冰温技术结合生物保鲜剂对中国对虾品质的影响

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(1.锦州医科大学食品科学与工程学院,辽宁锦州 121001;2.沈阳农业大学食品学院,辽宁沈阳110866)

中国对虾(Chinese shrimp),又称东方对虾,属节肢动物门,甲壳纲,十足目,对虾科,对虾属,是我国分布最广的对虾类且与墨西哥棕虾和圭亚那白虾并称为世界三大名虾[1]。我国海域辽阔,海洋资源十分丰富,水产养殖已经成为了我国渔业发展的重要组成部分,中国对虾产品也逐渐成为了养殖水产品出口中的第一大产品[2]。同时中国对虾因为其营养价值高且美味而深受国内外的欢迎。中国对虾自身蛋白含量较高,水分含量也较高,肌肉组织较松软,其在死后的僵直期比较短,自溶作用迅速,因此新鲜度下降较快,极易腐败变质[3]。在运输的过程中虾体变黑[4]、出现异味、腐败变质都会严重影响中国对虾的经济价值和营养价值。因此,必须采取相应的保鲜方法延长其货架期,来满足消费者和各加工企业对于中国对虾的各种生活需要。

随着现代科学技术的不断发展和对于美好生活的追求,人们对于水产品的要求越来越高,已由冷冻转变为冰鲜。而温度是冰鲜至关重要的因素,冰温是保持水产品新鲜度的最佳温度。从20世纪80年代引进至今[5],冰温技术已应用于肉制品保藏、果蔬制品保藏、水产品保藏等中[6]。周果等[7]利用冰温贮藏对梭子蟹进行保鲜通过测定指标同时建立其货架期预测模型,发现冰温贮藏效果比冷藏、冷冻更为出色。

随着绿色活性包装概念的提出,消费者对于健康安全食品的关注程度也逐渐上升,以天然大分子化合物为基质的可食性包装材料已经成为热点问题。壳聚糖(Chitosan)是自然界中产量仅次于纤维素的第二大天然生物有机高分子化合物[8],具有良好的生物相容性、光谱抗菌性。ε-聚赖氨酸(ε-polylysine)[9]是一种具有抑菌功效的多肽。卡拉胶(Carrageenan)[10]在食品工业中通常用作增稠剂、稳定剂等,卡拉胶的流变学性能充分显示出其稳定的胶凝作用使得生物保鲜剂趋向于膜状,与中国对虾接触面积增加且均匀。Souza等[11]的实验确定壳聚糖涂膜对延长鲑鱼鱼片的保质期有一定影响,与对照样品相比,涂有壳聚糖的鱼样在6 d后的pH和K值降低(P<0.05),9 d后TVB、TMA和TBA值显著降低。赵海鹏等[12]将壳聚糖中添加功能性成分抗坏血酸(VC)、植酸对南白对虾进行涂膜初步研究其防黑变、防腐保鲜的效果并在冷藏过程中细菌分离进行初步鉴定和菌相分析,取得较好的抑制效果。凌萍华[13]通过测定贮藏过程中的多酚氧化酶活力、感官评价、细菌总数、常规理化指标研究了冰温、气调包装和保鲜剂等保鲜方法对南美白对虾的保鲜效果,结果表明两者的结合使用可以延长虾的货架期。课题组前期已经获得以上三种保鲜剂的最佳复配配比[14]。本试验确定了中国对虾的冰温保藏范围与生物保鲜剂,然后通过测定菌落总数(TVC)、pH、硫代巴比妥酸(TBA)、挥发性盐基氮含量(TVB-N)、感官评价、肌动球蛋白盐溶性及质构特性等理化指标,评价冰温技术结合生物保鲜剂对中国对虾保鲜效果的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜中国对虾 辽宁省锦州市林西路海鲜市场;壳聚糖 上海阿拉丁生化科技股份有限公司;ε-聚赖氨酸 山东欣鼎生物科技有限公司;卡拉胶 河南洪鑫食化有限公司;冰醋酸、三氯乙酸、盐酸 上海麦克林生化科技有限公司;磷酸二氢钾、硼酸、氧化镁 天津市风船化学试剂科技有限公司;乙醇、氯仿 天津市巴斯夫化工有限公司;氯化钾、酒石酸钾钠 国药集团化学试剂有限公司;牛血清蛋白、TBA 北京索莱宝科技有限公司。

