低壓靜電場(chǎng)對(duì)冷凍-解凍后南美白對(duì)蝦品質(zhì)的影響研究

仝瀟洋 張怡 逄金鑫 高緒英 喬勇進(jìn)*

（1 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物育種栽培研究所，上海 201403；2 上海億好食品有限公司，上海 201417）*為通信作者

南美白對(duì)蝦是一種重要的甲殼類經(jīng)濟(jì)動(dòng)物，目前在亞洲和南美洲各國(guó)家被廣泛養(yǎng)殖。南美白對(duì)蝦營(yíng)養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量高，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但因其水分含量高、組織蛋白酶活性較強(qiáng)、自溶迅速，故易腐敗變質(zhì)[1]。冷凍是一種被廣泛應(yīng)用的蝦肉加工與貯藏方式，能夠有效抑制蝦肉品質(zhì)劣變，延長(zhǎng)蝦肉貨架期。目前，冷凍行業(yè)常采用的冷凍加工技術(shù)有鼓風(fēng)冷凍、低溫冰凍、浸漬冷凍、液氮冷凍等，相對(duì)于新型物理場(chǎng)輔助冷凍，上述4項(xiàng)冷凍技術(shù)的冷凍速度較慢，且在冷凍過程中熱傳遞效率較低，會(huì)導(dǎo)致冰晶核最先在細(xì)胞外溶液中形成并生長(zhǎng)成大冰晶，造成細(xì)胞收縮、失水，且存在于細(xì)胞間隙的冰晶會(huì)撕裂細(xì)胞間原有的緊密聯(lián)系，從而影響水產(chǎn)品的質(zhì)地[2]。因此，控制冰晶的尺寸和分布，使細(xì)胞內(nèi)外的水分形成細(xì)小、均勻的冰晶，是提高凍品品質(zhì)的關(guān)鍵。

低壓靜電場(chǎng)（Low-voltage electrostatic field，LVEF）作為一種新型非熱技術(shù)，為肉品的凍結(jié)技術(shù)革新提供了新思路。低壓靜電場(chǎng)技術(shù)通過靜電板產(chǎn)生靜電場(chǎng)，靜電場(chǎng)中正負(fù)離子定向移動(dòng)，在凍品表面產(chǎn)生湍流，從而可提高傳熱系數(shù)，顯著縮短最大冰晶生成時(shí)間，減輕冷凍食品內(nèi)的冰晶損傷，緩解肉品品質(zhì)劣變，提高解凍肉品質(zhì)[3]。目前，低壓靜電場(chǎng)技術(shù)在食品貯藏保鮮方面的應(yīng)用仍屬于初始階段，且該技術(shù)在水產(chǎn)品冷凍-解凍方面的應(yīng)用鮮有報(bào)道。在此背景下，筆者探索了低壓靜電場(chǎng)對(duì)冷凍-解凍后南美白對(duì)蝦品質(zhì)的影響，現(xiàn)將相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)原材料為南美白對(duì)蝦活體，由上海億好（潤(rùn)航）食品有限公司提供，蝦的平均體質(zhì)量為15.0±0.3 g/尾。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備為CR21N 高速冷凍離心機(jī)（Hitachi 公司，日本）、CM-5 色差儀（柯盛行儀器有限公司，杭州）、TA.XT plus 質(zhì)構(gòu)儀（PIERCE 公司，加拿大）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將南美白對(duì)蝦活體放入保鮮袋，隨機(jī)分為11組，每組的南美白對(duì)蝦處理方法見表1。同時(shí)，將Fresh組定義為非處理組，其他10組定義為處理組。冷凍-解凍的具體操作為：將南美白對(duì)蝦樣品置于-35 ℃條件下快速冷凍，在冷凍期間，依據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)各處理組的南美白對(duì)蝦樣品施加不同強(qiáng)度的低壓靜電場(chǎng)（電場(chǎng)強(qiáng)度分別為400、800、1 600 V/m）。當(dāng)南美白對(duì)蝦樣品中心溫度冷凍至-20 ℃時(shí)，去除低壓靜電場(chǎng)。然后，將南美白對(duì)蝦樣品轉(zhuǎn)移至（-20±2）℃的冷庫中貯藏7 d。在解凍過程中，將上述冷凍貯藏的南美白對(duì)蝦樣品取出，并依據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)各處理組的南美白對(duì)蝦樣品施加不同強(qiáng)度的低壓靜電場(chǎng)（電場(chǎng)強(qiáng)度分別為400、800、1 600 V/m）。

