不同糖醇类物质对冷冻南美白对虾的保水效果

章样扬，张 宾,2,*，郝桂娟，邓晓影，汤 贺

（1.浙江海洋大学食品与医药学院，浙江省海产品健康危害因素关键技术研究重点实验室，浙江 舟山 316022；2.中国海洋大学医药学院，山东 青岛 266005）

南美白对虾（Litopenaeus vannamei）学名凡纳滨对虾，其虾壳薄、体肥、肉质鲜嫩，是世界对虾养殖中产量较高的三大优良虾种之一，同时也是目前养殖对虾中单产量最高的虾种。目前，我国南美白对虾加工主要以单冻去头虾仁、单冻煮虾及蒸煮即食虾仁等形式为主[1]。冷冻保藏（-23～-12 ℃）可使虾肉中90%以上水分冻结，酶活性和微生物生长几乎完全受到抑制，从而使其得以长期保藏[2]。然而，随着冻藏时间延长，虾仁水分含量逐渐降低，解冻后虾仁外观色泽变暗，汁液流失增多，口感变差[3]。因此，为减弱冷冻虾仁中蛋白质的冷冻变性速率及程度，通常在冻藏虾仁中添加抗冷冻变性剂，如糖类、复合磷酸盐、氨基酸及抗冻蛋白质等[4]。复合磷酸盐作为抗冻剂应用于水产品中，可有效降低产品解冻和蒸煮损失率，对蛋白质变性具有一定抑制作用[5]。但磷酸盐过量添加，会使水产品产生金属涩味、组织粗糙，且贮藏过程中磷酸盐的沉淀作用会导致水产品表面会出现雪花和晶化等现象[6-7]。另外，消费者长期食用添加过量磷酸盐的水产品后会引起血液凝结，其降解产物也可能增加摄入者心脑血管疾病发生的可能性[8]。

糖类物质作为抗冻剂被广泛应用于冷冻水产品中，其作用机理是糖类可改变包埋在蛋白质分子中结合水的状态，取代蛋白质分子表面的结合水并与之结合，从而起到抑制蛋白质变性的作用[9]。水产品加工业中，常以山梨醇和蔗糖的混合物作为水产品抗冻剂，以抑制水产品蛋白质的冷冻变性，但蔗糖的甜味和热量相对较高，在一定程度上影响了产品的风味和营养价值[10]。目前，低甜味、低热量的新型抗冻剂开发已成为国内外研究热点，如海藻糖、乳糖醇及低聚木糖等的应用已见报道[11-12]，但关于糖醇类物质对虾仁的抗冻保水效果研究还鲜见报道。本实验以冷冻南美白对虾虾仁为研究对象，以常见的8 种糖醇类物质作为抗冻保护剂，比较不同糖醇类物质对冷冻虾仁的抗冻保水效果，以期减少冷冻南美白对虾的汁液损失、保障产品品质，从而为开发及应用糖醇类抗冻保水剂提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

活南美白对虾（Litopenaeus vannamei），平均体长15～17 cm，购自浙江舟山东河菜场。将活虾置于盛有碎冰的泡沫保温箱中，在20～30 min内运至实验室，立即处理后备用。

木糖醇、山梨糖醇、赤藓糖醇、乳糖醇、甘露糖醇、异山梨糖醇、麦芽糖醇、异麦芽糖醇、焦磷酸钠（纯度≥99%，均为食品级） 青岛博智汇力生物科技有限公司。其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

MDF-U53V型超低温冰箱 日本Sanyo公司；TMS-Pro物性测试仪 美国FTC公司；BS124S型电子天平德国赛多利斯公司。

1.3 方法

1.3.1 原料处理与分组

原料处理参考文献[13]，在0～4 ℃含碎冰的泡沫保温箱中，将鲜活南美白对虾清洗、去头尾壳，但不去虾肠，获得新鲜虾仁。选取大小一致的完整虾仁个体，沥干后纱布轻拭去表面水分。实验处理分为：蒸馏水浸泡组（空白对照），木糖醇、山梨糖醇、赤藓糖醇、乳糖醇、甘露糖醇、异山梨糖醇、麦芽糖醇、异麦芽糖醇浸泡组和焦磷酸钠浸泡组（阳性对照）。以上各浸泡溶液设10 g/L和30 g/L两种处理质量浓度。预实验发现，在各种磷酸盐中，焦磷酸钠处理对冷冻虾仁的抗冻保水效果均较佳，为减少多因素对冷冻虾仁保水特性影响，选择单一的焦磷酸钠浸泡处理作为阳性对照组。

