孫志利,張潔玲,陳小寶,陳蘭,候思聰,任彤,焦峰,梁迪,李金濤

(天津商業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,天津,300400)

南美白對蝦,又名凡納濱對蝦,由于其生長發(fā)育快、環(huán)境適應(yīng)性和病毒抵御性強(qiáng)、且營養(yǎng)美味,現(xiàn)已成為全球最重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖對蝦物種之一[1]。南美白對蝦在貯藏過程中很容易受到外部環(huán)境以及內(nèi)部微生物的影響而產(chǎn)生生化降解,導(dǎo)致腐敗變質(zhì)[2]。為了抑制其腐敗變質(zhì)的速度,人們多采用冷凍的方法進(jìn)行貯藏[3]。但由于凍藏期間溫度波動的存在,會引起細(xì)胞內(nèi)小冰晶的減少、消失和大冰晶的生長,以及細(xì)胞汁液的濃縮,進(jìn)而引起細(xì)胞機(jī)械受損以及蛋白質(zhì)和脂肪的變性,加速肉的腐敗,降低其可食性[4]。

司徒慧媛等[5]研究發(fā)現(xiàn)冷鏈流通過程中,金鯧魚因溫度波動而存在潛在的質(zhì)量安全風(fēng)險。崔昊昕等[4]研究了-3.5 ℃微凍情況下溫度波動對豬肉和鮭魚質(zhì)量的影響,發(fā)現(xiàn)溫度波動會導(dǎo)致肌肉結(jié)構(gòu)完整性的破壞,加速食品的腐敗變質(zhì)。溫度波動對凍品的品質(zhì)控制很重要,研究也很多,但是大多集中在冷鏈流通過程中溫度變化對凍品品質(zhì)的影響,以及微凍貯藏時溫度波動對凍品品質(zhì)的影響,關(guān)于溫度波動對冷凍貯藏凍品品質(zhì)影響的研究較少[6]。因此,本研究將南美白對蝦置于-18 ℃的冷柜中,并給冷柜設(shè)置不同的溫度波動(±0.5、±2、±4、±6、±8 ℃),探究不同溫度波動對凍藏南美白對蝦揮發(fā)性鹽基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)值、硫代巴比妥酸反應(yīng)物(thiobarbituric acid reactive substance,TBARS)值、L*值、硬度、彈性、咀嚼性等指標(biāo)的影響[7],并與-40 ℃條件下的凍藏結(jié)果做對比。研究結(jié)果為降低低溫貯藏設(shè)備中的溫度波動提供理論依據(jù),以減少蝦類制品的冷凍損失。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南美白對蝦購買自天津市北辰區(qū)天利水產(chǎn)批發(fā)配送中心,選取新鮮、蝦體長度(15.00±0.62) cm,質(zhì)量(28.35±1.06) g的南美白對蝦,30 min內(nèi)運(yùn)送到試驗室,用冰水猝死。

試驗所用試劑：氧化鎂、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、乙醇,網(wǎng)化(山東)化學(xué)科技有限公司;丙二醛、三氯乙酸、乙二胺四乙酸二鈉,天津卓越創(chuàng)鑫科技有限公司;硼酸、鹽酸、硫代巴比妥酸,上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UDK159全自動凱氏定氮儀,意大利VELP公司;AH100B高壓納米均質(zhì)機(jī),上海ATS ENGINEERING INC公司;Thermo Evolution 201紫外可見分光光度計,美國Thermo Scientific公司;SPX-100B-D型振蕩培養(yǎng)箱,上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;JC-SY型數(shù)顯恒溫水浴鍋,上海成順儀器儀表有限公司;Ultrascan PRO臺式分光光度計,美國Hunterlab公司;TA-XT plus物性測試儀,英國Stable Micro System公司。

1.3 實(shí)驗方法

1.3.1 實(shí)驗設(shè)計

本實(shí)驗設(shè)計了5個溫度波動組和1個對照組,不同溫度波動組冷柜的溫度分別為(-18±0.5)、(-18±2)、(-18±4)、(-18±6)、(-18±8) ℃,對照組冷柜溫度為-40 ℃。每組冷柜中的樣品又都以南美白對蝦全蝦和南美白對蝦蝦仁2種方式凍藏。

