超高壓結合真空低溫烹飪技術制備即食蝦及其品質特性

曾馨瑤，孫 穎，焦德新，朱 晨，劉回民

（1.吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130000；2.小麥和玉米深加工國家工程研究中心，吉林 長春 130000）

南美白對蝦（Penaeus vannamei），又名凡納濱對蝦，因其具有多種對人體有益的營養物質而成為全球最受歡迎的海鮮之一[1]。蝦在我國的加工產品主要分為兩類，一是鮮蝦和凍蝦產品，二是經加工后得到的高附加值產品。而鮮蝦易發生腐敗變質，因此在捕撈后需盡快加工成產品以延長保質期。目前，傳統蝦制品（冷凍蝦仁、干蝦和即食蝦）的市場份額逐年增加，即食蝦因其風味獨特、便于攜帶更受消費者喜愛[2]。

即食蝦的傳統加工工藝多為熱加工。熱加工可以使即食蝦具有獨特的風味，但會導致蝦脫水不均勻，蝦肉收縮，影響即食蝦的感官和品質[3]。而且長時間高溫處理導致即食蝦中蛋白質氧化和降解導致品質下降[4-5]和營養損失[6]。超高壓技術作為一種非熱加工技術，不僅可以滅活微生物，保證水產品品質，對于風味和營養物質的影響也較小[7]。此外，真空低溫烹飪技術可以改善風味，降低脂質氧化，保證產品品質[8-9]。目前，一些研究報道了超高壓技術和真空低溫烹飪技術對于水產品品質的影響[10-11]，但是將超高壓技術與真空低溫烹飪技術聯合制備即食蝦的研究較少。

因此，本實驗采用超高壓技術聯合真空低溫烹飪技術制備即食蝦，并對其品質特性進行研究。將高溫熟制風干蝦作為對照組，通過檢測質構、色澤、微觀結構、揮發性香味物質、氨基酸含量、脂肪酸含量等指標，分析兩種即食蝦加工方式的差異，同時建立貨架期動力學模型，對于超高壓技術聯合真空低溫烹飪技術制備的即食蝦貨架期進行預測。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南美白對蝦，購自吉林長春市水產市場，選取鮮活、大小統一（45 只/kg）、個體完整的對蝦，充氧包裝運送至實驗室。

氯化鈉和氯化鉀 上海源葉生物科技有限公司；苯酚、14%三氟化硼-甲醇溶液、正己烷、50%戊二醛阿拉丁生物科技有限公司；鹽酸 北京化工廠；檸檬酸鈉、檸檬酸、茚三酮、三氯甲烷、甲醇、無水硫酸鈉、無水乙醇、丙酮、石油醚 國藥控股沈陽有限公司。

1.2 儀器與設備

超高壓設備 華泰森淼公司；冷凍干燥機 北京博醫康公司；恒溫水浴鍋 天津天泰儀器有限公司；物性測試儀 美國ISENSO公司；色度儀 日本柯尼卡美能達公司；高速剪切機 德國IKA公司；高速離心機美國貝克曼公司；固相微萃取裝置 美國Supelco公司；電子鼻 德國AirSense公司；氮吹儀 美國Organomation公司；電熱鼓風恒溫箱 上海實驗儀器廠；旋轉蒸發儀 上海亞榮生化公司；氨基酸自動分析儀 日本日立公司；氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯用儀美國安捷倫公司；多功能酶標儀 德國FLUOLABTECH公司；掃描電子顯微鏡 德國Zeiss公司；TA.XT.Plus物性測試儀 英國Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理方法

低溫烹飪聯合超高壓凍干蝦（sous-vide combined with high pressure freeze-dried shrimp，SPF）：將蝦清洗去除內臟及腸腺，真空密封（一袋一只），放入恒溫水浴鍋中真空低溫蒸煮，設置溫度為60 ℃，煮制14 min，將煮后半熟的蝦放入超高壓釜中，設置超高壓壓強450 MPa，超高壓時間20 min，將加工后的蝦從真空包裝袋取出放入真空冷凍干燥機中干燥36 h后取出，將制好的即食蝦真空包裝（一袋一只）。

高溫熟制風干蝦（boiled hot air dried shrimp，BH）：將蝦清洗去除內臟及腸腺，放入沸水中煮制10 min，將煮熟的蝦平鋪好，放入70 ℃的鼓風干燥箱中干燥10 h，將制成的蝦真空包裝（一袋一只）。

