虾类保鲜技术的研究现状 及其发展趋势

吴佳煜,龚静妮,郑君溁,郑雨婷,李崇高,吴先辉

(1.福建农林大学食品科学学院,福建福州 350002; 2.广州城市职业学院食品系，广东广州 510405； 3.宁德职业技术学院,福建福安 355000)

鲜虾中含有较多的蛋白质、大量的微量元素及人体必需氨基酸,是一款肉质鲜美,兼具营养价值与经济价值的水产品[1-2]。随着人们生活水平的不断提高,虾类食品已经广泛融入到消费者的膳食结构当中,成为人们餐桌上必不可少的美食之一。随着世界海洋渔业的飞速发展,人们对于鲜虾,特别是海水虾的消费需求也日益增多,我国作为世界上主要的虾类食品生产国及出口国,其消费量与国际贸易需求量均呈现逐年递增的趋势,这为我国虾类食品的迅速发展提供了良好的市场环境,使其具有广阔的发展前景。

尽管虾类食品广受人们的喜爱,但由于虾类本身所特有的生理生化特性,即体内含有较高的蛋白质与水分含量及大量的高活性多酚氧化酶[3-5],在捕捞、运输、加工及贮藏过程中,死亡的虾体易受到来自自身体表及消化器官等处所携带的微生物与外界微生物的污染而引发腐败变质[6];同时,其体内的多酚氧化酶也将催化酪氨酸等物质,产生一系列的生化反应,生成黑色素,从而使虾体表面出现黑斑,又称黑变现象[7-8]。为解决这一问题,国内外专家学者就如何对虾进行保鲜、如何提高虾的保鲜效果进行了广泛的探索。

基于对虾类食品保鲜问题的关注,本文拟从物理、化学、生物角度对当前海水虾保鲜技术的研究现状进行归纳综述,客观分析各种保鲜技术的特点与局限,并对未来该技术的发展趋势进行了展望,以期为延长虾类食品的货架期提供一定的理论参考和实践依据。

1 物理保鲜

1.1 低温保鲜

低温保鲜技术可在运输过程中对鲜虾进行保活,其原理是将虾置于较低的环境温度下,使虾体温度缓慢降低,以弱化其活动能力与应激反应,从而减缓氧气消耗及新陈代谢速率,减少虾死亡率。在贮藏期间,低温对微生物的繁殖代谢及酶的活性能起到有效的抑制作用[9]。目前,低温保鲜按温度主要划分为冷藏保鲜[10]、冰温保鲜[11]、微冻保鲜[12]与冻藏保鲜[13]。由于冰温保鲜和微冻保鲜有较高的温控要求,且费用昂贵,故较少使用。

施佩影等[14]研究了不同贮存温度对南美白对虾的黑变影响,结果显示:在0、4、8 ℃ 的贮藏条件下,不致引发黑变的时间分别为36、24、12 h以内。李学英[15]等研究发现:冻藏温度越低越有利于南极磷虾品质的保持,为实现长期贮藏的要求,推荐温度应控制在-30 ℃及以下。张强[16]等通过对比微冻贮藏与超低温贮藏的保鲜效果发现:-35 ℃下的超低温贮藏对南美白对虾肉质的弹性、硬度和咀嚼性均保持较好,且解冻损失率低,能耗低。陈思名[17]等探究了微冻保鲜(-4 ℃)对南美白对虾肌肉品质的影响,结果证明:微冻保鲜能有效抑制微生物的生长,且在贮藏后期能够显著改善南美白对虾各项指标的变异程度。

虾保鲜技术中,以对低温保鲜技术的研究最为深入,但若单纯使用低温保鲜,实际效果并不理想。就冷藏保鲜而言,由于虾体内的多酚氧化酶在低温下仍具备活性,可缓慢进行反应,以致其不能满足运输及销售过程中对虾贮存期的要求,易出现肉质白浊现象,影响鲜虾风味及表观形象。在冻藏过程中,虾内部水分易凝结成冰晶,使其组织结构受到破坏,造成干耗、冷冻变性等现象,进而对鲜虾的外观品质与市售价值造成严重影响。

1.2 流化冰保鲜

流化冰作为一种天然高效的冷却介质,是由水溶液与冰晶体组成的均一稳定的两相混合物[18],具有晶体细小且表面积大的特点[19]。使用时可将虾体全部覆盖,通过其较强的载冷能力有效降低虾体的温度[20],从而抑制微生物繁殖与钝化酶的活性。并且流化冰不会在保鲜期间对虾造成机械损伤,能最大程度地保持鲜虾的品质。