3306探针式食品温度计 深圳市托尔为电子科技有限公司;PHS-25台式酸度计 上海仪电科学仪器股份有限公司;ZHJH-112型垂直流超净工作台 上海智诚分析仪器制造有限公司;WDP-9062电热恒温培养箱 上海安亭科学仪器有限公司;UV-6300型紫外分光光度计 上海美普达仪器有限公司;KJELTEC2300全自动凯氏定氮仪 丹麦Foss公司;TMS-PRO型质构仪 北京盈盛恒泰科技有限公司;H-2050R-1高速冷冻离心机 湘仪离心机仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 冰点的测定 将温度测量探针仪器插入中国对虾中心肌肉中,放在-18 ℃冰箱中,每隔20 s为一次温度采集时间间隔,绘制时间-温度曲线,根据冻结曲线的拐点判定中国对虾的冰点,取多点平均值作为冰温贮藏温度。

1.2.2 保鲜剂的配制及保鲜处理 参照本课题组前期研究[14]所获得最佳配比,调整并复配,如表1所示。

表1 各组保鲜剂配比Table 1 Ratio of preservatives in each group

前三组样品分别在不同的保鲜剂中浸泡10 min,D组于蒸馏水中浸泡10 min,取出于室温条件下进行沥干,分装于聚乙烯无菌保鲜袋后贮藏于处于冰温温度(-2.2±0.1) ℃的冰箱;E组于蒸馏水中浸泡10 min,取出于室温条件下进行沥干,分装于聚乙烯无菌保鲜袋后贮藏于处于冷藏温度(4±1) ℃的冰箱内。

贮藏期间,对五组均进行隔天取样测定各指标,每组样品平行测定3次,质构特性每次平行测定7次。

1.2.3 指标测定

表2 中国对虾感官评价方法Table 2 Sensory evaluation method of Chinese shrimp

1.2.3.1 pH的测定 称取5 g已经切碎为糊状的虾肉,放入烧杯内,然后在烧杯中加入45 mL煮沸冷却后的蒸馏水,确保搅拌均匀,静置30 min,过滤后,取出滤液,使用PHS-25台式酸度计进行测定。

1.2.3.2 菌落总数(TVC)的测定 参照GB T4789.2-2010[15]对样品进行测定。

1.2.3.3 挥发性盐基氮(TVB-N)含量测定 参照GB 5009.228.-2016食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定[16],按照半微量定氮法进行测定。

1.2.3.4 硫代巴比妥酸(TBA)值的测定 准确称取5 g样品,置于100 mL有盖三角瓶内,加入25 mL三氯乙酸混合液,振摇0.5 h,用双层滤纸过滤,除去油脂。滤液重复用双层滤纸过滤一次。准确移取上述滤液5 mL置于25 mL比色管内,加入5 mL TBA溶液,混匀,加塞,置于90 ℃水浴内保温40 min,取出,冷却1 h,移入小试管内,离心(5000×g,15 min)5 min,上清液倾入25 mL纳氏比色管中,加入5 mL氯仿,摇匀,静置,分层,吸出上清液于532 nm波长比色,对照标准曲线y=0.244x-0.01,R2=0.9995，得到TBA含量。同时做空白试验。

1.2.3.5 感官评价 综合感官评价标准见表2[17],低于6分为综合感官不可接受值。

1.2.3.6 肌动球蛋白的提取 取虾肉2 g,加入20 mL 0.6 mol/L的冰KCl,在6500 r/min下分散2 min,每分散10 s,停10 s,防止温度过高,然后将分散液在4 ℃下离心(5000×g,30 min)。在上清液中加入3倍体积冰的蒸馏水,5000×g离心20 min在沉淀中加入等体积的冰 KCl(1.2 mol/L,pH7.0),在冰上放置 30 min后离心(5000×g,30 min),离心后所得的上清液即为肌动球蛋白。

