弱酸性電解水冰衣和氣調(diào)包裝對(duì)凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeus vannamei)蝦仁品質(zhì)的影響

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

凡納濱對(duì)蝦,又稱南美白對(duì)蝦,肉質(zhì)鮮美,營(yíng)養(yǎng)豐富。然而由于凡納濱對(duì)蝦中含有大量的非蛋白質(zhì)化合物和自溶性酶,容易受微生物污染而腐敗變質(zhì),嚴(yán)重影響對(duì)蝦的品質(zhì),縮短對(duì)蝦的貨架期[1],新鮮或冷凍蝦的生產(chǎn)鏈中會(huì)攜帶許多微生物,如單核球增生李斯特菌(Listeriamonocytogenes)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)和副溶血性弧菌(Vibrioparahemolyticus)等[2]。蝦產(chǎn)品在加工貯藏過(guò)程中品質(zhì)和保質(zhì)期通常受酶和微生物影響。所以在加工蝦產(chǎn)品的時(shí)候,需要控制微生物的影響,特別是控制致病菌(如金黃色葡萄球菌)的影響和酶降解,以保持蝦產(chǎn)品品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分[3-4]。

鍍冰衣和冷凍保藏通過(guò)抑制微生物生長(zhǎng)來(lái)保持蝦仁的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,是蝦類產(chǎn)品長(zhǎng)期保藏比較常用的兩種方法[5]。但是,通過(guò)這種方法處理后的蝦產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生一些物理和化學(xué)變化,比如脂質(zhì)氧化,蛋白質(zhì)變性,升華以及冰晶重結(jié)晶等影響產(chǎn)品的品質(zhì)。而且這兩種方法不能將細(xì)菌完全抑制,一旦冰衣受到破壞,細(xì)菌會(huì)加快繁殖,使蝦產(chǎn)品進(jìn)一步加劇腐敗變質(zhì)[6]。

弱酸性電解水(Weakly acidic electrolyzed water,WAEW)作為一種新型高效殺菌保鮮劑,已經(jīng)被廣泛關(guān)注。有研究表明,通過(guò)電解稀鹽所產(chǎn)生的弱酸性電解水,是對(duì)特定的腐敗菌和致病微生物具有強(qiáng)抗菌性的新型抑菌劑[7]。弱酸性電解水能顯著的抑制單核細(xì)胞增生李斯特菌,大腸桿菌O157∶H7等的生長(zhǎng)。另外有報(bào)道表明,與空氣包裝相比,蝦的氣調(diào)包裝(Modified atmosphere packaging,MAP)能顯著延緩微生物生長(zhǎng)[8]。還有相關(guān)研究證實(shí)了氣調(diào)包裝與各種抗菌劑如4-己基間苯二酚(4-HR)、綠茶提取物和阿魏酸具有協(xié)同抗菌的效果[9]。雖然MAP已經(jīng)廣泛應(yīng)用于蝦類產(chǎn)品,但還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)聯(lián)合使用MAP和WAEW冰衣處理的研究[10]。因此,本文研究弱酸性電解水(WAEW)冰衣和氣調(diào)包裝(MAP)對(duì)水產(chǎn)品的殺菌保鮮效果,以期開(kāi)發(fā)出一種新型的抑菌劑。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

鮮活凡納濱對(duì)蝦體長(zhǎng)9～10 cm,浙江省舟山市南珍菜場(chǎng),將鮮活蝦體置于裝有冰塊的保溫箱內(nèi),30 min內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室;金黃色葡萄球菌中科院微生物菌種保藏中心；NaCl、NaOH北京國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司；硫代巴比妥酸上海邦景實(shí)業(yè)有限公司；三氯乙酸天津歐博凱化工有限公司，上述試劑均為分析純；蛋白胨水(BP)培養(yǎng)基廣東環(huán)凱微生物科技有限公司；聚酰胺/聚乙烯復(fù)合包裝袋寧波廣俊化工有限公司。