王强[21]等通过研究发现,流化冰保鲜对南美白对虾的肉质构特性保持效果显著,通过往虾体缝隙间填充冰粒子,能有效抑制虾与氧气相接触,同时钝化虾体内多酚氧化酶的活性,从而显著降低虾体黑变速率。冯家敏等[22]采用流化冰结合防黑变剂处理方式,结果显示,该方法能有效减缓虾体品质劣变及黑变程度,以较好地保持虾体的感官品质及质构特性。

近年来,流化冰作为一种快速冷却的保鲜新技术,已受到国内外专家学者的广泛关注[23]。目前流化冰主要应用于虾类保鲜的预处理阶段,一般在运输、加工、贮藏、销售过程结合低温保鲜、气调保鲜等其它保鲜技术进行虾类的保鲜作用。但是由于流化冰本身具有的易融化特性,使得其可能会溶解微生物造成与虾肉间的交叉污染等问题。因此在鲜虾保鲜过程中要特别注意及时排净融化的冰水、更换流化冰,以达到良好的保鲜效果

1.3 超高压保鲜

超高压杀菌作为食品非热加工技术之一,指在常温或较低温度条件下,采用100～1000 MPa的静水压力,对真空热封包装的产品进行处理。通过高压破坏细菌胞壁与膜结构,改变细胞膜的通透性,抑制DNA 等遗传物质的复制及酶活性来实现灭菌。同时,超高压处理只针对生物大分子中的非共价键(氢键、疏水键及离子键等)产生作用,而共价键不受影响,从而能够在实现破坏微生物活性的基础上较好地保持食品原有的品质、色泽、口感及营养价值[24]。

Li等[25]研究发现:利用高静水压力(HHP)处理白对虾,可有效提高虾体内多酚氧化酶(PPO)的失活率。Du 等[26]利用酸性电解水(AEW)联合HHP处理新鲜虾,结果表明:在最佳优化条件下,该方法可显著提高新鲜虾中副溶血弧菌和单增李斯特菌的致死率。于勇[27]等通过研究对比热处理与超高压处理对鲜虾水分状态的影响,发现经超高压处理后,自由水在南美白对虾中保持更好,更难流失,从而更能保持产品的品质。

超高压保鲜技术是一种既能保持鲜虾营养与品质,又不会产生因热加工导致的不良反应的一种鲜虾保鲜技术[28]。但是由于超高压保鲜技术对于细菌芽孢的致死作用尚不显著,若要达到更为理想的芽孢致死效果,还应控制协调酸度、温度及抑菌剂等其他辅助因素。目前,超高压处理设备的成本仍较高,较难实现对该技术的规模化应用。

1.4 气调保鲜

气调保鲜常用气体有CO2、N2、O2,其一般原理为在较适宜的低温条件下,通过改变贮藏环境中的气体组成,如降低O2含量,增加CO2与N2含量,以减弱鲜虾的呼吸强度,抑制微生物的繁殖代谢[29]及其体内PPO的活性[30],从而达到维持虾类产品品质、延长保鲜期的目的[31]。

谢晶等[32]研究发现:在冷藏条件下,高CO2体积分数的气调包装(MAP)能有效抑制南美白对虾体内细菌的生长繁殖和多酚氧化酶的活性,其中尤以80% CO2含量的气调包装效果最佳;同时,Qian 等[33]以南美白对虾为实验对象,通过实验论证了超过80%的CO2浓度条件,将导致虾体出现严重的变色和品质劣变现象。Zhang等[34]通过结合MAP与弱酸性电解水(WAEW)包冰衣处理的综合效果,高度延缓了南美白对虾肌肉组织中蛋白质的降解,并有效维持了虾冷冻储存期间颜色的稳定;Bono等[35]通过研究冷冻结合MAP技术与常规的亚硫酸盐处理(SUL)技术对红魔虾(Giant Red Shrimp)贮藏期间的相关品质对比,证明了冷冻结合MAP技术能够有效抑制脂质的氧化,且黑色素沉积量较亚硫酸盐处理后为少,更有利于红魔虾的颜色保持。

气调保鲜作为国际上公认最行之有效的水产保鲜技术,已在虾保鲜中受到广泛应用。目前,气调保鲜多基于对水产品中腐败菌的抑制效果进行研究[36],而对其中致病菌的影响研究相对不足,此可能导致水产品虽能保持较好的感官品质,但不具有食用安全性。同时,由于该保鲜方法的技术要求高,操作复杂,在我国尚未被很好地推广应用。

