李 慢，呂瑞玲，王丹麗，馬曉彬，丁 甜，凌建剛,2，劉東紅,3,*

（1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310058；2.寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，浙江 寧波 315040；3.浙江大學(xué)馥莉食品研究院，浙江 杭州 310058）

中國(guó)對(duì)蝦肉質(zhì)鮮美、營(yíng)養(yǎng)豐富，是廣受歡迎的水產(chǎn)品之一；2016年的統(tǒng)計(jì)顯示，中國(guó)對(duì)蝦的養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)到39 288 t，在水產(chǎn)品交易市場(chǎng)上占據(jù)了一定的份額[1]，但由于其水分含量高、組織脆弱，極容易黑變、腐敗，因而冷凍保藏十分重要。凍藏是目前中國(guó)對(duì)蝦保鮮貯藏最常用的方式之一，其最終品質(zhì)不僅受冷凍方法及冷凍速率的影響，也與解凍過(guò)程有直接的關(guān)系，不當(dāng)?shù)慕鈨龇椒〞?huì)加速食品理化性質(zhì)的變化以及微生物的生長(zhǎng)，使凍結(jié)食品品質(zhì)劣變，從而降低其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值；因此尋求一種中國(guó)對(duì)蝦的合理解凍方法十分重要[2-5]。

近年來(lái)，超聲輔助解凍作為一種新型的解凍方式受到人們的關(guān)注[6-7]。Li Bin等[8]提出聲波解凍能縮短解凍時(shí)間，減少汁液損失并提高產(chǎn)品質(zhì)量；Gambuteanu等[9]比較了不同功率的超聲輔助解凍和水解凍對(duì)豬肉理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明超聲強(qiáng)度為0.6 W/cm2時(shí)，相變區(qū)的解凍時(shí)間較靜水解凍縮短了80%，同時(shí)超聲輔助解凍后的豬肉品質(zhì)與對(duì)照組無(wú)顯著差異。目前針對(duì)解凍處理過(guò)程中解凍速率與溫度分布的研究還較為缺乏，如果能精確掌握解凍食品內(nèi)部的溫度分布、變化趨勢(shì)以及解凍時(shí)間，將對(duì)優(yōu)化解凍工藝、加快生產(chǎn)效率、提高食品品質(zhì)有重要的意義。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展使得應(yīng)用數(shù)值模擬法求解產(chǎn)品解凍過(guò)程的傳熱問(wèn)題成為可能[10]。Birla等[11]用FEMLAB軟件來(lái)模擬水果的射頻解凍過(guò)程，其設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證用結(jié)冷膠制作的水果模型解凍過(guò)程中的溫度分布，結(jié)果證明模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果十分吻合，該模型能成功預(yù)測(cè)解凍過(guò)程中的瞬時(shí)溫度分布。

現(xiàn)階段對(duì)解凍過(guò)程中的傳熱模擬已有很多研究，但大都集中在對(duì)射頻解凍和微波解凍的模擬[11-13]，而對(duì)超聲輔助解凍的有限元模擬幾乎沒(méi)有相關(guān)研究。本實(shí)驗(yàn)以中國(guó)對(duì)蝦為研究對(duì)象，探究超聲輔助解凍對(duì)蛋白變性的影響，旨在為中國(guó)對(duì)蝦科學(xué)合理的解凍方法提供參考；同時(shí)應(yīng)用COMSOL Multiphysics 5.2a軟件模擬超聲輔助解凍中國(guó)對(duì)蝦的過(guò)程，建立食品的熱物理學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間變化的超聲-熱傳導(dǎo)雙向耦合模型，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮中國(guó)對(duì)蝦購(gòu)于杭州駱家莊農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，其大小、形態(tài)一致，質(zhì)量（11.0±0.5）g，鮮活無(wú)異味。

