海藻糖、海藻膠及低聚糖對蒸煮南美白對蝦凍藏期間的抗凍效果研究

張家瑋，何 鑫，謝 超，鄭 煒

(浙江海洋大學(xué)食品與醫(yī)藥學(xué)院，浙江舟山 316022)

海藻糖、海藻膠及低聚糖對蒸煮南美白對蝦凍藏期間的抗凍效果研究

張家瑋，何 鑫，謝 超，鄭 煒

(浙江海洋大學(xué)食品與醫(yī)藥學(xué)院，浙江舟山 316022)

以蒸煮南美白對蝦為研究對象，采用不同濃度海藻糖，海藻膠及低聚糖對蝦仁進(jìn)行浸泡處理，其中陽性對照為焦磷酸鈉（Na4P2O7），以期探尋出在蝦仁凍藏期間抗凍性能最優(yōu)的海藻糖類。實驗結(jié)果表明：測定了以不同方式處理蝦仁的各理化指標(biāo)，包括持水力、水分含量、水分活度、彈性以及咀嚼性，利用海藻糖、海藻膠低聚糖和Na4P2O7浸泡處理方式相對蒸餾水浸泡處理方式，可以顯著提升蝦仁的品質(zhì)。分析表明，經(jīng)海藻糖類浸泡處理，對對蝦的L*值穩(wěn)定性有良好的效果。經(jīng)H&E染色和掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，經(jīng)海藻糖和海藻膠低聚糖浸泡處理的蝦仁，在凍藏6周后，蝦仁肌肉纖維排列緊致密實，細(xì)胞外空間更小，效果顯著優(yōu)于蒸餾水組。

南美白對蝦；抗凍；海藻糖；海藻膠；海藻膠低聚糖

南美白對蝦Litopenaeus vannamei肉質(zhì)滑嫩，味道鮮美，富含蛋白質(zhì)，必需氨基酸以及多不飽和脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)，有益人體健康，深受消費者青睞。在凍藏或出口前，人們會通常利用冷凍蒸煮手段提升其貨架期，增加其經(jīng)濟利用價值。冷凍貯藏是蝦產(chǎn)品長期保存最常用的方法之一，它可以抑制微生物的生長，降低酶的活性，可在一定程度上延緩其品質(zhì)的下降[1]。然而，在外界因素的干擾下，蝦仁在冷凍與融化的過程中蛋白質(zhì)發(fā)生變性，持水力降低和脂質(zhì)氧化，從而會對對蝦的營養(yǎng)品質(zhì)和消費者的滿意度產(chǎn)生負(fù)面影響[2-5]。

水分含量是是保持海產(chǎn)品感官品質(zhì)和最終產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素[6]。過量的磷酸鹽浸泡處理的蝦制品，不僅會導(dǎo)致消費者飲食中磷酸鹽的失衡，造成身體健康問題，也會降低蝦制品的感官品質(zhì)和食用價值[7-8]。因此，在能夠提升蝦制品自身保水力以及保持品質(zhì)質(zhì)量的前提下，選取更為安全且行之有效的抗凍保水劑是關(guān)鍵問題所在。