1.5 酸性电解水保鲜

酸性电解水(Acidic electrolyzed water,AEW)处理作为一种新型的保鲜技术,具有高效杀菌、无污染、无残留的特点,由于其pH较低且具有较高的有效氯(ACC)浓度及高氧化还原电位(ORP),近年来多被用于水产品的杀菌及保鲜处理。

Wang[37]、Xie等[38]研究表明,AEW结合低温处理可显著抑制副溶血弧菌的增殖,从而保持鲜虾品质,降低贮运过程中该病原体的致病隐患。Wang[39]、Lin等[40]通过制备酸性电解水冰(AEW ice)用于虾保鲜处理,实验证明了AEW ice能极大地抑制细菌的生长及组织蛋白酶B与PPO的活性。肠道微生物能够引发水产品的腐败变质,付娇娇等[41]研究了AEW处理对南美白对虾肠道微生物的影响,实验结果表明AEW能明显改变鲜虾肠道中的微生物多样性,从而有效保障其贮藏过程中的品质稳定。

AEW便于制取且价格低廉,使用过程中不致引发虾类食品形态、色泽、风味及营养成分的损失,有效解决了传统保鲜技术对食品品质劣化的影响;AEW ice则能更好地用于鲜虾的夏季保鲜。随着对AEW保鲜技术研究的不断深化,该技术必将能更有效地降低虾组织中致病菌的潜在危害,更好地保证虾类食品的品质安全。

1.6 辐照保鲜

辐射保鲜技术是通过利用γ射线、X射线或高速电子束等电离辐射产生的高能射线[42]对虾类食品进行杀虫、灭菌[43]处理,并抑制虾体内的某些生理活动,以此来延长虾类食品的贮存期。其特点是虾类产品仅受到放射源产生的高能射线的照射作用,本身无残留,无放射性,而对于微生物具有很好的致死作用[44]。且一定剂量的电子束辐照还能降解和破坏虾类食品中的有害残留物。

Mahto 等[45]研究了不同辐照剂量(0.5、1.5、2.5、3、5、10、20 kGy)对斑节对虾(Penaeus monodon)组织与结构成分的影响。实验发现,低剂量辐照处理(≤10 kGy)能显著减少总细菌和霉菌计数,并消除大肠菌群和沙门氏菌,且不引起鲜虾的微观结构及机械性能的显著变化;2.5 kGy及以上的辐照处理能有效延缓虾黑变现象;当剂量提高到20 kGy时,鲜虾结构变化明显。若将低剂量辐照(2.5～5 kGy)与冷冻保存相结合,可有效保持虾的机械特性与外观质地,改善虾在长期贮藏过程中的安全性。

然而,辐照保鲜也存在部分缺限,如高剂量辐照(10～50 kGy)处理可能使产品产生异味并降低虾的营养品质。目前,国内外对辐照食品的接受程度尚且不高,致使近年来关于该技术对虾保鲜方面的研究成果较少。所以,仍需加强公众对辐照保鲜技术的认识,使辐照保鲜这项新兴食品保鲜技术能够在虾保鲜中发挥更多的作用。

2 化学保鲜

2.1 化学保鲜剂保鲜

化学保鲜是指借助一种或几种药物自身的抑菌、杀菌作用,依照国家标准定量添加到产品中,从而实现保质、保鲜,延长产品贮藏期的一类保鲜技术。其机理是通过化学物质抑制有害菌的增殖或将其杀死,并能与生物体内氧化酶发生反应,达到抗氧化效果。用于虾类保鲜可防止发生黑变现象。传统的化学保鲜剂主要为焦亚硫酸钠(俗称“虾粉”)[46],其在海水虾的贮藏保鲜上曾被广泛应用,可有效延缓鲜虾黑变,抑制微生物的繁殖及生理氧化过程,但过量使用焦亚硫酸钠将导致SO2残留量超标,引发胃肠紊乱、黏膜炎症及脏器病变等疾病。

罗自生[47]、王雪等[48]在0 ℃的贮藏条件下,利用稳定态二氧化氯作用于南美白对虾,有效延缓了虾体内的菌落数增长及PPO活性,抑制了虾体黑变。韩诗蕾等[49]以刀额新对虾为材料,对还原型谷胱甘肽(GSH)、山梨醇及柠檬酸三种保鲜剂进行复配,研究表明:在-18 ℃冻藏期间,该复配保鲜剂能明显抑制虾头中PPO 活力,延缓鲜虾的品质劣变。鲍俊旺[50]通过复配特丁基对苯二酚、4-己基间苯二酚、抗坏血酸及茶多酚,研发出新型复合保鲜剂,可在南美白对虾储藏期间,有效降低虾肉中的菌落总数,进而延长其货架期。

