滲透脫水膜包裝 對南美白對蝦干制品品質的影響

李亞敏,湯海青,歐昌榮,*,昝春蘭,蘇文華,張夢思

(1.寧波大學海洋學院,浙江寧波 315211; 2.浙江醫藥高等?？茖W校食品學院,浙江寧波 315100)

水產品因營養豐富、水分含量高,在運輸和貯藏過程中極易腐敗,降低了水產品的食用價值和經濟價值[1]。干制是水產品保藏的重要手段之一。目前,水產品常用的干燥方法有自然干燥法、熱風干燥法和微波干燥法等。自然干燥法受衛生和氣候條件的制約較大,不利于規?；a。熱風干燥法的溫度過高,易造成蛋白質氧化、產品硬度大,熱能利用率較低[2]。微波干燥法局部溫度過高易導致產品邊角糊化[3]。滲透脫水膜是由半透膜包裹高吸水性物質等材料組成的新型包裝膜,將物料包裹后于低溫貯藏過程中將水分脫除,與傳統干燥法的區別主要在于不需要熱處理,避免因熱處理造成的色變、脂肪氧化和蛋白質變性等不足,從而提高產品的食用價值,也可避免表面硬化和難以咀嚼的現象,使產品的感官品質更加接近新鮮原料[4]。隨著科技的發展,半透膜可被羊皮紙、玻璃紙等各種具有透水功能的膜材料替代[5],價格低廉、吸水性能較強的高分子吸水性物質也不斷被開發出來[6],使滲透脫水膜的成本逐漸降低,有良好的應用前景。有研究將滲透脫水膜法應用于大西洋鱈魚[7]、金槍魚[8]等水產品的保鮮,表明滲透脫水膜包裝法可有效延緩水產品的腐敗,提高其食用價值,但關于滲透脫水膜包裝應用于水產品干制的研究鮮有報道。

南美白對蝦(Penaeusvannamei)肉質鮮美,營養豐富,深受消費者的喜愛[9]。自20世紀90年代初南美白對蝦被我國引進養殖以來,產量不斷上升,2016年的海水養殖產量近93萬噸[10]。但目前南美白對蝦加工品種單一,除鮮銷或冷凍以外,主要以干制品為主[11]。傳統的蝦干生產工藝主要有兩種方式,一是直接采用日光晾曬、熱風干燥等方法進行干燥,該方法極易導致對蝦在內源酶和微生物作用下發生腐敗,使其應用受到了很大的限制;二是對蝦經燙漂再干燥,雖可起到殺菌和滅酶的作用,但燙漂會造成可溶性蛋白及氨基酸等營養成分的流失,干燥后的產品表面開裂、硬度過高、復水性能低等問題,導致食用價值和消費者可接受度降低[12-13]。

滲透脫水膜包裝可在低溫貯藏過程中實現對高蛋白物料的脫水,制得的產品有別于傳統干制品硬度大、難以咀嚼及烤制風味明顯的感官特性,可較好地保持鮮活產品的特征,但相關研究鮮有報道。為此,本文對滲透脫水膜包裝法制備南美白對蝦干過程中的品質變化進行研究,以期為滲透脫水膜包裝應用于南美白對蝦及其他高值水產品的干制提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活南美白對蝦(35 尾/500 g) 寧波市水產市場;玻璃紙 橫望山農業科技有限公司;高分子吸水樹脂 復納新材料科技(上海)有限公司;三氯乙酸、2-硫代巴比妥酸、硼酸、甘油 分析純，國藥集團化學試劑有限公司;高氯酸 分析純，浙江中星化工試劑有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備

1.2.1.1 樣品預處理 將南美白對蝦置于流動水中清洗干凈,去殼、去頭,洗滌后,瀝干水分備用。

1.2.1.2 滲透脫水膜包裝法(ODS)蝦干的制備 圖1為滲透脫水膜的結構,在袋狀的玻璃紙中加入均勻混合的高分子樹脂、長絨棉和甘油。玻璃紙允許物料的水分子通過,并避免對蝦與其他成分接觸。高分子樹脂具有吸收與儲存大量水分的作用。長絨棉使甘油與高分子樹脂均勻穩定分散于兩層玻璃紙之間。甘油作為水分子的傳遞媒介。高分子吸水樹脂、長絨棉、甘油的用量分別是:200、48、40 g/m2。

