南美白對蝦防黑變保鮮技術(shù)研究進展

張溪，藍(lán)蔚青,2,3,4*，劉嘉莉，謝晶,2,3,4*

1(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海，201306) 2(上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海，201306) 3(上海冷鏈裝備性能與節(jié)能評價專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺，上海，201306) 4(食品科學(xué)與工程國家級實驗教學(xué)示范中心(上海海洋大學(xué))，上海，201306)

南美白對蝦(Litopenaeusvannamei)又名凡納濱對蝦、太平洋白蝦、白蝦，為對蝦科對蝦屬甲殼類水產(chǎn)品。其原產(chǎn)于美國西部太平洋沿岸熱帶水域，在墨西哥灣至秘魯中部、厄瓜多爾附近海域分布更為集中。因南美白對蝦殼薄肉嫩，蝦肉高蛋白、低脂肪，且富含人體必需氨基酸、維生素與礦物質(zhì)等而深受消費者喜愛，在我國養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴大[1]。據(jù)2018中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒[2]顯示，我國淡水養(yǎng)殖蝦類產(chǎn)量216.76萬t，其中南美白對蝦產(chǎn)量達(dá)59.15萬t，已成為我國養(yǎng)殖產(chǎn)量最高的蝦種。

捕獲后的南美白對蝦，頭、胸部、尾部與關(guān)節(jié)等部位產(chǎn)生黑色素沉著或形成黑斑稱為黑變。蝦體上的黑斑首先出現(xiàn)在頭胸部，主要分布在角質(zhì)層區(qū)域，以頭部最明顯[3]。多酚氧化酶(polyphenol oxidases，PPO)氧化酪氨酸是導(dǎo)致蝦體黑變的主因，PPO催化無色多酚生成醌類物質(zhì)，而后非酶促自發(fā)聚合或與氨基酸、蛋白質(zhì)反應(yīng)形成黑色物質(zhì)。此外，微生物、pH值與揮發(fā)性鹽基氮含量變化都會激活PPO酶原，啟動酶促反應(yīng)，間接導(dǎo)致蝦體黑變[4]。南美白對蝦黑色素的出現(xiàn)會降低消費者的可接受性，影響其保鮮效果，因此采取相應(yīng)方法避免或延緩這一現(xiàn)象的發(fā)生具有重要意義[5]。如何控制南美白對蝦的黑變速率、延緩其腐敗，現(xiàn)已成為科研工作者普遍關(guān)注的熱點問題。本文在對南美白對蝦黑變機制進行介紹的基礎(chǔ)上，就物理保鮮(低溫、氣調(diào)、超高壓和臭氧處理)與化學(xué)保鮮(化學(xué)保鮮劑和生物保鮮劑)等技術(shù)予以說明，提出存在的問題與解決辦法，也對南美白對蝦防黑變保鮮技術(shù)的發(fā)展趨勢進行展望，以期為蝦類防黑變保鮮技術(shù)的應(yīng)用研究提供理論依據(jù)。

1 南美白對蝦防黑變保鮮技術(shù)研究進展

南美白對蝦的防黑變保鮮技術(shù)按其作用原理可分為物理保鮮與化學(xué)保鮮2類。其中前者主要通過改變貯藏溫度、氣體組成與比例、壓力等方式來達(dá)到鈍酶、殺菌與保鮮效果；后者則通過添加抑制劑，改變其PPO構(gòu)象、降低酶活力與抑制微生物生長實現(xiàn)其防黑變與保鮮作用。

1.1 物理保鮮

1.1.1 低溫貯藏

低溫貯藏是將蝦體置于低溫環(huán)境中，通過溫度傳遞使其體表溫度下降，降低其體內(nèi)的PPO活性，抑制微生物生長繁殖，減緩其黑變與腐敗速率，其在蝦類保鮮中應(yīng)用最廣泛[6]。根據(jù)溫度條件不同，主要分為冷藏、冰溫、微凍與凍藏等。其中，方藝達(dá)等[7]研究指出有冰冷藏處理(4 ℃)蝦時，在延緩色澤變化與鮮度指標(biāo)上優(yōu)于無冰冷藏對照組。段偉文等[8]研究得出冰溫貯藏(-2.2～-1 ℃)對南美白對蝦外觀色澤的保持效果優(yōu)于冷藏對照組(4 ℃)。李立杰等[9]研究發(fā)現(xiàn)微凍貯藏(-3 ℃)能延緩南美白對蝦蝦體色澤的改變，其在貯藏12 d后亮度變化的較緩。

