超高壓對牡蠣開殼效果及品質(zhì)變化的影響

賀興禹 ,沈 建 ,歐陽杰 ,李彩璐 ,馬田田

(1 廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院,廣東 湛江,524088;2 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所,上海 200092)

牡蠣(OstreaeGigasthunberg),俗稱生蠔,又稱蠔、蠣黃、海蠣子等[1]。中國牡蠣養(yǎng)殖產(chǎn)量約581.9萬t,占全世界牡蠣的80%以上,占中國海水產(chǎn)品養(yǎng)殖總量的26.3%,有著重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2]。養(yǎng)殖規(guī)模在不斷擴(kuò)大,加工量也在不斷增加,為了滿足日益增長的牡蠣加工量,需要對牡蠣進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理,方便開殼取肉,縮短加工時(shí)間,減少加工成本。超高壓技術(shù)早期用于食品的殺菌領(lǐng)域,隨著研究的深入,超高壓用于水產(chǎn)品輔助脫殼。如易俊杰等[3]發(fā)現(xiàn)超高壓在鮑魚脫殼過程中,不僅可以節(jié)約脫殼時(shí)間,其完整性也得到提高。Sravani等[4]報(bào)道超高壓( 500 MPa,3 min,30℃ )處理對綠唇貽貝具有較好的脫殼效果且提高了綠唇貽貝的產(chǎn)量。葉韜等[5]研究發(fā)現(xiàn)超高壓對小龍蝦的脫殼效果較好,但認(rèn)為高壓處理可能導(dǎo)致肌原纖維蛋白發(fā)生變性,200 MPa 或 250 MPa 會(huì)使得蛋白發(fā)生適度變性,300 MPa 會(huì)導(dǎo)致蛋白發(fā)生明顯變性。因此將超高壓技術(shù)應(yīng)用于脫殼時(shí),不僅需要考察脫殼效果,還應(yīng)該考慮壓力對產(chǎn)品肌原纖維蛋白的影響。

目前已有將超高壓技術(shù)應(yīng)用于牡蠣開殼方面的相關(guān)報(bào)道,如He等[6]研究表明,超高壓處理能有效地促進(jìn)牡蠣脫殼,對太平洋牡蠣外觀影響最小的最佳脫殼壓力為240～275 MPa。Hsu等[7]發(fā)現(xiàn)250 MPa下高壓處理太平洋牡蠣2 min,可保證100%的閉殼肌脫離且牡蠣外觀保持完整。現(xiàn)有的研究報(bào)道主要集中在開殼工藝參數(shù)的研究和優(yōu)化,超高壓處理對牡蠣肉及閉殼肌蛋白變性的影響鮮見報(bào)道。

本研究以鮮活牡蠣為原料,研究了不同超高壓壓力對牡蠣開殼效果、牡蠣肉持水率、色澤、肌原纖維蛋白含量、Ca2+-ATPase活力、總巰基含量、羰基含量和表面疏水性的變化,探討超高壓參數(shù)對牡蠣開殼效果、牡蠣肉品質(zhì)及肌原纖維蛋白品質(zhì)特性的影響,為超高壓技術(shù)在牡蠣開殼中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牡蠣質(zhì)量均值160±20 g,購于上海市江楊水產(chǎn)市場(2 h內(nèi)加冰運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室);Ca2+-ATP酶試劑盒、總巰基試劑盒來自南京建成生物工程研究所;Bradford蛋白濃度測定試劑盒來自上海碧云天生物技術(shù)有限公司;氯化鉀、氫氧化鈉、乙酸乙酯、2,4-二硝基苯肼、乙醇、乙二胺四乙酸鈉、鹽酸胍來自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;三羥甲基氨基甲烷、馬來酸來自上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HPP.L1-500/10超高壓設(shè)備,天津市華泰森淼生物工程技術(shù)有限公司;NR60CP色差儀,深圳三恩時(shí)科技有限公司;DK-S22恒溫水浴鍋,上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;ACS-JC221電子秤,廣東香山衡器集團(tuán);XS-105梅特勒電子天平,梅特勒-托利多國際貿(mào)易有限公司; SpectraMaxi3多功能酶標(biāo)儀,美國美谷分子儀器公司;H1-16K臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)(轉(zhuǎn)速 0～15 000 r/min),湖南可成儀器設(shè)備有限公司; LRH-70培養(yǎng)箱,上海齊欣科學(xué)儀器有限公司;FSH-2A 高速勻漿機(jī),江蘇創(chuàng)睿儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料處理流程

