低溫等離子體對(duì)凡納濱對(duì)蝦營養(yǎng)成分及品質(zhì)的影響

陳俊羽，薛德獎(jiǎng)，裘夢(mèng)佳，陳 靜,2

(1.浙江海洋大學(xué)食品與藥學(xué)學(xué)院，浙江舟山 316022；2.浙江省海產(chǎn)品健康危害因素關(guān)鍵技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江舟山 316022)

凡納濱對(duì)蝦Litopenaeus vannamei 是世界三大養(yǎng)殖蝦品種之一，其肉質(zhì)鮮美，營養(yǎng)豐富，蝦肉富含蛋白質(zhì)、多種必需氨基酸及大量礦物元素深受國內(nèi)外消費(fèi)者青睞。凡納濱對(duì)蝦是易腐敗的水產(chǎn)品，較難保藏，貨架期較短。在其死亡后，其體內(nèi)的微生物和自身氧化會(huì)導(dǎo)致腐敗以及品質(zhì)下降[1-3]。凡納濱對(duì)蝦體內(nèi)的細(xì)菌種類較為復(fù)雜繁多，不同生長環(huán)境、季節(jié)、貯藏方式，對(duì)蝦菌群種類含量均不同，復(fù)雜的細(xì)菌種群使得在低溫貯藏過程仍然對(duì)品質(zhì)會(huì)有較大影響[4-5]。冷凍和冷藏是蝦肉保藏常用方法，但蝦肉在冷凍及貯藏過程中會(huì)出現(xiàn)冰結(jié)晶成長、重結(jié)晶、蛋白質(zhì)變性等劣變反應(yīng)，導(dǎo)致其凝膠能力下降和持水力降低[6-8]。因此，通過抑制微生物生長保鮮蝦肉是食品科學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前防止凡納濱對(duì)蝦黑變的方法一般是從蝦類捕獲到速凍之前始終處于低溫狀態(tài)，縮短冷凍加工時(shí)間，抑制酪氨酸酶的活性和隔絕蝦體與空氣的接觸。如何延長凡納濱對(duì)蝦貨架期并保證其營養(yǎng)價(jià)值、感官品質(zhì)及商業(yè)價(jià)值尤為重要。

ACP 已經(jīng)成為一種潛在的非熱技術(shù)，可以有效地消除病原體并腐蝕受污染物體中的微生物，是一種新型的食品保鮮殺菌技術(shù)。“等離子體”由中性原子、自由基、正離子和負(fù)離子等組成，這些物質(zhì)具有足夠的電能破壞共價(jià)鍵并引發(fā)不同的化學(xué)反應(yīng)，滅活微生物，并可有效抑制水產(chǎn)品自身酶的活性，延緩其腐敗變質(zhì)，從而達(dá)到保鮮的效果。MISRA N N,et al[9]研究顯示，ACP 中構(gòu)成等離子體的無數(shù)化學(xué)活性物質(zhì)會(huì)作用支鏈進(jìn)行化學(xué)修飾或切斷特殊鍵位，從而改變二級(jí)結(jié)構(gòu)，造成酶的失活。ACP 分為輝光放電、電暈放電與介質(zhì)放電等等。其中ACP 中的介質(zhì)阻擋放電更為廣泛運(yùn)用。其有電子能量高、反應(yīng)快、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)殺菌技術(shù)相比，ACP 處理占據(jù)多方面優(yōu)勢(shì)，例如可在低溫或者常溫條件下操作，操作成本低，處理時(shí)間短和殺菌效果顯著等等。其可有效改善傳統(tǒng)滅菌保鮮技術(shù)的弊端，為新型食品滅菌保鮮技術(shù)提供方向[9]。本實(shí)驗(yàn)利用ACP 處理凡納濱對(duì)蝦并對(duì)其理化性質(zhì)進(jìn)行測試，驗(yàn)證該技術(shù)對(duì)凡納濱對(duì)蝦黑變和保鮮作用控制。CHEN Jing,et al[10]發(fā)現(xiàn)，DBD-ACP 處理鮐魚的最優(yōu)參數(shù)為60 kV、60 s，其具有滅菌效果好，對(duì)化學(xué)成分及其品質(zhì)影響較小的優(yōu)點(diǎn)。前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)ACP 對(duì)部分水產(chǎn)品最優(yōu)參數(shù)為60 kV，因此本實(shí)驗(yàn)在ACP 電壓為60 kV 條件下研究凡納濱對(duì)蝦營養(yǎng)成分的變化和ACP 處理60、90、120 以及150 s 后對(duì)其不同貯藏時(shí)間段鮮度品質(zhì)和黑變感官作用的影響，以期為水產(chǎn)品保鮮技術(shù)的發(fā)展提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 材料