常規(guī)冰藏雖具有一定保鮮效果，但由于南美白對蝦在貯藏期間PPO未失活，仍可催化多酚物質(zhì)生成黑色素，適當(dāng)改變冰的形態(tài)或成分則可增強其防黑變保鮮效果。目前，常見保鮮冰的主要優(yōu)缺點如表1所示。其中，流化冰主要由海水或混合液(水、乙醇或丙二醇溶液)在凍結(jié)點溫度以下產(chǎn)生的細(xì)小球形冰晶與液態(tài)溶液組成[11]。王強等[14]以碎冰和冷藏處理為對照組，研究流化冰對-4 ℃貯藏條件下冰鮮南美白對蝦的感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)與微生物指標(biāo)等影響，發(fā)現(xiàn)流化冰的快速降溫作用能鈍化或抑制其PPO活性，填充至蝦體縫隙內(nèi)的流化冰細(xì)小冰晶可有效阻隔外界氧氣，使蝦體黑變速率明顯下降，其保鮮效果顯著優(yōu)于碎冰與冷藏處理組樣品。

表1 常見保鮮冰的主要優(yōu)缺點

酸性電解水可通過電解HCl和NaCl溶液獲得，其可制成酸性電解水冰應(yīng)用于水產(chǎn)品中[12]。PPO的最適pH值與溫度分別為6.0與55 ℃，在極酸或堿性條件下，靜電作用可使PPO結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使其空間結(jié)構(gòu)展開[15]。SUN等[16]用酸性電解水冰(pH值2.35±0.01，氧化還原電位(1 153.2±1.5) mV，有效氯質(zhì)量濃度(86±1) mg/L)處理南美白對蝦，發(fā)現(xiàn)與自來水冰相比，酸性電解水冰處理組樣品的黑變數(shù)明顯減少，圓二色譜法分析表明PPO結(jié)構(gòu)中α-螺旋減少且不規(guī)則卷曲增加，表明其原有構(gòu)象已發(fā)生改變。

1.1.2 氣調(diào)保鮮

氣調(diào)保鮮是通過調(diào)節(jié)水產(chǎn)品所處環(huán)境的氣體組成與比例，抑制水產(chǎn)品中微生物生長與酶促反應(yīng)，達(dá)到貯藏保鮮效果。雖然100% N2或50% N2+50% CO2的氣調(diào)包裝不含O2，該包裝能有效抑制PPO活性和延緩酶促反應(yīng)，但蝦體外骨骼間隙中存在氧氣，且包裝材料存在一定透氧率，因此黑變在-18 ℃貯藏期間仍可發(fā)生[17]。謝晶等[18]以空氣包裝為對照，研究不同氣體比例包裝對南美白對蝦冷藏條件下品質(zhì)變化的影響，結(jié)果得出高體積分?jǐn)?shù)CO2氣調(diào)包裝能夠抑制微生物生長與PPO活性，其中以80% CO2+20% N2處理組樣品的保鮮效果最佳，能有效延長其冷藏貨架期至8 d。高濃度O2會加速南美白對蝦黑變，低濃度O2可延緩其黑變。低濃度O2能抑制Cu2+的氧化，使PPO活性降低。QIAN等[19]研究接種腐敗希瓦氏菌、殺鮭氣單胞菌等對南美白對蝦黑變影響時，發(fā)現(xiàn)接種腐敗希瓦氏菌樣品中的PPO活性較接種其他菌的樣品高出一倍，使用80% CO2+10% O2+10% N2氣調(diào)貯藏可抑制腐敗希瓦氏菌生長，減輕其黑變。

