虾产品低温贮藏保鲜技术研究进展

陈胜军，陶飞燕，潘创，马海霞，杨少玲，李春生，魏涯

(1.中国水产科学研究院南海水产研究所，农业农村部水产品加工重点实验室，国家水产品加工技术研发中心，广州 510300；2.上海海洋大学食品学院，上海 201306)

随着现代渔业的迅速发展及消费者健康饮食观念的加强，以甲壳类动物为主的水产品以其高营养价值逐渐在居民饮食结构中占据较大比重。其中，虾类易于养殖，具有对水环境适应力强、产量高等优点，且其富含人体必需氨基酸及钙、铁和锌等矿物元素[1]，是一种营养价值与经济价值并存的低脂高蛋白产品。据2018中国渔业统计年鉴[2]显示，中国养殖甲壳类中虾类产量达216.76万 t，其中海水虾和淡水虾的养殖产量分别增长10.12%和14.18%，全国对虾产品的需求量日益增加。常见的海水虾有龙虾(Palinuridae)、对虾(Penaeusorientalis)等，淡水虾则包括匙虾科(Atyidae)、河虾(Macrobranchiumnipponense)等。

由于虾肉中蛋白质等含量丰富，在虾死后，假单胞菌属(Pseudomonasspp.)、无色杆菌属(Achromobacterspp.)及黄色杆菌属(Xanthobacterspp.)等[3]微生物利用营养物质实现快速增殖，造成虾体黑变和腐败，极大地影响了产品品质和商业价值，造成经济损失。因此，对虾产品进行有效的保鲜贮藏并延长其货架期，满足消费者对其鲜度的需求成为目前国内外的研究热点。在众多保鲜技术中，低温贮藏因保鲜效果显著、成本低及操作简便等优点，成为控温保鲜的首选方式。在低温环境下，微生物的生长和产品内源酶类的活性受到抑制，生化反应速度减慢，自溶现象不易发生，微生物增殖受到阻碍等[4]，产品的品质因此得以保持。

本文通过分析虾体死亡后品质劣变的原因，尤其是腐败机理，对近年来虾产品在贮藏、加工过程中低温保鲜技术的应用进行归纳分析，以期为实际贮藏中有针对性地抑制微生物，延长虾产品的货架期、抑制品质劣化提供参考。

1 虾品质劣变的重要因素

1.1 黑变

虾体死亡后，在其贮藏流通过程中，虾体头胸部、尾部与关节等部位产生黑色素沉着或形成黑斑的现象称为黑变。黑变以头部最明显，主要分布在角质层区域[5]。多酚氧化酶(polyphenol oxidases，PPO)是造成黑变的最主要因素，PPO催化虾体组织内的单酚羟化成二酚，继而氧化成醌，醌在非酶促条件下形成最终的反应产物黑色素，从而导致虾体黑变[6]。黄万有等[7]证实，虾头及内脏中的PPO分布最多，因此黑变现象更为严重。而微生物活动、pH值及挥发性盐基氮(TVB-N)含量的变化能改变PPO酶原活性，对黑变产生间接作用[8]。因此，针对造成黑变的因素，采取措施控制相关指标变化，尤其是PPO酶活性，是保持品质的重要手段。段伟文等[9]研究发现在冰温环境下，静电场处理对南美白对虾(Litopenaeusvannamei)的PPO酶活性有所抑制，感官、色差等指标明显优于仅冰温贮藏的样品，且菌落总数等指标都有所减缓，说明静电场结合低温环境对抑制黑变效果明显。

