低温等离子体对凡纳滨对虾营养成分及品质的影响

陈俊羽，薛德奖，裘梦佳，陈 静,2

(1.浙江海洋大学食品与药学学院，浙江舟山 316022；2.浙江省海产品健康危害因素关键技术研究重点实验室，浙江舟山 316022)

凡纳滨对虾Litopenaeus vannamei 是世界三大养殖虾品种之一，其肉质鲜美，营养丰富，虾肉富含蛋白质、多种必需氨基酸及大量矿物元素深受国内外消费者青睐。凡纳滨对虾是易腐败的水产品，较难保藏，货架期较短。在其死亡后，其体内的微生物和自身氧化会导致腐败以及品质下降[1-3]。凡纳滨对虾体内的细菌种类较为复杂繁多，不同生长环境、季节、贮藏方式，对虾菌群种类含量均不同，复杂的细菌种群使得在低温贮藏过程仍然对品质会有较大影响[4-5]。冷冻和冷藏是虾肉保藏常用方法，但虾肉在冷冻及贮藏过程中会出现冰结晶成长、重结晶、蛋白质变性等劣变反应，导致其凝胶能力下降和持水力降低[6-8]。因此，通过抑制微生物生长保鲜虾肉是食品科学领域的研究重点和热点。目前防止凡纳滨对虾黑变的方法一般是从虾类捕获到速冻之前始终处于低温状态，缩短冷冻加工时间，抑制酪氨酸酶的活性和隔绝虾体与空气的接触。如何延长凡纳滨对虾货架期并保证其营养价值、感官品质及商业价值尤为重要。

ACP 已经成为一种潜在的非热技术，可以有效地消除病原体并腐蚀受污染物体中的微生物，是一种新型的食品保鲜杀菌技术。“等离子体”由中性原子、自由基、正离子和负离子等组成，这些物质具有足够的电能破坏共价键并引发不同的化学反应，灭活微生物，并可有效抑制水产品自身酶的活性，延缓其腐败变质，从而达到保鲜的效果。MISRA N N,et al[9]研究显示，ACP 中构成等离子体的无数化学活性物质会作用支链进行化学修饰或切断特殊键位，从而改变二级结构，造成酶的失活。ACP 分为辉光放电、电晕放电与介质放电等等。其中ACP 中的介质阻挡放电更为广泛运用。其有电子能量高、反应快、操作简单等优点。与传统杀菌技术相比，ACP 处理占据多方面优势，例如可在低温或者常温条件下操作，操作成本低，处理时间短和杀菌效果显著等等。其可有效改善传统灭菌保鲜技术的弊端，为新型食品灭菌保鲜技术提供方向[9]。本实验利用ACP 处理凡纳滨对虾并对其理化性质进行测试，验证该技术对凡纳滨对虾黑变和保鲜作用控制。CHEN Jing,et al[10]发现，DBD-ACP 处理鲐鱼的最优参数为60 kV、60 s，其具有灭菌效果好，对化学成分及其品质影响较小的优点。前期实验结果发现ACP 对部分水产品最优参数为60 kV，因此本实验在ACP 电压为60 kV 条件下研究凡纳滨对虾营养成分的变化和ACP 处理60、90、120 以及150 s 后对其不同贮藏时间段鲜度品质和黑变感官作用的影响，以期为水产品保鲜技术的发展提供参考资料。

1 材料与方法

1.1 材料

凡纳滨对虾购于舟山老碶菜场(体长7～9 cm)。将鲜活凡纳滨对虾置于装有碎冰的泡沫箱内，40 min 内运回实验室。

Phenix BK130/36 ACP 处理仪，Phenix Technologies 有限公司；HWSG 恒温培养箱，宁波东南仪器有限公司；HS-1300 超净工作台，苏州安泰空气技术有限公司；TMS-Pro 物性测试仪，美国FTC 公司；HAD/SXT-06 索氏抽提器，北京恒奥德仪器仪表有限公司；DHG-9023A 烘箱，上海双旭电子有限公司，XB5-12高温炉，深圳市鑫宝仪器设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 实验前处理

挑选色泽形态相近的鲜活凡纳滨对虾，剔除死亡，黑变及肢体残缺等异常的虾，用碎冰猝死后用清水冲洗，沥干后随机分空白组与ACP 处理组2 组，空白组不作任何处理；ACP 处理组处理时间：60、90、120 及150 s。

1.2.2 ACP 仪器介绍及处理方式

实验所用ACP 设备见图1。仪器采用介质阻挡放电(dielectric barrier discharge，DBD)，该装置是由等离子体产生器(DBD-ACP)和交流电控制系统组成。其中DBD-ACP 系统有2 个直径为15 cm 的铝电极(高压电极和接地电极)，2 个电极之间的距离为38 mm，放有200 mm×120 mm×36 mm 的聚丙烯(polypropylene，PP)盒，该PP盒可用于MAP 处理后进行ACP 处理，也可直接放置待处理的样品。ACP 系统的输入电压220 V、频率50 Hz 可以产生高达130 kV 的处理电压，本实验参考国内外研究文献以及实验安全问题(高电压容易击穿介质阻挡板，造成安全隐患)等因素，确定最高处理电压为70 kV。