將猝死后的南美白對蝦隨機(jī)分為2組,其中一組帶殼,另一組去掉頭部、尾部、蝦線和蝦殼制成蝦仁,用預(yù)冷蒸餾水沖洗干凈后,置于真空包裝袋中抽真空并在速凍機(jī)中速凍處理到-18 ℃。之后把南美白對蝦全蝦和蝦仁分別凍藏在不同溫度波動組的冷柜中,冷凍貯藏總時長120 d,以30 d為1周期,定期取出南美白對蝦樣品放到4 ℃冰箱中解凍,解凍時長為12 h[8],而后測定不同溫度波動組和對照組中全蝦和蝦仁的各物化指標(biāo)。

其中不同溫度波動組的冷柜通過可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)實(shí)現(xiàn)對冷柜溫度波動的控制[8]。在凍藏過程中,用PT 100熱電阻對冷柜溫度進(jìn)行實(shí)時記錄,冷柜的溫度波動監(jiān)測結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯鰷囟炔▌臃扰c波動頻率的關(guān)系,其中(-18±0.5) ℃組溫度波動頻率為10 min/次,(-18±2) ℃組溫度波動頻率為17 min/次,(-18±4) ℃組溫度波動頻率為28 min/次,(-18±6) ℃組溫度波動頻率為42 min/次,(-18±8) ℃組溫度波動頻率為53 min/次[6]。

a-(-18±0.5) ℃組;b-(-18±2) ℃組;c-(-18±4) ℃組;d-(-18±6) ℃組;e-(-18±8) ℃組圖1 不同冷柜溫度波動情況監(jiān)測圖

1.3.2 TVB-N的測定

將不同試驗組凍藏的南美白對蝦取出,在4 ℃冰箱中解凍12 h后去除蝦頭、蝦尾、蝦線、蝦殼(蝦仁狀態(tài)凍藏的南美白對蝦無需處理)并絞碎攪勻。之后按照GB 5009.228—2016 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》中的自動凱氏定氮儀法測定凍藏樣品的TVB-N值[9]。每組測試5個平行樣品,取平均值。

1.3.3 TBARS值的測定

將不同試驗組凍藏的南美白對蝦取出,在4 ℃冰箱中解凍12 h后去除蝦頭、蝦尾、蝦線、蝦殼(蝦仁狀態(tài)凍藏的南美白對蝦無需處理)并絞碎攪勻。之后按照GB 5009.181—2016 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中丙二醛的測定》中的分光光度法測定凍藏樣品的丙二醛(malondialdehyde,MDA)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。TBARS值用丙二醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示[10]。每組測試5個平行樣品,取平均值。

1.3.4L*值的測定

采用分光光度計測定南美白對蝦的明度值(L*值)。先放置白板和光阱在臺式分光光度儀的反射口校色,之后用樣品夾將被測蝦肉樣品固定在反射口進(jìn)行測量,樣品測量過程中要保證樣品將反射口完全覆蓋。每組測試5個平行樣品,并取其平均值。

1.3.5 硬度、彈性、咀嚼性的測定

南美白對蝦樣品的硬度、彈性、咀嚼性等質(zhì)構(gòu)特性采用TA-XT plus質(zhì)構(gòu)分析儀來測定[11]。以蝦肉樣品腹部靠近頭部第二節(jié)為測試點(diǎn),采用刀具為P 0.5,選取全質(zhì)構(gòu)分析(texture profile analysis,TPA)模式測定南美白對蝦的各質(zhì)構(gòu)指標(biāo)。測試參數(shù)：測試前速率3 mm/s,測試速率1 mm/s,測試后速率1 mm/s,壓縮程度30%,停留隔時間5 s,參考王強(qiáng)等[12]的方法并做修改。每組測試5個平行樣品,并取其平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 南美白對蝦TVB-N值變化

TVB-N是水產(chǎn)品中蛋白質(zhì)分解的產(chǎn)物,是判斷水產(chǎn)品新鮮程度的一個重要指標(biāo)[13]。根據(jù)GB 2733—2015 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 鮮、凍動物性水產(chǎn)品》規(guī)定[14],海水魚蝦TVB-N值以30 mg/100 g為初步腐敗的界限標(biāo)準(zhǔn)。