國內(nèi)外很多專家學(xué)者研究了諸如蔗糖，殼聚糖及其衍生物、魔芋葡甘聚糖[9]等抗凍保水劑，以期應(yīng)用于凍藏水產(chǎn)品的實際生產(chǎn)中。這些抗凍保水劑可在肌肉細(xì)胞表面形成一層保護(hù)膜，減少結(jié)合水的流失，防止肌動球蛋白變性溶解，提高水產(chǎn)品的保水力。隨著現(xiàn)代工藝技術(shù)的提高與發(fā)展，海藻中海藻糖、海藻膠及其低聚糖的提取工藝也越來越高效便捷。海藻糖和其他糖類的抗凍保水效果已在鯖魚[10]、羅非魚魚糜[11]、鳙魚[12]、凍蝦[13-15]等水產(chǎn)品上得到了驗證，產(chǎn)品品質(zhì)得到了很好的提升。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，海藻膠可與鈣交聯(lián)形成不溶性聚合物，形成一層保護(hù)膜從而減少水分流失，防止微生物污染，延緩脂肪氧化和蛋白質(zhì)變性，從而達(dá)到提升產(chǎn)品品質(zhì)且延長產(chǎn)品貨架期的目的[16]。此外，海藻膠低聚糖不僅可清除自由基的氧化活性，還具有與魚肌原纖維蛋白共軛以提高其溶解性的能力[17]。然而，海藻糖，海藻膠及其低聚糖作為抗凍保水劑應(yīng)用于蒸煮蝦仁鮮有研究。本文探討不同海藻糖類對蒸煮蝦仁（南美白對蝦）色差和質(zhì)構(gòu)變化，以及解凍和蒸煮過程中生理生化指標(biāo)的變化情況。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活南美白對蝦體質(zhì)量21.5～23.5 g，體長13.0～14.5 cm，購于舟山市場。

海藻糖、海藻膠（[C6H7NaO6]n,32～200 KDa）、海藻膠低聚糖（[C6H7NaO6]n,n=2～4,400～800 Da）、焦磷酸鈉（Na4P2O7）（含量均大于99%，食品級）上海國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

DC-P3A全自動測色色差計（上海魅宇儀器設(shè)備有限公司）；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）；動水分測定儀（瑞士梅特勒公司）；B51光學(xué)電子顯微鏡（北京奧林巴斯公司）；JSM-6390LV掃描電子顯微鏡（SEM）（北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司）；IB-3離子鍍膜儀（日本EIKO公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理

于0～4℃將蝦用蒸餾水洗凈，去頭尾，去殼；4℃下浸泡于配制好的溶液中1 h；1 h后取出瀝干1 min，紗布擦凈稱重記作M1；然后進(jìn)行蒸煮，蒸汽95℃中加熱5 min，取出瀝干冷卻至室溫稱重記作M2；隨后再次浸泡于4℃溶液中1 h，取出瀝干1 min后稱重記作M3，后冷凍于-30℃冰箱3 h。最后，將不同批次的冷凍煮熟的樣品裝入聚苯乙烯盤（每盤20個）中，將它們放置在保鮮袋（20 cm×25 cm，厚度為150 μm）中，并在23℃下沖入O2（18 cc/m2·d）和CO2（25 cc/m2·d）。所有樣品于-18℃凍藏6周，每周取一次樣品，在冰箱里于4℃下解凍2 h，紗布擦凈，稱重記作M4，并開始測定指標(biāo)。

1.2.2 溶液分組

實驗共分為5組，空白對照組為蒸餾水，陽性對照組為焦磷酸鈉（Na4P2O7），在此前研究中，0.5～1.0 g/100 mL焦磷酸鈉具有良好的抗凍保水作用，因此在此范圍內(nèi)進(jìn)行實驗研究。海藻糖類溶液的配制見表1。

表1 不同抗凍保水劑的配制Tab.1 Preparation of different antifreeze agents

1.2.3 冷凍蒸煮南美白對蝦蝦仁理化指標(biāo)的測定方法

1.2.3.1 蝦仁保水性能測試

按式（1）～（3）計算蒸煮損失、浸泡質(zhì)量增加率和解凍損失率。

1.2.3.2 水分活度與水分含量的測定

采用HD-3A型水分活度測定儀測定水分活度。

1.2.3.3 色差值及質(zhì)構(gòu)特性的測定

采用CIE Lab系統(tǒng)對蝦的顏色變化情況進(jìn)行評估。L*（亮度）表示0（黑色）至100（白色）的刻度的亮度變化，具體采用DC-P3A全自動測色色差計對蝦肌肉腹部（第二節(jié)點）進(jìn)行測量，每組取3尾，每尾測定3次，記錄并取平均值。

