CO2冷海水预处理结合气调包装 对南美白对虾品质的影响

蔡燕萍,张莎莎,郐 鹏,丁玉庭,刘书来,*

(1.浙江工业大学食品科学与工程学院,浙江杭州 310014; 2.国家远洋水产品加工技术研发分中心(杭州),浙江杭州 310014; 3.威海市食品药品检验检测中心,山东威海 264200)

南美白对虾(Litopenaeusvannamei),学名凡纳滨对虾[1],原产于中、南美洲太平洋沿岸的热带水域,世界养殖产量较高。南美白对虾营养丰富,蛋白含量高,富含多种人体必需氨基酸[2],深受消费者欢迎。然而,由于南美白对虾与其他水产品一样,氮含量高,水分含量高,结缔组织少,肉质嫩,热敏性强,虾死后,适宜微生物繁殖,易腐败变质,且内源酶活性强,易造成虾体自溶[3],同时受多酚氧化酶的作用,易致虾体黑变,虾的感官品质和食用价值降低,阻碍生鲜虾的流通和销售。

气调包装技术通过利用保护气体调整食品包装内的空气,使食品始终处于适宜的气体环境中,通过抑制微生物的生长等机制抑制腐败变质,从而达到延长货架期的目的[4]。气调包装技术已广泛应用于果蔬、生鲜肉、水产品等的保鲜包装,混合气体中的CO2为抑菌的关键成分,O2在水产品中能抑制厌氧菌生长,同时减少氧化三甲胺分解成三甲胺,也是重要成分[5]。何耀辉等[6]将草虾用保鲜液处理后结合气调包装VCO2∶VN2=4∶6处理,结果表明,保存26 d时草虾仍能维持其质量。Mejlholm等[7]的研究表明,北极甜虾去壳后经50% CO2/30% N2/20% O2气调包装,并2 ℃贮藏,其最长货架期可达20～21 d。Powell等[8]研究了气调包装大西洋鲑鱼,气调条件为30%～98%的CO2,其余气体用N2,发现CO2的 浓度越高,腐败菌的生长率越低。100% CO2包装大西洋鲑鱼后-1 ℃以下低温贮藏,根据微生物指标可将货架期延长至28 d[9]。气调包装技术与生物保鲜剂、抑菌剂、高压处理等多种保鲜预处理技术结合的方式已经逐渐代替了单一的气调保鲜,且保鲜效果明显。Lu[10]研究杀菌剂处理后的中国对虾,采用气调包装(40% CO2/30% O2/30% N2)和100%CO2处理,货架期分别延长13和17 d。Qian等[11]研究了新鲜冷藏的南美白对虾经0.05 g/L槲皮素、0.025 g/L肉桂酸和0.025 g/L的4-己基间苯二酚(4-HR)三种保鲜剂的浸泡处理,货架期延长2 d,保鲜剂联合80% CO2/10% O2/10% N2气调包装可将货架期再延长6 d。

CO2水溶液呈酸性,高浓度CO2可抑制细菌生长,能有效抑制好氧性微生物繁殖,对G-菌的抑制作用明显。海水冷却至0～4 ℃,一定压力下泵入CO2形成CO2冷海水。CO2冷海水预处理使虾体在捕捞后迅速降温致使部分微生物生理活性受到抑制,同时减弱酶活对虾体的影响。CO2冷海水保鲜技术在虾保鲜中的应用研究还相对较少。本课题组已有研究表明,将南美白对虾用CO2冷海水浸泡处理,虾的菌落总数、大肠杆菌数、产H2S菌数和嗜冷菌数均显著降低[12],经CO2冷海水预处理24 h能有效延缓TVB-N升高,较好抑制南美白对虾多酚氧化酶(PPO)的氧化速度,并减少蛋白质变性程度,明显延长南美白对虾的货架期[13]。另有研究将粉红虾(Pandalusspp)保存在用CO2处理过的-1 ℃的冷盐水中,可将贮藏期延长一倍[14]。刘书来等[12]的研究表明,饱和CO2冷海水处理与对照组比较,CO2冷海水处理组能延长南美白对虾的保鲜期。目前对于CO2冷海水处理技术的研究仍停留于对水产品的抑菌预处理从而延长虾体保鲜期,鲜有结合气调包装的研究。