CR-10型便攜式色差儀日本柯尼卡美能達(dá)公司;TMS-Pro物性測(cè)試儀美國(guó)FTC公司;DHS-20A鹵素水分測(cè)定儀上海菁海儀器有限公司;U-5100型分光光度計(jì)日本日立公司;TBARS比色法定量檢測(cè)試劑盒上海銘博生物科技有限公司;HD-3A型水分活度測(cè)定儀無(wú)錫市華科儀器儀表有限公司;iNose型電子鼻分析儀上海瑞玢智能科技有限公司。

1.2　實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1弱酸性電解水制備配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的NaCl溶液,使用連續(xù)電解生成器進(jìn)行電解,制備不同pH的弱酸性電解水。電解水的pH為6.4～6.6,氧化還原電位(ORP)為520～540 mV,有效氯濃度(ACC)為6.4～6.5 mg/mL。

1.2.2金黃色葡萄球菌菌懸液制備將實(shí)驗(yàn)所需金黃色葡萄球菌解凍后接種在配制好的平板培養(yǎng)基上,37 ℃下進(jìn)行復(fù)壯,在重復(fù)培養(yǎng)三代過(guò)后,選擇生長(zhǎng)狀況良好的菌種制備金黃色葡萄球菌懸菌液,菌液濃度為103cfu/mL。

1.2.3弱酸性電解水冰衣對(duì)蝦去殼去頭之后,于室溫條件下置于103cfu/mL金黃色葡萄球菌菌懸液中浸泡10 min,保證細(xì)菌能充分?jǐn)U散整個(gè)蝦表面,將接種后的樣品在-18 ℃超低溫冰箱中冷凍60 min,快速取出后立即浸沒(méi)于提前配制好的WAEW(0 ℃)中鍍冰衣,使蝦仁表面的冰衣(8.5%～9.0%)覆蓋均勻。隨后把蝦仁放置于包裝盤中,用聚酰胺/聚乙烯填充袋進(jìn)行包裝,備用。

實(shí)驗(yàn)分組:產(chǎn)品在空氣中包裝的蒸餾水冰衣對(duì)照組(A),產(chǎn)品在空氣中包裝的WAEW冰衣組(B),產(chǎn)品在40% CO2、10% O2和50% N2氣調(diào)環(huán)境[11]中包裝的WAEW冰衣組(C),產(chǎn)品在30% CO2、20% O2和50% N2氣調(diào)環(huán)境[11]中包裝的WAEW冰衣組(D),將各組產(chǎn)品均存放在-18 ℃下,放置100 d,測(cè)定產(chǎn)品保藏過(guò)程中質(zhì)構(gòu)特性、顏色、揮發(fā)性風(fēng)味、微生物活性、揮發(fā)性鹽基總氮(TVBN)、三甲胺總量(TMA)和硫代巴比妥酸反應(yīng)物(TBARS)值的變化情況。

1.2.4微生物分析根據(jù)國(guó)家GB 4789.2-2010標(biāo)準(zhǔn),確定金黃色葡萄球菌數(shù)量。在無(wú)菌操作條件下,產(chǎn)品中加入90 mL 0.85%弱酸性電解水,均質(zhì)2.0 min,然后將均質(zhì)液進(jìn)行十倍梯度稀釋,取0.1 mL各稀釋液于平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基和BairdeParker培養(yǎng)基,將平板放置于37 ℃恒溫箱中培養(yǎng)48 h,隨后對(duì)金黃葡萄球菌和需氧菌進(jìn)行計(jì)數(shù)[12]。

1.2.5化學(xué)分析TVBN通過(guò)半微量定氮法測(cè)定[13]。TMA根據(jù)AOAC的方法進(jìn)行測(cè)定[13]。TBARS值利用TBARS比色法對(duì)處理后的樣品在532 nm和600 nm處的吸光值進(jìn)行測(cè)定,通過(guò)下式計(jì)算TBARS值[14]。

TBARS(mg/100 g)=(A513-A600)/155×(1/10)×72.6×100

1.2.6質(zhì)構(gòu)特性分析采用物性分析儀測(cè)定凡納濱對(duì)蝦的質(zhì)構(gòu)特性。2次擠壓測(cè)定參數(shù):測(cè)定部位為蝦仁背部第2節(jié)肌肉;選用P/50平底柱形探頭;測(cè)試速率1.0 mm/s,樣品壓縮形變量30%。

