CO2冷海水預(yù)處理結(jié)合氣調(diào)包裝 對南美白對蝦品質(zhì)的影響

蔡燕萍,張莎莎,鄶 鵬,丁玉庭,劉書來,*

(1.浙江工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,浙江杭州 310014; 2.國家遠洋水產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)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(xué)名凡納濱對蝦[1],原產(chǎn)于中、南美洲太平洋沿岸的熱帶水域,世界養(yǎng)殖產(chǎn)量較高。南美白對蝦營養(yǎng)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(chǎn)品一樣,氮含量高,水分含量高,結(jié)締組織少,肉質(zhì)嫩,熱敏性強,蝦死后,適宜微生物繁殖,易腐敗變質(zhì),且內(nèi)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(zhì)和食用價值降低,阻礙生鮮蝦的流通和銷售。

氣調(diào)包裝技術(shù)通過利用保護氣體調(diào)整食品包裝內(nèi)的空氣,使食品始終處于適宜的氣體環(huán)境中,通過抑制微生物的生長等機制抑制腐敗變質(zhì),從而達到延長貨架期的目的[4]。氣調(diào)包裝技術(shù)已廣泛應(yīng)用于果蔬、生鮮肉、水產(chǎn)品等的保鮮包裝,混合氣體中的CO2為抑菌的關(guān)鍵成分,O2在水產(chǎn)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(jié)合氣調(diào)包裝VCO2∶VN2=4∶6處理,結(jié)果表明,保存26 d時草蝦仍能維持其質(zhì)量。Mejlholm等[7]的研究表明,北極甜蝦去殼后經(jīng)50% CO2/30% N2/20% O2氣調(diào)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(diào)包裝大西洋鮭魚,氣調(diào)條件為30%～98%的CO2,其余氣體用N2,發(fā)現(xiàn)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(jù)微生物指標可將貨架期延長至28 d[9]。氣調(diào)包裝技術(shù)與生物保鮮劑、抑菌劑、高壓處理等多種保鮮預(yù)處理技術(shù)結(jié)合的方式已經(jīng)逐漸代替了單一的氣調(diào)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(diào)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(jīng)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(lián)合80% CO2/10% O2/10% N2氣調(diào)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(yù)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(shù)在蝦保鮮中的應(yīng)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(shù)、大腸桿菌數(shù)、產(chǎn)H2S菌數(shù)和嗜冷菌數(shù)均顯著降低[12],經(jīng)CO2冷海水預(yù)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(zhì)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(shù)的研究仍停留于對水產(chǎn)品的抑菌預(yù)處理從而延長蝦體保鮮期,鮮有結(jié)合氣調(diào)包裝的研究。

本研究的目的是在CO2冷海水處理的基礎(chǔ)上采用氣調(diào)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(yù)處理技術(shù)與氣調(diào)包裝技術(shù)相結(jié)合,探究其在4 ℃貯藏過程中蝦肉品質(zhì)的變化,分析不同氣調(diào)包裝的氣體環(huán)境下蝦體菌落總數(shù)、pH、揮發(fā)性鹽基氮、多酚氧化酶活性、質(zhì)構(gòu)等理化指標的變化,為南美白對蝦保鮮技術(shù)提供理論依據(jù)。

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(yǎng)瓊脂、酒石酸鉀鈉、NaH2PO4、Na2HPO4、Briji聚環(huán)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(xué)試劑有限公司;PP高阻隔氣調(diào)包裝盒、PET/PE復(fù)合氣調(diào)包裝膜 來自蘇州森瑞保鮮設(shè)備有限公司。

MAP-H360復(fù)合氣調(diào)保鮮包裝機 蘇州森瑞保鮮設(shè)備有限公司;DZQ-400真空包裝機 上海阿法帕真空設(shè)備有限公司;Waters2695高效液相色譜儀 美國Waters公司;PHS-3C型數(shù)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(fā)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(fā)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(huán)泵。

1.2.2 樣品預(yù)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(diào)包裝方式,4 ℃貯藏,間隔2 d(0、2、4、6、8、10 d)取樣分析。氣調(diào)包裝所設(shè)定的氣體比例見表1。

表1 氣調(diào)包裝實驗設(shè)計Table 1 Experimental design of modified atmosphere packaging(MAP)

1.2.3 菌落總數(shù) 采用GB/T 4789.2-2016方法。

1.2.4 揮發(fā)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(fā)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(shè)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(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析與結(jié)果繪圖分別采用SPSS 17.0和Origin 8.0軟件,數(shù)據(jù)均以平均值±標準差表示,方差分析采用Duncan法,顯著性水平設(shè)置為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌落總數(shù)變化