本研究的目的是在CO2冷海水处理的基础上采用气调包装,进一步延长保鲜期,拟以南美白对虾为研究对象,将CO2冷海水预处理技术与气调包装技术相结合,探究其在4 ℃贮藏过程中虾肉品质的变化,分析不同气调包装的气体环境下虾体菌落总数、pH、挥发性盐基氮、多酚氧化酶活性、质构等理化指标的变化,为南美白对虾保鲜技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜活南美白对虾(Litopenaeusvannamei) 来自杭州德胜菜场,虾长(10.5±0.5) cm,重(10.0±1.5) g;H3BO3、NaOH、HClO4、HCl、营养琼脂、酒石酸钾钠、NaH2PO4、Na2HPO4、Briji聚环氧乙烯月桂酰醚、邻苯二酚、Tris等 均为分析纯,来自国药集团化学试剂有限公司;PP高阻隔气调包装盒、PET/PE复合气调包装膜 来自苏州森瑞保鲜设备有限公司。

MAP-H360复合气调保鲜包装机 苏州森瑞保鲜设备有限公司;DZQ-400真空包装机 上海阿法帕真空设备有限公司;Waters2695高效液相色谱仪 美国Waters公司;PHS-3C型数显酸度计 上海精科仪器有限公司;Tu-1900型紫外可见分光光度计 普析通用;CR21GII高速冷冻离心机 日本日立公司;TAXT Plus物性仪 英国Stable Micro System公司。

1.2 实验方法

1.2.1 CO2冷海水发生装置 如图1所示,采用蔡燕萍等[15]的方法制备冷海水。

图1 CO2冷海水发生装置示意图Fig.1 Schematic diagram of CO2-cold seawater generating apparatus注:1:CO2罐,2:减压阀,3:气液混合泵, 4:压力表,5:水泵,6:低温冷却液循环泵。

1.2.2 样品预处理 将鲜活虾以料液比1∶3浸泡于4 ℃的饱和CO2冷海水中24 h后取出,并随机分成六组,采用不同的气调包装方式,4 ℃贮藏,间隔2 d(0、2、4、6、8、10 d)取样分析。气调包装所设定的气体比例见表1。

表1 气调包装实验设计Table 1 Experimental design of modified atmosphere packaging(MAP)

1.2.3 菌落总数 采用GB/T 4789.2-2016方法。

1.2.4 挥发性盐基氮 称取5 g绞碎的虾肉,加蒸馏水50 mL,用玻璃棒搅拌,摇匀后于4 ℃冰箱抽提30 min,离心(8000 r/min,20 min),上清液过滤。滤液用半微量凯氏定氮法测定,具体按GB 5009.228-2016食品中挥发性盐基氮的测定。

1.2.5 多酚氧化酶测定 采用蔡燕萍等[15]方法。

1.2.6 pH 按照GB 5009.237-2016食品pH的测定。

1.2.7 剪切力测定 采用Ezquerra等[16]的方法。取处理后的南美白对虾,将头、尾和壳去掉,以虾尾前的第一段做为测定点,设置测定速度50 mm/min,以图谱的第一个最高峰作为最大剪切力的值。

