低聚木糖和卡拉胶寡糖新型保水剂对单冻熟凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)品质的影响

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(1.浙江海洋大学食品与医药学院,浙江舟山 316022;2.浙江国际海运职业技术学院,浙江舟山 316021)

低聚木糖和卡拉胶寡糖新型保水剂对单冻熟凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)品质的影响

何鑫1,谢超1,*,黄菊1,李海波2,张宾1

(1.浙江海洋大学食品与医药学院,浙江舟山 316022;2.浙江国际海运职业技术学院,浙江舟山 316021)

以单冻熟凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)虾仁为研究对象,评价低聚木糖和卡拉胶寡糖对蒸煮虾仁的保水效果及冻藏品质的影响情况。结果表明,低聚木糖和卡拉胶寡糖浸泡处理显著降低了虾仁的蒸煮和解冻损失(p<0.05)。其中卡拉胶寡糖处理组的蒸煮损失率为15.7%,与焦磷酸钠处理组无显著性差异(p>0.05)。低聚木糖处理的解冻损失率为7.10%,显著低于焦磷酸钠处理组(p<0.05)。在冻藏过程中,低聚木糖和卡拉胶寡糖处理虾仁肌肉的a*值为8.7和11.29,显著高于焦磷酸钠组的6.12(p<0.05)。随冻藏时间延长,不同处理组虾仁水分含量、水分活度和质构特性均呈逐渐下降趋势,其中以低聚木糖和卡拉胶寡糖处理虾仁的水分、质构特性保持作用最好,且显著优于焦磷酸组(p<0.05)。微观结构观察发现,冻藏7周后,低聚木糖和卡拉胶寡糖处理组虾仁肌纤维排列紧密、无严重扭曲变形,且肌肉中无较大间隙或孔洞产生,与新鲜蒸煮虾仁组织结构较为相近。结论:研究可为开发一种低甜味、低热量且适用于单冻熟虾仁的抗冻保护剂提供参考。

低聚木糖,卡拉胶寡糖,熟冻凡纳滨对虾,保水性,质构特性

凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)又名南美白对虾,其壳薄体肥,肉质鲜嫩,营养丰富。目前,我国凡纳滨对虾的加工方式主要以单冻去头虾仁、单冻蒸煮虾仁等形式为主[1],冷冻保藏为现阶段主要的保藏方式。冷冻保藏可使虾肉中90%以上水分冻结,最大限度地保持凡纳滨对虾的营养价值,但随冻藏时间延长,虾仁保水性、嫩度和质构会逐渐降低,致使产品色泽变暗、风味和营养价值下降[2]。

抗冻剂能够降低冻藏对产品品质造成的影响,目前常见的商业抗冻剂为山梨醇和蔗糖的混合物,但其甜度和热量较高,一定程度上限制了其在食品行业中的应用。低聚木糖由几个木糖分子以1-4糖苷键结合而成,甜度约为蔗糖的40%,其酸热稳定性好,难被消化酶分解,具有很强的增殖肠道益生菌的作用[3-5]。此外,低聚木糖还具有良好的保湿性和持水性,常用于焙烤食品中可以控制水分,延长货架期[6-7]。Wu等[8]研究发现,添加低聚木糖有助于提高冷冻贡丸的保水性和感官品质。另一方面,卡拉胶寡糖作为卡拉胶的降解产物,其分子量较小、溶解性和稳定性均较好,同时具有甜度低、热量小等特点,在生物医药领域已表现出诱人的应用前景[9-10]。Yamada等[11]研究发现,降解和硫酸酯化后得到的卡拉胶寡糖抗HIV活性显著增强。此外,卡拉胶寡糖在抗氧化、防辐射及抗肿瘤等方面也具有重要的生理活性[12-14]。

目前,将低聚木糖、卡拉胶寡糖用于单冻熟虾仁的抗冻、保水研究尚未见报道。本文以蒸煮凡纳滨对虾虾仁为研究对象,以焦磷酸钠处理为对照,比较研究低聚木糖和卡拉胶寡糖的抗冻、保水应用效果,以期达到减少蒸煮虾仁汁液损失、保障冷冻熟制虾仁品质目的,为其在冷冻熟制水产品中应用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜活凡纳滨对虾 体长9～10 cm,浙江省舟山市南珍菜场,将鲜活虾体置于装有冰块的保温箱内,30 min内运回实验室;低聚木糖(聚合度2～6,食品级) 上海齐一生物科技有限公司;卡拉胶寡糖(聚合度2～6,食品级)、焦磷酸钠(含量>99%,食品级) 购于青岛博智汇力生物科技有限公司;其他试剂均为分析纯。