牛血清白蛋白 上海阿拉丁試劑有限公司；考馬斯亮藍(lán) 生工生物工程（上海）有限公司；寬分子質(zhì)量蛋白標(biāo)準(zhǔn) 美國(guó)Thermo Scientific公司；十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gelelectrophoresis，SDS-PAGE）、凝膠配制試劑盒、上樣緩沖液 上海碧云天生物科技有限公司；其他試劑均為分析純或化學(xué)純。

1.2 儀器與設(shè)備

Data Trace MP III無(wú)線溫度傳感器及工作站 美國(guó)Mesa Labs公司；JY92-IIDN超聲波細(xì)胞粉碎機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司；FSH-2可調(diào)高速勻漿機(jī) 金壇市鴻科儀器廠；PowerPacTM基礎(chǔ)電泳儀、電泳槽 美國(guó)Bio-Rad公司；MultiskanTM GO全波長(zhǎng)酶標(biāo)儀 美國(guó)賽默飛世爾科技公司；Cary Eclipse熒光分光光度計(jì) 美國(guó)安捷倫公司；HH-10數(shù)顯恒溫?cái)嚢杷″?金壇市科杰儀器廠；UV 2550紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 日本島津公司；MDS1差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀 梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司。

1.3 模型的建立和驗(yàn)證

1.3.1 超聲輔助解凍裝置與對(duì)蝦幾何模型

圖1 超聲輔助解凍裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the experimental setup for ultrasound-assisted thawing

解凍裝置如圖1所示，超聲輔助解凍槽是半徑50 mm、高150 mm的圓柱形水槽，其中液面高度為120 mm，解凍介質(zhì)為水。將待解凍的對(duì)蝦放置在高度為25 mm的鏤空金屬網(wǎng)支架上進(jìn)行解凍。在設(shè)計(jì)模型時(shí)，忽略對(duì)蝦的頭部和尾鰭（均不含肌肉組織），以含肌肉為主的蝦腹為模擬對(duì)象。由于對(duì)蝦不規(guī)則的形態(tài)，在建模過(guò)程中，通過(guò)測(cè)量形態(tài)、大小近似的對(duì)蝦的尺寸，取其平均值，再依照其尺寸和形狀建立對(duì)蝦的3D幾何模型（圖2）。

圖2 中國(guó)對(duì)蝦的幾何模型以及所劃分的網(wǎng)格Fig.2 Computational geometry of Chinese shrimp body and the obtained mesh

建立模型時(shí)，選用固體傳熱和壓力聲場(chǎng)兩個(gè)物理場(chǎng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置建立幾何模型，相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1所示，其中解凍介質(zhì)水的基本參數(shù)由COMSOL Multiphysics軟件提供。為了簡(jiǎn)化研究，建立模型時(shí)有幾下幾點(diǎn)假設(shè)[14-18]：1）對(duì)蝦在解凍過(guò)程中與外界環(huán)境僅有熱交換；2）對(duì)蝦各組成部分均為各向同性的均勻體，忽略蝦殼對(duì)傳熱造成的影響；3）對(duì)蝦在解凍過(guò)程中，蝦體內(nèi)部熱交換只考慮導(dǎo)熱，不考慮對(duì)流傳熱；4）解凍初始，對(duì)蝦溫度和水分分布均勻且一致。

表1 相關(guān)參數(shù)Table1 Relevant parameters

1.3.2 超聲輔助解凍的理論基礎(chǔ)

超聲輔助解凍是多物理場(chǎng)問(wèn)題，其中傳熱控制方程見(jiàn)式（1）。

式中：T表示對(duì)蝦的溫度/℃；t表示解凍時(shí)間/s；ρ表示蝦肉的密度/（kg/m3）；Cp表示對(duì)蝦的比熱容/（J/（kg·K））；k表示對(duì)蝦的熱導(dǎo)率/（W/（m·K））；Q0表示單位體積物料所吸收的超聲能量/（W/m3）。

