章樣揚(yáng),張 賓,2,*,郝桂娟,鄧曉影,湯 賀
(1.浙江海洋大學(xué)食品與醫(yī)藥學(xué)院,浙江省海產(chǎn)品健康危害因素關(guān)鍵技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 舟山 316022;2.中國海洋大學(xué)醫(yī)藥學(xué)院,山東 青島 266005)
南美白對蝦(Litopenaeus vannamei)學(xué)名凡納濱對蝦,其蝦殼薄、體肥、肉質(zhì)鮮嫩,是世界對蝦養(yǎng)殖中產(chǎn)量較高的三大優(yōu)良蝦種之一,同時(shí)也是目前養(yǎng)殖對蝦中單產(chǎn)量最高的蝦種。目前,我國南美白對蝦加工主要以單凍去頭蝦仁、單凍煮蝦及蒸煮即食蝦仁等形式為主[1]。冷凍保藏(-23~-12 ℃)可使蝦肉中90%以上水分凍結(jié),酶活性和微生物生長幾乎完全受到抑制,從而使其得以長期保藏[2]。然而,隨著凍藏時(shí)間延長,蝦仁水分含量逐漸降低,解凍后蝦仁外觀色澤變暗,汁液流失增多,口感變差[3]。因此,為減弱冷凍蝦仁中蛋白質(zhì)的冷凍變性速率及程度,通常在凍藏蝦仁中添加抗冷凍變性劑,如糖類、復(fù)合磷酸鹽、氨基酸及抗凍蛋白質(zhì)等[4]。復(fù)合磷酸鹽作為抗凍劑應(yīng)用于水產(chǎn)品中,可有效降低產(chǎn)品解凍和蒸煮損失率,對蛋白質(zhì)變性具有一定抑制作用[5]。但磷酸鹽過量添加,會(huì)使水產(chǎn)品產(chǎn)生金屬澀味、組織粗糙,且貯藏過程中磷酸鹽的沉淀作用會(huì)導(dǎo)致水產(chǎn)品表面會(huì)出現(xiàn)雪花和晶化等現(xiàn)象[6-7]。另外,消費(fèi)者長期食用添加過量磷酸鹽的水產(chǎn)品后會(huì)引起血液凝結(jié),其降解產(chǎn)物也可能增加攝入者心腦血管疾病發(fā)生的可能性[8]。
糖類物質(zhì)作為抗凍劑被廣泛應(yīng)用于冷凍水產(chǎn)品中,其作用機(jī)理是糖類可改變包埋在蛋白質(zhì)分子中結(jié)合水的狀態(tài),取代蛋白質(zhì)分子表面的結(jié)合水并與之結(jié)合,從而起到抑制蛋白質(zhì)變性的作用[9]。水產(chǎn)品加工業(yè)中,常以山梨醇和蔗糖的混合物作為水產(chǎn)品抗凍劑,以抑制水產(chǎn)品蛋白質(zhì)的冷凍變性,但蔗糖的甜味和熱量相對較高,在一定程度上影響了產(chǎn)品的風(fēng)味和營養(yǎng)價(jià)值[10]。目前,低甜味、低熱量的新型抗凍劑開發(fā)已成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn),如海藻糖、乳糖醇及低聚木糖等的應(yīng)用已見報(bào)道[11-12],但關(guān)于糖醇類物質(zhì)對蝦仁的抗凍保水效果研究還鮮見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以冷凍南美白對蝦蝦仁為研究對象,以常見的8 種糖醇類物質(zhì)作為抗凍保護(hù)劑,比較不同糖醇類物質(zhì)對冷凍蝦仁的抗凍保水效果,以期減少冷凍南美白對蝦的汁液損失、保障產(chǎn)品品質(zhì),從而為開發(fā)及應(yīng)用糖醇類抗凍保水劑提供參考。
活南美白對蝦(Litopenaeus vannamei),平均體長15~17 cm,購自浙江舟山東河菜場。將活蝦置于盛有碎冰的泡沫保溫箱中,在20~30 min內(nèi)運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室,立即處理后備用。
