接觸脫水膜干燥對(duì)南美白對(duì)蝦干復(fù)水特性的影響

范麗莉，李亞敏，湯海青，歐昌榮,

（1.寧波大學(xué)食品與藥學(xué)學(xué)院，浙江 寧波 315201；2.浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校食品學(xué)院，浙江 寧波 310053）

南美白對(duì)蝦（Penaeus vannamei）肉質(zhì)鮮美、口感細(xì)膩，富含不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)[1-2]。南美白對(duì)蝦是當(dāng)今世界養(yǎng)殖產(chǎn)量較高的三大蝦類之一，自20世紀(jì)90年代初被我國(guó)引進(jìn)養(yǎng)殖以來(lái)產(chǎn)量不斷增加，2019年我國(guó)南美白對(duì)蝦海水養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)到114萬(wàn) t[3-4]。南美白對(duì)蝦自身水分和蛋白質(zhì)含量較高，肌肉組織比較松軟，常溫下易腐敗變質(zhì)，貯藏時(shí)間短[5]。目前南美白對(duì)蝦除鮮食、凍藏外，通常將其加工成蝦干這一特色產(chǎn)品。傳統(tǒng)干燥方法雖然能賦予蝦干特定風(fēng)味，但存在產(chǎn)品硬度過(guò)高、復(fù)水性差、難以咀嚼、口感差、消費(fèi)者接受度低的缺點(diǎn)，尋找能改善蝦干復(fù)水特性從而提高其食用品質(zhì)的干燥方法對(duì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[6-7]。

接觸脫水膜（contact dehydrating sheet，CDS）是由Numamoto等[8]發(fā)明的一種用適合于高蛋白食品的新型干燥方法，每個(gè)CDS單元由透水膜、高滲透劑和強(qiáng)吸水性物質(zhì)組成。在干燥過(guò)程中，CDS與食品基質(zhì)滲透壓差驅(qū)動(dòng)水分向CDS遷移實(shí)現(xiàn)脫水。CDS干燥有別于傳統(tǒng)的干燥方法，它可以在低溫貯藏過(guò)程中將高蛋白物料的水分脫除，條件溫和，可以很好地維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品有更好的復(fù)水性能，保持產(chǎn)品較好的品質(zhì)及感官特性。隨著科技的發(fā)展，各種具有選擇性透水功能的膜材料的成本越來(lái)越低[9]，吸水性能較好、價(jià)格低廉的高分子吸水性物質(zhì)也不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，使得CDS技術(shù)成為一種有應(yīng)用前景的高蛋白食品的干燥方法[10]。有研究表明，利用CDS包裝牛肉和金槍魚(yú)，CDS包裝可以減緩肌紅蛋白和脂肪的氧化，有效保持牛肉和金槍魚(yú)的鮮味，從而延長(zhǎng)食品的保存時(shí)間，提高食品的食用價(jià)值[11-12]。Yoshikos等[13]采用CDS技術(shù)對(duì)油炸食品進(jìn)行干燥，發(fā)現(xiàn)CDS干燥既可以延緩食品的變質(zhì)，又能顯著提高其口感。Arakawa等[14]研究了CDS脫水對(duì)牛肉和金槍魚(yú)品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)CDS脫水不會(huì)將礦物質(zhì)等成分除去，有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的保持。本課題組前期研究結(jié)果表明CDS脫水的對(duì)蝦復(fù)水后的感官特性等指標(biāo)更加接近鮮蝦[15]，但蝦干復(fù)水特性及復(fù)水后水分分布狀態(tài)和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化鮮見(jiàn)報(bào)道。

為此，本研究采用CDS脫水至不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)南美白對(duì)蝦干的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、復(fù)水特性及相互關(guān)系，旨在為CDS冷脫水技術(shù)應(yīng)用于南美白對(duì)蝦及其他高值水產(chǎn)品的干制提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南美白對(duì)蝦（35 尾/500 g）購(gòu)自寧波水產(chǎn)市場(chǎng)，4 ℃冰袋活體1 h內(nèi)運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室。對(duì)蝦處于低溫昏迷狀態(tài)時(shí)置于自來(lái)水中清洗干凈，去除蝦頭及蝦殼得到蝦仁，瀝干水分備用（水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%）。