1.2.7顏色分析使用便攜式色差儀測(cè)量蝦的顏色。L*值表示亮度,其值表示黑色到白色的變化;a*值紅色度,表示有色物質(zhì)的紅綠偏向。平行測(cè)量3次,記錄下數(shù)據(jù),剔除特別明顯錯(cuò)誤的,重新讀取,最終算取三次讀數(shù)的平均值。

1.2.8揮發(fā)性風(fēng)味評(píng)價(jià)使用電子鼻分析儀,對(duì)在室溫下進(jìn)行自然解凍的生蝦仁和室溫條件下使用純水煮沸熟制10 min后的熟蝦仁進(jìn)行分析。在進(jìn)行電子鼻實(shí)驗(yàn)前,四組樣品分別置于頂空采樣裝置中,頂空產(chǎn)生參數(shù):30 min,70 ℃;在電子鼻測(cè)試時(shí),設(shè)置基線校準(zhǔn)時(shí)間5 min,泵流速600 mL/min;采樣時(shí)間65 s,采樣泵流速200 mL/min;清洗時(shí)間50 s,清洗泵流速600 mL/min。測(cè)定完成后繪制主成分分析和線性判別分析圖,研究WAEW冰衣和MAP處理對(duì)解凍蝦的揮發(fā)性風(fēng)味的影響。

1.2.9數(shù)據(jù)處理使用SPSS軟件(版本19.0)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

表1　WAEW冰衣和MAP對(duì)蝦仁的殺菌效果Table 1　Bactericidal activity of WAEW and MAP coating ice on the shrimp

注：同一列中不同小寫(xiě)字母表示存在顯著性差異(p<0.05),同一行中不同大寫(xiě)字母表示存在顯著差異(p<0.05);表2、表3同。

2　結(jié)果與分析

2.1　微生物指標(biāo)

表1表明了在冷凍貯藏期間,用WAEW冰衣和MAP處理的蝦仁中的需氧菌總數(shù)和金黃色葡萄球菌數(shù)量。需氧菌總數(shù)和金黃色葡萄球菌的初始數(shù)量分別為2.52×104cfu/g和3.14×102cfu/g。經(jīng)過(guò)蒸餾水冰衣處理(A組),0～40 d的貯藏期間,需氧菌和金黃色葡萄球菌數(shù)量變化不顯著(p>0.05)。經(jīng)過(guò)100 d貯藏后,蝦仁中的需氧菌和金黃色葡萄球菌的數(shù)量分別為3.38×104cfu/g和3.90×102cfu/g。由此可見(jiàn),蒸餾冰衣雖然能在短時(shí)間內(nèi)一定程度上抑制產(chǎn)品微生物的增殖,但在長(zhǎng)時(shí)間的冷凍貯藏過(guò)程中的抑菌效果一般,無(wú)法滿足產(chǎn)品的抗菌需求。

采用弱酸性電解水冰衣處理(B組、C組、D組)后的蝦仁在0～100 d貯藏的過(guò)程中,其需氧菌總數(shù)和金黃色葡萄球菌數(shù)呈現(xiàn)了相似的變化趨勢(shì),即在冷凍貯藏前期(0～10 d)需氧菌總數(shù)和金黃色葡萄球菌數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì),在冷凍貯藏的后期(80～100 d)需氧菌總數(shù)和金黃色葡萄球菌數(shù)呈上升趨勢(shì)。但橫向比較三組樣品,在貯藏100 d后,其需氧菌總數(shù)和金黃色葡萄球菌數(shù)相比于0 d而言,均表現(xiàn)出了較為顯著的降低,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用WAEW冰衣處理,在產(chǎn)品冷凍過(guò)程中表現(xiàn)出了良好的抗菌效果,能夠達(dá)到產(chǎn)品的貯藏需求。與其它傳統(tǒng)抑菌劑相比,WAEW冰衣同樣具有抑菌效率高、操作方便、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)。

