激光開殼技術對貽貝肉脫殼率和品質的影響研究

龍官譽 柯志剛 相興偉 金友定 鄧尚貴 周小敏丁玉庭，4 劉書來，4，*

（1 浙江工業大學食品科學與工程學院，浙江 杭州 310014；2 浙江省深藍漁業資源高效開發利用重點實驗室，浙江 杭州 310014；3 國家遠洋水產品加工技術研發分中心（杭州），浙江 杭州 310014；4 海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心，大連工業大學，遼寧 大連 116034；5 嵊泗縣景晟貽貝產業發展有限公司，浙江 舟山 316000；6 浙江海洋大學食品與藥學學院，浙江 舟山 316000；7 浙江興業集團有限公司，浙江 舟山 316000）

貽貝（Mytilus coruscus）肉質鮮嫩，味道鮮美且含有豐富的蛋白質、氨基酸、多糖和多不飽和脂肪酸，深受廣大消費者喜愛［1-2］。我國是貽貝的主要生產國之一，捕撈后的貽貝除了帶殼鮮銷，通常進行開殼處理取出貝肉，加工制成罐頭［3］、冷凍調理品［4］、干制品［5］和調味料［6］等。貝類開殼的關鍵在于通過蛋白變性或機械切斷閉殼肌與貝殼內表面的連接，而實現殼肉分離還需切斷外套膜與貝殼內表面的連接。國內外學者已做多種嘗試［7］，主要包括熱處理法和冷處理法，兩種方法對外套膜與貝殼的分離效果均較好。熱處理法中的傳統水煮法［8］工藝簡單，應用范圍最廣，但閉殼肌脫殼率較低，且會造成貝肉營養物質大幅流失；其他熱開殼方式，如蒸汽［9］、微波［10］、熱壓開殼［11］等技術可在一定程度上提高開殼效率，且能有效減少貝肉水溶性物質的溶出，但貝肉蛋白質仍會發生較大程度的熱變性，同時熟制貝肉風味和質構較新鮮貽貝也有較大差別。冷處理法主要包括超高壓處理［12-14］、水射流處理［15］等技術。超高壓技術的優勢在于能有效降低貝肉蛋白變性，對感官品質影響較小，且有滅菌作用［16-17］。但受制于設備昂貴［7］、處理量少和生產連續性較差等因素，難以廣泛應用。因此，增加貝肉加工多樣性的關鍵在于選擇合適的開殼技術。

隨著現代技術的發展，激光技術在食品加工領域展現出巨大潛力［18］。研究表明，CO2激光微穿孔技術可提高食品腌制的傳質效率［19-20］；激光3D打印能有效烹制及打印復雜的食品結構［21-22］，甚至能應用于果蔬保鮮和殺菌［23］。如今智能化的激光加工速率可達到4 m·min-1［24-25］，紅外波段的激光能被蛋白質和水分高度吸收從而迅速產生熱效應，因此激光能量轉化率高，熱能輸出更為集中［26］，再結合機器視覺輔助定位便能實現高效精準的局部加熱。激光的熱效應可使閉殼肌肌肉蛋白發生熱變性，從而脫離貝殼內表面。激光本身有限的穿透深度也限制了熱量的擴散范圍，可有效避免貝肉其他可食用部位被熟化，能最大程度保持新鮮貝肉的色、香、味及營養成分。雖然激光處理可使貝殼內沿與外套膜分離，但復雜的加工路徑和設備加工精度等問題會影響激光技術的開殼效率。利用激光能定點作用于閉殼肌和縮足肌［15］，并結合短時均勻的外套膜熱處理（如漂燙或蒸汽處理），預期可實現有效開殼、降低貝肉變性和營養物質損失等問題，進一步提高激光開殼技術的生產效率和適用性。本研究擬通過激光加熱后閉殼肌變性使貽貝開殼，再結合漂燙或蒸汽短時處理使外套膜脫離貝殼而實現殼肉分離，系統研究脫殼貝肉質構特性、色澤和基本營養成分變化，通過比較脫殼貝肉的感官特性確定貽貝的激光開殼工藝參數，以期闡明激光組合開殼技術對貝肉品質變化的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮厚殼貽貝（Mytilus coruscus）來自舟山市嵊泗縣，重量35～50 g，體長 6～9 cm；5＇-鳥苷酸（5＇-guanosine monophosphate，5＇-GMP），5＇- 肌 苷 酸（5＇-inosine monophosphate，5＇-IMP），5＇-腺 苷 酸（5＇-adenosine monophosphate，5＇-AMP）標準品（色譜純），Sigma 公司（上海）。

