劉書成,郭明慧,黃萬有,陳亞勵,吉宏武,郝記明

(廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院,廣東省水產(chǎn)品加工與安全重點實驗室,廣東普通高等學(xué)校水產(chǎn)品深加工重點實驗室,廣東湛江 524088)

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超高壓技術(shù)在蝦類保鮮與加工中的應(yīng)用

劉書成,郭明慧,黃萬有,陳亞勵,吉宏武,郝記明

(廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院,廣東省水產(chǎn)品加工與安全重點實驗室,廣東普通高等學(xué)校水產(chǎn)品深加工重點實驗室,廣東湛江 524088)

本文通過對國內(nèi)外利用超高壓技術(shù)在蝦類殺菌、鈍化多酚氧化酶、消除過敏原、脫殼、提取蝦青素以及對肌肉色澤、pH、水分含量、蛋白質(zhì)、風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)和組織結(jié)構(gòu)的影響等方面的研究進行闡述,深入分析其作用機制和應(yīng)用前景,并提出今后研究的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展方向,為超高壓技術(shù)在蝦類保鮮與加工中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供理論參考。

超高壓,蝦類，保鮮

超高壓(Ultra high pressure,UHP)是食品非熱加工技術(shù)之一,通過采用100MPa以上(100～1000MPa)的靜水壓力在常溫下或較低溫度下對食品物料進行處理,達到滅菌、鈍酶、物料改性和改變食品的某些理化反應(yīng)速度的效果。超高壓加工食品的過程主要遵循帕斯卡原理和勒夏特列原理兩個基本原理,屬于物理過程[1]。超高壓主要通過減少物質(zhì)分子間、原子間的距離,使物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[2]。超高壓處理只對生物大分子立體結(jié)構(gòu)有貢獻的氫鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價鍵有作用,而對共價鍵無明顯影響,從而能夠較好保持食品原有的營養(yǎng)、色澤和風(fēng)味[2]。近年來,超高壓技術(shù)在國際上備受研究者和商家的重視,主要是因為超高壓技術(shù)具有瞬間壓縮、作用均勻、操作安全、耗能低、對食品營養(yǎng)成分和功能因子以及風(fēng)味的破壞少等特點[3],可較好的維持食品安全性與食品質(zhì)量之間的平衡[4],同時它也可用來改善食品的組織結(jié)構(gòu)或形成新型食品。目前,超高壓技術(shù)在果蔬加工[5-6]、乳制品加工[7]、肉制品加工[8-9]和水產(chǎn)品加工[10-11]等方面都已有廣泛應(yīng)用,部分已經(jīng)進行了工業(yè)化生產(chǎn)。

對蝦肉嫩味美鮮甜,具有高蛋白質(zhì)、低脂肪、富含鎂、鈣、磷、鉀、碘礦物質(zhì)和維生素等營養(yǎng)特征,營養(yǎng)價值非常高,深受消費者的喜愛。采用超高壓加工對蝦,一方面要解決殺菌的問題,另一方面要解決鈍化對蝦多酚氧化酶的問題,此外還要重視肌肉品質(zhì)和安全性的問題等。本文重點對超高壓在對蝦殺菌、鈍酶、對肌肉品質(zhì)的影響、對蛋白質(zhì)理化特性的影響、消減過敏源、對蝦脫殼、輔助提取蝦青素等方面的應(yīng)用進行綜述,為超高壓技術(shù)在對蝦保鮮與加工中的應(yīng)用提供參考。

1 超高壓技術(shù)在對蝦保鮮中的應(yīng)用

1.1 超高壓對蝦的殺菌效果

一般情況下,在200～600MPa的壓力下能夠殺滅對蝦體內(nèi)絕大多數(shù)微生物[12]。常耀光等[13]用200～700MPa處理南美白對蝦,能使其菌落總數(shù)下降99%以上。宋吉昌等[14]用400MPa處理新鮮海蝦(Fenneropenaeuschinensis),保壓15min,加壓3次,可殺滅99.3%的微生物。謝樂生等[15]用400MPa處理熟蝦仁5min,能使熟蝦仁的大腸桿菌數(shù)下降近4個對數(shù)值;用600MPa處理熟蝦仁20min,菌落總數(shù)下降了6～7個對數(shù)值;200MPa處理時,枯草芽孢桿菌菌落總數(shù)下降了近3個對數(shù)值,但隨壓力增大,殺菌效果反而降低,這可能是100～300MPa促使芽孢桿菌芽孢發(fā)芽,而發(fā)芽的芽孢對高壓敏感,當壓力增大時,孢子發(fā)芽受到抑制,使殺菌效果反而下降。殷允旭等[16]用320MPa/38℃處理小龍蝦仁9min,對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、霉菌和酵母菌都具有較好的殺菌效果。歐仕益等[17]用500MPa處理蝦仁,連續(xù)加壓2次,每次處理15min,具有最佳的滅菌效果。Ginson等[18]采用100、270、435和600MPa在25℃下處理印度白對蝦(Fenneropenaeusindicus)5min,細菌菌落總數(shù)由6.5log cfu/g分別下降為6.3、5.1、4.8、2.9log cfu/g,大腸桿菌總數(shù)由初始的5.38log cfu/g分別下降為4.55、3.82、2.30、2.03log cfu/g。Kaur等[19]用270和435MPa處理斑節(jié)對蝦(Penaeusmonodon)5min,菌落總數(shù)分別下降了0.37和1.29個log cfu/g,金黃色葡萄球菌分別下降了0.98和1.16log cfu/g,大腸桿菌分別下降了1.2和1.53log cfu/g。

