蝦類保鮮研究進展

俞所銀，李越華，任 青，包建強

（上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海201306）

蝦類屬于節(jié)肢動物門，甲殼綱，十足目，游泳亞目。肉質(zhì)細(xì)嫩，味道鮮美，高蛋白（粗蛋白含量為15% ～22%），低脂肪（0.5% ～30%），低糖（≤1%），含大量微量元素和人體必需的氨基酸[1]，在海鮮食物中營養(yǎng)特點突出，已成為合理膳食結(jié)構(gòu)中的重要組分，深受人們的喜愛。因而近年來世界上蝦類養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，產(chǎn)量大幅度提高。在國際貿(mào)易中，每年貿(mào)易量約為50多萬噸，貿(mào)易額約為35億美元[2]。從港臺、東南亞等國際、國內(nèi)市場對蝦類產(chǎn)品需求來看：鮮度是衡量蝦最主要的品質(zhì)指標(biāo)，鮮度好的蝦不僅暢銷，而且價格高。蝦在捕撈或收獲期存在以下難點：起捕量大，起捕點分散或遠(yuǎn)離收藏與加工點[3]；在生產(chǎn)、加工、配送、銷售過程中由于設(shè)備條件、人員監(jiān)管力度不夠；蝦體本身的生物、化學(xué)特性—出水、長時間露天或高溫下極易死亡，機體便失去了抗菌能力；高水分含量，柔軟的肌肉組織，易被微生物利用造成腐敗變質(zhì)（如“褐變”等），并產(chǎn)生難聞的味道；從而使蝦類的營養(yǎng)價值降低或失去食用價值。因而，蝦類的保鮮問題已為各國研究的熱點之一。本文從蝦類發(fā)生褐變因素角度分析，概述了蝦類保鮮技術(shù)，并結(jié)合時間一溫度一剩余耐藏性（T.-T.T.）理論、類型對其發(fā)展趨勢作了展望。

1 蝦類褐變機理

褐變嚴(yán)重影響蝦類產(chǎn)品商業(yè)價值的提高，因而蝦類保鮮已經(jīng)成為研究的重要課題之一。國內(nèi)外學(xué)者對如何防止蝦類褐變的問題也做出了大量的探索研究[4-9]，如吳國鳳[10]指出我國福建海蝦捕撈季節(jié)一般在4 ～10月份，平均氣溫25℃左右，最高達30℃；采用“層冰層蝦”簡易保鮮時，3 ～5d漁船返港后，有相當(dāng)部分蝦體已嚴(yán)重褐變；尤其是頭部，l ～2d捕獲的蝦品質(zhì)已開始下降，且耗冰多、成本高。蝦類自身含大量的酶類和酪氨酸（L-Tyrosine）[11]，在整個食品冷藏鏈[12]過程中仍然保持著活性，而冷藏鏈中斷或裝卸貨物時造成溫度波動[12]，易引起蝦頭、蝦尾變黑，甚至蝦體褐變、腐敗變質(zhì)以及發(fā)臭，嚴(yán)重影響蝦的經(jīng)濟、營養(yǎng)價值[13]。因此，分析蝦類褐變是蝦類保鮮的重要步驟。

蝦類在冷鏈過程中，頭腮部、尾部、外殼、游泳足、前足、蝦體[14]依次發(fā)生褐變，出現(xiàn)黑的斑點或黑箍。目前比較一致的認(rèn)為“褐變”是蝦類體內(nèi)和甲殼下層的氧化酶（酚酶或酚氧化酶）使酪氨酸氧化，生成黑色素所致[15]。整個褐變反應(yīng)過程如圖1[16]。多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）在蝦類處于應(yīng)急狀態(tài)時，誘使蝦類體內(nèi)無色一元酚與氧氣（O2）接觸，氧化成無色雙酚；進一步氧化成有色醌類物質(zhì)，醌類極易與蝦體中的氨基酸或蛋白質(zhì)結(jié)合，形成褐色復(fù)合物，即所說的黑點[17]。若繼續(xù)冰藏，由于細(xì)菌的大量繁殖，出現(xiàn)各種腐敗現(xiàn)象：蝦體松軟、有腥臭味、內(nèi)臟彌散、肉殼松馳、且明顯脫離，這些現(xiàn)象出現(xiàn)說明蝦已明顯變質(zhì)。