采用TMS-Pro物性分析儀測定蝦的質(zhì)構(gòu)特性。

1.2.3.4 蘇木精-伊紅染色（H&E）實驗

在室溫下取蝦仁背部肌肉組織于包氏固定液中固定24 h，梯度乙醇脫水，進(jìn)一步石蠟包埋，切片染色，然后用光學(xué)電子顯微鏡觀察肌肉組織結(jié)構(gòu)變化情況。

1.2.3.5 掃描電子顯微鏡（SEM）分析

取蝦背部肌肉為樣品，利用pH 7.2的磷酸鹽緩沖液（PBS）沖洗干凈，在4℃下用2.5%戊二醛浸泡4h后PBS漂洗，室溫下用1.0%四氧化鋨固定1 h后再漂洗；梯度乙醇脫水；在CO2臨界點干燥，將樣品粘臺、噴金、掃描電鏡下觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理方式對蒸煮蝦仁保水性能的影響

保水性是指蝦在切割、蒸煮、烹飪、運輸以及儲存等過程中保留自身水分的能力，關(guān)系著蝦體的感官品質(zhì)與經(jīng)濟價值，也是評價蝦體質(zhì)量好與壞的重要的指標(biāo)。

由表2可知，與空白對照組的蝦仁相比，試劑組處理的蝦仁的蒸煮損失率和解凍損失率顯著降低，浸泡質(zhì)量增加率顯著提高。然而，在這三方面上，Na4P2O7處理的樣品比空白對照組具有更好的效果。較高濃度的海藻糖和海藻膠低聚糖可較好的抑制了蝦仁在蒸煮和解凍過程中的損失，同時提高了浸泡過程中質(zhì)量（P ＜0.05）。

空白對照組即蒸餾水處理的蝦仁的蒸煮損失率更高，這是在蒸煮的過程中由于肌肉蛋白質(zhì)變性導(dǎo)致肌原纖維結(jié)構(gòu)緊縮，從而加速了水分流失的結(jié)果[18-19]。磷酸鹽廣泛應(yīng)用于肉制品，主要是通過提高保水力來減少在蒸煮過程中的損耗。在ERDOGDU，et al[20]的研究中，Na4P2O7處理的南美白對蝦與蒸餾水處理的樣品相比，在蒸煮的過程中損失率更低表現(xiàn)更低，這與本文研究的結(jié)果一致。有研究表明磷酸鹽可引起蛋白質(zhì)之間的靜電排斥以及提高對蝦肌肉中的pH值，使更多的水被束縛于肌纖維和細(xì)胞中，從而減少蒸煮時液體的流失[21]。與空白組和Na4P2O7處理的樣品相比，海藻糖和海藻膠低聚糖浸泡處理的蝦仁蒸煮損失顯著降低，其原因可能是海藻糖和海藻糖低聚糖分子可與肌肉蛋白質(zhì)中官能團（-OH，-NH2等）結(jié)合，隨后與蝦肌肉蛋白質(zhì)中的水分子產(chǎn)生H鍵，從而減少蝦仁的水分流失。

表2 不同抗凍保水劑處理對蒸煮蝦仁保水性能的影響Tab.2 Effect of different antifreeze agents on the water-holding capacity of cooked shrimp

