南美白對蝦紅變因素及控制技術(shù)研究

魏玖紅,婁永江,魏丹丹,宋 美,方 磊

(寧波大學(xué) 海洋學(xué)院,國家蝦蟹類加工技術(shù)研發(fā)分中心(寧波),浙江寧波 315211)

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南美白對蝦紅變因素及控制技術(shù)研究

魏玖紅,婁永江*,魏丹丹,宋 美,方 磊

(寧波大學(xué) 海洋學(xué)院,國家蝦蟹類加工技術(shù)研發(fā)分中心(寧波),浙江寧波 315211)

針對南美白對蝦在冷藏及銷售過程中的紅變現(xiàn)象,研究南美白對蝦紅變的相關(guān)影響因子以及探索最佳抑制紅變條件。在pH、溫度、鹽度和光照條件分別對南美白對蝦紅變影響的實驗基礎(chǔ)上,設(shè)計正交實驗來確定最佳抑制紅變條件;通過添加小分子氨基酸進(jìn)行了紅變抑制劑的篩選。結(jié)果表明:pH、溫度、陽光直射對南美白對蝦紅變的影響顯著(p<0.01),鹽度無顯著影響(p>0.05);正交實驗發(fā)現(xiàn),低溫凍藏、避光處理時可減緩南美白對蝦的紅變;添加1～1.5 mg/mL的L-半胱氨酸或甘氨酸,且調(diào)pH至7.3～8.3時可在一定程度上抑制南美白對蝦的紅變。

南美白對蝦,蝦青蛋白,紅變

南美白對蝦(Penaeusvannamei)學(xué)名凡納對蝦,其味道鮮美,高蛋白低脂肪,為高營養(yǎng)價值的水產(chǎn)品,深受消費者喜愛。由于南美白對蝦死后易發(fā)生色澤變化,導(dǎo)致其感官品質(zhì)與商業(yè)價值下降。蝦體色變主要由兩方面原因造成。其一是蝦體中酪氨酸及衍生物在酚氧化酶(Phenoloxidase,PO)的作用下積聚成黑色素[1]。其二是游離的蝦青素不穩(wěn)定,但與脫輔基蛋白形成蝦青蛋白時具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和功能,產(chǎn)生鮮活南美白對蝦的青色[2-4]。隨著蝦體死后蛋白質(zhì)的變性,束縛蝦青素的共價鍵[5]、氫鍵、疏水鍵遭到破壞,導(dǎo)致蝦青素游離,顯現(xiàn)原本的桔紅色,使南美白對蝦紅變?？刂颇厦腊讓ξr黑變的技術(shù)已較成熟[6-10],酚氧化酶是一種含有銅離子的金屬酶,其對pH敏感。呂艷芳等[11]研究發(fā)現(xiàn),酸性環(huán)境下,酚氧化酶中銅離子因被解離而失活,pH為6.2～8.0時酶活性不斷上升,pH為8時最高。因此,控制pH為酸性可抑制南美白對蝦體內(nèi)酚氧化酶的活性,并在一定程度上抑制蝦的黑變。但酸性溶液卻易導(dǎo)致南美白對蝦紅變加劇,而抑制紅變的技術(shù)卻鮮有報道。本文從研究蝦青素穩(wěn)定性、抑制蝦青素游離等方法,研究了如何有效抑制南美白對蝦的紅變,得到有效抑制南美白對蝦紅變的環(huán)境條件及紅變抑制劑,可為南美白對蝦的色變控制及貯運保鮮提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮南美白對蝦 寧波市海鮮市場,大小控制在40～50只/500 g,保活運至實驗室后暫養(yǎng);CaCl2、NaCl、Na2CO3(AR);檸檬酸、絲氨酸、甘氨酸、L-半胱氨酸(食品級) 上海索萊寶生物科技有限公司,純度≥99%。

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9070AS) 寧波江南儀器廠;色彩色差計(CR-400) 柯尼卡美能達(dá)影像(香港)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 前處理 挑選色澤相近、大小均一的鮮活南美白對蝦,剔除死亡、肢體殘缺、發(fā)黑變紅等異常個體,用碎冰猝死后用清水清洗干凈,瀝干后隨機(jī)分組。