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 保水性的测定

将称质量后虾仁完全浸泡于各糖醇溶液（糖醇质量浓度为10 g/L和30 g/L，4 ℃）中，料液比为1∶9（m/V），每20 min轻搅拌1 次，保持3 h，取出后沥干并用纱布轻拭干表面水分，称质量（m1/g）（精确至0.001 g，下同）。将处理后的虾仁，于-18 ℃条件下冻藏保存3 周后取出，置于带盖平皿中，自然解冻2 h，纱布轻拭去水分，称质量（m2/g）。然后使用TMS-Pro物性测试仪对虾仁进行加压（0.12 MPa）处理，虾仁上下均垫多层滤纸，压力保持5 min后，纱布轻拭虾仁表面水分，称质量（m3/g）。取解冻后虾仁进行蒸煮，沸水蒸汽加热3 min后，取出虾仁经室温冷却至25 ℃，纱布轻拭去表面水分，称质量（m4/g）。分别按式（1）～（3）计算虾仁自然解冻损失率、加压质量失水率和蒸煮质量损失率。

1.3.2.2 感官特性分析

感官评价参考文献[14]进行。评价对象为冷冻生虾仁与蒸煮虾仁，均分别经过8 种糖醇、蒸馏水以及焦磷酸钠溶液的浸泡处理，溶液质量浓度为30 g/L，浸泡后将虾仁放入-18 ℃冰箱冻藏3 周，之后进行自然解冻和蒸煮处理。感官评价小组由8 名具有一定感官评价经验的实验室人员组成，对虾仁样品的外观形态（是否完整、肌肉表面有无破损）、色泽（是否呈现自然色泽、有无发白及变色等）、气味（是否具有固有鲜味，有无异味）、弹性（肌肉是否紧密有弹性）等进行评分。评分按以下规则进行：5分表示产品所有特征与标准样品（新鲜虾仁）完全一致；4分表示产品可接受，但与标准样品相比有些差别；3分表示产品可接受，但与标准样品相比仍有较大差别；1分表示相比于标准样品，产品明显不能接受；0分表示相比于标准样品，产品完全不能接受。

1.3.2.3 吸湿性实验

将饱和(NH4)2SO4溶液和饱和K2CO3溶液分别置于不同密闭干燥器内，以创造相对湿度对应为81%和43%的环境。将干燥器置于恒温环境中，室温稳定24 h。准确称取一定量已干燥至恒质量的糖醇样品（m0/g），置于已干燥至恒质量的称量瓶中；然后将称量瓶分别放于相对湿度为81%和43%的干燥器中，室温条件下每隔12 h称质量1 次（m1/g）。每个样品3个平行，计算平均值。按式（4）计算样品吸湿率。

1.3.2.4 保湿性实验

准确称取一定量已干燥至恒质量的糖醇样品，置于已干燥至恒质量的称量瓶中，加入质量分数为样品量10%的蒸馏水后称质量（m1/g）。将称量瓶敞口分别置于装有饱和Na2CO3溶液（相对湿度为43%）和硅胶的干燥器中，室温条件下每隔12 h称质量1 次（m2/g）。每组实验做3 个平行，计算平均值。按式（5）计算样品的保湿率。