蝦類經(jīng)超高壓處理后,在貯藏過程中,微生物的繁殖速度變慢[18,20],從而可延長貨架期。Linton等[21]用500～600MPa處理挪威海螯蝦(Nephropsnorvegicus)后置于2℃貯藏,15d內(nèi)菌落總數(shù)無明顯增加。Kaur等[19]用100、270、435MPa處理斑節(jié)對蝦(Penaeusmonodon)5min后,在4℃貯藏35d,總菌落、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的增長速度比未處理組的慢。Ginson等[18]在100、270、435MPa和600MPa下處理印度白對蝦(Fenneropenaeusindicus)5min后,在4℃貯藏28d,總菌數(shù)的增長速度比未處理組的慢。López Caballero等[22]以未處理的日本對蝦(Penaeusjaponicus)為對照組,采用真空包裝、200MPa/7℃/10min和400MPa/7℃/10min處理后在3℃貯藏,對照組僅貯藏14d,真空包裝的貯藏21d,200MPa處理的貯藏21d,400MPa處理的貯藏35d,說明真空包裝和超高壓處理可延長蝦的貨架期。

超高壓雖然對蝦中常見的腐敗菌和致病菌有顯著的殺滅作用,但是對細菌芽孢的殺滅作用卻不明顯。Reineke等[23]采用高壓高溫(200～1000MPa和30～80℃)處理從枯草桿菌中分離出的FB114、FB115與PS832三種芽孢1s-24h,FB114和FB115芽孢在沒有營養(yǎng)發(fā)芽受體的情況下,300MPa處理后能檢測出芽孢發(fā)芽,700MPa/50℃處理對芽孢無明顯傷害;在300MPa/40℃處理PS832芽孢30min,其芽孢總數(shù)下降了3個對數(shù)值以上,而在550MPa/37℃下處理120min,其芽孢未被殺滅。因為500MPa以上的壓力不可能使芽孢在沒有營養(yǎng)發(fā)芽受體的情況下發(fā)芽,因此難以被殺滅[24]。盧蓉蓉等[25]認為單純依賴壓力,難以實現(xiàn)對芽孢殺滅;要想達到理想的殺滅芽孢的效果,就必須將壓力、時間與其他輔助因素如溫度、酸度、抑菌劑等協(xié)同。

超高壓殺菌的機理,目前普遍認為是壓力破壞了細菌的細胞壁和膜,使菌體內(nèi)成分泄漏,引起細胞形態(tài)的改變,影響細胞DNA的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制,并破壞維持蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵如氫鍵、二硫鍵和離子鍵等,使蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)發(fā)生崩潰,蛋白質(zhì)凝固變性、酶失活等,并且改變了微生物細胞膜上的代謝過程,甚至?xí)淖兗毎ど系闹舅峤M成,最終導(dǎo)致微生物死亡[26]。在200MPa以上的壓力下上述現(xiàn)象變化更加明顯。

1.2 超高壓對蝦多酚氧化酶的影響

多酚氧化酶(Polyphenoloxidase,PPO)是引起蝦類品質(zhì)劣變的主要內(nèi)源酶之一。該酶容易氧化產(chǎn)生黑色素,導(dǎo)致蝦體黑變,影響蝦類品質(zhì)和經(jīng)濟價值。

一般情況下,100～300MPa的壓力處理可激活PPO的活性;當壓力超過300MPa時,可部分鈍化PPO酶活性;當壓力超過900MPa時,PPO酶活性則有可能完全被鈍化。影響超高壓對酶活變化的因素,首先是超高壓操作條件,如壓力大小、保壓時間和加壓方式(連續(xù)加壓或間歇加壓);其次是酶自身因素,酶的種類和來源;還有其他協(xié)同因素會影響超高壓對其活性的影響,如被處理酶類所在的介質(zhì)溫度、介質(zhì)成分及環(huán)境pH等。

Montero等[27]利用超高壓(0.1～400MPa/7℃/10min)處理日本對蝦(Penaeusjaponicus)的PPO酶液,300～400MPa可將PPO活性降低到20%,若添加抗壞血酸和檸檬酸等酶抑制劑,將pH調(diào)到3,PPO酶活則可被完全抑制。Montero等[20]還發(fā)現(xiàn)400MPa 7℃處理日本對蝦,不僅不能抑制蝦體黑變,反而出現(xiàn)嚴重的黑變現(xiàn)象,而在添加酶抑制劑(苯甲酸鈉、曲酸、4-己基間苯二酚)的同時進行高壓處理,在貯藏過程中可有效抑制黑變。Linton等[21]用300～500MPa處理挪威海螯蝦(Nephropsnorvegicus)2min,貯藏過程中出現(xiàn)的黑變現(xiàn)象比未處理的嚴重,但600MPa處理的貯藏28d未發(fā)生黑變。López Caballero等[22]用200MPa/7℃和400MPa/7℃處理去頭日本對蝦(Penaeusjaponicus)10min,然后在3℃貯藏,貯藏過程中對蝦僅出現(xiàn)了輕微黑變,這并不影響其經(jīng)濟價值。常耀光等[13]用200MPa處理凡納濱對蝦10min,在(4±2)℃貯藏到第2d時,與未處理對照組一樣,出現(xiàn)了輕微黑變;400MPa和600MPa處理10min,貯藏12h內(nèi),出現(xiàn)嚴重的黑變現(xiàn)象;700MPa處理10min則完全抑制了貯藏過程中的黑變。

一般情況下,完整組織中的PPO與其所處的基質(zhì)即底物被膜隔離,在較低的壓力下,壓力產(chǎn)生了酶活性中心的凝聚作用,細胞組織的破裂,這種隔離狀態(tài)被破壞,使PPO與基質(zhì)接觸[29],加速酶促反應(yīng)活性,從而PPO的活性被激活;而在較高壓力下,高壓作用致使PPO的三級結(jié)構(gòu)發(fā)生崩潰。肽鍵伸展成不規(guī)則線狀多肽,酶活性中心的氨基酸組成發(fā)生了變化或活性中心喪失,PPO的催化活性發(fā)生變化[30],從而PPO被鈍化。

1.3 超高壓對蝦肌肉理化特性的影響

與傳統(tǒng)的熱加工相比,超高壓由于在低溫下處理,在保持食品品質(zhì)方面也具有較大的優(yōu)勢,甚至能夠改善提高食品品質(zhì)。

1.3.1 超高壓對蝦肌肉色澤的影響 新鮮的蝦仁表面呈青灰色,肌肉紋理清晰、呈透明狀。蝦仁經(jīng)超高壓處理,通常隨處理壓力的增加和處理時間的延長,色澤逐漸變白,呈不透明狀,出現(xiàn)輕微的類似蒸煮熟制的外觀特征[31]。蝦仁色澤在壓力處理過程中的變化,主要取決于施加壓力的大小及保壓的時間。

