說明過快的冷凍速率并非必要。

冷凍技術雖然已成為一種常用的食品保鮮技術，但由于冰晶的形成和生長會導致小龍蝦組織破裂、脫水、蛋白質變性，從而使其風味、保水性和營養價值下降；此外，當解凍和加熱時蝦仁汁液流失增多，也會出現肉質變硬、易碎，口感粗糙，外觀色澤變暗等現象[21]。近年來，有研究者研制了能夠降低肌肉或其他生物組織中冰晶生長速度的防凍化合物，來減少冷凍技術對小龍蝦品質帶來的不利影響。Yasemi[22]發現風味蛋白酶水解物不僅可以抑制小龍蝦肌球蛋白的變性，而且可以減緩肌肉中脂質氧化速率，故其可作為一種冷凍保護劑運用于小龍蝦加工保鮮過程。

2.2 殺菌保鮮

初始微生物數量是影響小龍蝦貨架期的主要因素之一[23]。為了有效地對小龍蝦產品保鮮，已有多種工業化殺菌方式應用到小龍蝦加工中。一般常用的有巴氏殺菌技術和超高壓殺菌技術等。巴氏殺菌技術是一種利用相對較低的溫度殺死病菌的消毒方法，能最大限度地保持產品原有的風味和品質，但只能殺滅一部分腐敗菌，利用該技術進行殺菌的產品貨架期較短[24]。張永進等[25]采用16S rRNA 高通量測序分析了巴氏殺菌后即食小龍蝦食品的腐敗菌菌相組成，發現蘇云金芽孢桿菌和粘質沙雷氏菌是該小龍蝦食品的優勢腐敗菌，因而可以針對性地開發防腐保鮮劑，來彌補巴氏殺菌保鮮技術的不足。

超高壓殺菌技術是指將食品密封在容器中，以水或油作為壓力傳遞介質，在常溫或略高于常溫下進行100～1 000 MPa 壓力處理的方法，該技術是食品加工和保鮮方法的一項創新，能夠有效殺死微生物并最大限度地保持產品的原始品質[26]。超高壓殺菌技術是對傳統的熱處理殺菌技術的改良，最早被應用于水產品中牡蠣的殺菌保鮮，通過研究發現，此技術不僅殺菌效果明顯，而且綠色安全，成為當今世界熱點研究專題之一，其也在小龍蝦及其制品的殺菌保鮮中得到廣泛應用。李肖嬋等[27]以即食小龍蝦為研究對象，比較了超高壓殺菌技術與巴氏殺菌技術對試驗樣品品質和貨架期的影響。結果表明，經超高壓殺菌處理的即食小龍蝦不僅色澤、硬度、黏著性、咀嚼性略優于巴氏殺菌組，而且貨架期延長了2 d。謝慧明等[28]采用超高壓技術對生鮮小龍蝦進行殺菌處理，發現壓力大于343 MPa，處理溫度高于55 ℃，處理時間超過10 min時，金黃色葡萄球菌的數量可以降低至符合國家標準。因此，超高壓技術對小龍蝦及其制品中的微生物具有良好的殺滅效果，可以大大提高小龍蝦及其制品的安全性，延長其貨架期。

超高壓殺菌雖然對微生物有較好的致死作用，但其會使產品的蛋白質變性、氨基酸降解，并一定程度地影響產品質構和風味，使其容易失去固有的理化性質和風味[29]。近年來，為了更加有效地保持小龍蝦產品的品質，延長貨架期，眾多科研工作者探究出多種新型、高效的小龍蝦殺菌保鮮技術。張澤偉等[30]通過對恒定壓力下的飽和蒸汽繼續加熱，使溫度達到相應的沸點以上，用產生的熱蒸汽對小龍蝦進行殺菌。試驗發現，與傳統的巴氏殺菌技術相比，過熱蒸汽殺菌由于溫度更高、傳熱更快、產品受熱更均勻、滅菌時間更短，滅菌效果更徹底，且揮發性風味物質的散失較少，是一種良好的小龍蝦殺菌保鮮技術。

