超低溫深冷速凍對三疣梭子蟹凍裂率的影響

,,,2, ,2,,2,,2,*

(1.浙江大學舟山海洋研究中心,浙江舟山 316021;2.浙江大學食品與營養系,浙江省農產品加工技術研究重點實驗室,馥莉食品研究院,浙江杭州 310058)

超低溫深冷速凍對三疣梭子蟹凍裂率的影響

余海霞1,楊水兵1,楊志堅1,2,李苑1,2,王麗平1,2,胡亞芹1,2,*

(1.浙江大學舟山海洋研究中心,浙江舟山 316021;2.浙江大學食品與營養系,浙江省農產品加工技術研究重點實驗室,馥莉食品研究院,浙江杭州 310058)

采用不同的液氮超低溫深冷速凍程序對鮮活三疣梭子蟹進行深冷速凍處理并貯藏于-18 ℃。以凍裂率初步篩選樣品初溫和較為適宜的速凍程序,然后以感官評價、持水力和TVB-N值為主要指標考察樣品在貯藏中的品質變化,最終確定凍裂率較低,且在凍存180 d后依然保持較好的產品品質的深冷速凍程序。結果表明:采用深冷速凍程序2 min使液氮柜內環境溫度降至-20 ℃,2 min再降至-40 ℃,3 min繼續降至-80 ℃,保持-80 ℃的環境溫度繼續深冷速凍樣品至中心溫度-40 ℃,此時的樣品具有較低的凍裂率為8.0%,且凍藏180 d后感官評分為7.5分,持水力為69.9%,TVB-N值為14.62 mg/100 g,品質保持依然較好?？梢?適宜的分階段深冷速凍程序可降低梭子蟹的凍裂率,同時又具有較佳的凍藏品質。

液氮凍結,三疣梭子蟹,凍裂率,感官品質,持水力,TVB-N值

液氮化學性質穩定,與食品成分不發生化學反應,符合食品衛生的要求,是一種理想的凍結保鮮劑[1]。液氮超低溫深冷速凍技術是通過液氮與食品直接接觸瞬間吸收大量熱量致使食品快速凍結的技術,凍結速度快、凍結時間短、凍結食品品質好、安全性高且無污染,是一種綠色加工技術[2]。隨著人們對高質量凍結食品需求的提高,液氮超低溫凍結技術將在速凍食品工業中具有廣泛的應用前景和實際應用價值。近年來,液氮深冷速凍技術發展較快,已經廣泛應用于肉制品、水產品、果蔬、菌類、淀粉及淀粉類食品、功能性產品等其他方面[3]。目前液氮深冷速凍技術在水產品中的速凍主要應用于鮑魚、小黃魚、銀鯧、帶魚等[4-7],結果表明液氮深冷速凍相較于平板凍結能更好地保存這些水產品的細胞結構,最大程度減少冷凍對產品的損壞,保障產品的品質。

魯珺等[8]采用液氮深冷速凍技術凍結梭子蟹,發現液氮凍結后的梭子蟹放置30 d后,其肌原纖維與新鮮樣品非常接近,肌纖維間隙很小,細胞完整度較好,冰晶破壞率很低,液氮深冷速凍可以很好的維持蟹肉品質。但在實際應用中,采用液氮技術會產生低溫凍害而導致梭子蟹殼爆裂,嚴重影響著成品的品相問題,使產品商品價值下降,給企業造成較大的經濟損失。影響低溫破裂的因素很多,凍結速度及初始品溫和終溫間的溫差(溫度變化幅度)等是重要的因素[9]。因此,本文分別采用一階段、多階段降溫程序對鮮活梭子蟹進行處理,通過分析凍裂率、TVB-N值、持水力、感官評分等,評價速凍降溫程序對梭子蟹品質的影響,篩選出較適宜的深冷速凍程序工藝,為梭子蟹深冷速凍加工提供一定技術支撐。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

舟山新鮮三疣梭子蟹 浙江省舟山國際水產城舟漁活鮮碼頭,捕獲于十月下旬,選取的樣品個體肥大,體表無損傷,腿捆扎結實,且腿、螫與蟹體連接牢固。流動水洗去蟹殼表面雜質,30 min內用裝有碎冰的冰盒運回實驗室,馬上進行實驗處理。