Ginson等[18]用超高壓處理印度白對蝦(Fenneropenaeusindicus)后,出現(xiàn)類似蒸煮、蝦體變白的現(xiàn)象。Jantakoson等[32]用200～800MPa/28℃處理斑節(jié)對蝦(PenaeusmonodonFabricius)20min,以100℃加熱2min作對照,200MPa處理的蝦變?yōu)榍喟咨?a*=-3.20),稍呈不透明狀;800MPa處理的蝦體變?yōu)闇\紅(a*=3.26),呈不透明狀,亮度L*值增加;但是超高壓處理的亮度L*值、黃度b*值和紅度a*值都較熱處理組的低。Kaur等[19]用超高壓處理斑節(jié)對蝦(Penaeusmonodon)5min,隨壓力升高,蝦仁L*值顯著升高(p<0.05),蝦體逐漸變白,變得不透明,而蝦仁的a*值降低。López Caballero等[22]用400MPa處理日本對蝦(Penaeusjaponicus)10min,肌肉的不透明程度和白度高于未處理組。Bindu等[33]采用100～600MPa處理印度白對蝦(Fenneropenaeusindicus)5min,隨壓力升高,蝦仁L*值和b*值顯著升高,而a*值顯著降低。謝樂生等[15]用200～600MPa處理熟蝦仁5～20min,隨壓力和處理時間增加,蝦仁亮度L*值顯著減小(p<0.05),紅度a*值無顯著變化(p>0.05)。張蕾等[34]在25℃用100～500MPa處理凡納濱對蝦蝦仁5～25min,蝦仁L*值顯著增加(p<0.05),a*和b*值變化不顯著(p>0.05);與熱處理相比,在高壓區(qū)域L*值與熱處理的相近,a*和b*值均低于熱處理的。甘曉玲等[34]用100～600MPa處理凡納濱對蝦3～10min,隨壓力升高,蝦仁體表及內(nèi)部L*值均逐漸增大的,且內(nèi)部L*值大于體表的;隨壓力升高,蝦仁內(nèi)部a*值稍有下降,體表a*值先減小后增大,但內(nèi)部a*值小于體表的;保壓時間對L*值及a*值的影響不明顯。楊徽等[35]用100～400MPa處理凡納濱對蝦1～10min,壓力超過250MPa,蝦仁透明度降低,體表L*值和ΔE顯著增加(p<0.05);壓力低于200MPa,體表L*值與新鮮蝦仁的無顯著差異(p>0.05);壓力超過300MPa,蝦仁內(nèi)部L*值顯著增加(p<0.05);壓力超過250MPa,蝦仁內(nèi)部ΔE顯著增大(p<0.05);壓力小于200MPa,蝦仁內(nèi)部和體表的L*值與ΔE值變化趨勢一致;保壓時間對蝦仁內(nèi)部和體表L*值影響都不顯著(p>0.05),但會使a*值與b*值降低。

超高壓導(dǎo)致對蝦肌肉色澤變化的原因主要與蛋白質(zhì)變性有關(guān)。蝦仁亮度L*值增加可能是蝦肌肉肌原纖維蛋白和肌漿蛋白變性導(dǎo)致[36-38];壓力使蝦肉蛋白質(zhì)變性,導(dǎo)致蛋白質(zhì)-蝦青素復(fù)合體被分解[39],蝦青素游離出來,紅度a*值可能增加;另外壓力使脂質(zhì)過氧化分解,蝦肌肉中銅離和鐵離子被釋放出來[40],也會改變蝦仁表觀色澤。

1.3.2 超高壓對蝦肌肉pH的影響 pH是衡量水產(chǎn)品新鮮度與蛋白變性的一個重要參考指標。一般情況,新鮮蝦仁的pH在6～7之間。測定超高壓處理過程中蝦肉pH變化,可間接反映蝦仁的蛋白質(zhì)與鮮度等品質(zhì)的變化。

常耀光等[13]用200～700MPa處理凡納濱對蝦10min,蝦仁pH均顯著升高,且升高的幅度隨壓力的增大而增大。易俊潔等[41]用200MPa處理3min和300MPa處理1min,凡納濱對蝦蝦仁pH顯著高于未處理的(p<0.05)。王國棟等[42]用100～300MPa處理凡納濱對蝦5min,蝦仁pH隨壓力升高而增大,但總體變化不大。楊徽等[35]用100～400MPa處理凡納濱對蝦1～5min,隨壓力增加,蝦仁pH先降低而后升高,在250～300MPa處有一個谷峰;壓力對蝦仁pH的影響要顯著大于保壓時間的影響。甘曉玲等[43]用100～600MPa處理凡納濱對蝦3～10min,與對照值相比,蝦仁pH無顯著變化;但隨壓力升高,蝦仁pH先降低而后升高,600MPa處理3min時蝦仁pH最高,達到7.10(初始pH為6.97)。Kaur等[19]用超高壓處理斑節(jié)對蝦5min,其pH隨壓力增加而增加,但是變化不顯著(p>0.05)。López Caballero等[22]在7℃用200MPa和400MPa處理日本對蝦10min,與未處理的相比,pH無明顯變化。Yi等[44]采用550MPa處理醉蝦仁5min,其pH無顯著變化。Bindu等[33]在25℃采用超高壓處理印度白對蝦(Fenneropenaeusindicus)5min,與新鮮對蝦相比,壓力對蝦肉pH有顯著影響(p<0.05),pH從初始的6.58分別增加到100、270、435、600MPa的6.75、6.85、6.90、6.95;而pH在270MPa與435MPa之間和435MPa與600MPa之間無顯著差異。

超高壓處理蝦肉,有時會使pH無顯著變化,有時會使pH顯著升高,這主要與壓力的大小和保壓時間有關(guān)。一般情況下,壓力越大,保壓時間越長,蛋白質(zhì)變性程度增加,暴露的堿性基團就會增加,使肌肉pH上升;當處理壓力較低和保壓時間較短時,蛋白質(zhì)變性程度較弱,pH變化可能就不明顯。