木糖醇、山梨糖醇、赤蘚糖醇、乳糖醇、甘露糖醇、異山梨糖醇、麥芽糖醇、異麥芽糖醇、焦磷酸鈉(純度≥99%,均為食品級(jí)) 青島博智匯力生物科技有限公司。其他試劑均為國產(chǎn)分析純。
MDF-U53V型超低溫冰箱 日本Sanyo公司;TMS-Pro物性測試儀 美國FTC公司;BS124S型電子天平德國賽多利斯公司。
1.3.1 原料處理與分組
原料處理參考文獻(xiàn)[13],在0~4 ℃含碎冰的泡沫保溫箱中,將鮮活南美白對蝦清洗、去頭尾殼,但不去蝦腸,獲得新鮮蝦仁。選取大小一致的完整蝦仁個(gè)體,瀝干后紗布輕拭去表面水分。實(shí)驗(yàn)處理分為:蒸餾水浸泡組(空白對照),木糖醇、山梨糖醇、赤蘚糖醇、乳糖醇、甘露糖醇、異山梨糖醇、麥芽糖醇、異麥芽糖醇浸泡組和焦磷酸鈉浸泡組(陽性對照)。以上各浸泡溶液設(shè)10 g/L和30 g/L兩種處理質(zhì)量濃度。預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在各種磷酸鹽中,焦磷酸鈉處理對冷凍蝦仁的抗凍保水效果均較佳,為減少多因素對冷凍蝦仁保水特性影響,選擇單一的焦磷酸鈉浸泡處理作為陽性對照組。
1.3.2 指標(biāo)測定
1.3.2.1 保水性的測定
將稱質(zhì)量后蝦仁完全浸泡于各糖醇溶液(糖醇質(zhì)量濃度為10 g/L和30 g/L,4 ℃)中,料液比為1∶9(m/V),每20 min輕攪拌1 次,保持3 h,取出后瀝干并用紗布輕拭干表面水分,稱質(zhì)量(m1/g)(精確至0.001 g,下同)。將處理后的蝦仁,于-18 ℃條件下凍藏保存3 周后取出,置于帶蓋平皿中,自然解凍2 h,紗布輕拭去水分,稱質(zhì)量(m2/g)。然后使用TMS-Pro物性測試儀對蝦仁進(jìn)行加壓(0.12 MPa)處理,蝦仁上下均墊多層濾紙,壓力保持5 min后,紗布輕拭蝦仁表面水分,稱質(zhì)量(m3/g)。取解凍后蝦仁進(jìn)行蒸煮,沸水蒸汽加熱3 min后,取出蝦仁經(jīng)室溫冷卻至25 ℃,紗布輕拭去表面水分,稱質(zhì)量(m4/g)。分別按式(1)~(3)計(jì)算蝦仁自然解凍損失率、加壓質(zhì)量失水率和蒸煮質(zhì)量損失率。
1.3.2.2 感官特性分析
感官評價(jià)參考文獻(xiàn)[14]進(jìn)行。評價(jià)對象為冷凍生蝦仁與蒸煮蝦仁,均分別經(jīng)過8 種糖醇、蒸餾水以及焦磷酸鈉溶液的浸泡處理,溶液質(zhì)量濃度為30 g/L,浸泡后將蝦仁放入-18 ℃冰箱凍藏3 周,之后進(jìn)行自然解凍和蒸煮處理。感官評價(jià)小組由8 名具有一定感官評價(jià)經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室人員組成,對蝦仁樣品的外觀形態(tài)(是否完整、肌肉表面有無破損)、色澤(是否呈現(xiàn)自然色澤、有無發(fā)白及變色等)、氣味(是否具有固有鮮味,有無異味)、彈性(肌肉是否緊密有彈性)等進(jìn)行評分。評分按以下規(guī)則進(jìn)行:5分表示產(chǎn)品所有特征與標(biāo)準(zhǔn)樣品(新鮮蝦仁)完全一致;4分表示產(chǎn)品可接受,但與標(biāo)準(zhǔn)樣品相比有些差別;3分表示產(chǎn)品可接受,但與標(biāo)準(zhǔn)樣品相比仍有較大差別;1分表示相比于標(biāo)準(zhǔn)樣品,產(chǎn)品明顯不能接受;0分表示相比于標(biāo)準(zhǔn)樣品,產(chǎn)品完全不能接受。
1.3.2.3 吸濕性實(shí)驗(yàn)