凡納濱對(duì)蝦購于舟山老碶菜場(體長7～9 cm)。將鮮活凡納濱對(duì)蝦置于裝有碎冰的泡沫箱內(nèi)，40 min 內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

Phenix BK130/36 ACP 處理儀，Phenix Technologies 有限公司；HWSG 恒溫培養(yǎng)箱，寧波東南儀器有限公司；HS-1300 超凈工作臺(tái)，蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；TMS-Pro 物性測試儀，美國FTC 公司；HAD/SXT-06 索氏抽提器，北京恒奧德儀器儀表有限公司；DHG-9023A 烘箱，上海雙旭電子有限公司，XB5-12高溫爐，深圳市鑫寶儀器設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)前處理

挑選色澤形態(tài)相近的鮮活凡納濱對(duì)蝦，剔除死亡，黑變及肢體殘缺等異常的蝦，用碎冰猝死后用清水沖洗，瀝干后隨機(jī)分空白組與ACP 處理組2 組，空白組不作任何處理；ACP 處理組處理時(shí)間：60、90、120 及150 s。

1.2.2 ACP 儀器介紹及處理方式

實(shí)驗(yàn)所用ACP 設(shè)備見圖1。儀器采用介質(zhì)阻擋放電(dielectric barrier discharge，DBD)，該裝置是由等離子體產(chǎn)生器(DBD-ACP)和交流電控制系統(tǒng)組成。其中DBD-ACP 系統(tǒng)有2 個(gè)直徑為15 cm 的鋁電極(高壓電極和接地電極)，2 個(gè)電極之間的距離為38 mm，放有200 mm×120 mm×36 mm 的聚丙烯(polypropylene，PP)盒，該P(yáng)P盒可用于MAP 處理后進(jìn)行ACP 處理，也可直接放置待處理的樣品。ACP 系統(tǒng)的輸入電壓220 V、頻率50 Hz 可以產(chǎn)生高達(dá)130 kV 的處理電壓，本實(shí)驗(yàn)參考國內(nèi)外研究文獻(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)安全問題(高電壓容易擊穿介質(zhì)阻擋板，造成安全隱患)等因素，確定最高處理電壓為70 kV。

圖1 試驗(yàn)所用ACP 儀器Fig.1 ACP instrument used in the test

將處理過后的凡納濱對(duì)蝦放入PE 包裝將樣品分4 組。迅速將處理組置于圖1 低溫等離子體儀分別用電壓60 kV，時(shí)間60、90、120 和150 s 條件處理，另一組未處理對(duì)蝦樣品作為空白對(duì)照。置于(4±1)℃冰箱貯藏。在貯藏過程對(duì)各組進(jìn)行營養(yǎng)成分指標(biāo)測定及各鮮度指標(biāo)測定。

1.2.3 營養(yǎng)成分指標(biāo)測定

1.2.3.1 蛋白質(zhì)含量的測定

蛋白質(zhì)含量的測定采用GB 5009.5-2016[11]中凱氏定氮法測定。精確稱量2 g 蝦肉，移入定氮瓶中，加入0.4 g 硫酸銅、6 g 硫酸鉀和20 mL 硫酸，碳化后繼續(xù)加熱30 min，定容至100 mL 備用。凡納濱對(duì)蝦中蛋白質(zhì)含量較高，降解快，因此可以從對(duì)蝦蛋白含量的變化看出其營養(yǎng)成分流失是否嚴(yán)重。每組平行3 次，檢測結(jié)果保留3 位有效數(shù)字。

1.2.3.2 脂肪含量的測定

脂肪含量的測定采用GB 5009.6-2016[12]中索氏抽提法測定。精確稱量5 g 蝦肉，移入濾紙筒內(nèi)。放入索氏抽提器的抽提筒內(nèi)，抽提6～10 h。結(jié)束后回收石油醚，稱量。每組平行3 次，檢測結(jié)果保留3 位有效數(shù)字。

1.2.3.3 水分含量的測定

采用GB 5009.3-2016[13]中直接干燥法測定。將混合均勻的試樣磨細(xì)稱取5 g 加入恒重扁形稱量瓶置于101～105 ℃干燥箱中干燥1 h 冷卻后再稱量。每組平行3 次，檢測結(jié)果保留3 位有效數(shù)字。并且重復(fù)性條件下2 次獨(dú)立測定結(jié)果的絕對(duì)差值不得超過算術(shù)平均值的10%。

1.2.3.4 灰分含量的測定

根據(jù)GB 5009.4-2016[14]食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中食品總灰分的測定方法。稱量3 g 樣品，碳化至無煙，然后放置于（550±25）℃高溫爐中灼燒4 h。灼燒至無碳粒即表示碳化完全，灼燒至前后2 次稱量相差不超過0.5 mg 為恒重。每組平行3 次，檢測結(jié)果保留3 位有效數(shù)字。并且重復(fù)性條件下2 次獨(dú)立測定結(jié)果的絕對(duì)差值不得超過算術(shù)平均值的5%。