圖1 滲透脫水膜橫截面結構圖Fig.1 Cross-sectional structure of osmotic dehydration sheets

將蝦仁用滲透脫水膜包裹,于4 ℃條件下貯藏并進行脫水,分別于0、24、48、72、96、120、144 h取樣,經液氮凍結后于-40 ℃條件下貯存,測定相關指標。

1.2.1.3 熱風干燥法(HAD)蝦干的制備 將蝦仁單層均勻平鋪于篩網上,放入預設溫度為50 ℃的恒溫鼓風干燥箱中脫水,分別于0、1、2、3、4、5、6 h取樣,經液氮凍結后于-40 ℃條件下貯存,測定相關指標。

1.2.2 水分含量的測定 采用水分測定儀按照儀器說明書測定蝦仁的水分含量。精確稱取2 g絞碎的蝦肉均勻分布于鋁盒中,放下儀器罩,選用Auto模式,溫度設置105 ℃,開始測定樣品的水分含量,測定停止即可記錄水分含量。

1.2.3 感官評價 參考文獻[14]并結合ODS制得產品的特點,確定了蝦干的感官評價表(表1)。質量因素權重的確定參考Soponronnarit等[15]的方法,獲得外觀、色澤、質地和氣味的權重分別為2.52、1.90、2.78和2.80。由10名感官評價員按食品感官評定要求對蝦干的外觀、色澤和質地進行評定。4項評分經加權運算后的結果為蝦干的感官總分(感官總分=2.52×外觀評分+1.90×色澤評分+2.78×質地評分+2.80×氣味評分)。

表1 南美白對蝦感官評定標準Table 1 Sensory evaluation standard of Penaeus vannamei

1.2.4 色差的測定 采用色差計測定蝦仁的L*、a*、b*值,樣品測定前進行白板校正。其中L*表示樣品的亮度,+a*表示樣品偏紅,-a*表示偏綠,+b*表示樣品偏黃,-b*表示樣品偏藍?？偵?ΔE)是指處理組的顏色與對照組顏色平均值之間的色差。計算公式如下:

(3)利用MnO2和濃鹽酸混合加熱制Cl2的離子方程式為遇水劇烈反應,液面上產生的白霧是鹽酸小液滴,并有刺激性氣味的SO2氣體產生,反應的化學方程式為。

ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

其中:ΔL*、Δa*、Δb*分別是樣品初始和最終的差值[16]。

1.2.5 TVB-N值的測定 TVB-N值采用GB5009.228-2016半微量定氮法進行測定[17]。

1.2.6 硫代巴比妥酸值的測定 參照Faustman等[18]等的方法,取10 g樣品切碎,加入25 mL 25%(質量分數)三氯乙酸和20 mL蒸餾水,高速勻漿30 s,1000×g離心20 min,中速濾紙過濾。取2 mL上層清液,加2 mL 0.02 mol/L硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA),沸水浴20 min,流水冷卻,532 nm波長測吸光度。以1,1,3,3-四乙氧基丙烷做標準曲線,TBARS值以每千克樣品中丙二醛(malonaldehyde,MDA)的毫克數表示。

1.2.7 復水率的測定 將蝦干浸泡在50 mL的蒸餾水中240 min,每隔30 min用吸水紙除去表面水分,稱重后重新放入蒸餾水中浸泡。復水率以百分比(%)表示,計算公式如下:

式中:mo表示復水前的蝦干質量,mt表示復水至t時刻蝦干的質量[19]。

1.2.8 質構剖面分析 對復水后蝦仁的質構特性進行測試。選用 P/50平底柱形探頭,測試前速度1 mm/s,測試速度1 mm/s,測試后速度1 mm/s,測試形變量50%,觸發力10 g[20]。

