吳雨軒,何瀚文,張毅,侯溫甫*,王麗梅,王宏勛
(1.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,湖北武漢 430023)
(2.武漢輕工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430023)
南美白對蝦(Penaeus vannamei)又稱白腳蝦,為對蝦科對蝦屬蝦類,是迄今世界上養(yǎng)殖產(chǎn)量最高的三大優(yōu)良蝦種之一[1],因其味道鮮美、營養(yǎng)豐富而深受全球消費者的喜愛。由于化學(xué)變化以及微生物作用,它在貯藏過程中極易腐爛變質(zhì),保質(zhì)期很短[2]。大量文獻(xiàn)研究了蝦的保鮮技術(shù),包括預(yù)煮[2]、冷等離子活化水[3]、臭氧技術(shù)[4]、高壓[5]、殼聚糖涂膜[6]、天然生物保鮮[7,8]等,大部分針對微生物尤其是初始微生物進(jìn)行控制,從而達(dá)到保持品質(zhì)和延長產(chǎn)品貨架期的目的。
電解水又稱氧化還原電位水,是由電解裝置電解稀鹽溶液產(chǎn)生的,包括酸性電解水和堿性電解水。酸性電解水是一種新型抗菌消毒劑,與常見的物理、化學(xué)和生物消毒方法相比[9,10],其制取設(shè)備操作簡單,生產(chǎn)成本更低,安全性更高,而且有研究表明酸性電解水還可以有效抑制部分酶的活性[11],因此具有抑菌和鈍化酶活雙重作用,保鮮效果良好,越來越多的國內(nèi)外科研工作者將其應(yīng)用于魚、蝦、貝類等水產(chǎn)品的清洗處理,在水產(chǎn)品保鮮上具有良好的應(yīng)用前景。但是酸性電解水的保鮮效果通常隨著水產(chǎn)品中有機(jī)物質(zhì)(蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等)濃度的增加而降低,從而影響殺菌效果。堿性電解水作為酸性電解水產(chǎn)生的副產(chǎn)物,由于缺乏較強的殺菌活性,限制了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用,對其殺菌作用的研究較少。目前,將酸性電解水和堿性電解水聯(lián)合使用的相關(guān)研究較為少見。據(jù)報道,堿性電解水可作為一種預(yù)洗劑,來提高了酸性電解水對蝦肉上副溶血性弧菌的殺滅效果[12]。此外,兩者聯(lián)合使用對香菜進(jìn)行處理也能達(dá)到相較于單一處理更好的殺菌作用[13]。
岑劍偉等[14]報道了酸性電解水能抑制羅非魚片細(xì)菌生長繁殖,4 ℃下延長貨架期2~3 d。高薇珊[15]研究了酸性電解水對嗜水氣單胞菌的抑制效果,發(fā)現(xiàn)酸性電解水對嗜水氣單胞菌抑制率可高到96%以上,且能抑制羅非魚體色發(fā)黑。孫江萍等[16]研究發(fā)現(xiàn)酸性電解水能鈍化多酚氧化酶活性,延緩南美白對蝦黑變速度。Tantratia等[17]研究發(fā)現(xiàn)酸性電解水能抑制大腸桿菌,沙門氏菌,金黃色葡萄球菌和乳酸菌的生長繁殖。此外,Jung等[18]指出酸性電解水能有效地抑制尖吻黃蓋鰈上菌落總數(shù)、假單胞菌和產(chǎn)H2S的細(xì)菌的生長。Xuan等[19]研究表明,酸性電解水能抑制過氧化值、總揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)和硫代巴比妥酸活性物質(zhì)(TBARS)含量的增加。
