流化冰处理对南美白对虾冰藏期间品质与水分迁移变化的影响

蓝蔚青，胡潇予，阮东娜*，刘书成，谢 晶,*

（1.农业农村部冷冻调理水产品加工重点实验室，福建 厦门 361022；2.上海海洋大学食品学院，上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心，上海 201306；3.福建安井食品股份有限公司，福建 厦门 361022；4.广东海洋大学食品科技学院，广东省水产品加工与安全重点实验室，广东 湛江 524088）

南美白对虾（Litopenaeus vannamei），又名凡纳滨对虾，为对虾科对虾属甲壳类水产品，其凭借营养价值高、肉质鲜美等特点深受消费者欢迎，在我国养殖规模不断扩大。根据《2017中国渔业统计年鉴》[1]显示，我国淡水养殖虾类产量203.21万 t，其中南美白对虾产量达73.99万 t，其已成为我国养殖产量最高的虾种。但由于其为高蛋白高水分的甲壳动物，组织蛋白酶活性强，虾肉在贮藏期间易发生ATP降解，迅速自溶，致使营养价值和食用品质下降，发生腐败变质；因此，捕捞后应及时进行相应的保鲜处理。冷冻贮藏是水产品保鲜中的常用方法，对水产品贮藏与市场调节起着重要作用[2]。目前，国内水产品冷冻贮藏温度多为－18～－23 ℃，也有少数水产品在－35 ℃下贮藏，还有学者对水产品在－60～－80 ℃超低温下的贮藏效果进行研究[3]。虽然冻藏可最大限度保持南美白对虾的营养价值，但冻藏过程中产生的冰晶易使肌肉细胞受损、蛋白质变性，增加解冻时的汁液损失，导致其风味和营养价值下降[4]。与冻藏相比，冰藏通过在水产品表面铺一层冰来降低鱼体体表温度，使其接近冰点但不冻结，可达到延长鱼体保鲜期的目的[5]；此法因其保藏效果使水产品最接近于鲜活时的生物特性而备受关注，广泛应用于南美白对虾超市销售中[6]。

流化冰又称冰浆，是由直径介于0.2～0.8 mm的冰颗粒与水溶液如淡水、盐水或海水组成的均匀两相混合物。流化冰表面积大、冷却速度极快，且其冰晶细小、表面圆滑，可有效避免冰晶对产品的机械损伤[7]。近年来，流化冰作为一种快速冷却水产品的新方法，已逐渐受到关注，其在加拿大、美国、冰岛及欧洲部分国家，已成功用于航运中金枪鱼、鳍鱼、沙丁鱼、龙虾等保鲜[8-9]；流化冰机、冰浆机等先进制冰设备机组在渔船和陆地上的应用也较普遍。本实验拟以传统碎冰处理作为对照，对南美白对虾采用流化冰进行贮藏处理，测定感官、理化与菌落总数等指标，并结合低场核磁共振（low-f i eld nuclear magnetic resonance，LF-NMR）与核磁成像（magnetic resonance imaging，MRI）技术研究两种冰藏方式对南美白对虾贮藏期间品质与水分迁移变化的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

南美白对虾购自上海市浦东新区临港农工商超市，选取鲜活、体长约为9～10 cm的样品，置于装有碎冰的泡沫箱中30 min内充氧运回实验室。

磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、L-脯氨酸、邻苯二酚、Brij-35、氯化钠、轻质氧化镁、三氯乙酸、硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA） 国药集团化学试剂有限公司；平板计数琼脂 青岛高科技工业园海博生物技术有限公司。

1.2 仪器与设备

RF-1000W-SP型海水流化制冰机 江苏南通瑞友工贸有限公司；TA. XT Plus质构仪 英国Stable Micro System公司；CR-400型色差计 日本Konica Minolta公司；Kjeltec2300型凯氏定氮仪 瑞士FOSS公司；FJ200-S型数显高速均质机 杭州齐威仪器有限公司；H-2050R型台式高速冷冻离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；LDZM-40KCS-Ⅲ型立式压力蒸汽灭菌器上海申安医疗机械厂；LHS-100CL型恒温恒湿箱 上海一恒科学仪器有限公司；Meso MR23-060H-I型低场核磁共振分析仪 上海纽迈电子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料处理

