低壓靜電場對冷凍-解凍后南美白對蝦品質的影響研究

仝瀟洋 張怡 逄金鑫 高緒英 喬勇進*

（1 上海市農業科學院作物育種栽培研究所，上海 201403；2 上海億好食品有限公司，上海 201417）*為通信作者

南美白對蝦是一種重要的甲殼類經濟動物，目前在亞洲和南美洲各國家被廣泛養殖。南美白對蝦營養豐富，蛋白質含量高，具有極高的經濟價值，但因其水分含量高、組織蛋白酶活性較強、自溶迅速，故易腐敗變質[1]。冷凍是一種被廣泛應用的蝦肉加工與貯藏方式，能夠有效抑制蝦肉品質劣變，延長蝦肉貨架期。目前，冷凍行業常采用的冷凍加工技術有鼓風冷凍、低溫冰凍、浸漬冷凍、液氮冷凍等，相對于新型物理場輔助冷凍，上述4項冷凍技術的冷凍速度較慢，且在冷凍過程中熱傳遞效率較低，會導致冰晶核最先在細胞外溶液中形成并生長成大冰晶，造成細胞收縮、失水，且存在于細胞間隙的冰晶會撕裂細胞間原有的緊密聯系，從而影響水產品的質地[2]。因此，控制冰晶的尺寸和分布，使細胞內外的水分形成細小、均勻的冰晶，是提高凍品品質的關鍵。

低壓靜電場（Low-voltage electrostatic field，LVEF）作為一種新型非熱技術，為肉品的凍結技術革新提供了新思路。低壓靜電場技術通過靜電板產生靜電場，靜電場中正負離子定向移動，在凍品表面產生湍流，從而可提高傳熱系數，顯著縮短最大冰晶生成時間，減輕冷凍食品內的冰晶損傷，緩解肉品品質劣變，提高解凍肉品質[3]。目前，低壓靜電場技術在食品貯藏保鮮方面的應用仍屬于初始階段，且該技術在水產品冷凍-解凍方面的應用鮮有報道。在此背景下，筆者探索了低壓靜電場對冷凍-解凍后南美白對蝦品質的影響，現將相關試驗結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗原材料為南美白對蝦活體，由上海億好（潤航）食品有限公司提供，蝦的平均體質量為15.0±0.3 g/尾。

1.2 試驗設備

試驗設備為CR21N 高速冷凍離心機（Hitachi 公司，日本）、CM-5 色差儀（柯盛行儀器有限公司，杭州）、TA.XT plus 質構儀（PIERCE 公司，加拿大）。

1.3 試驗設計

將南美白對蝦活體放入保鮮袋，隨機分為11組，每組的南美白對蝦處理方法見表1。同時，將Fresh組定義為非處理組，其他10組定義為處理組。冷凍-解凍的具體操作為：將南美白對蝦樣品置于-35 ℃條件下快速冷凍，在冷凍期間，依據試驗設計對各處理組的南美白對蝦樣品施加不同強度的低壓靜電場（電場強度分別為400、800、1 600 V/m）。當南美白對蝦樣品中心溫度冷凍至-20 ℃時，去除低壓靜電場。然后，將南美白對蝦樣品轉移至（-20±2）℃的冷庫中貯藏7 d。在解凍過程中，將上述冷凍貯藏的南美白對蝦樣品取出，并依據試驗設計對各處理組的南美白對蝦樣品施加不同強度的低壓靜電場（電場強度分別為400、800、1 600 V/m）。

表1 不同處理的南美白對蝦樣品處理方法

1.4 調查項目及方法

1.4.1 離心損失率

離心損失率是表征水產品持水性的重要參數，也是判斷水產品新鮮度的一項指標，越新鮮的水產品，其離心損失率越低。

參考盧涵[4]的方法并進行些許改動，調查離心損失率。具體操作方法為：每處理分別稱取1 g 樣品（樣品質量記作m1），裝入離心管中進行離心（離心速度10 000 g，離心時間10 min），取出蝦肉并拭干其表面水分，再次稱重（樣品質量記作m2），根據下列公式計算離心損失率，平行調查5 次，取平均值。計算公式：離心損失率=[（m1-m2)÷m1]×100%。