海藻糖類和Na4P2O7浸泡蒸煮蝦仁顯著促進(jìn)了質(zhì)量的增加并且減少了解凍過程中的損失，效果優(yōu)于空白組，證實了其具有保水功能。在凍藏過程中，肌肉中形成了大量冰晶破壞了其結(jié)構(gòu)組織，而解凍過程中，結(jié)晶水未被吸收，造成空白組蝦仁損失率相對較高。在解凍期間磷酸鹽（Na4P2O7）可提升冷凍熟蝦的肌肉蛋白與水結(jié)合的效果，這表明磷酸鹽在蝦仁凍結(jié)過程中可能對蛋白質(zhì)的提供冷凍保護(hù)[22-23]。在凍藏過程中，海藻糖和海藻膠低聚糖處理的冷凍熟蝦的品質(zhì)優(yōu)于其他處理組。尤其是海藻糖（378 Da）、褐藻低聚糖（400～800 Da）在肌肉組織缺水的情況下，可以通過與蝦肌肉中蛋白質(zhì)分子的極性基團形成氫鍵取代水分子，從而使得蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)更緊密，構(gòu)像更穩(wěn)定。海藻糖，藻酸鹽低聚糖都可保護(hù)細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)表面附近的水分子免受凍結(jié)。

2.2 不同處理對蒸煮蝦仁水分含量的影響

在冷凍貯藏過程中不同處理的蒸煮蝦仁的水含量如圖1所示?？瞻捉M蝦仁中含水量的顯著下降主要是凍結(jié)過程中由冰晶機械性破壞肌肉組織引起的。在凍藏的前三周內(nèi)，與空白組相比，當(dāng)抗凍劑的濃度為0.5%時，試劑組和Na4P2O7都不會明顯影響煮熟的蝦的含水量（P＞0.05），在隨后4～6周的儲存期間觀察到顯著的差異，用海藻糖，海藻膠低聚糖二者處理的樣品的含水量都高于空白組蝦仁，特別是當(dāng)抗凍劑濃度達(dá)到1.0%時。

總體來說，經(jīng)過6周的儲藏后，與空白組樣品相比，海藻糖和海藻膠低聚糖對蝦仁具有優(yōu)異的冷凍保護(hù)作用，平均含水量提高了約8.62%～11.58%和8.80%～11.98%。蒸煮和解凍損失主要歸因于由高溫或大冰晶的產(chǎn)生對肌肉蛋白質(zhì)的造成的物理損傷引起的水分含量的減少。蒸煮或冷凍后，蝦肌肉結(jié)構(gòu)的變化，如細(xì)胞膜破壞，肌纖維收縮，肌漿蛋白聚集和基質(zhì)蛋白質(zhì)發(fā)生的收縮和溶解。海藻糖和海藻膠低聚糖分子可能融合到肌肉組織之間的空間中，與冷凍前的蛋白質(zhì)結(jié)合，增強蛋白質(zhì)與水分子相互作用，而且肌肉中的海藻糖類分子可顯著影響冰晶大小，從而增加持水量。

圖1 不同抗凍保水劑對蒸煮蝦仁水分含量的影響Fig.1 Effect of different antifreeze agents on the moisture content of cooked shrimp

2.3 不同處理對蒸煮蝦仁水分活度的影響

對蝦仁進(jìn)行凍藏處理這一過程導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)的游離水轉(zhuǎn)化成大的冰晶，降低了水的活度（Aw），凍藏過程中不同的處理對蒸煮蝦仁水分活度的影響如圖2所示。

蒸煮蝦仁初始Aw值為0.968～0.970，表明這些樣品質(zhì)良好。在冷藏6周后，空白組樣品的Aw值下降到0.952。然而，用濃度為1.0%海藻糖和海藻膠低聚糖處理的樣品仍處于良好狀態(tài)，并且Aw值分別保持在0.964和0.966。此兩組具有比空白組和海藻膠組處理更好的抗凍保水能力（P＜0.05）。

水分活度是指系統(tǒng)中水分存在的狀態(tài)，即水分的結(jié)合程度。在冷凍貯存期間，蝦肌肉的Aw值的變化取決于固定在組織微分結(jié)構(gòu)內(nèi)的結(jié)合水的量，而結(jié)合水的量在很大程度上取決于空間分子肌肉蛋白質(zhì)的排列[24]。對于凍蝦，冰晶形成所導(dǎo)致的細(xì)胞損傷對蝦體的貯存有很大的影響。在FABER-BARATA,et al[25]研究中，海藻糖的抗凍保水效果歸因于其幾個性質(zhì)。此外，糖類顯示出較大的水合面積，這也增強了水分的穩(wěn)定性。