XBLL-23A型絞肉機 上海帥佳電子科技有限公司;BS223 S型電子天平 北京賽多利斯有限公司;BCD-215KS型冰箱 青島海爾有限公司;DKS-12型電熱恒溫水浴鍋 嘉興市中新醫療有限公司;G2-38B型漩渦混合器 海門市其林貝爾儀器制造;液氮噴淋裝置 單位自備;L93-2L型溫度記錄儀 杭州路格科技有限公司;TGL-16G型高速臺式離心機 上海安亨科學儀器廠。

1.2實驗方法

1.2.1 超低溫深冷速凍處理 挑選250～300 g飽滿的三疣梭子蟹(白蟹)沖洗瀝水,入柜式液氮速凍設備,在不同的深冷速凍程序下進行凍結。直至溫度記錄儀檢測到樣品中心溫度達到-40±1 ℃后,關閉設備并取出樣品,記錄梭子蟹裂殼數量并計算凍裂率后,將樣品放入0～4 ℃的冰水中鍍冰衣后裝入PE袋中放至-18 ℃冷庫中貯藏。每隔15 d取出測定樣品指標。根據前期預實驗設計深冷速凍程序如表1所示。

表1 深冷速凍程序表Table 1 The different quick freezing procedures

注:樣品初始溫度為(13±1) ℃,凍至樣品中心溫度(-40±1) ℃。

1.2.2 凍結曲線的測定 參照黃剛等[10]的方法進行改進。將自動溫度記錄儀設定溫度采集時間為10 s,將溫度探頭從三疣梭子蟹的腹部插入肌肉正中心,進行深冷速凍時記錄溫度隨時間變化的曲線即凍結曲線。

1.2.3 深冷速凍初始溫度的處理 將梭子蟹加入碎冰并放入-18 ℃冷庫進行降溫,分別降溫預冷至5、10、15、20、25 ℃取出,采用表1中的S3進行深冷凍結,以凍裂率來篩選適宜的初始溫度范圍。

1.2.4 凍裂率 參照黃忠民等[11]的方法結合梭子蟹凍結實際情況略加改進。取N個同等規格的梭子蟹進行不同液氮速凍程序速凍處理后,取出并計數凍裂蟹總數為n。

凍裂率(%)=n/N×100

式(1)

式(1)中:n只為凍裂梭子蟹總數;N只為實驗梭子蟹總數。

凍裂的判定:選取5名同學,分別觀察統計,對肉眼可見液氮深冷速凍后梭子蟹殼存在長度小于8 mm、寬似頭發絲狀裂紋,分布不均,不影響整體外觀,不算入凍裂情況;通過肉眼觀察裂紋明顯可見內部,裂紋大小不記,算為凍裂[12]。

1.2.5 感官評定 參照NY/T841-2012 《綠色食品 蟹》的方法及Grete等[13-14]的方法稍加修改,對其整體可接受性進行感官評價。樣品每組隨機拿取5只進行流水解凍,然后與當日購買的新鮮蟹進行形態色澤觀察,然后置于沸水鍋上蒸約15 min,之后將熟蟹去殼后切分并進行編號。邀請6名經過專業培訓的感官評定員采用加權平均法對解凍蟹的色澤、熟蟹肉的氣味、滋味及組織形態進行評價,設定每項權重分別為0.2、0.2、0.3、0.3,具體評分標準見表2,5分以上為可接受。

1.2.6 持水力(WHC)的測定 Martinez-Alvarez等[15]的方法進行測定。

1.2.7 TVB-N值測定 TVB-N測定參照GB/T 5009.44-2003《肉與肉制品衛生標準的分析方法》中半微量定氮法測定并計算[16]。

1.3數據分析

所有實驗至少重復3次,數據以平均值及方差表示。使用Excel 2007、SPSS 19.0軟件以及方差分析(ANOVA)進行數據處理和顯著性分析。p<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1超低溫深冷速凍程序下速凍曲線比較分析

