超高压技术对南美白对虾脱壳及加工性能的影响

陈少华，胡志和*，吴子健，薛 璐

（天津市食品生物技术重点实验室，天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 3001 34）

超高压技术对南美白对虾脱壳及加工性能的影响

陈少华，胡志和*，吴子健，薛 璐

（天津市食品生物技术重点实验室，天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 3001 34）

研究超高压技术对 南美白对虾脱壳条件及对脱壳后所得虾 仁加工性能的影响。以压强、保压时间、施压温度为影响因素，以得肉率、脱壳时间和持水性为指标，确定最佳超高压处理脱壳条件，并评价不同脱壳条件所得虾仁的加工性能（汁液流失率、质构和色泽变化）。结果显示：超高压处理较传统手工脱壳能显著（P＜0.05）缩短对虾脱壳时间、提高虾仁得肉率，而且还可提高虾仁的持水性、降低其汁液流失率， 从而提高虾仁的加工性能；经优化验证确定最优脱壳条件为压强200 MPa、保压时间3 min、施压温度20 ℃。该条件下处理南美白对虾，脱壳时间缩短60.43%、得肉率提高6. 21%、虾仁持水性增至15.20%、汁液流失率 降低至0.88%、整体色泽变化值2.45、硬度677.154 g、弹性0.721。

南美白对虾；超高压处理；脱壳工艺

南美白对虾（Penaeus vannamei Boone）是世界养殖虾类产量最高的三大种类之一[1]，不仅肉质鲜嫩，富含优质蛋白，而且还含二十碳五烯酸（eicosapntemacnioc acid，EPA）、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）以及多种矿物质与维生素，备受广大消费者的欢迎[2-3]。自2004年起我国就已经成为世界上最大的对虾生产国，到2010年对虾的产量一直保持跳跃式增长，养殖量高达156万 t，约占全球总量的1/3[4-6]。尽管我国是虾生产大国，却并不是虾产业大国。虾产后加工处理技术仍落后于先进国家，主要表现在加工技术装备落后、深加工产品少等方面[7]。

虾仁是南美白对虾收获后粗加工的重要产品。手工脱壳及传统机械脱壳较为困难，容易导致虾仁破损、虾尾断裂，存在脱壳时间长、得肉率低等缺点[8]。目前普遍使用的脱壳方法是将虾速冻之后解冻，再进行人工剥壳，这种方法耗时长、能耗高，而且会对虾仁品质造成破坏[9]。因此，急需一种有效的处理方式，既能高效实现脱壳，又能很好地保证虾仁品质。

超高压（ultra-high pressure，UHP）技术作为一种非热加工技术，既能够有效的杀灭食品中的微生物，又能保持食品色泽、风味、营养价值等方面的品质[10-12]。正是由于这种独特的优势，UHP技术被广泛应用于水果、饮料、乳制品、肉类、水产类等食品领域中[13]。超高压技术应用于甲壳类水产品的脱壳也日渐成为研究的热点，其中最典型的例子是牡砺的加工，241 MPa、2 min条件下UHP处理可以使牡蛎脱壳率达到88%而310 MPa瞬时处理的脱壳率达到100%[14]。

本实验采用超高压处理南美白对虾，以压强、保压时间和施压温度为影响因素，以得肉率、脱壳时间、持水性等为指标，研究对虾脱壳条件，并分析各条件下虾仁的汁液流失率、质构特性及总体色差变化，评价处理后虾仁加工性能的改变，为利用超高压技术生产虾仁提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

南美白对虾 天津市韩家墅水产市场；聚乙烯塑料袋 天津华安塑料有限公司。

1.2 仪器与设备

HPP.L3-800/2.5超高压设备 天津市华泰森淼生物工程技术有限公司；TA-XT2i型质构分析仪 英国Stable Micro Systems公司；UltraScan PRO色度仪 美国Hunter Lab公司；HWS24型电热恒温水浴锅 上海一恒科技有限公司；FA1104N型电子天平 上海精密科学仪器有限公司；JJ-2型组织捣碎匀浆机 常州国华电器有限公司；L535-1型低速离心机 湘仪离心机仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同超高压处理条件对南美白对虾脱壳时间及得肉率的影响

选取大小、颜色、质量差异较小的鲜活南美白对虾，清洗干净，放入聚乙烯塑料袋（每袋约100 mL蒸馏水、6 只对虾），真空密封包装后，在不同超高压条件下进行处理，对处理后的对虾进行手工脱壳，通过检测各条件下的脱壳时间和得肉率评价脱壳效率。

