低聚木糖和卡拉膠寡糖新型保水劑對單凍熟凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)品質的影響

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(1.浙江海洋大學食品與醫藥學院,浙江舟山 316022;2.浙江國際海運職業技術學院,浙江舟山 316021)

低聚木糖和卡拉膠寡糖新型保水劑對單凍熟凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)品質的影響

何鑫1,謝超1,*,黃菊1,李海波2,張賓1

(1.浙江海洋大學食品與醫藥學院,浙江舟山 316022;2.浙江國際海運職業技術學院,浙江舟山 316021)

以單凍熟凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)蝦仁為研究對象,評價低聚木糖和卡拉膠寡糖對蒸煮蝦仁的保水效果及凍藏品質的影響情況。結果表明,低聚木糖和卡拉膠寡糖浸泡處理顯著降低了蝦仁的蒸煮和解凍損失(p<0.05)。其中卡拉膠寡糖處理組的蒸煮損失率為15.7%,與焦磷酸鈉處理組無顯著性差異(p>0.05)。低聚木糖處理的解凍損失率為7.10%,顯著低于焦磷酸鈉處理組(p<0.05)。在凍藏過程中,低聚木糖和卡拉膠寡糖處理蝦仁肌肉的a*值為8.7和11.29,顯著高于焦磷酸鈉組的6.12(p<0.05)。隨凍藏時間延長,不同處理組蝦仁水分含量、水分活度和質構特性均呈逐漸下降趨勢,其中以低聚木糖和卡拉膠寡糖處理蝦仁的水分、質構特性保持作用最好,且顯著優于焦磷酸組(p<0.05)。微觀結構觀察發現,凍藏7周后,低聚木糖和卡拉膠寡糖處理組蝦仁肌纖維排列緊密、無嚴重扭曲變形,且肌肉中無較大間隙或孔洞產生,與新鮮蒸煮蝦仁組織結構較為相近。結論:研究可為開發一種低甜味、低熱量且適用于單凍熟蝦仁的抗凍保護劑提供參考。

低聚木糖,卡拉膠寡糖,熟凍凡納濱對蝦,保水性,質構特性

凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)又名南美白對蝦,其殼薄體肥,肉質鮮嫩,營養豐富。目前,我國凡納濱對蝦的加工方式主要以單凍去頭蝦仁、單凍蒸煮蝦仁等形式為主[1],冷凍保藏為現階段主要的保藏方式。冷凍保藏可使蝦肉中90%以上水分凍結,最大限度地保持凡納濱對蝦的營養價值,但隨凍藏時間延長,蝦仁保水性、嫩度和質構會逐漸降低,致使產品色澤變暗、風味和營養價值下降[2]。

抗凍劑能夠降低凍藏對產品品質造成的影響,目前常見的商業抗凍劑為山梨醇和蔗糖的混合物,但其甜度和熱量較高,一定程度上限制了其在食品行業中的應用。低聚木糖由幾個木糖分子以1-4糖苷鍵結合而成,甜度約為蔗糖的40%,其酸熱穩定性好,難被消化酶分解,具有很強的增殖腸道益生菌的作用[3-5]。此外,低聚木糖還具有良好的保濕性和持水性,常用于焙烤食品中可以控制水分,延長貨架期[6-7]。Wu等[8]研究發現,添加低聚木糖有助于提高冷凍貢丸的保水性和感官品質。另一方面,卡拉膠寡糖作為卡拉膠的降解產物,其分子量較小、溶解性和穩定性均較好,同時具有甜度低、熱量小等特點,在生物醫藥領域已表現出誘人的應用前景[9-10]。Yamada等[11]研究發現,降解和硫酸酯化后得到的卡拉膠寡糖抗HIV活性顯著增強。此外,卡拉膠寡糖在抗氧化、防輻射及抗腫瘤等方面也具有重要的生理活性[12-14]。