1.2 儀器與設備

自制激光開殼設備，配有40 W 和60 W CO2激光管，江蘇南通卓銳激光科技有限公司；ST28D-X7 蒸烤箱，深圳市凱度電器有限公司；ColorQuest XE HunterLab 色差儀，上海信聯創作電子有限公司；RE-2000A 旋轉蒸發器，上海亞榮生化儀器廠；TA.XT Plus物性測試儀，英國Stable Micro Systems 公司；K9840 全自動凱氏定氮儀，濟南海能儀器有限公司；日立L8900全自動氨基酸分析儀，日本日立公司；Waters e2695高效液相色譜儀，美國Waters公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理 手工開殼組：選取活貽貝，用小刀取新鮮貝肉；水煮開殼組：將活貽貝在100 ℃沸水蒸煮1 min 后取貝肉；激光開殼組：如圖1 所示，使用不同功率（40、60 W）對活貽貝閉殼肌、縮足肌、外套膜在貝殼外表面對應位置進行激光處理，其中閉殼肌點位處理時間分別為0.5、1.0、1.5 s，并在相同激光功率下對縮足肌和外套膜分別處理0.5 s；激光-漂燙開殼組：將活貽貝的閉殼肌和縮足肌點位分別經激光處理（40 W、0.5 s）開殼，再經100 ℃沸水漂燙5 s 使外套膜脫離貝殼內表面；激光-蒸汽開殼組：將活貽貝閉殼肌和縮足肌經激光處理（40 W、0.5 s）開殼，再經100 ℃蒸汽保溫70 s使外套膜脫離貝殼內表面。上述處理后的貝肉立即經冷風降溫后取樣分析或留樣備用。

圖1 貽貝開殼流程Fig.1 Mussel shucking process

1.3.2 閉殼肌脫殼率的測定 分別記錄水煮開殼和不同功率不同時間激光開殼后閉殼肌脫殼情況，每組樣本為100個。按照下式計算脫殼率和半脫殼率：

1.3.3 閉殼肌感官評定 挑選11 名經過感官評定培訓的品評人員，按表1對開殼后閉殼肌進行感官評價。

表1 貽貝閉殼肌感官評定Table 1 Sensory evaluation of mussel adductor muscle

1.3.4 閉殼肌色差測定 以閉殼肌個體中心為測試點，從L*（從黑到白，0～100）、a*（從綠到紅，-a～+a）、b*值（從藍到黃，-b～+b）三方面分別評價閉殼肌肉顏色。

1.3.5 基本營養成分測定 水分含量測定：參考《GB 5009.3-2016 食品安全國家標準 食品中水分的測定》［27］；粗蛋白含量測定：參考《GB 5009.5-2016 食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》采用凱氏定氮法［28］；總脂肪含量測定：參考Folch 等［29］的方法并略作修改，取打碎的脫殼貝肉3 g，加入2 倍體積氯仿-甲醇（v∶v=2∶1）溶液避光浸提12 h，過濾后加入0.2 倍體積的飽和食鹽水，靜置分液，取下層液體于干燥圓底燒瓶，40 ℃真空旋蒸至恒重，得總脂肪，稱重。總糖含量測定：參考《GB 9695.31-2008 肉制品 總糖含量測定》［30］進行測定。

1.3.6 貝肉質構測定 參考顧賽麒等［31］的方法并略作修改。以貽貝個體中心為測試點測定開殼后閉殼肌的硬度、彈性、黏聚性、咀嚼型。測定參數：探頭為P/36R，下行速度2 mm·s-1，下壓速度1 mm·s-1，回升速度2 mm·s-1，觸發力5 g，應變50%。

1.3.7 游離氨基酸測定 參考《GB 5009.124-2016食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定》［32］進行測定。

1.3.8 5＇-核苷酸測定及味精當量濃度（equivalent umami concentration，EUC）計算 參考Liu 等［33］的方法并略作修改。取5.00 g勻漿貝肉，加入20 mL 10%高氯酸，渦旋攪拌1 min，10 000 r·min-1離心10 min 后取上清液，沉淀加入10 mL 5%高氯酸，渦旋攪拌1 min，10 000 r·min-1離心10 min后取上清液，重復以上操作，合并上清液，用NaOH 調節pH 值至6.0～6.4，定容至100 mL，用0.22 μL 水系濾膜過濾，濾液上機測試。色譜 柱 型 號 為Waters Atlantis T3（5 μm，4.6 mm ×250 mm），檢測波長254 nm，柱溫30 ℃，進樣量10 μL，流動相為0.02 mol·L-1磷酸鹽緩沖液（pH 值6.0）等度洗脫，流速為1 mL·min-1。