食品速凍曲線對速凍食品的質量和速凍過程的能耗有重要影響,對速凍曲線的研究,有助于提高產品的品質和改進深冷速凍裝置[17-18]。

表2 梭子蟹感官評定表Table 2 Sensory evaluation of Portunus trituberculatus

圖1反映了在液氮設備柜內環境溫度2 min內降溫到-65、-95 ℃以及分兩階段降溫到-95 ℃并保持此環境溫度進行速凍的梭子蟹中心溫度的變化情況。由圖1可見,三條曲線的陡峭程度不同,其中S6的速凍曲線最陡,其次為S7速凍曲線,S1速凍曲線總體相對較為平緩。從溫度變化結果可知,S1的梭子蟹中心溫度降至-40 ℃所需時間為23 min左右,且通過最大冰晶生成帶的時間為5 min左右;S6的梭子蟹中心溫度到達-40 ℃所需時間最短為15 min左右,2 min就能通過最大冰晶生成帶;S7的梭子蟹中心溫度降到-40 ℃所需時間比S6稍長,耗時16 min左右,3 min左右通過了最大冰晶生成帶。這說明梭子蟹中心溫度下降的速率與速凍的環境溫度密切相關,且液氮超低溫速凍溫度越低,樣品中心溫度下降越快,樣品通過最大冰晶生成帶的時間越短;S6和S7降溫終點環境溫度均為-95 ℃,但是S6為一階段降溫程序,S7為二階段降溫程序,二者達到同樣的環境溫度,二階段緩慢降溫程序下的速凍速度要比一階段稍慢,但是也能很快地速凍樣品。-20 ℃冰柜凍結至梭子蟹中心溫度-18 ℃耗時10 h以上,-35 ℃空氣隧道式凍結耗時8 h左右[19],三個程序的液氮超低溫深冷速凍凍結至梭子蟹中心溫度-18 ℃耗時20 min以內,在凍結效率上具有極大的優勢。

圖1 梭子蟹凍結曲線 Fig.1 Freezing curve of swimming crab

2.2梭子蟹深冷速凍初始溫度的選擇

由表3可知,樣品初始溫度對凍裂率有一定的影響,將樣品預冷到較低的溫度再進行深冷速凍可以降低凍裂率?？赡軜悠烦跏紲囟容^高,內外溫差過高,導致螃蟹外殼受極冷環境刺激更易破裂,而預冷可縮小梭子蟹內外溫差。預冷能減少樣品表面和內部之間的溫差,有效地消除因過高的熱應力而引起的低溫斷裂;另一方面,使樣品中心部分因相變發生體積膨脹的時間提前,如果樣品中心部分因相變發生體積膨脹能提前到食品表面尚未變硬變脆,則樣品能承受更大的內部壓力而不會發生斷裂。預冷還降低了食品和冷凍制冷介質之間的溫差,從而使凍結速度隨之降低,也減少了低溫斷裂的發生[20]。通過預冷使樣品的初始溫度降低,隨著樣品初溫的降低,樣品凍裂率逐漸下降,當初溫降低至15 ℃以下,凍裂率控制在一定的范圍,而且再繼續進行預冷降溫到更低溫度,需要增加更多的成本。綜合考慮將樣品初始溫度預冷至15 ℃以下較合適,后續實驗樣品初始溫度皆為13 ℃左右。

表3 不同初始溫度對梭子蟹凍裂率的影響Table 3 Effect of different initial temperatureon shell cracking rate of swimming crab

2.3超低溫深冷速凍程序對凍裂率的影響

圖2 不同深冷速凍程序對梭子蟹凍裂率的影響Fig.2 Effect of different quick freezing procedureon shell cracking rate of swimming crab

如圖2所示,S1、S3、S6為一階段急速降溫的程序,凍裂率分別為22.1%、34.3%、48.1%;S2、S4、S7為二階段降溫程序,S2和S4凍裂率分別為6.5%、9.0%,S7環境終點溫度比S2和S4的環境終點溫度都要低,凍裂率為36.0%,高于S2和S4;S5為三階段降溫程序,相對于一階段降溫程序的S3,凍裂率更低為8.0%。采用同樣的液氮柜內環境溫度將樣品降低到同樣的終溫情況下,作為一階段降溫程序由于急速降溫導致凍裂率比較高;二階段和三階段深冷速凍程序相對緩慢,對應的凍裂率相應較低。采用同樣的時間將液氮柜內環境降低到不同的溫度并保持凍結,環境溫度越低,凍裂率越高。

以盡可能快的降溫速度凍結食品曾被認為是獲得高質量冷凍食品的理想途徑,但是當凍結速度過快,超過一定極限時,食品材料傳熱不均,會發生食品從外到內的破裂現象[21]。這主要是由于過快的冷卻速率引起的,由于冷卻速率過快,熱量來不及傳遞或傳遞較慢,引起樣品內外溫差較大,產生了熱應力。凍結速度和因熱應力引起的食品低溫斷裂是成正相關的,凍結速度越快,低溫斷裂越嚴重。有學者研究也發現液氮速凍的銀魚解凍后與新鮮銀魚在質感、外觀和口感上沒有差異,且干耗僅為0.5%,但速凍速率過快會在銀魚表面產生鼓泡和裂縫[22]。對于甲殼類生物梭子蟹,全身披有特殊堅硬的甲殼,隨著溫度的劇烈下降,其外殼硬度和脆性增加,而塑性及韌性降低,容易裂開,溫度越低,凍裂率越高,嚴重影響梭子蟹的外觀及凍結品的質量。采用多階段緩慢降溫,梭子蟹甲殼在較低環境下逐漸適應,與內部保持一個相對好的環境平衡,會降低凍裂率。但是多階段降溫并不能徹底降低凍裂率,梭子蟹初溫和凍結終溫、特別是太低的凍結終溫依然會導致凍裂率又逐漸增加。