玻璃紙 橫望山農(nóng)業(yè)科技有限公司；高分子吸水樹(shù)脂 海市復(fù)納新材料科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；H1850冷凍離心機(jī) 湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司；MB27水分測(cè)定儀 常州奧豪斯儀器有限公司；MesoMR23-060H.I核磁共振分析及成像系統(tǒng)上海紐邁電子科技有限公司；InVia-reflex型激光共聚焦拉曼光譜儀 英國(guó)REN-ISHAW公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

CDS脫水：如圖1所示，將混合后的高分子樹(shù)脂、長(zhǎng)絨棉和甘油均勻分散在允許水選擇性透過(guò)的兩層玻璃紙之間。高分子樹(shù)脂具有吸收與儲(chǔ)存大量水分的作用，長(zhǎng)絨棉使甘油與高分子樹(shù)脂均勻穩(wěn)定地分散于兩層玻璃紙之間[8]，甘油可以作為媒介傳遞水分子。高分子吸水樹(shù)脂、長(zhǎng)絨棉、甘油的添加量分別為200、48、40 g/m2。用CDS包裹蝦仁后在4 ℃下貯藏脫水。參考文獻(xiàn)[15]的方法確定脫水曲線，當(dāng)蝦仁水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60%、45%、30%時(shí)取樣（分別記為CDS-60%、CDS-45%、CDS-60%），測(cè)定表面疏水性及拉曼光譜等表征蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的指標(biāo)，復(fù)水過(guò)程中測(cè)定復(fù)原率、持水力及水分狀態(tài)分布等復(fù)水指標(biāo)。

圖1 CDS干燥及其橫截面示意圖Fig. 1 Schematic illustration of CDS drying and cross-sectional diagram of CDS

熱風(fēng)干燥（hot air drying，HAD）[16]：將蝦仁單層均勻平鋪于篩網(wǎng)上，放置在50 ℃的恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行干燥，風(fēng)速為2.1 m/s，參考脫水曲線，當(dāng)蝦仁脫水至水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60%、45%、30%時(shí)（分別記為HAD-60%、HAD-45%、HAD-30%）取樣，測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.3.2 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定

水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》干燥法，用水分測(cè)定儀測(cè)定。精確稱取2 g絞碎的蝦肉均勻分布于鋁盒中，放下儀器罩，選用自動(dòng)模式，溫度設(shè)置105 ℃，測(cè)定樣品的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.3 復(fù)原率測(cè)定

常溫下將蝦干放入蒸餾水中復(fù)水，分別于0、20、40、60、80、100、120、140、160、180 min取樣，用吸水紙吸去表面水分，測(cè)定其質(zhì)量。按式（1）計(jì)算復(fù)原率[17]。

式中：mg為鮮蝦的質(zhì)量/g；mr為蝦干復(fù)水后的質(zhì)量/g。

1.3.4 持水力測(cè)定

蝦干復(fù)水后持水力測(cè)定參考Kocher等[18]的方法并有所改動(dòng)。將復(fù)水后的蝦干表面水分用吸水紙除去，稱質(zhì)量后，用濾紙包裹放入離心管，在4 ℃條件下12 000×g離心20 min，記錄復(fù)水蝦仁的質(zhì)量。每組樣品測(cè)定3 次。按式（2）計(jì)算樣品的持水力。