將飽和(NH4)2SO4溶液和飽和K2CO3溶液分別置于不同密閉干燥器內(nèi),以創(chuàng)造相對濕度對應(yīng)為81%和43%的環(huán)境。將干燥器置于恒溫環(huán)境中,室溫穩(wěn)定24 h。準(zhǔn)確稱取一定量已干燥至恒質(zhì)量的糖醇樣品(m0/g),置于已干燥至恒質(zhì)量的稱量瓶中;然后將稱量瓶分別放于相對濕度為81%和43%的干燥器中,室溫條件下每隔12 h稱質(zhì)量1 次(m1/g)。每個(gè)樣品3個(gè)平行,計(jì)算平均值。按式(4)計(jì)算樣品吸濕率。
1.3.2.4 保濕性實(shí)驗(yàn)
準(zhǔn)確稱取一定量已干燥至恒質(zhì)量的糖醇樣品,置于已干燥至恒質(zhì)量的稱量瓶中,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為樣品量10%的蒸餾水后稱質(zhì)量(m1/g)。將稱量瓶敞口分別置于裝有飽和Na2CO3溶液(相對濕度為43%)和硅膠的干燥器中,室溫條件下每隔12 h稱質(zhì)量1 次(m2/g)。每組實(shí)驗(yàn)做3 個(gè)平行,計(jì)算平均值。按式(5)計(jì)算樣品的保濕率。
數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007和SPSS 17.0軟件,其中顯著性分析采用單因素方差分析,作圖采用Origin 8.0軟件,結(jié)果表示為 ±s。
蝦仁在凍藏過程中,細(xì)胞內(nèi)冰晶形成及生長使肌肉組織受到擠壓,同時(shí)破壞肌肉細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致解凍過程中細(xì)胞內(nèi)部汁液流失,組織解凍損失率增加[15]。8 種糖醇對冷凍蝦仁的自然解凍損失率影響如圖1所示。當(dāng)糖醇樣品質(zhì)量濃度為10 g/L時(shí),木糖醇、異麥芽糖醇和甘露糖醇浸泡處理后,蝦仁自然解凍損失率均低于焦磷酸鈉處理組,其中木糖醇組自然解凍損失率為3.87%,顯著低于焦磷酸鈉組(4.17%)(P<0.05)。當(dāng)糖醇樣品質(zhì)量濃度為30 g/L時(shí),8 種糖醇對蝦仁的保水能力均顯著高于蒸餾水處理組(P<0.05),其中以甘露糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇的處理效果較佳,但仍顯著低于焦磷酸鈉處理組(P<0.05)。綜合來看,較高質(zhì)量濃度的糖醇浸泡處理效果優(yōu)于低質(zhì)量濃度糖醇。本部分實(shí)驗(yàn)中,相比于其他糖醇,木糖醇、異麥芽糖醇和甘露糖醇表現(xiàn)出了較好的蝦仁保水效果,原因可能是不同糖醇類物質(zhì)的糖鏈結(jié)構(gòu)、基團(tuán)及鍵合部位存在差異[16],其結(jié)構(gòu)類型與抗凍保水效果之間的關(guān)系仍需進(jìn)一步深入研究。糖醇具有抗凍保水作用的主要原因?yàn)椋禾谴挤肿又写嬖诖罅苛u基,其能夠與蝦仁蛋白質(zhì)分子發(fā)生結(jié)合,使肌肉蛋白處于飽和狀態(tài),增強(qiáng)蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,從而避免蛋白質(zhì)之間的聚集變性,因而降低其冷凍變性的程度[17];此外,羥基還能夠有效束縛小分子水,促進(jìn)蝦仁肌肉中自由水轉(zhuǎn)變成為結(jié)合水,從而減弱冰晶的形成及生長對肌肉組織及細(xì)胞的物理損傷[18]。