2 蝦類酶保鮮技術(shù)

由于蝦類體內(nèi)的酪氨酸酶經(jīng)“酶促褐變”產(chǎn)生黑色素，所以通過抑制或除去“酶促褐變”發(fā)生時需要的條件，即適當(dāng)?shù)牡孜铮ɡ野彼幔?、氧化酶和O2，來防止褐變的發(fā)生。

2.1 抑制或除去酶的活性

2.1.1 溫度 低溫能抑制酶的活性，而抑制酶活性的溫度一般要比抑制細(xì)菌繁殖所需溫度要低。國際冷凍協(xié)會建議：為防止微生物繁殖，必須在-12℃以下貯藏；為防止酶及物理變化，必須低于-18℃。低溫因抑制了酶的活性，使蝦肉蛋白質(zhì)不致于很快分解，游離酪氨酸（底物）的濃度較低，褐變速度相對延緩[5]。Shamshad SL等[18]曾研究過蝦體在不同貯藏溫度下鮮度的變化，結(jié)果表明在低溫狀態(tài)下，蝦體褐變的速度明顯減緩。方法優(yōu)點：不破壞水產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)。缺點[19]：單純使用低溫保存達不到理想的保鮮效果，肉質(zhì)會出現(xiàn)白濁現(xiàn)象，風(fēng)味變差、肉質(zhì)變軟，影響表觀形象。

2.1.2 pH 通過調(diào)節(jié)pH抑制多種參與反應(yīng)的酶活性，從而達到延長保鮮期的目的。一般蝦類酪氨酸酶的活性以pH6 ～8的范圍最強，在pH4以下則不能發(fā)生褐變。事實上蝦肉蛋白質(zhì)為兩性物質(zhì)，緩沖能力很強，要使pH降到4以下頗為困難。若pH降到4以下，蝦體已呈柔軟狀態(tài)，蛋白質(zhì)發(fā)生變性、肌肉脫水、收縮變硬[19]，所以使用此法對蝦保鮮的研究文章較少。

2.1.3 輻射 用鈷60（60Co）的Y射線和高能電子束（4MeV）對蝦類進行照射殺菌、滅酶，可達到保鮮作用。劉春泉等[20]曾對出口冷凍蝦仁進行輻射保鮮，結(jié)果表明：3 ～5kGy的輻照劑量可殺滅冷凍蝦仁中99%以上的微生物，經(jīng)1 ～9kGy劑量輻照，蝦肉中大多數(shù)氨基酸含量均有增加，幅度在0.3% ～24.6%之間，總量明顯高于對照。輻照后揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）的含量降低，有害重金屬元素含量輻照前后無顯著差異。輻照后蝦仁在-7℃下貯存，保鮮期比對照延長6個月。方法優(yōu)點：具有一定的保鮮效果、安全性高；缺點：高劑量輻照（10 ～50kGy）處理會使產(chǎn)品產(chǎn)生異味、且降低蝦的營養(yǎng)品質(zhì)，國際衛(wèi)生組織批準(zhǔn)或建議應(yīng)用的項目還不多。

2.1.4 化學(xué)添加物 使用化學(xué)添加物抑制酶活性或使酶失活，可達到保鮮作用。除傳統(tǒng)的廣普性抗菌素（四環(huán)素、金霉素、土霉素等）、限制性使用的亞硫酸鹽類和植酸等化學(xué)保鮮外，國內(nèi)外研究人員研制出了許多不同特點的新型保鮮劑。如美國輝瑞有限公司生產(chǎn)的“蝦鮮寶”（要成分是4-乙基間苯二酚，即4-HR）[21]，可與PPO牢固不可逆的特異性結(jié)合，使PPO不能參與蝦體內(nèi)無色一元酚經(jīng)空氣氧化形成褐變的生化反應(yīng)。Montero等[22]曾選用不同濃度的4-HR對鷹爪蝦進行保鮮實驗，結(jié)果顯示0.5g/100g 4-HR能延長鷹爪蝦貨架期至7d以上。方法優(yōu)點：方法簡便易行、比較容易實施、也很經(jīng)濟。缺點：化學(xué)保鮮法存在抗菌素、化學(xué)試劑殘留、保鮮期短的問題，因此天然生物保鮮（酸鏈球菌素、雙歧桿菌，殼聚糖、精油等）、復(fù)合技術(shù)保鮮越來越被廣泛關(guān)注。