目前,將低聚木糖、卡拉膠寡糖用于單凍熟蝦仁的抗凍、保水研究尚未見報道。本文以蒸煮凡納濱對蝦蝦仁為研究對象,以焦磷酸鈉處理為對照,比較研究低聚木糖和卡拉膠寡糖的抗凍、保水應用效果,以期達到減少蒸煮蝦仁汁液損失、保障冷凍熟制蝦仁品質目的,為其在冷凍熟制水產品中應用提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活凡納濱對蝦 體長9～10 cm,浙江省舟山市南珍菜場,將鮮活蝦體置于裝有冰塊的保溫箱內,30 min內運回實驗室;低聚木糖(聚合度2～6,食品級) 上海齊一生物科技有限公司;卡拉膠寡糖(聚合度2～6,食品級)、焦磷酸鈉(含量>99%,食品級) 購于青島博智匯力生物科技有限公司;其他試劑均為分析純。

CR-10型便攜式色差儀 日本柯尼卡美能達公司;TMS-Pro物性測試儀 美國FTC公司;DHS-20A鹵素水分測定儀 上海菁海儀器有限公司;HD-3A型水分活度測定儀 無錫市華科儀器儀表有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗分組及處理 實驗分組:1組:空白對照(蒸餾水浸泡);2組:3.0 g/100 mL低聚木糖溶液;3組:3.0 g/100 mL卡拉膠寡糖溶液;4組:3.0 g/100 mL焦磷酸鈉溶液。

實驗處理:將鮮活凡納濱對蝦于冰水混合物中猝死,進行清洗、去頭尾及殼,整個處理過程的溫度控制在4 ℃左右。選取完整蝦仁個體,隨機分組,瀝干,紗布拭干水分,稱重記為M1(精確至0.001 g,下同),4 ℃溶液中浸泡2 h,每20 min攪拌1次;瀝干,紗布拭干水分,稱重記為M2。于沸水中煮沸3 min,冷卻至室溫,紗布拭干水分,稱重記為M3。于-18 ℃冷凍保藏7周,每隔7 d取樣1次;取樣蝦仁置于干凈培養皿中,室溫解凍2 h;紗布拭干水分,稱重記為M4,并測定其它指標。

1.2.2 理化性質測定

1.2.2.1 浸泡質量增加率測定

浸泡質量增加率(%)=(M2-M1)/M1×100

式(1)

式(1)中,M1代表浸泡前的重量,M2代表浸泡后的重量。

1.2.2.2 蒸煮損失率測定

蒸煮損失率(%)=(M2-M3)/M2×100

式(2)

式(2)中,M2代表浸泡后的重量,M3代表蒸煮后的重量。

1.2.2.3 解凍損失率測定

解凍損失率(%)=(M3-M4)/M3×100

式(3)

式(3)中,M3代表蒸煮后的重量,M4代表凍藏后的重量。

1.2.2.4 色差值測定 采用CR-10型色差儀測定蝦仁的L*、a*、b*值,測定前進行白板校正。以蝦仁第2腹節為測試點,每個處理組取5個樣品(5個重復),取L*、a*、b*平均值作為最終測試結果。a*值反映的是蝦仁紅綠度,a*為正值,表明測試樣品為紅色,a*值越大表示紅色越深。

1.2.2.5 水分含量和水分活度測定 水分含量采用DHS-20A鹵素水分測定儀進行測定;水分活度采用HD-3A型水分活度測定儀進行測定。

1.2.2.6 感官評定 邀請10名專業人員組成感官評定小組。在實驗前,對品評員進行針對性的培訓。評定的內容為咀嚼性、彈性、風味和色澤,評定標準見表1。

表1 感官評分標準Table 1 Sensory scoring standard

1.2.2.7 質構分析 采用TMS-PRO物性分析儀測定凡納濱對蝦的質構特性。2次擠壓測定參數:測定部位為蝦仁背部第2節肌肉;選用P/50平底柱形探頭;測試速率1.0 mm/s,樣品壓縮形變量30%,測定蝦仁的彈性。