味精當量濃度（EUC）計算公式如下［34］：

式中，EUC 為味精當量濃度（gMSG·100 g-1）；ai為鮮味氨基酸濃度（g·100 g-1）；bi為鮮味氨基酸相對鮮度系數，谷氨酸（Glu）=1，天冬氨酸（Asp）=0.077；aj為5＇-核苷酸的濃度（g·100 g-1）；bi為5＇-核苷酸相對鮮度系數，5＇-GMP=2.3，5＇-IMP=1，5＇-AMP=0.18；1 218 為協同作用系數。

1.4 數據處理

每組試驗至少平行測定3次，結果以平均值±標準偏差表示。不同處理組間數據采用GraphPad Prism 8進行One-way ANOVA方差分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 激光開殼工藝參數的確定

貽貝肉主要通過閉殼肌-縮足肌-外套膜體系依附于貝殼內表面，其中主要由閉殼肌控制貝殼開合，外套膜粘附于貝殼內表面，只要破壞閉殼肌與貝殼的連接就能實現開殼。適當熱處理可有效促使閉殼肌和結締組織中蛋白熱變性，并使閉殼肌力學性能改變，肌纖維收縮產生的拉力使閉殼肌脫離貝殼內表面［35-36］。

本研究發現，水煮1 min處理條件下水煮開殼組的貽貝閉殼肌全脫殼率為5%，半脫殼率為70%，還有部分未開殼，且延長蒸煮時間并未能明顯提高閉殼肌脫殼率。閉殼肌半脫殼狀態下仍有肌纖維黏附在殼壁上，造成閉殼肌破損，說明傳統水煮處理下閉殼肌脫殼效果較差。而不同功率和不同時間激光處理的貽貝閉殼肌脫殼率均達到100%，閉殼肌能從貝殼表面較為完整光滑地脫落。

激光開殼處理主要作用于閉殼肌，其色澤和氣味的感官評價結果如圖2 所示。處理時間過長或處理功率過高，脫殼的閉殼肌表面顏色會加深，甚至出現焦味。閉殼肌色差測定結果（圖3）表明，隨著激光處理時間的延長，閉殼肌a*值和b*值均呈現上升趨勢，反映為閉殼肌變紅和變黃，是肌肉熟化的表現。氣味方面，（40 W、1.5 s）、（60 W、1.0 s）和（60 W、1.5 s）組均出現燒焦氣味（＜6 分），極大影響了貝肉感官品質，（40 W、0.5 s）、（40 W、1.0 s）和（60 W、0.5 s）組無明顯的燒焦氣味和燒焦變色，感官品質接近新鮮貝肉。綜合感官評定和開殼效率，確定激光功率40 W 處理0.5 s 為較優的激光開殼工藝參數。

圖2 激光開殼的閉殼肌感官評定Fig.2 Sensory evaluation of adductor muscle of laser shucking

圖3 激光開殼對閉殼肌色差的影響Fig.3 Effect of laser shucking on the color difference of adductor muscle

貽貝肉通過外套膜黏附在貝殼內壁上，其組織結構與閉殼肌不同，含有少量的肌肉纖維和結締組織，但同樣可以通過熱處理的方式使其脫離貝殼內表面。本試驗發現，水煮和激光處理均能使外套膜脫離貝殼。其中水煮開殼組能在短時間脫離，激光處理組由于外套膜連結在貝殼內沿，在實際加工過程中可能會因為設備精度和加工誤差導致脫肉率低和生產連續性差。為了解決這一問題，本研究通過激光處理閉殼肌和縮足肌后，結合短時漂燙或蒸汽處理，使外套膜能在更短的時間內脫殼，提升生產效率和連續性的同時避免貝肉被過度熟化。經多次試驗發現，100 ℃漂燙處理5 s或100 ℃蒸汽處理保溫70 s，可有效分離貝殼與外套膜，以此作為激光-漂燙開殼組和激光-蒸汽開殼組的工藝參數。

2.2 不同開殼方式下貝肉感官品質的變化

本研究通過全質構試驗研究了不同開殼方式下的貽貝肉口感變化。結果表明，貽貝肉主要由水分和蛋白等大分子組成，因此加工過程中貝肉水分含量的變化及其肌肉結構和形態決定了貝肉的質地差異。

