超低温深冷速冻对三疣梭子蟹冻裂率的影响

,,,2, ,2,,2,,2,*

(1.浙江大学舟山海洋研究中心,浙江舟山 316021;2.浙江大学食品与营养系,浙江省农产品加工技术研究重点实验室,馥莉食品研究院,浙江杭州 310058)

超低温深冷速冻对三疣梭子蟹冻裂率的影响

余海霞1,杨水兵1,杨志坚1,2,李苑1,2,王丽平1,2,胡亚芹1,2,*

(1.浙江大学舟山海洋研究中心,浙江舟山 316021;2.浙江大学食品与营养系,浙江省农产品加工技术研究重点实验室,馥莉食品研究院,浙江杭州 310058)

采用不同的液氮超低温深冷速冻程序对鲜活三疣梭子蟹进行深冷速冻处理并贮藏于-18 ℃。以冻裂率初步筛选样品初温和较为适宜的速冻程序,然后以感官评价、持水力和TVB-N值为主要指标考察样品在贮藏中的品质变化,最终确定冻裂率较低,且在冻存180 d后依然保持较好的产品品质的深冷速冻程序。结果表明:采用深冷速冻程序2 min使液氮柜内环境温度降至-20 ℃,2 min再降至-40 ℃,3 min继续降至-80 ℃,保持-80 ℃的环境温度继续深冷速冻样品至中心温度-40 ℃,此时的样品具有较低的冻裂率为8.0%,且冻藏180 d后感官评分为7.5分,持水力为69.9%,TVB-N值为14.62 mg/100 g,品质保持依然较好。可见,适宜的分阶段深冷速冻程序可降低梭子蟹的冻裂率,同时又具有较佳的冻藏品质。

液氮冻结,三疣梭子蟹,冻裂率,感官品质,持水力,TVB-N值

液氮化学性质稳定,与食品成分不发生化学反应,符合食品卫生的要求,是一种理想的冻结保鲜剂[1]。液氮超低温深冷速冻技术是通过液氮与食品直接接触瞬间吸收大量热量致使食品快速冻结的技术,冻结速度快、冻结时间短、冻结食品品质好、安全性高且无污染,是一种绿色加工技术[2]。随着人们对高质量冻结食品需求的提高,液氮超低温冻结技术将在速冻食品工业中具有广泛的应用前景和实际应用价值。近年来,液氮深冷速冻技术发展较快,已经广泛应用于肉制品、水产品、果蔬、菌类、淀粉及淀粉类食品、功能性产品等其他方面[3]。目前液氮深冷速冻技术在水产品中的速冻主要应用于鲍鱼、小黄鱼、银鲳、带鱼等[4-7],结果表明液氮深冷速冻相较于平板冻结能更好地保存这些水产品的细胞结构,最大程度减少冷冻对产品的损坏,保障产品的品质。

鲁珺等[8]采用液氮深冷速冻技术冻结梭子蟹,发现液氮冻结后的梭子蟹放置30 d后,其肌原纤维与新鲜样品非常接近,肌纤维间隙很小,细胞完整度较好,冰晶破坏率很低,液氮深冷速冻可以很好的维持蟹肉品质。但在实际应用中,采用液氮技术会产生低温冻害而导致梭子蟹壳爆裂,严重影响着成品的品相问题,使产品商品价值下降,给企业造成较大的经济损失。影响低温破裂的因素很多,冻结速度及初始品温和终温间的温差(温度变化幅度)等是重要的因素[9]。因此,本文分别采用一阶段、多阶段降温程序对鲜活梭子蟹进行处理,通过分析冻裂率、TVB-N值、持水力、感官评分等,评价速冻降温程序对梭子蟹品质的影响,筛选出较适宜的深冷速冻程序工艺,为梭子蟹深冷速冻加工提供一定技术支撑。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

舟山新鲜三疣梭子蟹 浙江省舟山国际水产城舟渔活鲜码头,捕获于十月下旬,选取的样品个体肥大,体表无损伤,腿捆扎结实,且腿、螫与蟹体连接牢固。流动水洗去蟹壳表面杂质,30 min内用装有碎冰的冰盒运回实验室,马上进行实验处理。