CR-10型便携式色差仪 日本柯尼卡美能达公司;TMS-Pro物性测试仪 美国FTC公司;DHS-20A卤素水分测定仪 上海菁海仪器有限公司;HD-3A型水分活度测定仪 无锡市华科仪器仪表有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 实验分组及处理 实验分组:1组:空白对照(蒸馏水浸泡);2组:3.0 g/100 mL低聚木糖溶液;3组:3.0 g/100 mL卡拉胶寡糖溶液;4组:3.0 g/100 mL焦磷酸钠溶液。

实验处理:将鲜活凡纳滨对虾于冰水混合物中猝死,进行清洗、去头尾及壳,整个处理过程的温度控制在4 ℃左右。选取完整虾仁个体,随机分组,沥干,纱布拭干水分,称重记为M1(精确至0.001 g,下同),4 ℃溶液中浸泡2 h,每20 min搅拌1次;沥干,纱布拭干水分,称重记为M2。于沸水中煮沸3 min,冷却至室温,纱布拭干水分,称重记为M3。于-18 ℃冷冻保藏7周,每隔7 d取样1次;取样虾仁置于干净培养皿中,室温解冻2 h;纱布拭干水分,称重记为M4,并测定其它指标。

1.2.2 理化性质测定

1.2.2.1 浸泡质量增加率测定

浸泡质量增加率(%)=(M2-M1)/M1×100

式(1)

式(1)中,M1代表浸泡前的重量,M2代表浸泡后的重量。

1.2.2.2 蒸煮损失率测定

蒸煮损失率(%)=(M2-M3)/M2×100

式(2)

式(2)中,M2代表浸泡后的重量,M3代表蒸煮后的重量。

1.2.2.3 解冻损失率测定

解冻损失率(%)=(M3-M4)/M3×100

式(3)

式(3)中,M3代表蒸煮后的重量,M4代表冻藏后的重量。

1.2.2.4 色差值测定 采用CR-10型色差仪测定虾仁的L*、a*、b*值,测定前进行白板校正。以虾仁第2腹节为测试点,每个处理组取5个样品(5个重复),取L*、a*、b*平均值作为最终测试结果。a*值反映的是虾仁红绿度,a*为正值,表明测试样品为红色,a*值越大表示红色越深。

1.2.2.5 水分含量和水分活度测定 水分含量采用DHS-20A卤素水分测定仪进行测定;水分活度采用HD-3A型水分活度测定仪进行测定。

1.2.2.6 感官评定 邀请10名专业人员组成感官评定小组。在实验前,对品评员进行针对性的培训。评定的内容为咀嚼性、弹性、风味和色泽,评定标准见表1。

表1 感官评分标准Table 1 Sensory scoring standard

1.2.2.7 质构分析 采用TMS-PRO物性分析仪测定凡纳滨对虾的质构特性。2次挤压测定参数:测定部位为虾仁背部第2节肌肉;选用P/50平底柱形探头;测试速率1.0 mm/s,样品压缩形变量30%,测定虾仁的弹性。

1.2.2.8 H.E染色观察 以新鲜熟虾仁(0周)经冻藏7周后的蒸馏水组、低聚木糖组、卡拉胶寡糖组、焦磷酸钠组虾仁为实验对象,将虾仁背部肌肉进行固定,采用苏木精-伊红染色后观察肌肉组织结构的变化情况。

1.2.2.9 扫描电子显微镜观察 将新鲜熟虾仁(0周)经冻藏7周后的蒸馏水组、3.0 g/100 mL低聚木糖组、3.0 g/100 mL卡拉胶寡糖组、3.0 g/100 mL焦磷酸钠组虾仁样品,采用扫描电子显微镜观察微观结构。将5×5×5 mm的块状样品置于体积分数2.5%戊二醛溶液(0.2 mol/L磷酸盐缓冲液pH7.2)中,4 ℃固定2 h,然后用0.1 mol/L磷酸盐缓冲液(pH7.2)漂洗3次,每次30 min,依次用30%、50%、70%、80%、90%和100%乙醇梯度脱水,真空冷冻干燥,将干样品用离子溅射仪喷金后,扫描电子显微镜观察。

1.3 数据分析

数据处理及作图采用Origin 8.1、SPSS 13.0统计分析软件,结果为平均值±标准偏差(采用SNK法分析测验显著性水平,p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同抗冻剂处理对单冻熟虾仁保水性的影响