1.3.3 超高壓對蝦肌肉水分的影響 水分對食品的質(zhì)地口感和貨架期具有較大的影響。測定超高壓處理過程中食品中水分的變化,可以間接的反映食品口感及其相關(guān)品質(zhì)的變化。

謝樂生等[15]用200～600MPa處理熟蝦仁15min,隨壓力增大,蝦仁含水率略微減少。張蕾等[34]用100～500MPa處理凡納濱對蝦20min,當壓力低于300MPa時,蝦仁含水率隨壓力升高而快速降低;當壓力高于300MPa時,蝦仁含水率降低速率減緩,并在300MPa時達到最小值;用300MPa處理5～25min,蝦仁含水率在前5min下降最快,之后變化不明顯;同時還發(fā)現(xiàn),隨著處理壓力和保壓時間的增大,蝦仁水分活度下降,但是變化幅度較小;與熱處理的相比,超高壓處理蝦仁的水分活度較低,說明超高壓處理的蝦仁更有利于貯藏。易俊杰等[41]用100～300MPa處理凡納濱對蝦1～10min,進行脫殼實驗,發(fā)現(xiàn)超高壓可使蝦仁含水率顯著增加(p<0.05),但是不同的超高壓參數(shù)處理條件對其含水率無顯著影響(p>0.05)。楊徽等[35]用100～400MPa處理凡納濱對蝦1～10min,進行脫殼實驗,發(fā)現(xiàn)超高壓處理可以有效提高蝦仁含水率,在200MPa處理5min蝦仁含水率達到了最高,提高了25.58%。王國棟等[42]用100～300MPa處理凡納濱對蝦5min,發(fā)現(xiàn)蝦仁的汁液損失率顯著降低,150～200MPa處理的汁液損失率最低,說明超高壓可以增強蝦仁的持水能力。甘曉玲等[43]利用低場核磁共振技術(shù)研究了100～600MPa處理凡納濱對蝦蝦仁3～10min過程中水分的分布,結(jié)果表明:與未處理組相比,壓力使蝦仁中出現(xiàn)了一種束縛程度較高的結(jié)合水,而原有結(jié)合水、不易流動水和白由流動水的峰位置向左移動,說明高壓下各類水分的弛豫時間縮短,自由水向結(jié)合水轉(zhuǎn)化,可能是因為壓力增強了蛋白質(zhì)與水分子的相互作用,使水的自由度降低和流動性減弱,從而使蝦仁持水力增強。Kaur等[19]用100、270和435MPa處理斑節(jié)對蝦5min,蝦仁含水率隨壓力升高而顯著增加(p<0.05),從初始含水率78.56%分別增加到79.02%、79.17%和80.12%;壓力對水分活度無顯著影響(p>0.05)。Yi等[44]亦研究發(fā)現(xiàn)550MPa處理即食蝦仁5min,其含水率從67.45%增加到68.98%。

超高壓對蝦肉中水分的影響,一方面由于壓力使部分水分被擠出,表現(xiàn)出含水率下降;另一方面壓力會促進蛋白質(zhì)發(fā)生變性而凝膠化,增強了蛋白質(zhì)與水分子之間的相互作用,提高了蝦肉的持水力,從而表現(xiàn)出蝦仁的含水率增加。在超高壓處理過程中,關(guān)鍵是采用合適的處理壓力和時間,以保證蝦仁保持較高的含水率。蝦仁保持較高的含水率,不僅可以提高蝦仁的質(zhì)構(gòu)品質(zhì),而且還可以提高蝦仁產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。

1.3.4 超高壓對蝦肌肉蛋白質(zhì)的影響 蛋白質(zhì)是蝦仁中除了水分之外含量最高的營養(yǎng)成分。超高壓僅能破壞蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的非共價鍵,而對共價鍵的影響較小。因此,超高壓處理會造成蛋白質(zhì)變性,但不能使其肽鏈發(fā)生斷裂。一般在100～200MPa范圍內(nèi),超高壓對蛋白質(zhì)的影響是可逆的;當壓力超過300MPa時,蛋白質(zhì)的非共價鍵(如氫鍵)會發(fā)生斷裂,產(chǎn)生不可逆變性,使蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。蛋白質(zhì)的功能特性(溶解性、乳化性、起泡性、凝膠性等)主要由其高級結(jié)構(gòu)所決定的,因此,當?shù)鞍踪|(zhì)高級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后,其功能特性就可能發(fā)生變化。

張蕾等[34]用300MPa處理凡納濱對蝦20min,發(fā)現(xiàn)蝦仁的粗蛋白含量損失5.5 %,而熱處理的僅損失1.3%。王國棟等[42]采用100～300MPa處理凡納濱對蝦5min,發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)溶解度隨壓力的增加而增加。楊徽等[35]用200MPa處理蝦仁3min,用DSC檢測發(fā)現(xiàn)蝦仁蛋白質(zhì)并未發(fā)生變性。甘曉玲等[43]用100～600MPa處理蝦仁10min,蝦仁可溶性蛋白含量顯著降低(p<0.05),壓力越高,可溶性蛋白含量降低越多。這主要是由于高壓造成部分蛋白變性或聚合轉(zhuǎn)化為不溶性蛋白。甘曉玲等[43]同時采用SDS-PAGE技術(shù)分析了超高壓對蝦仁蛋白質(zhì)組成的影響,與對照相比,超高壓處理的蝦仁蛋白條帶明顯減少,有些蛋白條件印跡變淺,壓力越高,其變化越明顯。這也再次說明超高壓誘導(dǎo)部分蛋白變性轉(zhuǎn)化為不溶性蛋白,導(dǎo)致蛋白條帶印跡變淺或缺失。Jantakoson等[32]在28℃用200～800MPa處理從斑節(jié)對蝦20min,蝦肉的蛋白酶水解活性與未處理的沒有顯著性差異(p>0.05),說明其內(nèi)源蛋白酶屬于耐壓性蛋白酶;蛋白質(zhì)的非還原電泳圖譜分析表明:隨壓力增加,肌球蛋白重鏈條帶密度逐漸減少,而肌動蛋白和其他蛋白條帶未發(fā)生明顯變化;還原電泳圖譜中,由于加入的β-巰基乙醇破壞了樣品蛋白質(zhì)的二硫鍵,使肌球蛋白重鏈條帶變深變粗。這兩種現(xiàn)象說明在高壓作用下蛋白質(zhì)體積縮小,促進蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用力,使肌球蛋白巰基發(fā)生氧化而形成二硫鍵[45]。超高壓還可以改善蛋白質(zhì)的凝膠性能。與熱誘導(dǎo)凝膠相比,超高壓形成的凝膠更光滑、更均勻、凝膠強度更大。因此,超高壓技術(shù)在蝦肉糜制品開發(fā)方面也具有較好的應(yīng)用前景。

