CO2冷海水預處理結合氣調包裝 對南美白對蝦品質的影響

蔡燕萍,張莎莎,鄶 鵬,丁玉庭,劉書來,*

(1.浙江工業大學食品科學與工程學院,浙江杭州 310014; 2.國家遠洋水產品加工技術研發分中心(杭州),浙江杭州 310014; 3.威海市食品藥品檢驗檢測中心,山東威海 264200)

南美白對蝦(Litopenaeusvannamei),學名凡納濱對蝦[1],原產于中、南美洲太平洋沿岸的熱帶水域,世界養殖產量較高。南美白對蝦營養豐富,蛋白含量高,富含多種人體必需氨基酸[2],深受消費者歡迎。然而,由于南美白對蝦與其他水產品一樣,氮含量高,水分含量高,結締組織少,肉質嫩,熱敏性強,蝦死后,適宜微生物繁殖,易腐敗變質,且內源酶活性強,易造成蝦體自溶[3],同時受多酚氧化酶的作用,易致蝦體黑變,蝦的感官品質和食用價值降低,阻礙生鮮蝦的流通和銷售。

氣調包裝技術通過利用保護氣體調整食品包裝內的空氣,使食品始終處于適宜的氣體環境中,通過抑制微生物的生長等機制抑制腐敗變質,從而達到延長貨架期的目的[4]。氣調包裝技術已廣泛應用于果蔬、生鮮肉、水產品等的保鮮包裝,混合氣體中的CO2為抑菌的關鍵成分,O2在水產品中能抑制厭氧菌生長,同時減少氧化三甲胺分解成三甲胺,也是重要成分[5]。何耀輝等[6]將草蝦用保鮮液處理后結合氣調包裝VCO2∶VN2=4∶6處理,結果表明,保存26 d時草蝦仍能維持其質量。Mejlholm等[7]的研究表明,北極甜蝦去殼后經50% CO2/30% N2/20% O2氣調包裝,并2 ℃貯藏,其最長貨架期可達20～21 d。Powell等[8]研究了氣調包裝大西洋鮭魚,氣調條件為30%～98%的CO2,其余氣體用N2,發現CO2的 濃度越高,腐敗菌的生長率越低。100% CO2包裝大西洋鮭魚后-1 ℃以下低溫貯藏,根據微生物指標可將貨架期延長至28 d[9]。氣調包裝技術與生物保鮮劑、抑菌劑、高壓處理等多種保鮮預處理技術結合的方式已經逐漸代替了單一的氣調保鮮,且保鮮效果明顯。Lu[10]研究殺菌劑處理后的中國對蝦,采用氣調包裝(40% CO2/30% O2/30% N2)和100%CO2處理,貨架期分別延長13和17 d。Qian等[11]研究了新鮮冷藏的南美白對蝦經0.05 g/L槲皮素、0.025 g/L肉桂酸和0.025 g/L的4-己基間苯二酚(4-HR)三種保鮮劑的浸泡處理,貨架期延長2 d,保鮮劑聯合80% CO2/10% O2/10% N2氣調包裝可將貨架期再延長6 d。

CO2水溶液呈酸性,高濃度CO2可抑制細菌生長,能有效抑制好氧性微生物繁殖,對G-菌的抑制作用明顯。海水冷卻至0～4 ℃,一定壓力下泵入CO2形成CO2冷海水。CO2冷海水預處理使蝦體在捕撈后迅速降溫致使部分微生物生理活性受到抑制,同時減弱酶活對蝦體的影響。CO2冷海水保鮮技術在蝦保鮮中的應用研究還相對較少。本課題組已有研究表明,將南美白對蝦用CO2冷海水浸泡處理,蝦的菌落總數、大腸桿菌數、產H2S菌數和嗜冷菌數均顯著降低[12],經CO2冷海水預處理24 h能有效延緩TVB-N升高,較好抑制南美白對蝦多酚氧化酶(PPO)的氧化速度,并減少蛋白質變性程度,明顯延長南美白對蝦的貨架期[13]。另有研究將粉紅蝦(Pandalusspp)保存在用CO2處理過的-1 ℃的冷鹽水中,可將貯藏期延長一倍[14]。劉書來等[12]的研究表明,飽和CO2冷海水處理與對照組比較,CO2冷海水處理組能延長南美白對蝦的保鮮期。目前對于CO2冷海水處理技術的研究仍停留于對水產品的抑菌預處理從而延長蝦體保鮮期,鮮有結合氣調包裝的研究。