化学保鲜具有简单高效、成本低廉的优势,但鉴于虾保鲜中存在SO2、抗菌素残留超标及细菌耐药性等问题,其应用具有一定的局限性。从食品卫生及公众安全角度出发,未来的鲜虾的化学保鲜技术应朝着天然、安全、无毒的方向发展,例如可以在化学保鲜中结合生物保鲜技术,进一步减少焦亚硫酸钠的使用剂量。通过有效地对鲜虾进行保鲜的同时,减少有害残留物的危害。

2.2 臭氧保鲜

臭氧保鲜作为一种新型化学保鲜方法,其机理是通过破坏细菌胞壁,分解膜结构,进而扩散入细胞内部,导致其新陈代谢紊乱并抑制其生长,同时继续渗透破坏膜内组织,氧化分解葡萄糖氧化酶,直至杀死细菌。

表1 生物保鲜剂Table 1 Biopreservative

Okpala等[51-54]通过大量实验,研究臭氧处理结合低温保鲜技术对南美白对虾品质的影响,结果显示,臭氧能有效抑制白虾组织内细菌的增殖,延缓脂肪氧化,抑制虾体的腐败变质,从而实现延长保质期的效果。

就虾类保鲜而言,臭氧处理较传统化学保鲜剂处理的优势在于臭氧保鲜的最终产物为氧气,可以有效减少化学防腐剂的使用,从而提高了食品的安全性。同时,臭氧杀菌属非热力杀菌技术,无需加热即可实现杀菌防腐的目的,能够节省能源。但是,保鲜过程中需要避免臭氧浓度过高,防止其强氧化性对虾类食品品质造成不利影响。目前对于臭氧在鲜虾保鲜技术的应用研究尚少,鉴于臭氧能有效延长鲜虾的保质期,在未来虾保鲜技术中,或许可以将臭氧保鲜与低温、气调保鲜技术等技术结合,以进一步增强鲜虾保鲜效果。

3 生物保鲜

生物保鲜是基于对生物科学的理论研究,通过多学科交叉融合衍生出的一个新兴研究领域。其机理大致包括:通过相关技术隔绝空气、抑制酶活性,以实现延缓氧化、防变色的作用;利用本身具有抗菌、抗氧化、天然无毒特性的物质,对食品贮运过程中的品质变化加以控制,达到防腐保鲜的效果;生成保护膜,防止腐败菌滋生污染,减缓水分损失,以保持产品品质。近年来,对于生物保鲜剂的研究主要趋于多酚类物质、壳聚糖以及各类生物提取物等。

生物保鲜的优势在于对环境无污染、对人体无危害,同时能够较好地维持鲜虾的感官特性与营养价值[75],具有替代化学保鲜的潜在趋势。目前,我国新型生物保鲜剂的研发工作尚未成熟,对生物保鲜的机理研究还未深入。鉴于多数生物保鲜剂结构、组成复杂,提取率较低,且对分离纯化工艺的技术要求高,致使投入成本过高,极大地限制了其在实际贮藏保鲜过程中的应用[76]。今后,仍需进一步加强对生物技术的研究与新型生物保鲜剂的研发工作。

4 虾保鲜技术的不足与展望

本文所述关于虾保鲜的诸多技术,均能有效延长虾保鲜期,然而每种保鲜技术又都存在着各自的优势与不足,因而在今后的实际应用过程中,应朝着以下几个方面发展:综合考虑比较各种保鲜技术的优缺点及其适用范围,合理利用多种保鲜技术的优势互补,以实现不同保鲜技术之间的有机结合,达到最佳的保鲜效果,从而实现虾保鲜技术的综合化、多样化。如:邓倩琳[77]及 Yuan等[78]就分别使用了超高压与CO2联合处理技术及壳聚糖涂层与石榴皮提取物(PPE)联合处理技术,且均取得的显著的虾保鲜效果;未来虾保鲜技术的发展离不开保鲜剂,而保鲜剂目前主要存在的是安全问题,其次是保鲜效果与使用成本问题,故研发天然高效的新型保鲜剂是解决问题的关键;基于目前许多先进高效的保鲜技术的成本过高且操作复杂,而使其发展受到限制,甚至仍处于研究阶段还未产业化。所以,未来对虾保鲜技术的开发还应朝着操作简单、经济实用的方向发展,以拓宽其适用范围,从而提高虾保鲜的经济效益和社会效益。