在不同工況下凍藏120 d的南美白對蝦TVB-N值變化如圖2所示,其中每組測試的5個樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviation,SD)≤0.27 mg/100 g。新鮮南美白對蝦的TVB-N值為4.95 mg/100 g,與屈彤彤等[15]的研究結(jié)果相近。隨著時間延長,不同溫度波動組的TVB-N值都緩慢增加。全蝦組在不同溫度波動的冷柜中凍藏至第120天時,(-18±0.5)、(-18±2)、(-18±4)、(-18±6)、(-18±8) ℃組TVB-N值分別增長到16.89、18.44、21.74、25.86、32.01 mg/100 g,-40 ℃對照組增長到15.16 mg/100 g,最小溫度波動組(-18±0.5) ℃組的TVB-N值最接近對照組-40 ℃。估算全蝦組TVB-N值在(-18±8) ℃下凍藏至第108天時超過國標(biāo)規(guī)定的初步腐敗界限30 mg/100 g,已經(jīng)不可食用。蝦仁組在(-18±8) ℃下貯藏第120天時升高至25.95 mg/100 g,并未超過國標(biāo)規(guī)定的合格水平,且蝦仁組總體TVB-N值普遍低于全蝦組。

a-全蝦組;b-蝦仁組圖2 120 d內(nèi)南美白對蝦TVB-N值變化

溫度波動幅度越大,TVB-N值增長越快,這一方面是由于較大的溫度波動導(dǎo)致生成更大的冰晶,加劇了細(xì)胞汁液的濃縮,引起蛋白質(zhì)更為嚴(yán)重的變性;另一方面可能是因為溫度波動的增大加速了氧化酶等氧化因子的產(chǎn)生,提高了蝦肉蛋白的分解速度,不利于凍藏蝦肉肉質(zhì)的保持[16]。蝦仁組TVB-N值較小主要是因為全蝦頭部含有腸胃、生殖腺等器官,氧化酶和微生物含量較多,促進(jìn)了蛋白質(zhì)的分解,因而TVB-N值相對較大[17]。

2.2 南美白對蝦TBARS值變化

南美白對蝦體內(nèi)的脂肪大多是由人體所必需的不飽和脂肪和脂肪酸組成的,其在凍藏過程中極易氧化酸敗從而導(dǎo)致蝦肉的腐敗變質(zhì)。脂肪氧化后的產(chǎn)物可以和硫代巴比妥酸[18](thiobarbituric acid method,TBA)反應(yīng)生成TBARS,因此TBARS值能夠直觀地反映脂肪氧化程度[19]。

120 d內(nèi)TBARS值變化如圖3所示,其中每組測試的5個樣品的SD≤0.009 3 mg MDA/kg。新鮮的蝦TBARS值為0.12 mg MDA/kg,隨著時間延長,不同溫度波動組南美白對蝦的TBARS值都逐漸增大。全蝦組凍藏120 d后,(-18±0.5)、(-18±2)、(-18±4)、(-18±6)、(-18±8) ℃組TBARS值分別上升至0.72、0.75、0.82、0.87、1.06 mg MDA/kg,-40 ℃對照組增長至0.7 mg MDA/kg。蝦仁組凍藏120 d后TBARS值分別上升至0.68、0.79、0.81、0.82、1.02 mg MDA/kg,-40 ℃對照組增長至0.62 mg MDA/kg。

a-全蝦組;b-蝦仁組圖3 120 d內(nèi)南美白對蝦TBARS值變化

顯然,對于全蝦組和蝦仁組,溫度波動越大,TBARS值增長越明顯,且(-18±0.5) ℃組TBARS值更接近-40 ℃對照組。一方面是因為溫度波動幅度增大會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)生成更大的冰結(jié)晶,冰結(jié)晶產(chǎn)生的壓力會導(dǎo)致更多的脂肪酸轉(zhuǎn)移到細(xì)胞表面,與空氣接觸而發(fā)生氧化。另一方面是因為更大的冰晶會造成細(xì)胞更嚴(yán)重的機(jī)械損傷,細(xì)胞內(nèi)部釋放出的氧化酶增多,加劇了脂質(zhì)的氧化。且TBARS值的變化趨勢與TVB-N值的變化趨勢相吻合,這是因為脂肪氧化產(chǎn)生的酮、醛等物質(zhì)會促進(jìn)蛋白質(zhì)變性。