XBLL-23A型绞肉机 上海帅佳电子科技有限公司;BS223 S型电子天平 北京赛多利斯有限公司;BCD-215KS型冰箱 青岛海尔有限公司;DKS-12型电热恒温水浴锅 嘉兴市中新医疗有限公司;G2-38B型漩涡混合器 海门市其林贝尔仪器制造;液氮喷淋装置 单位自备;L93-2L型温度记录仪 杭州路格科技有限公司;TGL-16G型高速台式离心机 上海安亨科学仪器厂。

1.2实验方法

1.2.1 超低温深冷速冻处理 挑选250～300 g饱满的三疣梭子蟹(白蟹)冲洗沥水,入柜式液氮速冻设备,在不同的深冷速冻程序下进行冻结。直至温度记录仪检测到样品中心温度达到-40±1 ℃后,关闭设备并取出样品,记录梭子蟹裂壳数量并计算冻裂率后,将样品放入0～4 ℃的冰水中镀冰衣后装入PE袋中放至-18 ℃冷库中贮藏。每隔15 d取出测定样品指标。根据前期预实验设计深冷速冻程序如表1所示。

表1 深冷速冻程序表Table 1 The different quick freezing procedures

注:样品初始温度为(13±1) ℃,冻至样品中心温度(-40±1) ℃。

1.2.2 冻结曲线的测定 参照黄刚等[10]的方法进行改进。将自动温度记录仪设定温度采集时间为10 s,将温度探头从三疣梭子蟹的腹部插入肌肉正中心,进行深冷速冻时记录温度随时间变化的曲线即冻结曲线。

1.2.3 深冷速冻初始温度的处理 将梭子蟹加入碎冰并放入-18 ℃冷库进行降温,分别降温预冷至5、10、15、20、25 ℃取出,采用表1中的S3进行深冷冻结,以冻裂率来筛选适宜的初始温度范围。

1.2.4 冻裂率 参照黄忠民等[11]的方法结合梭子蟹冻结实际情况略加改进。取N个同等规格的梭子蟹进行不同液氮速冻程序速冻处理后,取出并计数冻裂蟹总数为n。

冻裂率(%)=n/N×100

式(1)

式(1)中:n只为冻裂梭子蟹总数;N只为实验梭子蟹总数。

冻裂的判定:选取5名同学,分别观察统计,对肉眼可见液氮深冷速冻后梭子蟹壳存在长度小于8 mm、宽似头发丝状裂纹,分布不均,不影响整体外观,不算入冻裂情况;通过肉眼观察裂纹明显可见内部,裂纹大小不记,算为冻裂[12]。

1.2.5 感官评定 参照NY/T841-2012 《绿色食品 蟹》的方法及Grete等[13-14]的方法稍加修改,对其整体可接受性进行感官评价。样品每组随机拿取5只进行流水解冻,然后与当日购买的新鲜蟹进行形态色泽观察,然后置于沸水锅上蒸约15 min,之后将熟蟹去壳后切分并进行编号。邀请6名经过专业培训的感官评定员采用加权平均法对解冻蟹的色泽、熟蟹肉的气味、滋味及组织形态进行评价,设定每项权重分别为0.2、0.2、0.3、0.3,具体评分标准见表2,5分以上为可接受。

1.2.6 持水力(WHC)的测定 Martinez-Alvarez等[15]的方法进行测定。

1.2.7 TVB-N值测定 TVB-N测定参照GB/T 5009.44-2003《肉与肉制品卫生标准的分析方法》中半微量定氮法测定并计算[16]。

1.3数据分析

所有实验至少重复3次,数据以平均值及方差表示。使用Excel 2007、SPSS 19.0软件以及方差分析(ANOVA)进行数据处理和显著性分析。p<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1超低温深冷速冻程序下速冻曲线比较分析