1.2.2 pH對南美白對蝦紅變的影響 用檸檬酸和Na2CO3調(diào)節(jié)溶液pH,設(shè)定pH梯度5.37、6.02、6.52、6.92、7.32、7.51、8.28、8.86。測定南美白對蝦的原始色差值后于上述溶液中浸泡30 min,取出瀝水,平攤置于空氣中(溫度15～18 ℃)每隔30 min測量1次色差值。

1.2.3 溫度對南美白對蝦紅變的影響 通常南美白對蝦通過冰藏、常溫放置、國家冷庫規(guī)定的凍藏溫度儲藏等途徑進(jìn)行保存。因此設(shè)定溫度梯度為0±2、15±2、-15±2 ℃,測定南美白對蝦的原始色差值后平攤置于上述溫度梯度下每隔30 min測量1次。

1.2.4 鹽度對南美白對蝦紅變的影響 設(shè)置鹽度為2.5%的NaCl溶液、2.5%的CaCl2溶液。測定南美白對蝦原始色差值后置于上述溶液中浸泡30 min,取出瀝水,平攤置于空氣中(溫度15～18 ℃)每隔30 min測量1次色差值,同時以自來水浸泡處理作為空白對照。

1.2.5 光照條件對南美白對蝦紅變的影響 選取室內(nèi)陽光直射、室內(nèi)遮光處理、室內(nèi)自然光照、室內(nèi)90 μW/cm2的紫外燈照射4個處理條件,測定南美白對蝦原始色差值后置于上述條件下,每隔30 min測量一次。

1.2.6 正交實驗設(shè)計 在單因素實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步考察各因素對南美白對蝦紅變的影響及它們之間的相互關(guān)系,選取pH、溫度、光照三個因素,每個因素選擇3個水平,采用L9(34)正交表設(shè)計安排實驗對紅變的影響,因素水平安排見表1。pH梯度浸泡處理30 min后進(jìn)行后續(xù)實驗,3 h后測其色差改變值,每組實驗取3～5只蝦,測量5次,取平均值。

表1 正交實驗因素和水平表

Table 1 Experiment design of three factors and three levels of orthogonal experiment

水平因素ApHB溫度(℃)C光照條件173-15自然光照2780遮光處理38315紫外照射

1.2.7 氨基酸、油酸防紅變抑制篩選 選用小分子氨基酸、油酸溶液對南美白對蝦浸泡處理30 min后,置于4 ℃冰箱中冷藏,測其Δa*改變值。實驗分組如表2,C-E組用Na2CO3調(diào)pH為7.8,以未經(jīng)處理、等量蒸餾水浸泡處理的南美白對蝦置于4 ℃冰箱中冷藏作為對照組。

表2 處理條件分組

Table 2 Group of treatment conditions

編號處理條件A對照組B蒸餾水C1mg/mL甘氨酸D1mg/mL絲氨酸E1mg/mLL-半胱氨酸F1mg/mL油酸(無水乙醇為溶劑)H油酸原液涂抹處理

1.2.8 防紅變抑制劑濃度優(yōu)化 將1.2.7中得到的防紅變抑制劑進(jìn)行最佳濃度篩選,按照比例以蒸餾水為溶劑配制成500 mL保鮮劑,用Na2CO3調(diào)pH為7.8。將南美白對蝦置于對應(yīng)的溶液中,浸泡處理30 min后置于4 ℃冰箱中冷藏,3 d后測其色差,以未經(jīng)處理的南美白對蝦置于4 ℃冰箱中冷藏作為空白對照。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用excel軟件作圖,SPSS軟件進(jìn)行實驗設(shè)計及數(shù)據(jù)分析,各數(shù)據(jù)均重復(fù)測定3～5次,取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH對南美白對蝦紅變的影響

pH對南美白對蝦紅變的影響見圖1,由圖可知酸性溶液能夠加快Δa*的改變速率,即可以加速紅變。用pH為5.37,6.02,6.52的溶液浸泡處理南美白對蝦30 min,15 ℃下放置180 min時其紅變速率極顯著升高(p<0.01)。pH為7.3～8.3的弱堿溶液浸泡處理后,南美白對蝦的紅變速率較酸性條件低,pH=8.28時紅變速率最低(p<0.01),3 h后Δa*接近0.2。