1.2.3.7 肌动球蛋白盐溶性的测定 取六只试管准确加入0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL 牛血清蛋白溶液(10 mg/mL),加蒸馏水至1 mL,即得浓度分别为0、2、4、6、8、10 mg/mL,加入4 mL双缩脲试剂,25 ℃下放置30 min,取出,540 nm下比色,以0 mg/mL血清蛋白溶液做参比,测吸光度值,以蛋白含量为 X 轴,以吸光度值为Y轴,作图绘制浓度-吸光度标准曲线。取1 mL肌动球蛋白,加入4 mL双缩脲试剂,25 ℃水浴30 min,在540 nm处测吸光值并对照标准曲线求出肌动球蛋白的浓度。实验得到的回归方程为Y=0.9959X+0.0099,R2=0.9992,可用于蛋白质浓度的测定。

1.2.3.8 质构特性的测定 选取中国对虾的第二节大约1 cm×1 cm×1 cm,测定探头直径为50 mm的P50平底柱形探头,设定试验参数:初始力度:0.8 N、探头回升高度:25 mm、测试速度:60 mm/min、形变量:30%、测定时间:5 s、触发力:5 g。

1.3 数据处理

采用Excel 2013进行处理和绘图,利用SPSS软件进行实验数据的分析,采用多因素方差分析和多重比较(显著性以P<0.05为显著)。

2 结果与分析

2.1 冰点的测定

冰温技术对于冰温带的要求比较严格,由图1中国对虾冻结曲线可知,中国对虾在贮藏的过程中出现了过冷临界温度点和第一拐点,符合食品温度-时间冻结曲线的一般特征,中国对虾冰点确定为-2.2 ℃,冰温带为-2.2～0 ℃。

图1 中国对虾冻结曲线Fig.1 Frozen curve of Chinese shrimp

2.2 贮藏过程中中国对虾pH的变化

pH可以作为判断产品新鲜度的重要参考标准之一[18]。当pH7.6以上则为不可接受值[19]。不同处理组中国对虾贮藏期间pH如图2所示,由图2可知,中国对虾样品各组初始pH差别不大，约为7.20,说明生物保鲜剂的处理并不影响初始pH。贮藏前期中国对虾pH各组均呈现出明显的下降趋势,之后随着时间的增长而逐渐上升。在中国对虾死亡后,体内的糖原开始进行分解,产生乳酸等酸性物质,这时虾体内的酸度升高,致使pH降低[20]。在第4～6 d时各组pH开始上升,主要是因为微生物的生长导致中国对虾组织内的蛋白质分解成含氮小分子物质和一些碱性物质,使得pH又上升[21]。E组上升速度最快,第10 d pH已达7.6，超过不可接受值,D组次之,第12 d pH已达7.6，超过不可接受值,涂膜处理组对虾pH上升比较缓慢,其中C组增长趋势最缓慢,第16 d以后达到不可接受值,冰温A、B组第16 d分别为7.7和7.8，均已超过不可接受值,而C组在第16 d pH仅为7.5,仍在可接受范围内,贮藏期比冷藏空白组延长6 d,比冰温空白组延长4 d。因此,冰温结合生物复合保鲜剂涂膜能有效抑制中国对虾pH升高。

图2 中国对虾贮藏期间pH的变化Fig.2 Changes of pH of Chinese shrimp during storage

2.3 贮藏过程中中国对虾菌落总数(TVC)的变化

菌落总数是我国食品卫生微生物标准体系中的主要指标,是衡量食品被细菌污染程度的定量卫生标准。根据国家标准虾类的菌落总数,菌落总数不大于5.0 lg CFU/g为一级鲜度,5.0～5.7 lg CFU/g为二级鲜度,达到106～107CFU/g则表示食品已经腐败,为不可接受值[22]。不同处理组中国对虾贮藏期间菌落总数变化如图3所示,中国对虾初始菌落总数在2.4 lg CFU/g左右,属于一级鲜度。随着时间延长,各组菌落总数也显著增加(P<0.05),其中E组菌落总数增长最快,在第8 d就已经到达5.8 lg CFU/g,已经到达不可接受程度,而D组在第6 d达到了5.1 lg CFU/g,逐渐接近鲜度上限。五组均在第2～4 d增长趋势最明显。A组在第14 d 逐渐接近二级鲜度值,说明壳聚糖具有一定的抑菌性。B组菌落总数在第14 d时增长趋势小于A组,说明ε-聚赖氨酸的抑菌效果优于壳聚糖涂膜组。C组在第16 d达到不可接受值且可以明显看出货架期已经比D组延长了将近4 d,比E组延长将近6 d,说明冰温技术能够抑制中国对虾微生物生长,当与壳聚糖、ε-聚赖氨酸和卡拉胶相结合进行涂膜处理对中国对虾贮藏期间微生物的抑制作用更好。