Q0、聲壓（P）、聲強(qiáng)（I）的計(jì)算分別見(jiàn)式（2）～（4）。

由式（3）、（4）得式（5）。

式中：ω表示超聲的角頻率/（rad/s）；α表示超聲在物料中的衰減系數(shù)/m－1；A表示超聲探頭的振幅/m；c表示聲波在物料中的傳播速率/（m/s）。

1.3.3 邊界條件及初始條件

對(duì)蝦底面在解凍過(guò)程中一直與鏤空金屬支撐網(wǎng)接觸，但因其導(dǎo)熱作用小，故忽略不計(jì)。對(duì)蝦與解凍裝置中的水發(fā)生對(duì)流換熱，視為第三類邊界條件[22]，具體由式（6）表示。

式中：h是對(duì)流傳熱系數(shù)，超聲輔助解凍時(shí)取350 W/（m2·K），水解凍時(shí)取200 W/（m2·K）[23]；T是對(duì)蝦的表面溫度/℃；T水表示介質(zhì)水的溫度（15 ℃）。

凍結(jié)的對(duì)蝦內(nèi)部各項(xiàng)均勻，溫度一致，因此對(duì)蝦的初始條件方程由式（7）表示。

式中：T0是對(duì)蝦的初始溫度（－18 ℃）。

1.3.4 對(duì)蝦熱物性參數(shù)的確定

對(duì)蝦在解凍過(guò)程中會(huì)發(fā)生相變，大部分冰晶融化成水，其熱物性會(huì)發(fā)生較大變化。為準(zhǔn)確模擬和預(yù)測(cè)凍結(jié)過(guò)程中的溫度場(chǎng)及解凍時(shí)間，故采用分段多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型來(lái)反映對(duì)蝦的熱物性變化規(guī)律[18]。確定對(duì)蝦的主要成分是合理計(jì)算對(duì)蝦熱物理參數(shù)的基礎(chǔ)，經(jīng)測(cè)定，其主要成分水分、蛋白質(zhì)、灰分、脂肪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別近似為78%、19%、2%、1%。各組分的熱物理性質(zhì)參考李云飛等[25]編著的《食品工程原理》。

由馮亦步[26]的研究可知，蝦中冰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ω冰）、已解凍的水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ωw）計(jì)算分別見(jiàn)式（8）、（9）。

式中：Tf是初始凍結(jié)溫度/℃；T是蝦體溫度/℃；ω’水是對(duì)蝦中總的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%；根據(jù)凍結(jié)曲線可知，對(duì)蝦的Tf為－2 ℃；ω冰是對(duì)蝦中在解凍過(guò)程中冰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

早期對(duì)食品解凍的模擬大多假設(shè)食品熱物性參數(shù)在解凍過(guò)程中為常數(shù)，而實(shí)際上食品的熱物性參數(shù)在解凍過(guò)程中有較大的變化，特別是含水量高的食品。食品解凍發(fā)生在一定的溫度范圍內(nèi)而非某一特定溫度，由于解凍涉及到食品中水的相變過(guò)程，需要吸收大量的相變潛熱，同時(shí)食品的密度、比熱容和熱導(dǎo)率等熱物理性質(zhì)會(huì)隨著解凍的進(jìn)行不斷發(fā)生變化。本實(shí)驗(yàn)?zāi)M采用固定網(wǎng)格法中的顯熱容法對(duì)潛熱釋放進(jìn)行處理，即把相變潛熱看作是在相變區(qū)域內(nèi)有一個(gè)很大的顯熱容，這樣就能將分區(qū)描述的控制方程及界面能量守恒條件轉(zhuǎn)化成在整個(gè)區(qū)域上適用的單一非線性導(dǎo)熱方程。同時(shí)采用變熱物性方程來(lái)反映中國(guó)對(duì)蝦在解凍過(guò)程中熱物性參數(shù)隨溫度變化而相應(yīng)變化的值[21]。

對(duì)蝦比熱容（Cp/（J/（kg·K）））、熱導(dǎo)率（k/（W/（m·K）））、密度（ρ/（kg/m3））的計(jì)算分別見(jiàn)式（10）～（12）[26-27]。