氣相離子遷移譜色譜技術(shù)(Gas Chromatography-Ion Mobility Spectrometry,GC-IMS)是一種將離子遷移譜技術(shù)和氣相色譜技術(shù)兩者結(jié)合的檢測技術(shù),它將離子遷移譜儀作為GC的檢測器,通過色譜的保留時間和相對遷移時間二維信息進(jìn)行定性,通過峰強進(jìn)行定量[20]。GC-IMS技術(shù)具有快速、靈敏、無需前處理、簡單的優(yōu)點,現(xiàn)廣泛應(yīng)用于肉類、果蔬和酒類等食品中,在水產(chǎn)品中的應(yīng)用相對較少,應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在食品的分級、溯源、品質(zhì)評價[21,22]和質(zhì)量控制[23]等方面。目前,酸性電解水在南美白對蝦上的應(yīng)用較少,尤其是利用酸性電解水處理對南美白對蝦的品質(zhì)特別是揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)造成的影響的研究暫時缺乏。本研究優(yōu)化了南美白對蝦的酸性氧化電解水減菌工藝,并探討了該處理對南美白對蝦品質(zhì)和揮發(fā)性物質(zhì)的影響,以期為酸性電解水在蝦肉上的應(yīng)用提供一定的參考。
厄瓜多爾白蝦(南美白對蝦)購于湖北省武漢市東西湖區(qū)常青花園中百倉儲超市。
酸性電解水由武漢麗輝新技術(shù)有限公司提供。
平板計數(shù)瓊脂、假單胞菌CFC選擇性培養(yǎng)基、鐵瓊脂培養(yǎng)基、氣單胞菌培養(yǎng)基,青島海博生物技術(shù)有限公司;氯化鈉、硼酸、人造沸石、甲基紅、溴甲酚綠,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;濃硫酸、鹽酸,中國平煤神馬集團(tuán)。
立式壓力蒸汽滅菌器、HRP-9082MBE型電熱恒溫箱,上海博迅公司;萬用電爐,北京市永光明醫(yī)療儀器公司;SW-CJ-2FD型雙人單面凈化工作臺,蘇州凈化公司;HBM-400D系列樣品均質(zhì)器,天津恒奧公司;XHF-D高速分散器(內(nèi)切式勻漿機(jī)),寧波新芝生物科技公司;ST2100型實驗室PH計、CP214(C)型電子天平,奧康斯儀器(常州)有限公司;LRH-100C型低溫培養(yǎng)箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;FlavourSpec 1H1-00092型氣相色譜離子遷移譜,德國G.A.S.公司。
1.3.1 原料預(yù)處理
將冷凍的蝦肉解凍,在提前通臭氧的無菌實驗室內(nèi)剝殼處理,并用清水將蝦肉沖洗干凈,備用。
1.3.2 單因素條件對酸性電解水殺菌效果的影響
根據(jù)實際的應(yīng)用,以及實驗室前期研究結(jié)果,選擇堿性電解水(pH值11.043,氧化還原電位-320 mV)和酸性電解水(有效氯質(zhì)量濃度80 mg/L,pH 2.977,氧化還原電位1270 mV)結(jié)合進(jìn)行減菌前處理。實驗用到的酸性電解水和堿性電解水委托武漢麗輝新技術(shù)有限公司按照電解水參數(shù)進(jìn)行制備。處理條件為清水沖洗30 s,以料液比1:3的堿性電解水浸泡蝦肉2 min,再用清水沖洗30 s,瀝干1 min后,進(jìn)行酸性電解水處理時間、料液比、處理方式、處理溫度單因素實驗。
表1 單因素水平表Table 1 Single factor level table
1.3.3 酸性電解水對南美白對蝦品質(zhì)及貨架期的影響
將南美白對蝦剝殼處理后,用優(yōu)化的減菌條件對蝦肉進(jìn)行處理作為處理組,無處理作為空白對照,探究酸性電解水對南美白對蝦品質(zhì)及貨架期的影響。
酸性電解水處理組:清水沖洗30 s,堿性電解水1:3料液比浸泡2 min,再清水沖洗30 s,再進(jìn)行酸性電解水處理,進(jìn)行托盤包裝后貯存于4 ℃冰箱。
空白對照組:將未經(jīng)處理的南美白對蝦進(jìn)行托盤包裝后貯存于4 ℃冰箱。
每天取樣,進(jìn)行各指標(biāo)的測定。