1.4 数据分析

数据处理采用Excel 2007和SPSS 17.0软件，其中显著性分析采用单因素方差分析，作图采用Origin 8.0软件，结果表示为 ±s。

2 结果与分析

2.1 不同糖醇对冷冻虾仁自然解冻损失率的影响

虾仁在冻藏过程中，细胞内冰晶形成及生长使肌肉组织受到挤压，同时破坏肌肉细胞膜结构，从而导致解冻过程中细胞内部汁液流失，组织解冻损失率增加[15]。8 种糖醇对冷冻虾仁的自然解冻损失率影响如图1所示。当糖醇样品质量浓度为10 g/L时，木糖醇、异麦芽糖醇和甘露糖醇浸泡处理后，虾仁自然解冻损失率均低于焦磷酸钠处理组，其中木糖醇组自然解冻损失率为3.87%，显著低于焦磷酸钠组（4.17%）（P＜0.05）。当糖醇样品质量浓度为30 g/L时，8 种糖醇对虾仁的保水能力均显著高于蒸馏水处理组（P＜0.05），其中以甘露糖醇、赤藓糖醇和木糖醇的处理效果较佳，但仍显著低于焦磷酸钠处理组（P＜0.05）。综合来看，较高质量浓度的糖醇浸泡处理效果优于低质量浓度糖醇。本部分实验中，相比于其他糖醇，木糖醇、异麦芽糖醇和甘露糖醇表现出了较好的虾仁保水效果，原因可能是不同糖醇类物质的糖链结构、基团及键合部位存在差异[16]，其结构类型与抗冻保水效果之间的关系仍需进一步深入研究。糖醇具有抗冻保水作用的主要原因为：糖醇分子中存在大量羟基，其能够与虾仁蛋白质分子发生结合，使肌肉蛋白处于饱和状态，增强蛋白质分子的结构稳定性，从而避免蛋白质之间的聚集变性，因而降低其冷冻变性的程度[17]；此外，羟基还能够有效束缚小分子水，促进虾仁肌肉中自由水转变成为结合水，从而减弱冰晶的形成及生长对肌肉组织及细胞的物理损伤[18]。

图1 不同糖醇对冷冻虾仁自然解冻损失率的影响Fig.1 Effects of different sugar alcohols on thawing loss of frozen shrimps

2.2 不同糖醇对冷冻虾仁加压质量失水率的影响

图2 不同糖醇对冷冻虾仁加压质量失水率的影响Fig.2 Effects of different sugar alcohols on pressing loss of frozen shrimps

加压质量失水率可间接反映冰晶对组织结构、细胞完整性及蛋白质活性的影响[19]。由图2可知，当糖醇质量浓度为10 g/L时，其浸泡处理的虾仁加压质量失水率均显著低于蒸馏水处理组（P＜0.05）；其中，以山梨糖醇处理效果最佳（6.85%），且显著低于焦磷酸钠组（P＜0.05）；另外7 种糖醇处理效果与焦磷酸钠无显著性差异（P＞0.05）。当糖醇质量浓度为30 g/L时，虾仁加压质量失水率均低于蒸馏水组，其中异麦芽糖醇和木糖醇处理组虾仁加压质量失水率分别为6.78%和6.76%，与焦磷酸钠组（6.85%）无显著性差异（P＞0.05）；而甘露糖醇和赤藓糖醇处理组虾仁的加压质量失水率虽略高于焦磷酸钠组，但仍显著低于蒸馏水处理组（P＜0.05）。综合来看，甘露糖醇、木糖醇及麦芽糖醇对冷冻虾仁的加压质量失水率表现出较好的抑制效果，其原因可能是经过这3 种糖醇处理后，冷冻虾仁中不易流动水含量较高，致使虾仁持水率升高、加压质量失水率降低[20]。研究表明，甘露糖醇作为一种冷冻保护剂，可与细胞、蛋白质发生结合作用，并影响其水合、再水合状态，从而在冷冻及冷冻干燥过程中起到保护作用[21]。杨柳等[22]发现木糖醇对发酵肉制品中的水分具有一定保持作用；随着贮藏时间延长，肉制品中结合水逐渐脱离蛋白质束缚，但脱离的结合水仍能与木糖醇上的氢键结合，从而使得肉制品蛋白质表现出一定的稳定性。对于麦芽糖醇的应用研究，逄晓云等[23]将麦芽糖醇替代蔗糖用于低糖型猪肉糜中，可显著提高肉糜产品出品率和水分含量，并降低了肉糜中水分的移动性。以上研究也可较好地解释本实验结果。