為確保梭子蟹綜合品質良好,經以上實驗結果比較,選擇凍裂率較低的S2和S5程序處理樣品用于后續的實驗,然后采用感官評價、持水性以及TVB-N等指標作為依據,對比貯藏期間樣品的凍藏品質效果,最終篩選出一個凍裂率既能滿足實際需求,樣品品質又能保持較好的速凍工藝。

2.4感官品質的效果評價

在-18 ℃冷庫中保存的S2及S5樣品的感官評定結果見圖3。圖3表明,隨著貯藏時間的延長,各組梭子蟹的感官評分均逐步下降,這是由于蛋白質的變性和自身內源酶的作用以及微生物的繁殖所導致的不可避免的結果。S2與S5在60 d之前分值下降較慢并且二者相差不大,解凍后的梭子蟹色澤鮮亮,蒸熟后的梭子蟹蟹肉呈明顯的絲狀感,具有蟹特有的香味與滋味,梭子蟹總體品質上乘。S2在60 d之前分數保持在9分以上,在60 d之后有個突然下降,而S5在90 d之前一直保持在9分以上,并在75 d之后下降較快,可能是因為雖然在低溫凍結過程中可以抑制大部分微生物的活動,但是仍有部分耐低溫的微生物生長繁殖和酶解活動造成梭子蟹蛋白質的降解,S5組樣品貯藏到75 d后,微生物和酶活性作用復蘇增強到一定程度,導致蟹肉組織受到的破壞增強,感官品質迅速下降。后續二者之間的評分差距越來越大,到180 d時,S5分值為7.5,梭子蟹肉較好,而S2評分僅為6.6分,樣品表面色澤灰暗,肉質開始松弛,絲狀感不是很明顯,開始出現糊肉感。

圖3 不同深冷速凍程序對梭子蟹感官評分的影響Fig.3 Effect of different quick freezing procedureon the sensory evaluation of swimming crab

2.5持水性的效果評價

肉的持水能力(WHC)即在外力作用下,肉牢固束縛住自身和外加的水的能力[23]。

圖4顯示,隨著貯藏時間的延長,S2和S5的梭子蟹持水力均呈現出不同程度的降低。其中S2處理組下降最快,180 d后由最初的81.8%降為68.3%;S5處理組在前45 d內下降較慢,在45 d到90 d之間下降較快,后續又趨于平緩,180 d后仍能維持在69.9%左右。

圖4 不同深冷速凍程序對梭子蟹WHC的影響Fig.4 Effect of different quick freezing procedureon WHC of swimming crab

分析猜測速凍溫度對持水力變化起到關鍵作用。對樣品凍結曲線的研究表明速凍溫度越低,速凍樣品通過最大冰晶生成帶的速度越快,從而形成越小的冰晶,減少對細胞膜的機械損傷,持水力也就更大,這與張志廣等[24]的研究一致。速凍完成并轉移至較凍藏庫保存時,隨著保存時間的延長,起初生成的細小粒冰晶會不斷升華,數量減少;細小冰晶逐漸積聚成更大的大粒冰晶,綜合因素導致肌肉組織逐漸結構破壞,肉的持水能力逐漸下降。速凍溫度越低的樣品起初生成的冰晶越小,在同樣的保存條件下,冰晶受保存環境的影響相對較小,持水力下降的速凍較慢。

2.6TVB-N的效果評價

由圖5可知,即死梭子蟹的TVB-N值為8.41 mg/100 g,此時梭子蟹肉質飽滿且味道鮮美。隨著貯藏時間的延長,S2和S5梭子蟹的TVB-N值都呈上升趨勢。S2和S5的樣品TVB-N值在貯藏初期上升的速率較快,S2明顯高于S5,后續TVB-N值S2依然上升較快,而S5上升趨于緩慢。在貯藏時間達到180 d時,S2的TVB-N值上升到17.5 mg/100 g,S5的TVB-N值僅上升至14.62 mg/100 g,兩組樣品的TVB-N值均小于18 mg/100 g。由此可知,液氮凍結的梭子蟹品質整體較好。在整個貯藏期S5組TVB-N值上升相對較慢,可能由于這組的液氮速凍速度相對較快,對蟹肉肌肉結構影響小,其組織結構未受破壞,受微生物和酶作用也較小。