式中：ωi表示各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%；Cpi表示各組分對(duì)應(yīng)的比熱容/（J/（kg·K））；L表示水的潛熱/（J/mol）；ki表示各組分對(duì)應(yīng)的熱導(dǎo)率/（W/（m·K）；ρi表示各組分對(duì)應(yīng)的密度/（kg/m3）。

對(duì)蝦的比熱容、熱導(dǎo)率以及密度隨溫度變化的趨勢(shì)如圖3所示。

圖3 對(duì)蝦隨溫度變化的熱物性參數(shù)Fig.3 Thermal properties of Chinese shrimp as a function of temperature

1.3.5 模型的驗(yàn)證以及超聲輔助解凍對(duì)中國(guó)對(duì)蝦蛋白變性的影響

選用與模型大小、形態(tài)近似的新鮮對(duì)蝦，冰水致死后，去頭、尾鰭。將溫度探頭插入至對(duì)蝦最大截面處的中心位置，即蝦體幾何中心部位視為對(duì)蝦的溫度最低點(diǎn)，用來(lái)記錄對(duì)蝦在解凍過(guò)程中中心溫度的變化。對(duì)蝦在－18 ℃下凍藏48 h后，取出并置于超聲輔助解凍裝置中進(jìn)行超聲輔助解凍，超聲強(qiáng)度為0.2 W/mL。對(duì)照組是在相同條件下僅去掉超聲作用的靜水解凍。其中，解凍介質(zhì)均恒溫在15 ℃。

為了驗(yàn)證有限元模擬模型的精度，采用均方根誤差（root mean square error，RMSE）（式（13））對(duì)模擬及實(shí)測(cè)結(jié)果間的差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。

式中：Tm表示模擬溫度/℃；T表示對(duì)蝦的實(shí)測(cè)中心溫度/℃；i表示數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)編號(hào)；n表示數(shù)據(jù)點(diǎn)總數(shù)。

為探究超聲輔助解凍對(duì)中國(guó)對(duì)蝦蛋白變性的影響，取解凍后的樣品進(jìn)行以下指標(biāo)測(cè)定。

1.3.5.1 肌原纖維蛋白的提取

肌原纖維蛋白提取按照Lefevre等[28]的方法并進(jìn)行適當(dāng)修改。稱取4.00 g樣品，與緩沖液A（20 mmol/L磷酸鹽緩沖液，含有100 mmol/L NaCl、1 mmol/L EDTA，pH 7.0）按1∶10（m/V）混合均勻，15 000 r/min勻漿60 s，6 000 r/min、4 ℃離心10 min，取沉淀。再加入5 倍體積緩沖液A，相同條件下離心取沉淀。重復(fù)以上操作2 次，最后沉淀中加入緩沖液B（25 mmol/L磷酸鹽緩沖液，含有0.6 mol/L NaCl，pH 7.0），勻漿后冰浴溶解2 h，過(guò)濾去除不溶性部分，濾液即為肌原纖維蛋白溶液。以牛血清白蛋白作標(biāo)準(zhǔn)曲線，考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定蛋白質(zhì)量濃度，并用緩沖液B調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)量濃度。

1.3.5.2 肌原纖維蛋白的SDS-PAGE圖譜

參照Laemmli[29]的方法，并加以調(diào)整。向一定質(zhì)量濃度的肌原纖維蛋白樣品中加入緩沖液B，使各蛋白樣品的最終質(zhì)量濃度一致，加1×上樣緩沖液，沸水浴5 min。上樣量為10 μL，選擇恒壓條件，4%濃縮膠恒壓80 V條件下進(jìn)行電泳，待樣品進(jìn)入12%分離膠后，調(diào)節(jié)電壓至120 V，繼續(xù)電泳，直到溴酚藍(lán)跑至凝膠底部，關(guān)閉電源。將膠取出，加入適量的考馬斯亮藍(lán)染色液R250，染色30 min。染色完畢后，回收染色液，加入適量脫色液，置于搖床脫色過(guò)夜，直至凝膠上的背景色完全脫去。