由圖4 可知，水煮開殼組的貝肉硬度較其他處理組顯著下降（P＜0.05），造成貝肉硬度下降的原因可能是加熱導致蛋白質熱變性，引起肌肉纖維發生橫向和縱向不同程度的收縮［37］。而激光開殼組、激光-漂燙開殼組和激光-蒸汽開殼組的貝肉在硬度、彈性、咀嚼性方面與手工開殼組較為相似。激光及組合開殼技術組能較好地保持貝肉本身的質構特性，在口感上也更接近鮮貝肉。

圖4 不同開殼方式對貝肉質構的影響Fig.4 Effect of different shucking methods on the texture of mussel meat

2.3 不同開殼方式下貝肉營養品質的變化

在貽貝開殼過程中，貝肉品質受到加工方式和加工參數的影響，會發生不同程度的變化。熱加工通常會造成貝肉營養成分流失。由表2 可知，與手工開殼組相比，水煮開殼組的貝肉營養成分流失最大，水煮過程中高溫使貝肉組織破壞，進而排擠出汁液導致水溶性蛋白、脂質和糖類物質溶出。激光開殼組的貝肉熱處理面積小、處理時間短，激光作用的熱量傳遞也較小，營養品質基本接近生鮮貝肉。激光-漂燙開殼組的蛋白質和總糖含量顯著高于水煮開殼組（P＜0.05），說明縮短熱處理時間能有效降低蛋白質和糖類物質流失。激光-蒸汽組主要靠水蒸氣傳遞熱量，營養物質損失較小［38］。綜上所述，與手工開殼相比，激光開殼、激光-漂燙開殼、激光-蒸汽開殼對貝肉蛋白質、脂肪和總糖含量均無顯著影響（P＞0.05）。

表2 不同開殼方式下貝肉基本營養成分的變化Table 2 Changes of basic nutritional components of mussel meat with different shucking methods

2.4 不同開殼方式下貝肉滋味品質的變化

游離氨基酸（free amino acid，FAA）是貝類中重要的呈味物質［1］。本研究通過研究游離氨基酸含量變化并計算其味覺活性值（taste activity value，TAV）來表征貝肉加工過程中滋味變化情況。由表3 可知，共檢測出17種FAA，其中TAV值＞1的FAA占13種。激光-漂燙開殼組和激光-蒸汽開殼組的貝肉FAA 總量較手工開殼組顯著提高（P＜0.05），說明短時熱處理有助于蛋白質水解成FAA。激光開殼處理對FAA 的影響不顯著（P＞0.05），水煮開殼組的總FAA 總量較其他處理組均顯著降低（P＜0.05），原因可能是水煮破壞了貝肉組織，導致FAA 流失，且流失速度大于蛋白質水解速度。在鮮味氨基酸方面，天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）是貝類中主要的鮮味氨基酸［6］，水煮處理后的Asp 和Glu含量顯著降低（P＜0.05），貝肉鮮味損失較大；激光-漂燙開殼組和激光-蒸汽開殼組的甜味氨基酸總量顯著提升，這是由于熱處理促進了蛋白質的水解。激光-漂燙和激光-蒸汽處理組貝肉的鮮味氨基酸和甜味氨基酸總量也顯著提高（P＜0.05）。

表3 不同開殼方式下貝肉游離氨基酸含量及滋味的變化Table 3 Changes of free amino acid content and taste in mussel meat with different shucking methods

本研究通過高效液相色譜法（high performance liquid chromatograph，HPLC）對不同開殼處理的貽貝肉進行5＇-核苷酸分析。5＇-核苷酸是閉殼肌、足部肌肉和外套膜的重要滋味物質［39］，其中5＇-AMP 含量較高［40］，對貝肉整體滋味的影響也更大。結果表明（表4），貝肉中主要含有5＇-GMP、5＇-IMP、5＇-AMP。其中5＇-AMP 和5＇-GMP 的TAV 值＞1，說明其對貝肉鮮味有較大貢獻。5＇-IMP 雖未達到滋味閾值，但能與5＇-GMP 和FAA 等鮮味物質起到協同增鮮的作用［41］。5＇-核苷酸的鮮味強度與分子中的磷酸和5位的核糖骨架相關［42］。熱處理會使5＇-核苷酸發生脫磷酸反應，從而導致貝肉鮮味下降。另一方面，由于5＇-核苷酸為水溶性成分，在水煮處理過程中也容易溶出至蒸煮液中，導致5＇-GMP 和5＇-AMP 含量顯著下降（P＜ 0.05）。基于鮮味氨基酸和呈味核苷酸含量計算不同開殼處理貽貝肉的EUC 值。結果表明，激光-蒸汽組EUC 值最高，其余開殼處理組較手工開殼組的EUC值均不同程度下降，其中水煮開殼組鮮味物質損失最大。