將鮮牡蠣清洗干凈并擦干水分后進(jìn)行超高壓處理(壓力設(shè)置為200、250、300、350、400 MPa,保壓時(shí)間為1 min),并以手工開殼作為對照組。試驗(yàn)過程中記錄開殼效果,并立即測定各類指標(biāo)。

1.3.2 指標(biāo)測定

1.3.2.1 開殼效果

1)開殼率和開殼大小

參考?xì)W陽杰等[8]的方法,統(tǒng)計(jì)開殼率和開殼大小,即將開殼刀具伸入經(jīng)過處理的牡蠣殼,不需借助外力可自然伸入視為已開殼,不能伸入則為未開殼,統(tǒng)計(jì)已開殼的牡蠣數(shù)占試驗(yàn)組牡蠣總數(shù)的比例。兩殼之間的距離即為開殼大小,由于每只牡蠣的開殼大小有所差異,因此開殼大小為處理組中的平均值。開殼率公式見式(1)。

Ys=N1/N2×100%

(1)

式中:Ys為開殼率;N1為處理組中開殼牡蠣的數(shù)量;N2為處理組中牡蠣的總數(shù)。

2)得肉率

參考Cruz-Rmero等[9]和李學(xué)鵬等[10]的方法并稍做修改,記錄開殼后牡蠣肉和殘留于牡蠣殼上肉的質(zhì)量(M1、M2)。得肉率的計(jì)算公式(2)。

RM-S=(M1-M2)/M1×100%

(2)

式中:RM-S為得肉率;M1為開殼后牡蠣肉的質(zhì)量,M2為開殼后殘留于牡蠣殼上肉的質(zhì)量。

3)持水率

將開殼得到的完整牡蠣肉擦干表面水分后放入填有濾紙的離心管中,在 2 000 r/min下離心 15 min(離心半徑8 cm),記錄離心前、后牡蠣肉的質(zhì)量,貝肉持水率計(jì)算公式(3)。

W=(MN-MM)/MN×100%

(3)

式中:W為持水率;MN為離心前的牡蠣肉質(zhì)量,MM為離心后的牡蠣肉質(zhì)量。

4)色差

參考李龍飛[11]的方法,用色差儀測定牡蠣肉表面的L*(明暗度)、a*(紅綠絕值,正編紅,負(fù)偏綠)和b*(黃藍(lán)色值,正偏黃,負(fù)偏藍(lán))值。對同一個(gè)牡蠣進(jìn)行不同部位(腹部、背部)的測定,每個(gè)牡蠣測定10次,計(jì)算結(jié)果為測定的平均值。

1.3.2.2 牡蠣肌原纖維蛋白的生化特性

1)肌原纖維蛋白含量

根據(jù)楊肖杰等[12]的方法并稍做修改。分別稱取1 g牡蠣肉和閉殼肌,加入10 mL 4℃蒸餾水冰浴勻漿2 min,離心(4℃,12 000 r/min,5 min,離心半徑為6 cm,下同),留沉淀;加入 10 mL 4℃ 50 mmol/L KCL,冰浴勻漿后離心(4℃,12 000 r/min,5 min),留沉淀;加入10 mL 4℃ 0.6 mol/L KCL- 20 mmol/L Tris-馬來酸(pH 7.0),均質(zhì)混勻后于 4℃ 冰箱中放置 1 h,離心(4℃,12 000 r/min,20 min),取上清液。采用試劑盒檢測提取的肌原纖維蛋白溶液的質(zhì)量濃度。

2)肌原纖維蛋白的Ca2+-ATPase活性

按Ca2+-ATPase活性試劑盒進(jìn)行測定。吸取0.1 mL稀釋一定倍數(shù)后的肌原纖維蛋白加入3 mL混合試劑,37 ℃ 水浴反應(yīng)10 min,離心(4℃,3 500 r/min,10 min),吸取0.15 mL上清液,加入定磷劑,室溫反應(yīng) 2 min,加入0.5 mL終止劑,混勻,室溫反應(yīng) 5 min,測定吸光度值,波長為636 nm。