1.3.5.3 解凍處理后蛋白的熒光光譜分析

將肌原纖維蛋白溶液稀釋至0.1 mg/mL，運(yùn)用熒光分光光度計(jì)在室溫25 ℃環(huán)境下進(jìn)行樣品的熒光掃描測(cè)定，采用1 cm光徑的四面透光的石英比色皿，出射和入射的狹縫寬度均為5 nm。樣品在280 nm波長(zhǎng)處被激發(fā)，290～500 nm發(fā)射波長(zhǎng)下進(jìn)行掃描測(cè)定；以磷酸鹽緩沖溶液作為空白對(duì)照。

1.3.5.4 對(duì)蝦肌肉蛋白熱穩(wěn)定性測(cè)定

對(duì)蝦去頭去殼后，取第二腹節(jié)處約15 mg左右的肌肉，平鋪于DSC儀鋁質(zhì)樣品盤(pán)中，用配套鋁蓋壓蓋密封處理，需稱量記下蝦肌肉樣品的精確質(zhì)量，以空白鋁盤(pán)作為對(duì)照。DSC儀工作條件為：N2（99.99%純度）流速40 mL/min；20 ℃平衡2 min。以5 ℃/min的升溫速率從20 ℃升溫至100 ℃，記錄該升溫范圍內(nèi)的吸熱變性曲線。用與DSC儀連接的TA Universal分析軟件來(lái)探究解凍處理對(duì)蝦肉肌肉蛋白DSC圖譜各峰的變性溫度以及變性焓的影響。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每次測(cè)定至少設(shè)置3 次平行，測(cè)定結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用SPSS 20軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用ANOVA進(jìn)行鄧肯氏（Duncan）差異顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)蝦解凍的數(shù)值模擬結(jié)果

2.1.1 對(duì)蝦在解凍過(guò)程中最大截面處的溫度分布

圖4 不同解凍時(shí)間的切面溫度場(chǎng)Fig.4 Internal cross-sectional temperature fields at different thawing times

對(duì)蝦解凍所需的熱量以超聲衰減產(chǎn)熱和與介質(zhì)的熱交換為主，取解凍10、48、100、146 s時(shí)對(duì)蝦最大截面處的溫度分布來(lái)觀察。超聲輔助解凍和靜水解凍時(shí)對(duì)蝦溫度分布如圖4所示。由模擬結(jié)果可知，解凍到10 s時(shí)，對(duì)蝦與介質(zhì)水發(fā)生劇烈的熱交換，其邊緣部分迅速升溫，而內(nèi)部溫度依舊較低；超聲輔助解凍的對(duì)蝦內(nèi)部整體溫度高于靜水解凍組，且低溫區(qū)的面積小于靜水解凍組的低溫面積。解凍到48 s時(shí)，對(duì)蝦表面的溫度依舊升高得較快，超聲輔助解凍的對(duì)蝦整體進(jìn)入相變區(qū)，最低溫度為－5 ℃，低溫區(qū)在逐漸減少；靜水解凍的對(duì)蝦邊緣升溫迅速，但內(nèi)部低溫區(qū)的面積仍然較大，熱量由外向里逐漸傳導(dǎo)。當(dāng)解凍到100 s時(shí)，超聲輔助解凍的對(duì)蝦僅一小片區(qū)域處于相變區(qū)；靜水解凍的對(duì)蝦解凍完成區(qū)域從邊緣到中心逐漸增加，但中心的一大片區(qū)域仍處于相變階段。解凍至146 s時(shí)，超聲輔助解凍的對(duì)蝦最低溫度達(dá)到－1 ℃，解凍完成；而靜水解凍的對(duì)蝦中心部分仍處于相變區(qū)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)解凍至208 s時(shí)，才完成解凍。由此可知，超聲輔助解凍過(guò)程中，一方面對(duì)蝦內(nèi)部組織吸收超聲衰減所產(chǎn)生的能量從而加速解凍進(jìn)程；另一方面超聲促進(jìn)對(duì)蝦與介質(zhì)的熱交換，因而解凍速率顯著大于靜水解凍組。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖5 超聲輔助解凍（A）和靜水解凍（B）時(shí)中國(guó)對(duì)蝦中心溫度模擬值和實(shí)測(cè)值對(duì)比Fig.5 Comparison of measured and simulated values of internal temperature of Chinese shrimp during ultrasound-assisted thawing (A)and water immersion thawing (B)