1.3.5 超高壓對蝦肌肉風(fēng)味的影響 風(fēng)味物質(zhì)包括揮發(fā)性(氣味)和非揮發(fā)性(滋味)兩大類。風(fēng)味物質(zhì)一方面與蝦的新鮮度有關(guān),另一方面還與消費者的接受性有關(guān)。

揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)是水產(chǎn)品的鮮度指標之一。常耀光等[13]用200～700MPa處理凡納濱對蝦10min,超高壓處理前后蝦仁的TVB-N含量并無顯著變化,但在貯藏期間,超高壓處理蝦仁的TVB-N值增長趨勢要顯著慢于對照組的(p<0.05),而且壓力越高,TVB-N值增長速度越慢。王國棟等[42]用100～300MPa處理凡納濱對蝦5min,然后在4℃冷藏15d,超高壓處理延緩了TVB-N值的增長,而且壓力越高,TVB-N值增長越慢,300 MPa處理的蝦仁冷藏15d,TVB-N值仍在30mgN/100g以內(nèi)。張蕾等[34]用300MPa處理凡納濱對蝦20min后,發(fā)現(xiàn)超高壓處理蝦仁的TVB-N值高于熱處理的,但低于未處理的。López Caballero等[22]在7℃用200和400MPa處理對蝦10min,在3℃貯藏35d,其TVB-N值在25～50mg/100g之間,低于未處理的85mg/100g。Bindu等[33]分別采用100、270、435、600MPa處理印度白對蝦5min,其TVB-N值稍有下降;在2℃貯藏20d時,TVB-N值分別達到了39.24、35.03、33.67、31.10mg/100g,而未處理組貯藏15d時即達到了38.50mg/100g。Kaur等[19]分別用100、270、435MPa處理斑節(jié)對蝦(Penaeusmonodon)5min,其TVB-N值稍有下降;未經(jīng)壓力處理的斑節(jié)對蝦(Penaeusmonodon)TVB-N在貯藏10d內(nèi)就已超過標準限定值(30mg/100g),而經(jīng)435MPa處理的可貯藏20d左右。

三甲胺(TMA-N)是水產(chǎn)品體內(nèi)通過兼性厭氧菌的還原作用或內(nèi)源酶作用使氧化三甲氨分解的產(chǎn)物,也是水產(chǎn)品的鮮度指標之一。Bindu等[33]用100、270、435和600MPa處理印度白對蝦5min,TMA-N值從新鮮對蝦的10.00mg/100g分別下降到6.99、7.12、7.24、7.36mg/100g;壓力對TMA-N值無顯著影響;在2℃貯藏,未處理組的貯藏15d TMA-N值即達到了16.23mg/100g(對蝦TMA-N值可接受范圍在5～15mg/100g之間),100MPa的貯藏20d時,270、435MPa和600MPa的貯藏30d時,TMA-N值分別達到了15.42、14.63、13.10、12.00mg/100g。Kaur等[19]用100、270、435MPa處理斑節(jié)對蝦(Penaeusmonodon),TMA-N值從1.78mg/100g分別下降到1.55、1.52、1.34mg/100g;未處理蝦的TMA-N值在2℃貯藏5d就已超過標準限定值(15 mg/100 g),而100MPa的貯藏15d、270MPa的貯藏20d和435MPa的貯藏35d,TMA值分別達到了19.04、18.33、20.50mg 100g。

ATP及其降解的關(guān)聯(lián)化合物是水產(chǎn)品中非常重要的一類呈味物質(zhì)。ATP的降解主要是由各種酶類所引起的。常耀光等[13]用200、400、600MPa處理凡納濱對蝦10min,ATP 含量都顯著降低(p<0.05),這可能是ATP 降解酶(ATPase)在壓力作用下被激活,加速了ATP的降解;200MPa時,ADP含量顯著降低(p<0.05),說明ADP降解酶也被激活,而400和600MPa時,ADP含量有所增加,這可能是ATP 劇烈代謝導(dǎo)致ADP 積累的結(jié)果;200、400、600MPa 處理時,AMP和IMP含量均顯著增加(p<0.05),HxR和Hx含量略有升高;200、400、600 MPa處理后,對蝦ATP 降解產(chǎn)物主要是AMP和IMP,200MPa時AMP 含量小于IMP,400MPa時AMP與IMP的含量相當,600MPa時AMP含量高于IMP。這可能是由于不同壓力對AMP 脫氨酶活力的影響有差異。利用700MPa處理蝦10min,ATP和ADP含量下降較少,AMP稍有增加,IMP的量少,這可能是由于700MPa處理鈍化了與ATP代謝的相關(guān)酶,使得ATP 相關(guān)物質(zhì)的代謝緩慢。

ATP及其降解的關(guān)聯(lián)產(chǎn)物之間的關(guān)系可用新鮮度K值表示。K值為HxR和Hx含量的和與ATP、ADP、AMP、IMP、HxR和Hx含量之和的比值。K值越低,蝦的新鮮度越高。常耀光等[13]用超高壓處理凡納濱對蝦后在4℃貯藏,與對照組相比,超高壓處理組的K 值增加較為緩慢,尤其是700 MPa貯藏7d時K值僅為5.28%。Ginson等[18]在25℃用100、270、435和60MPa處理印度白對蝦(Fenneropenaeusindicus)5min,隨著壓力升高,K值變小;在2℃溫度下貯藏3d后,未處理組和100MPa處理之間的K值無顯著差異,但270、435和600MPa處理的與未處理組之間有顯著差異;最終未處理組的能貯藏到12d,超高壓處理組的可貯藏18d。

