海藻糖、海藻胶及低聚糖对蒸煮南美白对虾冻藏期间的抗冻效果研究

张家玮，何 鑫，谢 超，郑 炜

(浙江海洋大学食品与医药学院，浙江舟山 316022)

海藻糖、海藻胶及低聚糖对蒸煮南美白对虾冻藏期间的抗冻效果研究

张家玮，何 鑫，谢 超，郑 炜

(浙江海洋大学食品与医药学院，浙江舟山 316022)

以蒸煮南美白对虾为研究对象，采用不同浓度海藻糖，海藻胶及低聚糖对虾仁进行浸泡处理，其中阳性对照为焦磷酸钠（Na4P2O7），以期探寻出在虾仁冻藏期间抗冻性能最优的海藻糖类。实验结果表明：测定了以不同方式处理虾仁的各理化指标，包括持水力、水分含量、水分活度、弹性以及咀嚼性，利用海藻糖、海藻胶低聚糖和Na4P2O7浸泡处理方式相对蒸馏水浸泡处理方式，可以显著提升虾仁的品质。分析表明，经海藻糖类浸泡处理，对对虾的L*值稳定性有良好的效果。经H&E染色和扫描电子显微镜（SEM）观察发现，经海藻糖和海藻胶低聚糖浸泡处理的虾仁，在冻藏6周后，虾仁肌肉纤维排列紧致密实，细胞外空间更小，效果显著优于蒸馏水组。

南美白对虾；抗冻；海藻糖；海藻胶；海藻胶低聚糖

南美白对虾Litopenaeus vannamei肉质滑嫩，味道鲜美，富含蛋白质，必需氨基酸以及多不饱和脂肪酸等营养物质，有益人体健康，深受消费者青睐。在冻藏或出口前，人们会通常利用冷冻蒸煮手段提升其货架期，增加其经济利用价值。冷冻贮藏是虾产品长期保存最常用的方法之一，它可以抑制微生物的生长，降低酶的活性，可在一定程度上延缓其品质的下降[1]。然而，在外界因素的干扰下，虾仁在冷冻与融化的过程中蛋白质发生变性，持水力降低和脂质氧化，从而会对对虾的营养品质和消费者的满意度产生负面影响[2-5]。

水分含量是是保持海产品感官品质和最终产品质量的重要因素[6]。过量的磷酸盐浸泡处理的虾制品，不仅会导致消费者饮食中磷酸盐的失衡，造成身体健康问题，也会降低虾制品的感官品质和食用价值[7-8]。因此，在能够提升虾制品自身保水力以及保持品质质量的前提下，选取更为安全且行之有效的抗冻保水剂是关键问题所在。

国内外很多专家学者研究了诸如蔗糖，壳聚糖及其衍生物、魔芋葡甘聚糖[9]等抗冻保水剂，以期应用于冻藏水产品的实际生产中。这些抗冻保水剂可在肌肉细胞表面形成一层保护膜，减少结合水的流失，防止肌动球蛋白变性溶解，提高水产品的保水力。随着现代工艺技术的提高与发展，海藻中海藻糖、海藻胶及其低聚糖的提取工艺也越来越高效便捷。海藻糖和其他糖类的抗冻保水效果已在鲭鱼[10]、罗非鱼鱼糜[11]、鳙鱼[12]、冻虾[13-15]等水产品上得到了验证，产品品质得到了很好的提升。据研究发现，海藻胶可与钙交联形成不溶性聚合物，形成一层保护膜从而减少水分流失，防止微生物污染，延缓脂肪氧化和蛋白质变性，从而达到提升产品品质且延长产品货架期的目的[16]。此外，海藻胶低聚糖不仅可清除自由基的氧化活性，还具有与鱼肌原纤维蛋白共轭以提高其溶解性的能力[17]。然而，海藻糖，海藻胶及其低聚糖作为抗冻保水剂应用于蒸煮虾仁鲜有研究。本文探讨不同海藻糖类对蒸煮虾仁（南美白对虾）色差和质构变化，以及解冻和蒸煮过程中生理生化指标的变化情况。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜活南美白对虾体质量21.5～23.5 g，体长13.0～14.5 cm，购于舟山市场。