此外,經(jīng)40% CO2+10% O2+50% N2(組C)或30% CO2+20% O2+50% N2(組D)WAEW冰衣處理的蝦仁,對(duì)比蒸餾水冰衣(組A)和WAEW冰衣(組B)樣品,需氧菌總數(shù)和金黃色葡萄球菌數(shù)顯著下降(p<0.05),兩種類型的氣調(diào)包裝均表現(xiàn)了對(duì)需氧菌和金黃色葡萄球菌的抑制作用,且除第10 d和第100 d外的貯藏時(shí)間下，兩種類型的MAP處理結(jié)果之間不存在顯著差異(p>0.05)。Lopez-Caballero等提出[15],在40%、45%二氧化碳和30%、5%氧氣混合環(huán)境下進(jìn)行蝦類包裝,能夠延緩微生物生長(zhǎng)。除了控制溫度之外,在MAP產(chǎn)物中加入氧氣,也許是防止厭氧微生物生長(zhǎng)的另一因素。結(jié)果表明,WAEW冰衣和MAP之間有明顯的協(xié)同效應(yīng)。

2.2　TVBN、TMA及TBARS

圖1和圖2為不同處理方式對(duì)樣品TVBN、TMA的影響。蝦類的初始TVBN含量為3.82 mg/100 g，TMA含量為0.54 mg/100 g。所有組在100 d貯藏期間TVBN和TMA均有所增加,但不超過(guò)20 mg/100 g和10 mg/100 g。結(jié)果表明,與蒸餾水冰衣處理相比,WAEW冰衣處理能顯著(p<0.05)抑制蝦仁中的TVBN、TMA的增加。此外證實(shí),由于協(xié)同效應(yīng),在60 d的冷凍貯存后,WAEW冰衣與MAP結(jié)合處理比單獨(dú)使用蒸餾水或WAEW冰衣處理對(duì)樣品的TVBN和TMA表現(xiàn)出了更好的抑制作用,在實(shí)際運(yùn)用中可以更加有效地保證蝦仁產(chǎn)品的質(zhì)量。根據(jù)方差分析,在100 d的凍存過(guò)程中,兩種MAP處理的TMA差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p>0.05)。

圖1　蝦仁貯藏過(guò)程中TVBN 含量變化Fig.1　Changes of TVBN content in the shrimp during storage

圖2　蝦仁貯藏過(guò)程中TMA含量變化Fig.2　Changes of TMA content in the shrimp during storage

脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)等同于肌肉中多不飽和脂肪酸氧化降解,將導(dǎo)致異常氣味和味道產(chǎn)生,從而縮短海鮮保質(zhì)期[16]。本研究中,蝦仁的初始硫代巴比妥酸反應(yīng)物為0.32 mg MDA/kg(圖3)。蒸餾水冰衣樣品中硫代巴比妥酸反應(yīng)物值明顯增加,在貯藏100 d后達(dá)到2.02 mg MDA/kg,表明脂質(zhì)氧化的發(fā)生。相比之下,WAEW冰衣處理組的硫代巴比妥酸反應(yīng)物較低,只有1.23 mg MDA/kg(p<0.05)。

圖3　蝦仁貯藏過(guò)程中TBARS含量變化Fig.3　Changes of TBARS content in the shrimp during storage

表2　WAEW冰衣和MAP聯(lián)合處理對(duì)蝦仁質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 2　Effect of WAEW coating ice and MAP on the textural properties of shrimp