2.3 不同糖醇对冷冻虾仁蒸煮质量损失率的影响

图3 不同糖醇对冷冻虾仁蒸煮质量损失率的影响Fig.3 Effects of different sugar alcohols on cooking loss of frozen shrimps

虾仁肌肉质量在加热过程中会明显下降，主要是由肌肉中可溶性氮化合物溶出、脂肪分离和水分流失等因素造成，其中以水分流失影响最大，亦即肌肉组织的脱水现象最为严重[24]。加热时发生脱水流失是肌肉因热收缩而排出水分导致；同时，肌肉组织的保水性能也因蛋白质热变性而明显减弱[25]。如图3所示，当糖醇质量浓度为10 g/L时，8 种糖醇处理后虾仁的蒸煮质量损失率均较高，表明较低质量浓度糖醇处理对蒸煮虾仁的保水作用相对较弱。当糖醇质量浓度为30 g/L时，甘露糖醇、乳糖醇、赤藓糖醇及异麦芽糖醇处理组虾仁蒸煮质量损失率均高于蒸馏水处理组；而异山梨糖醇、山梨糖醇和木糖醇对虾仁水分保持能力表现出较好的改善作用，其原因可能是这3 种糖醇分子同肌肉蛋白质可发生结合，形成一种类似水晶状的玻璃体结构，致使蛋白质分子空间结构更加稳定，从而起到保护组织水分的作用[26-27]。此外，还有研究认为，糖类分子会优先与水分子结合，使其从肌肉蛋白质溶剂化层中排除出来，从而导致蛋白质表观体积减少、可移动性降低，造成蛋白质分子结构更趋紧密、构象更稳定[28-29]。研究表明，山梨糖醇有利于降低水产品肌肉水分活度，防止肌肉蛋白质变性，还可以和肌肉水分充分结合，从而增加抗冷冻性[30]。国家卫生和计划生育委员会发布的《关于海藻酸钙等食品添加剂新品种的公告》（2016年第8号），也将山梨糖醇使用范围扩大到了冷冻水产品、冷冻挂浆制品、腌制水产品等，最大使用量也调整为“按生产需要适量使用”。本实验中，当质量浓度为30 g/L时，异山梨糖醇和山梨糖醇处理效果均显著低于蒸馏水处理组（P＜0.05），表明二者对蒸煮虾仁的汁液损失均有较好的调控效果。2.4 不同糖醇对冷冻虾仁感官特性的影响

对于冷冻生虾仁（表1），在气味特性方面，8 种糖醇处理组（30 g/L）与空白对照组相比未表现出显著性差异（P＞0.05），说明糖醇浸泡处理对冷冻生虾仁的挥发性气味物质无显著性影响（低质量浓度糖醇处理虾仁的感官评价结果略）。麦芽糖醇、乳糖醇、木糖醇及甘露糖醇浸泡虾仁后，其外观形态和色泽特性，均显著优于空白组和焦磷酸钠组（P＜0.05），表明这几种糖醇对虾仁的外观形态和色泽具有显著提升作用。此外，木糖醇和乳糖醇浸泡对虾仁弹性也起到了一定的改善作用。

表1 不同糖醇对冷冻生虾仁的感官特性的影响Table1 Effects of different sugar alcohols on sensory properties of frozen shrimps

对于蒸煮虾仁（表2），8 种糖醇（30 g/L）对虾仁的外观形态、色泽、弹性及气味均未产生较大的影响。其中，异麦芽糖醇、木糖醇和异山梨糖醇浸泡处理对蒸煮虾仁的部分感官特性具有一定的改善作用。综合以上感官分析结果，采用冷冻前的糖醇浸泡预处理，可有效改善冷冻虾仁的部分感官特性，而该处理对蒸煮后虾仁感官品质未产生显著性影响，因而可作为一种较好的虾类预处理方法。