圖1 pH對南美白對蝦紅變的影響Fig.1 Effect of pH on Penaeus vannamei reddening

分析原因可能有:(1)南美白對蝦主要生長于中性偏堿環(huán)境[12],因此南美白對蝦經(jīng)過與其相近生長環(huán)境的pH溶液浸泡后其紅變程度較小,與其生長環(huán)境的pH相差太大時,紅變速率升高。(2)南美白對蝦中蛋白質(zhì)的酸等電點pH約為5.6[3],堿等電點約為8.65～9.3[13],pH接近等電點時易引起蛋白質(zhì)的變性。酸度、堿度過高時使得維持蝦青素-蛋白質(zhì)結(jié)合物二級結(jié)構(gòu)的氫鍵[14]、疏水鍵遭到破壞,蛋白質(zhì)變性引起的蝦青素游離導(dǎo)致了南美白對蝦的紅變現(xiàn)象。

2.2 溫度對南美白對蝦紅變的影響

由圖2知,-15 ℃到15 ℃時隨著溫度的升高,紅變速率顯著升高。不同溫度處理組對南美白對蝦的紅變速率影響差異極顯著(p<0.01)。-15 ℃放置180 min后與原始色澤相較南美白對蝦的紅變程度不顯著(p>0.05)。其余處理條件,與原始色澤相較180 min后紅變值均差異極顯著(p<0.01)。

圖2 溫度對南美白對蝦紅變的影響Fig.2 Effect of temperature on Penaeus vannamei reddening

隨著溫度升高,蛋白質(zhì)變性速度加快,使得蝦青蛋白的結(jié)構(gòu)被破壞,蝦青素游離,導(dǎo)致南美白對蝦紅變速率加快。潘創(chuàng)等人[9]研究發(fā)現(xiàn)在40 ℃以下加熱時可使得蝦青蛋白出現(xiàn)可逆性變性,并且溫度也是影響南美白對蝦黑變的重要因素[15],因此南美白對蝦運輸、貯藏時應(yīng)盡量保證-15～0 ℃的低溫環(huán)境。

2.3 鹽度對南美白對蝦紅變的影響

南美白對蝦的生長環(huán)境中通常含有少量的Na+、Ca2+及其它金屬鹽離子。黃凱等人[16]發(fā)現(xiàn)在養(yǎng)殖過程中,添加一定的鹽度會提高其存活率。但研究發(fā)現(xiàn)(圖3),2.5% NaCl溶液、2.5% CaCl2溶液與自來水對比,不會影響南美白對蝦的紅變速率,對其紅變結(jié)果沒有顯著影響(p>0.05)。為此,南美白對蝦預(yù)處理時可用自來水代替鹽水清洗,降低成本。

圖3 鹽度對南美白對蝦紅變的影響Fig.3 Effect of salinity on Penaeus vannamei reddening

2.4 光照條件對南美白對蝦紅變的影響

由圖4可知,與其它處理組相比,180 min時,陽光直射能夠極顯著(p<0.01)地加速南美白對蝦的紅變速率。由于陽光含有能量,導(dǎo)致蝦體溫度升高,加速其蛋白質(zhì)變性,且在直射條件下陽光中的紫外線能夠破壞蝦青素結(jié)構(gòu),使蝦青素-蛋白質(zhì)結(jié)合狀態(tài)遭到破壞,加速南美白對蝦的紅變。與室內(nèi)避光、室內(nèi)自然光照射處理相比,90 μW/cm2的紫外線照射也能加快南美白對蝦的紅變速率(p<0.01)。而室內(nèi)自然光照與室內(nèi)避光處理組間差異顯著(p<0.05)。

圖4 光照條件對南美白對蝦紅變的影響Fig.4 Effect of light conditions on Penaeus vannamei reddening

劉朝陽等人[17]研究發(fā)現(xiàn)蝦青素結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,對熱、氧、自然光、紫外照射敏感,酸、堿、加熱及光照等條件都會引起蝦青素的異構(gòu)化。因此南美白對蝦在貯存、銷售中應(yīng)盡量保證避光條件,避免自然光、陽光直射、紫外照射導(dǎo)致的蝦青素游離引起的紅變現(xiàn)象。