1.2.2.8 H.E染色觀察 以新鮮熟蝦仁(0周)經凍藏7周后的蒸餾水組、低聚木糖組、卡拉膠寡糖組、焦磷酸鈉組蝦仁為實驗對象,將蝦仁背部肌肉進行固定,采用蘇木精-伊紅染色后觀察肌肉組織結構的變化情況。

1.2.2.9 掃描電子顯微鏡觀察 將新鮮熟蝦仁(0周)經凍藏7周后的蒸餾水組、3.0 g/100 mL低聚木糖組、3.0 g/100 mL卡拉膠寡糖組、3.0 g/100 mL焦磷酸鈉組蝦仁樣品,采用掃描電子顯微鏡觀察微觀結構。將5×5×5 mm的塊狀樣品置于體積分數2.5%戊二醛溶液(0.2 mol/L磷酸鹽緩沖液pH7.2)中,4 ℃固定2 h,然后用0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH7.2)漂洗3次,每次30 min,依次用30%、50%、70%、80%、90%和100%乙醇梯度脫水,真空冷凍干燥,將干樣品用離子濺射儀噴金后,掃描電子顯微鏡觀察。

1.3 數據分析

數據處理及作圖采用Origin 8.1、SPSS 13.0統計分析軟件,結果為平均值±標準偏差(采用SNK法分析測驗顯著性水平,p<0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同抗凍劑處理對單凍熟蝦仁保水性的影響

保水性反映的是肉及肉制品的系水能力,在實際生產中,通常用浸泡質量增加率、蒸煮損失率、解凍汁液流失率等的大小來度量[15]。不同抗凍劑處理對蝦仁浸泡質量增加率、蒸煮及解凍損失率的影響,如圖1所示。經不同抗凍劑處理的蝦仁重量均有不同程度的增加,其中焦磷酸鈉處理組蝦仁的浸泡質量增加率最高為8.05%,顯著高于其它處理組(p<0.05)。卡拉膠寡糖和低聚木糖處理組的浸泡質量增加率分別為3.56%、4.92%,低于蒸餾水處理組(5.05%),其原因可能是蒸餾水降低了細胞外液的滲透壓,使細胞內的滲透壓大于細胞外,細胞呈吸水膨脹狀態,且這一滲透壓差值大于卡拉膠寡糖和低聚木糖處理組。

加熱導致肉類最明顯的變化就是重量的減輕,其主要原因是水分的流失,肌肉因熱收縮而排出水分,同時蛋白質的保水性因熱變性而變弱[16]。經蒸煮處理后,蒸餾水處理組出現較大程度汁液損失,蒸煮損失率達20.9%;低聚木糖和卡拉膠寡糖處理組蝦仁的蒸煮損失率顯著低于蒸餾水處理組(p<0.05),其中卡拉膠寡糖處理組的蒸煮損失率為15.7%,與焦磷酸鈉處理組無顯著性差異(p>0.05)。凍藏過程中細胞內冰晶的形成,破壞了細胞的微結構,使組織細胞受損,導致解凍過程中出現汁液流失現象。不同抗凍劑處理組蝦仁,凍藏7周后,均出現不同程度的汁液損失,其中蒸餾水處理組的解凍損失率為11.91%,卡拉膠寡糖組的解凍損失率為10.29%。低聚木糖處理組的解凍損失率僅為7.10%,顯著低于焦磷酸鈉和蒸餾水處理組(p<0.05)。

由圖1中分析得出,經解凍后低聚木糖處理的解凍損失率為7.10%,顯著低于焦磷酸鈉處理組9.86%(p<0.05)。綜合分析得出,采用低聚木糖處理的蝦仁保水作用更強。

圖1 不同抗凍劑對單凍熟蝦仁保水性的影響Fig.1 Effects of different cryoprotectant on water-holding capacity of single frozen cooked shrimp