從TBARS分析結(jié)果得到,WAEW冰衣處理對(duì)產(chǎn)品脂質(zhì)的氧化起到了抑制作用。作為對(duì)照,使用淡水冰衣組對(duì)脂質(zhì)氧化控制并無(wú)顯著影響,意味著即使使用大量蒸餾水冰衣,對(duì)蝦仁的脂質(zhì)氧化抑制效果也不明顯。結(jié)合MAP保存的樣品相對(duì)于僅使用WAVE冰衣保存的樣品,硫代巴比妥酸反應(yīng)物含量顯著減小(p<0.05),而通過(guò)比較C組與D組發(fā)現(xiàn),C組處理對(duì)樣品硫代巴比妥酸反應(yīng)物值增加具有更顯著抑制作用。結(jié)果表明,與單獨(dú)使用WAEW冰衣處理相比,氣體成分的改變將對(duì)脂質(zhì)氧化產(chǎn)生抑制作用,隨著氣體混合物中氧濃度的下降,脂質(zhì)的氧化水平降低。綜上所述,WAEW冰衣和MAP(40% CO2+10% O2+50% N2)結(jié)合處理的蝦仁,相比于蒸餾水冰衣處理,對(duì)脂質(zhì)氧化的抑制作用更強(qiáng)。

2.3　質(zhì)構(gòu)特性

彈性表示肌肉可以拉伸并恢復(fù)到其原始長(zhǎng)度的彈力,而咀嚼性是由于長(zhǎng)時(shí)間咀嚼,肌肉持續(xù)產(chǎn)生彈性抵抗力,定義為硬度、凝聚性、彈性的產(chǎn)物。從表2可以看出,蝦仁的彈性與咀嚼性隨著樣品的貯藏時(shí)間增加而急劇下降。經(jīng)過(guò)100 d貯藏后,A組樣品彈性損失41.86%,C組、D組的彈性損失分別為17.44%和18.60%。由此可以看出,相比于蒸餾水冰衣處理組而言,WAEW冰衣和MAP處理對(duì)產(chǎn)品的彈性損失表現(xiàn)出顯著的抑制作用(p<0.05);同樣,貯藏100 d后,A組樣品咀嚼度損失為32.38%,C組、D組樣品的咀嚼度損失分別為13.55%和14.76%。可以得出,與蒸餾水冰衣處理過(guò)程相比,WAEW冰衣和MAP處理,也能顯著減緩蝦類肌肉的咀嚼度的降低(p<0.05)。

在貯藏過(guò)程中,冷凍蝦的彈性和咀嚼性發(fā)生降低,可歸因于蛋白質(zhì)、脂質(zhì)的氧化和酶活性的變化。脂質(zhì)氧化的產(chǎn)物也能進(jìn)一步與蛋白質(zhì)發(fā)生相互作用繼而引起蛋白質(zhì)的變化。此外,蛋白質(zhì)也可能與脂質(zhì)氧化的自由基中間體相結(jié)合,形成蛋白質(zhì)自由基,從而影響產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性。在這項(xiàng)研究中,利用WAEW冰衣和MAP處理的蝦仁,即使在貯藏后期也展示出顯著的質(zhì)構(gòu)穩(wěn)定性(p<0.05)?？赡苁怯捎赪AEW冰衣和MAP的協(xié)同效應(yīng),即其對(duì)腐敗微生物和脂質(zhì)氧化抑制作用較高(或滅活),使冷凍貯藏期間蛋白質(zhì)組分能夠保持相對(duì)的穩(wěn)定。質(zhì)構(gòu)結(jié)果與上述微生物和TBARS結(jié)果一致。

表3　WAEW冰衣和MAP聯(lián)合處理對(duì)蝦仁色度的影響Table 3　Effect of WAEW coating ice and MAP on the chroma of shrimp