為了判斷COMSOL軟件模擬的準(zhǔn)確性，本研究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。如圖5A所示，超聲輔助解凍時(shí)，COMSOL軟件計(jì)算得到的中心溫度達(dá)到－1 ℃所需時(shí)間為146 s，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的時(shí)間為132 s，較為接近。在解凍的整個(gè)階段，模擬值與實(shí)驗(yàn)值擬合較好，RMSE為0.943 3 ℃。圖5B是對(duì)照組靜水解凍中心溫度實(shí)驗(yàn)值和模擬值的對(duì)比，計(jì)算得到的中心溫度到達(dá)－1 ℃所需時(shí)間為208 s，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的時(shí)間為206 s，較為接近，RMSE為0.907 7 ℃。結(jié)果表明，COMSOL軟件模擬能較好地反映超聲輔助解凍過(guò)程中溫度分布和變化趨勢(shì)，本模型具有一定的精確性。

同時(shí)可以看出，超聲輔助解凍的解凍速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)照組，解凍時(shí)間縮短了35.9%；尤其在相變期，超聲輔助解凍能快速通過(guò)此階段，降低對(duì)凍藏食品品質(zhì)的損害，是一種快速有效的解凍方式。

2.2 解凍處理對(duì)對(duì)蝦蛋白品質(zhì)的影響

2.2.1 解凍處理對(duì)對(duì)蝦肌原纖維蛋白SDS-PAGE的影響

圖6 中國(guó)對(duì)蝦肌原纖維蛋白的SDS-PAGE圖譜Fig.6 SDS-PAGE patterns of Chinese shrimp myofibril proteins

SDS-PAGE圖譜常用來(lái)表征蛋白質(zhì)的聚集或裂解變性情況。電泳圖譜的主要條帶包括分子質(zhì)量為220 kDa的肌球蛋白重鏈、43 kDa的肌動(dòng)蛋白、36 kDa的原肌球蛋白[30]。如圖6所示，解凍處理后肌球蛋白重鏈與肌動(dòng)蛋白同鮮樣對(duì)照組無(wú)顯著性差異，表明在肌原纖維蛋白中，解凍處理對(duì)這幾種主要蛋白沒(méi)有明顯的影響。與鮮樣對(duì)照組相比，解凍后分子質(zhì)量為70～100 kDa的蛋白條帶顏色輕微地變淺或加深，表明蛋白發(fā)生一定程度的降解和交聯(lián)；這主要是在凍結(jié)、解凍解凍過(guò)程中，蛋白質(zhì)受自身蛋白酶和細(xì)菌蛋白酶的共同作用發(fā)生分解所引起的[31]。

2.2.2 解凍處理對(duì)對(duì)蝦肌原纖維蛋白熒光色譜的影響

圖7 解凍處理對(duì)對(duì)蝦肌原纖維蛋白內(nèi)源熒光的影響Fig.7 Effect of thawing treatment on the intrinsic fluorescence intensity of shrimp myofibrillar protein

