熱處理對(duì)南極磷蝦品質(zhì)特性及蝦粉得率的影響

魏榮男，沈 建，談佳玉，歐陽(yáng)杰，傅潤(rùn)澤

（1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092；2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 200120；3.鹽城工學(xué)院海洋與生物工程學(xué)院，江蘇鹽城 224000）

南極磷蝦是一類生活在南極水域的小型浮游甲殼類動(dòng)物，主要種類為南極大磷蝦（Euphausia Superba Dana），其生物資源量巨大，開(kāi)發(fā)利用前景廣闊［1－2］。由于南極磷蝦處于低溫、嚴(yán)酷生活環(huán)境和獨(dú)特的生活方式，使其具有產(chǎn)生特殊功能性物質(zhì)的潛力。近年來(lái)，南極磷蝦已經(jīng)成為食品學(xué)、藥學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一［3］。

南極磷蝦加工產(chǎn)品主要有冷凍原蝦、蝦粉、去殼蝦肉、蝦油等。其主要加工方式為冷凍加工和熱加工。蝦粉是目前南極磷蝦加工最主要產(chǎn)品之一，可用來(lái)提取高品質(zhì)蝦油和加工高營(yíng)養(yǎng)飼料。南極磷蝦粉的應(yīng)用價(jià)值主要取決于其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和功能性物質(zhì)含量等，熱處理溫度是其主要影響因素之一，對(duì)南極磷蝦粉的品質(zhì)及后續(xù)加工利用產(chǎn)生較大的影響［4］。南極磷蝦粉加工流程中蒸煮、干燥等工序都需要進(jìn)行熱處理。國(guó)內(nèi)外針對(duì)南極磷蝦粉及其衍生產(chǎn)品的相關(guān)研究已經(jīng)開(kāi)展并取得了積極進(jìn)展［5－6］，但對(duì)南極磷蝦粉加工中關(guān)鍵工序技術(shù)參數(shù)與產(chǎn)品品質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系，尤其是單元加工操作（如熱加工）對(duì)南極磷蝦產(chǎn)品組分和品質(zhì)變化的影響報(bào)道較少。

本文以熱處理工藝的核心參數(shù)溫度為研究切入點(diǎn)，探索了熱處理達(dá)到不同中心溫度時(shí)南極磷蝦熱處理?yè)p失率、蛋白質(zhì)、脂肪含量、得率、蝦青素等品質(zhì)指標(biāo)的變化情況，旨在為南極磷蝦加工工藝的優(yōu)化和功能性、熱敏性物質(zhì)活性的保持提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，提高南極磷蝦粉產(chǎn)品得率和品質(zhì)，推動(dòng)南極磷蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：南極磷蝦，體長(zhǎng)5.6～6.0 cm，由上海開(kāi)創(chuàng)遠(yuǎn)洋漁業(yè)有限公司提供，為2016年新捕磷蝦，－20℃冷凍車快速運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，－22℃冷庫(kù)中保存；磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸氫二鈉、標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)溶液、鹽酸、氫氧化鈉、乙醚、乙醇分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

儀器：JHH-6A數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省常州市金壇區(qū)朗博儀器制造公司；TS-200B常溫生化培養(yǎng)箱，廣州精密科學(xué)儀器設(shè)備公司；FW-1000型多功能高速粉碎機(jī)，江蘇省常州市金壇區(qū)友聯(lián)儀器研究所；UV-2204PC紫外可見(jiàn)光分光光度儀，上海精密儀器有限公司；KN-580全自動(dòng)凱氏定氮儀，山東濟(jì)南阿爾瓦儀器有限公司；GTR16-2高速臺(tái)式冷凍離心機(jī)，北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司；全自動(dòng)索氏提取儀，山東濟(jì)南藍(lán)邁儀器有限公司；溫度傳感器，美國(guó)OMEGA有限公司；均質(zhì)機(jī)，上海申鹿機(jī)械設(shè)備有限公司；鼓風(fēng)干燥機(jī)，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理

將南極磷蝦從冷庫(kù)中取出，置于0℃冰箱低溫解凍12 h，完全解凍后稱量樣品100 g，為充分使南極磷蝦加熱均勻，將磷蝦裝入Φ42×60 mm的小燒杯，磷蝦裝滿燒杯的5／6左右，用保鮮膜密封杯口備用。