2.2 不同抗凍劑處理對單凍熟蝦仁色差的影響

各處理組蝦仁的L*值在凍藏過程中呈先下降后上升的趨勢,其中卡拉膠處理組蝦仁的L*顯著低于其它處理組,原因可能是卡拉膠寡糖的添加使蝦仁肌肉的持水力增加,組織間隙的游離水分減少、對光線的反射作用減弱[17],即卡拉膠寡糖對于蒸煮蝦仁具有較好的保水及抗凍效果。另外,在0～7周的凍藏期內,不同處理組蝦仁的b*值變化不顯著(p>0.05),表明以上各抗凍劑處理對蝦仁黃-藍色光線的吸收和反射無顯著影響。

不同抗凍劑處理對單凍熟蝦仁a*值的影響,如圖2所示。不同抗凍劑處理對蝦仁a*值的影響不同,其中卡拉膠寡糖處理組的a*值較高,凍藏7周后其a*值為11.29,說明卡拉膠寡糖對熟蝦仁具有一定的護色作用。同時,低聚木糖處理組蝦仁,凍藏7周后,仍保持著較好的感官接受性。此外,焦磷酸鈉處理組蝦仁色澤不如其余各組鮮艷,隨凍藏時間的延長,其a*值呈下降趨勢,直接表現為蝦體略微發白。

圖2 不同抗凍劑對單凍熟蝦仁a*值的影響Fig.2 Effects of different cryoprotectant on a* values of single frozen cooked shrimp

2.3 不同抗凍劑處理對單凍熟蝦仁水分含量的影響

水分含量的高低直接影響著食品的感官和口感。由圖3可看出,蝦仁水分含量隨凍藏時間的延長而逐漸降低,主要原因是因為蝦仁蛋白的冷凍變性導致結合水的能力降低。其中,焦磷酸鈉處理組蝦仁水分的降低速率最慢,其次是低聚木糖組和卡拉膠寡糖組,三者的水分降低速率均低于蒸餾水組。凍藏7周后,低聚木糖和卡拉膠寡糖組蝦仁的水分含量分別為71.66%和71.43%,二者無顯著性差異(p>0.05);焦磷酸鈉處理組蝦仁的水分含量為74.13%,顯著優于蒸餾水處理組(71.00%)。

圖3 不同抗凍劑對單凍熟蝦仁水分含量的影響Fig.3 Effects of different cryoprotectant on moisture content of single frozen cooked shrimp

2.4 不同抗凍劑處理對單凍熟蝦仁水分活度的影響

水分活度(Aw)對食品的呈味、硬度、流動性、耐貯性和加工適應性都有重要影響;同時,Aw也是影響微生物生長繁殖的重要因素。張濤等[18]研究發現,添加保水劑可顯著降低魚糜溶膠的水分活度。從圖4可知,在凍藏過程中,各處理組蝦仁的水分活度整體呈下降趨勢。凍藏1周后,各處理組蝦仁的水分活度均出現小幅回升狀態,其中低聚木糖水分活度由0.949回升到0.951,卡拉膠寡糖水分活度由0.957回升到0.960,焦磷酸鈉水分活度由0.955回升到0.957,這可能是由于蝦仁中水分與其他成分的結合程度下降所致。凍藏后期水分活度再次下降,可能與蝦仁水分含量的下降有關[19]。凍藏7周后,蒸餾水處理組蝦仁的水分活度為0.956,低聚木糖處理組蝦仁的水分活度為0.942,卡拉膠寡糖處理組蝦仁的水分活度為0.947,焦磷酸鈉處理組蝦仁的水分活度為0.945,其中低聚木糖降低水分活度的效果最佳。

圖4 不同抗凍劑對單凍熟蝦仁水分活度的影響Fig.4 Effects of different cryoprotectant on water activity of single frozen cooked shrimp