本研究的目的是在CO2冷海水處理的基礎上采用氣調包裝,進一步延長保鮮期,擬以南美白對蝦為研究對象,將CO2冷海水預處理技術與氣調包裝技術相結合,探究其在4 ℃貯藏過程中蝦肉品質的變化,分析不同氣調包裝的氣體環境下蝦體菌落總數、pH、揮發性鹽基氮、多酚氧化酶活性、質構等理化指標的變化,為南美白對蝦保鮮技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活南美白對蝦(Litopenaeusvannamei) 來自杭州德勝菜場,蝦長(10.5±0.5) cm,重(10.0±1.5) g;H3BO3、NaOH、HClO4、HCl、營養瓊脂、酒石酸鉀鈉、NaH2PO4、Na2HPO4、Briji聚環氧乙烯月桂酰醚、鄰苯二酚、Tris等 均為分析純,來自國藥集團化學試劑有限公司;PP高阻隔氣調包裝盒、PET/PE復合氣調包裝膜 來自蘇州森瑞保鮮設備有限公司。

MAP-H360復合氣調保鮮包裝機 蘇州森瑞保鮮設備有限公司;DZQ-400真空包裝機 上海阿法帕真空設備有限公司;Waters2695高效液相色譜儀 美國Waters公司;PHS-3C型數顯酸度計 上海精科儀器有限公司;Tu-1900型紫外可見分光光度計 普析通用;CR21GII高速冷凍離心機 日本日立公司;TAXT Plus物性儀 英國Stable Micro System公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 CO2冷海水發生裝置 如圖1所示,采用蔡燕萍等[15]的方法制備冷海水。

圖1 CO2冷海水發生裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of CO2-cold seawater generating apparatus注:1:CO2罐,2:減壓閥,3:氣液混合泵, 4:壓力表,5:水泵,6:低溫冷卻液循環泵。

1.2.2 樣品預處理 將鮮活蝦以料液比1∶3浸泡于4 ℃的飽和CO2冷海水中24 h后取出,并隨機分成六組,采用不同的氣調包裝方式,4 ℃貯藏,間隔2 d(0、2、4、6、8、10 d)取樣分析。氣調包裝所設定的氣體比例見表1。

表1 氣調包裝實驗設計Table 1 Experimental design of modified atmosphere packaging(MAP)

1.2.3 菌落總數 采用GB/T 4789.2-2016方法。

1.2.4 揮發性鹽基氮 稱取5 g絞碎的蝦肉,加蒸餾水50 mL,用玻璃棒攪拌,搖勻后于4 ℃冰箱抽提30 min,離心(8000 r/min,20 min),上清液過濾。濾液用半微量凱氏定氮法測定,具體按GB 5009.228-2016食品中揮發性鹽基氮的測定。

1.2.5 多酚氧化酶測定 采用蔡燕萍等[15]方法。

1.2.6 pH 按照GB 5009.237-2016食品pH的測定。

1.2.7 剪切力測定 采用Ezquerra等[16]的方法。取處理后的南美白對蝦,將頭、尾和殼去掉,以蝦尾前的第一段做為測定點,設置測定速度50 mm/min,以圖譜的第一個最高峰作為最大剪切力的值。

1.3 數據處理

數據分析與結果繪圖分別采用SPSS 17.0和Origin 8.0軟件,數據均以平均值±標準差表示,方差分析采用Duncan法,顯著性水平設置為0.05。

2 結果與分析

2.1 菌落總數變化

菌落總數主要作為食品被微生物污染程度的評價指標,一般用于觀察微生物在食品中的繁殖動態、預測食品的保質期、評價食品的安全性[17]。菌落總數不超過5.0 lg(CFU·g-1)為一級鮮度,5.0～5.7 lg(CFU·g-1)為二級鮮度,而菌落總數超過6 lg(CFU·g-1)時已不能食用。圖2為不同氣調包裝的南美白對蝦在貯藏期間菌落總數的變化趨勢。從圖2可以看出,樣品初始的菌落總數為4.90 lg(CFU·g-1)。隨貯藏天數的增加,所有樣品組的菌落總數均增加。其中QT1、QT2、QT3組菌落總數增長速度明顯低于CK1組、CK2和QT4組。CK1、CK2、QT4組貯藏8 d的菌落總數分別為6.00、5.95、5.80 lg(CFU·g-1),已超過二級鮮度;而QT1、QT2、QT3組貯藏8 d,仍處于二級鮮度。各樣品組中QT1、QT2、QT3組的抑菌效果較好。這主要是由于CO2冷海水預處理可抑制蝦表面的部分微生物生長繁殖,而貯藏期間包裝中高濃度CO2則遏制了微生物的生長。相關研究表明:高含量CO2能夠抑制大多數厭氧細菌、霉菌的生長,并且CO2濃度越高則抑制微生物繁殖的效果越好。Pino等[18]研究發現,氣調包裝中CO2氣體和N2保持在合適的濃度和比例,可顯著改善氣調保鮮效果,有效減弱微生物的生長速度,尤其是嗜冷菌(Psychrophilic bacteria)的生長,且能提高感官品質。CK1和QT4由于氣體比例中含有一定量的氧氣,適當比例的氧氣能抑制厭氧菌的生長,而同時能促進好氧菌的增殖,為好氧微生物繁殖提供有利的生長環境,加速蝦體腐敗變質進程。