表4 不同開殼方式下貝肉呈味核苷酸含量變化及味精當量濃度Table 4 Changes of 5＇-nucleotide content and EUC in mussel meat with different shucking methods

3 討論

本研究通過比較不同開殼方式對貽貝閉殼肌脫殼率及貝肉感官品質、營養品質和滋味品質的影響來綜合評價激光及其組合開殼技術的可行性。結果表明，對貝殼外表面的閉殼肌點位使用40 W 激光加熱0.5 s能使其脫殼率達到100%，這可能是由于閉殼肌肌肉蛋白熱變性使其高級結構非共價鍵斷裂，進而引起肌纖維力學性能改變，發生斷裂并脫離貝殼內表面［11］。貽貝閉殼肌的a*和b*值會隨著激光熱處理時間的延長而呈現上升趨勢，并伴隨著燒焦氣味出現。這是由于熱處理導致蛋白質與糖類發生過度的美拉德反應或焦糖化反應［43-44］，因此需嚴格控制激光功率和處理時間，以達到最好的感官效果。質構是評價貝肉口感的一個重要指標。本研究結果表明，經水煮開殼后的貝肉硬度顯著下降，這與林玉鋒等［45］的研究結果一致。短時加熱時，水分流失較少，硬度下降的主要因素可能是蛋白質熱變性造成的組織結構破壞［46］。激光開殼組、激光-漂燙開殼組和激光-蒸汽開殼組的貝肉質構品質相較于水煮開殼組在硬度、彈性和咀嚼性上更接近于新鮮貝肉，口感變化較小。營養和滋味品質方面，水煮開殼過程中蛋白質損失了9.30 g·100 g-1DW，糖類物質損失了10.41 g·100 g-1DW。而激光開殼技術結合漂燙或蒸汽處理通過減少貝肉和熱水的接觸面積和熱處理時間，有效降低了貝肉中基本營養成分的流失，并顯著提高了貝肉中FAA 總量，尤其是甜味氨基酸總量，賦予貝肉更豐富的滋味。其中激光-漂燙開殼組和激光-蒸汽開殼組的貝肉總FAA 含量分別較手工開殼組（3 354 mg·100 g-1DW）提升了278.9 和324.5 mg·100 g-1DW。郭 迅 等［47］研 究 發 現 牡 蠣 在 蒸 煮2 min 時FAA 含量顯著上升，隨著蒸煮時間延長，丙氨酸等含量逐漸減少，說明短時加熱有助于蛋白質水解。Abe 等［48］發現長時間蒸煮和熱蒸汽處理均會使扇貝FAA 含量降低，說明合適的熱處理條件是保持貝肉滋味品質的關鍵。總體而言，激光及其組合技術處理能賦予貝肉更豐富的滋味，而水煮處理會導致FAA 損失，從而影響貝肉的滋味。水煮開殼會造成5＇-GMP 和5＇-AMP 顯著下降，而激光及其組合開殼處理能較好地保留貝肉中的5＇-核苷酸。Zhang 等［49］研究發現，蒸制相較于煮制更能保持河豚肉中的鮮味成分，這與本研究結果相符。對比冷開殼法對貝肉品質的影響，李學鵬等［50］研究發現，超高壓開殼能得到較為生鮮的牡蠣，但會顯著降低牡蠣肉的硬度、彈性、咀嚼性，主要是因為高壓促使貝肉汁液流失。Liu 等［51］用400 和600 MPa 高靜水壓處理顯著提高了牡蠣肉的FAA 總量，而5＇-AMP、5＇-GMP 含量顯著降低。綜上所述，相較于傳統熱開殼技術，激光技術定點局部加熱的特性使其能更大程度保持貝肉的口感和營養成分，同時具有較好的開殼效果，應用于雙殼貝類開殼作業具有可行性，如能進一步將激光技術與機器視覺技術結合可實現雙殼貝類高效連續化加工。

4 結論

本研究首次將激光技術用于雙殼貝類（貽貝）的開殼加工，確定了貽貝激光開殼的工藝參數為激光功率40 W 和處理時間0.5 s。激光結合漂燙（100℃，5 s）或蒸汽（100℃，70 s）技術實現了殼肉有效分離，有效避免了熱力開殼過程中貝肉熟化導致的營養成分流失。總體而言，激光及其組合開殼技術均能獲得感官、營養和滋味品質接近于生鮮的脫殼貝肉。