脱壳时间测定：挑选6 名实验员，进行初步的培训，形成一致的脱壳方法和速率。脱壳步骤包括去头和手工去除每节虾壳[15]。记录不同超高压条件处理后的每组对虾脱壳时间。每组包含6 只对虾，3 组平行。

得肉率测定：精确称量不同超高压条件处理后每组对虾的质量以及脱壳后的虾仁质量，每组每次6 只对虾，3 组平行。按式（1）计算得肉率。

1.3.1.1 压强对南美白对虾脱壳时间及得肉率的影响

在施压温度20 ℃、保压时间3 min、不同压强（100、150、200、250、300、350、400 MPa）条件下处理南美白对虾，以未经超高压处理的样品作为对照组。

1.3.1.2 保压时间对南美白对虾脱壳时间及得肉率的影响

在压强200 MPa、施压温度20 ℃、不同保压时间（1、3、5、7、9、11 min）条件下处理南美白对虾，以未经超高压处理的样品作为对照组。

1.3.1.3 施压温度对南美白对虾脱壳时间及得肉率的影响

在压强200 MPa、保压时间3 min、不同施压温度（0、4、10、20、30、40 ℃）条件下处理对虾，未经超高压处理的样品为对照组。

1.3.2 虾仁持水性与汁液流失率的测定

持水性测定：分别称取15 g左右不同超高压条件处理虾仁，按1∶1（g/mL）的比例加水匀浆。40 ℃水浴20 min，4 000 r/min、4 ℃离心10 min后弃上清液，按式（2）计算持水能力（water holding capacity，WHC），每个处理组进行2次平行实验。

式中：M1为离心管质量/g；M2为离心后离心管与虾仁的总质量/g；M为虾仁质量/g。

汁液流失率：参考杨徽等[15]的方法测定虾仁的汁水流失率。用吸水纸吸去处理后的对虾表面水分，称量不同超高压条件下脱壳后的虾仁质量，称质量前用滤纸吸干表面的水分，最后再称量虾壳与虾头等废料的质量，按式（3）计算虾仁的汁液流失率（drip loss，DL）。

式中：WO为鲜虾的质量/g；WS为虾仁的质量/g；WH为虾壳与虾头等废料的质量/g。

1.3.3 超高压处理对虾仁质构的影响

采用质构仪对方法1.3.1节中处理后的虾仁样品的硬度、弹性进行测试。测定探头为P/50柱形探头，取样部位为虾仁肌肉第2腹节中央位置，测前速率2 mm/s、测试速率0.5mm/s、测后速率0.5mm/s、测试深度50%、触发力5 g。每个处理组取6 个平行样测定。

1.3.4 虾仁色泽分析

精确称取方法1.3.1节中处理后的虾仁100 g，匀浆处理。采用色度仪测定样品的L*、a*、b*值，其中，L*为亮度值，a*为红绿值，b*为黄蓝值。按照式（4）计算虾仁的色泽的总体变化（ΔE）[16]。

式中：ΔL*、Δa*和Δb*为处理组虾仁的L*、a*、b*值与对照组虾仁的L*、a*、b*值之差。

1.3.5 超高压脱壳条件的优化

以压强、保压时间、施压温度为影响因素，综合考虑得肉率、脱壳时间及脱壳虾仁的持水性，优化脱壳条件。按L9（34）设计正交试验，因素水平见表1。

1.4 数据统计分析

采用Origin 8作图，用SPSS 16.0软件对实验数据进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 超高压处理条件对南美白对虾脱壳时间及得肉率的影响

图1 超高压处理对南美白对虾脱壳时间及得肉率的影响Fig.1 Effect of ultra-high pressure treatment on shelling time and meat yield of Penaeus vannamei Boone

脱壳时间和得肉率是衡量南美白对虾脱壳效率的重要参数。脱壳时间反映了对虾脱壳的难易程度，脱壳时间的缩短将大大提高对虾虾仁的生产效率。得肉率则反映了对虾脱壳后虾仁的产出率，也间接反应了虾仁的完整程度[17]。