海藻糖、海藻胶（[C6H7NaO6]n,32～200 KDa）、海藻胶低聚糖（[C6H7NaO6]n,n=2～4,400～800 Da）、焦磷酸钠（Na4P2O7）（含量均大于99%，食品级）上海国药集团化学试剂有限公司。

DC-P3A全自动测色色差计（上海魅宇仪器设备有限公司）；MDF-U53V型超低温冰箱（日本SANYO公司）；TMS-Pro物性测试仪（美国FTC公司）；动水分测定仪（瑞士梅特勒公司）；B51光学电子显微镜（北京奥林巴斯公司）；JSM-6390LV扫描电子显微镜（SEM）（北京中西远大科技有限公司）；IB-3离子镀膜仪（日本EIKO公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理

于0～4℃将虾用蒸馏水洗净，去头尾，去壳；4℃下浸泡于配制好的溶液中1 h；1 h后取出沥干1 min，纱布擦净称重记作M1；然后进行蒸煮，蒸汽95℃中加热5 min，取出沥干冷却至室温称重记作M2；随后再次浸泡于4℃溶液中1 h，取出沥干1 min后称重记作M3，后冷冻于-30℃冰箱3 h。最后，将不同批次的冷冻煮熟的样品装入聚苯乙烯盘（每盘20个）中，将它们放置在保鲜袋（20 cm×25 cm，厚度为150 μm）中，并在23℃下冲入O2（18 cc/m2·d）和CO2（25 cc/m2·d）。所有样品于-18℃冻藏6周，每周取一次样品，在冰箱里于4℃下解冻2 h，纱布擦净，称重记作M4，并开始测定指标。

1.2.2 溶液分组

实验共分为5组，空白对照组为蒸馏水，阳性对照组为焦磷酸钠（Na4P2O7），在此前研究中，0.5～1.0 g/100 mL焦磷酸钠具有良好的抗冻保水作用，因此在此范围内进行实验研究。海藻糖类溶液的配制见表1。

表1 不同抗冻保水剂的配制Tab.1 Preparation of different antifreeze agents

1.2.3 冷冻蒸煮南美白对虾虾仁理化指标的测定方法

1.2.3.1 虾仁保水性能测试

按式（1）～（3）计算蒸煮损失、浸泡质量增加率和解冻损失率。

1.2.3.2 水分活度与水分含量的测定

采用HD-3A型水分活度测定仪测定水分活度。

1.2.3.3 色差值及质构特性的测定

采用CIE Lab系统对虾的颜色变化情况进行评估。L*（亮度）表示0（黑色）至100（白色）的刻度的亮度变化，具体采用DC-P3A全自动测色色差计对虾肌肉腹部（第二节点）进行测量，每组取3尾，每尾测定3次，记录并取平均值。

采用TMS-Pro物性分析仪测定虾的质构特性。

1.2.3.4 苏木精-伊红染色（H&E）实验

在室温下取虾仁背部肌肉组织于包氏固定液中固定24 h，梯度乙醇脱水，进一步石蜡包埋，切片染色，然后用光学电子显微镜观察肌肉组织结构变化情况。

1.2.3.5 扫描电子显微镜（SEM）分析

取虾背部肌肉为样品，利用pH 7.2的磷酸盐缓冲液（PBS）冲洗干净，在4℃下用2.5%戊二醛浸泡4h后PBS漂洗，室温下用1.0%四氧化锇固定1 h后再漂洗；梯度乙醇脱水；在CO2临界点干燥，将样品粘台、喷金、扫描电镜下观察。

2 结果与分析

2.1 不同处理方式对蒸煮虾仁保水性能的影响

保水性是指虾在切割、蒸煮、烹饪、运输以及储存等过程中保留自身水分的能力，关系着虾体的感官品质与经济价值，也是评价虾体质量好与坏的重要的指标。

由表2可知，与空白对照组的虾仁相比，试剂组处理的虾仁的蒸煮损失率和解冻损失率显著降低，浸泡质量增加率显着提高。然而，在这三方面上，Na4P2O7处理的样品比空白对照组具有更好的效果。较高浓度的海藻糖和海藻胶低聚糖可较好的抑制了虾仁在蒸煮和解冻过程中的损失，同时提高了浸泡过程中质量（P ＜0.05）。