式中：mL為蝦干離心后的質(zhì)量/g；mr為蝦干復(fù)水后的質(zhì)量/g。

1.3.5 低場(chǎng)核磁共振測(cè)定水分狀態(tài)分布

沿肌纖維方向?qū)?duì)蝦分割成2 cm×1 cm×1 cm（質(zhì)量約為5.0 g）的肉樣，置于60 mm探頭線圈中進(jìn)行檢測(cè)，采用核磁共振分析軟件中的Carr-Purcell-Meiboom-Gill脈沖序列[19]采集樣品“自旋-自旋”弛豫時(shí)間T2的信號(hào)。質(zhì)子共振頻率為23.318 MHz，磁體強(qiáng)度0.52 T，線圈直徑為60 mm，磁體溫度為32 ℃。T2測(cè)試參數(shù)：90°脈沖寬度P1＝20 μs，180°脈沖寬度P2＝36 μs，接收機(jī)譜寬100 kHz，重復(fù)時(shí)間為3 000 ms，回波時(shí)間為0.4 ms，模擬增益為20，數(shù)字增益為3，循環(huán)次數(shù)為4，回波個(gè)數(shù)為2 000。每個(gè)測(cè)試3 個(gè)重復(fù)。采用迭代法將采集到的T衰減曲線代入弛豫模型中進(jìn)行Bi-指數(shù)擬合并反演，反演結(jié)果做歸一化處理。

1.3.6 表面疏水性指數(shù)的測(cè)定

參考Benjakul等[20]的方法并稍作修改。肌動(dòng)球蛋白溶液用10 mmol/L磷酸緩沖液（含0.6 mol/L的KC1，pH 7.0）稀釋至一定質(zhì)量濃度（0～1 mg/mL），分別取2 mL上述溶液，加入10 μL 8 mmol/L的8-苯胺基-1-萘磺酸鹽（8-anilino-1-naphthalene sulfonate，ANS），混合均勻后于暗處放置10 min，在酶標(biāo)儀的熒光掃描模式上測(cè)定熒光強(qiáng)度（激發(fā)波長(zhǎng)為390 nm，發(fā)射波長(zhǎng)為468 nm）。以熒光強(qiáng)度對(duì)肌動(dòng)球蛋白質(zhì)量濃度作曲線，曲線初始階段斜率即為樣品的表面疏水性指數(shù)。

1.3.7 拉曼光譜分析

取對(duì)蝦腹部前兩節(jié)切成1 cm×1 cm×0.1 cm的長(zhǎng)方體置于載玻片上，用20 倍長(zhǎng)聚焦鏡頭將激光聚焦于載玻片上的樣品在室溫下測(cè)定。參數(shù)設(shè)置：785 nm的Innova 70氬離子激光器，功率為200 mW，分辨率為1 cm－1，掃描范圍為500～3 500 cm－1，每個(gè)樣品掃描30 次，獲取400～3 500 cm－1處的拉曼光譜，用Labspec軟件對(duì)光譜進(jìn)行基線校正去除熒光背景，并以苯丙氨酸（1 003 cm－1）作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。用高斯函數(shù)和洛倫茨函數(shù)對(duì)不同處理的譜帶進(jìn)行擬合分峰。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel軟件進(jìn)行處理，采用Origin 8.5軟件進(jìn)行繪圖，采用SAS 8.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan多重比較進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，其中P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種干燥方法對(duì)南美白對(duì)蝦干復(fù)原率的影響

復(fù)原率反映了干燥方法對(duì)食品理化性質(zhì)的影響，是評(píng)價(jià)干燥食品品質(zhì)的指標(biāo)之一，復(fù)原率越大，產(chǎn)品質(zhì)量越好[17]。如圖2所示，隨著復(fù)水時(shí)間的延長(zhǎng)，蝦干復(fù)原率都呈上升趨勢(shì)，CDS脫水的蝦干復(fù)原率、復(fù)原速率均高于相同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的HAD脫水組。復(fù)水180 min后，CDS脫水組水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的蝦干復(fù)原率為85.22%，明顯高于HAD脫水組（62.55%）。HAD脫水由于高溫導(dǎo)致蛋白質(zhì)表面的親水基團(tuán)遭到破壞，組織結(jié)構(gòu)致密，復(fù)水時(shí)水分較難滲入，導(dǎo)致復(fù)原率和復(fù)原速率小于CDS脫水組[21]。CDS冷脫水條件溫和，制備的蝦干蛋白質(zhì)熱變性較小、肌纖維損壞程度較低，能夠保持蝦肉的多孔組織結(jié)構(gòu)完整，有較高的復(fù)原率。與HAD脫水相比，CDS脫水在低溫下進(jìn)行，減緩了體積皺縮和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化程度，對(duì)蝦原有的結(jié)構(gòu)破壞較小，使復(fù)水后的蝦干品質(zhì)與鮮蝦較為接近。