将运回实验室的对虾冰水致死，迅速按照实验要求模拟售卖环境条件，将实验分为两组，分别采用碎冰和流化冰处理，相应计作即碎冰（crush ice，CI）处理组和流化冰（slurry ice，SI）处理组，样品按虾冰质量比1∶1的比例层虾层冰置于泡沫箱中，于（4f1）℃环境贮藏10 d，每天对两组样品分别进行各项指标测定。

1.3.2 质构分析的测定

对去壳南美白对虾第二腹节肌肉进行2 次压缩，采用质构仪的TPA模式分别测定其硬度、咀嚼性和弹性[10-11]。测试条件为：平底形探头P/5、测前速率3.00 mm/s、测试速率1.00 mm/s、测后速率1.00 mm/s、压缩变形率40%、停留间隔时间5 s、负重探头5 g、环境温度18～20 ℃，每个样品测试5 次，取平均值。

1.3.3 色差的测定

色差的测定方法参照CIE-L*a*b*法[12]。色差计在使用前用白板进行校准，直接测带壳南美白对虾虾头和第二腹节虾肉表面的亮度L*值、红度a*值。同一样品测定3 次，取平均值。

1.3.4 TVB-N含量的测定

总挥发性盐基氮（total volatile base-nitrogen，TVB-N）含量的测定参考Goulas等[13]的方法，平行测定3 次。

1.3.5 TBARS值的测定

硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）值的测定参考黄鸿兵等[14]的方法，略有修改。取2 g南美白对虾虾肉肉糜，加入5 mL 25 g/100 mL三氯乙酸和4 mL蒸馏水，高速匀浆1 min后1 000hg离心20 min。取2 mL上清液加入2 mL 0.02 mol/L TBA溶液，沸水浴20 min，流动水冷却5 min后于532 nm波长处测定溶液吸光度。其中空白样为1 mL 25 g/100 mL三氯乙酸＋1 mL蒸馏水＋2 mL 0.02 mol/L TBA。TBARS值以丙二醛含量计，按下式计算。

TBARS值/（mg/kg）＝A532nmh9.48

1.3.6 PPO活力的测定

多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活力的测定参考Qian Yunfang等[15]的方法稍作修改。称取5 g去壳虾肉，于0～4 ℃环境下剪碎研磨，加入20 mL 0.067 mol/L磷酸缓冲液（pH 7.20，含质量分数0.1% Brij-35），4 ℃条件下浸提2 h后过滤，再于4 ℃ 12 000 r/min下高速冷冻离心30 min，上清液即为PPO粗酶液。

在离心管中依次加入4.4 mL 0.067 mol/L磷酸盐缓冲液（pH 6.8）、0.4 mL 0.5 mol/L L-脯氨酸、0.4 mL 0.5 mol/L邻苯二酚，置于37 ℃恒温水浴5 min，加入0.4 mL 37 ℃预热2 min的PPO粗酶液，立即将混合液置于525 nm波长处测定吸光度，在3 min内每隔30 s记录1 次。PPO活力以酶促反应速率表示，每分钟1 mL酶液引起吸光度改变0.01为1 个酶活力单位（U）。

1.3.7 菌落总数的测定

参照GB 4789.2ü2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》[16]进行菌落总数测定，每个稀释度做2 个平行。

1.3.8 LF-NMR分析

将整只带壳南美白对虾用保鲜膜包裹，放入核磁检测管中。采用CPMG序列，测定温度32 ℃，参考Cheng Xinfeng等[17]的T2测定参数设置，通过对序列指数衰减曲线图经分析软件进行批量反演，得到两种冰藏方式的样品在不同时期的横向弛豫时间T2谱图。

1.3.9 MRI分析

采用MRI技术测定样品的质子密度图谱，将带壳南美白对虾包上保鲜膜后直接放入直径60 mm的核磁管中，随后在低场核磁共振成像仪中予以成像分析。通过MSE成像序列得到凝胶的质子密度成像，测定条件为：重复等待时间（TR）＝500 ms、回波时间（TE）＝18.2 ms。利用拉莫尔定律（v＝γB0/2π）选择成像层面，将信噪比及图像清晰度进行调节，得到的成像图谱由8 次扫描重复累加而成。质子密度图由上海纽迈电子科技有限公司提供的软件统一映射、伪彩。

1.4 数据处理

利用SPSS 19.0对数据进行相关性及单因素方差分析，采用Duncans法进行显著性分析和多重比较，差异显著水平P＜0.05，结果以平均值±标准偏差表示；采用Origin 7.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中质构特性的影响