1.3 數據處理

試驗數據采用SAS 8.0軟件進行單因素方差分析,使用Duncan’s多重比較模式判斷差異顯著性(p<0.05),Origin 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 南美白對蝦的水分含量變化曲線

圖2為兩種方法脫水過程中對蝦的水分含量變化曲線。隨時間的延長,熱風干燥組的水分含量逐漸下降。在脫水的前96 h,滲透脫水膜處理的樣品水分含量下降較快,96 h以后的水分含量趨于穩定。當水分含量由74.15%下降至46.55%時,滲透脫水膜包裝法所需時間約為128.5 h,熱風干燥法大約需5.4 h。

圖2 滲透脫水膜包裝與熱風干燥 南美白對蝦的干燥特性曲線Fig.2 Drying curves of Penaeus vannamei by osmotic dehydration sheets and hot air drying

熱風干燥時,在0～3 h之間,對蝦的水分含量較高,受熱后使表面水分快速汽化導致其脫水速率較大。3 h后,對蝦的水分傳遞方向與溫度的傳遞方向相反造成內部水分擴散至表面的速率降低,脫水速率也隨之降低[21]。滲透脫水膜法的脫水驅動力源于南美白對蝦與滲透脫水膜含水量不同而形成的滲透壓力差。在0～96 h之間,南美白對蝦含有較高的水分含量,其水分逐漸進入滲透脫水膜,并被甘油吸收,甘油結合的水分子則通過擴散或吸附作用進入到高分子吸水樹脂中[8,22]。96 h之后,脫水速率降低主要是對蝦與滲透脫水膜的水分含量達到平衡及對蝦內部的水分擴散阻力增大導致。雖然采用滲透脫水膜包裝對蝦進行脫水的時間較長,但蝦干在低溫貯藏過程中即可完成脫水,很大程度上簡化了蝦干加工工藝。

2.2 脫水過程中南美白對蝦感官品質的變化

兩種脫水方式的感官評分如表2所示。隨著脫水時間的延長,蝦干的色澤、氣味、外觀和總評分均逐漸降低,質地評分則先增加后降低。在脫水終點,滲透脫水膜處理的蝦仁色澤、形狀、質地、氣味評分及總評分均顯著高于熱風干燥(p<0.05)。

表2 滲透脫水膜包裝與熱風干燥對南美白對蝦感官評分的影響(分)Table 2 Effect of osmotic dehydration sheets packaging and hot air drying on sensory scores in Penaeus vannamei(score)

熱風干燥時,由于對蝦表面的水分汽化速度與內部水分遷移速度不平衡導致其表面過于干燥而形成硬殼,且脫水速率較快、溫度較高導致組織內部肌纖維劇烈收縮、組織結構塌陷,進而造成肌肉組織開裂[23];在高溫下肌肉組織發生脂肪降解、美拉德反應等化學反應,生成苯甲醛、苯乙醛等醛類物質,使對蝦產生烤肉味[24]。滲透脫水膜包裝法于低溫下將水分緩慢均勻脫出,避免了表面與內部水分分布不平衡而造成的表面硬化現象和蝦體破損[4],也降低了肌肉組織中的化學反應速度,更好地保持了鮮蝦固有的氣味。因此,滲透脫水膜制得的蝦干具有接近鮮蝦的色澤、口感和質地等感官品質。

2.3 脫水過程中南美白對蝦色差的變化

由表3可看出:兩個處理組的a*、b*和ΔE隨脫水時間的增加而增加,L*無顯著變化(p>0.05)。在脫水終點,熱風干燥處理的蝦干ΔE顯著高于滲透脫水膜包裝組(p<0.05),表明滲透脫水膜包裝法制得的對蝦色變程度低于熱風干燥組。滲透脫水膜包裝法的脫水過程處于密閉低溫條件下,減緩了美拉德反應產生褐色物質的速度[25-26],同時抑制了酚氧化酶的活性,很大程度上減緩了對蝦黑變進程。熱風干燥蝦干的a*大于滲透脫水膜處理組,表明其紅變程度大于滲透脫水膜處理組,熱敏性的蝦青素經高溫被氧化為呈鮮紅色的蝦紅素[27]。目前常用的干燥方法經高溫燙漂和蒸煮均會造成蝦青素氧化,而滲透脫水膜包裝法整個脫水過程均處于低溫下,可有效避免對蝦青素的熱分解,減緩黑變,使對蝦干的色澤更接近鮮蝦。