2.5 不同抗凍劑處理對單凍熟蝦仁質構特性的影響

不同抗凍劑處理對單凍熟蝦仁質構的影響,如圖5、圖6及表2所示。由結果可知,凍藏過程中各處理組蝦仁的咀嚼性呈先下降后上升的趨勢。凍藏前期(0～2周),冷凍過程中形成的冰晶破壞了蝦仁肌肉組織結構,導致咀嚼性下降;凍藏后期,咀嚼性上升可能與蝦仁水分活度的下降有關[20]。凍藏7周后,低聚木糖和卡拉膠寡糖處理組蝦仁的咀嚼性分別為11.25 mJ和11.47 mJ,顯著優于蒸餾水處理組(p<0.05)。此外,凍藏7周后,蒸餾水處理蝦仁的彈性值為1.67 mm,顯著低于其它處理組(p<0.05);低聚木糖和卡拉膠寡糖組蝦仁的彈性值分別為1.85 mm和1.84 mm,二者無顯著性差異(p>0.05)。由此可知,與蒸餾水處理組相比,添加抗凍劑能不同程度的減緩單凍熟蝦仁凍藏過程中質構品質的下降,其中低聚木糖和卡拉膠寡糖的效果較好。

圖5 不同抗凍劑對單凍熟蝦仁咀嚼性的影響Fig.5 Effects of different cryoprotectant on chewiness of single frozen cooked shrimp

圖6 不同抗凍劑對單凍熟蝦仁彈性的影響Fig.6 Effects of different cryoprotectant on springiness of single frozen cooked shrimp

表2 不同抗凍劑對熟單凍蝦仁凍藏7周后的感官品質的影響(分)Table 2 Time on the Crangon affinis sensory quality of preservation(score)

2.6 H.E染色觀察單凍熟蝦仁組織結構的變化

不同抗凍劑對單凍熟凡納濱對蝦組織H.E染色微觀結構的影響,見圖7和圖8。未經凍藏的新鮮熟蝦仁(圖7A和圖8A)內部結締組織排列整齊,彼此接連較緊密,空隙較少。凍藏7周后,蒸餾水處理組(圖7E和圖8E),冷凍熟蝦仁的肌纖維明顯收縮,纖維間空隙增大,肌纖維出現不同程度的扭曲、斷裂現象,橫截面出現大量形狀不規則的空洞。焦磷酸鈉處理組(圖7D和圖8D),肌束收縮明顯,肌束間空隙較多,但其肌肉纖維接連仍較緊密,孔洞直徑較小。卡拉膠寡糖處理組(圖7B和圖8B)和低聚木糖處理組(圖7C和圖8C),冷凍熟蝦仁的肌纖維排列整齊,接連較緊密,完整性較好,無明顯扭曲、斷裂現象,與新鮮熟蝦仁的組織結構較為相近。

圖7 單凍熟蝦仁肌肉(縱切)H.E染色結果Fig.7 The H.E results of texture property of muscular tissue (longitudinal cutting)of single frozen cooked shrimp注：A. 新鮮熟蝦仁(0 d);B. 卡拉膠寡糖;C. 低聚木糖;D. 焦磷酸鈉;E. 蒸餾水空白組。B,C,D和E為凍藏7周后的樣品，圖8、圖9同。

圖8 單凍熟蝦仁肌肉(橫切)H.E染色結果Fig.8 The H.E results of texture property of muscular tissue(transverse cutting)of single frozen cooked shrimp

2.7 掃描電鏡觀察單凍熟蝦仁組織結構變化

從圖9可以看出,新鮮熟蝦仁的肌肉組織幾乎沒有明顯的裂縫和破斷口。在凍藏7周后,蒸餾水處理組蝦仁組織結構破壞嚴重,其肌束間空隙較大,肌纖維結構松散,排列紊亂,形狀扭曲,模糊不清;卡拉膠寡糖處理組,在掃描電鏡下沒有觀察到明顯的破壞痕跡;低聚木糖處理組,肌肉組織破壞較少,其肌原纖維大小均一,排列較整齊;焦磷酸鈉處理組蝦仁的組織結構破壞的相對比較嚴重,其纖維間空隙較大,表面出現了裂紋。因此,低聚木糖和卡拉膠寡糖處理的冷凍熟蝦仁,與新鮮熟蝦仁的組織結構更為接近。

