弱酸性電解水冰衣和氣調包裝對凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)蝦仁品質的影響

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(浙江海洋大學食品與醫藥學院,浙江舟山 316022)

凡納濱對蝦,又稱南美白對蝦,肉質鮮美,營養豐富。然而由于凡納濱對蝦中含有大量的非蛋白質化合物和自溶性酶,容易受微生物污染而腐敗變質,嚴重影響對蝦的品質,縮短對蝦的貨架期[1],新鮮或冷凍蝦的生產鏈中會攜帶許多微生物,如單核球增生李斯特菌(Listeriamonocytogenes)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)和副溶血性弧菌(Vibrioparahemolyticus)等[2]。蝦產品在加工貯藏過程中品質和保質期通常受酶和微生物影響。所以在加工蝦產品的時候,需要控制微生物的影響,特別是控制致病菌(如金黃色葡萄球菌)的影響和酶降解,以保持蝦產品品質和營養成分[3-4]。

鍍冰衣和冷凍保藏通過抑制微生物生長來保持蝦仁的品質和營養價值,是蝦類產品長期保藏比較常用的兩種方法[5]。但是,通過這種方法處理后的蝦產品會產生一些物理和化學變化,比如脂質氧化,蛋白質變性,升華以及冰晶重結晶等影響產品的品質。而且這兩種方法不能將細菌完全抑制,一旦冰衣受到破壞,細菌會加快繁殖,使蝦產品進一步加劇腐敗變質[6]。

弱酸性電解水(Weakly acidic electrolyzed water,WAEW)作為一種新型高效殺菌保鮮劑,已經被廣泛關注。有研究表明,通過電解稀鹽所產生的弱酸性電解水,是對特定的腐敗菌和致病微生物具有強抗菌性的新型抑菌劑[7]。弱酸性電解水能顯著的抑制單核細胞增生李斯特菌,大腸桿菌O157∶H7等的生長。另外有報道表明,與空氣包裝相比,蝦的氣調包裝(Modified atmosphere packaging,MAP)能顯著延緩微生物生長[8]。還有相關研究證實了氣調包裝與各種抗菌劑如4-己基間苯二酚(4-HR)、綠茶提取物和阿魏酸具有協同抗菌的效果[9]。雖然MAP已經廣泛應用于蝦類產品,但還沒有發現聯合使用MAP和WAEW冰衣處理的研究[10]。因此,本文研究弱酸性電解水(WAEW)冰衣和氣調包裝(MAP)對水產品的殺菌保鮮效果,以期開發出一種新型的抑菌劑。

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;金黃色葡萄球菌中科院微生物菌種保藏中心；NaCl、NaOH北京國藥化學試劑有限公司；硫代巴比妥酸上海邦景實業有限公司；三氯乙酸天津歐博凱化工有限公司，上述試劑均為分析純；蛋白胨水(BP)培養基廣東環凱微生物科技有限公司；聚酰胺/聚乙烯復合包裝袋寧波廣俊化工有限公司。

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;U-5100型分光光度計日本日立公司;TBARS比色法定量檢測試劑盒上海銘博生物科技有限公司;HD-3A型水分活度測定儀無錫市華科儀器儀表有限公司;iNose型電子鼻分析儀上海瑞玢智能科技有限公司。

1.2　實驗方法

1.2.1弱酸性電解水制備配制質量分數為0.5%的NaCl溶液,使用連續電解生成器進行電解,制備不同pH的弱酸性電解水。電解水的pH為6.4～6.6,氧化還原電位(ORP)為520～540 mV,有效氯濃度(ACC)為6.4～6.5 mg/mL。

1.2.2金黃色葡萄球菌菌懸液制備將實驗所需金黃色葡萄球菌解凍后接種在配制好的平板培養基上,37 ℃下進行復壯,在重復培養三代過后,選擇生長狀況良好的菌種制備金黃色葡萄球菌懸菌液,菌液濃度為103cfu/mL。

1.2.3弱酸性電解水冰衣對蝦去殼去頭之后,于室溫條件下置于103cfu/mL金黃色葡萄球菌菌懸液中浸泡10 min,保證細菌能充分擴散整個蝦表面,將接種后的樣品在-18 ℃超低溫冰箱中冷凍60 min,快速取出后立即浸沒于提前配制好的WAEW(0 ℃)中鍍冰衣,使蝦仁表面的冰衣(8.5%～9.0%)覆蓋均勻。隨后把蝦仁放置于包裝盤中,用聚酰胺/聚乙烯填充袋進行包裝,備用。