1.2.4 揮發(fā)性鹽基氮的測定(TVB-N)采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB5009.288-2016[15]中自動(dòng)凱氏定氮法測定，精確稱量10 g 蝦肉，切碎置于蒸餾管內(nèi)，加入75 mL 水，振搖使其分散均勻，浸漬30 min 后檢測。每組平行3 次，檢測結(jié)果保留3 位有效數(shù)字。

1.2.5 質(zhì)構(gòu)特性的測定

采用TMS-Pro 物性測試儀，測定凡納濱對(duì)蝦樣品的彈性、內(nèi)聚及咀嚼性。實(shí)驗(yàn)采用TMS 不銹鋼針頭探針(直徑1 mm)及圓柱形探頭(直徑36 mm)，起始力0.6 N，測試速度60 mm·min-1。將蝦剝殼取背部肌肉長為2 cm 測定。

1.2.6 凡納濱對(duì)蝦黑變?cè)u(píng)定

凡納濱對(duì)蝦黑變是自對(duì)蝦死亡后在貯藏過程中，蝦殼內(nèi)沉積大量的黑色素的過程。對(duì)蝦黑變嚴(yán)重影響蝦的品質(zhì)。感官評(píng)定小組由10 名專業(yè)人員組成，對(duì)5 組凡納濱對(duì)蝦的黑變、肉質(zhì)及氣味三方面進(jìn)行評(píng)定，黑變采用評(píng)分法：黑變?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1，分值在5(無黑變)到1(完全黑變)之間，最終取10 人評(píng)分平均值為評(píng)定結(jié)果[16]。

表1 凡納濱對(duì)蝦黑變?cè)u(píng)定表Tab.1 The blackening assessment table of L.vannamei

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用origin 8.0、SPSS 13.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)重復(fù)測定3 次，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 結(jié)果與分析

2.1 營養(yǎng)成分的測定結(jié)果

凡納濱對(duì)蝦低脂肪、高蛋白，肉質(zhì)鮮美、營養(yǎng)豐富，符合現(xiàn)代人對(duì)飲食的需求。所以本實(shí)驗(yàn)探究了ACP處理是否對(duì)對(duì)其營養(yǎng)成分有所影響。結(jié)果如表2。

表2 ACP 60 kV 下對(duì)凡納濱對(duì)蝦營養(yǎng)成分的影響Tab.2 Effect of ACP at 60 kV on the nutritional composition of L.vannamei

基本營養(yǎng)成分見表2。空白組蛋白含量為（18.71±0.22）%；脂肪含量為（1.06±0.03）%；水分含量為（76.20±0.15）%；灰分含量為（1.33±0.11）%。ACP 在60 kV 條件下對(duì)其脂肪含量和灰分含量大體上沒有影響，但對(duì)蛋白質(zhì)含量和水分含量有微弱影響，并且可以看出隨著ACP 處理時(shí)間增加，凡納濱對(duì)蝦中蛋白質(zhì)含量和水分含量損失愈多。可能原因是處理時(shí)間過長，破壞凡納濱對(duì)蝦中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，水分散失，從而導(dǎo)致含量降低，降低比例約為2%和3%?？梢缘贸?，ACP 在60 kV 下處理凡納濱對(duì)蝦對(duì)其營養(yǎng)成分幾乎沒有影響。

2.2 TVB-N 的測定結(jié)果

TVB-N 是檢測水產(chǎn)品鮮度品質(zhì)中很重要的一項(xiàng)指標(biāo)，它是在水產(chǎn)品自身酶和微生物作用下，分解自身蛋白質(zhì)和含氮物質(zhì)從而產(chǎn)生三甲胺和生物胺等揮發(fā)性物質(zhì)，結(jié)果見圖2。

由圖3 可以看出，隨著貯藏時(shí)間的延長，處理組和空白組凡納濱對(duì)蝦中TVB-N 含量均呈上升趨勢(shì)，且初始TVB-N 值為（10±0.31）mg·100-1·g-1。空白組第2 d TVB-N 值為（24.2±2.73）mg·100-1·g-1，已接近海蝦衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 2733-2015 中規(guī)定TVB-N≤30 mg·100-1·g-1)。處理組TVB-N 值低于同時(shí)期空白組TVB-N 值，并且隨著ACP 處理時(shí)間的增加，TVB-N 值增大趨勢(shì)減緩。并且由圖2 可以看出第2 d 后處理組相較于空白組TVB-N 值抑制效果顯著增強(qiáng)。由此說明ACP 可以延緩凡納濱對(duì)蝦中TVB-N 含量的增加，保證了蝦的鮮度品質(zhì)。