菌落總數(shù)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(tài)、預(yù)測食品的保質(zhì)期、評價食品的安全性[17]。菌落總數(shù)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(shù)超過6 lg(CFU·g-1)時已不能食用。圖2為不同氣調(diào)包裝的南美白對蝦在貯藏期間菌落總數(shù)的變化趨勢。從圖2可以看出,樣品初始的菌落總數(shù)為4.90 lg(CFU·g-1)。隨貯藏天數(shù)的增加,所有樣品組的菌落總數(shù)均增加。其中QT1、QT2、QT3組菌落總數(shù)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(shù)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(yù)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(guān)研究表明:高含量CO2能夠抑制大多數(shù)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(fā)現(xiàn),氣調(diào)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(diào)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(zhì)。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(huán)境,加速蝦體腐敗變質(zhì)進程。

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

2.2 揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)變化

揮發(fā)性鹽基氮是由于動物性食品內(nèi)源性酶和細菌的作用,使蛋白質(zhì)分解而產(chǎn)生氨以及胺類等堿性含氮物質(zhì),是水產(chǎn)品鮮度的主要評價指標。根據(jù)GB 2733-2015 規(guī)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?？諝獍b(CK1組)的TVB-N上升趨勢要明顯快于真空包裝(CK2組)和氣調(diào)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(diào)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(diào)比例能更好地抑制水產(chǎn)品中酶和細菌的作用,減弱蛋白質(zhì)分解為酪胺、組胺、尸胺、腐胺和色胺等胺類物質(zhì)的速度,進而抑制氨類物質(zhì)的產(chǎn)生。TVB-N的結(jié)果與菌落總數(shù)變化呈正相關(guān)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(diào)包裝可顯著減少冷凍貯藏過程中羅非魚肉的蛋白質(zhì)氧化?？梢?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(zhì),延長蝦的保鮮期,同時低氧氣比例的氣調(diào)包裝可減少蝦肉蛋白氧化造成的品質(zhì)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(yīng)造成蝦體黑變的主要原因,該酶在有氧條件下將酚類物質(zhì)氧化成醌類物質(zhì),醌類物質(zhì)聚合產(chǎn)生深色高分子物質(zhì),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(diào)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(xiàn)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(yīng),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(jié)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(jié)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(fā)生。這也說明降低保藏氣體環(huán)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(diào)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(fā)現(xiàn)該氣調(diào)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(jié)果也為本研究提供了理論參考依據(jù)。

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(chǎn)品新鮮度與蛋白質(zhì)變性程度的一個重要指標。不同氣調(diào)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(xiàn)上升趨勢,這是由于貯藏時間的延長,蝦體內(nèi)源性酶和微生物產(chǎn)生的酶對蝦體的分解作用,產(chǎn)生大量堿性物質(zhì),堿性物質(zhì)不斷積累,導(dǎo)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(shù)、TVB-N顯著低于CK1、CK2和QT4的結(jié)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(jié)合CO2發(fā)生器、氣調(diào)包裝(60% CO2/40% O2)結(jié)合CO2發(fā)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(guī)律看,本研究中CO2冷海水結(jié)合QT1、QT2、QT3的氣調(diào)包裝更適合南美白對蝦的保鮮。

圖5 貯藏期間pH的變化規(guī)律Fig.5 Changes of pH during storage

2.5 質(zhì)構(gòu)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(zhì)構(gòu)特性,質(zhì)構(gòu)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(zhì)地變軟趨勢。這與菌落總數(shù)、TVB-N的變化呈現(xiàn)較好的正相關(guān)性。采用QT1、QT2、QT3三種氣調(diào)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(nèi)蝦體會發(fā)生萎縮,選擇CO2冷海水預(yù)處理結(jié)合QT2或QT3氣調(diào)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(guī)律Fig.6 Changes of shear force of shrimps during storage

3 結(jié)論

本實驗研究了不同氣體比例對CO2冷海水預(yù)處理后氣調(diào)包裝的南美白對蝦保鮮效果,隨貯藏時間的延長,菌落總數(shù)、pH、T-VBN均逐漸增大,且基本呈正相關(guān)。CO2在抑制微生物生長的同時,可明顯減弱蝦肉的腐敗變質(zhì),延長蝦的保鮮期。飽和CO2冷海水預(yù)處理后,采用100% CO2、40% CO2+60% N2和85% CO2+5% O2+10% N2三種氣調(diào)包裝均有較好的保鮮效果,但由于100% CO2的包裝在保存期內(nèi)蝦體會發(fā)生萎縮,選擇CO2冷海水預(yù)處理結(jié)合40% CO2+60% N2或85% CO2+5% O2+10% N2兩種氣調(diào)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(chǎn)品的保鮮中具有良好的應(yīng)用前景。