由图1A可知，对虾经过高压处理后，脱壳时间与直接手工脱壳相比有明显下降（P＜0.05），且脱壳时间随压强的增大呈现先缩短后延长的趋势。经100～150 MPa高压处理的对虾脱壳时间比对照组缩短了29%～33%，这表明当压强参数较小时对虾脱壳时间较长，这是可能是较低压强条件下虾壳与虾仁组织之间仍有黏连造成的[18]。经200～250 MPa高压处理的脱壳时间较对照组缩短了45%左右。在250～400 MPa范围内，随着压强的增大，脱壳时间反而延长。压强过高虾仁结缔组织及肌肉蛋白的变性，脱壳时虾仁容易破裂，从而延迟了脱壳时间[19]。

不同压强处 理的对虾得肉率与对照组相比显著提高（P＜0.05），得肉率随处理压强的增大而增大，200 MPa时得肉率达到56.77%。压强超过200 MPa 时虾仁得肉率下降，这是由于压强过高，虾肉整体质构变化造成脱壳时尾部容易断裂，引起得肉率降低[20]。实验结果表明，压强选取150、200、250 MPa处理能有效地提高脱壳效率。

由图1B可知，压强200 MPa、施压温度20 ℃的条件下，随着保压时间的延长脱壳时间显著缩短（P＜0.05）。保压3 min时对虾脱壳时间比未经超高压处理的缩短了46.52%，但保压时间超过3 min后，保压时间的延长反而会增加脱壳时间。在所选时间范围内，得肉率随保压时间的延长明显提高（P＜0.05），不同保压时间处理组之间无显著差异（P＞0.05）。保压时间大于7 min后，虾仁得肉率出现下降的趋势。由于对虾脱壳需要尽可能缩短加工时间，增大得肉率以提高生产效率，选取适当的脱壳时间尤为重要。保压时间1 min时，脱壳困难效率偏低；保压时间9～12min脱壳，虾肉易破损得肉率低；而3～7 min的保压时间，对虾脱壳时间及得肉率都相对较优。实验结果表明，选取保压时间3、5、7 min处理能有效提高脱壳效率。

施压温度是影响南美白对虾脱壳效率的重要因素，超高压设备传压介质温度以及加工过程物料温度的变化等因素都对脱壳效率产生影响。如图1C所示，压强200 MPa、保压时间3 min时，10～30 ℃条件下处理样品，脱壳时间和得肉率相对较优。施压温度过高或过低时，脱壳时间均会延长，虾仁得肉率均有 所降低。这表明施压温度过低或过高时会对脱壳效率产生不利的影响，同时处理过程中对施压温度的控制还会造成能耗的增大直接影响脱壳加工的经济效益。中温10～30 ℃条件下避免 了这些不利的影响。实验结果表明，选取施压温度10、20、30 ℃处理能有效提高脱壳效率。

表1 L9（34）正交试验因素与水平表Table 1 Factors and levels used in orthogonal array design L9(34）

2.2 超高压处理对脱壳虾仁持水性与汁液流失率的影响

图2 超高压处理对脱壳虾仁持水性和汁液流失率的影响Fig.2 Effect of ultra-high pressure treatment on WHC and drip loss rate of peeled shrimps

超高压处理后脱壳虾仁的持水性与汁液流失率会直接影响其加工性能和食用品质。由图2A可知，保压时间3 min、施压温度20 ℃条件下不同压强处理，虾仁的持水率呈现先增大后减小的趋势；压强对脱壳虾仁汁液流失率的影响呈先下降后升高的趋势。虾仁持水率大汁液流失率小两者相对应。150～250 MPa高压处理虾仁的持水率与未处理组相比显著增加（P＜0.05）、汁液流失率显著降低（P＜0.05），其中250 MPa条件下脱壳虾仁汁液流失率达到最小为0.31%，持水率达到最大值为20.29%。

由图2B可知，压强200 MPa、施压温度20 ℃的条件下不同保压时间对脱壳虾仁的持水率和汁液流失率的影响显著（P＜0.05），保压时间为1～5 min时，持水率逐渐升高。保压时间超过5 min后，持水率逐渐下降，这可能是高压促进对虾虾仁蛋白的水合作用，使一部分水从组织中游离出来[20]。在保压时间5 min条件下脱壳虾仁汁液流失率最低，比对照组样品 降低了81.85%。

由图2C可知，压强200 MPa、保压时间3 min时，在0～4 ℃的低温条件下脱壳汁液流失严重；持水性明显低于中温条件（P＜0.05）；在10～30 ℃的条件下汁液流失率降低，虾仁的持水能力增加；40 ℃时汁液流失率增大、持水性降低。超高压作用会使得虾仁蛋白变性协同，施压温度0、4 ℃处理造成虾肉的部分冻结，细小冰晶的生成虾仁肌肉组织细胞被破坏，导致解冻时汁液流失严重且明显高于其他施压温度条件；10～30 ℃时，超高压协同中温促使蛋白结构变化形成了稳定的物理结构，降低了汁液的渗出，而在 40 ℃时虾仁蛋白可能发生过度的变性使得持水能力降低，汁液流失增大。