圖9 單凍熟蝦仁肌肉掃描電鏡結果Fig.9 The SEM results of texture property of muscular tissue of single frozen cooked shrimp

3 結論

通過研究發現,低聚木糖和卡拉膠寡糖浸泡處理提高了鮮蝦仁的浸泡增加率,同時降低了蝦仁的蒸煮和解凍損失率,其中卡拉膠寡糖處理組的蝦仁蒸煮損失率僅為15.7%,低聚木糖處理的熟蝦仁解凍損失率僅為7.10%。同時,在保持單凍熟蝦仁的色澤,減緩水分含量、彈性和咀嚼性的下降,降低水分活度等方面,低聚木糖和卡拉膠寡糖也表現出具有較好的效果。經過低聚木糖和卡拉膠寡糖處理的熟蝦仁在凍藏7周后,蝦仁肌肉肌纖維結構較完整,肌肉間無較大空隙形成,較好地保持了單凍熟蝦仁組織的完整性。說明低聚木糖和卡拉膠寡糖對蝦仁具有良好的抗凍保水作用。低聚木糖和卡拉膠寡糖作為一種天然的抗凍保水劑,具有安全無毒高效的特點,可為蝦仁等水產品新型保水劑的開發與應用提供理論基礎。

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CryoprotectiveeffectsofxylooligosaccharidesandcarrageenanoligosaccharidesoncookedLitopenaeusvannameiduringfrozenstorage

HEXin1,XIEChao1,*,HUANGJu1，LIHai-bo2，ZHANGBin1

(1.College of Food and Medicine,Zhejiang Ocean University Zhoushan 316022,China;2.Zhejiang International Maritime College,Zhoushan 316021,China)

The aim of this work was to evaluate the cryoprotective and water-holding capacity of xylooligosaccharides and carrageenan oligosaccharides on cookedLitopenaeusvannameiduring frozen storage. The results indicated that the thawing loss and cooking loss were significantly(p<0.05)decreased by xylooligosaccharides and carrageenan oligosaccharides treatment after.The cooking loss rate of the carrageenan oligosaccharide treatment group was 15.7%,and there was no significant difference with the sodium pyrophosphate treatment group(p>0.05).The thawing loss rate of xylo-oligosaccharide was 7.10%,which was significantly lower than that of sodium pyrophosphate(p<0.05).Thea*value of xylooligosaccharides and carrageenan oligosaccharides treated shrimp was 8.7 and 11.29,which was significantly higher than that of sodium pyrophosphate 6.12(p<0.05).In addition,the moisture content,water activity and texture property were decreased in all treatments,while the samples treated with the oligosaccharides were better than other groups,and significantly higher than distilled water and sodium pyrophosphate treatment(p<0.05). The microstructure study revealed that shrimp treated by the oligosaccharides,the muscle tissue structure was compact,and had no distortion,meanwhile there was no large holes in transaction,which indicated that the oligosaccharides restrained ice crystal grew bigger and kept the muscular tissue structure complete. The study can lay the foundation for developing a kind of safe,natural and harmless non-phosphate additive which is suitable for the frozen cooked Lvannamei.

xylooligosaccharides;carrageenan oligosaccharides;Litopenaeusvannamei;water-holding capacity;texture characteristics

2017-04-28

何鑫(1994-),男，碩士研究生，研究方向：水產品加工與儲藏，E-mail:1163856493@qq.com。

*通訊作者:謝超(1975-),男，碩士研究生， 副教授,研究方向：食品科學,E-mail:xc750205@163.com。

浙江省公益技術研究農業項目(2016C32080)；舟山市科技計劃項目浙江海洋大學專項(2016C41003)。

TS254.4

A

1002-0306(2017)23-0183-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.23.034