3)肌原纖維蛋白的總巰基含量

按總巰基含量測定試劑盒進(jìn)行測定。

4)肌原纖維蛋白的表面疏水性

參考Lyu等[13]的方法。將肌原纖維蛋白質(zhì)量濃度調(diào)整至1 mg/mL,吸取1mL稀釋液加入0.2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 mg/mL的溴酚藍(lán)溶液,以0.6 mol/L KCL-20 mmol/L Tris-馬來酸(pH 7.0)中加入0.2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1mg/mL的溴酚藍(lán)溶液作為試劑空白組。振蕩搖勻15 min,離心(10 000 r/min,15 min),吸取0.5 mL上清液,加入4.5 mL蒸餾水稀釋,吸取0.2 mL稀釋液,測定吸光度,波長為595 nm。按式4計(jì)算溴酚藍(lán)結(jié)合量,μg/mg。

B=200×(A-a)/A

(4)

式中:B為溴酚藍(lán)結(jié)合量;A為空白組吸光度;a為樣品吸光度。

5)肌原纖維蛋白的羰基含量

參考陳啟航等[14]的方法并略修改。取兩支離心管,加入0.5 mL 肌原纖維蛋白,分別加入2 mL、10 mmol/L的2,4-二硝基苯肼(溶劑為2 mol/L HCl)和2 mL、2 mol/L的HCl,混勻后下避光反應(yīng)1 h;待反應(yīng)完成后再加入 2.5 mL、20%三氯乙酸,離心(4 ℃,12 000 r/min,5 min),保留沉淀;向沉淀中加入2 mL 乙醇:乙酸乙酯(1:1)混合液,離心(4℃,12 000 r/min,5 min),該步驟重復(fù)3次,保留沉淀;向沉淀中加入6 mL、6 mol/L 鹽酸胍溶液,室溫下反應(yīng)10 min后再離心(4 ℃,12 000 r/min,5 min),測定上清液吸光度值,波長為370 nm。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析

每組試驗(yàn)平行測定3次,采用 SPSS 27和Excel對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理分析,使用Origin 2021軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 超高壓處理對牡蠣開殼效果的影響

表1顯示了不同壓力條件對牡蠣開殼效率的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著超高壓壓力的增加,開殼率逐漸增大,而牡蠣的開殼大小和得肉率先提高后下降。當(dāng)壓力增加至300 MPa時(shí),牡蠣的開殼率為100%,得肉率和開殼的程度最大,為98.48%和2.30 cm。人工開殼的牡蠣閉殼肌會(huì)因?yàn)殡y以剝離而殘留于牡蠣殼上,而超高壓后的牡蠣大部分閉殼肌會(huì)和牡蠣殼分離,可能是牡蠣殼和肉之間的蛋白在超高壓作用后發(fā)生變性,牡蠣殼和肉更容易分離,因此得肉率會(huì)更高[14]。超過350 MPa時(shí)得肉率和開殼大小降低,這與李學(xué)鵬等[10]的研究較為一致。開殼的大小主要影響取肉的效率,開口較小時(shí)需將牡蠣殼分開獲得牡蠣肉,延長獲取牡蠣肉的時(shí)間。綜上所述,適當(dāng)?shù)膲毫l件可提高牡蠣的開殼率、開殼大小以及得肉率。

表1 超高壓對牡蠣開殼效果的影響Tab.1 Effect of ultra-high pressure on the effect of oyster shelling

2.2 超高壓處理對牡蠣持水率的影響

水分含量可影響人們對產(chǎn)品的口感[15]。如圖1所示。

圖1 超高壓對牡蠣持水率的影響Fig.1 Effect of ultra-high pressure on water holding capacity of oysters

與手工脫殼相比,超高壓處理使牡蠣持水率增加,且隨著壓力的增加,牡蠣持水率呈先增大后減小的趨勢。在200～300 MPa時(shí),牡蠣的持水率隨著壓力的增大而逐漸增大,在300 MPa時(shí)牡蠣持水率最高,為14.69% 。而當(dāng)壓力大于300 MPa后,牡蠣的持水率反而會(huì)隨著壓力升高呈下降趨勢。這與李學(xué)鵬等[10]的研究結(jié)果較為一致。黃萬有[16]認(rèn)為適宜的壓力會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)水化,從而提高肌肉蛋白持水能力,而當(dāng)壓力過高時(shí),細(xì)胞受損,造成汁液流失,持水能力下降。綜上所述,說明適宜的超高壓壓力可以提高牡蠣肉的持水能力。