空白对照组即蒸馏水处理的虾仁的蒸煮损失率更高，这是在蒸煮的过程中由于肌肉蛋白质变性导致肌原纤维结构紧缩，从而加速了水分流失的结果[18-19]。磷酸盐广泛应用于肉制品，主要是通过提高保水力来减少在蒸煮过程中的损耗。在ERDOGDU，et al[20]的研究中，Na4P2O7处理的南美白对虾与蒸馏水处理的样品相比，在蒸煮的过程中损失率更低表现更低，这与本文研究的结果一致。有研究表明磷酸盐可引起蛋白质之间的静电排斥以及提高对虾肌肉中的pH值，使更多的水被束缚于肌纤维和细胞中，从而减少蒸煮时液体的流失[21]。与空白组和Na4P2O7处理的样品相比，海藻糖和海藻胶低聚糖浸泡处理的虾仁蒸煮损失显著降低，其原因可能是海藻糖和海藻糖低聚糖分子可与肌肉蛋白质中官能团（-OH，-NH2等）结合，随后与虾肌肉蛋白质中的水分子产生H键，从而减少虾仁的水分流失。

表2 不同抗冻保水剂处理对蒸煮虾仁保水性能的影响Tab.2 Effect of different antifreeze agents on the water-holding capacity of cooked shrimp

海藻糖类和Na4P2O7浸泡蒸煮虾仁显著促进了质量的增加并且减少了解冻过程中的损失，效果优于空白组，证实了其具有保水功能。在冻藏过程中，肌肉中形成了大量冰晶破坏了其结构组织，而解冻过程中，结晶水未被吸收，造成空白组虾仁损失率相对较高。在解冻期间磷酸盐（Na4P2O7）可提升冷冻熟虾的肌肉蛋白与水结合的效果，这表明磷酸盐在虾仁冻结过程中可能对蛋白质的提供冷冻保护[22-23]。在冻藏过程中，海藻糖和海藻胶低聚糖处理的冷冻熟虾的品质优于其他处理组。尤其是海藻糖（378 Da）、褐藻低聚糖（400～800 Da）在肌肉组织缺水的情况下，可以通过与虾肌肉中蛋白质分子的极性基团形成氢键取代水分子，从而使得蛋白质结构更紧密，构像更稳定。海藻糖，藻酸盐低聚糖都可保护细胞膜和蛋白质表面附近的水分子免受冻结。

2.2 不同处理对蒸煮虾仁水分含量的影响

在冷冻贮藏过程中不同处理的蒸煮虾仁的水含量如图1所示。空白组虾仁中含水量的显着下降主要是冻结过程中由冰晶机械性破坏肌肉组织引起的。在冻藏的前三周内，与空白组相比，当抗冻剂的浓度为0.5%时，试剂组和Na4P2O7都不会明显影响煮熟的虾的含水量（P＞0.05），在随后4～6周的储存期间观察到显着的差异，用海藻糖，海藻胶低聚糖二者处理的样品的含水量都高于空白组虾仁，特别是当抗冻剂浓度达到1.0%时。

总体来说，经过6周的储藏后，与空白组样品相比，海藻糖和海藻胶低聚糖对虾仁具有优异的冷冻保护作用，平均含水量提高了约8.62%～11.58%和8.80%～11.98%。蒸煮和解冻损失主要归因于由高温或大冰晶的产生对肌肉蛋白质的造成的物理损伤引起的水分含量的减少。蒸煮或冷冻后，虾肌肉结构的变化，如细胞膜破坏，肌纤维收缩，肌浆蛋白聚集和基质蛋白质发生的收缩和溶解。海藻糖和海藻胶低聚糖分子可能融合到肌肉组织之间的空间中，与冷冻前的蛋白质结合，增强蛋白质与水分子相互作用，而且肌肉中的海藻糖类分子可显著影响冰晶大小，从而增加持水量。