圖2 ACP 對(duì)凡納濱對(duì)蝦中揮發(fā)性鹽基氮的影響Fig.2 Effect of ACP on volatile base nitrogen in L.vannamei

圖3 ACP 對(duì)凡納濱對(duì)蝦硬度的影響Fig.3 Effect of ACP on the hardness of L.vannamei

2.3 質(zhì)構(gòu)特性的測定結(jié)果

冷藏期間凡納濱對(duì)蝦硬度見圖3，空白組初始凡納濱對(duì)蝦硬度為（12.85±0.18）g，貯藏第8 d 時(shí)，處理組空白組與處理組60、90、120 及150 s 硬度分別降低38.05%、28.24%、24.68%、23.08%和23.02%。處理組與空白組隨貯藏時(shí)間的增加，凡納濱對(duì)蝦的硬度大體呈降低趨勢(shì)，并可看出隨著ACP 處理時(shí)間增長，凡納濱對(duì)蝦硬度降低趨勢(shì)有所減緩。說明ACP 對(duì)凡納濱對(duì)蝦硬度有保護(hù)效果。

冷藏期間凡納濱對(duì)蝦彈性變化如圖4，空白組初始彈性為（0.4±0.01）mm。處理組與空白組隨著貯藏時(shí)間增長彈性略有降低，推測原因?yàn)殡S著貯藏時(shí)間的增加，對(duì)蝦腐敗變質(zhì)，鮮度品質(zhì)不斷下降導(dǎo)致彈性降低[17]。隨著ACP 處理時(shí)間的增長，其彈性下降趨勢(shì)減緩。說明ACP 對(duì)其彈性變化起到了減緩作用。

圖4 ACP 對(duì)凡納濱對(duì)蝦彈性的影響Fig.4 Effect of ACP on the elasticity of L.vannamei

ACP 對(duì)凡納濱對(duì)蝦咀嚼性影響見圖5，初始處理組與空白組咀嚼性略有差異但大體一致，并且隨著貯藏時(shí)間增加，對(duì)蝦咀嚼性降低。初始空白組咀嚼性為（2.15±0.1）mJ。貯藏第8 d 時(shí)，處理組60、90、120 及150 s 與空白組咀嚼性分別降低31.84%、23.32%、23.09%、22.59%和40.00%。說明ACP 對(duì)凡納濱對(duì)蝦的咀嚼性有保護(hù)作用，并且ACP 處理時(shí)間越長，對(duì)其保護(hù)作用效果越明顯。

圖5 ACP 對(duì)凡納濱對(duì)蝦咀嚼性的影響Fig.5 Effect of ACP on the chewiness of L.vannamei

2.4 凡納濱對(duì)蝦黑變?cè)u(píng)定結(jié)果

如表3 所示，分值在5 分(無黑變)到1 分(完全黑變)之間，最終取10 人評(píng)分平均值為評(píng)定結(jié)果。隨著貯藏時(shí)間的增加，處理組與空白組凡納濱對(duì)蝦黑變程度逐漸加深，且兩組黑變趨勢(shì)都是逐漸增大。并可以看出隨著處理組時(shí)間條件的延長，凡納濱對(duì)蝦黑變程度抑制變強(qiáng)。初始空白組與處理組黑變?cè)u(píng)分為5 分?？瞻捉M在第6 d 左右達(dá)到完全黑變，處理組60、90、120 和150 s 分別在6 d 和8 d 完全黑變。由此表明ACP 對(duì)黑變感官上有減緩抑制作用。

表3 ACP 對(duì)凡納濱對(duì)蝦黑變的影響Tab.3 Effect of ACP on blackening of L.vannamei

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，凡納濱對(duì)蝦在條件為4 ℃貯藏、ACP 在電壓為60 kV、時(shí)間為60、90、120 和150 s條件下對(duì)凡納濱對(duì)蝦營養(yǎng)成分幾乎沒有影響；對(duì)TVB-N 值及黑變有顯著抑制作用，并且隨著處理時(shí)間條件的增長，抑制效果愈明顯。同時(shí)ACP 對(duì)凡納濱對(duì)蝦的質(zhì)構(gòu)(硬度、彈性和咀嚼性)特性均有保護(hù)和延緩作用，并且隨著處理時(shí)間條件的增長，對(duì)其保護(hù)、延緩作用愈明顯。研究表明經(jīng)過ACP 處理的凡納濱對(duì)蝦黑變時(shí)間延長，其營養(yǎng)成分的流失減小，保持了其鮮度品質(zhì)。同時(shí)可以延緩腐敗變質(zhì)、延長其貨架期。并且本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果可為凡納濱對(duì)蝦的鮮度品質(zhì)控制的學(xué)術(shù)研究和貯運(yùn)及保鮮提供一定的參考價(jià)值。