1.3.2 質構特性檢測

參照Chen Lihang等[10]的方法使用物性測試儀對兩種即食蝦第一二腹節的質構特性進行分析，檢測的設定參數是：探頭類型P/5平地柱形探頭，測前速率3.00 mm/s，測試速率1.00 mm/s，測后速率1.00 mm/s，壓縮程度50%，兩次壓縮之間的停留時間5 s，觸發值5 g。

1.3.3 色度檢測方法

即食蝦的色度采用色度儀進行測量。參照Li Deyang等[2]的方法，對于即食蝦樣品的一二腹節的肌肉亮度（L*值）、紅綠值（a*值）和黃藍值（b*值）進行檢測，并計算白度（W值），并參照Hu Rui等[12]的方法計算即食蝦樣品的飽和度（C值），每組取6 個樣品計算平均值。W值和C值的計算分別如式（1）、（2）所示：

1.3.4 掃描電子顯微鏡觀察

參照Zhang Tong 等[13]的方法對即食蝦的微觀結構進行觀察。將蝦的肌肉切成較小的薄片（1 mm×1 mm×1 mm），立即置于2.5%的戊二醛溶液（0.1 mol/L磷酸緩沖液，pH 7.4）中4 ℃浸泡2 h。之后先用0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液（pH 7.4）浸泡10 min，隨后使用50%、70%、80%、95%的乙醇溶液梯度脫水15 min，100%乙醇脫水3 次，每次30 min。置于-10 ℃預冷的冷凍干燥機內真空干燥，取出后噴10 nm厚度的金。最后通過掃描電子顯微鏡進行肌原纖維微觀結構觀察，所使用的加速電壓為20 kV。

1.3.5 感官評價

參考Lou Huabin等[14]的方法進行感官評價。感官評價的檢驗室條件參照GB/T 10220—2012《感官分析 方法學 總論》[15]。所有即食蝦樣品制備好之后，備好漱口水，選擇固定的10 位經過培訓的感官評價員（男女比例1∶1）對即食蝦進行評分。感官評價員對于每個即食蝦樣品的外觀、氣味、味道、質地和整體質量進行感官評分。評價標準如表1所示。

表1 即食蝦的感官評分標準Table 1 Sensory evaluation criteria for ready-to-eat shrimp

1.3.6 揮發性香味物質檢測

將樣品粉碎，然后稱取3 g樣品裝入15 mL萃取瓶中，快速密封。將SPME萃取纖維頭在GC-MS進樣口處于250 ℃老化至沒有雜峰。將樣品瓶置于固相微萃取裝置上，設定溫度為80 ℃；將樣品瓶放在萃取裝置預熱15 min；將SPME萃取頭通過瓶蓋插入樣品的頂空部分，推出纖維頭，將萃取頭置于高于樣品上表面約1.0 cm處，頂空萃取40 min；抽回纖維頭，將萃取頭從樣品瓶中拔出；然后將萃取頭插入GC-MS進樣口，推出纖維頭，在250 ℃解吸5 min，進樣分析。

GC條件：色譜柱為HP-INNOWAX（60.0 m×250 μm，0.25 μm）；色譜柱在起始溫度40 ℃保持6 min，以3 ℃/min的速率升至100 ℃，然后以10 ℃/min的速率升至230 ℃，在該溫度下保持10 min；氣化室溫度250 ℃；傳輸線溫度230 ℃；載氣He；載氣流量1.0 mL/min；不分流。

MS條件：電子電離（electron ionization，EI）模式；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；掃描模式為Scan；掃描質量范圍為20～500 u。

定性分析：對檢測出的成分采用MS數據庫NIST11、保留時間進行定性。數據庫篩選結果中要扣除掉柱流失峰等。

定量分析：面積歸一化法定量，即以鑒定成分峰面積占所有鑒定成分面積之和的百分比作為定量結果[16]。

1.3.7 電子鼻檢測

參照王永倫等[17]的方法進行電子鼻檢測。稱取2 g（準確至0.1 g）不同加工工藝的樣品放入100 mL燒杯中用保鮮膜封住瓶口，放入25 ℃恒溫箱中待檢。將電子鼻吸氣口插入待檢的燒杯中測定，測定時間為70 s，測定后使用空氣清洗探頭60 s。

1.3.8 氨基酸含量檢測

參照Hsieh等[18]的方法采用氨基酸自動分析儀進行氨基酸含量的檢測。其中氨基酸自動分析儀條件：色譜柱為磺酸型陽離子樹脂（4.6 mm×150 mm，7 μm）；柱溫50 ℃；1通道流速：0.4 mL/min，2通道流速：0.35 mL/min。流動相：檸檬酸鈉和檸檬酸的混合緩沖液（pH 3.2、3.3、4.0、4.9）以及茚三酮緩沖液（質量分數為4%）。