蛋白的內(nèi)源熒光主要來(lái)自于色氨酸（Trp）和酪氨酸（Tyr）殘基，常作為內(nèi)源熒光探針來(lái)研究溶液狀態(tài)下蛋白質(zhì)的構(gòu)象[32]。蝦肉肌原纖維蛋白經(jīng)解凍處理后其內(nèi)源熒光強(qiáng)度的變化如圖7所示，解凍處理對(duì)肌原纖維蛋白的最大吸收波長(zhǎng)沒(méi)有發(fā)生顯著性改變，均為336 nm，未檢測(cè)出肌原纖維蛋白熒光發(fā)射峰的紅移或藍(lán)移現(xiàn)象，說(shuō)明Trp和Tyr殘基微環(huán)境極性沒(méi)有發(fā)生明顯變化。但解凍后肌原纖維蛋白的熒光強(qiáng)度顯著上升，熒光強(qiáng)度的增加主要由于蛋白質(zhì)疏水殘基的暴露，即肌原纖維蛋白的Trp部分展開(kāi)[33]。這表明解凍處理對(duì)蛋白的高級(jí)結(jié)構(gòu)有一定的影響，使得蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，讓更多的發(fā)色基團(tuán)暴露；尤其是靜水解凍，對(duì)蛋白構(gòu)象影響較大。

2.2.3 解凍過(guò)程對(duì)對(duì)蝦肌肉蛋白熱穩(wěn)定性的影響

表2 解凍處理對(duì)中國(guó)對(duì)蝦蝦肉蛋白熱穩(wěn)定性的影響Table2 Influence of thawing treatment on thermal stability of Chinese shrimp muscle

表2顯示了解凍過(guò)程對(duì)蝦肉峰I、峰II、峰III變性溫度和變性焓值的影響。解凍后蝦肉蛋白峰I的變性焓值有一定程度的下降，但沒(méi)有顯著性變化；峰II的變性溫度均顯著性上升，變性焓無(wú)顯著性變化；峰III的變性焓值下降，尤其是靜水解凍后的蝦肉蛋白，變性焓顯著性下降。因此可知，解凍處理對(duì)蝦肌肉蛋白的熱穩(wěn)定性影響較小，超聲輔助解凍由于具有較快且較為穩(wěn)定的特點(diǎn)，解凍后的蝦肉蛋白熱穩(wěn)定性接近鮮樣，蛋白變性程度低，靜水解凍后蛋白熱穩(wěn)定性降低。其中肌漿蛋白對(duì)解凍處理有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，由于其較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，解凍不會(huì)導(dǎo)致其徹底變性，只會(huì)降低其變性溫度；而肌動(dòng)蛋白則較易受到影響，變性程度較大。

3 結(jié) 論

和傳統(tǒng)解凍方式相比，超聲輔助解凍展現(xiàn)出了較高的工業(yè)價(jià)值，能顯著提高解凍速率的同時(shí)并較好地保持食品的品質(zhì)。利用COMSOL軟件對(duì)超聲輔助解凍過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬值和實(shí)驗(yàn)值較為接近，其中超聲輔助解凍的RMSE為0.943 3 ℃，對(duì)照組的RMSE為0.907 7 ℃，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性；且超聲輔助解凍的時(shí)間比對(duì)照組縮短了35.9%。

解凍處理后，對(duì)于蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，占主要成分的肌球蛋白重鏈和肌動(dòng)蛋白沒(méi)有發(fā)生變化，但有一部分蛋白條帶顏色變淺或加深，發(fā)生輕微的降解或聚集。從熒光光譜來(lái)看，最大吸收波長(zhǎng)均無(wú)顯著變化，但熒光強(qiáng)度均一定程度增加，尤其是靜水解凍后，熒光強(qiáng)度增加幅度較大，造成肌原纖維蛋白的Trp殘基較多暴露。超聲輔助解凍后，對(duì)蝦肌肉的熱穩(wěn)定性接近鮮樣，而靜水解凍后，其肌動(dòng)蛋白的變性焓值顯著下降，熱穩(wěn)定性變差。

綜上所述，相較于靜水解凍，超聲輔助解凍對(duì)蝦是一種高效的解凍方式，在快速解凍的同時(shí)能較好地保持中國(guó)對(duì)蝦的品質(zhì)，這種解凍方式值得更深一步的研究。