图1 不同抗冻保水剂对蒸煮虾仁水分含量的影响Fig.1 Effect of different antifreeze agents on the moisture content of cooked shrimp

2.3 不同处理对蒸煮虾仁水分活度的影响

对虾仁进行冻藏处理这一过程导致产品内的游离水转化成大的冰晶，降低了水的活度（Aw），冻藏过程中不同的处理对蒸煮虾仁水分活度的影响如图2所示。

蒸煮虾仁初始Aw值为0.968～0.970，表明这些样品质良好。在冷藏6周后，空白组样品的Aw值下降到0.952。然而，用浓度为1.0%海藻糖和海藻胶低聚糖处理的样品仍处于良好状态，并且Aw值分别保持在0.964和0.966。此两组具有比空白组和海藻胶组处理更好的抗冻保水能力（P＜0.05）。

水分活度是指系统中水分存在的状态，即水分的结合程度。在冷冻贮存期间，虾肌肉的Aw值的变化取决于固定在组织微分结构内的结合水的量，而结合水的量在很大程度上取决于空间分子肌肉蛋白质的排列[24]。对于冻虾，冰晶形成所导致的细胞损伤对虾体的贮存有很大的影响。在FABER-BARATA,et al[25]研究中，海藻糖的抗冻保水效果归因于其几个性质。此外，糖类显示出较大的水合面积，这也增强了水分的稳定性。

图2 不同抗冻保水剂对于蒸煮虾仁水分活度的影响Fig.2 Effect of different antifreeze agents on the water activity of cooked shrimp

2.4 不同处理对蒸煮虾仁质构特性的影响

图3和图4显示了在冻藏期间不同处理后的蒸煮虾仁弹性和咀嚼性的变化情况。经过6周的冻藏后，用海藻糖和海藻胶低聚糖处理的虾仁显示与用Na4P2O7处理的虾仁具有相似的弹性和咀嚼性，且显著优于空白组处理的样品（P＜0.05）。据此，虾仁的弹性和咀嚼性可受到海藻糖类和磷酸盐的影响。这与虾仁保水性和色差值的变化情况一致。海藻糖类处理样品能有较好效果的原因，包括限制了分子迁移和在冷冻储存期间防止水分分离和结晶的能力[26]。

图3 不同抗冻剂对于蒸煮虾仁弹性的影响Fig.3 Effect of different antifreeze agents on the springiness of cooked shrimp

图4 不同抗冻剂对于蒸煮虾仁咀嚼性的影响Fig.4 Effect of different antifreeze agents on the chewiness of cooked shrimp

2.5 不同处理对蒸煮虾仁H＆E染色分析

不同处理的蒸煮虾仁冻藏6周后H＆E染色分析如图5所示。对照组和海藻糖类处理虾的组织切片中有明显的差异。对于新鲜蒸煮虾仁（图5A），肌肉纤维（红色染色）连接紧密，组织结构完整，空隙较小（白色区域）。随着冻藏时间的延长，由于冰晶（白色区域）的形成，空白组虾仁（图5B）肌纤维严重变形，甚至出现断裂，纤维间的细胞间隙明显大于新鲜样品。然而，用海藻糖和海藻胶低聚糖处理的虾仁肌肉中的肌肉纤维（图5D，F）排列方式更加紧密细致，并且细胞外空隙显著小于空白组。此外，Na4P2O7（图5C）和藻酸胶（图5E）处理的虾仁在肌纤维结构完整性上明显优于空白组，但其效果稍逊海藻糖与海藻胶低聚糖处理组。这与保水性，质构及色差的研究结果一致。

冷冻和解冻过程会导致肌纤维紧缩和水分流失[27]。结果表明，冰晶在细胞外比细胞内增长更迅速，这增加了细胞外液溶质浓度导致肌肉纤维开始脱水，降低细胞内的冰点，从而致使细胞外冰晶生长，破坏肌肉组织结构。