1.2.2 樣品的熱處理

采用常壓水煮加熱法，將溫度傳感器插入裝有磷蝦的燒杯中心處，放入沸水浴中進(jìn)行熱處理加熱，當(dāng)磷蝦中心溫度分別達(dá)到 30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃時(shí)，迅速取出樣品，置于0℃冰水中冷卻至中心溫度為10℃以下后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定。

1.2.3 熱處理?yè)p失率

磷蝦在熱處理前后分別用濾紙將其表面水分吸干，并迅速用電子天平精確稱重，記錄數(shù)據(jù)。將樣品加熱前的質(zhì)量（M）與加熱后的質(zhì)量（m）的差值與加熱前質(zhì)量的百分比作為該試樣的熱處理?yè)p失率。

熱處理?yè)p失率（%）＝（M－m）／M×100

1.2.4 固形物含量

樣品加熱后4 000 r·min－1離心 5 min，分別測(cè)定下層濕固形物質(zhì)量（M1）和上層離心液的質(zhì)量（M2）。

固形物含量（%）＝M1／（M1＋M2）

1.2.5 粗脂肪含量

參照GB／T 5009.6－2003中索氏提取法。

1.2.6 蛋白質(zhì)含量

參考李曉龍［8］的測(cè)定方法，并進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。將經(jīng)熱處理的樣品用打漿機(jī)打成肉糜狀，準(zhǔn)確稱取磷蝦肉1.00 g，加入15 mL磷酸鹽緩沖液A（3.5 mol· L－1KH2PO4，15.6 mmol· L－1Na2HPO4，pH 7.0），均質(zhì)機(jī) 20 000 r·min－1均質(zhì)1 min，4℃、5 000 r·min－1條件下離心15 min，收集上清液，同條件重復(fù)離心3次，最終上清液即為水溶性蛋白溶液［8］，向離心后的沉淀中加入磷酸鹽緩沖液 B（0.45 mol·L－1KCl，3.5 mol·L－1KH2PO4，pH 7.0），20 000r·min－1均質(zhì) 1 min后，4℃、5 000r·min－1條件下離心 15 min，收集上清液，同條件重復(fù)離心3次，最終上清液即為鹽溶性蛋白溶液［9］。蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G－250染色法，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次。

1.2.7 得率測(cè)定

熱處理后的南極磷蝦經(jīng)固液分離（4 000 r·min－1，30 min，兩次），100℃下干燥 5 h，磷蝦水分含量達(dá)到30%以下取出后放入到高速粉碎機(jī)中加工成90目，稱重為m3并計(jì)算得率。

得率（%）＝m3／M

1.2.8 蝦青素的測(cè)定［10］

蝦青素的含量以總類胡蘿卜素計(jì)，采用無(wú)水乙醇浸提法提取蝦青素，采用分光光度法測(cè)定。將磷蝦與無(wú)水乙醇按料液比1∶29（g∶mL）在常溫超聲振蕩20 min至充分混勻，40℃下浸提383 min后，4℃、10 000 r·min－1條件下離心20 min，取上層浸提液于474 nm波長(zhǎng)下進(jìn)行吸光值的測(cè)定。

蝦青素的含量（以總類胡蘿卜素計(jì)，μg·g－1）＝A×V×N／（m×K）

式中：A：樣品的吸光值；V：提取液體積（mL）；N：稀釋倍數(shù)；m：南極磷蝦蝦殼的干重（g）；K：有機(jī)試劑蝦青素溶液的吸光系數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用JMP和EXCEL 2003對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。數(shù)據(jù)用平均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示，方差分析采用t-檢驗(yàn)，P＜0.01為差異極顯著，P＜0.05為差異顯著，P＞0.05為差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理?yè)p失率變化