2.3 南美白對蝦L*值變化

色差是比較直觀地反映南美白對蝦凍藏品質(zhì)的感官指標(biāo),色差總是以(試樣-標(biāo)樣)的值來計算。L*為0代表黑,L*為100代表白,如果ΔL*為正,代表試樣比標(biāo)樣淺,如果ΔL*為負(fù),代表試樣比標(biāo)樣深。

120 d內(nèi)L*值變化如圖4所示,其中每組測試的5個樣品的SD≤0.20。由圖4可知,隨著時間的延長,不同溫度波動組凍藏后蝦肉組織L*值都逐漸增大,ΔL*為正,代表蝦肉組織逐漸發(fā)白,其結(jié)果與齊賀等[20]的研究結(jié)果一致。由圖可知,凍藏初期全蝦組和蝦仁組顏色變化較慢,在凍藏第30～60天過程中,顏色變化最快。在凍藏120 d后,(-18±8) ℃組貯藏的全蝦肌肉L*值升高了17.46%,遠(yuǎn)高于其他溫度波動組L*值升高程度,(-18±0.5) ℃組凍藏的全蝦肌肉L*值升高了11.11%,最接近-40 ℃對照組全蝦肌肉L*值的升高量(10.33%)。蝦仁組凍藏120 d后,(-18±8) ℃組凍藏的蝦仁肌肉L*值升高了22.13%,(-18±0.5) ℃組貯藏的蝦仁肌肉L*值升高了13.01%,最接近-40 ℃對照組蝦仁肌肉L*值的升高量(10.94%)。

a-全蝦組;b-蝦仁組圖4 120 d內(nèi)南美白對蝦L*值變化

南美白對蝦在凍藏過程中組織顏色變淺,一方面是因為細(xì)胞中脂肪、蛋白質(zhì)等的變性使細(xì)胞保水能力變?nèi)?細(xì)胞內(nèi)部的水分轉(zhuǎn)移到細(xì)胞表面,對光產(chǎn)生反射所致[21];另一方面是因為大冰晶導(dǎo)致的細(xì)胞機(jī)械損傷,使得細(xì)胞內(nèi)部的水分通過這些空隙向外流出[22],同樣加強(qiáng)了對光的反射作用。且溫度波動幅度越大,細(xì)胞保水能力的降低越明顯,機(jī)械損傷越嚴(yán)重,蝦肉組織顏色越淺。

2.4 南美白對蝦硬度值變化

硬度表現(xiàn)為樣品達(dá)到一定變形所需要的最大載荷,蛋白質(zhì)變性會引起凍藏蝦肉硬度的改變,在一定范圍內(nèi),硬度越大表示蝦肉肉質(zhì)越好。120 d內(nèi)硬度值變化如圖5所示,其中每組測試的5個樣品的SD≤4.91 g。由圖5可知,隨凍藏時間的延長,溫度波動組和對照組南美白對蝦樣品的硬度均大幅下降。新鮮南美白對蝦的硬度值為1 341.00 g,凍藏至第120天時,-40 ℃組全蝦硬度下降幅度為35.93%,(-18±0.5) ℃組全蝦硬度下降了39.15%,(-18±8) ℃組全蝦硬度值下降幅度為52.54%,可見溫度波動越小,南美白對蝦硬度下降幅度越小,越接近-40 ℃組。而蝦仁組在(-18±8) ℃條件下凍藏至120 d時,蝦肉組織硬度下降幅度為49.12%。蝦仁組硬度下降程度普遍低于全蝦組。

a-全蝦組;b-蝦仁組圖5 120 d內(nèi)南美白對蝦硬度變化

南美白對蝦硬度下降是因為在凍藏過程中,冰晶的增長導(dǎo)致肌原纖維之間的間隙逐漸增大,肌纖維斷裂,使肌肉組織結(jié)構(gòu)變得稀疏,導(dǎo)致細(xì)胞組織的硬度下降[23]。溫度波動幅度越大,生成的冰結(jié)晶越大,肌纖維斷裂程度越嚴(yán)重,因此硬度下降更快。