2.3 超高压脱壳对虾仁质构的影响

图3 超高压处理对虾仁的硬度和弹性的影响Fig.3 Effect of ultra-high pressure treatment on hardness and springiness of peeled shrimps

由图3A可以看出，保压时间3 min、施压温度20 ℃条件下，不同压强处理均能显著提高虾仁硬度（P＜0.05）。这主要是由于压强升高，肌球蛋白分子在压强作用下会发生变性聚合[21]。压强作用对虾仁的弹性影响显著（P＜0.05），200 MPa处理后弹性最大。在一定范围内，样品弹性随压强的上升而呈增大趋势，压强超过200 MPa时，虾仁肌肉结构变紧密，弹性下降。

由图3B可以看出，200 MPa、20 ℃条件下不同保压时间对虾仁硬度的影响显著（P＜0.05），随着保压时间的延长，硬度增大。在保压时间1 min时弹性与未处理虾仁接近，保压时间3 min 时弹性最大，5～11 min时随着保压时间的延长弹性降低。

由图3C可以看出，施压温度0～10 ℃虾仁的硬度随温度的升高而降低，10～40 ℃时硬度先升高后降低。这与Ma等[22]的研究结果相似。一方面在于施压温度升高肌肉变柔软，另一方面则可能是由于施压温度升高肌肉纤维韧性降低导致虾仁的硬度降低。弹性在20 ℃时最大，施压温度升高或降低虾仁弹性都会降低。

2.4 超高压对脱壳虾仁色泽的影响

表2 压强对虾仁色泽的影响Table 2 Effect of pressure on the color of peeled prawns

色泽作为最直观的指标，是消费者判断肉及肉制品品质的重要标准。从表2可以看出，鲜虾仁L*值为56.83，随着压强增大虾仁L*值显著增加（P＜0.05）。不同压强条件下虾仁红度a*值较对照组均显著增加（P＜0.05），且压强大于300 MPa时虾仁a*值的变化幅度较大。虾仁b*值随压强的增大呈现先减小后增大的趋势。其中400 MPa处理的虾仁b*值与对照组无显著性差异（P＞0.05）。ΔE表示超高压处理的虾仁与对照组鲜虾仁色泽的差异性。随着压强的增大虾仁的ΔE值明显增大，各处理组之间差异显著（P＜0.05），虾仁逐渐变白，透明度降低，整体颜色发生改变。这是由于压强升高，虾仁蛋白质开始变性，使其呈现熟化外观。当压强小于200 MPa时，脱壳获得的虾仁与新鲜虾仁色泽接近，肉眼很难分辨易被消费者所接受。

表3 保压时间对虾仁色泽的影响Table 3 Effect of pressure-holding time on the color of peeled shrimps

从表3可以看出，保压时间对虾仁L*值影响显著（P＜0.05），且L*值随着保压时间的延长而增大。保压时间延长，a*值和b*值呈现上下起伏的变化趋势。保压时间延长，ΔE值增大，当保压时间低于3 min时，ΔE值相对较小，虾仁颜色改变较小。从表4可以看出，超高压脱壳虾仁的色泽变化与施压温度有关。L* 值在0～30 ℃范围内随施压温度的升高而增大，在施压温度40 ℃时下降；不 同施压温度处理的虾仁a*值较对照组显著增大，b*值显著降低（P＜0.05）。ΔE在低温0 ℃和较高温度40 ℃条件下较大，这与Erkan等[23]研究发现温度协同高压处理红鲻鱼色泽的变化相似，主要 表现为L*值增加，ΔE为在不同施压温度条件下同对照组整体颜色发生变化产生煮肉的颜色。

表4 施压温度对虾仁色泽的影响Table 4 Effect of temperature on the color of peeled shrimps

2.5 超高压脱壳条件的优化

表5 L 5 L9（334）正交试验方案及结果Table 5 Le 5 L9(3 (34) Orthogonal array design scheme and experimental results ) Orthogonal array design scheme and experimental results