食品速冻曲线对速冻食品的质量和速冻过程的能耗有重要影响,对速冻曲线的研究,有助于提高产品的品质和改进深冷速冻装置[17-18]。

表2 梭子蟹感官评定表Table 2 Sensory evaluation of Portunus trituberculatus

图1反映了在液氮设备柜内环境温度2 min内降温到-65、-95 ℃以及分两阶段降温到-95 ℃并保持此环境温度进行速冻的梭子蟹中心温度的变化情况。由图1可见,三条曲线的陡峭程度不同,其中S6的速冻曲线最陡,其次为S7速冻曲线,S1速冻曲线总体相对较为平缓。从温度变化结果可知,S1的梭子蟹中心温度降至-40 ℃所需时间为23 min左右,且通过最大冰晶生成带的时间为5 min左右;S6的梭子蟹中心温度到达-40 ℃所需时间最短为15 min左右,2 min就能通过最大冰晶生成带;S7的梭子蟹中心温度降到-40 ℃所需时间比S6稍长,耗时16 min左右,3 min左右通过了最大冰晶生成带。这说明梭子蟹中心温度下降的速率与速冻的环境温度密切相关,且液氮超低温速冻温度越低,样品中心温度下降越快,样品通过最大冰晶生成带的时间越短;S6和S7降温终点环境温度均为-95 ℃,但是S6为一阶段降温程序,S7为二阶段降温程序,二者达到同样的环境温度,二阶段缓慢降温程序下的速冻速度要比一阶段稍慢,但是也能很快地速冻样品。-20 ℃冰柜冻结至梭子蟹中心温度-18 ℃耗时10 h以上,-35 ℃空气隧道式冻结耗时8 h左右[19],三个程序的液氮超低温深冷速冻冻结至梭子蟹中心温度-18 ℃耗时20 min以内,在冻结效率上具有极大的优势。

图1 梭子蟹冻结曲线 Fig.1 Freezing curve of swimming crab

2.2梭子蟹深冷速冻初始温度的选择

由表3可知,样品初始温度对冻裂率有一定的影响,将样品预冷到较低的温度再进行深冷速冻可以降低冻裂率。可能样品初始温度较高,内外温差过高,导致螃蟹外壳受极冷环境刺激更易破裂,而预冷可缩小梭子蟹内外温差。预冷能减少样品表面和内部之间的温差,有效地消除因过高的热应力而引起的低温断裂;另一方面,使样品中心部分因相变发生体积膨胀的时间提前,如果样品中心部分因相变发生体积膨胀能提前到食品表面尚未变硬变脆,则样品能承受更大的内部压力而不会发生断裂。预冷还降低了食品和冷冻制冷介质之间的温差,从而使冻结速度随之降低,也减少了低温断裂的发生[20]。通过预冷使样品的初始温度降低,随着样品初温的降低,样品冻裂率逐渐下降,当初温降低至15 ℃以下,冻裂率控制在一定的范围,而且再继续进行预冷降温到更低温度,需要增加更多的成本。综合考虑将样品初始温度预冷至15 ℃以下较合适,后续实验样品初始温度皆为13 ℃左右。

表3 不同初始温度对梭子蟹冻裂率的影响Table 3 Effect of different initial temperatureon shell cracking rate of swimming crab

2.3超低温深冷速冻程序对冻裂率的影响

图2 不同深冷速冻程序对梭子蟹冻裂率的影响Fig.2 Effect of different quick freezing procedureon shell cracking rate of swimming crab

如图2所示,S1、S3、S6为一阶段急速降温的程序,冻裂率分别为22.1%、34.3%、48.1%;S2、S4、S7为二阶段降温程序,S2和S4冻裂率分别为6.5%、9.0%,S7环境终点温度比S2和S4的环境终点温度都要低,冻裂率为36.0%,高于S2和S4;S5为三阶段降温程序,相对于一阶段降温程序的S3,冻裂率更低为8.0%。采用同样的液氮柜内环境温度将样品降低到同样的终温情况下,作为一阶段降温程序由于急速降温导致冻裂率比较高;二阶段和三阶段深冷速冻程序相对缓慢,对应的冻裂率相应较低。采用同样的时间将液氮柜内环境降低到不同的温度并保持冻结,环境温度越低,冻裂率越高。

以尽可能快的降温速度冻结食品曾被认为是获得高质量冷冻食品的理想途径,但是当冻结速度过快,超过一定极限时,食品材料传热不均,会发生食品从外到内的破裂现象[21]。这主要是由于过快的冷却速率引起的,由于冷却速率过快,热量来不及传递或传递较慢,引起样品内外温差较大,产生了热应力。冻结速度和因热应力引起的食品低温断裂是成正相关的,冻结速度越快,低温断裂越严重。有学者研究也发现液氮速冻的银鱼解冻后与新鲜银鱼在质感、外观和口感上没有差异,且干耗仅为0.5%,但速冻速率过快会在银鱼表面产生鼓泡和裂缝[22]。对于甲壳类生物梭子蟹,全身披有特殊坚硬的甲壳,随着温度的剧烈下降,其外壳硬度和脆性增加,而塑性及韧性降低,容易裂开,温度越低,冻裂率越高,严重影响梭子蟹的外观及冻结品的质量。采用多阶段缓慢降温,梭子蟹甲壳在较低环境下逐渐适应,与内部保持一个相对好的环境平衡,会降低冻裂率。但是多阶段降温并不能彻底降低冻裂率,梭子蟹初温和冻结终温、特别是太低的冻结终温依然会导致冻裂率又逐渐增加。