Einarsson等[23]研究了乳酸鏈球菌素（Nisin）對鹽漬北極蝦的保鮮效果，并與空白對照組相比，結(jié)果顯示Nisin能有效抑制革蘭氏陽性菌的生長，使貨架期達到31d。Simpson等[24]就曾用殼聚糖溶液浸泡蝦仁，在4 ～7℃條件可以貯藏20d，具有很好的保鮮效果。

2.2 氧氣

因為引起蝦類發(fā)生褐變的酶（PPO）屬于需氧性脫氫酶類，在與O2接觸后誘導(dǎo)蝦體內(nèi)和甲殼下層的無色一元酚氧化，生成有色的鄰醌，隨氧化時間的推移，與氨基酸或蛋白質(zhì)接觸，最終形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的褐黑色聚合物或黑斑，所以通過多種技術(shù)將蝦體與氧氣隔離，隔氧處理能有效地防止蝦類褐變，達到較好的保鮮、保色效果。

2.2.1 隔絕氧氣 通過隔絕氧氣技術(shù)處理，使PPO失效，從而避免蝦類發(fā)生褐變。目前常用的有“鮮蝦冰水浸泡法”和“凍蝦灌水包冰衣法”等。

2.2.1.1 “冰水浸泡法” 采用冰水使蝦體溫度在極短的時間內(nèi)降到0℃附近。一方面低溫使附著的海水細(xì)菌不易繁殖，另一方面冰水隔絕了空氣（氧氣），防止了酪氨酸酶的氧化。因此黑色素易溶于水中，蝦體不易變黑。

2.2.1.2 “凍蝦灌水包冰衣法”[16]每盤蝦進行冷凍時，先在盤底加少量冰水封底，當(dāng)蝦體溫度降到-8℃時第一次加水，加水量為蝦層高的三分之二左右；當(dāng)蝦基本凍好時再加水，其量剛蓋過蝦層為宜；當(dāng)蝦體中心溫度達到-18℃時，即可出庫脫盤；脫盤后再加鍍一層冰衣（即包冰衣），這樣使凍蝦隔絕空氣，不易褐變。如“蝦保鮮冰”[25]是近期一種新型的保鮮方法，即將焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）溶于水后，加入一定分散劑等添加劑制成的冰，結(jié)果顯示可有效抑制蝦體褐變。蝦保鮮冰法優(yōu)點：能延緩蝦類腐敗變質(zhì)的速度；有效控制SO2在蝦體的殘留量；價格低廉，是漁民愿意采納的一種比較好的方法。

2.2.2 可食性涂膜法 可食性膜是通過包裹、浸漬、涂布、噴灑等形式覆蓋于食品表面或內(nèi)部界面上[26]的一層由可食性物質(zhì)組成的薄層，可阻止或減少水分、氣體或溶質(zhì)的遷移，并對食品起到機械保護的作用。其優(yōu)點：可食用，具有一定的營養(yǎng)價值；可微生物降解，不對環(huán)境造成污染；可防止食物的腐敗變質(zhì)，延長產(chǎn)品保質(zhì)期。

BOuattara[27]采用SPI膜涂膜保鮮蝦仁，實驗結(jié)果表明對保持蝦仁品質(zhì)和延長貨架期有一定的作用；美國密西西比州研制出一種蝦類保鮮新方法[28]：在冷凍裝盒前，先將蝦類產(chǎn)品用4% ～6%的三聚磷酸鈉溶液浸泡數(shù)秒鐘，使之形成一層膠質(zhì)薄膜。實驗表明，經(jīng)三聚磷酸鈉處理3個月之后的凍蝦，可以封閉滴失、減少腐化、保持原有鮮味；煮熟后其飽滿、細(xì)嫩程度，優(yōu)于未經(jīng)處理的同批次蝦類產(chǎn)品，而三多磷酸鈉的殘留量低于0.5%。