1.2 腐败

水产品腐败是影响其品质的重要因素，主要表现为水产品死后，体内防御系统被破坏，导致部分微生物生长，分解含氮含硫等大分子物质，产生胺类、醇、醛及硫化氢等具有腥臭味的物质，导致产品不可食用[10-12]。这些参与腐败过程并产生腐败味代谢产物的菌群称为特定腐败菌(specific spoilage organism, SSO)[13]。相关研究人员通过分离纯化、计数、鉴定和高通量测序等操作对虾的腐败微生物进行了探究，发现水产品特定腐败菌的种类因品种、环境不同而有所差异[14]。曹荣等[15]以养殖南美白对虾和海捕鹰爪虾(Trachypenaeuscurvirostris)为研究对象，探究了冷藏过程中的菌相变化，发现革兰氏阴性菌为鹰爪虾初始菌相中的优势菌，比例较高的假单胞菌、希瓦氏菌(Shewanella)在贮藏过程中增加迅速，气单胞菌(Aeromonas)和革兰氏阳性菌比例下降；而南美白对虾中初期优势菌除假单胞菌和气单胞菌外，肠杆菌(Enterobacteriaceae)比例也较高，且随着贮藏时间的增加，假单胞菌和气单胞菌增加迅速。赵海鹏等[16]发现南美白对虾在冷藏期间的主要腐败菌是希瓦氏菌、假单胞菌和不动杆菌属(Acinetobacterspp.)，而另有研究表明，南美白对虾在25 ℃下的优势菌为变形杆菌(Proteus)[17]；且南美白对虾TVB-N含量增加、pH变化均与肠道细菌增殖有关[18]。洪斌等[19]通过高通量测序、变性梯度凝胶电泳和PCR扩增等方法分析了南美白对虾和罗氏沼虾(Macrobrachiumrosenbergii)的肠道细菌情况，证实变形菌门(Proteobacteria)为南美白对虾和罗氏沼虾的肠道优势菌，贮藏过程中会大量增殖。周涛等[20]通过对冷藏和室温贮藏中克氏原螯虾(Procambarusclarkii)的菌相研究，发现冷藏期间克氏原螯虾的优势菌种是海洋杆菌属(Oceanobacter)和希瓦氏菌属，而室温下其优势菌为哈撒韦氏菌属(Hathewaya)和芽孢杆菌属(Bacillus)等。Du等[21]研究发现假单胞菌属、希瓦氏菌属等是太湖白对虾(Exopalaemonmodestus)冰温贮藏过程中的优势菌群。微生物群体感应现象(quorum sensing，QS)与腐败菌的生长也有一定关系，可能会对虾加工、贮藏等各阶段的腐败菌产生影响，进而加速腐败过程[22-23]。肉桂醛及其衍生物、牛至精油等可作为群体感应抑制剂来抑制信号分子的产生，从而阻碍水产品的腐败进程[24-26]。

2 虾产品低温贮藏保鲜技术应用

低温贮藏保鲜是目前水产品贮藏流通过程中最常用的保鲜技术，指利用低温环境下，水产品体内的组织蛋白酶活性受到抑制，微生物增殖受阻、不易发生自溶等现象的原理[27]，使水产品货架期延长的方法。根据贮藏温度的不同，低温保鲜可分为冷藏、冰温、微冻和冻藏等，各方式优缺点分析见表1。