为确保梭子蟹综合品质良好,经以上实验结果比较,选择冻裂率较低的S2和S5程序处理样品用于后续的实验,然后采用感官评价、持水性以及TVB-N等指标作为依据,对比贮藏期间样品的冻藏品质效果,最终筛选出一个冻裂率既能满足实际需求,样品品质又能保持较好的速冻工艺。

2.4感官品质的效果评价

在-18 ℃冷库中保存的S2及S5样品的感官评定结果见图3。图3表明,随着贮藏时间的延长,各组梭子蟹的感官评分均逐步下降,这是由于蛋白质的变性和自身内源酶的作用以及微生物的繁殖所导致的不可避免的结果。S2与S5在60 d之前分值下降较慢并且二者相差不大,解冻后的梭子蟹色泽鲜亮,蒸熟后的梭子蟹蟹肉呈明显的丝状感,具有蟹特有的香味与滋味,梭子蟹总体品质上乘。S2在60 d之前分数保持在9分以上,在60 d之后有个突然下降,而S5在90 d之前一直保持在9分以上,并在75 d之后下降较快,可能是因为虽然在低温冻结过程中可以抑制大部分微生物的活动,但是仍有部分耐低温的微生物生长繁殖和酶解活动造成梭子蟹蛋白质的降解,S5组样品贮藏到75 d后,微生物和酶活性作用复苏增强到一定程度,导致蟹肉组织受到的破坏增强,感官品质迅速下降。后续二者之间的评分差距越来越大,到180 d时,S5分值为7.5,梭子蟹肉较好,而S2评分仅为6.6分,样品表面色泽灰暗,肉质开始松弛,丝状感不是很明显,开始出现糊肉感。

图3 不同深冷速冻程序对梭子蟹感官评分的影响Fig.3 Effect of different quick freezing procedureon the sensory evaluation of swimming crab

2.5持水性的效果评价

肉的持水能力(WHC)即在外力作用下,肉牢固束缚住自身和外加的水的能力[23]。

图4显示,随着贮藏时间的延长,S2和S5的梭子蟹持水力均呈现出不同程度的降低。其中S2处理组下降最快,180 d后由最初的81.8%降为68.3%;S5处理组在前45 d内下降较慢,在45 d到90 d之间下降较快,后续又趋于平缓,180 d后仍能维持在69.9%左右。

图4 不同深冷速冻程序对梭子蟹WHC的影响Fig.4 Effect of different quick freezing procedureon WHC of swimming crab

分析猜测速冻温度对持水力变化起到关键作用。对样品冻结曲线的研究表明速冻温度越低,速冻样品通过最大冰晶生成带的速度越快,从而形成越小的冰晶,减少对细胞膜的机械损伤,持水力也就更大,这与张志广等[24]的研究一致。速冻完成并转移至较冻藏库保存时,随着保存时间的延长,起初生成的细小粒冰晶会不断升华,数量减少;细小冰晶逐渐积聚成更大的大粒冰晶,综合因素导致肌肉组织逐渐结构破坏,肉的持水能力逐渐下降。速冻温度越低的样品起初生成的冰晶越小,在同样的保存条件下,冰晶受保存环境的影响相对较小,持水力下降的速冻较慢。

2.6TVB-N的效果评价

由图5可知,即死梭子蟹的TVB-N值为8.41 mg/100 g,此时梭子蟹肉质饱满且味道鲜美。随着贮藏时间的延长,S2和S5梭子蟹的TVB-N值都呈上升趋势。S2和S5的样品TVB-N值在贮藏初期上升的速率较快,S2明显高于S5,后续TVB-N值S2依然上升较快,而S5上升趋于缓慢。在贮藏时间达到180 d时,S2的TVB-N值上升到17.5 mg/100 g,S5的TVB-N值仅上升至14.62 mg/100 g,两组样品的TVB-N值均小于18 mg/100 g。由此可知,液氮冻结的梭子蟹品质整体较好。在整个贮藏期S5组TVB-N值上升相对较慢,可能由于这组的液氮速冻速度相对较快,对蟹肉肌肉结构影响小,其组织结构未受破坏,受微生物和酶作用也较小。