1.3 数据处理

数据分析与结果绘图分别采用SPSS 17.0和Origin 8.0软件,数据均以平均值±标准差表示,方差分析采用Duncan法,显著性水平设置为0.05。

2 结果与分析

2.1 菌落总数变化

菌落总数主要作为食品被微生物污染程度的评价指标,一般用于观察微生物在食品中的繁殖动态、预测食品的保质期、评价食品的安全性[17]。菌落总数不超过5.0 lg(CFU·g-1)为一级鲜度,5.0～5.7 lg(CFU·g-1)为二级鲜度,而菌落总数超过6 lg(CFU·g-1)时已不能食用。图2为不同气调包装的南美白对虾在贮藏期间菌落总数的变化趋势。从图2可以看出,样品初始的菌落总数为4.90 lg(CFU·g-1)。随贮藏天数的增加,所有样品组的菌落总数均增加。其中QT1、QT2、QT3组菌落总数增长速度明显低于CK1组、CK2和QT4组。CK1、CK2、QT4组贮藏8 d的菌落总数分别为6.00、5.95、5.80 lg(CFU·g-1),已超过二级鲜度;而QT1、QT2、QT3组贮藏8 d,仍处于二级鲜度。各样品组中QT1、QT2、QT3组的抑菌效果较好。这主要是由于CO2冷海水预处理可抑制虾表面的部分微生物生长繁殖,而贮藏期间包装中高浓度CO2则遏制了微生物的生长。相关研究表明:高含量CO2能够抑制大多数厌氧细菌、霉菌的生长,并且CO2浓度越高则抑制微生物繁殖的效果越好。Pino等[18]研究发现,气调包装中CO2气体和N2保持在合适的浓度和比例,可显著改善气调保鲜效果,有效减弱微生物的生长速度,尤其是嗜冷菌(Psychrophilic bacteria)的生长,且能提高感官品质。CK1和QT4由于气体比例中含有一定量的氧气,适当比例的氧气能抑制厌氧菌的生长,而同时能促进好氧菌的增殖,为好氧微生物繁殖提供有利的生长环境,加速虾体腐败变质进程。

图2 贮藏期间菌落数的变化Fig.2 Changes of the total bacteria count

2.2 挥发性盐基氮(TVB-N)变化

挥发性盐基氮是由于动物性食品内源性酶和细菌的作用,使蛋白质分解而产生氨以及胺类等碱性含氮物质,是水产品鲜度的主要评价指标。根据GB 2733-2015 规定:海水鱼虾的TVB-N含量≤30 mg/100 g。由图3可知,随贮藏时间的延长,TVB-N含量呈逐渐上升趋势。空气包装(CK1组)的TVB-N上升趋势要明显快于真空包装(CK2组)和气调包装组,而CK2组的增加速度也要快于QT1、QT2、QT3组。贮藏初期,气调包装组(QT1、QT2、QT3和QT4)的TVB-N上升趋势无显著差异;在贮藏中后期,CK2组、QT4组与QT1、QT2、QT3组增加趋势差异显著(P<0.05)。一般认为,TVB-N≤25 mg/100 g为一级鲜度,TVB-N≤30 mg/100 g为二级鲜度[19]。在贮藏10 d时,QT1、QT2、QT3组TVB-N值分别为20.66、29.59、25.13 mg/100 g,QT2、QT3为二级鲜度;而CK1、CK2、QT4组TVB-N值分别为46.58、42.94、45.0 mg/100 g,已超过二级鲜度。由此可以说明QT1、QT2、QT3组的气调比例能更好地抑制水产品中酶和细菌的作用,减弱蛋白质分解为酪胺、组胺、尸胺、腐胺和色胺等胺类物质的速度,进而抑制氨类物质的产生。TVB-N的结果与菌落总数变化呈正相关性。另外,He等[20]的研究表明,减少包装中的氧气含量,或者采用N2、CO2气调包装可显著减少冷冻贮藏过程中罗非鱼肉的蛋白质氧化。可见,高浓度CO2在抑制微生物生长的同时,可明显减弱虾肉的腐败变质,延长虾的保鲜期,同时低氧气比例的气调包装可减少虾肉蛋白氧化造成的品质劣变。