2.5 正交實驗結(jié)果與分析

正交實驗結(jié)果與直觀分析如表3,比較各因素的極差可知,溫度是影響南美白對蝦紅變的主要因素,其次為光照條件、pH,pH7.3～8.3時不是影響南美白對蝦紅變的主要因素。優(yōu)化后最佳的貯藏條件為A2B1C2,即經(jīng)過pH7.8的溶液浸泡后于遮光處理、-15 ℃的條件下貯藏,3 h后Δa*=0.09。

表3 正交實驗的結(jié)果與直觀分析

Table 3 The results and intuitive analysis of the orthogonal experiment

實驗號ApHB溫度(℃)C光照空白列色差改變值(Δa?)111110192122203131333096421230095223105862312072731320358321304593321068K1146063136145K2139134108138K314823618915k1049021045048k2046045036046k3049079063050R002058027004

對該正交實驗進(jìn)行方差分析,由于MSA

2.6 氨基酸、油酸防紅變抑制篩選

考慮到小分子氨基酸的成本、安全、滲透速度、與蝦青素的結(jié)合能力等因素,選取甘氨酸、絲氨酸、L-半胱氨酸、油酸加入到南美白對蝦中進(jìn)行防紅變抑制,結(jié)果見圖5。

由圖5知,南美白對蝦于1 mg/mL的甘氨酸、L-半胱氨酸、絲氨酸溶液分別浸泡處理30 min后,可在一定程度上抑制南美白對蝦的紅變。33.5 h后南美白對蝦紅變程度依次為F>B>A>H>D>C>E,C、D、E、H組的Δa*小于對照組,C組Δa*=0.50,D組Δa*=0.75,E組Δa*=0.36。對上述結(jié)果通過SPSS軟件進(jìn)行差異顯著性分析,結(jié)果如表5。

表4 正交實驗的方差分析

Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment

因素偏差平方和自由度均方F值p顯著性溫度(B)050422025212578068<001??光照(C)01128200564576932<001??誤差00039400010總和062098

注:*為顯著(p<0.05),**為極顯著(p<0.01)。

表5 差異顯著性分析

Table 5 analysis of significant difference

項目ABCDEFHAB0984C0000??0000??D0000??0000??0060E0000??0000??04830002??F0000??0000??0000??0000??0000??H00560014?0000??0037?0000??0000??

圖5 不同添加劑對紅變速率的影響Fig.5 Influence of different additives on the red rate

注:*為顯著(p<0.05),**為極顯著(p<0.01)。由表5知,與A、B空白對照比較,C、D、E、F組差異極顯著(p<0.01),H組差異不顯著。C(1 mg/mL甘氨酸處理)、D(1 mg/mL絲氨酸處理)、E(1 mg/mL L-半胱氨酸處理)組能顯著降低南美白對蝦的紅變程度,F組油酸溶液(無水乙醇為溶劑)顯著加快南美白對蝦的紅變程度。

由于蝦青素長鏈結(jié)構(gòu)兩端分別含有羥基結(jié)構(gòu)[18],甘氨酸、L-半胱氨酸、絲氨酸既有氨基又有羧基,可與蝦青素形成氫鍵、弱相互作用力等,使得蝦青素羥基中的孤對電子飽和,避免蝦青素變?yōu)橛坞x狀態(tài)。從而抑制蛋白-蝦青素結(jié)合狀態(tài)被破壞導(dǎo)致的南美白對蝦紅變現(xiàn)象。空白對照的Δa*=1.26,而F組Δa*=2.17,F組油酸溶液(無水乙醇為溶劑)使得南美白對蝦紅變速率升高,浸泡30 min后Δa*=1.51,可能由于乙醇溶液可加劇蝦殼中蛋白質(zhì)變性,且可以作為蝦青素的溶劑,把蝦殼中的蝦青素浸提到蝦體表面,所以加速南美白對蝦紅變。