2.2.3 氣調(diào)保鮮 氣調(diào)保鮮是指在適宜的低溫下，改變貯藏環(huán)境中空氣的組成，降低O2含量，增加二氧化碳含量（CO2）[29]，從而減弱鮮活品的呼吸強度，抑制微生物的生長繁殖，降低鮮活品生化反應(yīng)的速度，達到延長保鮮期和提高保鮮效果的目的[21]。

Shengmin Lu[30]報道，用混合殺菌劑（4-己基雷瑣辛、Nisin和甲醋吡喃酮鈉）浸泡后結(jié)合使用40%CO2/30%N2/30%O2和100%CO2氣調(diào)包裝處理的中國對蝦的貯藏期分別為13、17d，且揮發(fā)性鹽基氮顯著低于同期的空白對照組。Mejlholm[31]用正交實驗的思路研究得出，東方長額蝦氣調(diào)保鮮（50%CO2/30%N2/20%O2）的最佳保存溫度為2℃，貨架期為21d。

3 T.-T.T.（Time Temperature Tolerance）理論及檢測食品品質(zhì)的儀器類型

3.1 T.-T.T.理論

蝦類從產(chǎn)地到餐桌要經(jīng)歷多重環(huán)節(jié)，其中冷藏運輸及配送占整個冷藏鏈的絕大部分時間[32]。由于微生物、酶、呼吸、氧化作用，機械損傷及光、溫度波動、濕度等作用[33]導(dǎo)致蝦的色、香、味變差，營養(yǎng)價值降低，長期放置會變質(zhì)。而冷藏鏈中食品質(zhì)量的變化主要取決于原料品質(zhì)、食品的加工方法、貯藏方式以及產(chǎn)品在流通中所經(jīng)歷的時間與溫度，其變化可由T.-T.T.理論確定。

T.-T.T.理論是Arsdel等[34]通過大量實驗總結(jié)出來的，用于闡述食品的剩余耐藏性（Tolerance）與時間（Time）、溫度（Temperature）之間的關(guān)系。通過測定食品在流通過程中所經(jīng)歷的時間和溫度，可應(yīng)用T.-T.T.曲線來確定食品的品質(zhì)與貨架期。如意大利學(xué)者Limbo S等[35]《利用化學(xué)方法和電子鼻技術(shù)測定歐洲海鱸魚鮮度衰變和貨架期預(yù)測模型》文章：通過化學(xué)方法測定海鱸魚樣品中TBA（Thiobarbituric acid）、TVB-N值建立時間（Time）、溫度（Temperature）和剩余貨架期（Remaining Shelf Life）關(guān)系圖形，并將電子鼻測定的TBA、TVB-N值進行擬合，即確定了電子鼻技術(shù)的可行性。圖2清晰地顯示，海鱸魚每日品質(zhì)下降量和從生產(chǎn)到消費者購買、儲藏整個過程中每一步驟的剩余貨架期，很好地指導(dǎo)了歐洲海鱸魚的銷售。

T.-T.T.理論指出食品在流通中由時間、溫度的經(jīng)歷而引起的品質(zhì)下降是累積的、不可逆的。因而T.-T.T.理論潛在地提供了監(jiān)測食品的質(zhì)量及預(yù)測食品貨架期的方法。

3.2 T.-T.T.理論研究中涉及的檢測食品品質(zhì)的儀器類型

消費者能否獲得優(yōu)質(zhì)蝦，主要由T.-T.T.條件決定。但在整個儲存-運輸-銷售過程中存在多種不可預(yù)測性（如溫度等），使蝦類鮮度、保質(zhì)期等指標(biāo)難以保證，因而研究開發(fā)冷鏈過程中食品品質(zhì)檢測的儀器顯得尤為重要。如近些年學(xué)者研制出的“小型食品熱量分析儀”、“溫度指示器”、“時間-溫度指示器”（TTI，Time Temperature Ind-icator）[35-38]。

目前國內(nèi)外以“時間-溫度指示器”（TTI）研究較為普遍。TTI可作為產(chǎn)品包裝的一部分（如冰箱內(nèi)，貼于食品或食品包裝上），反映冷藏或冷凍時對儲藏溫度敏感的食品（如蝦等水產(chǎn)品、凍結(jié)肉類、新鮮牛奶等）的時間-溫度歷程[39-41]。通過機械形變或顏色變化反映其溫度歷程、估計剩余貨架期[42-45]，也可監(jiān)視在整個冷藏鏈中是否有違規(guī)的現(xiàn)象發(fā)生，以便控制食品的銷售。