图3 中国对虾贮藏期间菌落总数的变化Fig.3 Changes of the total number ofcolonies of Chinese shrimp during storage

2.4 贮藏过程中中国对虾挥发性盐基氮(TVB-N)含量的变化

根据国家标准,GB 2733-2015,鲜、冻动物性水产品卫生标准,虾类TVB-N一级鲜度≤25 mg/100 g,二级鲜度≤30 mg/100 g,30 mg/100 g被认为是水产品品质的可被消费者接受的上限,TVB-N水平越高代表水产品的可食用度越低[23]。不同处理组中国对虾贮藏期间挥发性盐基氮(TVB-N)的变化如图4所示,由图4可以看出,第0 d的中国对虾TVB-N值为5.28 mg/100 g,表明实验样品新鲜度较高。随着贮藏时间的延长,五组TVB-N值都增加。贮藏的前4 d,冰温处理组的TVB-N含量差异较小,且都属于一级鲜度范畴内。到第8 d后,五组的TVB-N值都随着时间的增长而显著增加(P<0.05);其中A组和B组的差异不显著(P>0.05),在第16 d除了C组外,其余四组的TVB-N都超过了可接受上限，分别为35.2、37.2、46.8、51.0。可以明显看出货架期已经比D组延长了近6 d,比E组延长近8 d。经过显著性差异分析可以得到,经过冰温条件贮藏的复合膜组TVB-N含量显著低于对照组(P<0.05),这可能是因为复合生物保鲜剂对微生物增长与酶活性产生了抑制。表明冰温技术结合保鲜剂可以抑制酶活性和细菌生长,从而降低TVB-N含量。

图4 中国对虾贮藏期间挥发性盐基氮(TVB-N)的变化Fig.4 Changes of TVB-N during storage of Chinese shrimp

2.5 贮藏过程中中国对虾硫代巴比妥酸(TBA)值的变化

TBA值是用来表示脂肪氧化程度的指标,TBA值越大,说明脂肪的氧化程度越高,酸败就越严重,产生的小分子物质也就越多。不同处理组中国对虾在贮藏过程中TBA变化如图5所示,新鲜的中国对虾的TBA值为0.05 mg/100 g,贮藏前6 d时,A、B、C、D、E组的增长趋势基本呈现同一趋势,随着时间的延长TBA值也增加(P<0.05)。这个趋势说明中国对虾的脂肪氧化程度随着时间的增加而增强。E组在第16 d时TBA值已经达到0.44 mg/100 g,D组也己经达到0.32 mg/100 g;D组与E组二者相比较,D组TBA值由于加入冰温条件,增长趋势较缓慢。A组TBA值为0.23 mg/100 g,B组TBA值为0.26 mg/100 g,作用效果比较相似,二者增长趋势持续上升,C组的TBA值与其他两组冰温涂膜组相比较小且趋势增加缓慢,说明冰温与复合保鲜剂对中国对虾的脂肪氧化起到了有效的抑制作用。

图5 中国对虾贮藏期间硫代巴比妥酸(TBA)的变化Fig.5 Changes of thiobarbituric acid(TBA)during storage of Chinese shrimp