實驗分組:產品在空氣中包裝的蒸餾水冰衣對照組(A),產品在空氣中包裝的WAEW冰衣組(B),產品在40% CO2、10% O2和50% N2氣調環境[11]中包裝的WAEW冰衣組(C),產品在30% CO2、20% O2和50% N2氣調環境[11]中包裝的WAEW冰衣組(D),將各組產品均存放在-18 ℃下,放置100 d,測定產品保藏過程中質構特性、顏色、揮發性風味、微生物活性、揮發性鹽基總氮(TVBN)、三甲胺總量(TMA)和硫代巴比妥酸反應物(TBARS)值的變化情況。

1.2.4微生物分析根據國家GB 4789.2-2010標準,確定金黃色葡萄球菌數量。在無菌操作條件下,產品中加入90 mL 0.85%弱酸性電解水,均質2.0 min,然后將均質液進行十倍梯度稀釋,取0.1 mL各稀釋液于平板計數瓊脂培養基和BairdeParker培養基,將平板放置于37 ℃恒溫箱中培養48 h,隨后對金黃葡萄球菌和需氧菌進行計數[12]。

1.2.5化學分析TVBN通過半微量定氮法測定[13]。TMA根據AOAC的方法進行測定[13]。TBARS值利用TBARS比色法對處理后的樣品在532 nm和600 nm處的吸光值進行測定,通過下式計算TBARS值[14]。

TBARS(mg/100 g)=(A513-A600)/155×(1/10)×72.6×100

1.2.6質構特性分析采用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%。

1.2.7顏色分析使用便攜式色差儀測量蝦的顏色。L*值表示亮度,其值表示黑色到白色的變化;a*值紅色度,表示有色物質的紅綠偏向。平行測量3次,記錄下數據,剔除特別明顯錯誤的,重新讀取,最終算取三次讀數的平均值。

1.2.8揮發性風味評價使用電子鼻分析儀,對在室溫下進行自然解凍的生蝦仁和室溫條件下使用純水煮沸熟制10 min后的熟蝦仁進行分析。在進行電子鼻實驗前,四組樣品分別置于頂空采樣裝置中,頂空產生參數:30 min,70 ℃;在電子鼻測試時,設置基線校準時間5 min,泵流速600 mL/min;采樣時間65 s,采樣泵流速200 mL/min;清洗時間50 s,清洗泵流速600 mL/min。測定完成后繪制主成分分析和線性判別分析圖,研究WAEW冰衣和MAP處理對解凍蝦的揮發性風味的影響。

1.2.9數據處理使用SPSS軟件(版本19.0)進行統計學分析。

表1　WAEW冰衣和MAP對蝦仁的殺菌效果Table 1　Bactericidal activity of WAEW and MAP coating ice on the shrimp

注：同一列中不同小寫字母表示存在顯著性差異(p<0.05),同一行中不同大寫字母表示存在顯著差異(p<0.05);表2、表3同。

2　結果與分析

2.1　微生物指標

表1表明了在冷凍貯藏期間,用WAEW冰衣和MAP處理的蝦仁中的需氧菌總數和金黃色葡萄球菌數量。需氧菌總數和金黃色葡萄球菌的初始數量分別為2.52×104cfu/g和3.14×102cfu/g。經過蒸餾水冰衣處理(A組),0～40 d的貯藏期間,需氧菌和金黃色葡萄球菌數量變化不顯著(p>0.05)。經過100 d貯藏后,蝦仁中的需氧菌和金黃色葡萄球菌的數量分別為3.38×104cfu/g和3.90×102cfu/g。由此可見,蒸餾冰衣雖然能在短時間內一定程度上抑制產品微生物的增殖,但在長時間的冷凍貯藏過程中的抑菌效果一般,無法滿足產品的抗菌需求。

采用弱酸性電解水冰衣處理(B組、C組、D組)后的蝦仁在0～100 d貯藏的過程中,其需氧菌總數和金黃色葡萄球菌數呈現了相似的變化趨勢,即在冷凍貯藏前期(0～10 d)需氧菌總數和金黃色葡萄球菌數呈現下降趨勢,在冷凍貯藏的后期(80～100 d)需氧菌總數和金黃色葡萄球菌數呈上升趨勢。但橫向比較三組樣品,在貯藏100 d后,其需氧菌總數和金黃色葡萄球菌數相比于0 d而言,均表現出了較為顯著的降低,實驗結果表明,采用WAEW冰衣處理,在產品冷凍過程中表現出了良好的抗菌效果,能夠達到產品的貯藏需求。與其它傳統抑菌劑相比,WAEW冰衣同樣具有抑菌效率高、操作方便、環保等諸多優點。