2.4　顏色變化

在消費(fèi)者對(duì)品質(zhì)的判斷方面,海鮮的顏色具有關(guān)鍵作用,是消費(fèi)者購(gòu)買決策的主導(dǎo)因素。由表3可以看出,隨著冷凍貯存時(shí)間的增加,蝦仁樣品的L*和a*值發(fā)生了一定程度的變化。在貯存的過(guò)程中,A組樣品L*值顯著降低(p<0.05),這可能歸因于蝦蛋白的冷凍變性引起的光吸收和光散射的變化。a*值的下降主要?dú)w因于蝦青素的降解和脂質(zhì)的氧化。相比于A組樣品,B組、C組、D組樣品在經(jīng)過(guò)100 d的貯存過(guò)后L*值和a*值的降低趨勢(shì)減緩,說(shuō)明WAEW冰衣和MAP處理對(duì)樣品L*值和a*值降低具有顯著的抑制作用(p<0.05)。且兩種MAP處理差異不顯著(p>0.05)。在冷凍貯藏100 d后，兩種MAP處理組在樣品L*值的變化上未見(jiàn)顯著差異(p>0.05)，但對(duì)于樣品a*值的改變C組相比于D組表現(xiàn)出了顯著地抑制作用(p<0.05)，由此可見(jiàn)，針對(duì)蝦的a*值降低,氣調(diào)中較低濃度的O2或較高濃度的CO2(C組),可能對(duì)抑制蝦青素的降解和脂質(zhì)的氧化起到關(guān)鍵作用[17]。

2.5　揮發(fā)性風(fēng)味評(píng)價(jià)

為了研究WAEW冰衣和MAP處理對(duì)解凍蝦的揮發(fā)性風(fēng)味的影響,采用電子鼻分析儀對(duì)樣品的揮發(fā)性風(fēng)味進(jìn)行分析。在圖4中,不同的簇分別表示蒸餾水冰衣蝦(A組),WAEW冰衣蝦(B組)和WAEW冰衣和MAP共同處理的蝦(C組和D組)。從主成分分析和線性判別分析結(jié)果來(lái)看,解凍后的A組樣品與B組、C組、D組樣品之間在氣味化合物上存在明顯差異。這些差異可歸因于WAEW冰衣產(chǎn)生的揮發(fā)性氯和二氧化氯,導(dǎo)致解凍樣品氣味發(fā)生變化。此外,在解凍組中,B組、C組、D組樣品的三個(gè)簇存在重疊。證實(shí)三個(gè)簇的電子鼻反應(yīng)相似,且三組樣品之間的氣味化合物并無(wú)較大差異。可以得出,WAEW冰衣處理對(duì)解凍蝦的揮發(fā)性風(fēng)味有一定的影響。

圖4　WAEW冰衣對(duì)于蝦仁(解凍后)風(fēng)味特性的影響Fig.4　Effect of WAEW coating ice on the flavor properties of shrimp after thawed

而對(duì)于蒸煮蝦仁,對(duì)照組樣品與其他經(jīng)過(guò)WAEW冰衣處理過(guò)的樣品之間未觀察到明顯差異,A組、B組、C組、D組樣品的四個(gè)簇之間均存在重疊,證實(shí)四個(gè)簇的電子鼻反應(yīng)相似,且各組之間的氣味化合物并無(wú)較大差異?？梢缘贸?WAEW冰衣處理對(duì)蒸煮蝦仁的揮發(fā)性風(fēng)味沒(méi)有明顯的影響。

3　結(jié)論

以凡納濱對(duì)蝦蝦仁為研究對(duì)象,采用傳統(tǒng)蒸餾水鍍冰衣處理為對(duì)照,通過(guò)弱酸性電解水鍍冰衣對(duì)凍藏蝦仁抑菌效果、質(zhì)構(gòu)及揮發(fā)性風(fēng)味特性的影響研究發(fā)現(xiàn):與蒸餾水冰衣和空氣包裝的樣品比,WAEW冰衣結(jié)合MAP(40% CO2+10% O2+50% N2、30% CO2+20% O2+50% N2)保鮮的方法,對(duì)微生物的生長(zhǎng),TVBN和TBARS值的增加以及質(zhì)構(gòu)和顏色的降低等均存在顯著的抑制作用,WAEW冰衣結(jié)和MAP的綜合保鮮技術(shù)對(duì)冷凍蝦仁的保鮮具有很好的效果,且對(duì)蝦仁的亮度、質(zhì)構(gòu)及蒸煮后風(fēng)味特性無(wú)顯著性影響。新型的電解水可代替自來(lái)水用于原料蝦類的清洗及鍍冰衣處理,電解水本身不產(chǎn)生二次污染。該技術(shù)在水產(chǎn)品加工與貯藏中具有一定的應(yīng)用前景。

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