熱處理?yè)p失是指南極磷蝦在熱處理過(guò)程中由于水分損失等原因而導(dǎo)致質(zhì)量減少。造成熱處理?yè)p失的主要原因?yàn)椋阂环矫嬗捎谖r體內(nèi)大量活性極強(qiáng)的自溶酶，會(huì)發(fā)生自身消化；另一方面是由于南極磷蝦的受熱溫度過(guò)高，蝦肉中的水分、蛋白質(zhì)、脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失［11］。實(shí)驗(yàn)測(cè)定了磷蝦中心溫度分別為30℃～80℃情況下的熱處理?yè)p失率。如表1所示，未經(jīng)熱處理的南極磷蝦的初始溫度保持在4℃以下。隨著中心溫度的不斷升高，導(dǎo)致磷蝦的熱處理?yè)p失大致呈變化越顯著趨勢(shì)（P＜0.05）。當(dāng)中心溫度在30℃～55℃區(qū)間時(shí)，熱處理?yè)p失率由17.42%上升到24.56%，這可能是由于在加熱熱處理的過(guò)程中，隨著溫度的提高，一方面磷蝦表面的水分被蒸發(fā)，另一方面蝦肉中的肌肉纖維受熱收縮造成其結(jié)構(gòu)的致密性下降，使得細(xì)胞里的自由水流失，從而導(dǎo)致剛開(kāi)始熱處理時(shí)熱處理?yè)p失的不斷增加。當(dāng)中心溫度達(dá)到60℃時(shí)，熱處理?yè)p失率為22.88%，與前期相比略有下降；中心溫度從60℃到80℃時(shí)，熱處理?yè)p失率為由22.88%緩慢增加到24.01%，其變化差異不明顯，并且逐漸趨于穩(wěn)定。這說(shuō)明溫度過(guò)高后，南極磷蝦肉內(nèi)的水溶性蛋白和鹽溶性蛋白發(fā)生變性，導(dǎo)致其交聯(lián)程度降低，成為大分子量的不溶性蛋白，并逐漸溶解后形成凝膠，從而提高了蝦肉的保水性［12］。LORENZO等［13］研究發(fā)現(xiàn)加熱后誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性，使得較少的水分在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中通過(guò)毛細(xì)力被截留造成失水，而通過(guò)肌原纖維與肌原纖維膠原蛋白的交互作用使肉品的保水性得以提高，這可能是導(dǎo)致溫度到達(dá)60℃以后熱處理?yè)p失趨于穩(wěn)定的原因。

2.2 固形物含量變化

固形物是指在加熱熱處理、固液分離后固體物質(zhì)的含量。在南極磷蝦粉加工過(guò)程中，為了提高蝦粉得率，要求在熱處理過(guò)程中要充分保留固形物含量，同時(shí)能減少干燥所需能耗，最大程度地提高效率，降低成本。如圖2所示，30℃～55℃固形物含量隨著溫度的升高不斷增加，當(dāng)磷蝦中心溫度達(dá)到60℃時(shí)，固形物含量最高，達(dá)到65.8%，離心后上清液體質(zhì)量最低24.6%。這可能是由于溫度升高，南極磷蝦蝦肉內(nèi)的自溶酶活力下降，減緩了磷蝦營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失。中心溫度在60℃～80℃時(shí)，磷蝦固形物含量呈先減少后逐漸穩(wěn)定的趨勢(shì)（P＞0.05）。

2.3 脂肪含量變化

與普通蝦類相比，南極磷蝦的脂肪含量相對(duì)較高，一般為16.63%，按照磷蝦粉最低質(zhì)量要求中，平均脂肪含量需達(dá)到18%（12% ～26%）［1］。在磷蝦粉的加工過(guò)程中，如果保留的脂肪含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致磷蝦粉顏色暗淡發(fā)黑，容易氧化腐敗，不利于蝦粉貯藏，所以合理有效控制熱處理后磷蝦內(nèi)的脂肪含量，對(duì)保障南極磷蝦粉的品質(zhì)具有重要意義。如圖3所示，未經(jīng)處理的南極磷蝦脂肪含量為15.53%。隨著熱處理溫度的不斷升高，脂肪含量緩慢地增加，當(dāng)溫度達(dá)到70℃～80℃時(shí)，脂肪含量22.14%，這是由于南極磷蝦在熱處理過(guò)程中，溫度越高，水分損失的越多，其相對(duì)脂肪含量反而增加［14］；但溫度過(guò)高時(shí)，磷蝦體內(nèi)的自由水已損失，部分的脂肪發(fā)生了氧化，因此相對(duì)脂肪含量增幅變緩，并逐漸趨于穩(wěn)定。這與陳銀基等［14］的研究結(jié)果相吻合，其對(duì)熱處理與微波加熱對(duì)牛肉肌內(nèi)脂肪中脂肪酸組成的影響進(jìn)行了研究，表明在熱處理過(guò)程中，由于水分的損失，導(dǎo)致熱處理加熱后的牛肉中干物質(zhì)變多，肉樣中脂肪含量也相對(duì)增加。而且李瑩瑩等［15］探究發(fā)現(xiàn)在熱處理過(guò)程中，熱處理溫度對(duì)多不飽和脂肪酸含量有較大影響。65℃～80℃時(shí)，脂肪含量增速變緩并逐漸趨于穩(wěn)定（P＞0.05），這能是因?yàn)檩^高的溫度雖然會(huì)導(dǎo)致部分單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸氧化分解，但由于蒸發(fā)的水分也相應(yīng)增多，因此脂肪的相對(duì)含量反而會(huì)呈現(xiàn)出上升的現(xiàn)象。