圖2 CDS干燥和HAD對(duì)不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)南美白對(duì)蝦干復(fù)原率的影響Fig. 2 Effects of CDS drying and HAD on rehydration ratio of Penaeus vannamei dehydrated to different moisture contents

2.2 兩種干燥方法對(duì)南美白對(duì)蝦干復(fù)水后持水力的影響

持水力是指在一定的外力作用下，樣品束縛自身或外加水分的能力，是評(píng)價(jià)水產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[22]。如圖3所示，采用CDS脫水和HAD干燥至不同水分含量狀態(tài)的蝦干，其水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小，復(fù)水后保持水分的能力越低。水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，CDS脫水蝦干復(fù)水后持水力均高于HAD處理組，當(dāng)蝦干水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，復(fù)水結(jié)束后CDS組的持水力為69.17%，顯著高于HAD組（65.73%）。CDS脫水條件溫和，蝦干的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞較小，肌原纖維原有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)得到保持，使得對(duì)蝦具有較好的持水能力[23]。HAD脫水的對(duì)蝦持續(xù)加熱使活性氧的含量增大，抑制了線粒體鈣泵活性，使得乳酸含量增加，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，蝦肉結(jié)合水的能力下降[24]。

圖3 CDS干燥和HAD制備的不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)南美白對(duì)蝦干復(fù)水180 min后持水力的變化Fig. 3 Changes in water-holding capacity of Penaeus vannamei dehydrated to different moisture contents by CDS drying and HAD after rehydration for 180 min

CDS脫水至不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)蝦干復(fù)水后的理化指標(biāo)均接近鮮蝦，為進(jìn)一步研究蝦干復(fù)水過(guò)程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，本研究利用低場(chǎng)核磁共振和拉曼光譜技術(shù)分析水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的蝦干復(fù)水后水的分布狀態(tài)及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化。

2.3 兩種干燥方法對(duì)南美白對(duì)蝦干復(fù)水過(guò)程中水分狀態(tài)分布的影響

弛豫時(shí)間（T2）主要由分子內(nèi)部偶極-偶極相互作用引起的，它反映了蝦干制品中水分子的流動(dòng)性，T2值越大，說(shuō)明水分流動(dòng)性越大。應(yīng)用T2擬合軟件分析可得自由水、不易流動(dòng)水和結(jié)合水的相對(duì)含量[25-26]。圖4是經(jīng)兩種干燥方法脫水的蝦干復(fù)水過(guò)程中低場(chǎng)核磁共振的T2分析圖譜，產(chǎn)生的3 個(gè)峰代表不同的水分狀態(tài)，即結(jié)合水T21（0.01～1 ms）、不易流動(dòng)水T22（1～100 ms）和自由水T23（＞100 ms）。同種干燥方式復(fù)水過(guò)程中對(duì)蝦干的T2弛豫圖譜向長(zhǎng)弛豫時(shí)間方向移動(dòng)，表明隨著復(fù)水時(shí)間的延長(zhǎng)，T2逐漸右移。復(fù)水90 min時(shí)，與HAD脫水蝦干T2相比，CDS蝦干的T2更接近鮮蝦，表明CDS脫水的蝦干復(fù)水能力較強(qiáng)，可能是CDS脫水是在低溫下進(jìn)行的，條件溫和，蝦干組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞較小，有利于水分的吸收和保持[27]。

圖4 CDS干燥（A）和HAD（B）制備水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的南美白對(duì)蝦干在不同復(fù)水時(shí)間的T2弛豫圖譜Fig. 4 Transverse relaxation time (T2) spectra of Penaeus vannamei dehydrated to 30% moisture content by CDS drying (A) and HAD (B) at different rehydration times