對蝦在貯藏過程中TVB-N、TMA-N以及ATP及其關(guān)聯(lián)化合物的變化,主要是由微生物和酶的作用。超高壓通過殺滅微生物和鈍化酶類,抑制了蝦仁貯藏過程中TVB-N和TMA-N的積累以及ATP及其關(guān)聯(lián)化合物的降解,使得TVB-N、TMA-N值和K值增長速度較慢,從而延長其貨架期。

1.3.6 超高壓對蝦肌肉質(zhì)構(gòu)的影響 質(zhì)構(gòu)是食品感官品質(zhì)中非常重要的一個指標,在很大程度上決定著消費者的口感和接受性。食品加工方式對其質(zhì)構(gòu)具有重要的影響。

謝樂生等[15]用200～600MPa處理熟蝦仁5～20min,隨壓力增加,蝦仁硬度、彈性和咀嚼度增大;增加處理時間,蝦仁硬度、彈性、咀嚼度增加不明顯。張蕾[34]用100～500MPa處理凡納濱對蝦5～25min,發(fā)現(xiàn)壓力對蝦仁彈性有顯著影響(p<0.05),而保壓時間對彈性無顯著影響(p>0.05);保壓時間對蝦仁硬度有顯著影響(p<0.05),而壓力對硬度無顯著影響(p>0.05);100MPa處理蝦仁的硬度與熱處理的接近,超高壓處理蝦仁的彈性都高于熱處理的樣品。易俊杰等[41]用超高壓(150MPa 5min200MPa 3min300MPa 1min)對蝦脫殼,脫殼后的蝦仁硬度顯著下降(p<0.05);300MPa處理的蝦仁彈性與新鮮蝦仁相當,但其他兩個處理的蝦仁彈性有所下降;蝦仁黏聚性與新鮮的無顯著差異(p>0.05),而咀嚼性顯著降低(p<0.05)。楊徽等[35]用100～400MPa處理凡納濱對蝦3min進行脫殼,與新鮮蝦仁相比,超高壓處理的硬度有所增加,彈性、咀嚼性稍有降低。甘曉玲等[43]用100～600MPa處理凡納濱對蝦蝦仁3～10min,與未處理的相比,超高壓均使蝦仁硬度增加,且硬度隨壓力升高而增大,保壓時間對硬度并無顯著影響。王國棟等[42]用100～300MPa處理凡納濱對蝦蝦仁5min,蝦仁剪切力隨壓力增加而顯著下降(p<0.05),蝦仁硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性都上升,粘附性有所降低,但受壓力影響較小。殷允旭等[16]用100～500MPa處理小龍蝦仁15min,蝦仁韌度隨壓力增大而降低,500MPa時蝦仁韌度下降了13.9%;剪切力對壓力增加先上升后下降再上升,在100MPa蝦仁剪切力最大。Kaur等[19]用100、270和435MPa處理的蝦仁硬度比未處理的分別高出1.13、1.2和1.6倍。Bindut等[33]用100、270、435和600MPa處理印度白對蝦,其硬度隨壓力升高而顯著升高(p<0.05)由初始硬度3.57N分別升高到3.77、3.87、4.11和4.26N。Jantakoson等[32]在28℃采用200～800MPa的壓力處理斑節(jié)對蝦(PenaeusmonodonFabricius)20min,顯著增強了對蝦肌肉的壓縮力和剪切力。

超高壓處理造成蝦仁質(zhì)構(gòu)的變化(例如提高蝦仁嫩度和硬度等),主要是因為壓力使蝦仁組織變性增加和韌性下降,而使嫩度增加;壓力也誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性、聚合、交聯(lián)、凝膠化等使分子結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,從而提高了蝦仁肌肉組織的硬度。

1.3.7 超高壓對蝦肌肉組織結(jié)構(gòu)的影響 肌肉組織結(jié)構(gòu)也會影響肌肉的質(zhì)構(gòu)、持水力等品質(zhì)特性,如肌節(jié)長短對肉的嫩度有影響,肌漿量對肉的多汁性有影響等。肌肉經(jīng)超高壓處理,肌肉纖維內(nèi)肌動蛋白和肌球蛋白的結(jié)合會發(fā)生解離,肌纖維崩解和肌纖維蛋白解離成小片段,造成肌肉剪切力下降,即提高了肉的嫩度。不同的加工方式對肌肉組織結(jié)構(gòu)的影響是有差異的。

張蕾等[34]用500MPa處理凡納濱對蝦25min,然后用掃描電子顯微鏡觀察其肌肉組織結(jié)構(gòu),未處理的蝦仁肌肉纖維組織疏松,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)均勻,而超高壓與熱加工蝦仁的肌肉纖維明顯變粗,變致密;與熱加工的相比,超高壓處理蝦仁的結(jié)構(gòu)空間間隙明顯因受壓而擠在一起,基本框架也更粗。超高壓或熱加工都會引起肌肉蛋白質(zhì)的變性,使得蝦肉中的肌肉纖維聚集在一起,而超高壓過程又會促進蛋白質(zhì)的交聯(lián),形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。殷允旭等[16]用100～500MPa處理小龍蝦仁15min后,用透射電鏡觀察小龍蝦仁的組織結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)超高壓使蝦仁的肌肉纖維組織變松散,纖維間隔膜變粗,Z帶和M帶變清晰,髓鞘結(jié)構(gòu)被破壞。

2 超高壓技術(shù)在對蝦加工中的應(yīng)用

2.1 超高壓對蝦過敏原的影響

蝦類及其制品中存在的過敏源,主要來源于肌肉組織中的原肌球蛋白,對特定人群的健康造成一定的威脅。因此,在蝦類加工中如何消除過敏源是一個期待解決的問題。目前,國內(nèi)外消除過敏源的方法主要有物理法(加熱、輻照、微波等)、化學(xué)法和生物法(酶解法、基因改良法)等。