表2 不同糖醇对蒸煮虾仁感官特性的影响Table2 Effects of different sugar alcohols on sensory properties of cooked shrimps

2.5 不同糖醇的吸湿性与保湿性分析

2.5.1 吸湿性分析

图4 在相对湿度81%（A）和43%（B）条件下糖醇物质吸湿特性Fig.4 Water-absorbing properties of different sugar alcohols under humidities of 81% (A) and 43% (B)

在81%相对湿度环境下（图4A），异山梨糖醇吸湿性能较强，存放72 h后其吸湿率达39.08%；随着存放时间延长，木糖醇和山梨糖醇吸湿率不断增加，但增加幅度相对较为平缓，经72 h后其值分别达到1.62%和8.94%，显著低于异山梨糖醇（P＜0.05）；此外，乳糖醇、赤藓糖醇、麦芽糖醇等其他5 种糖醇吸湿性较弱，整个存放期内始终维持在0%～0.4%范围内。在43%相对湿度环境下（图4B），异山梨糖醇吸湿性能较强，存放72 h后其吸湿率达33.57%。随着存放时间延长，木糖醇和山梨糖醇的吸湿率随存放时间延长而不断增加，72 h后达到相对平衡（7.23%和5.60%），显著低于异山梨糖醇（P＜0.05）；此外，乳糖醇、赤藓糖醇、麦芽糖醇等其他5 种糖醇吸湿性较弱，整个存放期内始终维持在0%～0.1%范围内。

2.5.2 保湿性分析

图5 在相对湿度43%（A）和干燥（B）条件下的不同糖醇物质保湿特性Fig.5 Water-holding properties of different sugar alcohols under 43%relative humidity (A) and dry (B) conditions

在43%相对湿度环境下（图5A），木糖醇、赤藓糖醇、乳糖醇、甘露糖醇、麦芽糖醇和异麦芽糖醇处理组保湿率均随着存放时间延长逐渐降低。存放12 h后，甘露糖醇保湿率从100%降低到1%左右，而后维持相对稳定；乳糖醇在24 h后降低至该水平（1%）；木糖醇存放36 h后，保湿率趋于平衡（52.81%）。麦芽糖醇、异麦芽糖醇和木糖醇的保湿性能较好，经72 h后其保湿率仍有约96%、60%和49%。此外，山梨糖醇保湿率随存放时间延长而不断增加，72 h后达到相对平衡（157%）。在43%相对湿度环境下，异山梨糖醇仍表现出了较强吸湿特性，其保湿率随时间延长而不断上升，达到393%后保持相对稳定。

在硅胶干燥环境下（图5B），8 种糖醇处理组保湿性在12 h内下降迅速，之后保湿率趋于稳定。异山梨糖醇处理组的保湿率最好，72 h后仍有约62.37%。木糖醇、异麦芽糖醇和甘露糖醇的保湿率约为4.31%、1.65%、0.88%，显著低于异山梨糖醇（P＜0.05）。72 h后保湿率由大到小依次为异山梨糖醇＞木糖醇＞异麦芽糖醇＞甘露糖醇，其他4种糖醇的保湿率均在12 h时降低为0。

3 结 论

以冷冻虾仁为原料，以蒸馏水、焦磷酸钠浸泡处理分别为空白和阳性对照，比较了木糖醇、山梨糖醇、赤藓糖醇、乳糖醇、甘露糖醇、异山梨糖醇、麦芽糖醇、异麦芽糖醇8 种糖醇对冷冻虾仁的抗冻保水作用。综合来看，较高质量浓度的糖醇浸泡处理，对虾仁抗冻保水效果显著优于低质量浓度处理。不同糖醇物质对虾仁品质特性影响不同。综合虾仁的自然解冻损失率、加压质量损失率和蒸煮质量损失率及感官特性等指标，相比于空白对照及其他糖醇组，木糖醇、甘露糖醇和异山梨糖醇在冷冻虾仁的保水效果方面表现更佳，后期可研究复合糖醇类对冷冻虾仁的抗冻保水效果，以为冷冻水产品无磷保水剂的开发与应用提供参考。