由表5可见，压强对得肉率、脱壳时间和持水性3项指标的影响最大，其次是施压温度、保压时间。根据不同k值分析确定最优工艺组合：以得肉率、脱壳时间为指标最优组合为A2B1C2，以持水性为指标最优组合为A3B2C3。即在200 MPa、3 min、20 ℃（组合1）条件下处理对虾得肉率、脱壳时间最优，而250 MPa、5 min、30 ℃（组合2）条件处理南美白对虾持水性最好。

2.6 验证实验

对两组正交优化条件的正交评价指标以及其他各项指标进行验证实验，对比分析确定最优脱壳工艺条件，结果见表6。

表6 验证实验结果Table 6 Results of validation experiments

由表6可以看出，验证结果与试验结果基本相符。组合1处理得肉率（P＞0.05）与脱壳时间（P＜0.05）均优于组合2；持水性及汁液流失方面组合2则优于组合1（P＜0.05），但组合1条件下处理对比直接手工脱壳虾仁持水性、汁液流失率已有显著性改变（P＜0.01）。对比其他加工性能指标，组合1条件处理，脱壳虾仁整体ΔE较小，色泽同新鲜虾仁接近，硬度与弹性方面也优于组合2，考虑超高压加工工艺节能环保等因素，最终确定最优脱壳条件为组合1：压强200 MPa、保压时间3 min、施压温度20 ℃。与手工脱壳对照组相比，脱壳时间缩短60.43%、得肉率提高6.21%、虾仁持水性增至15.20%、汁液流失率降低至0.88%、整体色泽变化值2.45、硬度677.154 g、弹性0.721。

3 结 论

超高压处理能显著提高南美白对虾脱壳效率和加工性能。适当的压强、保压时间、施压温度条件处理南美白对虾的得肉率增大，脱壳时间缩短，虾仁的持水性增大，汁液流失减小。

随着压强和保压时间的增大，脱壳虾仁的硬度增大，弹性出现先增大后下降的趋势；施压温度在0～40 ℃变化时，硬度逐渐降低，弹性先增大而后减小，虾仁质构的变化与超高压引起虾仁蛋白变性、聚集、凝胶化的形成有关。

超高压处理对脱壳虾仁的色泽有显著的影响，色泽的总体变化ΔE随处理压强增大和保压时间的延长而增大（P＜0.05）。因此应用超高压技术脱壳应尽量减小压强，缩短保压时间。

综合考虑各指标确定最佳脱壳工艺条件是压强200 MPa、施压温度20 ℃、保压时间3 min。在此超高压条件下脱壳南美白对虾的得肉率大大提高，脱壳时间明显缩短，获得的虾仁保持了鲜虾原有的颜色且鲜嫩饱满；持水性较好，虾仁的加工性能得到提高。

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Effect of Ultra-High Pressure Treatment on Shucking of Penaeus vannamei Boone and Its Processing Properties

CHEN Shao-hua, HU Zhi-he*, WU Zi-jian, XUE Lu
(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)

The effect of ultra-high pressure (UHP) treatment on shu cking conditions for Penaeus vannamei Boone was investi gated and processing properties of the processed shrimp meat were evaluated. The optimal shucking conditions by UHP treatment were determined by investigating the effects of pressure, holding time and temperature on shrimp meat yield, shucking time and water ho lding capacity (WHC). The drip loss, texture and color variations of peeled shrimps as a function of shucking conditions were assessed. Results showed that compared with traditional manual shelling technique, UHP treatment could significantly (P < 0.05) shorten the shucking time, enhance the meat yield and water-holding capacity of shrimps, and reduce the drip loss, consequently improving processing properties of peeled shrimps. The optimal UHP conditions for shucking Penaeus vannamei Boone were 20 ℃ and 200 MPa held for 3 min. Under these conditions the shucking time was reduced by 60.43%, and the drip loss was decreased to 0.88%; the meat yield was increased by 6.21%, and the WHC was enhanced to 15.20%. In addition, the color difference (ΔE) value, hardness and springiness were 2.45, 677.154 g and 0.721, respectively.

Penaeus vannamei Boone; ultra-high pressure treatment; shucking technique

TS254.4

A

1002-6630（2014）22-0011-06

10.7506/spkx1002-6630-201422003

2014-05-04

国家自然科学基金面上项目（31271841）；天津市高等学校创新团队项目（TD12-5049）

陈少华（1989—），男，硕士研究生，研究方向为食品生物技术。E-mail：18902059007@163.com

*通信作者：胡志和（1962—），男，教授，硕士，研究方向为专用功能食品。E-mail：hzhihe@tjcu.edu.cn