圖2 貯藏期間菌落數的變化Fig.2 Changes of the total bacteria count

2.2 揮發性鹽基氮(TVB-N)變化

揮發性鹽基氮是由于動物性食品內源性酶和細菌的作用,使蛋白質分解而產生氨以及胺類等堿性含氮物質,是水產品鮮度的主要評價指標。根據GB 2733-2015 規定:海水魚蝦的TVB-N含量≤30 mg/100 g。由圖3可知,隨貯藏時間的延長,TVB-N含量呈逐漸上升趨勢。空氣包裝(CK1組)的TVB-N上升趨勢要明顯快于真空包裝(CK2組)和氣調包裝組,而CK2組的增加速度也要快于QT1、QT2、QT3組。貯藏初期,氣調包裝組(QT1、QT2、QT3和QT4)的TVB-N上升趨勢無顯著差異;在貯藏中后期,CK2組、QT4組與QT1、QT2、QT3組增加趨勢差異顯著(P<0.05)。一般認為,TVB-N≤25 mg/100 g為一級鮮度,TVB-N≤30 mg/100 g為二級鮮度[19]。在貯藏10 d時,QT1、QT2、QT3組TVB-N值分別為20.66、29.59、25.13 mg/100 g,QT2、QT3為二級鮮度;而CK1、CK2、QT4組TVB-N值分別為46.58、42.94、45.0 mg/100 g,已超過二級鮮度。由此可以說明QT1、QT2、QT3組的氣調比例能更好地抑制水產品中酶和細菌的作用,減弱蛋白質分解為酪胺、組胺、尸胺、腐胺和色胺等胺類物質的速度,進而抑制氨類物質的產生。TVB-N的結果與菌落總數變化呈正相關性。另外,He等[20]的研究表明,減少包裝中的氧氣含量,或者采用N2、CO2氣調包裝可顯著減少冷凍貯藏過程中羅非魚肉的蛋白質氧化。可見,高濃度CO2在抑制微生物生長的同時,可明顯減弱蝦肉的腐敗變質,延長蝦的保鮮期,同時低氧氣比例的氣調包裝可減少蝦肉蛋白氧化造成的品質劣變。

圖3 貯藏期間TVB-N的變化Fig.3 Changes of TVB-N during storage

2.3 多酚氧化酶(PPO)酶活性變化

多酚氧化酶是酶促反應造成蝦體黑變的主要原因,該酶在有氧條件下將酚類物質氧化成醌類物質,醌類物質聚合產生深色高分子物質,最后在蝦體表面形成黑斑[21]。若能抑制酶的活性、還原酪氨酸或隔絕蝦體與空氣中氧的接觸均能防止黑變。圖4反映了不同氣調包裝條件下多酚氧化酶相對酶活性的變化。從貯藏2 d開始,各樣品組的PPO相對酶活性呈現顯著下降趨勢(P<0.05),其中QT1、QT2、QT3組的下降程度顯著快于對照組CK1(P<0.05)。貯藏6 d時與貯藏2 d相比,CK2、QT1、QT2、QT3組的PPO相對酶活性分別下降了53.2%、52.7%、52.6%、52.2%;而CK1和QT4組分別下降了43.7%、42.8%。CK1和QT4的PPO酶抑制效果差異不顯著(P>0.05),這可能是由于氧氣的存在促進酶促反應,加劇蝦體黑變。貯藏6 d后,QT1、QT2、QT3組的多酚氧化酶活性明顯低于其他組。這與凌萍華等[22]研究涂膜保鮮結合40% CO2/30% O2/30% N2或85% CO2/5% O2/10% N2兩種混合氣體包裝的保鮮效果基本一致。結果表明,85% CO2/5% O2/10% N2能更有效地抑制南美白對蝦冷藏過程中的黑變發生。這也說明降低保藏氣體環境中氧氣含量提高溶水后成酸性氣體的含量(如二氧化碳),能有效抑制酪氨酸酶氧化,防止蝦黑變。Qian等[23]研究南美白對蝦在氣調包裝(80% CO2/10% O2/10% N2)后三種菌株在多酚氧化酶活性和蝦體黑變所起的作用,發現該氣調包裝條件對兩種致黑變的革蘭氏陰性菌有抑制作用,從而抑制多酚氧化酶的活性,減弱蝦體黑變,延長蝦的貨架期,這一結果也為本研究提供了理論參考依據。