表1 不同處理的南美白對(duì)蝦樣品處理方法

1.4 調(diào)查項(xiàng)目及方法

1.4.1 離心損失率

離心損失率是表征水產(chǎn)品持水性的重要參數(shù)，也是判斷水產(chǎn)品新鮮度的一項(xiàng)指標(biāo)，越新鮮的水產(chǎn)品，其離心損失率越低。

參考盧涵[4]的方法并進(jìn)行些許改動(dòng)，調(diào)查離心損失率。具體操作方法為：每處理分別稱取1 g 樣品（樣品質(zhì)量記作m1），裝入離心管中進(jìn)行離心（離心速度10 000 g，離心時(shí)間10 min），取出蝦肉并拭干其表面水分，再次稱重（樣品質(zhì)量記作m2），根據(jù)下列公式計(jì)算離心損失率，平行調(diào)查5 次，取平均值。計(jì)算公式：離心損失率=[（m1-m2)÷m1]×100%。

1.4.2 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

硬度是直接反應(yīng)口感的一項(xiàng)指標(biāo)。在質(zhì)地分析中，硬度和彈性直接影響咀嚼性。其中，咀嚼性是指咀嚼樣品至能吞咽狀態(tài)時(shí)所需的能量[5]；彈性是指樣品受到外力后恢復(fù)到發(fā)生形變前的高度或體積比率[6]。在水產(chǎn)品冷凍貯藏期間，肌肉纖維的破壞會(huì)降低其硬度、彈性、咀嚼性。

參考周逸等[7]的方法并進(jìn)行些許改動(dòng)，測(cè)定樣品的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)。具體操作方法為：測(cè)定部位為南美白對(duì)蝦的第二腹節(jié)，將第二腹節(jié)的蝦肉切成大小為2 cm×1 cm ×1 cm 的均勻方塊試樣，利用TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定試樣的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)，平行測(cè)定5次，取平均值。儀器參數(shù)為：P/36R 探頭，觸發(fā)力為5 N，測(cè)試前速度為5.00 mm/s，測(cè)試速度為1.00 mm/s，測(cè)試后速度為5.00 mm/s，壓縮距離為5 mm。

1.4.3 色澤的測(cè)定

色澤是肉類感官品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，其優(yōu)劣直接影響消費(fèi)者的購買欲望。

參考桑燕菲[8]的方法測(cè)定樣品的色澤，具體操作方法為：取南美白對(duì)蝦第二、第三腹節(jié)的蝦肉，切成大小為8 mm ×8 mm ×6 mm 的均勻方塊試樣，利用CM-5 色差儀（使用黑板調(diào)零，白板校準(zhǔn)）測(cè)定試樣的色澤，平行測(cè)定5 次，取平均值。

1.4.4 感官評(píng)定

參考Xu 等[9]的方法進(jìn)行樣品的感官評(píng)定，具體操作方法為：每處理分別挑選5 只完整的南美白對(duì)蝦，由評(píng)定小組以六分制表為依據(jù)，分別從氣味、色澤、肌肉彈性、形態(tài)、蒸煮試驗(yàn)5個(gè)項(xiàng)目來評(píng)價(jià)樣品的感官品質(zhì)，各項(xiàng)目得分為不同處理5 只南美白對(duì)蝦的平均值，項(xiàng)目總分30分（總分達(dá)30分表示絕對(duì)新鮮，總分低于15分表示產(chǎn)生腐?。Ｄ厦腊讓?duì)蝦感官品質(zhì)具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 南美白對(duì)蝦感官品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS Statistics 19軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析和差異顯著性分析（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 南美白對(duì)蝦冷凍-解凍過程中離心損失率的變化情況