2.1 冷藏

冷藏，是以冰或冷海水为介质，将温度降低至接近冰点，不引起冻结的一种保鲜方法[28]，温度控制在0～4 ℃。冷藏能有效抑制微生物的生长繁殖，降低生化反应速率[29]，在虾产品中的应用十分广泛。Annamalai等[30]通过TVB-N、三甲胺氮(TMA-N)等指标研究了直接冷藏和室温放置后再冷藏的南美白对虾的品质变化，发现直接冷藏组样品指标值增长更慢。方静等[31]通过对比冷藏虾仁和全虾的质构，发现冷藏虾仁更利于保存虾肉品质。曾庆婵等[32]以TVB-N和pH为评测指标，并通过感官评价，分析了南美白对虾在0 ℃和4 ℃条件下的货架期，得到的货架期分别为216 h和96 h，即冷藏温度越低越利于产品贮藏。近年来，将保鲜剂应用于虾产品冷藏中的研究日益增多。适量浓度的保鲜剂能在冷藏的抑菌效果上起到加强作用，有效抑制虾体黑变，并减缓嗜冷菌(Psychrobacter)等微生物的生长速度，阻碍其分解蛋白质和非蛋白含氮物质，从而延长产品的货架期。由于化学保鲜剂，如磷酸盐等，会对人体造成伤害，因此，目前所使用的保鲜剂多选择从植物中提取的天然保鲜剂，冷藏结合保鲜剂方法贮藏虾的部分研究见表2。刘蒙娜等[33]探究了还原性谷胱甘肽等3种巯基化合物对4 ℃贮藏的南美白对虾的防黑变效果，从相对灰度值和感官评分的角度分析，3种化合物均对南美白对虾的黑变现象有所抑制。罗自生等[34]和王雪[35]利用固载二氧化氯作用于南美白对虾，达到了抑制虾体内菌落总数增长的目的。侯伟峰等[36]用ε-聚赖氨酸、壳聚糖及植酸对冷藏南美白对虾进行处理，通过对其感官、pH、TVB-N及细菌总数(total bacterial count，TBC)等品质指标进行测定，发现冷藏结合保鲜剂处理能使其货架期延长2～4 d。熊青等[37]研究发现向冷藏中的南美白对虾添加8 g/L茶多酚、5 g/L柠檬酸及2 g/L L-半胱氨酸得到的保鲜效果最好，且能延长货架期3～5 d。杨钟燕等[38]的研究表明，用0.4%蓝莓叶多酚和1%壳聚糖复合保鲜剂处理南美白对虾，感官品质和质构都得到改善，TBC等值均低于对照组，货架期可延长3～4 d。Nirmal等[39]使用绿茶提取物和抗坏血酸进行复合保鲜，发现该复合保鲜剂能使冷藏太平洋白虾中的嗜冷菌、产H2S细菌等菌数量增长缓慢。熊建文等[40]、Li等[41]发现壳聚糖醋酸溶液和多酚多糖也可抑制TVB-N、TBC等值的增加，降低虾体总活菌数，对品质维持有较好效果。

壳聚糖具有一定的抑菌作用，常作为涂层应用于虾的冷藏中。例如，Arancibia等[42]以南美白对虾加工废弃物中提取到的壳聚糖(Ch)和虾蛋白脂浓缩物(PCc)制成涂膜对冷藏虾进行研究，结果显示，涂膜组样品的微生物生长趋势最为缓慢；Wang等[43]发现0.5%壳聚糖、0.5%香芹酚和1.0%辛酸制成的涂膜抑菌和抑黑变效果最佳。研究表明，冷藏时辅以冰对产品进行降温，能起到更好的保鲜效果。如方艺达等[44]研究指出，在延缓虾的色泽变化和降低鲜度指标的变化趋势上，有冰冷藏的效果优于无冰冷藏对照组。而传统冰处理易造成样品机械性损伤[45]，目前采用流化冰处理、臭氧冰处理等冷藏方式更为常见。陈伟等[46]研究发现臭氧冰对南美白对虾的抑菌效果更强。冯家敏等[47]用流化冰进行研究，得到流化冰结合4-HR、ClO2处理后可满足南美白对虾贮藏流通中的鲜度要求。蓝蔚青等[48]对比碎冰处理和流化冰处理的效果，认为流化冰处理对TVB-N和TBC抑制作用更显著，更利于虾类等水产品的鲜度保持。其他方式如高体积分数CO2气调包装结合冷藏[49]等也都可有效抑制酶活和微生物，达到抑菌、抑黑变的效果，满足贮藏流通要求。

表2 保鲜剂对冷藏南美白对虾产品的作用效果Tab.2 Effect of preservatives on Litopenaeus vannamei during cold storage