表1 溫度對(duì)南極磷蝦熱處理?yè)p失率的影響Tab.1 Effect of temperature on the loss rate of Antarctic krill heat treatment

圖1 不同中心溫度下南極磷蝦離心后質(zhì)量變化Fig.1 Mass changes of Antarctic krill in different core temperatures after centrifiguration

圖2 溫度對(duì)南極磷蝦脂肪含量的影響Fig.2 Effect of temperature on Antarctic krill fat content

2.4 蛋白質(zhì)組分含量變化

南極磷蝦蝦肉蛋白主要包括水溶性蛋白、鹽溶性蛋白和不溶性蛋白。水溶性蛋白主要成分為肌漿蛋白，鹽溶性蛋白成分主要為肌原纖維蛋白，不溶性蛋白包括肌基質(zhì)蛋白和熱處理后的變性蛋白［16］。未經(jīng)處理的南極磷蝦水溶性蛋白質(zhì)含量6.82 mg·g－1，鹽溶性蛋白質(zhì)含量4.79 mg·g－1。如圖4所示，隨著中心溫度的升高，水溶性蛋白和鹽溶性蛋白逐漸減少，加熱的溫度越高，變化越顯著（P＜0.05）。溫度在30℃，水溶性蛋白質(zhì)含量為6.76 mg·g－1；當(dāng)溫度達(dá)到55℃，水溶性蛋白含量3.51 mg·g－1明顯下降；但當(dāng)蝦肉中心溫度達(dá)60℃時(shí)，水溶性蛋白4.01 mg·g－1，含量有明顯的回升現(xiàn)象；之后隨溫度再升高，水溶性蛋白含量又有明顯的下降趨勢(shì)并趨于穩(wěn)定狀態(tài)。隨著中心溫度的不斷上升，鹽溶性蛋白的含量呈整體下降趨勢(shì)。溫度在30℃時(shí)，鹽溶性蛋白含量4.62 mg·g－1；從加熱開(kāi)始到中心溫度達(dá)到55℃，鹽溶性蛋白含量緩慢下降；當(dāng)磷蝦的中心溫度達(dá)到60℃時(shí)，鹽溶性蛋白含量為1.53 mg·g－1，發(fā)生了少量的增加；之后其含量又開(kāi)始下降并在75℃趨于穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，鹽溶性蛋白在熱處理初期變化較為明顯，而水溶性蛋白含量下降比較緩慢，說(shuō)明鹽溶性蛋白變性溫度要低于水溶性蛋白，這與 BELIBAGHET等［17］的研究結(jié)果吻合。南極磷蝦在熱處理加熱的過(guò)程中，溫度越高，鹽溶性蛋白質(zhì)和水溶性蛋白質(zhì)含量變化越明顯。這可能是因?yàn)樵谏郎剡^(guò)程中，水溶性蛋白和鹽溶性蛋白受熱變性含量減少，形成大分子量的不溶性蛋白質(zhì)。而且水溶性蛋白和鹽溶性蛋白易于吸收消化，所以在熱處理過(guò)程中，盡量減少水溶性蛋白和鹽溶性蛋白大量損失。

圖3 不同中心溫度條件下南極磷蝦鹽溶性蛋白、水溶性蛋白含量變化Fig.3 Changes of salt-soluble protein and watersoluble protein of Antarctic krill in different core temperatures