由表3可知，處理組的南美白對(duì)蝦離心損失率顯著高于Fresh 組的樣本（P<0.05），其中，CK 組的離心損失率最高。在處理組中，TA組的離心損失率最低，其次是FTB 組，這與冰晶誘導(dǎo)肌原纖維蛋白變性有關(guān)[10]?？傮w來說，在冷凍和解凍階段均使用低壓靜電場(chǎng)比單一階段使用低壓靜電場(chǎng)擁有更低的離心損失率，這與低壓靜電場(chǎng)能夠在冷凍過程中減小冰晶尺寸、在解凍過程中引發(fā)離子風(fēng)有關(guān)[11-12]。

表3 低壓靜電場(chǎng)輔助冷凍-解凍對(duì)南美白對(duì)蝦離心損失率的影響

2.2 南美白對(duì)蝦冷凍-解凍過程中質(zhì)構(gòu)的變化情況

由表4 可知，F(xiàn)resh 組的硬度顯著高于處理組（P<0.05），這與冰晶破壞了肌肉的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)[13]。其中，CK 組的硬度顯著低于其他處理組（P<0.05），F(xiàn)TB 組的硬度僅低于Fresh 組，這說明低壓靜電場(chǎng)能夠降低冰晶對(duì)肌肉微觀結(jié)構(gòu)的破壞。同時(shí)，觀察到隨著靜電場(chǎng)強(qiáng)度的提高，同一處理方式（如FA、FB、FC 組）的硬度變化呈現(xiàn)出先上升、后下降的趨勢(shì)，靜電場(chǎng)強(qiáng)度為800 V/m 時(shí)南美白對(duì)蝦有更好的硬度品質(zhì)。在彈性方面，CK組的測(cè)定值最低，而FTB組的彈性顯著高于Fresh 組（P<0.05）。冷凍貯藏后，處理組的咀嚼性顯著低于Fresh 組，這與硬度的降低相吻合。處理組中CK 組的咀嚼性最低，而FTB 組的咀嚼性最高，且上述兩組間存在顯著差異（P<0.05），這說明FTB 組能夠有效維持南美白對(duì)蝦的質(zhì)地。

表4 低壓靜電場(chǎng)輔助冷凍-解凍對(duì)南美白對(duì)蝦質(zhì)構(gòu)的影響

2.3 南美白對(duì)蝦冷凍-解凍過程中色澤的變化情況

從表5可知，F(xiàn)resh組的亮度值顯著低于處理組（P<0.05），這與南美白對(duì)蝦解凍后汁液流失有關(guān)。在處理組中，CK 組的亮度值最高，F(xiàn)TB 組的亮度值最低，且兩組間存在顯著性差異（P<0.05）。在紅度值方面，F(xiàn)resh 組顯著高于FTA 組（P<0.05），然而，F(xiàn)resh 組與其他處理組間無顯著性差異（P>0.05），其中，CK 組的紅度值最高，這與蝦青素的降解有關(guān)。與Fresh 組對(duì)比，處理組的黃度值出現(xiàn)了不同程度的升高，其中，CK 組、TA 組、FB 組、TB 組和FTC 組顯著高于Fresh 組（P>0.05），且CK 組的黃度值最高。

表5 低壓靜電場(chǎng)輔助冷凍-解凍對(duì)南美白對(duì)蝦色澤的影響

2.4 南美白對(duì)蝦冷凍-解凍過程中感官品質(zhì)的變化情況

由表6可知，與Fresh 組相比，處理組的感官品質(zhì)均出現(xiàn)了顯著下降（P<0.05），其中CK 組的總得分最低，為19.50分，并未達(dá)到腐敗程度；TB組、FTB組和FTC 組的總分相對(duì)較高，分別為25.00、24.50和24.50分。在氣味、色澤等五個(gè)方面中，處理組的色澤得分下降最明顯，這與蝦在貯藏過程中黑變有關(guān)[14]。南美白對(duì)蝦蝦體內(nèi)無色的單酚會(huì)被多酚氧化酶氧化，最終轉(zhuǎn)化為有色醌，而醌類物質(zhì)很容易與氨基酸、蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生黑色素，故影響了南美白對(duì)蝦的色澤[15]。其次是蝦體形態(tài)的變化，南美白對(duì)蝦經(jīng)過貯藏后，其頭部容易脫落，導(dǎo)致其形態(tài)損傷，其中TA 組、TB 組和FTB 組的形態(tài)得分最高。