虾类等水产品在微生物与内源酶的作用下，其肌肉组织与质构特性发生相应变化，最终导致肌体软化、弹性下降，食用口感下降。硬度是食品达到一定形变所需要的力，反映食品保持形状的内部结合力，是消费者考虑的主要因素[18]；弹性反映了样品在外力作用时变形及去除外力后的恢复程度。肌肉硬度、肌肉细胞间凝聚力与弹性下降会造成样品的咀嚼性降低[19]。

表1 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中质构特性的影响Table1 Effects of different ice treatments on texture properties of Pacif i c white shrimps during storage

由表1可知，南美白对虾在贮藏过程中，硬度随着贮藏时间的延长而降低，这与Alotaibi等[20]在探究马铃薯粉对南美白对虾品质影响时的质构分析结果一致。贮藏期间，SI组样品的硬度虽略高于CI组，但总体差异不明显。贮藏至第10天时，SI组样品的硬度降至248.10 g，CI组样品则为246.06 g；同时，SI组与CI组样品的弹性由初期0.86分别降至0.64与0.60，弹性损失率分别为25.58%与30.23%。可见，流化冰对南美白对虾虾肉弹性的保护效果更明显。与第0天相比，第10天时SI组和CI组样品的咀嚼性分别降低66.06%和72.40%，SI组样品的咀嚼性下降速度缓于CI组。由质构结果的组间差异显著性分析可看出，SI处理对样品质构的维持效果从3 d后开始显著优于CI组。

2.2 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中色差值的影响

L*值代表亮度，L*值越大代表虾体表面颜色越浅，亮度越好，则新鲜度越高。虾类在贮藏和加工过程中，其体色易变红，尤其是虾头，体现在a*值的变化上，这主要是虾体内的虾青素或虾青素酯大多与蛋白质结合，在南美白对虾体内以色素-蛋白质复合物的形式存在，呈绿或蓝色[21]；而在水产品贮藏和加工过程中，蛋白质-色素的复合物形式被破坏，色素游离出来，致使虾蟹壳呈橙红色。相关研究表明，a*值与虾青素含量正相关[22]。因此a*值变化可用于表征虾体的红变情况。

由表2可看出，随着贮藏时间的延长，两种冰藏处理方式下的样品头部与第二腹节虾肉的L*值均出现显著下降。第0天时新鲜南美白对虾的头部及第二腹节虾肉L*值分别为45.64与47.25。由于南美白对虾头部含有内脏等不透明的有色物质，而虾身则较透明；因此其第二腹节虾肉L*值较头部偏大，即第二腹节虾肉颜色较虾头颜色浅。两组样品头腹部的L*、a*值分别从第2天和第3天开始显著增大，且CI组样品的L*值降速更快。两组对虾腹部的a*值在0～3 d内均增加，但差异不显著（P＞0.05）；第4天时，CI组样品a*值变为正值，说明虾体已开始变红；SI组虾肉样品a*值为0.10，说明流化冰处理可明显抑制a*值增加，延缓虾体红变。从第4天开始，随着贮藏时间的延长，样品a*值持续增加，两组样品差异逐渐增大；其中L*和a*值的变化趋势与王强[23]研究防黑变剂及抑菌剂对南美白对虾品质影响过程中观察到色差的变化趋势一致。综合可知，SI组对南美白对虾的防红变效果在冰藏4 d后开始显著优于CI组。

表2 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中色差值的影响Table2 Effects of different ice treatments on the color of Pacif i c white shrimps during storage

2.3 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中TVB-N含量的影响

TVB-N含量是评价水产品鲜度的常用指标，水产品中的蛋白质和其他非蛋白含氮化合物在内源性酶或微生物作用下会分解产生三甲胺、二甲胺、氨和其他胺类等碱性化合物，TVB-N含量通常用来反映此类碱性化合物生成量。GB 2733ü2015《食品安全国家标准 鲜、冻动物性水产品》[24]规定，TVB-N含量低于25 mg/100 g为一级鲜度，在25～30 mg/100 g之间为可接受范围。

图1 不同冰藏处理方式对南美白对虾TVB-N含量的影响Fig.1 Effects of different ice treatments on TVB-N content of Pacif i c white shrimps during storage