根據(jù)圖4計(jì)算兩種干燥方法處理的蝦干復(fù)水過(guò)程中結(jié)合水、不易流動(dòng)水、自由水的峰面積占總峰面積的相對(duì)比例（即A21、A22、A23），結(jié)果如圖5所示。不易流動(dòng)水的峰面積顯著高于其他兩種形式的水分，不易流動(dòng)水是對(duì)蝦主要水分狀態(tài)的存在形式。結(jié)合水比例逐漸降低、自由水比例基本無(wú)變化，表明水分逐漸進(jìn)入對(duì)蝦體內(nèi)，并與對(duì)蝦細(xì)胞組織結(jié)合存留在南美白對(duì)蝦體內(nèi)。在復(fù)水終點(diǎn)，CDS脫水對(duì)蝦的結(jié)合水比例為4.23%，不易流動(dòng)水比例為94.49%，自由水比例為1.28%；在復(fù)水終點(diǎn)，HAD脫水對(duì)蝦的結(jié)合水比例為7.81%，不易流動(dòng)水比例為90.56%，自由水比例為1.63%；鮮蝦的結(jié)合水比例為3.68%，不易流動(dòng)水比例為95.84%，自由水比例為0.48%。由此推斷，CDS脫水對(duì)蝦復(fù)水后的蝦干比HAD處理組更接近鮮蝦，CDS脫水組蝦干的復(fù)水能力大于HAD脫水組。其主要原因是蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的致密性明顯高于HAD脫水組，氨基酸殘基的暴露程度較低，使水分有較充足的結(jié)合位點(diǎn)[28]。另外，CDS脫水后的蝦干肌肉組織結(jié)構(gòu)仍具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其具有保存水分的空間，從而提高保持水分的能力。

圖5 CDS干燥和HAD制備水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的南美白對(duì)蝦干在不同復(fù)水時(shí)間的水分狀態(tài)相對(duì)含量Fig. 5 Proportions of three water states in Penaeus vannamei dehydrated to moisture content of 30% by CDS drying and HAD at different rehydration times

2.4 兩種干燥方法對(duì)南美白對(duì)蝦干蛋白表面疏水性的影響

蛋白質(zhì)表面疏水性表征蛋白質(zhì)分子內(nèi)部疏水基團(tuán)的暴露程度，可用來(lái)評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)的變性情況[29]。表面疏水性指數(shù)可以反映表面疏水性的大小。由圖6可知，CDS脫水程度越高，蝦干表面疏水性越大，說(shuō)明在脫水過(guò)程中，肌動(dòng)球蛋白的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)的相對(duì)位置發(fā)生變化，疏水性氨基酸殘基逐漸暴露于蛋白質(zhì)分子表面，使肌動(dòng)球蛋白的表面疏水性增加[30]。經(jīng)HAD脫水至不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的蝦干，隨脫水程度增加，表面疏水性先升高后下降。由于高溫導(dǎo)致蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生變化，內(nèi)部疏水性殘基暴露，使得蛋白質(zhì)表面疏水性增大。持續(xù)高溫使蛋白質(zhì)發(fā)生聚集和側(cè)鏈間的反應(yīng)，少量疏水性殘基包埋于肌動(dòng)球蛋白內(nèi)部，蛋白質(zhì)進(jìn)一步變性，表面疏水性變小[31]。這與CDS脫水的蝦干復(fù)原率高于HAD脫水蝦干的結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

圖6 CDS干燥和HAD制備的不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)南美白對(duì)蝦干肌動(dòng)球蛋白表面疏水性指數(shù)的變化Fig. 6 Changes in surface hydrophobicity of actomyosin in Penaeus vannamei muscle dehydrated to different moisture contents by CDS drying and HAD