2.7 甘氨酸、L-半胱氨酸濃度優(yōu)化

由2.6可知,甘氨酸、絲氨酸、L-半胱氨酸、油酸可一定程度抑制南美白對蝦的紅變?？紤]到油酸的水不溶性,應(yīng)用到南美白對蝦的保鮮中具有一定的難度,而絲氨酸會導(dǎo)致南美白對蝦的黑變加速,因此選取甘氨酸、L-半胱氨酸作南美白對蝦防紅變抑制劑。

甘氨酸、L-半胱氨酸的使用量參照GB2760-2014。其未對甘氨酸、L-半胱氨酸在蝦類中的使用作規(guī)定,甘氨酸的用量參照肉制品中的最大使用量為3 g/kg,分別取濃度為0～1.5 mg/mL的甘氨酸或L-半胱氨酸進(jìn)行最佳濃度優(yōu)化,3 d后南美白對蝦的色澤變化Δa*見圖6。分析可知隨著甘氨酸或L-半胱氨酸濃度的增大,抑制南美白對蝦紅變的效果越好。1.5 mg/mL的 L-半胱氨酸、1 mg/mL的甘氨酸效果最好,而1 mg/mL與1.5 mg/mL的L-半胱氨酸相比,差異不顯著。因此在南美白對蝦中添加1～1.5 mg/mL的L-半胱氨酸或甘氨酸時可一定程度上抑制南美白對蝦的紅變。

圖6 甘氨酸、L-半胱氨酸與Δa*關(guān)系Fig.6 Relationship between Δa*and Glycine,L-cysteine

3 結(jié)論

pH為5.3～6.5的酸性溶液能顯著加快南美白對蝦的紅變速率(p<0.01),pH為7.3～8.3時其紅變程度最低(p<0.01)。溫度也是影響其紅變的重要因素,隨著溫度的升高,紅變速率顯著加快(p<0.01)。且陽光直射、90 μW/cm2的紫外線照射能顯著加快其紅變(p<0.01)。因此南美白對蝦的紅變抑制應(yīng)于低溫凍藏、避光條件下進(jìn)行;添加1～1.5 mg/mL的L-半胱氨酸或甘氨酸,且調(diào)pH為7.3～8.3時可在一定程度上抑制南美白對蝦的紅變。本文的研究結(jié)果可為南美白對蝦的色變控制及貯運保鮮提供一定的參考價值。

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Study on thePenaeusvannameireddening factors and its control measures

WEI Jiu-hong,LOU Yong-jiang*,WEI Dan-dan,SONG Mei,FANG Lei

(School of Marine Sciences,Ningbo University,National shrimp and crab Processing Technology R & D center(Ningbo),Ningbo 315211,China)

TopreventPenaeus vannameiturningredinthefrozenprocessorinmarketing,thisstudyfocusedonfactorsthatledtoshrimp’sreddeningandexploredtheoptimalcountermeasuresagainstreddening.ExperimentswerecarriedouttoinvestigatefactorssuchaspH,temperature,salinityandlightintensity.Theoptimalcountermeasuresagainstreddeningweredeterminedbyorthogonalexperimentaldesign.Inhibitoragainstshrimp’sreddeningwasselectedbyexperimentofadditionwithsmallmoleculeaminoacid.TheresultsshowedthatpH,temperatureandsunlighthadasignificanteffectonP. vannameireddening,butsalinity’sinfluencewasinsignificant.Orthogonalexperimentaldesignrevealedthatreddeningwouldslowdownwhentheshrimpwerefrozenandkeptfromlight.Moreover,with1～1.5mg/mLL-cysteineandthepHat7.3～8.3,P. vannamei,insomeway,couldbefreefromreddening.

Penaeus vannamei;Astaxanthinprotein;reddening

2016-04-08

魏玖紅(1990-)，女，碩士，研究方向：水產(chǎn)品保鮮與加工， E-mail：wjhforever@126.com。

*通訊作者:婁永江(1965-)，男，碩士，研究方向：水產(chǎn)品保鮮與加工， E-mail：louyongjiang@nbu.edu.cn。

TS254.1

A

1002-0306(2016)19-0148-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.19.020