表6 低壓靜電場(chǎng)輔助冷凍-解凍對(duì)南美白對(duì)蝦感官品質(zhì)的影響

3 結(jié)論與討論

南美白對(duì)蝦冷凍和解凍過程中冰晶損傷能夠降低其品質(zhì)，亟須一種輔助冷凍技術(shù)，降低冰晶對(duì)南美白對(duì)蝦的損傷。低壓靜電場(chǎng)作為一種新型輔助冷凍和解凍技術(shù)，克服了高壓靜電場(chǎng)中安全性低、耗能高和產(chǎn)生有害氣體的缺點(diǎn)，可改善南美白對(duì)蝦冷凍的貯藏品質(zhì)。在冷凍-解凍過程中，冰晶促使蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，降低與水分子間的結(jié)合力，提高了蝦肉的離心損失率[10]。同時(shí)，較大的冰晶能夠破壞肌纖維微觀結(jié)構(gòu)的完整性，從而降低蝦肉的硬度、彈性和咀嚼性[16]。因此，本試驗(yàn)中CK組具有最高的離心損失率和最差的質(zhì)地品質(zhì)。前人研究指出，離心損失率的上升會(huì)導(dǎo)致蝦肉表面的水分含量提高，增加蝦肉亮度值[17]，這與本試驗(yàn)中CK組具有最高的亮度值相吻合。

在冷凍過程中，低壓靜電場(chǎng)能夠抑制冰晶的生長(zhǎng)，減小冰晶的尺寸，保證了肌纖維和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性[11]。而在解凍過程中，低壓靜電場(chǎng)能夠促使帶電離子定向移動(dòng)，攻擊冰晶中的水分子，從而提高水分子的動(dòng)能，加速冰晶的融化[18]。這能夠減小冰晶對(duì)肌肉結(jié)構(gòu)的損傷。因此，被低壓靜電場(chǎng)處理的蝦肉具有更低的離心損失率和更好的質(zhì)地品質(zhì)。蝦青素是蝦肉中重要的生物活性物質(zhì)，也是影響蝦肉紅度值的重要物質(zhì)[19]。冰晶破壞了肌細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞中的促氧化劑與蝦青素反應(yīng)，提高了CK 組的紅度值。然而，低壓靜電場(chǎng)輔助冷凍-解凍則有利于蝦青素的積累，降低了處理組的紅度值。

本研究對(duì)比分析了在不同強(qiáng)度的低壓靜電場(chǎng)輔助冷凍-解凍南美白對(duì)蝦的品質(zhì)變化。結(jié)果表明，低壓靜電場(chǎng)能夠有效抑制南美白對(duì)蝦離心損失率的上升，改善其色澤和質(zhì)地品質(zhì)。隨著低壓靜電場(chǎng)強(qiáng)度的提高，南美白對(duì)蝦的品質(zhì)也逐漸提高。然而，當(dāng)?shù)蛪红o電場(chǎng)強(qiáng)度為1 600 V/m 時(shí)可能破壞了蝦肉的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其品質(zhì)低于低壓靜電場(chǎng)強(qiáng)度為800 V/m 的樣品。同時(shí)，觀察到在冷凍和解凍階段均使用電場(chǎng)強(qiáng)度為800 V/m 的低壓靜電場(chǎng)比應(yīng)用于單一階段具有更低的離心損失率和更好的質(zhì)地品質(zhì)。因此，在冷凍-解凍過程中均使用電場(chǎng)強(qiáng)度為800 V/m的低壓靜電場(chǎng)可以更好地維持南美白對(duì)蝦的品質(zhì)。