2.5 蝦青素含量變化

蝦青素，又名蝦黃質(zhì)，是一種類胡蘿卜素，是優(yōu)良的天然類胡蘿卜素來(lái)源，其含量通常以總類胡蘿卜素計(jì)。蝦青素是評(píng)價(jià)南極磷蝦粉品質(zhì)的重要指標(biāo)。在南極磷蝦中超過(guò)95%的色素是以蝦青素形式存在的。實(shí)驗(yàn)證明蝦青素可以幫助魚蝦快速生長(zhǎng)，增強(qiáng)免疫力，并且對(duì)蝦類的存活率具有積極的影響作用［1］。未經(jīng)熱處理的南極磷蝦粉蝦青素含量為252μg·g－1，如圖5所示，隨著中心溫度的不斷升高，蝦青素的含量逐漸下降。溫度在30℃～55℃時(shí)，蝦青素緩慢下降，可能是由于溫度的上升，磷蝦體內(nèi)細(xì)胞被破壞，組織液的流失會(huì)帶走部分的蝦青素，從而導(dǎo)致蝦青素的損失。溫度上升到60℃～80℃時(shí)，蝦青素含量迅速下降，隨后下降趨勢(shì)減緩，這可能由于蝦青素中的不耐熱部分在60℃～80℃高溫下迅速分解褪色，而耐熱部分在80℃以上高溫下也能保持較高的穩(wěn)定性［19］。

圖4 不同中心溫度南極磷蝦蝦青素含量變化Fig.4 Changes of Antarctic krill astaxanthin content in different core temperatures

圖5 溫度對(duì)南極磷蝦粉得率的影響Fig.5 Effect of temperature on the yield rate of Antarctic krill powder

2.6 得率

蝦粉得率是指蝦粉與原料蝦的質(zhì)量比值，是評(píng)價(jià)南極磷蝦蝦粉加工工藝流程的重要指標(biāo)。在南極磷蝦粉加工過(guò)程中，得率越高，成本越低，資源利用率越大［20］。因此如何保障蝦粉的得率，是南極磷蝦蝦粉加工的關(guān)鍵控制點(diǎn)。如圖6所示，中心溫度在30℃～55℃時(shí)，隨著溫度的升高，磷蝦得率由10.7%下降到7.43%，其損失逐漸變大，這意味著每加工單位質(zhì)量的蝦粉所需的磷蝦數(shù)量也需要不斷增加。當(dāng)中心溫度為60℃時(shí)，蝦粉得率達(dá)到8.15%。中心溫度在60℃～80℃范圍時(shí)，其得率隨著溫度的升高而下降，80℃時(shí)得率最低，為6.24%。這可能是由于中心溫度在30℃～55℃時(shí)，南極磷蝦表面的水分和蝦肉內(nèi)大量的自由水受熱蒸發(fā)［14］，從而導(dǎo)致得率顯著降低；當(dāng)中心溫度達(dá)到55℃～60℃時(shí)，可能由于蝦肉中的水溶性蛋白和鹽溶性蛋白受熱變性，其交聯(lián)程度降低，成為大分子量不溶性蛋白，逐漸溶解后形成凝膠，從而提高了磷蝦的保水性，導(dǎo)致磷蝦的得率有所增加。

3 小結(jié)

通過(guò)測(cè)定在不同中心溫度下相關(guān)理化指標(biāo)的變化趨勢(shì)，結(jié)果表明：南極磷蝦在熱處理過(guò)程中，熱處理達(dá)到的中心溫度值對(duì)南極磷蝦品質(zhì)有較大影響。隨著中心溫度的升高，磷蝦熱處理?yè)p失率不斷增加且在加熱初期增速更快；固形物含量在加熱初期呈上升趨勢(shì)，在60℃時(shí)達(dá)到最高，隨后開(kāi)始減少并逐漸趨于穩(wěn)定；脂肪含量隨溫度的升高不斷增加；蛋白質(zhì)組分在加熱過(guò)程中變化較顯著，水溶性蛋白和鹽溶性蛋白的含量的變化趨勢(shì)相一致，在初期隨中心溫度的上升而急劇減少，在55℃～65℃略升高后繼續(xù)緩慢下降；南極磷蝦蝦青素的衰減隨加熱溫度的升高而加重，在加熱初期較平緩，55℃之后下降明顯；溫度越高磷蝦粉得率越低，損失越大。綜合上述各項(xiàng)因素，在達(dá)到產(chǎn)品熱加工目的的前提下，為減少產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)流失及保證最終產(chǎn)品的品質(zhì)并降低能耗，南極磷蝦常壓水煮加熱的終點(diǎn)溫度應(yīng)盡量控制在55℃～60℃。在南極磷蝦熱處理過(guò)程中，熱處理方式與熱處理時(shí)間都是影響其品質(zhì)的重要因素。未來(lái)將更進(jìn)一步研究不同的熱處理方式對(duì)南極磷蝦品質(zhì)特性的影響。

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