此外,經40% CO2+10% O2+50% N2(組C)或30% CO2+20% O2+50% N2(組D)WAEW冰衣處理的蝦仁,對比蒸餾水冰衣(組A)和WAEW冰衣(組B)樣品,需氧菌總數和金黃色葡萄球菌數顯著下降(p<0.05),兩種類型的氣調包裝均表現了對需氧菌和金黃色葡萄球菌的抑制作用,且除第10 d和第100 d外的貯藏時間下，兩種類型的MAP處理結果之間不存在顯著差異(p>0.05)。Lopez-Caballero等提出[15],在40%、45%二氧化碳和30%、5%氧氣混合環境下進行蝦類包裝,能夠延緩微生物生長。除了控制溫度之外,在MAP產物中加入氧氣,也許是防止厭氧微生物生長的另一因素。結果表明,WAEW冰衣和MAP之間有明顯的協同效應。

2.2　TVBN、TMA及TBARS

圖1和圖2為不同處理方式對樣品TVBN、TMA的影響。蝦類的初始TVBN含量為3.82 mg/100 g，TMA含量為0.54 mg/100 g。所有組在100 d貯藏期間TVBN和TMA均有所增加,但不超過20 mg/100 g和10 mg/100 g。結果表明,與蒸餾水冰衣處理相比,WAEW冰衣處理能顯著(p<0.05)抑制蝦仁中的TVBN、TMA的增加。此外證實,由于協同效應,在60 d的冷凍貯存后,WAEW冰衣與MAP結合處理比單獨使用蒸餾水或WAEW冰衣處理對樣品的TVBN和TMA表現出了更好的抑制作用,在實際運用中可以更加有效地保證蝦仁產品的質量。根據方差分析,在100 d的凍存過程中,兩種MAP處理的TMA差異無統計學意義(p>0.05)。

圖1　蝦仁貯藏過程中TVBN 含量變化Fig.1　Changes of TVBN content in the shrimp during storage

圖2　蝦仁貯藏過程中TMA含量變化Fig.2　Changes of TMA content in the shrimp during storage

脂質過氧化反應等同于肌肉中多不飽和脂肪酸氧化降解,將導致異常氣味和味道產生,從而縮短海鮮保質期[16]。本研究中,蝦仁的初始硫代巴比妥酸反應物為0.32 mg MDA/kg(圖3)。蒸餾水冰衣樣品中硫代巴比妥酸反應物值明顯增加,在貯藏100 d后達到2.02 mg MDA/kg,表明脂質氧化的發生。相比之下,WAEW冰衣處理組的硫代巴比妥酸反應物較低,只有1.23 mg MDA/kg(p<0.05)。

圖3　蝦仁貯藏過程中TBARS含量變化Fig.3　Changes of TBARS content in the shrimp during storage

表2　WAEW冰衣和MAP聯合處理對蝦仁質構特性的影響Table 2　Effect of WAEW coating ice and MAP on the textural properties of shrimp

從TBARS分析結果得到,WAEW冰衣處理對產品脂質的氧化起到了抑制作用。作為對照,使用淡水冰衣組對脂質氧化控制并無顯著影響,意味著即使使用大量蒸餾水冰衣,對蝦仁的脂質氧化抑制效果也不明顯。結合MAP保存的樣品相對于僅使用WAVE冰衣保存的樣品,硫代巴比妥酸反應物含量顯著減小(p<0.05),而通過比較C組與D組發現,C組處理對樣品硫代巴比妥酸反應物值增加具有更顯著抑制作用。結果表明,與單獨使用WAEW冰衣處理相比,氣體成分的改變將對脂質氧化產生抑制作用,隨著氣體混合物中氧濃度的下降,脂質的氧化水平降低。綜上所述,WAEW冰衣和MAP(40% CO2+10% O2+50% N2)結合處理的蝦仁,相比于蒸餾水冰衣處理,對脂質氧化的抑制作用更強。

2.3　質構特性

彈性表示肌肉可以拉伸并恢復到其原始長度的彈力,而咀嚼性是由于長時間咀嚼,肌肉持續產生彈性抵抗力,定義為硬度、凝聚性、彈性的產物。從表2可以看出,蝦仁的彈性與咀嚼性隨著樣品的貯藏時間增加而急劇下降。經過100 d貯藏后,A組樣品彈性損失41.86%,C組、D組的彈性損失分別為17.44%和18.60%。由此可以看出,相比于蒸餾水冰衣處理組而言,WAEW冰衣和MAP處理對產品的彈性損失表現出顯著的抑制作用(p<0.05);同樣,貯藏100 d后,A組樣品咀嚼度損失為32.38%,C組、D組樣品的咀嚼度損失分別為13.55%和14.76%?？梢缘贸?與蒸餾水冰衣處理過程相比,WAEW冰衣和MAP處理,也能顯著減緩蝦類肌肉的咀嚼度的降低(p<0.05)。