2.3 超高壓處理對牡蠣色差的影響

色澤直接影響消費(fèi)者的購買意愿。從表2可以看出,生鮮牡蠣腹部和背部的L* 值分別為70.07和73.71,超高壓處理后的L* 值在71.28～73.36、74.58～76.02之間,顯著高于手工開殼組(P<0.05),隨著壓力增大牡蠣L* 值逐漸增加。這可能是由于壓力過高,牡蠣肉的表面蛋白變性凝聚導(dǎo)致成分發(fā)生改變,影響了光的反射,從而使得亮度增加。腹部和背部的a* 值和b* 值隨著壓力的增大而減小,均顯著低于手工開殼組(P<0.05)之間變化較小,但200～300 MPa 之間不存在顯著性差異。綜合對比5組牡蠣色差值ΔE,當(dāng)壓力為200～300 MPa時(shí),ΔE較小,350～400 MPa 時(shí)ΔE較大,說明壓力在350～400 MPa 條件下得到的牡蠣與對照組顏色差別較大。綜上所述,超高壓處理使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)變化,導(dǎo)致牡蠣表面光學(xué)反射率改變,進(jìn)而影響牡蠣色澤[17]。

表2 超高壓對牡蠣色差的影響Tab.2 Effect of ultra-high pressure on oyster color difference

2.4 超高壓處理對牡蠣肉和閉殼肌中肌原纖維蛋白含量的影響

由圖2 可知,牡蠣肉和閉殼肌中肌原纖維蛋白含量均呈下降趨勢。

圖2 超高壓處理對牡蠣肉和閉殼肌中肌原纖維蛋白含量的影響Fig.2 Effect of ultra-high pressure treatment on myofibrillar protein content in oyster meat and occlusive muscle

其中閉殼肌中肌原纖維蛋白下降程度較為顯著,與對照組之間差異顯著(P<0.05)。而牡蠣肉中的肌原纖維蛋白含量變化較為緩慢,200 MPa和250 MPa 時(shí)與對照組無顯著性差異(P>0.05),當(dāng)壓力大于350 MPa時(shí),含量較低。這與王芝妍等[18]的研究報(bào)道較為一致,超高壓處理后的肌原纖維蛋白含量會(huì)降低。趙宏強(qiáng)等[19]認(rèn)為高壓會(huì)改變分子間的相互作用鍵和蛋白質(zhì)的構(gòu)象會(huì)在高壓條件下發(fā)生改變,導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性、凝集,影響其鹽溶性。郭麗萍等[20]證實(shí)經(jīng)超高壓處理,蛋白質(zhì)溶解性和分子量會(huì)降低,同時(shí)導(dǎo)致蛋白構(gòu)象發(fā)生改變,促使蛋白質(zhì)間發(fā)生一定程度的絮集,促進(jìn)肌原纖維蛋白溶出,從而影響肌原纖維蛋白含量。

2.5 超高壓處理對牡蠣肉和閉殼肌中肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase 活性的影響

肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性主要由原肌球蛋白提供,一般Ca2+-ATPase活性的降低則意味著原肌球蛋白Ca2+-ATPase位點(diǎn)的丟失,即相應(yīng)構(gòu)象發(fā)生改變[21-22]。

由圖3可知,與手工開殼相比,牡蠣肉和閉殼肌中的 Ca2+-ATPase 活性在超高壓處理后均呈現(xiàn)下降趨勢,200～400 MPa閉殼肌分別下降了7.7%、12%、16%、67%、77%,牡蠣肉分別下降了4.3%、 8.6%、28.6%、48.6%、68.6%。下降程度隨著壓力的增大而增大,當(dāng)壓力超過300 MPa 后,Ca2+-ATPase 活性急劇下降,300～400 MPa時(shí),閉殼肌Ca2+-ATPase 活性比肉更低,可見牡蠣閉殼肌中肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase 對壓力和肉相比較為敏感。崔燕等[23]研究證實(shí),南美白對蝦經(jīng)過超高壓處理后肌原纖維蛋白構(gòu)象改變,導(dǎo)致Ca2+-ATPase 活性降低。

圖3 超高壓處理對牡蠣肉和閉殼肌中肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase 活性的影響Fig.3 Effect of ultra-high pressure treatment on myofibrillar protein Ca2+-ATPase activity in oyster meat and occlusive muscle

2.6 超高壓處理對牡蠣肉和閉殼肌中肌原纖維蛋白總巰基含量的影響

巰基具有強(qiáng)還原性,是一種具有弱二級鍵的基團(tuán),對保持蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)具有重要作用,可以通過測定蛋白質(zhì)中巰基的含量判斷蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的變化情況,當(dāng)巰基暴露于外部環(huán)境時(shí)往往會(huì)被氧化成二硫鍵而失去其性質(zhì)[24]。