時間-溫度指示器根據(jù)TTI的工作原理可分[39]為“擴散型指示器”、“聚合反應(yīng)型指示器”及“酶反應(yīng)型指示器”三種。

“擴散型指示器”是通過顏色的位標(biāo)顯示食品所接觸溫度的歷程及剩余貨架期。如圖3，指示器是由兩片墊板組成的封閉盒體，盒體分為兩室a和b。室a內(nèi)貯藏脂肪酸酯和藍色的酞酸酯混合物；室b內(nèi)有一條長的吸液芯帶，吸液芯帶可作化學(xué)混合物擴散用的軌道，室a與室b之間由聚酯膜層隔開。當(dāng)溫度高于化學(xué)混合物熔點時，聚酯膜就會融化，指示器即被“激活”，化學(xué)混合物將沿著軌道向右擴散，通過五個“藍眼（Blue eye）”和位標(biāo)就可以知道食品的接觸溫度的歷程和剩余貨架期。當(dāng)位標(biāo)為“5”的“藍眼”變?yōu)樗{色時，表示食品已到了貨架期。

圖3 3M公司的Monitor-Mark擴散型指示器混合進程Fig.3 The hybrid process of diffused Monitor-Mark indicator of 3M Company

“聚合反應(yīng)型指示器”是通過顏色的深淺程度確定食品的品質(zhì)，如圖4，Lifelines公司的Fresh-Check指示器。指示器由兩個圓環(huán)組成，聚合物在小的內(nèi)圓環(huán)里；外環(huán)是暗色的，作為內(nèi)環(huán)顏色的比較色。一旦接觸溫度高于保存溫度時，即可被激活，內(nèi)環(huán)顏色逐漸變深；當(dāng)內(nèi)環(huán)顏色比外環(huán)顏色深時，建議消費者停止食用。

圖4 Lifelines公司的Fresh-Check指示器反應(yīng)進程示例圖Fig.4 The reaction process diagram for Fresh-Check indicator of Lifelines Company

“酶反應(yīng)型指示器”是一類pH指示器，測量酶催化脂類底物水解釋放的質(zhì)子H+。根據(jù)顏色的改變可推測出食品的剩余貨架期與判斷食品是否可以食用，如圖5，瑞典Vitsab公司的CheckPoint的Vitsab環(huán)形指示器。指示器由兩個隔開的小囊組成，一個裝有能分解脂肪的酶的水溶液，另一個裝有脂類底物的聚氯乙烯水溶液，溶液中放有pH指示器。使用時，先通過外力壓破兩個小囊之間的隔膜，使兩種溶液混合，整個溶液成酸性，pH指示器的顏色也就隨之改變。未激活時，室溫下保存內(nèi)環(huán)為白色。若內(nèi)環(huán)的顏色與左側(cè)箭頭內(nèi)顏色相近時，表示可以食用；與右側(cè)箭頭顏色相近時，就不能食用。此類指示器使用方便，可固定在包裝密封上，也可安放在貨架內(nèi)包裝袋之間或散裝箱內(nèi)。

圖5 瑞典Vitsab公司的CheckPoint的Vitsab指示器Fig.5 The CheckPoint ring indicator of Sweden Vitsab Company

4 展望

目前蝦類保鮮的諸多技術(shù)中，基本上能做到有效延長蝦類的保鮮期。但隨著消費者對食品質(zhì)量安全要求的嚴(yán)格，以及生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)各部門對商業(yè)利潤最大化的需求，蝦類保鮮技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)單一方法向多種技術(shù)聯(lián)合保鮮，再到電子標(biāo)簽發(fā)展過渡；從成本高、操作繁瑣、毒副作用大，到價格低廉、操作簡便、天然安全、可靠無殘留，再到小巧方便、成本低、連續(xù)實時監(jiān)控、智能、通俗易懂方向蛻變，達到預(yù)測食品安全性、指示食品剩余貨架信息、指導(dǎo)食品銷售、增加消費者對食品信任度的作用。因此電子標(biāo)簽技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，將成為蝦類乃至整個水產(chǎn)品領(lǐng)域保鮮的一個重要發(fā)展趨勢。

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