2.3 包裝保鮮

包裝是小龍蝦及其制品保鮮過程中的重要環節，其不僅能減少外界帶來的物理（擠壓、擦傷和沖擊）、化學（紫外線）和生物（微生物）損害，而且能為消費者提供相關營養成分、產品特性等基本信息[31]。小龍蝦的包裝保鮮技術主要包括真空包裝和氣調包裝[32-33]。真空包裝一般用于冷凍生鮮小龍蝦的儲藏，但是真空會使蝦肉的顏色變暗，貨架期較短[34]，因此，需要開發更好的包裝保鮮技術來保存小龍蝦。近年來，研究發現氣調包裝技術可以抑制蝦肉中的腐敗微生物，適當的氣體組合還有助于降低蝦肉脂質氧化程度[35-36]。已經有多項研究發現，二氧化碳作為氣調包裝中一種重要的活性氣體成分，在抑菌方面起主要作用，其能通過增加腐敗微生物的滯后期和產生時間來延長小龍蝦的貨架期[37-38]。Chen 等[39]發現采用含有80%CO2、10%O2和10%N2的氣調包裝能有效抑制微生物生長，同時最大程度地減少預煮小龍蝦尾的脂質氧化和顏色劣變。

包裝材料的選擇對小龍蝦儲藏時間的延長有著非常關鍵的作用。常用的包裝材料有聚乙烯（PE）、聚對苯二甲酸類塑料（PET）、聚酰胺（俗稱尼龍，PA）等[40]。李肖嬋等[41]探究了不同復合包裝材料對即食小龍蝦品質的影響，試驗研究表明，經鋁箔復合袋包裝的即食小龍蝦品質較高，貨架期較長，但和尼龍相比鋁箔的成本較高，故實際生產中一般還是用尼龍進行包裝。

2.4 輻照保鮮

輻照保鮮技術也被稱為“冷巴氏殺菌法”，是一種利用電離輻射與食品相互作用，實現殺滅微生物的食品保鮮技術。研究發現，輻照保鮮可以通過改變微生物分子結構來抑制其生長繁殖[42]，通過使食源性致病菌失活來保證食品質量[43]。輻照保鮮所需的高能量輻照可能會導致食品中的骨頭等高密度物質產生潛在的放射性。因此，目前國際允許用于生產電子束輻照的最大能量為10 MeV 100 kGy，允許用于X 射線的最大能量為50 kGy[44]。

輻照保鮮技術的作用形式主要有γ 輻照（由放射性同位素137Se 或60Co 產生）、X 射線（來自X 射線管或線性加速器）和電子束輻照（由線性或其他加速器產生）3 種[45]。γ 射線主要是沒有質量的光子，穿透能力最強，多用于食品內部殺菌。但其能量沉積在目標物中的速率即劑量率，明顯低于X 射線和電子束輻照，從而影響了其商業化[46]。目前在食品中應用的多為電子束輻照技術，其具有低能耗、無污染、殺菌徹底等優點，且在水產品中的殺菌效果較好[47]。瞿桂香等[48]使用不同劑量的電子束輻照即食小龍蝦，發現輻照可促進小龍蝦中的蛋白質分解，增加小龍蝦總氨基酸、必需氨基酸和呈味氨基酸含量，提升其風味和營養價值，延長貨架期。但當電子束輻照劑量上升至7 kGy 時，小龍蝦蝦肉肌原纖維出現斷裂，二甲基含硫化合物迅速增加，感官品質下降。該研究認為，使用6 kGy 劑量的電子束輻照處理即食小龍蝦，既可保持其較好的感官品質，也能極大地延長貨架期。陳東清等[49]分析了劑量分別為2.31、4.26、6.41、9.13 kGy 的高能電子束對蒸煮小龍蝦的影響，發現輻照后的小龍蝦貨架期分別可延長2、8、10、13 d。隨著輻照劑量增加，小龍蝦a*值和氣味變化也相應增加，二甲基二硫化合物逐漸增加而產生輻照異味。該試驗結果表明，6 kGy 是小龍蝦的較適電子束輻照劑量。劉春泉等[50]研究了γ 輻照對出口冷凍蝦仁的保鮮效果，發現3～5 kGy 的輻照劑量可殺滅冷凍蝦仁中99%以上的大腸桿菌和霉菌。輻照后蝦仁中的氨基酸含量增加了0.33%～24.6%，揮發性鹽基氮值下降；-7 ℃時，儲藏期可延長6 個月，且解凍后的蝦仁肉質緊實有彈性，與鮮蝦仁相似。