2.5 南美白對蝦彈性變化

彈性反映了肉可以被拉伸并恢復(fù)到原來狀態(tài)的長度[24],其變化情況如圖6所示,其中每組測試的5個樣品的SD≤0.004 1 mm。全蝦組南美白對蝦凍藏120 d時,(-18±0.5)、(-18±2)、(-18±4)、(-18±6)、(-18±8) ℃組彈性下降幅度依次為21.12%、23.1%、25.8%、35.17%、46.1%,-40 ℃對照組彈性下降幅度為18.52%,蝦仁組南美白對蝦凍藏120 d時不同溫度波動組彈性下降幅度依次為17.3%、19.77%、24.25%、34.24%、43.6%,-40 ℃對照組彈性下降幅度為15.71%。隨凍藏時間的延長,溫度波動組和對照組南美白對蝦樣品的彈性均逐漸下降,較小溫度波動組南美白對蝦品質(zhì)更接近-40 ℃對照組。且彈性的變化趨勢與硬度相吻合。

a-全蝦組;b-蝦仁組圖6 120 d內(nèi)南美白對蝦彈性變化

彈性下降是因為在凍藏過程中,在水解酶對蛋白質(zhì)的分解作用下,肌肉組織空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,失去固有彈性[15]。溫度波動幅度越大,水解酶的活性越強(qiáng),彈性值下降越快。

2.6 南美白對蝦咀嚼性變化

咀嚼性表示肉在咀嚼或切割時所需的剪切力[25],其變化情況如圖7所示,其中每組測試的5個樣品的SD≤2.77 g。隨凍藏時間的延長,溫度波動組和對照組南美白對蝦樣品的咀嚼性均明顯下降,全蝦組凍藏至120 d時,-40 ℃對照組咀嚼性下降程度為9.69%,(-18±0.5) ℃組咀嚼性下降了11.7%,蝦仁組凍藏至120 d時,-40 ℃對照組咀嚼性下降程度為10.93%,(-18±0.5) ℃組咀嚼性下降了14.8%,溫度波動越小,咀嚼性越接近-40 ℃對照組品質(zhì)。

咀嚼性下降速度隨溫度波動幅度增大而增大,一方面是因為冰結(jié)晶的增長導(dǎo)致肌細(xì)胞內(nèi)肌原纖維的變形,另一方面是因為結(jié)合水減少使得肌原纖維蛋白質(zhì)發(fā)生凝集,導(dǎo)致蝦肉剪切力降低,從而引起咀嚼性的下降。

3 結(jié)論

比較分析南美白對蝦在溫度為-18 ℃、溫度波動為±0.5、±2、±4、±6、±8 ℃條件下凍藏120 d內(nèi)的品質(zhì)變化規(guī)律,并對照-40 ℃情況下凍藏時的品質(zhì),得出以下結(jié)論：

a)隨著凍藏時間延長,南美白對蝦的TVB-N值、TBARS值、L*值逐漸增大,硬度、彈性、咀嚼性等質(zhì)構(gòu)特性值則顯著降低。

b)在-18 ℃條件下凍藏,溫度波動幅度越小,南美白對蝦凍藏品質(zhì)越高,(-18±0.5) ℃下凍藏效果最接近在-40 ℃下的凍藏效果?？梢娡ㄟ^減小溫度波動幅度能夠有效抑制凍藏南美白對蝦肌肉組織中冰結(jié)晶的生長,減小對其肌肉纖維結(jié)構(gòu)的破壞,進(jìn)而減緩劣變速度。

c)以蝦仁狀態(tài)凍藏時,南美白對蝦受溫度波動影響相對較小,各物化指標(biāo)劣變速度對比全蝦狀態(tài)更慢,更有利于其保存。

d)本文在考慮溫度波動幅度對南美白對蝦凍藏品質(zhì)的影響時,并未控制溫度波動頻率不變,建議后續(xù)研究過程中,通過在冷柜中置入電熱棒等方式控制溫度波動頻率為定值。