1.1.3 超高壓處理

超高壓技術(shù)(ultra-high pressure，UHP)屬非熱加工技術(shù)，對蝦的營養(yǎng)價值和感官特性影響較小，能破壞蝦體內(nèi)源性組織蛋白酶活性，殺滅食品中的微生物，減緩其品質(zhì)劣變，還能使蝦體可溶性蛋白增加，是目前發(fā)展前景較廣闊的處理技術(shù)之一[20-21]。LIU等[22]研究發(fā)現(xiàn)在5 ℃環(huán)境下，當(dāng)壓力低于300 MPa時，南美白對蝦的PPO活性不敏感，當(dāng)壓力在400～600 MPa時，PPO活性受到影響，當(dāng)壓力為600 MPa時蝦體的黑變值最低。GMEZ-ESTACA等[23]將南美白對蝦頭胸部在18 ℃下分別置于200、400與600 MPa壓力下處理15 min或連續(xù)5 min的3次循環(huán)，發(fā)現(xiàn)其血藍(lán)蛋白在400 MPa時部分變性，在600 MPa時完全變性，影響其轉(zhuǎn)化為有活性的PPO，從而抑制黑變。在25 ℃、400～600 MPa下，從南美白對蝦提取出的PPO被滅活，但蝦體內(nèi)的PPO卻被激活，導(dǎo)致其黑變速率加快，如要使蝦中的PPO完全失活，超高壓技術(shù)還應(yīng)與其他技術(shù)結(jié)合使用[24]。

1.1.4 臭氧處理

臭氧是一種強氧化性氣體，具有廣譜抗菌作用，但其易被還原分解成O2，若臭氧溶于水則其穩(wěn)定性能增強。因此，臭氧處理的保鮮效果受使用方式、接觸時間、食物pH值與溫度等影響[25]。OKPALA等[26]在第1、3、5、8和11天連續(xù)使用100 mg/h臭氧水處理冰藏南美白對蝦60 s，其色澤變化相對于未處理組樣品較小。至今臭氧應(yīng)用于鮮蝦防黑變保鮮研究尚少，臭氧處理與其他保鮮技術(shù)相結(jié)合才能更好地延長蝦類的貯藏貨架期。

1.2 化學(xué)保鮮技術(shù)

化學(xué)保鮮技術(shù)是指在貯藏過程中適量添加安全無毒副作用的化學(xué)物質(zhì)，抑制酶促反應(yīng)與微生物生長，并延長產(chǎn)品貯藏貨架期[27]。通?？煞譃榛瘜W(xué)保鮮劑與生物保鮮劑，近年來國內(nèi)外學(xué)者開展的部分南美白對蝦防黑變保鮮技術(shù)研究如表2所示。

表2 添加物質(zhì)抑制或預(yù)防南美白對蝦黑變保鮮相關(guān)研究

1.2.1 化學(xué)保鮮劑

化學(xué)保鮮劑價格低廉，保鮮效果相對較好。其中，4-己基間苯二酚(4-hexyl resorcinol solution, 4-HR)能與PPO酶中Cu2+結(jié)合，生成高穩(wěn)定的PPO絡(luò)合物，能有效阻止PPO酶與底物反應(yīng)。錢韻芳等[28]將0.25 mg/mL的4-HR溶液涂膜南美白對蝦，發(fā)現(xiàn)南美白對蝦在4 ℃冷藏期間的黑變程度較低，而白度值較高。羅自生等[29]分別采用10 mg/L與20 mg/L的固載二氧化氯處理南美白對蝦，以未處理組樣品為對照，結(jié)果表明，處理組PPO活性和黑變指數(shù)在8 d后低于對照組，較高濃度的固載二氧化氯處理對黑變抑制效果更佳。