1.3.4 指標(biāo)測定
1.3.4.1 微生物測定
采用平板計數(shù)法測定南美白對蝦肉的菌落總數(shù),方法參照GB/T 4789-2010《食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗:菌落總數(shù)測定》。用測得的各處理組菌落總數(shù)值(CFU/g)和對照組菌落總數(shù)值(處理前菌落總數(shù),CFU/g)來計算各組減菌率。
假單胞菌數(shù)、氣單胞菌數(shù)、希瓦氏菌數(shù)分別采用假單胞菌CFC選擇性培養(yǎng)基、氣單胞菌培養(yǎng)基、鐵瓊脂培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng),方法同菌落總數(shù)檢驗方法。
1.3.4.2 色度
使用CR-400色差計測定樣品的L*值(亮度),每組樣品重復(fù)3次,結(jié)果取平均值。
1.3.4.3 TVB-N值
揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N值)按GB 5009.228-2016《食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》中的半微量定氮法進(jìn)行測定。
1.3.4.4 感官評價
選擇10名專業(yè)評定人員根據(jù)表2對蝦肉進(jìn)行色澤、氣味、彈性、組織狀態(tài)評價。
1.3.4.5 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)
頂空進(jìn)樣條件:孵化溫度 60 ℃;孵化時間 15 min;進(jìn)樣方式為頂空進(jìn)樣;加熱方式為振蕩加熱;進(jìn)樣針溫度80 ℃。
GC-IMS條件:色譜柱溫度 40 ℃;載氣為高純度N2;載氣流速程序:初始流速5.0 mL/min,保持3 min,8 min內(nèi)線性升至50.0 mL/min,5 min內(nèi)線性升至150.0 mL/min,保持3 min;總運行時間為19 min。漂移管溫度45 ℃;漂移氣為高純度N2;漂移氣流速150 mL/min。
檢測方法:取3.0 g樣品,放入20.0 mL頂空進(jìn)樣瓶中,經(jīng)頂空進(jìn)樣用FlavourSpec?風(fēng)味分析儀進(jìn)行測試。
1.3.5 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計
采用IBM SPSS Statistics 19對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析,以p<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義,用Excel 2016對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及統(tǒng)計。
常溫條件下,以浸泡時間為5 min,料液比1:4,開展蝦肉不同浸泡時間的減菌實驗研究,結(jié)果如圖1a所示。由圖1a可知,減菌率總體隨著浸泡時間的延長而呈增加的趨勢。浸泡時間大于3 min的減菌率較浸泡時間為1 min有顯著提高(p<0.05),這是因為酸性電解水殺菌需要一定的時間。對于南美白對蝦來說,浸泡時間達(dá)到3 min能達(dá)到比較好的減菌效果,并且減菌率隨著浸泡時間的增加有繼續(xù)增大的趨勢。當(dāng)浸泡時間為5 min,減菌率為75.59%,浸泡時間為7 min的減菌率為83.11%,浸泡時間為7 min的減菌率顯著高于5 min(p<0.05),因此選取7 min為最優(yōu)的浸泡時間。