2.2 冰温

冰温贮藏是指将食品贮藏在冰温带内，即0 ℃以下、冰点以上的温度区间进行贮藏的一种方法[50]。冰温贮藏能抑制部分嗜温菌的生长，使细菌数量下降，延缓产品的腐败。如谢丽丹等[51]对冰温贮藏中的南美白对虾的腐败菌分离鉴定，探究贮藏期间其菌相变化情况，发现贮藏初期节细菌属(ArthrobacterBergeri)等大部分菌种的数量下降，后期哈夫尼希瓦氏菌(ShewanellaHafniensis)等少数菌会成为主要优势菌，数值小幅度上升，但与冷藏样品相比，冰温组变化趋势更慢。潘承慧等[52]通过对比TVB-N等指标，发现冰温保鲜剂处理组的各指标曲线趋势明显低于对照组。杨钟燕等[10]研究蓝莓叶多酚复合保鲜剂对冰温贮藏的南美白对虾的保鲜效果，发现处理组贮藏末期的菌落总数仍处于可接受范围内。段伟文等[9,53]为探究延长凡纳滨对虾货架期的方法，分别研究了低压静电场以及静电场结合气调包装对冰温条件下凡纳滨对虾的保鲜效果，得到静电场结合冰温环境对细菌有一定的抑制作用，而将静电场与气调、冰温结合抑菌效果更佳，能达到钝化酶活，抑制微生物活动的效果，使货架期延长8 d左右。刘金昉等[54]用0.05%纳米TiO2、1.5%壳聚糖、0.065%溶菌酶和0.7%蜂胶制成了复合保鲜剂，对冰温贮藏的南美白对虾进行浸泡处理，探究其保鲜效果，根据TVB-N、Ca2+-ATPase酶活等指标证实，复合保鲜剂有较好的抑菌保鲜效果，使其货架期延长了7 d。

2.3 微冻

微冻贮藏是指将水产品的温度降低至略低于其细胞汁液的冻结点，即控制温度在冰点至-5 ℃左右，并在该温度下进行贮藏的一种方法[55-56]。微冻过程中，产品的表面可能会出现一层冻结层，因而又称为过冷却或部分冻结[57]。微冻保鲜作用的机理是5%～30%的水分形成冻结层后，导致水产品中微生物细胞浆液浓缩，从而达到抑制微生物活动的效果[58]。与冷藏相比，微冻能使食品货架期延长1.4倍到5倍[59]。经过微冻处理的水产品，形成的1～3 mm的冰层能隔绝热量，使产品表面过冷，自发从内部吸热，从而使得水产品内外达到平衡，所以在短时间的运输或贮藏过程中，微冻产品不需要添加外部冰块进行隔热[60-62]。

微冻保鲜现已广泛应用于各种水产品的贮藏流通中，研究对象多种多样，包括罗非鱼(Oreochromismossambicus)、草鱼(Ctenopharyngodonidellus)和对虾等[63-64]，且都有较好的保鲜效果，一方面可能是因为微冻条件使水产品表面形成的薄冰层能有效防止细菌的入侵，另一方面可能是温度的骤降致使微生物生长不适，活动受到抑制。陈思名等[65]研究了-4 ℃贮藏的南美白对虾的肌肉品质，从TBC、TVB-N等值的变化情况来看，微冻组样品品质指标曲线变化趋势明显低于对照组曲线，且贮藏时间越长，两组曲线差异越显著。李立杰等[66-67]通过研究色差、光泽度、TVB-N及质构等指标发现，在微冻贮藏条件下，南美白对虾的色泽变化较为明显，当明暗度L*高于-37.80、红绿值a*低于 301.00、黄蓝值b*低于-120.03、色差值ΔE*低于15.23且光泽度高于1.2 GS时虾体较新鲜；而硬度、弹性等质构指标前期变化不明显，14 d后出现明显下降趋势。研究发现，涂膜和冰衣能减少产品与外界空气接触，抑制产品表面微生物生长与体内酶活，从而延缓腐败。齐自元等[68]对微冻条件下的南美白对虾进行涂膜处理，发现微冻组在20 d左右菌落总数就已超过一级鲜度值，而涂膜微冻组第30天的数值仍在一级鲜度值以内。Wu[69]使用壳聚糖和壳寡糖、谷胱甘肽的复合涂膜对微冻中的虾进行研究，得到复合涂膜能使TVB-N等值的增长速率减慢，货架期延长的结论。