2.5 兩種干燥方法的南美白對(duì)蝦干肌原纖維蛋白拉曼光譜分析結(jié)果

通過(guò)比對(duì)蛋白質(zhì)拉曼光譜特征峰位置、強(qiáng)度以及峰面積信息，可以解釋不同干燥方法對(duì)南美白對(duì)蝦干蛋白結(jié)構(gòu)變化的具體影響。參考文獻(xiàn)[32]對(duì)肽鍵骨架振動(dòng)和氨基酸側(cè)鏈光譜條帶進(jìn)行分析。

拉曼光譜在1 600～1 700 cm－1附近出現(xiàn)的譜帶為酰胺I帶，它與蛋白質(zhì)骨架構(gòu)象類型相關(guān)，主要涉及C－N的伸縮振動(dòng)、C＝O的面內(nèi)伸縮振動(dòng)及N－H的面內(nèi)彎曲振動(dòng)等，常用來(lái)估算蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量[33-34]。由圖7可知，兩種干燥方式的對(duì)蝦與鮮蝦相比酰胺I帶都向高波數(shù)偏移，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，相較于鮮蝦（1 654.15 cm－1）的偏移程度，HAD組的偏移程度大于CDS組。由圖8可知，隨脫水程度增加，兩種方法干燥的對(duì)蝦α-螺旋相對(duì)含量都呈下降趨勢(shì)。與鮮蝦相比，脫水至不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)蝦干的β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲含量都發(fā)生了相應(yīng)的變化，表明在干燥過(guò)程中多肽鏈發(fā)生了重排。在干燥過(guò)程中，CDS脫水的α-螺旋相對(duì)含量一直高于相同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)HAD脫水組，是因?yàn)镃DS脫水是在低溫下進(jìn)行的，可以減弱因高溫造成的肽鏈內(nèi)的氫鍵斷裂、肽鏈解旋以及轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮⒌摩?轉(zhuǎn)角或無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)。南美白對(duì)蝦蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生較大變化，其持水力也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，這與圖3中CDS脫水蝦干的持水力大于HAD脫水組的結(jié)果相吻合，與高瑞昌等[35]研究的凡納濱對(duì)蝦肌肉蛋白質(zhì)的熱變性與持水力的變化結(jié)果相似。

圖7 CDS干燥和HAD制備的不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)南美白對(duì)蝦干肌原纖維蛋白的拉曼光譜Fig. 7 Raman spectra of myofibrillar protein of Penaeus vannamei dehydrated to different moisture contents by CDS drying and HAD

圖8 CDS干燥和HAD制備的不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)南美白對(duì)蝦干蛋白質(zhì)酰胺I帶二級(jí)結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量Fig. 8 Relative contents of secondary structure fractions estimated from amide I band of proteins in Penaeus vannamei muscle dehydrated to different moisture contents by CDS drying and HAD

拉曼光譜中二硫鍵的特征波數(shù)為500～550 cm－1，它與分子內(nèi)部和分子間的巰基和二硫鍵相互轉(zhuǎn)化有關(guān)[36]。如表1所示，隨著水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低，I510、I525、I545呈顯著降低的趨勢(shì)（P＜0.05）。水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，CDS脫水蝦干的I510、I525、I545、I936均高于HAD組，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，HAD脫水的蝦干在510 、525、545 cm－1處的吸收峰幾乎消失，可能是干燥過(guò)程中蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)逐漸松散，導(dǎo)致支撐三級(jí)結(jié)構(gòu)的二硫鍵斷裂，進(jìn)而造成二硫鍵伸縮振動(dòng)的相對(duì)強(qiáng)度降低[37]。在干燥過(guò)程中，CDS脫水是在低溫下進(jìn)行的，減弱了高溫導(dǎo)致的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變性。

表1 CDS干燥和HAD制備的不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)南美白對(duì)蝦干蛋白拉曼光譜的相對(duì)強(qiáng)度變化Table1 Changes in normalized intensity of Raman spectra of Penaeus vannamei muscle dehydrated to different moisture contents by CDS drying and HAD