从图1可以看出，样品贮藏初期的TVB-N含量为5.39 mg/100 g。随着贮藏时间的延长，两组样品的TVB-N含量整体呈上升趋势；第8天时，CI组样品的TVB-N含量达30.33 mg/100 g，已不可接受；而SI组样品则在第10天才达到23.22 mg/100 g，仍保持在一级鲜度范围内。结果表明，流化冰对南美白对虾TVB-N含量升高的抑制效果更显著，可使其货架期至少延长2 d。Le等[25]以黑虎虾为研究对象，发现在0 ℃贮藏过程中，黑虎虾的TVB-N含量呈上升趋势，且在贮藏第9天达32.28 mg/100 g，其结果与本实验所观察到的变化趋势相一致。在整个贮藏过程中，两组样品的TVB-N含量差异逐渐增大，相比于传统碎冰处理，流化冰处理对TVB-N含量增加的抑制作用更显著。

2.4 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中TBARS值的影响

鱼虾类水产品的脂肪酸氧化降解产物丙二醛能与硫代巴比妥酸反应生成稳定的红色复合物，TBARS值被广泛用于评价鱼肉类制品脂肪的氧化程度。

图2 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中TBARS值的影响Fig.2 Effects of different ice treatments on TBARS value of Pacif i c white shrimps during storage

由图2可知，两组样品的TBARS值在贮藏前期呈明显增长趋势，SI组与CI组样品的TBARS值由最初的0.075 mg/kg分别增至第5天的0.161、0.214 mg/kg，在后期并无明显规律，这主要是由于南美白对虾本身脂肪含量较少，贮藏后期脂肪已大幅氧化降解。SI组的TBARS值在整个贮藏期间低于CI组，这与Benjakul等[26]的结果一致。表明流化冰可延缓南美白对虾在冰藏期间脂肪氧化，且流化冰对虾肉脂肪氧化的抑制效果在贮藏中期（3～5 d）较明显。

2.5 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中PPO活力的影响

从图3可以看出，两种处理方式下南美白对虾的PPO活力在第2天达到最低，且相较于第0天，酶活力显著下降（P＜0.05）。这主要是由于在一定温度范围内，PPO活力与温度呈正相关，新鲜南美白对虾样品从外界较高的温度环境移至低温环境后，虾体温度持续降低，导致酶活力降低[27]；2 d后，随着贮藏时间的延长，PPO活力开始升高，表明贮藏2 d后南美白对虾虾肉中无活性的PPO不断被激活，PPO活力逐渐升高。在整个贮藏阶段，SI处理抑制PPO活力的效果明显优于CI处理。PPO在对虾体内可催化酚类物质如酪氨酸生成无色醌类物质，继而发生聚合生成黑色素，造成黑变[28]。图3的结果结合表1中虾腹部L*值的降低，说明PPO活力可直接影响虾体黑变，SI处理在抑制PPO活力的基础上可延缓黑变和亮度的降低。

图3 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中PPO活力的影响Fig.3 Effects of different ice treatments on PPO activity of Pacif i c white shrimps during storage

2.6 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中菌落总数的影响

由文献[29]报道可知，虾类菌落总数＜105为一级鲜度，105≤菌落总数＜106为二级鲜度，菌落总数＞106时不可食用。

图4 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中菌落总数的影响Fig.4 Effects of different ice treatments on TVC of Pacif i c white shrimp during storage

如图4所示，随着贮藏时间的延长，两个组样品的细菌总数总体均呈上升趋势，这与Yuan Gaofeng等[30]研究石榴皮提取物结合壳聚糖对南美白对虾保鲜结果一致。CI组样品在第7、8天时，菌落总数分别为5.80、6.12（lg（CFU/g）），即在贮藏8 d后菌落总数达到腐败阈值，已不可食用；SI组样品第9、10天分别为5.85、6.08（lg（CFU/g）），在贮藏10 d后菌落总数达到腐败阈值，品质已不可接受。由菌落总数的变化可以看出，流化冰的保鲜抑菌效果优于碎冰，且可将冰藏南美白对虾货架期延长至少2 d。贮藏4 d后，两组间的菌落总数差异愈加显著，说明流化冰的抑菌作用在贮藏中后期即4 d后更显著。

2.7 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中水分迁移的影响

图5 不同冰藏处理对南美白对虾贮藏过程中T22（A）、A22（B）与A23（C）的影响Fig.5 Effects of different storage conditions on T22 (A), A22 (B) and A23 (C) of Pacif i c white shrimps during storage