表3 滲透脫水膜包裝與熱風干燥對南美白對蝦色度的影響Table 3 Effect of osmotic dehydration sheets packaging and hot air drying on Hunter colorimetric index in Penaeus vannamei

2.4 脫水過程中南美白對蝦揮發性鹽基氮的變化

揮發性鹽基氮(TVB-N)是動物性食品在酶和微生物的作用下,蛋白質分解生成的堿性含氮物質,常被用來衡量水產品的腐敗程度[28]。如圖3所示:滲透脫水膜包裝處理與熱風干燥過程中南美白對蝦TVB-N含量顯著上升趨勢(p<0.05),滲透脫水膜組的TVB-N含量較低且增加速度較緩慢。脫水終點時,滲透脫水膜包裝組的TVB-N含量是37.80 mg/100 g,顯著低于熱風干燥組的63.71 mg/100 g(p<0.05)。

圖3 滲透脫水膜包裝與熱風干燥 過程中總揮發性鹽基氮的變化Fig.3 Changes of TVB-N of Penaeus vannamei treated by osmotic dehydration sheets packaging and hot air drying during the dehydration process

熱風干燥過程中,適宜的溫度導致微生物的大量滋生,對蝦體內蛋白質被分解生成大量含氮化合物,TVB-N含量也迅速增加[28]。滲透脫水膜法一方面使對蝦處于密閉條件下,在對蝦周圍形成低氧的環境,有效減緩微生物的增殖速度[4];另一方面,由于滲透脫水膜內的高分子樹脂和甘油形成較高的滲透壓,導致對蝦表面的水分活度降低,抑制了微生物的生長和繁殖[29]。Hamada-Sato等[30]將滲透脫水膜應用于干制海產品時,發現滲透脫水膜法制得的海鮮干制品菌落總數低于傳統的烘箱干燥法。另外,低溫抑制了對蝦內源酶的活性也是蛋白質、氨基酸分解為含氮化合物的速度大幅度降低的原因之一。Lee 等[31]研究滲透脫水膜對半干鯖魚的品質影響時,表明滲透脫水膜包裝法處理鯖魚的TVB-N含量低于熱風干燥法。

2.5 脫水過程中南美白對蝦的脂肪氧化程度

TBARS值是判斷水產品中脂肪氧化程度的重要指標[32]。由圖4可知,熱風干燥組的TBARS值由0.05 mg/kg增加至0.35 mg/kg,前72 h,滲透脫水膜組的TBARS值略有增加,其后增加速度較快,脫水終點時為0.28 mg/kg。熱風干燥組的TBARS值顯著大于滲透脫水膜包裝組(p<0.05)。

圖4 滲透脫水膜包裝與熱風干燥 過程中南美白對蝦TBARS的變化Fig.4 Changes of TBARS of Penaeus vannamei treated by osmotic dehydration sheets packaging and hot air drying during the dehydration process

50 ℃干燥時,蝦仁內部溫度較接近脂肪酶的最適溫度,脂肪酶表現較高的催化活性,使更多的底物與酶發生反應,造成了脂肪發生較大程度的分解[33]。另外,熱風干燥過程中南美白對蝦直接暴露于高溫空氣中,氧分子運動加劇,增大了南美白對蝦與氧分子接觸的概率,脂肪的氧化迅速增加。滲透脫水膜包裝組的TBARS值在0～72 h范圍內增加緩慢的原因是對蝦處于密閉低溫環境下,氧氣不足、肌肉組織中的酶活性較低使脂肪氧化受到抑制。72 h之后,水分含量的降低提供了蛋白酶活性最強時所需的底物濃度,酶促氧化反應加快,使得脂肪氧化加劇。Seto等[34]以馬鯖魚與沙丁魚為原料,將滲透脫水膜包裝法與日曬干燥法比較,發現滲透脫水膜可有效減緩脂肪的腐敗。