Liao等[24]用酸性電解水分別將大腸桿菌和金黃色葡萄球菌處理0、5、20、30 s,發(fā)現(xiàn)處理時間為30 s時抑菌效果最顯著。因此,在酸性電解水濃度一定時,可通過適當(dāng)延長處理時間來提高殺菌效果。然而,在敞口和不避光的條件下酸性電解水有效氯快速損失,其抑菌和鈍化酶活的能力會顯著下降,甚至對水產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味等產(chǎn)生不良影響[14]。在浸泡時間為7 min時,既能達(dá)到較好的減菌效果又不會對蝦肉的外觀產(chǎn)生明顯影響。
南美白對蝦不同料液比的減菌試驗結(jié)果如圖 1b所示。減菌率隨料液比的增加而增大,料液比為 1:5的減菌率顯著高于料液比為1:3和1:4,這是因為隨著料液比的增大,蝦肉可以充分的與酸性電解水接觸,有助于減菌。因此,可通過適當(dāng)增大料液比來提高電解水的殺菌效果。料液比為1:5的減菌率為64.23%,料液比為1:6的減菌率為76.70%,料液比為1:6的減菌率顯著高于料液比為 1:5(p<0.05)。但是值得注意的是,酸性電解水與蝦肉的接觸面積有限,減菌率會隨料液比的增加而逐漸趨于穩(wěn)定。綜合不同料液比對蝦肉的減菌率來看,當(dāng)料液比為1:6時能達(dá)到最好的減菌效果。
圖1c呈現(xiàn)的是不同溫度對蝦肉的減菌結(jié)果。由圖1C可知,室溫的減菌率為39.49%,4 ℃的減菌率為69.94%,4 ℃減菌率顯著高于室溫(p<0.05)。電解水主要是以其中的有效氯來達(dá)到減菌的目的[25,26],因此保持其有效氯的活性是提高減菌率的關(guān)鍵。朱志偉等[27]研究表明,加熱、光照和攪拌對有效氯影響最為顯著,會影響酸性電解水的殺菌效果。本研究中低溫條件更好的保持了減菌劑中有效氯的活性,所以4 ℃的減菌效果比室溫的好。也有研究用電解水冰來對南美白對蝦進(jìn)行保鮮,一方面低溫條件下有效氯的損失小,另一方面電解水冰能通過緩慢釋放的有效氯達(dá)到持續(xù)作用的效果,維持更好的感官品質(zhì)[28]。
以浸泡時間為5 min,料液比為1:4,對蝦肉進(jìn)行不同處理方式的減菌處理試驗,結(jié)果如圖1d所示。由圖1d可知,噴淋的減菌率為33.54%,沖淋的減菌率為80.00%,浸泡的減菌率為38.77%,沖淋的減菌率顯著高于浸泡和噴淋(p<0.05)。沖淋時酸性電解水的流動沖走了一部分蝦肉表面的微生物,因此減菌效果更好。而噴淋時噴壺內(nèi)的壓力較高,使酸性電解水中的有效氯散失,影響了減菌效果。因此,選擇沖淋為蝦肉最佳的減菌處理方式。
根據(jù)浸泡時間、料液比和電解水液溫優(yōu)化的結(jié)果來看,浸泡處理最優(yōu)的處理工藝是4 ℃條件下,以料液比為1:6浸泡7 min。但值得注意的是,當(dāng)料液比一致時,沖淋的減菌率要優(yōu)于浸泡,所以最優(yōu)處理工藝是4 ℃條件下,以料液比為1:6進(jìn)行沖淋。
2.2.1 感官評分
冷藏期間蝦肉貯藏過程中感官評分的變化如圖 2所示。由圖2可知,隨著貯藏時間的延長,對照組和處理組感官評分均呈下降趨勢,處理組在整個貯藏過程中感官評分都高于對照組。在顏色上,氧化電解水處理前蝦肉顏色呈灰白色,經(jīng)過處理后蝦肉顏色發(fā)白,色澤上要優(yōu)于對照組,但是隨著貯藏時間的延長,處理組和對照組蝦肉均會發(fā)生不同程度的黑變,導(dǎo)致感官品質(zhì)下降。在氣味上,對照組在第7 d出現(xiàn)感官拒絕接收的異味,而處理組在第9 d還沒有明顯異味。從組織形態(tài)和組織彈性來看二者并沒有明顯差異。對蝦的感官評分低于 5分被視為消費者消費不可接受[29]。總體來看,對照組在第5 d已經(jīng)視為“不可接受”,而處理組在第7 d的感官評分仍大于5分,表明酸性電解水處理能有效改善對蝦的感官品質(zhì),延長貨架期3 d左右。
2.2.2 色度