圖1 不同糖醇對冷凍蝦仁自然解凍損失率的影響Fig.1 Effects of different sugar alcohols on thawing loss of frozen shrimps
圖2 不同糖醇對冷凍蝦仁加壓質(zhì)量失水率的影響Fig.2 Effects of different sugar alcohols on pressing loss of frozen shrimps
加壓質(zhì)量失水率可間接反映冰晶對組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞完整性及蛋白質(zhì)活性的影響[19]。由圖2可知,當(dāng)糖醇質(zhì)量濃度為10 g/L時(shí),其浸泡處理的蝦仁加壓質(zhì)量失水率均顯著低于蒸餾水處理組(P<0.05);其中,以山梨糖醇處理效果最佳(6.85%),且顯著低于焦磷酸鈉組(P<0.05);另外7 種糖醇處理效果與焦磷酸鈉無顯著性差異(P>0.05)。當(dāng)糖醇質(zhì)量濃度為30 g/L時(shí),蝦仁加壓質(zhì)量失水率均低于蒸餾水組,其中異麥芽糖醇和木糖醇處理組蝦仁加壓質(zhì)量失水率分別為6.78%和6.76%,與焦磷酸鈉組(6.85%)無顯著性差異(P>0.05);而甘露糖醇和赤蘚糖醇處理組蝦仁的加壓質(zhì)量失水率雖略高于焦磷酸鈉組,但仍顯著低于蒸餾水處理組(P<0.05)。綜合來看,甘露糖醇、木糖醇及麥芽糖醇對冷凍蝦仁的加壓質(zhì)量失水率表現(xiàn)出較好的抑制效果,其原因可能是經(jīng)過這3 種糖醇處理后,冷凍蝦仁中不易流動(dòng)水含量較高,致使蝦仁持水率升高、加壓質(zhì)量失水率降低[20]。研究表明,甘露糖醇作為一種冷凍保護(hù)劑,可與細(xì)胞、蛋白質(zhì)發(fā)生結(jié)合作用,并影響其水合、再水合狀態(tài),從而在冷凍及冷凍干燥過程中起到保護(hù)作用[21]。楊柳等[22]發(fā)現(xiàn)木糖醇對發(fā)酵肉制品中的水分具有一定保持作用;隨著貯藏時(shí)間延長,肉制品中結(jié)合水逐漸脫離蛋白質(zhì)束縛,但脫離的結(jié)合水仍能與木糖醇上的氫鍵結(jié)合,從而使得肉制品蛋白質(zhì)表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性。對于麥芽糖醇的應(yīng)用研究,逄曉云等[23]將麥芽糖醇替代蔗糖用于低糖型豬肉糜中,可顯著提高肉糜產(chǎn)品出品率和水分含量,并降低了肉糜中水分的移動(dòng)性。以上研究也可較好地解釋本實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖3 不同糖醇對冷凍蝦仁蒸煮質(zhì)量損失率的影響Fig.3 Effects of different sugar alcohols on cooking loss of frozen shrimps
蝦仁肌肉質(zhì)量在加熱過程中會(huì)明顯下降,主要是由肌肉中可溶性氮化合物溶出、脂肪分離和水分流失等因素造成,其中以水分流失影響最大,亦即肌肉組織的脫水現(xiàn)象最為嚴(yán)重[24]。加熱時(shí)發(fā)生脫水流失是肌肉因熱收縮而排出水分導(dǎo)致;同時(shí),肌肉組織的保水性能也因蛋白質(zhì)熱變性而明顯減弱[25]。如圖3所示,當(dāng)糖醇質(zhì)量濃度為10 g/L時(shí),8 種糖醇處理后蝦仁的蒸煮質(zhì)量損失率均較高,表明較低質(zhì)量濃度糖醇處理對蒸煮蝦仁的保水作用相對較弱。