圖2 不同抗凍保水劑對于蒸煮蝦仁水分活度的影響Fig.2 Effect of different antifreeze agents on the water activity of cooked shrimp

2.4 不同處理對蒸煮蝦仁質(zhì)構(gòu)特性的影響

圖3和圖4顯示了在凍藏期間不同處理后的蒸煮蝦仁彈性和咀嚼性的變化情況。經(jīng)過6周的凍藏后，用海藻糖和海藻膠低聚糖處理的蝦仁顯示與用Na4P2O7處理的蝦仁具有相似的彈性和咀嚼性，且顯著優(yōu)于空白組處理的樣品（P＜0.05）。據(jù)此，蝦仁的彈性和咀嚼性可受到海藻糖類和磷酸鹽的影響。這與蝦仁保水性和色差值的變化情況一致。海藻糖類處理樣品能有較好效果的原因，包括限制了分子遷移和在冷凍儲存期間防止水分分離和結(jié)晶的能力[26]。

圖3 不同抗凍劑對于蒸煮蝦仁彈性的影響Fig.3 Effect of different antifreeze agents on the springiness of cooked shrimp

圖4 不同抗凍劑對于蒸煮蝦仁咀嚼性的影響Fig.4 Effect of different antifreeze agents on the chewiness of cooked shrimp

2.5 不同處理對蒸煮蝦仁H＆E染色分析

不同處理的蒸煮蝦仁凍藏6周后H＆E染色分析如圖5所示。對照組和海藻糖類處理蝦的組織切片中有明顯的差異。對于新鮮蒸煮蝦仁（圖5A），肌肉纖維（紅色染色）連接緊密，組織結(jié)構(gòu)完整，空隙較?。ò咨珔^(qū)域）。隨著凍藏時間的延長，由于冰晶（白色區(qū)域）的形成，空白組蝦仁（圖5B）肌纖維嚴(yán)重變形，甚至出現(xiàn)斷裂，纖維間的細(xì)胞間隙明顯大于新鮮樣品。然而，用海藻糖和海藻膠低聚糖處理的蝦仁肌肉中的肌肉纖維（圖5D，F(xiàn)）排列方式更加緊密細(xì)致，并且細(xì)胞外空隙顯著小于空白組。此外，Na4P2O7（圖5C）和藻酸膠（圖5E）處理的蝦仁在肌纖維結(jié)構(gòu)完整性上明顯優(yōu)于空白組，但其效果稍遜海藻糖與海藻膠低聚糖處理組。這與保水性，質(zhì)構(gòu)及色差的研究結(jié)果一致。

冷凍和解凍過程會導(dǎo)致肌纖維緊縮和水分流失[27]。結(jié)果表明，冰晶在細(xì)胞外比細(xì)胞內(nèi)增長更迅速，這增加了細(xì)胞外液溶質(zhì)濃度導(dǎo)致肌肉纖維開始脫水，降低細(xì)胞內(nèi)的冰點，從而致使細(xì)胞外冰晶生長，破壞肌肉組織結(jié)構(gòu)。

2.6 不同處理對蒸煮蝦仁SEM電鏡分析

如圖6所示，將經(jīng)不同處理的蝦肌肉與新鮮的蝦仁的SEM微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，觀察到兩者在肌肉纖維組織結(jié)構(gòu)與排列方式中存有顯著的差異。經(jīng)過6周凍藏后空白樣品（圖6B）可明顯觀察到肌肉纖維的收縮情況，其甚于新鮮蝦仁（圖6A）。同時，Na4P2O7（圖6C）和藻酸鹽（圖6E）中肌肉纖維組織結(jié)構(gòu)與排列方式的變化情況顯著小于空白組樣品。在空白組樣品中觀察到的這些變化可能是由上述冰晶造成的物理機械損傷破壞了肌肉結(jié)構(gòu)完整性而引起的。然而，海藻糖（圖6D）和海藻膠低聚糖（圖6F）處理的樣品的肌纖維排列方式仍然非常規(guī)整，并且肌肉纖維組織結(jié)構(gòu)細(xì)致緊密，這與新鮮蝦仁的組織結(jié)構(gòu)十分相似（圖6A）。由此可知，在凍藏過程中，海藻糖和海藻膠低聚糖浸泡處理，對組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有顯著的影響，這與上述保水性，質(zhì)構(gòu)，色差和H＆E染色分析結(jié)果一致。