1.2.2 生物保鮮劑

生物保鮮劑具有抑菌效果好、無污染、無害等優(yōu)點，根據(jù)來源不同可分為植物源、動物源、微生物源保鮮劑。

植物多酚和底物的結(jié)構(gòu)相似，能與PPO的活性位點相互作用或與PPO酶競爭，發(fā)揮抑制其活性與抗黑變保鮮作用[38]。SAE-LEAW等[31]將南美白對蝦在10 g/L腰果葉提取物溶液中浸泡30 min，發(fā)現(xiàn)其在4 ℃貯藏12 d時黑變減緩。BASIRI等[32]研究得出，經(jīng)10 g/L石榴皮提取物浸漬15 min后的南美白對蝦在4 ℃冷藏6 d后黑變分?jǐn)?shù)值較低，可能由于石榴提取物中的多酚物質(zhì)含量較高，表現(xiàn)出較強的抗氧化活性。THANASAK等[39]發(fā)現(xiàn)表沒食子兒茶素或沒食子酸酯可與酶和酶-底物復(fù)合物結(jié)合，能夠抑制南美白對蝦頭胸部的PPO酶活性，且其抑制作用優(yōu)于兒茶素、表兒茶素、表兒茶素沒食子酸酯。

植物提取物中除多酚外，其他天然成分也具有防黑變保鮮效果。如ANGEL等[34]將南美白對蝦樣品浸入5 g/L麥角硫因溶液中，多酚氧化酶原的基因表達(dá)受到抑制，其螯合作用使PPO活性降低。WANG[35]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)30 g/L蒲公英多糖處理南美白對蝦并于4 ℃貯藏，因蒲公英多糖的抗菌和抗氧化特性，其黑變速率減緩，其保質(zhì)期延至10 d。

此外，動物源保鮮劑和微生物源保鮮劑的防黑變保鮮效果也被證實。潘承慧等[36]研究發(fā)現(xiàn)10 g/L殼聚糖對南美白對蝦中的PPO有一定抑制作用，能減少黑斑形成，減緩TVB-N值升高。XU等[37]研究得出4 ℃下芽孢桿菌葡萄糖氧化酶(glucose oxidase，GOD)對南美白對蝦黑變具有緩解作用，其與亞硫酸鈉、植酸、維生素C相比，對黑色素形成的干預(yù)作用更強。

2 存在問題與解決辦法

2.1 復(fù)合生物保鮮劑

單一保鮮劑的作用效果往往有限，如能利用柵欄技術(shù)，將多種保鮮劑復(fù)配使用，則可減少單一保鮮劑的使用量，還能發(fā)揮其綜合作用，起到增強防黑變與保鮮效果的目的[40]。目前，國內(nèi)外研究人員主要開展復(fù)合保鮮劑對南美白對蝦防黑變保鮮工作如表3所示。

使用成膜性佳的保鮮劑涂膜于南美白對蝦表面，可減少水分散失，抑制與氧氣的接觸，延緩南美白對蝦黑變和品質(zhì)下降。成膜劑還可作為黑變抑制劑、抗菌劑等載體，協(xié)同作用來保持蝦的品質(zhì)。殼聚糖因其無毒性、抗菌性、可生物降解性、生物相容性與成膜性等特點，被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)品中。YUAN等[41]將10 g/L殼聚糖涂層結(jié)合15 g/L石榴提取物復(fù)合處理南美白對蝦，這2種物質(zhì)能發(fā)揮協(xié)同保鮮與抗黑變作用，還能改善其色澤。ARANCIBIA等[42]從南美白對蝦處理廢棄物中提取2 g/100 g殼聚糖與1 g/100 g蛋白質(zhì)-脂質(zhì)濃縮物，將2種物質(zhì)復(fù)配組成活性涂層液，用于5 ℃條件下南美白對蝦的冷藏保鮮，結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)配處理組樣品在第5天的黑變抑制效果較殼聚糖涂層明顯。表明脂質(zhì)濃縮物可提高涂層的總酚含量與抗氧化性，延緩南美白對蝦黑斑的形成。HSU等[45]將黃原膠、瓜爾膠、異抗壞血酸、抗菌多肽復(fù)合用于南美白對蝦冷藏保鮮，發(fā)現(xiàn)4種物質(zhì)的添加量分別為5、5、5、2.5 g/L時，防黑變保鮮效果最好。ALOTAIBI等[46]將4 g/100 g 百里香精油與4 g/100 g 甘薯淀粉基復(fù)合涂層用于南美白對蝦冷藏保鮮中，發(fā)現(xiàn)其在第8天時黑變程度較輕，且可食用涂層的營養(yǎng)物質(zhì)能夠滲入蝦體中，在一定程度上提高其附加值。