當(dāng)糖醇質(zhì)量濃度為30 g/L時(shí),甘露糖醇、乳糖醇、赤蘚糖醇及異麥芽糖醇處理組蝦仁蒸煮質(zhì)量損失率均高于蒸餾水處理組;而異山梨糖醇、山梨糖醇和木糖醇對蝦仁水分保持能力表現(xiàn)出較好的改善作用,其原因可能是這3 種糖醇分子同肌肉蛋白質(zhì)可發(fā)生結(jié)合,形成一種類似水晶狀的玻璃體結(jié)構(gòu),致使蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,從而起到保護(hù)組織水分的作用[26-27]。此外,還有研究認(rèn)為,糖類分子會(huì)優(yōu)先與水分子結(jié)合,使其從肌肉蛋白質(zhì)溶劑化層中排除出來,從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)表觀體積減少、可移動(dòng)性降低,造成蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)更趨緊密、構(gòu)象更穩(wěn)定[28-29]。研究表明,山梨糖醇有利于降低水產(chǎn)品肌肉水分活度,防止肌肉蛋白質(zhì)變性,還可以和肌肉水分充分結(jié)合,從而增加抗冷凍性[30]。國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)發(fā)布的《關(guān)于海藻酸鈣等食品添加劑新品種的公告》(2016年第8號(hào)),也將山梨糖醇使用范圍擴(kuò)大到了冷凍水產(chǎn)品、冷凍掛漿制品、腌制水產(chǎn)品等,最大使用量也調(diào)整為“按生產(chǎn)需要適量使用”。本實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)質(zhì)量濃度為30 g/L時(shí),異山梨糖醇和山梨糖醇處理效果均顯著低于蒸餾水處理組(P<0.05),表明二者對蒸煮蝦仁的汁液損失均有較好的調(diào)控效果。2.4 不同糖醇對冷凍蝦仁感官特性的影響
對于冷凍生蝦仁(表1),在氣味特性方面,8 種糖醇處理組(30 g/L)與空白對照組相比未表現(xiàn)出顯著性差異(P>0.05),說明糖醇浸泡處理對冷凍生蝦仁的揮發(fā)性氣味物質(zhì)無顯著性影響(低質(zhì)量濃度糖醇處理蝦仁的感官評價(jià)結(jié)果略)。麥芽糖醇、乳糖醇、木糖醇及甘露糖醇浸泡蝦仁后,其外觀形態(tài)和色澤特性,均顯著優(yōu)于空白組和焦磷酸鈉組(P<0.05),表明這幾種糖醇對蝦仁的外觀形態(tài)和色澤具有顯著提升作用。此外,木糖醇和乳糖醇浸泡對蝦仁彈性也起到了一定的改善作用。
表1 不同糖醇對冷凍生蝦仁的感官特性的影響Table1 Effects of different sugar alcohols on sensory properties of frozen shrimps
對于蒸煮蝦仁(表2),8 種糖醇(30 g/L)對蝦仁的外觀形態(tài)、色澤、彈性及氣味均未產(chǎn)生較大的影響。其中,異麥芽糖醇、木糖醇和異山梨糖醇浸泡處理對蒸煮蝦仁的部分感官特性具有一定的改善作用。綜合以上感官分析結(jié)果,采用冷凍前的糖醇浸泡預(yù)處理,可有效改善冷凍蝦仁的部分感官特性,而該處理對蒸煮后蝦仁感官品質(zhì)未產(chǎn)生顯著性影響,因而可作為一種較好的蝦類預(yù)處理方法。
表2 不同糖醇對蒸煮蝦仁感官特性的影響Table2 Effects of different sugar alcohols on sensory properties of cooked shrimps
2.5.1 吸濕性分析