拉曼光譜中760 cm－1附近的譜帶表征色氨酸殘基的微環(huán)境，I760下降反映了色氨酸殘基從包埋的疏水環(huán)境暴露在極性環(huán)境中[38]。如圖9A所示，干燥能引起I760下降，與水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%的新鮮南美白對(duì)蝦（1.11）相比，CDS-30%組I760降低至0.45，HAD-30%組則降低至0.14。水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，CDS脫水組I760均高于HAD脫水組。說(shuō)明兩種干燥方式均會(huì)導(dǎo)致色氨酸殘基由包埋于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部逐漸“暴露”到極性環(huán)境中；水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低對(duì)蝦蛋白質(zhì)暴露的程度越高；CDS脫水組的色氨酸殘基在極性環(huán)境中暴露程度低于HAD脫水組。

830、850 cm－1附近的費(fèi)米共振雙峰反映了酪氨酸殘基對(duì)位取代苯的振動(dòng)[39]。I850/I830反映酪氨酸殘基的暴露與包埋情況，是監(jiān)測(cè)酪氨酸殘基微環(huán)境的有效探針。如圖9B所示，新鮮對(duì)蝦的I850/I830為0.97，表明其肌動(dòng)球蛋白中維持原先穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的氫鍵斷裂，酪氨酸部分包埋在疏水環(huán)境中或作為中度弱氫鍵的受體和供體與溶劑水分子相互作用。隨著水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低，兩種干燥方法的I850/I830呈上升趨勢(shì)，表明酪氨酸殘基逐漸暴露于極性環(huán)境中，蛋白質(zhì)的表面疏水性增加。水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，HAD脫水組蝦干的I850/I830高于CDS脫水組，表明CDS脫水的樣品酪氨酸殘基暴露程度較低，與水分結(jié)合的能力較高，持水力較好。

圖9 CDS干燥和HAD制備的不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)南美白對(duì)蝦干蛋白質(zhì)拉曼光譜相對(duì)強(qiáng)度的變化Fig. 9 Changes in relative Raman spectral intensity of proteins in Penaeus vannamei dehydrated to different moisture contents by CDS drying and HAD

936 cm－1附近的譜帶強(qiáng)度主要來(lái)自于C－C骨架振動(dòng)，也是α-螺旋結(jié)構(gòu)的特征譜帶。譜帶的減弱或消失說(shuō)明α-螺旋轉(zhuǎn)化成β-折疊或者無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)[40]。由表1可知，兩種干燥方法的蝦干水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低，I936越小。在干燥過(guò)程中，CDS脫水組的I936均高于HAD組。表明與HAD脫水相比，CDS脫水的對(duì)蝦α-螺旋結(jié)構(gòu)能得到保持，HAD組的α-螺旋結(jié)構(gòu)被破壞并轉(zhuǎn)化為β-折疊或者無(wú)規(guī)卷曲的程度更大。高溫會(huì)觸發(fā)肽段發(fā)生構(gòu)象重排運(yùn)動(dòng)，新的分子構(gòu)象以“錯(cuò)誤”的方式折疊，使蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生根本改變，導(dǎo)致其功能特性減弱。

3 結(jié) 論

與熱風(fēng)干燥法相比，CDS脫水避免了加熱導(dǎo)致的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變性，使蝦干有更好的復(fù)原率和持水力。雖然CDS脫水所需時(shí)間比熱風(fēng)干燥長(zhǎng)，但它利用滲透壓的作用，在低溫貯藏過(guò)程中完成對(duì)水產(chǎn)品的脫水，處理?xiàng)l件溫和，在干燥過(guò)程中對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能損傷較小，因而得到的產(chǎn)品具有更好的復(fù)水能力，從而避免了傳統(tǒng)蝦干復(fù)水性能差，復(fù)水后產(chǎn)品過(guò)硬，難以咀嚼的缺點(diǎn)，更易被消費(fèi)者接受。因此，CDS是一種理想的新型冷脫水技術(shù)，在高值水產(chǎn)干制品的制備方面具有良好的應(yīng)用前景。