图1 试验所用ACP 仪器Fig.1 ACP instrument used in the test

将处理过后的凡纳滨对虾放入PE 包装将样品分4 组。迅速将处理组置于图1 低温等离子体仪分别用电压60 kV，时间60、90、120 和150 s 条件处理，另一组未处理对虾样品作为空白对照。置于(4±1)℃冰箱贮藏。在贮藏过程对各组进行营养成分指标测定及各鲜度指标测定。

1.2.3 营养成分指标测定

1.2.3.1 蛋白质含量的测定

蛋白质含量的测定采用GB 5009.5-2016[11]中凯氏定氮法测定。精确称量2 g 虾肉，移入定氮瓶中，加入0.4 g 硫酸铜、6 g 硫酸钾和20 mL 硫酸，碳化后继续加热30 min，定容至100 mL 备用。凡纳滨对虾中蛋白质含量较高，降解快，因此可以从对虾蛋白含量的变化看出其营养成分流失是否严重。每组平行3 次，检测结果保留3 位有效数字。

1.2.3.2 脂肪含量的测定

脂肪含量的测定采用GB 5009.6-2016[12]中索氏抽提法测定。精确称量5 g 虾肉，移入滤纸筒内。放入索氏抽提器的抽提筒内，抽提6～10 h。结束后回收石油醚，称量。每组平行3 次，检测结果保留3 位有效数字。

1.2.3.3 水分含量的测定

采用GB 5009.3-2016[13]中直接干燥法测定。将混合均匀的试样磨细称取5 g 加入恒重扁形称量瓶置于101～105 ℃干燥箱中干燥1 h 冷却后再称量。每组平行3 次，检测结果保留3 位有效数字。并且重复性条件下2 次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的10%。

1.2.3.4 灰分含量的测定

根据GB 5009.4-2016[14]食品安全国家标准中食品总灰分的测定方法。称量3 g 样品，碳化至无烟，然后放置于（550±25）℃高温炉中灼烧4 h。灼烧至无碳粒即表示碳化完全，灼烧至前后2 次称量相差不超过0.5 mg 为恒重。每组平行3 次，检测结果保留3 位有效数字。并且重复性条件下2 次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的5%。

1.2.4 挥发性盐基氮的测定(TVB-N)采用国家标准GB5009.288-2016[15]中自动凯氏定氮法测定，精确称量10 g 虾肉，切碎置于蒸馏管内，加入75 mL 水，振摇使其分散均匀，浸渍30 min 后检测。每组平行3 次，检测结果保留3 位有效数字。

1.2.5 质构特性的测定

采用TMS-Pro 物性测试仪，测定凡纳滨对虾样品的弹性、内聚及咀嚼性。实验采用TMS 不锈钢针头探针(直径1 mm)及圆柱形探头(直径36 mm)，起始力0.6 N，测试速度60 mm·min-1。将虾剥壳取背部肌肉长为2 cm 测定。

1.2.6 凡纳滨对虾黑变评定

凡纳滨对虾黑变是自对虾死亡后在贮藏过程中，虾壳内沉积大量的黑色素的过程。对虾黑变严重影响虾的品质。感官评定小组由10 名专业人员组成，对5 组凡纳滨对虾的黑变、肉质及气味三方面进行评定，黑变采用评分法：黑变评分标准见表1，分值在5(无黑变)到1(完全黑变)之间，最终取10 人评分平均值为评定结果[16]。

表1 凡纳滨对虾黑变评定表Tab.1 The blackening assessment table of L.vannamei

1.3 数据处理

采用origin 8.0、SPSS 13.0 进行数据处理，数据重复测定3 次，结果表示为平均值±标准偏差。

2 结果与分析

2.1 营养成分的测定结果

凡纳滨对虾低脂肪、高蛋白，肉质鲜美、营养丰富，符合现代人对饮食的需求。所以本实验探究了ACP处理是否对对其营养成分有所影响。结果如表2。

表2 ACP 60 kV 下对凡纳滨对虾营养成分的影响Tab.2 Effect of ACP at 60 kV on the nutritional composition of L.vannamei

基本营养成分见表2。空白组蛋白含量为（18.71±0.22）%；脂肪含量为（1.06±0.03）%；水分含量为（76.20±0.15）%；灰分含量为（1.33±0.11）%。ACP 在60 kV 条件下对其脂肪含量和灰分含量大体上没有影响，但对蛋白质含量和水分含量有微弱影响，并且可以看出随着ACP 处理时间增加，凡纳滨对虾中蛋白质含量和水分含量损失愈多。可能原因是处理时间过长，破坏凡纳滨对虾中蛋白质结构，水分散失，从而导致含量降低，降低比例约为2%和3%。可以得出，ACP 在60 kV 下处理凡纳滨对虾对其营养成分几乎没有影响。