保水性反映的是肉及肉制品的系水能力,在实际生产中,通常用浸泡质量增加率、蒸煮损失率、解冻汁液流失率等的大小来度量[15]。不同抗冻剂处理对虾仁浸泡质量增加率、蒸煮及解冻损失率的影响,如图1所示。经不同抗冻剂处理的虾仁重量均有不同程度的增加,其中焦磷酸钠处理组虾仁的浸泡质量增加率最高为8.05%,显著高于其它处理组(p<0.05)。卡拉胶寡糖和低聚木糖处理组的浸泡质量增加率分别为3.56%、4.92%,低于蒸馏水处理组(5.05%),其原因可能是蒸馏水降低了细胞外液的渗透压,使细胞内的渗透压大于细胞外,细胞呈吸水膨胀状态,且这一渗透压差值大于卡拉胶寡糖和低聚木糖处理组。

加热导致肉类最明显的变化就是重量的减轻,其主要原因是水分的流失,肌肉因热收缩而排出水分,同时蛋白质的保水性因热变性而变弱[16]。经蒸煮处理后,蒸馏水处理组出现较大程度汁液损失,蒸煮损失率达20.9%;低聚木糖和卡拉胶寡糖处理组虾仁的蒸煮损失率显著低于蒸馏水处理组(p<0.05),其中卡拉胶寡糖处理组的蒸煮损失率为15.7%,与焦磷酸钠处理组无显著性差异(p>0.05)。冻藏过程中细胞内冰晶的形成,破坏了细胞的微结构,使组织细胞受损,导致解冻过程中出现汁液流失现象。不同抗冻剂处理组虾仁,冻藏7周后,均出现不同程度的汁液损失,其中蒸馏水处理组的解冻损失率为11.91%,卡拉胶寡糖组的解冻损失率为10.29%。低聚木糖处理组的解冻损失率仅为7.10%,显著低于焦磷酸钠和蒸馏水处理组(p<0.05)。

由图1中分析得出,经解冻后低聚木糖处理的解冻损失率为7.10%,显著低于焦磷酸钠处理组9.86%(p<0.05)。综合分析得出,采用低聚木糖处理的虾仁保水作用更强。

图1 不同抗冻剂对单冻熟虾仁保水性的影响Fig.1 Effects of different cryoprotectant on water-holding capacity of single frozen cooked shrimp

2.2 不同抗冻剂处理对单冻熟虾仁色差的影响

各处理组虾仁的L*值在冻藏过程中呈先下降后上升的趋势,其中卡拉胶处理组虾仁的L*显著低于其它处理组,原因可能是卡拉胶寡糖的添加使虾仁肌肉的持水力增加,组织间隙的游离水分减少、对光线的反射作用减弱[17],即卡拉胶寡糖对于蒸煮虾仁具有较好的保水及抗冻效果。另外,在0～7周的冻藏期内,不同处理组虾仁的b*值变化不显著(p>0.05),表明以上各抗冻剂处理对虾仁黄-蓝色光线的吸收和反射无显著影响。

不同抗冻剂处理对单冻熟虾仁a*值的影响,如图2所示。不同抗冻剂处理对虾仁a*值的影响不同,其中卡拉胶寡糖处理组的a*值较高,冻藏7周后其a*值为11.29,说明卡拉胶寡糖对熟虾仁具有一定的护色作用。同时,低聚木糖处理组虾仁,冻藏7周后,仍保持着较好的感官接受性。此外,焦磷酸钠处理组虾仁色泽不如其余各组鲜艳,随冻藏时间的延长,其a*值呈下降趋势,直接表现为虾体略微发白。

图2 不同抗冻剂对单冻熟虾仁a*值的影响Fig.2 Effects of different cryoprotectant on a* values of single frozen cooked shrimp

2.3 不同抗冻剂处理对单冻熟虾仁水分含量的影响

水分含量的高低直接影响着食品的感官和口感。由图3可看出,虾仁水分含量随冻藏时间的延长而逐渐降低,主要原因是因为虾仁蛋白的冷冻变性导致结合水的能力降低。其中,焦磷酸钠处理组虾仁水分的降低速率最慢,其次是低聚木糖组和卡拉胶寡糖组,三者的水分降低速率均低于蒸馏水组。冻藏7周后,低聚木糖和卡拉胶寡糖组虾仁的水分含量分别为71.66%和71.43%,二者无显著性差异(p>0.05);焦磷酸钠处理组虾仁的水分含量为74.13%,显著优于蒸馏水处理组(71.00%)。

图3 不同抗冻剂对单冻熟虾仁水分含量的影响Fig.3 Effects of different cryoprotectant on moisture content of single frozen cooked shrimp