2.4 冻藏

冻藏也是水产品常见的贮藏方法，是利用低温将水产品的中心温度下降到-15 ℃以下，使水产品组织内绝大部分水分冻结，然后在-18 ℃以下进行贮藏、流通[70]。经Qiao等[71]、邹明辉等[72]实验证实，冻藏具有很好的保鲜效果，尤其是TVB-N值能始终维持在国家标准GB 10136—2015《食品安全国家标准 动物性水产制品》规定的新鲜虾可食用的临界值30 mg/100g范围内。邓晓影等[73]发现冷冻的虾仁中，弧菌科和希瓦氏菌科明显减少。李学英等[74]以盐溶性蛋白质含量(SSP)、硫代巴比妥酸反应物(TBARS)为指标研究分析了冻藏温度对南极磷虾品质变化的影响，发现蛋白变性和脂肪氧化程度随贮藏温度的升高和时间的延长而提高，-30 ℃及以下的温度对南极磷虾的蛋白、水分等品质保持最好。俞所银等[75]通过测定菌落总数(TVC)、鲜度指标(K值)与TVB-N等指标，也得到-30 ℃为南极磷虾最佳冻藏温度的结论。于丽霞等[76]也发现-50 ℃冻藏的罗氏沼虾TVB-N和K值增加缓慢，说明较低的冻藏温度更有利于罗氏沼虾品质的保持。然而，冻藏产品在解冻时易发生严重的汁液流失和组织损伤现象，且蛋白质等物质都会发生不同程度的变化，因此，采取措施避免产品的品质损失尤为重要。曹淑敏等[77]研究10%海藻糖、10%菊糖和5%麦芽糊精对冻藏南美白对虾肌肉蛋白质的影响，发现糖类添加剂可抑制冻藏期间盐溶性蛋白含量、活性巯基含量的降低程度，延缓蛋白质的冷冻变性过程。孙协军等[78]向冻藏的熟制南美白对虾添加盐藻多糖，根据TBC、TVB-N等变化趋势的分析得知，盐藻多糖具有一定的抑菌性，且能减少冻藏品质损失。李燕等[79]、江艳华等[80]对冷冻虾进行镀冰衣处理，研究发现镀冰衣处理组样品的鲜度保持最好，腐败味最小。李秀霞等[81]通过超高压处理冻藏南美白对虾，发现超高压处理组感官评价最高，鲜度指标值变化最小。

3 结语

随着国内外研究人员对水产品保鲜机理的深入研究，如今低温保鲜技术已日趋成熟。越来越多的研究表明，单纯利用低温这一项技术对产品进行保鲜，虽有一定的抑菌、抑黑变作用，但效果往往不够理想。冷藏条件下，微生物和酶活并未完全受到抑制，仍会在短时间内发生腐败变质；长时间的冷冻则会导致产品发生蛋白质变性、组织冻结损伤和汁液流失等现象；微冻和冰温条件下贮藏存在的问题是贮藏时间短，且温度区间太窄，难以控制和保持，同时对设备的要求较高，成本较高。但将低温与气调包装、保鲜剂等方法结合，能较好地综合保鲜优势，达到最佳贮藏效果。并且根据微生物的具体变化情况，在贮藏时有针对性地进行腐败菌如假单胞菌、希瓦氏菌等的代谢抑制，降低其腐败能力，能更好地实现延长货架期的目的。

运用低温贮藏水产品，正在从单独的低温贮藏，逐渐发展过渡到低温与其他方法的复合保鲜贮藏。鉴于未来各种组合的多样性，这一领域还有很大的研究空间。在技术层面，未来可以更大程度地使用物理、化学和生物3个方面的复合技术进行产品的保鲜探究。在低温控制上，可以重点考虑通过制作蓄冷材料或加入制冷调节剂对环境进行控制，来保持产品低温的状态；或者从产品本身出发，借鉴其他产品成功的经验，研究出更多对人体安全无害的抑菌剂、群体感应抑制剂和抗冻剂等；还可从产品包装上创新，采取活性包装、抑菌包装等，这些都可以成为未来深入研究的课题。同时，通过分析低温贮藏虾肉中优势腐败菌的生长情况，以及各种技术对微生物生长的显著抑制效果，可建立起相关微生物货架期预测模型，以方便对今后虾类食品的储藏货架期做出合理的预测。