2.2 TVB-N 的测定结果

TVB-N 是检测水产品鲜度品质中很重要的一项指标，它是在水产品自身酶和微生物作用下，分解自身蛋白质和含氮物质从而产生三甲胺和生物胺等挥发性物质，结果见图2。

由图3 可以看出，随着贮藏时间的延长，处理组和空白组凡纳滨对虾中TVB-N 含量均呈上升趋势，且初始TVB-N 值为（10±0.31）mg·100-1·g-1。空白组第2 d TVB-N 值为（24.2±2.73）mg·100-1·g-1，已接近海虾卫生标准(GB/T 2733-2015 中规定TVB-N≤30 mg·100-1·g-1)。处理组TVB-N 值低于同时期空白组TVB-N 值，并且随着ACP 处理时间的增加，TVB-N 值增大趋势减缓。并且由图2 可以看出第2 d 后处理组相较于空白组TVB-N 值抑制效果显著增强。由此说明ACP 可以延缓凡纳滨对虾中TVB-N 含量的增加，保证了虾的鲜度品质。

图2 ACP 对凡纳滨对虾中挥发性盐基氮的影响Fig.2 Effect of ACP on volatile base nitrogen in L.vannamei

图3 ACP 对凡纳滨对虾硬度的影响Fig.3 Effect of ACP on the hardness of L.vannamei

2.3 质构特性的测定结果

冷藏期间凡纳滨对虾硬度见图3，空白组初始凡纳滨对虾硬度为（12.85±0.18）g，贮藏第8 d 时，处理组空白组与处理组60、90、120 及150 s 硬度分别降低38.05%、28.24%、24.68%、23.08%和23.02%。处理组与空白组随贮藏时间的增加，凡纳滨对虾的硬度大体呈降低趋势，并可看出随着ACP 处理时间增长，凡纳滨对虾硬度降低趋势有所减缓。说明ACP 对凡纳滨对虾硬度有保护效果。

冷藏期间凡纳滨对虾弹性变化如图4，空白组初始弹性为（0.4±0.01）mm。处理组与空白组随着贮藏时间增长弹性略有降低，推测原因为随着贮藏时间的增加，对虾腐败变质，鲜度品质不断下降导致弹性降低[17]。随着ACP 处理时间的增长，其弹性下降趋势减缓。说明ACP 对其弹性变化起到了减缓作用。

图4 ACP 对凡纳滨对虾弹性的影响Fig.4 Effect of ACP on the elasticity of L.vannamei

ACP 对凡纳滨对虾咀嚼性影响见图5，初始处理组与空白组咀嚼性略有差异但大体一致，并且随着贮藏时间增加，对虾咀嚼性降低。初始空白组咀嚼性为（2.15±0.1）mJ。贮藏第8 d 时，处理组60、90、120 及150 s 与空白组咀嚼性分别降低31.84%、23.32%、23.09%、22.59%和40.00%。说明ACP 对凡纳滨对虾的咀嚼性有保护作用，并且ACP 处理时间越长，对其保护作用效果越明显。

图5 ACP 对凡纳滨对虾咀嚼性的影响Fig.5 Effect of ACP on the chewiness of L.vannamei

2.4 凡纳滨对虾黑变评定结果

如表3 所示，分值在5 分(无黑变)到1 分(完全黑变)之间，最终取10 人评分平均值为评定结果。随着贮藏时间的增加，处理组与空白组凡纳滨对虾黑变程度逐渐加深，且两组黑变趋势都是逐渐增大。并可以看出随着处理组时间条件的延长，凡纳滨对虾黑变程度抑制变强。初始空白组与处理组黑变评分为5 分。空白组在第6 d 左右达到完全黑变，处理组60、90、120 和150 s 分别在6 d 和8 d 完全黑变。由此表明ACP 对黑变感官上有减缓抑制作用。

表3 ACP 对凡纳滨对虾黑变的影响Tab.3 Effect of ACP on blackening of L.vannamei

3 结论

本实验研究结果表明，凡纳滨对虾在条件为4 ℃贮藏、ACP 在电压为60 kV、时间为60、90、120 和150 s条件下对凡纳滨对虾营养成分几乎没有影响；对TVB-N 值及黑变有显著抑制作用，并且随着处理时间条件的增长，抑制效果愈明显。同时ACP 对凡纳滨对虾的质构(硬度、弹性和咀嚼性)特性均有保护和延缓作用，并且随着处理时间条件的增长，对其保护、延缓作用愈明显。研究表明经过ACP 处理的凡纳滨对虾黑变时间延长，其营养成分的流失减小，保持了其鲜度品质。同时可以延缓腐败变质、延长其货架期。并且本实验的研究结果可为凡纳滨对虾的鲜度品质控制的学术研究和贮运及保鲜提供一定的参考价值。