1.4.2 質構的測定

硬度是直接反應口感的一項指標。在質地分析中，硬度和彈性直接影響咀嚼性。其中，咀嚼性是指咀嚼樣品至能吞咽狀態時所需的能量[5]；彈性是指樣品受到外力后恢復到發生形變前的高度或體積比率[6]。在水產品冷凍貯藏期間，肌肉纖維的破壞會降低其硬度、彈性、咀嚼性。

參考周逸等[7]的方法并進行些許改動，測定樣品的質構指標。具體操作方法為：測定部位為南美白對蝦的第二腹節，將第二腹節的蝦肉切成大小為2 cm×1 cm ×1 cm 的均勻方塊試樣，利用TA.XT plus質構儀測定試樣的質構指標，平行測定5次，取平均值。儀器參數為：P/36R 探頭，觸發力為5 N，測試前速度為5.00 mm/s，測試速度為1.00 mm/s，測試后速度為5.00 mm/s，壓縮距離為5 mm。

1.4.3 色澤的測定

色澤是肉類感官品質的重要指標之一，其優劣直接影響消費者的購買欲望。

參考桑燕菲[8]的方法測定樣品的色澤，具體操作方法為：取南美白對蝦第二、第三腹節的蝦肉，切成大小為8 mm ×8 mm ×6 mm 的均勻方塊試樣，利用CM-5 色差儀（使用黑板調零，白板校準）測定試樣的色澤，平行測定5 次，取平均值。

1.4.4 感官評定

參考Xu 等[9]的方法進行樣品的感官評定，具體操作方法為：每處理分別挑選5 只完整的南美白對蝦，由評定小組以六分制表為依據，分別從氣味、色澤、肌肉彈性、形態、蒸煮試驗5個項目來評價樣品的感官品質，各項目得分為不同處理5 只南美白對蝦的平均值，項目總分30分（總分達30分表示絕對新鮮，總分低于15分表示產生腐敗）。南美白對蝦感官品質具體評分標準見表2。

表2 南美白對蝦感官品質評分標準

1.5 數據分析

使用SPSS Statistics 19軟件對試驗結果進行單因素方差分析和差異顯著性分析（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 南美白對蝦冷凍-解凍過程中離心損失率的變化情況

由表3可知，處理組的南美白對蝦離心損失率顯著高于Fresh 組的樣本（P<0.05），其中，CK 組的離心損失率最高。在處理組中，TA組的離心損失率最低，其次是FTB 組，這與冰晶誘導肌原纖維蛋白變性有關[10]。總體來說，在冷凍和解凍階段均使用低壓靜電場比單一階段使用低壓靜電場擁有更低的離心損失率，這與低壓靜電場能夠在冷凍過程中減小冰晶尺寸、在解凍過程中引發離子風有關[11-12]。

表3 低壓靜電場輔助冷凍-解凍對南美白對蝦離心損失率的影響

2.2 南美白對蝦冷凍-解凍過程中質構的變化情況

由表4 可知，Fresh 組的硬度顯著高于處理組（P<0.05），這與冰晶破壞了肌肉的微觀結構有關[13]。其中，CK 組的硬度顯著低于其他處理組（P<0.05），FTB 組的硬度僅低于Fresh 組，這說明低壓靜電場能夠降低冰晶對肌肉微觀結構的破壞。同時，觀察到隨著靜電場強度的提高，同一處理方式（如FA、FB、FC 組）的硬度變化呈現出先上升、后下降的趨勢，靜電場強度為800 V/m 時南美白對蝦有更好的硬度品質。在彈性方面，CK組的測定值最低，而FTB組的彈性顯著高于Fresh 組（P<0.05）。冷凍貯藏后，處理組的咀嚼性顯著低于Fresh 組，這與硬度的降低相吻合。處理組中CK 組的咀嚼性最低，而FTB 組的咀嚼性最高，且上述兩組間存在顯著差異（P<0.05），這說明FTB 組能夠有效維持南美白對蝦的質地。