1.3.9 脂肪酸含量檢測

1.3.9.1 油脂提取方法

取10 g樣品，剪碎，加入150 mL氯仿-甲醇（2∶1，V/V），高速剪切均勻抽濾。在濾液中加入37.5 mL的0.88 g/100 mL氯化鉀溶液靜置過夜分層，下層液體轉移至平底燒瓶，然后40 ℃旋轉蒸發濃縮干燥，最后用35 ℃的氮氣吹干至恒質量得到油脂純品。

1.3.9.2 脂肪酸檢測方法

準確稱取10 mg提取的油脂，加入3 mL質量分數14%三氯化硼-甲醇溶液，混合均勻，沸水浴中處理2 min，充分冷卻后加入2 mL正己烷和2 mL超純水，混勻靜置，分層后完全吸取上層有機層，加入少量無水硫酸鈉，吸取上清液過0.22 μm的濾膜后裝入進樣品瓶中，以備GC-MS分析。

GC條件：色譜柱為Agilent HP-5MS（30 m×250 μm，0.5 μm）；載氣為氦氣，流速為1.1056 mL/min，分流比為100∶1；進樣口溫度270 ℃；升溫程序：100 ℃保持2 min，然后10 ℃/min到180 ℃保持3 min，以1 ℃/min到200 ℃保持 3 min，以4 ℃/min到230 ℃保持3 min。

MS 條件：電離方式為EI 模式，離子源溫度為230 ℃，四極桿溫度為150 ℃，采集模式為全掃描，溶劑延遲為 3 min。

1.3.10 貨架期預測

1.3.10.1 過氧化值（peroxide value，POV）檢測

按1.3.9.1的方法提取即食蝦中的油脂。將0.10 g的脂質樣品溶解在25 mL異辛烷和冰醋酸混合物（2∶3，V/V）中，然后加入0.25 mL飽和碘化鉀溶液，未加脂質樣品組為空白實驗。攪拌60 s后，加入15 mL去離子水。滴定前加入淀粉指示劑1 mL，自動電位滴定儀滴定，使用的滴定液為0.05 mol/L標準硫代硫酸鈉溶液。POV計算如下：

式中：V表示用于測定的硫代硫酸鈉溶液的體積/mL；V0表示用于空白組消耗的硫代硫酸鈉溶液體積/mL；c表示硫代硫酸鈉的濃度/（mol/L）；m表示試樣的質量/g。

1.3.10.2 貨架期預測

依據Li Deyang等[19]的方法，通過貨架期加速實驗，樣品分別在24、50 ℃和60 ℃條件下貯藏18 d，每隔2 d定期取樣，檢測POV。利用下列動力學方程推出反應的Arrhenius方程，并預測貨架期。零級動力學模型見式（4），一級動力學模型見式（5），Arrhenius公式見式（6），貨架期預測公式見式（7）：

式中：POV0表示POV的初始值/（g/100 g）；k表示反應速率常數；k0表示指前因子；EA表示活化能/（J/mol）；T表示絕對溫度/K；R表示摩爾氣體常數（8.314 J/（K·mol））；SL表示預測貨架期/d；POVlim為水產干制品的POV上限，根據GB 10136—2015《動物性水產制品》，干水產品的POVlim為0.6 g/100 g。

1.4 數據處理與分析

2 結果與分析

2.1 即食蝦質構與色度的測定結果

質構是評價產品的重要指標之一。硬度是指樣品達到一定變形時所需要的作用力。從表2可以看出，SPF硬度顯著低于BH（P＜0.05）。甲殼類動物影響質構變化的主要成分是肌肉中的肌原纖維蛋白和結締組織蛋白。由于熱處理和低溫壓力處理對氫鍵的影響不同，在熱處理過程中易發生肌原纖維蛋白的變性和膠原蛋白的收縮，導致硬度增加[20]。兩種處理方法對于彈性、凝聚性和咀嚼性的影響沒有顯著區別。

表2 兩種加工方式對即食蝦質構的影響Table 2 Effects of two processing methods on the texture of ready-to-eat shrimp

顏色是消費者評價產品品質最直觀的指標之一[21]。如表3所示，SPF的a*值和b*值顯著高于BH，這表明SPF要更偏紅黃，顏色更鮮艷。此外，肉制品白度與蛋白質凝固有關[22]。BH的W值顯著高于SPF，這可能是熱風干燥使蛋白質變性，蛋白質凝固程度增加，導致即食蝦表面顏色偏白。SPF的C值顯著高于BH，說明低溫壓力烹飪的即食蝦色度飽和度更高。