表3 復(fù)合生物保鮮劑對南美白對蝦防黑變保鮮效果研究

2.2 復(fù)合保鮮技術(shù)

單一保鮮技術(shù)的作用效果相對有限，如低溫凍藏解凍后易引起蝦肉質(zhì)構(gòu)變化使口感下降[47]。超高壓與氣調(diào)包裝對設(shè)備要求較高，且操作復(fù)雜。化學(xué)保鮮劑使用殘留，過量使用易造成環(huán)境與食品安全問題。生物保鮮劑來源廣泛，但其含量低、提取難度大與純化技術(shù)要求較高，加工工藝與提取成本等問題限制了其推廣使用。如能將物理保鮮與化學(xué)保鮮技術(shù)有機結(jié)合，可優(yōu)勢互補增強其抗黑變保鮮效果[48]。馮家敏等[49]將流化冰與0.03 g/L 4-HR與0.05 g/L過氧化氯保鮮復(fù)合處理南美白對蝦，發(fā)現(xiàn)在-4 ℃時16 d貯藏期內(nèi)能使南美白對蝦的感官品質(zhì)、色差保持最佳，且PPO活性均顯著低于流化冰處理組；鄧倩琳等[50]從南美白對蝦頭胸部制備粗酶液后，對其進行超高壓與高密度CO2聯(lián)合處理，發(fā)現(xiàn)其經(jīng)500 MPa處理后在4 ℃貯藏6 d，樣品PPO發(fā)生不可逆的變性失活。ZHANG等[51]采用氣調(diào)保鮮(40% CO2+10% O2+50% N2)和酸性電解水處理凍藏(-18 ℃)南美白對蝦，發(fā)現(xiàn)其對蝦體色澤穩(wěn)定性具有積極作用。UDAYASOORIAN等[52]研究了葡萄柚籽提取物、葡萄籽提取物、石榴籽提取物、石榴皮提取物分別與氣調(diào)包裝(40% CO2+60% N2與30% CO2+10% O2+60% N2)結(jié)合對3 ℃貯藏下南美白對蝦色澤可接受度影響，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)10 g/L石榴皮提取物結(jié)合40% CO2+60% N2氣調(diào)保鮮處理時可接受度最佳。QIAN等[53]研究發(fā)現(xiàn)將鮮南美白對蝦浸入含有0.05 g/L槲皮素、0.025 g/L肉桂酸與0.025 g/L 4-己基間苯二酚基質(zhì)中時，發(fā)現(xiàn)白度值增加；若加以80% CO2+15% N2+5% O2氣調(diào)保鮮，則可協(xié)同減輕蝦體黑變。ALEX等[54]用1 mg/L臭氧水浸漬10 min后采用100% CO2包裝，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，12 d后其黑變值比未處理組樣品降低約50%。

3 結(jié)語

隨著國內(nèi)外研究人員對南美白對蝦黑變機理研究的深入與保鮮技術(shù)的發(fā)展，科研人員已采用低溫等離子體等新型理化處理方式，通過抑制酶催化反應(yīng)與微生物生長等來延緩其黑變。近年來，生物保鮮劑成為蝦類黑變抑制劑的研究熱點。首先，安全性是開發(fā)新型保鮮方式的第一要素，研究人員應(yīng)在有效劑量與安全值間尋求平衡；其次，開發(fā)高效經(jīng)濟的天然生物保鮮劑，并促進其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，且防黑變保鮮機制仍需進一步剖析。研究人員已開始對如上防黑變保鮮技術(shù)進行深度挖掘，采用靜電壓、超聲波等技術(shù)手段來預(yù)防其黑變。未來技術(shù)的發(fā)展將更趨于綜合性，即多種處理技術(shù)的優(yōu)化組合，進一步延長其貨架期，促進蝦類防黑變保鮮及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。