表4 低壓靜電場輔助冷凍-解凍對南美白對蝦質構的影響

2.3 南美白對蝦冷凍-解凍過程中色澤的變化情況

從表5可知，Fresh組的亮度值顯著低于處理組（P<0.05），這與南美白對蝦解凍后汁液流失有關。在處理組中，CK 組的亮度值最高，FTB 組的亮度值最低，且兩組間存在顯著性差異（P<0.05）。在紅度值方面，Fresh 組顯著高于FTA 組（P<0.05），然而，Fresh 組與其他處理組間無顯著性差異（P>0.05），其中，CK 組的紅度值最高，這與蝦青素的降解有關。與Fresh 組對比，處理組的黃度值出現了不同程度的升高，其中，CK 組、TA 組、FB 組、TB 組和FTC 組顯著高于Fresh 組（P>0.05），且CK 組的黃度值最高。

表5 低壓靜電場輔助冷凍-解凍對南美白對蝦色澤的影響

2.4 南美白對蝦冷凍-解凍過程中感官品質的變化情況

由表6可知，與Fresh 組相比，處理組的感官品質均出現了顯著下降（P<0.05），其中CK 組的總得分最低，為19.50分，并未達到腐敗程度；TB組、FTB組和FTC 組的總分相對較高，分別為25.00、24.50和24.50分。在氣味、色澤等五個方面中，處理組的色澤得分下降最明顯，這與蝦在貯藏過程中黑變有關[14]。南美白對蝦蝦體內無色的單酚會被多酚氧化酶氧化，最終轉化為有色醌，而醌類物質很容易與氨基酸、蛋白質發生反應產生黑色素，故影響了南美白對蝦的色澤[15]。其次是蝦體形態的變化，南美白對蝦經過貯藏后，其頭部容易脫落，導致其形態損傷，其中TA 組、TB 組和FTB 組的形態得分最高。

表6 低壓靜電場輔助冷凍-解凍對南美白對蝦感官品質的影響

3 結論與討論

南美白對蝦冷凍和解凍過程中冰晶損傷能夠降低其品質，亟須一種輔助冷凍技術，降低冰晶對南美白對蝦的損傷。低壓靜電場作為一種新型輔助冷凍和解凍技術，克服了高壓靜電場中安全性低、耗能高和產生有害氣體的缺點，可改善南美白對蝦冷凍的貯藏品質。在冷凍-解凍過程中，冰晶促使蛋白質高級結構的改變，降低與水分子間的結合力，提高了蝦肉的離心損失率[10]。同時，較大的冰晶能夠破壞肌纖維微觀結構的完整性，從而降低蝦肉的硬度、彈性和咀嚼性[16]。因此，本試驗中CK組具有最高的離心損失率和最差的質地品質。前人研究指出，離心損失率的上升會導致蝦肉表面的水分含量提高，增加蝦肉亮度值[17]，這與本試驗中CK組具有最高的亮度值相吻合。

在冷凍過程中，低壓靜電場能夠抑制冰晶的生長，減小冰晶的尺寸，保證了肌纖維和蛋白質結構的完整性[11]。而在解凍過程中，低壓靜電場能夠促使帶電離子定向移動，攻擊冰晶中的水分子，從而提高水分子的動能，加速冰晶的融化[18]。這能夠減小冰晶對肌肉結構的損傷。因此，被低壓靜電場處理的蝦肉具有更低的離心損失率和更好的質地品質。蝦青素是蝦肉中重要的生物活性物質，也是影響蝦肉紅度值的重要物質[19]。冰晶破壞了肌細胞的膜結構，使細胞中的促氧化劑與蝦青素反應，提高了CK 組的紅度值。然而，低壓靜電場輔助冷凍-解凍則有利于蝦青素的積累，降低了處理組的紅度值。

本研究對比分析了在不同強度的低壓靜電場輔助冷凍-解凍南美白對蝦的品質變化。結果表明，低壓靜電場能夠有效抑制南美白對蝦離心損失率的上升，改善其色澤和質地品質。隨著低壓靜電場強度的提高，南美白對蝦的品質也逐漸提高。然而，當低壓靜電場強度為1 600 V/m 時可能破壞了蝦肉的細胞膜結構，導致其品質低于低壓靜電場強度為800 V/m 的樣品。同時，觀察到在冷凍和解凍階段均使用電場強度為800 V/m 的低壓靜電場比應用于單一階段具有更低的離心損失率和更好的質地品質。因此，在冷凍-解凍過程中均使用電場強度為800 V/m的低壓靜電場可以更好地維持南美白對蝦的品質。