表3 兩種加工方式對即食蝦色度的影響Table 3 Effects of two processing methods on the color of ready-to-eat shrimp

2.2 即食蝦的微觀結構

通過掃描電子顯微鏡觀察兩種即食蝦的切面肌肉圖。如圖1所示，SPF的表面可見豎狀紋理，切片呈現絲狀，蝦肉纖維狀態較好。這表明低溫高壓處理可以較好地保存蝦肉纖維的完整度，同時在真空冷凍干燥技術的輔助下蝦肉干燥但蝦的形態完整保留。而BH由于熱風干燥導致蛋白質變性，使得蝦肉收縮，蝦殼與蝦肉呈分離狀態，導致即食蝦硬度增加。這與質構的結果一致。

圖1 兩種加工方式對即食蝦微觀結構的影響Fig.1 Effects of two processing methods on the microstructure of ready-to-eat shrimp

2.3 即食蝦的揮發性香味物質

香氣是評價食品感官的最重要指標之一。如表4所示，對包括4 種吡嗪類化合物、14 種碳氫類化合物、4 種酮類化合物、4 種酯類化合物、6 種醇類化合物、5 種醛類化合物、6 種雜環類化合物、2 種含氯化合物、4 種醚類化合物、1 種酸類化合物、1 種酚類化合物和1 種腈類化合物在內的52 種揮發性化合物進行了定量。其中SPF共有36 種，BH有44 種。

表4 兩種加工方式對即食蝦揮發性香味物質的影響Table 4 Effects of two processing methods on volatile flavor substances of ready-to-eat shrimp

不同加工處理方式導致揮發性香味物質組成及含量不同。吡嗪類和吡啶類化合物是一類具有強烈烘焙和烹調肉制品氣味的物質，這些化合物主要是由脂質降解產物的美拉德反應和互相作用形成的[23]。從表4可以看出，SPF中吡嗪和吡啶化合物的含量顯著低于BH中的含量（P＜0.05），SPF中吡嗪和吡啶化合物的總含量僅占0.62%，表明高溫烘烤可能導致脂質降解，使得BH具有烘烤的香氣。醛類化合物中的苯甲醛具有果香和堅果香，是海鮮風味的主要來源。SPF中苯甲醛的相對含量為3.53%，顯著高于BH（P＜0.05），表明低溫壓力處理可以較好地保存海鮮特有的風味。酯類化合物是脂質代謝產生的羧酸和醇酯化所得的產物，帶有一種甜的果香，在SPF中有更高的含量。因此，SPF更具有海鮮的獨特風味，BH更具有烘焙的風味。

2.4 即食蝦的電子鼻檢測結果

電子鼻被認為是分析食品風味的最佳方法之一，采用主成分分析（principal component analysis，PCA）可將多個變量之間結構關系簡化，便于分析[24]。通過電子鼻分析兩種即食蝦的整體風味。通過PCA可知，兩個PC的總貢獻率為99.685%，其中PC1貢獻率為81.53%，PC2貢獻率為18.16%。從圖2可以看出，兩種處理方式在PC1上完全沒有重疊。表明兩者之間存在良好的區分，SPF和BH兩組即食蝦的香味有明顯差異。這也驗證了揮發性香味物質的結果。

圖2 兩種加工方式的即食蝦PCAFig.2 Principal component analysis plots of ready-to-eat shrimps processed by two different methods

2.5 即食蝦的感官評價

對于兩種即食蝦的感官評分如圖3所示。除了氣味，SPF在外觀、質地和味道方面的評分都高于BH。BH硬度較高，色度偏白，同時熱處理導致蝦肉收縮和殼肉分離[25]。但是對于味道，SPF的味道更好，可能是更具有海鮮風味。對于氣味，SPF和BH在氣味方面的評分差距較小，可能是因為SPF稍有腥味，導致氣味評分較低。從整體質量方面看出，SPF的評分更高，表明SPF更受消費者喜愛。

圖3 兩種加工方式對即食蝦感官評價的影響Fig.3 Effects of two processing methods on sensory evaluation of ready-to-eat shrimp