圖4 貯藏期間多酚氧化酶相對活性的變化Fig.4 Changes of PPO relative activity during storage

2.4 pH變化

pH是衡量水產品新鮮度與蛋白質變性程度的一個重要指標。不同氣調包裝的南美白對蝦pH變化趨勢如圖5所示。貯藏過程中各樣品組的pH呈現上升趨勢,這是由于貯藏時間的延長,蝦體內源性酶和微生物產生的酶對蝦體的分解作用,產生大量堿性物質,堿性物質不斷積累,導致pH不斷升高[24]。由圖5可知,QT1、QT2、QT3組pH增加速度顯著低于CK1、CK2和QT4(P<0.05)。這與菌落總數、TVB-N顯著低于CK1、CK2和QT4的結果相吻合(P<0.05)(見圖2、圖3)。貯藏前期由于冷海水處理時CO2向蝦體的滲透作用致使蝦肉pH下降,貯藏后期是由于QT1、QT2、QT3中CO2的抑菌、抑酶作用使得pH的增加速度低于CK1、CK2和QT4組。這與Hansen等[25]的研究基本一致,真空包裝、真空包裝結合CO2發生器、氣調包裝(60% CO2/40% O2)結合CO2發生器,這三種包裝的鱈魚肉貨架期分別為7、9、13 d。從pH的變化規律看,本研究中CO2冷海水結合QT1、QT2、QT3的氣調包裝更適合南美白對蝦的保鮮。

圖5 貯藏期間pH的變化規律Fig.5 Changes of pH during storage

2.5 質構變化

貯藏期間南美白對蝦剪切力的變化如圖6所示。南美白對蝦的剪切力隨貯藏時間的延長呈逐漸下降趨勢。貯藏開始時蝦體的剪切力均為25.09 N,隨著貯藏時間的延長,CK1組的剪切力下降最快,貯藏2 d后就降低了30.1%;而CK2、QT1、QT2、QT3、QT4分別下降了25.8%、24.4%、15.3%、8.9%、11.6%。QT2、QT3、QT4可保持蝦肉的質構特性,質構變軟程度較小。貯藏6 d以后,QT1、QT2、QT3三組之間的剪切力差異不顯著(P>0.05),可有效減緩微生物和酶的水解作用,進而有效防止蝦肉質地變軟趨勢。這與菌落總數、TVB-N的變化呈現較好的正相關性。采用QT1、QT2、QT3三種氣調包裝都均有較好的保鮮效果,但是由于QT1的包裝在保存期內蝦體會發生萎縮,選擇CO2冷海水預處理結合QT2或QT3氣調包裝更適合于南美白對蝦保鮮。

圖6 貯藏期間剪切力的變化規律Fig.6 Changes of shear force of shrimps during storage

3 結論

本實驗研究了不同氣體比例對CO2冷海水預處理后氣調包裝的南美白對蝦保鮮效果,隨貯藏時間的延長,菌落總數、pH、T-VBN均逐漸增大,且基本呈正相關。CO2在抑制微生物生長的同時,可明顯減弱蝦肉的腐敗變質,延長蝦的保鮮期。飽和CO2冷海水預處理后,采用100% CO2、40% CO2+60% N2和85% CO2+5% O2+10% N2三種氣調包裝均有較好的保鮮效果,但由于100% CO2的包裝在保存期內蝦體會發生萎縮,選擇CO2冷海水預處理結合40% CO2+60% N2或85% CO2+5% O2+10% N2兩種氣調包裝更適合于南美白對蝦保鮮。該研究采用的保鮮處理方式無毒、無害、無殘留、無污染,可以延長南美白對蝦的保鮮期,為南美白對蝦的保鮮研究提供重要參考,在水產品的保鮮中具有良好的應用前景。