在貯藏過程中,冷凍蝦的彈性和咀嚼性發生降低,可歸因于蛋白質、脂質的氧化和酶活性的變化。脂質氧化的產物也能進一步與蛋白質發生相互作用繼而引起蛋白質的變化。此外,蛋白質也可能與脂質氧化的自由基中間體相結合,形成蛋白質自由基,從而影響產品的質構特性。在這項研究中,利用WAEW冰衣和MAP處理的蝦仁,即使在貯藏后期也展示出顯著的質構穩定性(p<0.05)?？赡苁怯捎赪AEW冰衣和MAP的協同效應,即其對腐敗微生物和脂質氧化抑制作用較高(或滅活),使冷凍貯藏期間蛋白質組分能夠保持相對的穩定。質構結果與上述微生物和TBARS結果一致。

表3　WAEW冰衣和MAP聯合處理對蝦仁色度的影響Table 3　Effect of WAEW coating ice and MAP on the chroma of shrimp

2.4　顏色變化

在消費者對品質的判斷方面,海鮮的顏色具有關鍵作用,是消費者購買決策的主導因素。由表3可以看出,隨著冷凍貯存時間的增加,蝦仁樣品的L*和a*值發生了一定程度的變化。在貯存的過程中,A組樣品L*值顯著降低(p<0.05),這可能歸因于蝦蛋白的冷凍變性引起的光吸收和光散射的變化。a*值的下降主要歸因于蝦青素的降解和脂質的氧化。相比于A組樣品,B組、C組、D組樣品在經過100 d的貯存過后L*值和a*值的降低趨勢減緩,說明WAEW冰衣和MAP處理對樣品L*值和a*值降低具有顯著的抑制作用(p<0.05)。且兩種MAP處理差異不顯著(p>0.05)。在冷凍貯藏100 d后，兩種MAP處理組在樣品L*值的變化上未見顯著差異(p>0.05)，但對于樣品a*值的改變C組相比于D組表現出了顯著地抑制作用(p<0.05)，由此可見，針對蝦的a*值降低,氣調中較低濃度的O2或較高濃度的CO2(C組),可能對抑制蝦青素的降解和脂質的氧化起到關鍵作用[17]。

2.5　揮發性風味評價

為了研究WAEW冰衣和MAP處理對解凍蝦的揮發性風味的影響,采用電子鼻分析儀對樣品的揮發性風味進行分析。在圖4中,不同的簇分別表示蒸餾水冰衣蝦(A組),WAEW冰衣蝦(B組)和WAEW冰衣和MAP共同處理的蝦(C組和D組)。從主成分分析和線性判別分析結果來看,解凍后的A組樣品與B組、C組、D組樣品之間在氣味化合物上存在明顯差異。這些差異可歸因于WAEW冰衣產生的揮發性氯和二氧化氯,導致解凍樣品氣味發生變化。此外,在解凍組中,B組、C組、D組樣品的三個簇存在重疊。證實三個簇的電子鼻反應相似,且三組樣品之間的氣味化合物并無較大差異?？梢缘贸?WAEW冰衣處理對解凍蝦的揮發性風味有一定的影響。

圖4　WAEW冰衣對于蝦仁(解凍后)風味特性的影響Fig.4　Effect of WAEW coating ice on the flavor properties of shrimp after thawed

而對于蒸煮蝦仁,對照組樣品與其他經過WAEW冰衣處理過的樣品之間未觀察到明顯差異,A組、B組、C組、D組樣品的四個簇之間均存在重疊,證實四個簇的電子鼻反應相似,且各組之間的氣味化合物并無較大差異?？梢缘贸?WAEW冰衣處理對蒸煮蝦仁的揮發性風味沒有明顯的影響。

3　結論

以凡納濱對蝦蝦仁為研究對象,采用傳統蒸餾水鍍冰衣處理為對照,通過弱酸性電解水鍍冰衣對凍藏蝦仁抑菌效果、質構及揮發性風味特性的影響研究發現:與蒸餾水冰衣和空氣包裝的樣品比,WAEW冰衣結合MAP(40% CO2+10% O2+50% N2、30% CO2+20% O2+50% N2)保鮮的方法,對微生物的生長,TVBN和TBARS值的增加以及質構和顏色的降低等均存在顯著的抑制作用,WAEW冰衣結和MAP的綜合保鮮技術對冷凍蝦仁的保鮮具有很好的效果,且對蝦仁的亮度、質構及蒸煮后風味特性無顯著性影響。新型的電解水可代替自來水用于原料蝦類的清洗及鍍冰衣處理,電解水本身不產生二次污染。該技術在水產品加工與貯藏中具有一定的應用前景。

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