2.6 即食蝦的氨基酸含量

兩種即食蝦氨基酸含量如表5所示。SPF和BH兩組之間各氨基酸含量沒有顯著差異（P＞0.05），這表明兩種加工方法對于即食蝦中氨基酸含量沒有顯著影響。但是SPF即食蝦大多數氨基酸含量以及必需氨基酸總和和總氨基酸含量均高于BH。這可能是因為熱風干燥使蛋白質中氨基酸殘基發生氧化修飾導致大多數氨基酸含量較低[26]。谷氨酸和天冬氨酸是產生鮮味的氨基酸[27]，SPF中谷氨酸和天冬氨酸的含量略高于BH中的含量。因此，SPF鮮味較高于BH。

表5 兩種加工方式對即食蝦氨基酸含量的影響Table 5 Effects of two processing methods on amino acid contents of ready-to-eat shrimp g/100 g

2.7 即食蝦的脂肪酸含量

兩種即食蝦的游離脂肪酸含量對比如表6所示。蝦的油脂中主要的游離脂肪酸是棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、花生四烯酸、二氫葉酸[28]。SPF油脂中總不飽和脂肪酸質量濃度高達14692.06 μg/L，顯著高于BH油脂（P＜0.05）。這可能是因為不飽和脂肪酸在高溫下其不飽和雙鍵會斷裂，從而發生氧化，生成醛、酮等小分子有害物質[29]。兩種即食蝦的辛酸、二十三烷酸、順-10-十五碳烯酸、花生四烯酸、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）、二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）有顯著差異（P＜0.05），而其他游離脂肪酸含量并沒有顯著性差異（P＞0.05）。EPA和DHA能夠很好地減輕心血管疾病，預防炎癥，防止血栓的形成，同時還可以降血脂，抑制動脈粥樣硬化[30]。SPF油脂中的DHA和EPA的質量濃度分別高達2857.94 μg/L和3001.68 μg/L顯著高于BH油脂（P＜0.05），是理想的多不飽和脂肪酸的來源。因此，SPF中多不飽和脂肪酸含量更高，其營養價值更高，品質較BH更好。

表6 兩種加工方式對即食蝦脂肪酸質量濃度的影響Table 6 Effects of two processing methods on fatty acid contents of ready-to-eat shrimp μg/L

2.8 貨架期動力學模型的驗證和預測

建立SPF貨架期動力學模型，并對SPF的貨架期進行預測。分析表7中的R2值可知，對于3 種貯藏溫度而言，一級動力學模型更好地擬合了SPF的POV變化。同時，由表8可得，即食蝦的Arrhenius方程為lnk＝-1737.3/T+3.6223，對應的EA值為14.44 kJ/mol。EA值越大表明即食蝦的氧化穩定性越高[31]，SPF的氧化穩定性較高。此外，根據式（7），SPF在24 ℃的預測貨架期為19.94 d，在24 ℃實際測得的貨架期為22 d，預測的貨架期與實際測得貨架期的相對誤差為10%，誤差較小，因此上述模型可以準確預測SPF的貨架期。同時，SPF在24 ℃的貨架期可達22 d，表明超高壓聯合低溫烹飪技術制備的即食蝦在常溫條件下貯藏期較長，品質較好。

表7 即食蝦在不同溫度下POV隨時間變化的回歸方程Table 7 Regression equation for POV of ready-to-eat shrimp as a function of storage time at different temperatures

表8 不同溫度下POV變化的動力學模型擬合結果及Arrhenius方程預測貨架期結果Table 8 Fitting results of kinetic models for POV changes at different temperatures,and shelf life predicted by Arrhenius equation

3 結論

本研究采用超高壓聯合真空低溫烹飪技術制備即食蝦，并對即食蝦的品質特性進行了研究分析。經研究表明，與BH相比，SPF的纖維狀態保存較好，硬度較低，色度較飽滿，在感官方面更受歡迎。在風味方面，BH更具有烘焙風味，SPF更具有海鮮的獨特風味，更保留了蝦的原始風味。此外，SPF中的谷氨酸和天冬氨酸含量較高，更具有鮮味。對于脂肪酸含量，SPF中的不飽和脂肪酸含量顯著高于BH組，其營養價值較高。除此之外，建立了SPF貨架期的動力學模型，并測得SPF在24 ℃條件下的貨架期可達22 d。綜上所述，超高壓聯合真空低溫烹飪技術相比于傳統加工工藝制備的即食蝦，其營養價值更高，可以更好地保留蝦的海鮮風味，提高即食蝦的品質。因此本研究為規模化生產高品質、風味獨特的即食蝦提供了理論基礎和技術支撐。然而，SPF的加工時間較長于BH，超高壓聯合真空低溫烹飪技術會導致能耗較高，生產成本提高。因此，超高壓聯合真空低溫烹飪技術在實際生產中的應用需更進一步研究。