酸性電解水對蝦肉L*值的影響見圖3。由圖3可知,對照組和處理組在整個貯藏期間的變化趨勢是一致的,處理組的L*值總體高于對照組。在貯藏第1 d,處理組L*值為53.37,對照組L*值為46.63,處理組L*值較對照組顯著升高(p<0.05),這可能是電解水具有強氧化性,殘留在蝦肉上的電解水對蝦肉的色澤具有一定的影響。王玲等[30]研究表明酸性電解水對魚肉有一定的漂白作用,并且隨著有效氯濃度的增大,白度值維持較穩(wěn)定。第1 d到第5 d,亮度隨貯藏期的延長而降低,可能是因為隨著貯藏時間的增加,水分流失嚴(yán)重導(dǎo)致L*值降低。貯藏5 d以后,處理組和對照組L*值均有所升高,推測原因可能與貯藏期間腐敗菌的繁殖以及蛋白質(zhì)變性有關(guān)[31]。
表3 酸性電解水處理對南美白對蝦菌落總數(shù)和TVB-N值的影響Table 3 Effect of oxidative electrolytic water treatment on the total number of colonies and TVB-N value of prawn
表4 酸性電解水處理對南美白對蝦腐敗菌的影響Table 4 Effect of oxidative electrolytic water treatment on spoilage bacteria of prawn
2.2.3 菌落總數(shù)和TVB-N值
貯藏過程中蝦肉菌落總數(shù)和 TVB-N值的變化結(jié)果如表 3所示。有研究表明南美白對蝦菌落總數(shù)及TVB-N含量增加與腸道細(xì)菌增殖有關(guān)[32]。由表 3可知,蝦肉的初始菌落總數(shù)為2.79 lg(CFU/g),經(jīng)酸性電解水處理后,蝦肉的初始菌落總數(shù)為1.80 1g(CFU/g),說明酸性電解水具有一定的減除初始微生物的作用。處理組和對照組菌落總數(shù)總體均隨貯藏時間的延長而增加,但處理組增長速度比對照組緩慢,在整個貯藏期間菌落總數(shù)始終低于對照組。由表3可知,對照組和處理組的初始TVB-N值分別為16.52 mg/100 g和13.16 mg/100 g。隨著貯藏期的延長,兩組蝦肉TVB-N含量均整體呈上升趨勢,且處理組 TVB-N值的增加速度明顯慢于對照組。對照組樣品在貯藏第 7 d的TVB-N值為23.38 mg/100 g,而酸性電解水處理組在貯藏第9 d的TVB-N值才達(dá)到16.52 mg/100 g。可見酸性電解水處理能減少 TVB-N的生成,保持蝦肉的品質(zhì)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2733-2015中20 mg/100 g為淡水蝦中 TVB-N值的可接受性上限,酸性電解水處理后可將蝦肉的保質(zhì)期延長2 d以上。岑劍偉等[14]研究表明酸性電解水可減緩 TVB-N值的增長速度。經(jīng)強酸性電解水和弱酸性電解水處理的淡水對蝦的研究中也報告了類似的現(xiàn)象[33]。
2.2.4 優(yōu)勢腐敗菌
蝦在低溫環(huán)境下的保質(zhì)期主要由微生物和酶的作用決定。蝦肉中含有大量的游離氨基酸,可促進(jìn)優(yōu)勢腐敗菌生長。Du等[34]研究發(fā)現(xiàn)假單胞菌屬、希瓦氏菌屬等是新鮮白蝦中的主要細(xì)菌。Yang等[35]發(fā)現(xiàn)冷藏期間的太平洋白蝦在 4 ℃時優(yōu)勢微生物是腐敗希瓦氏菌等。本研究進(jìn)一步考察了酸性電解水對南美白對蝦片貯藏后期中假單胞菌、氣單胞菌、產(chǎn)H2S細(xì)菌數(shù)量的影響,結(jié)果見表4。