图5 不同深冷速冻程序对梭子蟹TVB-N的影响Fig.5 Effect of different quick freezing procedureon TVB-N of swimming crab

梭子蟹在贮藏过程中TVB-N值不仅与微生物生长繁殖、贮藏温度等因素有关,同时蟹肉的组成成分及本身的内源性酶的作用,也可能使得蟹肉的含氮物质增多,TVB-N值逐渐增大[25]。S2样品的温度较高,蟹肉在快速冻结过程中生成的冰晶较大,同时对微生物的抑制以及内源酶的作用相对较小。在同样的环境下保存,S2的微生物更容易起作用并较快繁殖;且S2样品的内源酶也更容易复苏并对蟹肉蛋白产生较大的分解作用,综合因素导致S2的蟹肉肌肉结构所受到的破坏较大,因而其劣变速率要比S5较快,使得TVB-N值增长较快[26]。

3 结论

采用超低温深冷速冻技术在2 min以内将液氮深冷速冻环境降低至-95 ℃,并保持此环境温度冻结梭子蟹至中心温度为-40 ℃时仅耗时15 min左右,并且2 min就能通过最大冰晶生成带。将样品初温预冷至15 ℃以下,能有效降低梭子蟹的冻裂率。梭子蟹具有较低冻裂率同时又具有最佳冻藏品质的深冷速冻程序为:2 min使液氮柜内环境温度降至-20 ℃,2 min再降至-40 ℃,3 min继续降至-80 ℃,保持-80 ℃的环境温度继续速冻样品至中心温度-40 ℃,此深冷速冻程序处理的样品具有较低的冻裂率为8.0%,且冻藏180 d后感官评分仍为7.5分,持水力为69.9%,TVB-N值仅为14.62 mg/100 g,依然保持较好品质。该研究可为海产品超低温深冷速冻抗冻技术的应用提供了一定的理论参考。

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EffectofultralowtemperaturefreezingontheshellcrackingrateofPortunustrituberculatus

YUHai-xia1,YANGShui-bing1,YANGZhi-jian1,2,LIYuan1,2,WANGLi-ping1,2,HUYa-qin1,2,*

(1.Ocean Research Center of Zhoushan,Zhejiang University,Zhoushan 316021,China;2.Department of Food Science and Nutrition,Zhejiang Key Laboratory for Agro-Food Processing,Fuli Institute of Food Science,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)

Alive crabs(Portunustrituberculatus)were pre-treated with different procedures of ultra-low temperature quick freezing by liquid nitrogen,followed by storage at -18 ℃. Proper initial temperature and freezing procedures were screened based on the ratio of shell cracking as the key indicator that important for the industrial application. Sensory evaluation,TVB-N and water holding capacity was investigated for obtaining the optimum quick freezing procedure both the lower crack ratio and the best quality of the swimming carb for further storage. The results showed that the crab had a lower cracking rate of 8.0%,with corresponding sensory scores of 7.5 points,water holding capacity of 69.9% and TVB-N value of 14.62 mg/100 g under the quick freezing procedure of the chamber ambient temperature of the liquid nitrogen quick freezer decreased to -20 ℃ in 2 min,further to -40 ℃ in 2 min,then to -80 ℃ in 3 min,and keeping the ambient temperature of -80 ℃ until the central temperature of the sample to be -40 ℃. The swimming carb kept a relatively better quality for storage of 180 d.

liquid nitrogen freezing;Portunustrituberculatus;cracking rate;sensory quality;WHC;TVB-N value

TS254.1

A

1002-0306(2017)19-0284-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.19.052

2017-03-29

余海霞(1981-)，女，硕士，工程师，研究方向：水产品加工与贮藏，E-mail：haixiahome@163.com。

*通讯作者:胡亚芹(1972-)，女，博士，教授，研究方向：水产品加工，E-mail：yqhu@zju.edu.cn。

浙江省公益技术研究农业项目(2015C32107)；舟山市科技计划项目(招投标项目)(2014C11004)。