2.6 不同脫水方式對南美白對蝦干復水率的影響

復水率是評價干制品經過復水后恢復到干燥前狀態程度的指標。如圖5所示:兩個處理組的復水率隨著復水時間延長而逐漸增大。在復水終點,滲透脫水膜包裝法制得的蝦干復水率為90.64%,顯著高于熱風干燥組的72.14%(p<0.05)。造成該結果的原因:一方面是熱風干燥的蝦干內部肌纖維排列致密,復水時水分較難滲入,致使復水速度和復水率較低[35];另一方面是高溫導致蛋白質表面的親水基團遭到破壞,埋藏于內部的巰基、二硫鍵等疏水基團暴露被氧化,對蝦的復水性能下降[36]。滲透脫水膜包裝法處理的對蝦的蛋白質熱變性和降解程度較小,使其復水性能相對較高[4]。因此,與熱風干燥法相比,滲透脫水膜法在低溫下脫水,避免蛋白質結構的變化,使蝦干具有更好結合水的能力。

圖5 不同脫水方式對南美白對蝦復水率的影響Fig.5 Effect of different dehydration methods on rehydration rate in Penaeus vannamei

2.7 不同脫水方式對復水后南美白對蝦質構的影響

咀嚼性是硬度、彈性和內聚性的綜合表現,反映了肉干從可咀嚼狀態到可吞咽狀態所需的能量,數值越小,說明食品在食用過程中咀嚼越省力[37]。由表4可看出:復水后,滲透脫水膜包裝法的硬度、彈性、咀嚼性和內聚性顯著低于熱風干燥的樣品(p<0.05),滲透脫水膜包裝法的對蝦粘著性顯著高于熱風干燥法,其恢復性顯著低于熱風干燥組(p<0.05)。與熱風干燥法相比,滲透脫水膜包裝法可改善蝦干的質地,使其具有硬度較小,易咀嚼。造成該結果的原因是:滲透脫水膜包裝法處理的蝦肉主要是蝦干失水收縮,使肌肉組織的硬度、彈性和咀嚼性有所增加。但熱風干燥時,蝦干的質地變化一方面由脫水作用引起肌纖維收縮從而促進蛋白質分子之間形成氫鍵造成的[38],另一方面是高溫干制造成肌球蛋白變性聚合,巰基-二硫鍵交聯,導致對蝦的硬度、彈性等過大[39],使得蝦干質地粗硬、咀嚼性差[40],但滲透脫水膜包裝法處理的對蝦硬度、咀嚼性較低且接近新鮮對蝦,從而增加了蝦干的可接受度。

表4 不同脫水方法對復水后南美白對蝦干質構的影響Table 4 Effect of different dehydration methods on TPA in Penaeus vannamei after rehydrated

3 結論

雖然滲透脫水膜包裝法所需時間相較于熱風干燥法的時間較長,但其可在低溫貯藏過程中完成脫水,很大程度上簡化了加工工藝,且其處理的對蝦較熱風干燥的對蝦具有更好的外觀、質地、色澤和氣味;在脫水過程中,滲透脫水膜包裝法可延緩對蝦的腐敗,降低脂肪氧化程度,使對蝦干具有更好的復水能力,且復水后的蝦干避免了傳統干制品過硬、難以咀嚼的缺點,質構特性更加接近鮮蝦,更容易被消費者接受?？梢?滲透脫水膜包裝法不僅能改善對蝦干的感官品質,使其更接近鮮蝦,而且可延緩腐敗、賦予蝦干較好的復水能力和質構特性。因此,滲透脫水膜包裝法在高值水產干制品的制備方面具有良好的應用前景,但工藝改進及其對產品蛋白質結構的影響值得進一步的研究。