LF-NMR横向弛豫时间T2的谱图显示有3 个峰，分别代表南美白对虾肌肉中的结合水、不易流动水和自由水3 种不同的水分状态，对应的横向弛豫时间分别为T21（＜10 ms）、T22（10～100 ms）、T23（＞100 ms）。各个峰的峰面积可相应代表结合水、不易流动水和自由水含量，分别用A21、A22、A23表示[31]。

图5A显示了不同冰藏处理方式下南美白对虾中水分横向弛豫时间T22峰起始时间的变化，可以看出两组T22（不易流动水）峰起始时间随贮藏时间延长而延长，即表征不易流动水的峰在整个贮藏期间向右移动，不易流动水有向自由水转化的趋势，流动性增强。不易流动水T22的延长可能是由于贮藏时间的延长使肌原纤维蛋白分子空间结构发生变化，即高级构象发生改变，从而影响其与水分子的结合能力[32]，向自由水转化。

由图5B、C可知，随着贮藏时间延长，样品在贮藏中后期即贮藏3 d后，不易流动水A22含量显著下降（P＜0.05）；自由水含量A23基本在整个贮藏期间都呈现显著上升趋势（P＜0.05），以上研究结果与da Silva Carneiro等[33]报道的结果一致。贮藏3 d后，两组南美白对虾中自由水比例差异显著，即流化冰对南美白对虾水分的保鲜优势在贮藏中期最明显。

图6 不同冰藏处理方式南美白对虾的1H-MRI图Fig.6 Pseudo color of 1H-MRI for Paci fi c white shrimps with different ice treatments

图6为两种冰藏处理方式下南美白对虾1H-MRI质子密度加权成像伪彩图。一般情况下，伪彩图中越趋于红色，即MRI图像中亮度越强，则表明水质子信号越强，即该部分的水含量越高。由图6可明显看出，随着贮藏时间的延长，两组南美白对虾虾肉中质子密度加权像伪彩图的亮度逐渐减弱，表明水分逐渐流失；而SI组亮度的减弱程度较CI组更缓，即样品的水分迁移和流失得到一定程度抑制；CI组后期接近蓝色（底色），表明水分流失严重，虾肉品质已发生严重劣变。

2.8 相关性分析

通过对两种冰藏处理方式下南美白对虾各指标进行相关性分析，结果如表3、4所示。对于两种冰藏处理方式，其相关性分析结果基本一致。南美白对虾L*值、a*值与PPO活力极显著相关，由此说明贮藏期间样品的色差与PPO活力的变化影响关系密切。TVB-N含量代表蛋白质氧化程度，其与质构特性（硬度、弹性、咀嚼性）、T22和A23极显著相关，这主要是因为随贮藏时间的延长，蛋白质氧化降解加剧，肌肉组织结构被破坏，不易流动水流动性增强，自由水含量增加，水分流失严重，虾体肌肉变软，质构特性下降。此外，T22、A22、A23与PPO活力、菌落总数有较强的相关性，主要由于虾肉水分状态的变化直接影响其内源酶活力与微生物生长，从而影响其综合品质。此外，CI组TBARS值与其他各指标相关性不显著，而SI组中TBARS值则与其他指标极显著相关，这可能与虾本身脂肪含量少，在CI组脂肪氧化严重，而SI组可延缓氧化从而保护脂肪有关。

表3 CI组南美白对虾贮藏期间各指标间相关性分析Table3 Correlation analysis between different indexes of shrimps with CI treatment during storage

表4 SI组南美白对虾贮藏期间各指标间相关性分析Table4 Correlation analysis between different indexes of shrimps with SI treatment during storage

3 结 论

南美白对虾经流化冰处理后，其在色差、PPO活力、质构、TVB-N含量、TBARS值与菌落总数方面的表现均优于碎冰组，且两组样品在贮藏中后期差异更显著。由LF-NMR结果可得出，随着贮藏时间的延长，虾体不易流动水向自由水转化，水分流失加剧，流化冰可在一定程度上减缓这种变化，其效果在3 d后作用明显。经相关性分析得出，除TBARS值外，样品的各指标均互相显著或极显著显著相关。

综上所述，相比于传统碎冰处理，流化冰保鲜具有明显优势，其保鲜优势体现在贮藏中后期。因此，将流化冰保鲜技术应用于虾类等水产品的贮藏、流通与销售过程中，可显著减缓虾类品质的下降速度，延缓其腐败进程，使品质得以保持，从而促进生鲜水产品市场的发展。