近年有研究報道,超高壓或者超高壓與酶法聯(lián)合可以在一定程度上消減蝦肉中的過敏原。謝丹丹等[46]用超高壓處理(150MPa/45℃/35min)南美白對蝦的水溶性蛋白,過敏原性降低了66.2%;用超高壓聯(lián)合酶法處理,超高壓(300MPa/45℃/35min)下直接用木瓜蛋白酶處理南美白對蝦水溶性蛋白,過敏原性降低了91.5%;用超高壓處理(200MPa/40℃/35min)蝦肉,過敏原性降低了66.1%;用超高壓(300MPa/40℃/35min)下直接用木瓜蛋白酶處理蝦肉,過敏原性降低了91.2%。這表明超高壓或者超高壓結(jié)合酶法處理,均能有效降低蝦的過敏原性。董曉穎等[47]用100～500MPa的壓力處理蝦過敏蛋白,發(fā)現(xiàn)分子質(zhì)量并沒有發(fā)生變化,說明原肌球蛋白的四級結(jié)構(gòu)在壓力作用下沒有被解聚交聯(lián)或裂解;但是在100～400MPa之間,隨著壓力增大,蝦過敏蛋白抑制率降低,說明高壓處理對蝦過敏蛋白的致敏性有降低作用。Kim等[48]用間接性競爭酶聯(lián)免疫吸附實驗來評價蝦經(jīng)超高壓、超聲波、高壓滅菌和微波等處理后的致敏性,結(jié)果表明:與其他方法相比,超高壓更容易降低蝦過敏原的致敏,400MPa處理,蝦過敏蛋白的致敏性下降率超過50%。

過敏原的二級和三級結(jié)構(gòu)對其致敏作用起著重要的作用,而超高壓能夠消減對蝦過敏源的主要原因就是通過對氫鍵、離子鍵、疏水鍵等的作用,破壞了過敏源的二級和三級結(jié)構(gòu)等空間結(jié)構(gòu),使過敏源的表位被掩蓋或者被破壞,從而減弱蝦肉的致敏性,降低過敏反應(yīng);但超高壓并不能破壞過敏原的一級結(jié)構(gòu)[46,49]。因此,單獨使用超高壓處理,只是對蝦過敏原的組分或空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,但還不能較好地消減蝦仁內(nèi)部的過敏原,而超高壓結(jié)合蛋白酶水解方法,可以通過酶解作用增加過敏源的可消化性,從而進一步降低過敏反應(yīng)[46]。

2.2 超高壓對蝦的脫殼效果

蝦類的脫殼是蝦仁生產(chǎn)中非常重要的工序,脫殼質(zhì)量的高低決定了蝦仁的完整性和出品率。目前,蝦的脫殼主要有兩種方法:一是手工脫殼,該方法脫殼困難,蝦尾易斷裂,嚴重影響蝦仁的外觀品質(zhì),而且蝦殼易刺傷人體皮膚,污染蝦仁;另一方法是機械脫殼,目前該方法還存在蝦仁易碎、脫殼效率低、產(chǎn)蝦仁率低等缺點。無論是人工脫殼還是機械脫殼,其預(yù)處理都是將蝦速凍之后再進行解凍剝殼,但是這種預(yù)處理方法耗時長、能耗高,且影響脫殼后蝦仁的品質(zhì)[41]。因此,急需尋求一種既容易脫殼,又不影響蝦仁品質(zhì)的機械化預(yù)處理脫殼方法。

近年有研究表明:超高壓可以用于對蝦脫殼的預(yù)處理,使超高壓有可能成為一種較好的蝦輔助脫殼方法,具有工業(yè)化應(yīng)用前景。楊徽等[35]人用200MPa處理南美白對蝦3min,脫殼效果最好;與速凍解凍脫殼相比,超高壓脫殼有利于提高蝦仁含水率,更好的保持蝦仁的全質(zhì)構(gòu),咀嚼度高,蝦仁內(nèi)部品質(zhì)無明顯改變。易俊潔等[41]用熱燙、速凍、超高壓三種方法對南美白對蝦脫殼,速凍和超高壓(150～300MPa)對脫殼時間、蝦仁得率和蝦仁完整性的影響無顯著差異(p>0.05);150MPa/5min、200MPa/3min和300MPa/1min時,脫殼效果較好;熱燙對蝦仁品質(zhì)破壞嚴重,而速凍和超高壓脫殼均能有效降低對蝦仁品質(zhì)的破壞,但速凍脫殼會破壞仁的色澤,超高壓脫殼蝦仁品質(zhì)略優(yōu)于速凍脫殼;超高壓脫殼參數(shù)為200MPa/3min或300MPa/1min,蝦仁的品質(zhì)相對較好;超高壓脫殼的能耗(200MPa/3min)較低,為熱燙處理的4.4%,速凍處理的32.8%。王國棟等[42]認為超高壓脫殼可有效避免速凍脫殼過程中的斷尾現(xiàn)象,提高蝦仁產(chǎn)率6%～8%,更好地保持了蝦仁的完整性,并且節(jié)省了勞動強度。

楊徽等人推斷了蝦的超高壓脫殼機理:一是由于蝦仁和蝦殼的收縮率存在差異,超高壓處理蝦殼與蝦仁脫離;二是超高壓造成蝦仁和蝦殼之間的粘連組織蛋白發(fā)生變性,使得蝦殼與蝦仁分離[35]。這兩種超高壓脫殼機理僅僅是推斷而已,因此,對于超高壓脫殼機理還需要進一步的深入研究。

2.3 超高壓輔助提取蝦青素

超高壓輔助提取活性物質(zhì)是利用100～1000MPa的流體靜壓力作用于物料和提取溶劑,在預(yù)定壓力保持一段時間,一方面物料細胞內(nèi)外壓力在達到平衡(有效成分達到溶解平衡)后迅速卸壓,使細胞內(nèi)外滲透壓差增大,細胞內(nèi)的有效成分穿過細胞膜(細胞膜的結(jié)構(gòu)在超高壓下發(fā)生變化),轉(zhuǎn)移到細胞外的提取液中;另一方面,超高壓也會改變萃取劑的濃度梯度和擴散系數(shù),提高傳質(zhì)速率,同時,超高壓會使物料細胞膜損傷,增加其滲透率,從而增強萃取溶劑進入細胞的滲透能力[50]。與傳統(tǒng)的提取技術(shù)相比,超高壓輔助提取技術(shù)不僅安全、節(jié)能、提取效率高,而且可改善提取物的品質(zhì)和提高所提取活性成分的純度[51]。