如圖4所示,肌原纖維蛋白總巰基含量隨壓力的增大逐漸下降,200 MPa時(shí)對照組總巰基含量與閉殼肌存在顯著性差異,而和牡蠣肉無顯著性差異(P>0.05)。但當(dāng)壓力超過250 MPa時(shí),閉殼肌和牡蠣肉的總巰基含量均顯著下降(P<0.05),在400 MPa時(shí),分別比手工開殼組低47%、34%。這與李長樂[25]的報(bào)道結(jié)果較一致。研究結(jié)果表明在壓力作用下牡蠣肌原纖維蛋白的三級結(jié)構(gòu)受到了破壞導(dǎo)致巰基暴露出來,與氧氣發(fā)生反應(yīng)形成了二硫鍵,從而導(dǎo)致總巰基含量減少[14]。

圖4 超高壓處理對牡蠣肉和閉殼肌中肌原纖維蛋白總巰基含量的影響Fig.4 Effect of ultra-high pressure treatment on total sulfhydryl content of myofibrillar protein in oyster meat and occlusive muscle

2.7 超高壓處理對牡蠣肉和閉殼肌肌原纖維蛋白表面疏水性的影響

蛋白質(zhì)分子內(nèi)部疏水基團(tuán)的暴露程度主要通過測定表面疏水性值進(jìn)行判斷[26]。從圖5可看出,牡蠣肉和閉殼肌中肌原纖維蛋白的表面疏水性在超高壓處理后均顯著升高(P<0.05)。

圖5 超高壓處理對牡蠣肉和閉殼肌肌原纖維蛋白表面疏水性的影響Fig.5 Effect of ultra-high pressure treatment on surface hydrophobicity of myofibrillar protein in oyster meat and occlusive muscle

200～400 MPa 處理后牡蠣閉殼肌中的表面疏水性值分別升高了 38%、41%、44%、47%、48%,牡蠣肉中表面疏水性分別上升了25.67%、30.27%、39.81%、42.37%、49.59%。郭麗萍等[20]、Zhang等[27]研究表明壓力與表面疏水性呈正相關(guān),折疊態(tài)的肌球蛋白分子受壓后開始伸展,蛋白質(zhì)內(nèi)部的疏水殘基暴露出來,疏水性升高。與金婧彧等[28]的報(bào)道研究一致。

2.8 超高壓處理對牡蠣肉和閉殼肌肌原纖維蛋白羰基含量的影響

羰基是評估蛋白氧化的相關(guān)標(biāo)志物[29]。從圖6可以看出,與對照組相比,牡蠣肉和閉殼肌中的羰基含量在超高壓開殼處理后均顯著升高(P<0.05),且隨著壓力的增大呈上升趨勢。

圖6 超高壓處理對牡蠣肉和閉殼肌肌原纖維蛋白羰基含量的影響Fig.6 Effect of ultra-high pressure treatment on the carbonyl content of myofibrillar protein in oyster meat and occlusive muscle

200～250 MPa范圍內(nèi)羰基含量變化無顯著性差異,在400 MPa時(shí)羰基含量最高,牡蠣肉和閉殼肌肌原纖維蛋白分別比對照組升高了49.1%和54.5%,說明了牡蠣肌原纖維蛋白發(fā)生了氧化變性。師希雄等[30]發(fā)現(xiàn)藏羊肉羰基在超高壓處理后含量顯著增多(P<0.05),即超高壓處理促進(jìn)了蛋白質(zhì)氧化。Marcos等[17]認(rèn)為可能是更高的壓力使蛋白系統(tǒng)縮至更小的摩爾體積,形成較大的不溶性蛋白聚集體,影響了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),引起各種氧化酶產(chǎn)生活性氧和非氧自由基。

3 結(jié)論

通過超高壓(200～400 MPa)對牡蠣開殼試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),牡蠣具有良好的開殼效果。超高壓開殼后的牡蠣顏色較生鮮牡蠣偏黃,當(dāng)壓力大于350 MPa 時(shí)牡蠣顏色與對照組差別較大。肌原纖維蛋白表面疏水性和羰基含量隨著壓力的增大逐漸增加,肌原纖維蛋白含量、Ca2+-ATPase活性以及總巰基含量逐漸降低,均與對照組存在顯著性差異。綜合超高壓處理對牡蠣的脫殼效果、品質(zhì)等指標(biāo),本研究建議300 MPa保壓1 min的高壓處理適宜于鮮活牡蠣開殼的參數(shù)。超高壓處理對開殼后牡蠣的蛋白結(jié)構(gòu)特性還有待進(jìn)一步研究。