圖5 不同抗凍保水劑對于蒸煮蝦仁H＆E染色分析Fig.5 Analysis of H&E of cooked shrimp with different antifreeze agents

圖6 不同抗凍保水劑對于蒸煮蝦仁SEM電鏡分析Fig.6 Analysis of SEM of cooked shrimp with different antifreeze agents

3 結(jié)論

研究了海藻糖，海藻膠及其低聚糖對凍藏6周后的蒸煮蝦仁（南美白對蝦）抗凍保水性及其品質(zhì)影響。結(jié)果顯示濃度為1%的海藻糖和海藻膠低聚糖的浸泡處理方式均可更好的提升對蝦的品質(zhì)，顯著降低了蝦仁蒸煮和解凍損失率，提高了蒸煮蝦仁的浸泡質(zhì)量增加率。不僅可以減緩解凍過程中水分的流失以及水分活度的降低，還可提升其質(zhì)構(gòu)品質(zhì)，維持較好的彈性和咀嚼性以及保持蝦仁的色澤明亮。海藻膠低聚糖處理還可防止冰晶而對肌肉造成機械性損傷，維持肌肉纖維組織結(jié)構(gòu)完整致密，排列方式規(guī)整，肌肉間無較大孔隙產(chǎn)生，保障了蝦仁的完整性。研究表明海藻糖和海藻膠低聚糖對蝦制品具有優(yōu)良的抗凍保水作用，可替代復(fù)合磷酸鹽，為發(fā)展推廣冷凍水產(chǎn)品中新型環(huán)保的抗凍保水劑提供了新思路。

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Cryoprotective Effects of Trehalose,Alginate and Its Oligosaccharide on Quality of Cooked-Shrimp（Litopenaeus vannamei）during Frozen Storage

ZHANG Jia-wei,HE Xin,XIE Chao,et al
(School of Food Science and Pharmaceutics of Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316022,China)

The cryoprotective effects of trehalose，alginate，and its oligosaccharide on cooked shrimp（Litopenaeus vannamei）were evaluated and compared with Na4P2O7during frozen storage.Data indicated that significant inhibitory effects on decreases of water-holding capacity,water content,water activity,springiness,and chewiness values were more pronounced in trehalose-,alginate oligosaccharide-,and Na4P2O7-treated samples than in freshwater-treated samples.L*value analysis indicated that the saccharide-soaking-treatments showed positive effects on color stability of cooked shrimp.H&E and SEM studies indicated that the fibers of cooked shrimp from trehalose-and alginate-oligosaccharide-treated groups were arranged in a tighter manner than the control,and the extracellular space was significantly smaller than in control samples after 6 weeks of storage.

Litopenaeus vannamei;antifreeze;trehalose;alginate;alginate oligosaccharides

TS254.4

A

2096-4730(2017)04-0326-07

2017-02-19

舟山市科技計劃項目（2016C41003）；浙江省公益性技術(shù)應(yīng)用研究計劃（農(nóng)業(yè)項目）（LGN18C200032）

張家瑋（1996-），男，新疆克拉瑪依人，研究方向：水產(chǎn)品加工與儲藏.E-mail：995269311@qq.com

謝超（1975-），男，四川樂山人，副教授，研究方向：食品科學(xué).E-mail：xc750205@163.com