圖5 不同深冷速凍程序對梭子蟹TVB-N的影響Fig.5 Effect of different quick freezing procedureon TVB-N of swimming crab

梭子蟹在貯藏過程中TVB-N值不僅與微生物生長繁殖、貯藏溫度等因素有關,同時蟹肉的組成成分及本身的內源性酶的作用,也可能使得蟹肉的含氮物質增多,TVB-N值逐漸增大[25]。S2樣品的溫度較高,蟹肉在快速凍結過程中生成的冰晶較大,同時對微生物的抑制以及內源酶的作用相對較小。在同樣的環境下保存,S2的微生物更容易起作用并較快繁殖;且S2樣品的內源酶也更容易復蘇并對蟹肉蛋白產生較大的分解作用,綜合因素導致S2的蟹肉肌肉結構所受到的破壞較大,因而其劣變速率要比S5較快,使得TVB-N值增長較快[26]。

3 結論

采用超低溫深冷速凍技術在2 min以內將液氮深冷速凍環境降低至-95 ℃,并保持此環境溫度凍結梭子蟹至中心溫度為-40 ℃時僅耗時15 min左右,并且2 min就能通過最大冰晶生成帶。將樣品初溫預冷至15 ℃以下,能有效降低梭子蟹的凍裂率。梭子蟹具有較低凍裂率同時又具有最佳凍藏品質的深冷速凍程序為:2 min使液氮柜內環境溫度降至-20 ℃,2 min再降至-40 ℃,3 min繼續降至-80 ℃,保持-80 ℃的環境溫度繼續速凍樣品至中心溫度-40 ℃,此深冷速凍程序處理的樣品具有較低的凍裂率為8.0%,且凍藏180 d后感官評分仍為7.5分,持水力為69.9%,TVB-N值僅為14.62 mg/100 g,依然保持較好品質。該研究可為海產品超低溫深冷速凍抗凍技術的應用提供了一定的理論參考。

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EffectofultralowtemperaturefreezingontheshellcrackingrateofPortunustrituberculatus

YUHai-xia1,YANGShui-bing1,YANGZhi-jian1,2,LIYuan1,2,WANGLi-ping1,2,HUYa-qin1,2,*

(1.Ocean Research Center of Zhoushan,Zhejiang University,Zhoushan 316021,China;2.Department of Food Science and Nutrition,Zhejiang Key Laboratory for Agro-Food Processing,Fuli Institute of Food Science,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)

Alive crabs(Portunustrituberculatus)were pre-treated with different procedures of ultra-low temperature quick freezing by liquid nitrogen,followed by storage at -18 ℃. Proper initial temperature and freezing procedures were screened based on the ratio of shell cracking as the key indicator that important for the industrial application. Sensory evaluation,TVB-N and water holding capacity was investigated for obtaining the optimum quick freezing procedure both the lower crack ratio and the best quality of the swimming carb for further storage. The results showed that the crab had a lower cracking rate of 8.0%,with corresponding sensory scores of 7.5 points,water holding capacity of 69.9% and TVB-N value of 14.62 mg/100 g under the quick freezing procedure of the chamber ambient temperature of the liquid nitrogen quick freezer decreased to -20 ℃ in 2 min,further to -40 ℃ in 2 min,then to -80 ℃ in 3 min,and keeping the ambient temperature of -80 ℃ until the central temperature of the sample to be -40 ℃. The swimming carb kept a relatively better quality for storage of 180 d.

liquid nitrogen freezing;Portunustrituberculatus;cracking rate;sensory quality;WHC;TVB-N value

TS254.1

A

1002-0306(2017)19-0284-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.19.052

2017-03-29

余海霞(1981-)，女，碩士，工程師，研究方向：水產品加工與貯藏，E-mail：haixiahome@163.com。

*通訊作者:胡亞芹(1972-)，女，博士，教授，研究方向：水產品加工，E-mail：yqhu@zju.edu.cn。

浙江省公益技術研究農業項目(2015C32107)；舟山市科技計劃項目(招投標項目)(2014C11004)。