2.5 食品保鮮劑的添加

食品保鮮劑是指在食品加工儲藏過程中為保持食品原有色、香、味，延長貨架期，提高食品品質而使用的一種添加劑[51]。根據來源不同，食品保鮮劑可分為化學保鮮劑和生物保鮮劑兩種。目前食品工業化生產中主要使用的化學保鮮劑有山梨酸鉀、丁基羥基茴香醚（BHA）、二丁基羥基甲苯（BHT）等，但化學保鮮劑具有一定的毒害作用，安全限量也存在爭議[52]。生物保鮮劑主要來自生物體本身或其代謝產物[53]，具有綠色安全的特點，逐漸成為食品保鮮劑方面的研究熱點。于曉慧等[54]選用茶多酚、殼聚糖、ε-聚賴氨酸3 種生物保鮮劑處理小龍蝦，發現這3 種保鮮劑單獨使用時的最適濃度分別為茶多酚2.5 g/L、殼聚糖4.0 g/L、ε-聚賴氨酸0.2 g/L；復合使用的最適濃度分別為茶多酚2.5 g/L、殼聚糖5.0 g/L、ε-聚賴氨酸0.25 g/L，且茶多酚與殼聚糖、茶多酚與ε-聚賴氨酸對小龍蝦保鮮效果的交互作用均顯著。處理后的小龍蝦感官品質下降速率減緩，微生物增長速率、揮發性鹽基氮值和鮮度指標K 值增長速率均有所降低，（25±1）℃時貨架期由6 d 延長至15 d。

2.6 復合保鮮

一般來說，單一的保鮮技術殺菌作用不理想，效果有限。因此，將兩種及以上的保鮮技術結合起來，往往能更好地達到預期效果。杜蘇萍等[55]首次將酸性電解水與超高壓技術結合對蝦仁進行處理，發現處理后的蝦仁中副溶血性弧菌最終污染量從1.98 lg（CFU/g）下降至-2.53 lg（CFU/g），使每萬人中因食用蝦仁而患病的平均人數下降至20 人，風險降低率為98%。張昊宇等[56]研究表明，輻照結合酸性電解水對淡水小龍蝦蝦仁的殺菌效果比單一電解水處理或單一輻照處理更有效。電子束輻照劑量為4 kGy時結合酸性電解水處理，能夠在保持小龍蝦感官和質構的同時，達到顯著殺菌效果。

3 總結與展望

通過長期的探索與實踐，小龍蝦加工技術的研究已經取得了極大的進展。小龍蝦產品層出不窮，現今小龍蝦除被加工成即食整蝦、蝦仁、蝦球等外，還將加工過程中產生的大量蝦頭、蝦殼等廢棄物制成營養增強劑、調味品進行綜合利用。隨著加工業的快速發展與消費者對小龍蝦品質要求的提高，對小龍蝦保鮮技術的關注度也日益增加。目前小龍蝦保鮮技術多選用冷凍保鮮、超高壓保鮮、輻照保鮮、添加食品保鮮劑等。小龍蝦的加工與保鮮技術雖然種類很多，但是每種技術各有優缺點，且對小龍蝦的保鮮機理尚不明確。未來研究工作者應在現有技術的基礎上，不斷地探究新型加工保鮮技術，將傳統方法與新型技術相結合，彌補不同技術在實際加工過程中的不足，提高小龍蝦資源的經濟價值，促進小龍蝦產業蓬勃發展。