2.6 不同处理对蒸煮虾仁SEM电镜分析

如图6所示，将经不同处理的虾肌肉与新鲜的虾仁的SEM微观结构进行比较，观察到两者在肌肉纤维组织结构与排列方式中存有显著的差异。经过6周冻藏后空白样品（图6B）可明显观察到肌肉纤维的收缩情况，其甚于新鲜虾仁（图6A）。同时，Na4P2O7（图6C）和藻酸盐（图6E）中肌肉纤维组织结构与排列方式的变化情况显著小于空白组样品。在空白组样品中观察到的这些变化可能是由上述冰晶造成的物理机械损伤破坏了肌肉结构完整性而引起的。然而，海藻糖（图6D）和海藻胶低聚糖（图6F）处理的样品的肌纤维排列方式仍然非常规整，并且肌肉纤维组织结构细致紧密，这与新鲜虾仁的组织结构十分相似（图6A）。由此可知，在冻藏过程中，海藻糖和海藻胶低聚糖浸泡处理，对组织结构的稳定性具有显着的影响，这与上述保水性，质构，色差和H＆E染色分析结果一致。

图5 不同抗冻保水剂对于蒸煮虾仁H＆E染色分析Fig.5 Analysis of H&E of cooked shrimp with different antifreeze agents

图6 不同抗冻保水剂对于蒸煮虾仁SEM电镜分析Fig.6 Analysis of SEM of cooked shrimp with different antifreeze agents

3 结论

研究了海藻糖，海藻胶及其低聚糖对冻藏6周后的蒸煮虾仁（南美白对虾）抗冻保水性及其品质影响。结果显示浓度为1%的海藻糖和海藻胶低聚糖的浸泡处理方式均可更好的提升对虾的品质，显著降低了虾仁蒸煮和解冻损失率，提高了蒸煮虾仁的浸泡质量增加率。不仅可以减缓解冻过程中水分的流失以及水分活度的降低，还可提升其质构品质，维持较好的弹性和咀嚼性以及保持虾仁的色泽明亮。海藻胶低聚糖处理还可防止冰晶而对肌肉造成机械性损伤，维持肌肉纤维组织结构完整致密，排列方式规整，肌肉间无较大孔隙产生，保障了虾仁的完整性。研究表明海藻糖和海藻胶低聚糖对虾制品具有优良的抗冻保水作用，可替代复合磷酸盐，为发展推广冷冻水产品中新型环保的抗冻保水剂提供了新思路。

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Cryoprotective Effects of Trehalose,Alginate and Its Oligosaccharide on Quality of Cooked-Shrimp（Litopenaeus vannamei）during Frozen Storage

ZHANG Jia-wei,HE Xin,XIE Chao,et al
(School of Food Science and Pharmaceutics of Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316022,China)

The cryoprotective effects of trehalose，alginate，and its oligosaccharide on cooked shrimp（Litopenaeus vannamei）were evaluated and compared with Na4P2O7during frozen storage.Data indicated that significant inhibitory effects on decreases of water-holding capacity,water content,water activity,springiness,and chewiness values were more pronounced in trehalose-,alginate oligosaccharide-,and Na4P2O7-treated samples than in freshwater-treated samples.L*value analysis indicated that the saccharide-soaking-treatments showed positive effects on color stability of cooked shrimp.H&E and SEM studies indicated that the fibers of cooked shrimp from trehalose-and alginate-oligosaccharide-treated groups were arranged in a tighter manner than the control,and the extracellular space was significantly smaller than in control samples after 6 weeks of storage.

Litopenaeus vannamei;antifreeze;trehalose;alginate;alginate oligosaccharides

TS254.4

A

2096-4730(2017)04-0326-07

2017-02-19

舟山市科技计划项目（2016C41003）；浙江省公益性技术应用研究计划（农业项目）（LGN18C200032）

张家玮（1996-），男，新疆克拉玛依人，研究方向：水产品加工与储藏.E-mail：995269311@qq.com

谢超（1975-），男，四川乐山人，副教授，研究方向：食品科学.E-mail：xc750205@163.com