2.6 贮藏过程中中国对虾感官评价的变化

在中国对虾的贮藏过程中感官评价主要从色泽、气味和体形三个方面进行评估。不同处理组中国对虾贮藏期间感官评价变化如图6所示,所有实验组的评分都为10分,当评分低于6分时表示不被消费者所接受。随着贮藏时间的延长,A、B、C、D、E组五种处理方式下的感官评分得分呈现下降趋势。其中E组下降趋势最明显,在第6 d感官评分已经为6分,可明显感觉到出现氨味,壳与肉分离,头尾出现黑色,其分值明显低于A、B、C,此时三组感官评分均为8分;不同生物保鲜剂处理组的感官评分也一直呈现下降趋势,D组在第8 d感官评价为6分,A组和B组也于第10～12 d分别到达6分;C组涂膜的中国对虾分值一直高于其他处理组,比E组、D组货架期分别延长了约8 d和6 d，但在第12 d后各不同处理组中国对虾品质急剧下降,表现出全身黑变,汁液粘稠且有氨臭味道。由此表明,冰温技术与生物保鲜剂相结合能够有效抑制贮藏过程中中国对虾体内微生物的生长繁殖速度,从而保持更好的感官品质。

图6 中国对虾贮藏期间感官评价的变化Fig.6 Changes of sensory evaluation ofChinese shrimp during storage

2.7 贮藏过程中中国对虾肌动球蛋白盐溶性的变化

不同保鲜剂处理的中国对虾肌动球蛋白盐溶性变化如图7所示,可以明显看出5组中国对虾肌动球蛋白溶解性随着贮藏的时间增加而逐渐下降,且不同处理组之间存在显著差异(P<0.05)。当鲜活的中国对虾刚刚死后处于僵直期,由于体内ATP的作用阻碍了肌动蛋白和肌球蛋白的结合,导致提取的肌动球蛋白含量偏低[24]。在贮藏后的2 d后肌球蛋白和肌动蛋白开始结合形成大量的肌动球蛋白,此时含量逐渐升高。冰温组中,第16 d时,A组、B组、C组肌动球蛋白盐溶性分别为50、47、55,同时与E组进行比较,可以说明壳聚糖和ε-聚赖氨酸可以有效抑制肌动球蛋白盐溶性的降低,其中二者结合复合保鲜剂具有更好的抑制作用。

图7 中国对虾贮藏期间肌动球蛋白溶解性的变化Fig.7 Changes of actin solubilityduring storage of Chinese shrimp

2.8 贮藏过程中中国对虾质构特性的变化

食品质构是与食品的组织结构及状态有关的物理性质。在本实验中主要通过硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性来体现中国对虾肌肉组织变化,与大菱鲆鱼研究相似[25]。贮藏过程中各组处理样品质构特性的变化如表3所示。从表3中可以看出,随着贮藏时间的延长,中国对虾各项指标也发生不同变化,其中不同温度及不同生物保鲜剂处理组之间咀嚼性下降显著(P<0.05),通过五组对比可以发现C组咀嚼性高于其他四组,说明新鲜度降低较慢。E组胶黏性上升速度与其他组别相比也尤为突出,保鲜效果最差,是由于中国对虾在贮藏过程中体内微生物大量繁殖,蛋白质的空间结构遭到破坏,分解虾体蛋白质,导致虾肉逐渐变软。弹性降低同时也造成虾体的硬度下降[26],由表3可知,硬度逐渐下降,贮藏初期无显著差异(P>0.05),于第8 d开始,E组与其余冰温各组开始差异显著(P<0.05),后期由于保鲜剂对微生物生长繁殖的抑制作用较强,组织结构破坏也较轻微。

表3 中国对虾贮藏期间质构特性的变化Table 3 Changes of texture characteristics of Chinese shrimp during storage

3 结论

本实验探讨了冰温结合生物保鲜剂对中国对虾贮藏品质的影响。实验结果表明:中国对虾的冰点为-2.2 ℃,冰温带为-2.2～0 ℃。冰温结合复合生物保鲜剂涂膜处理的中国对虾菌落总数、pH、TBA值、TVB-N含量等指标变化低于对照组,肌动球蛋白含量、感官评分与质构特性也具有良好效果,冰温技术与复合生物保鲜剂相结合能够更有效抑制微生物的增长,减缓糖原降解速度和脂肪氧化速率,与冷藏空白组相比,中国对虾货架期延长了6～8 d。该实验为中国对虾贮藏品质的保持和货架期的延长提供参考。