圖4 在相對濕度81%(A)和43%(B)條件下糖醇物質(zhì)吸濕特性Fig.4 Water-absorbing properties of different sugar alcohols under humidities of 81% (A) and 43% (B)
在81%相對濕度環(huán)境下(圖4A),異山梨糖醇吸濕性能較強(qiáng),存放72 h后其吸濕率達(dá)39.08%;隨著存放時(shí)間延長,木糖醇和山梨糖醇吸濕率不斷增加,但增加幅度相對較為平緩,經(jīng)72 h后其值分別達(dá)到1.62%和8.94%,顯著低于異山梨糖醇(P<0.05);此外,乳糖醇、赤蘚糖醇、麥芽糖醇等其他5 種糖醇吸濕性較弱,整個(gè)存放期內(nèi)始終維持在0%~0.4%范圍內(nèi)。在43%相對濕度環(huán)境下(圖4B),異山梨糖醇吸濕性能較強(qiáng),存放72 h后其吸濕率達(dá)33.57%。隨著存放時(shí)間延長,木糖醇和山梨糖醇的吸濕率隨存放時(shí)間延長而不斷增加,72 h后達(dá)到相對平衡(7.23%和5.60%),顯著低于異山梨糖醇(P<0.05);此外,乳糖醇、赤蘚糖醇、麥芽糖醇等其他5 種糖醇吸濕性較弱,整個(gè)存放期內(nèi)始終維持在0%~0.1%范圍內(nèi)。
2.5.2 保濕性分析
圖5 在相對濕度43%(A)和干燥(B)條件下的不同糖醇物質(zhì)保濕特性Fig.5 Water-holding properties of different sugar alcohols under 43%relative humidity (A) and dry (B) conditions
在43%相對濕度環(huán)境下(圖5A),木糖醇、赤蘚糖醇、乳糖醇、甘露糖醇、麥芽糖醇和異麥芽糖醇處理組保濕率均隨著存放時(shí)間延長逐漸降低。存放12 h后,甘露糖醇保濕率從100%降低到1%左右,而后維持相對穩(wěn)定;乳糖醇在24 h后降低至該水平(1%);木糖醇存放36 h后,保濕率趨于平衡(52.81%)。麥芽糖醇、異麥芽糖醇和木糖醇的保濕性能較好,經(jīng)72 h后其保濕率仍有約96%、60%和49%。此外,山梨糖醇保濕率隨存放時(shí)間延長而不斷增加,72 h后達(dá)到相對平衡(157%)。在43%相對濕度環(huán)境下,異山梨糖醇仍表現(xiàn)出了較強(qiáng)吸濕特性,其保濕率隨時(shí)間延長而不斷上升,達(dá)到393%后保持相對穩(wěn)定。
在硅膠干燥環(huán)境下(圖5B),8 種糖醇處理組保濕性在12 h內(nèi)下降迅速,之后保濕率趨于穩(wěn)定。異山梨糖醇處理組的保濕率最好,72 h后仍有約62.37%。木糖醇、異麥芽糖醇和甘露糖醇的保濕率約為4.31%、1.65%、0.88%,顯著低于異山梨糖醇(P<0.05)。72 h后保濕率由大到小依次為異山梨糖醇>木糖醇>異麥芽糖醇>甘露糖醇,其他4種糖醇的保濕率均在12 h時(shí)降低為0。
以冷凍蝦仁為原料,以蒸餾水、焦磷酸鈉浸泡處理分別為空白和陽性對照,比較了木糖醇、山梨糖醇、赤蘚糖醇、乳糖醇、甘露糖醇、異山梨糖醇、麥芽糖醇、異麥芽糖醇8 種糖醇對冷凍蝦仁的抗凍保水作用。綜合來看,較高質(zhì)量濃度的糖醇浸泡處理,對蝦仁抗凍保水效果顯著優(yōu)于低質(zhì)量濃度處理。不同糖醇物質(zhì)對蝦仁品質(zhì)特性影響不同。綜合蝦仁的自然解凍損失率、加壓質(zhì)量損失率和蒸煮質(zhì)量損失率及感官特性等指標(biāo),相比于空白對照及其他糖醇組,木糖醇、甘露糖醇和異山梨糖醇在冷凍蝦仁的保水效果方面表現(xiàn)更佳,后期可研究復(fù)合糖醇類對冷凍蝦仁的抗凍保水效果,以為冷凍水產(chǎn)品無磷保水劑的開發(fā)與應(yīng)用提供參考。