2.4 不同抗冻剂处理对单冻熟虾仁水分活度的影响

水分活度(Aw)对食品的呈味、硬度、流动性、耐贮性和加工适应性都有重要影响;同时,Aw也是影响微生物生长繁殖的重要因素。张涛等[18]研究发现,添加保水剂可显著降低鱼糜溶胶的水分活度。从图4可知,在冻藏过程中,各处理组虾仁的水分活度整体呈下降趋势。冻藏1周后,各处理组虾仁的水分活度均出现小幅回升状态,其中低聚木糖水分活度由0.949回升到0.951,卡拉胶寡糖水分活度由0.957回升到0.960,焦磷酸钠水分活度由0.955回升到0.957,这可能是由于虾仁中水分与其他成分的结合程度下降所致。冻藏后期水分活度再次下降,可能与虾仁水分含量的下降有关[19]。冻藏7周后,蒸馏水处理组虾仁的水分活度为0.956,低聚木糖处理组虾仁的水分活度为0.942,卡拉胶寡糖处理组虾仁的水分活度为0.947,焦磷酸钠处理组虾仁的水分活度为0.945,其中低聚木糖降低水分活度的效果最佳。

图4 不同抗冻剂对单冻熟虾仁水分活度的影响Fig.4 Effects of different cryoprotectant on water activity of single frozen cooked shrimp

2.5 不同抗冻剂处理对单冻熟虾仁质构特性的影响

不同抗冻剂处理对单冻熟虾仁质构的影响,如图5、图6及表2所示。由结果可知,冻藏过程中各处理组虾仁的咀嚼性呈先下降后上升的趋势。冻藏前期(0～2周),冷冻过程中形成的冰晶破坏了虾仁肌肉组织结构,导致咀嚼性下降;冻藏后期,咀嚼性上升可能与虾仁水分活度的下降有关[20]。冻藏7周后,低聚木糖和卡拉胶寡糖处理组虾仁的咀嚼性分别为11.25 mJ和11.47 mJ,显著优于蒸馏水处理组(p<0.05)。此外,冻藏7周后,蒸馏水处理虾仁的弹性值为1.67 mm,显著低于其它处理组(p<0.05);低聚木糖和卡拉胶寡糖组虾仁的弹性值分别为1.85 mm和1.84 mm,二者无显著性差异(p>0.05)。由此可知,与蒸馏水处理组相比,添加抗冻剂能不同程度的减缓单冻熟虾仁冻藏过程中质构品质的下降,其中低聚木糖和卡拉胶寡糖的效果较好。

图5 不同抗冻剂对单冻熟虾仁咀嚼性的影响Fig.5 Effects of different cryoprotectant on chewiness of single frozen cooked shrimp

图6 不同抗冻剂对单冻熟虾仁弹性的影响Fig.6 Effects of different cryoprotectant on springiness of single frozen cooked shrimp

表2 不同抗冻剂对熟单冻虾仁冻藏7周后的感官品质的影响(分)Table 2 Time on the Crangon affinis sensory quality of preservation(score)

2.6 H.E染色观察单冻熟虾仁组织结构的变化

不同抗冻剂对单冻熟凡纳滨对虾组织H.E染色微观结构的影响,见图7和图8。未经冻藏的新鲜熟虾仁(图7A和图8A)内部结缔组织排列整齐,彼此接连较紧密,空隙较少。冻藏7周后,蒸馏水处理组(图7E和图8E),冷冻熟虾仁的肌纤维明显收缩,纤维间空隙增大,肌纤维出现不同程度的扭曲、断裂现象,横截面出现大量形状不规则的空洞。焦磷酸钠处理组(图7D和图8D),肌束收缩明显,肌束间空隙较多,但其肌肉纤维接连仍较紧密,孔洞直径较小。卡拉胶寡糖处理组(图7B和图8B)和低聚木糖处理组(图7C和图8C),冷冻熟虾仁的肌纤维排列整齐,接连较紧密,完整性较好,无明显扭曲、断裂现象,与新鲜熟虾仁的组织结构较为相近。

图7 单冻熟虾仁肌肉(纵切)H.E染色结果Fig.7 The H.E results of texture property of muscular tissue (longitudinal cutting)of single frozen cooked shrimp注：A. 新鲜熟虾仁(0 d);B. 卡拉胶寡糖;C. 低聚木糖;D. 焦磷酸钠;E. 蒸馏水空白组。B,C,D和E为冻藏7周后的样品，图8、图9同。

图8 单冻熟虾仁肌肉(横切)H.E染色结果Fig.8 The H.E results of texture property of muscular tissue(transverse cutting)of single frozen cooked shrimp