由表4可知,對照組貯藏第7 d的氣單胞菌數(shù)量達(dá)到為2.57 lg(CFU/g),而處理組中始終沒有檢出。對照組貯藏第7 d的假單胞菌數(shù)量為4.38 lg(CFU/g),希瓦氏數(shù)量為4.81 lg(CFU/g)。而處理組第9 d假單胞菌數(shù)量為 4.29 lg(CFU/g),希瓦氏菌數(shù)量為 5.39 lg(CFU/g)。處理組的腐敗微生物數(shù)量始終小于貯藏相同時間的對照組微生物數(shù)量,表明酸性電解水對蝦肉有良好的抑制微生物增殖的效果,特別是對氣單胞菌的抑制效果最為明顯。
表5 南美白對蝦揮發(fā)性組分的定性Table 5 Volatiles in prawn identified by GC-IMS
從南美白對蝦不同貯藏時間的氣相離子遷移譜圖(圖 4)可以看出,處理組和對照組南美白對蝦的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在冷藏后期存在差異。為進(jìn)一步比較酸性電解水對南美白對蝦中揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)的影響,利用 LAV軟件可選取圖中待分析區(qū)域,通過 Library Search定性軟件進(jìn)行定性分析,共計檢測出38種揮發(fā)性物質(zhì)(表5),用Gallery Plot插件自動生成指紋圖譜(圖5)。
由圖5可知,蝦肉中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)大致可以分為3類,分布在A、B、C 3個區(qū)域。區(qū)域A包含的物質(zhì)如庚酸、2,3-丁二酮、2-乙基-1-己醇、丁酸甲酯、2-乙基-5-甲基吡嗪、(E)-2-辛烯醛等,它們在處理組和對照組中檢測到的時間沒有很大差異。其中(E)-2-辛烯醛被認(rèn)為有助于產(chǎn)生令人不快的魚腥味和腐臭的異味。有研究表明(E)-2-辛烯醛會引起魚類品質(zhì)劣變,但它與細(xì)菌作用無關(guān)[36]。另外值得注意的是,2,3-丁二酮是最豐富的氣味活性化合物之一,據(jù)報道在斑點鯖魚中具有強烈的黃油味和理想的香味[37]。2,3-丁二酮在對照組中的含量要高于處理組,說明酸性電解水處理會造成部分香味物質(zhì)的損失。
區(qū)域B包含的物質(zhì)如α-蒎烯、戊醛、丙酸、3-甲基-1-丁醇、2,3-戊二酮、二丙基硫化物、異戊酸乙酯、3-羥基-2-丁酮等,在對照組貯藏第7 d檢測到,在處理組中沒有檢出。其中3-羥基-2-丁酮與嗜冷菌屬(包括嗜冷菌屬和假交替單胞菌屬)的代謝活性相關(guān)[38],它可以認(rèn)為是國王鮭魚和其他生魚的腐敗指標(biāo)物[39]。與對照組相比,酸性電解水處理抑制了戊醛、2,3-戊二酮和3-羥基-2-丁酮等與腐敗相關(guān)物質(zhì)的產(chǎn)生。推測原因可能是酸性電解水處理抑制了微生物的增長,從而減少腐敗代謝物的產(chǎn)生,這與菌落總數(shù)和優(yōu)勢腐敗菌的結(jié)果一致。
區(qū)域C包含的物質(zhì)如2,3-丁二醇、糠醛、2-庚酮等,這些物質(zhì)隨著貯藏時間的延長在冷藏過程中被耗盡。其中,2,3丁二醇和糠醛只在處理組和對照組第1 d可以檢測到。2-庚酮在對照組第0 d中含量很高,而在其他樣品中幾乎沒有被檢測到,這可能是2-庚酮不穩(wěn)定[40],容易在電解水的作用下或者貯藏過程中氧化分解。
酸性電解水對南美白對蝦減菌的最優(yōu)處理條件為4 ℃、料液比1:6沖淋處理。在該條件下,酸性電解水處理能有效保持蝦肉的感官品質(zhì),抑制菌落總數(shù)、優(yōu)勢腐敗菌、TVB-N值的增長,延長其貨架期3 d左右。并且與對照組相比,酸性電解水處理能抑制3-羥基-2-丁酮和 2,3-戊二酮等腐敗相關(guān)的酮類物質(zhì)的產(chǎn)生。綜上所述,酸性電解水處理可有效地保持蝦肉鮮度品質(zhì),減緩風(fēng)味劣變,達(dá)到延長其貨架期的目的。