蝦青素是甲殼類動物甲殼中非常重要的一種色素物質(zhì),通常與蛋白質(zhì)結(jié)合而呈現(xiàn)出深藍、灰色或者綠色等,在加工過程中由于蛋白質(zhì)變性,蝦青素與蛋白質(zhì)分離,蝦青素顯現(xiàn)出紅色的本質(zhì)。蝦青素具有很強的抗氧化、防癌、促進抗體產(chǎn)生、改善視力和維護中樞神經(jīng)系統(tǒng)等生理活性。蝦殼中含有豐富的蝦青素,如何高效提取是一個亟待解決的問題。目前,蝦殼中蝦青素的提取方法主要是有機溶劑法、堿提法、油溶法、酶解法、超臨界CO2萃取法及超聲波輔助萃取法等,這些提取方法各有優(yōu)缺點。王菁等[52]利用超高壓輔助提取蝦殼中的蝦青素,研究了提取壓力、溶劑、料液比、保壓時間等因素對提取率的影響,比較了超高壓與超聲波和常壓提取規(guī)律,建立了超高壓提取蝦殼蝦青素的數(shù)學(xué)模型,并探討了超高壓輔助提取蝦青素的機理,研究結(jié)果表明:壓力小于200MPa時,隨壓力升高,蝦青素提取率也升高;壓力超過400MPa時,蝦青素提取率反而下降;在200～300MPa之間加壓5min,蝦青素提取率較高;超高壓提取蝦青素的抗氧化能力高于超聲波和常規(guī)化學(xué)提取的;并且認為超高壓能夠使蝦殼表面微孔擴大,提高微孔面積占有率,擴大溶劑進入和蝦青素溶出的通道;不同壓力的作用對蝦殼組織影響不同,壓力過高反而會降低微孔面積比例,造成通道阻塞。

因此,超高壓提取蝦青素比傳統(tǒng)的提取方法具有較大的優(yōu)勢,壓力增強了溶劑的溶解能力,從而提高蝦青素溶解性,使更多的蝦青素被溶出,提高蝦青素產(chǎn)率[53]。

3 前景與展望

蝦類的保鮮方法可分為三大類:物理保鮮、化學(xué)保鮮和生物保鮮。物理保鮮又可分為低溫保鮮、氣調(diào)保鮮、輻照保鮮、超高壓保鮮等?；瘜W(xué)保鮮法又可分為抗生素保鮮、添加劑保鮮、臭氧保鮮等。生物保鮮又可分為生物活性物質(zhì)保鮮、酶類保鮮和微生物保鮮等。物理保鮮中的低溫保鮮能耗高、氣調(diào)保鮮對貯藏條件控制嚴格、輻照保鮮存在安全隱患,化學(xué)保鮮存在安全性隱患,使得這些保鮮方法在使用中受到一定的限制。因此,開發(fā)安全性好、易操作的蝦類保鮮方法將是未來發(fā)展的主要趨勢。

超高壓是一種物理保鮮和加工方法,它可以在室溫乃至低溫下完成食品殺菌、滅酶、風(fēng)味與質(zhì)構(gòu)改善等,特別適合對熱敏性食品、活性成分高的食品和高附加值海產(chǎn)品等進行處理,還可用于開發(fā)新型食品,改善食品質(zhì)構(gòu),延長食品保存期限等。超高壓加工技術(shù)是目前食品非熱加工技術(shù)中商業(yè)化較為成功的一種。針對目前國內(nèi)外的研究成果,采用超高壓加工對蝦未來將有以下幾個趨勢:研究超高壓與協(xié)同因子聯(lián)合對蝦PPO的鈍化,完善鈍化PPO的機理;研究超高壓對蝦肌肉品質(zhì)的影響,優(yōu)化處理條件或協(xié)調(diào)因子延長蝦類產(chǎn)品的貯藏期;利用超高壓加工技術(shù)開發(fā)即食蝦類風(fēng)味休閑食品等。隨著國內(nèi)超高壓技術(shù)的研究與應(yīng)用的深入,超高壓技術(shù)的應(yīng)用會更加廣泛,推進食品非熱加工技術(shù)的發(fā)展,滿足消費者對高品質(zhì)食品的需求。

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Application of ultra high pressure in preservation and processing of shrimp

LIU Shu-cheng,GUO Ming-hui,HUANG Wan-you,CHEN Ya-li,JI Hong-wu,HAO Ji-ming

(College of Food Science and Technology,Guangdong Ocean University,Guangdong Provincial Key Laboratory of Aquatic Product Processing and Safety,Key Laboratory of Advanced Processing of Aquatic Product of Guangdong Higher Education Institution,Zhanjiang 524088,China)

In this paper,preservation and processing of shrimp by ultra high pressure were analyzed,such as sterilization,inactivation of polyphenol oxidase,removing allergen,shucking,extraction of astaxanthin and the effect on meat color,pH value,moisture content,protein,flavor,texture and structure. The mechanism and application of preservation and processing by ultra high pressure were introduced and discussed. The key technologies of ultra high pressure were presented in the future. It will provide theoretical and practical basis for industrial application of ultra high pressure in preservation and processing of shrimp.

ultra high pressure;shrimp;preservation

2014-08-01

劉書成(1977-)，男，博士，教授，研究方向：水產(chǎn)品加工新技術(shù)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用。

國家自然科學(xué)基金資助項目(31371801)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項基金(CARS-47)；廣東省水產(chǎn)蛋白改性技術(shù)研究團隊專項經(jīng)費(2011A020102005)。

TS254.1

A

:1002-0306(2015)09-0376-09

10.13386/j.issn1002-0306.2015.09.074