2.7 扫描电镜观察单冻熟虾仁组织结构变化

从图9可以看出,新鲜熟虾仁的肌肉组织几乎没有明显的裂缝和破断口。在冻藏7周后,蒸馏水处理组虾仁组织结构破坏严重,其肌束间空隙较大,肌纤维结构松散,排列紊乱,形状扭曲,模糊不清;卡拉胶寡糖处理组,在扫描电镜下没有观察到明显的破坏痕迹;低聚木糖处理组,肌肉组织破坏较少,其肌原纤维大小均一,排列较整齐;焦磷酸钠处理组虾仁的组织结构破坏的相对比较严重,其纤维间空隙较大,表面出现了裂纹。因此,低聚木糖和卡拉胶寡糖处理的冷冻熟虾仁,与新鲜熟虾仁的组织结构更为接近。

图9 单冻熟虾仁肌肉扫描电镜结果Fig.9 The SEM results of texture property of muscular tissue of single frozen cooked shrimp

3 结论

通过研究发现,低聚木糖和卡拉胶寡糖浸泡处理提高了鲜虾仁的浸泡增加率,同时降低了虾仁的蒸煮和解冻损失率,其中卡拉胶寡糖处理组的虾仁蒸煮损失率仅为15.7%,低聚木糖处理的熟虾仁解冻损失率仅为7.10%。同时,在保持单冻熟虾仁的色泽,减缓水分含量、弹性和咀嚼性的下降,降低水分活度等方面,低聚木糖和卡拉胶寡糖也表现出具有较好的效果。经过低聚木糖和卡拉胶寡糖处理的熟虾仁在冻藏7周后,虾仁肌肉肌纤维结构较完整,肌肉间无较大空隙形成,较好地保持了单冻熟虾仁组织的完整性。说明低聚木糖和卡拉胶寡糖对虾仁具有良好的抗冻保水作用。低聚木糖和卡拉胶寡糖作为一种天然的抗冻保水剂,具有安全无毒高效的特点,可为虾仁等水产品新型保水剂的开发与应用提供理论基础。

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CryoprotectiveeffectsofxylooligosaccharidesandcarrageenanoligosaccharidesoncookedLitopenaeusvannameiduringfrozenstorage

HEXin1,XIEChao1,*,HUANGJu1，LIHai-bo2，ZHANGBin1

(1.College of Food and Medicine,Zhejiang Ocean University Zhoushan 316022,China;2.Zhejiang International Maritime College,Zhoushan 316021,China)

The aim of this work was to evaluate the cryoprotective and water-holding capacity of xylooligosaccharides and carrageenan oligosaccharides on cookedLitopenaeusvannameiduring frozen storage. The results indicated that the thawing loss and cooking loss were significantly(p<0.05)decreased by xylooligosaccharides and carrageenan oligosaccharides treatment after.The cooking loss rate of the carrageenan oligosaccharide treatment group was 15.7%,and there was no significant difference with the sodium pyrophosphate treatment group(p>0.05).The thawing loss rate of xylo-oligosaccharide was 7.10%,which was significantly lower than that of sodium pyrophosphate(p<0.05).Thea*value of xylooligosaccharides and carrageenan oligosaccharides treated shrimp was 8.7 and 11.29,which was significantly higher than that of sodium pyrophosphate 6.12(p<0.05).In addition,the moisture content,water activity and texture property were decreased in all treatments,while the samples treated with the oligosaccharides were better than other groups,and significantly higher than distilled water and sodium pyrophosphate treatment(p<0.05). The microstructure study revealed that shrimp treated by the oligosaccharides,the muscle tissue structure was compact,and had no distortion,meanwhile there was no large holes in transaction,which indicated that the oligosaccharides restrained ice crystal grew bigger and kept the muscular tissue structure complete. The study can lay the foundation for developing a kind of safe,natural and harmless non-phosphate additive which is suitable for the frozen cooked Lvannamei.

xylooligosaccharides;carrageenan oligosaccharides;Litopenaeusvannamei;water-holding capacity;texture characteristics

2017-04-28

何鑫(1994-),男，硕士研究生，研究方向：水产品加工与储藏，E-mail:1163856493@qq.com。

*通讯作者:谢超(1975-),男，硕士研究生， 副教授,研究方向：食品科学,E-mail:xc750205@163.com。

浙江省公益技术研究农业项目(2016C32080)；舟山市科技计划项目浙江海洋大学专项(2016C41003)。

TS254.4

A

1002-0306(2017)23-0183-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.23.034