图3 贮藏期间TVB-N的变化Fig.3 Changes of TVB-N during storage

2.3 多酚氧化酶(PPO)酶活性变化

多酚氧化酶是酶促反应造成虾体黑变的主要原因,该酶在有氧条件下将酚类物质氧化成醌类物质,醌类物质聚合产生深色高分子物质,最后在虾体表面形成黑斑[21]。若能抑制酶的活性、还原酪氨酸或隔绝虾体与空气中氧的接触均能防止黑变。图4反映了不同气调包装条件下多酚氧化酶相对酶活性的变化。从贮藏2 d开始,各样品组的PPO相对酶活性呈现显著下降趋势(P<0.05),其中QT1、QT2、QT3组的下降程度显著快于对照组CK1(P<0.05)。贮藏6 d时与贮藏2 d相比,CK2、QT1、QT2、QT3组的PPO相对酶活性分别下降了53.2%、52.7%、52.6%、52.2%;而CK1和QT4组分别下降了43.7%、42.8%。CK1和QT4的PPO酶抑制效果差异不显著(P>0.05),这可能是由于氧气的存在促进酶促反应,加剧虾体黑变。贮藏6 d后,QT1、QT2、QT3组的多酚氧化酶活性明显低于其他组。这与凌萍华等[22]研究涂膜保鲜结合40% CO2/30% O2/30% N2或85% CO2/5% O2/10% N2两种混合气体包装的保鲜效果基本一致。结果表明,85% CO2/5% O2/10% N2能更有效地抑制南美白对虾冷藏过程中的黑变发生。这也说明降低保藏气体环境中氧气含量提高溶水后成酸性气体的含量(如二氧化碳),能有效抑制酪氨酸酶氧化,防止虾黑变。Qian等[23]研究南美白对虾在气调包装(80% CO2/10% O2/10% N2)后三种菌株在多酚氧化酶活性和虾体黑变所起的作用,发现该气调包装条件对两种致黑变的革兰氏阴性菌有抑制作用,从而抑制多酚氧化酶的活性,减弱虾体黑变,延长虾的货架期,这一结果也为本研究提供了理论参考依据。

图4 贮藏期间多酚氧化酶相对活性的变化Fig.4 Changes of PPO relative activity during storage

2.4 pH变化

pH是衡量水产品新鲜度与蛋白质变性程度的一个重要指标。不同气调包装的南美白对虾pH变化趋势如图5所示。贮藏过程中各样品组的pH呈现上升趋势,这是由于贮藏时间的延长,虾体内源性酶和微生物产生的酶对虾体的分解作用,产生大量碱性物质,碱性物质不断积累,导致pH不断升高[24]。由图5可知,QT1、QT2、QT3组pH增加速度显著低于CK1、CK2和QT4(P<0.05)。这与菌落总数、TVB-N显著低于CK1、CK2和QT4的结果相吻合(P<0.05)(见图2、图3)。贮藏前期由于冷海水处理时CO2向虾体的渗透作用致使虾肉pH下降,贮藏后期是由于QT1、QT2、QT3中CO2的抑菌、抑酶作用使得pH的增加速度低于CK1、CK2和QT4组。这与Hansen等[25]的研究基本一致,真空包装、真空包装结合CO2发生器、气调包装(60% CO2/40% O2)结合CO2发生器,这三种包装的鳕鱼肉货架期分别为7、9、13 d。从pH的变化规律看,本研究中CO2冷海水结合QT1、QT2、QT3的气调包装更适合南美白对虾的保鲜。

图5 贮藏期间pH的变化规律Fig.5 Changes of pH during storage

2.5 质构变化

贮藏期间南美白对虾剪切力的变化如图6所示。南美白对虾的剪切力随贮藏时间的延长呈逐渐下降趋势。贮藏开始时虾体的剪切力均为25.09 N,随着贮藏时间的延长,CK1组的剪切力下降最快,贮藏2 d后就降低了30.1%;而CK2、QT1、QT2、QT3、QT4分别下降了25.8%、24.4%、15.3%、8.9%、11.6%。QT2、QT3、QT4可保持虾肉的质构特性,质构变软程度较小。贮藏6 d以后,QT1、QT2、QT3三组之间的剪切力差异不显著(P>0.05),可有效减缓微生物和酶的水解作用,进而有效防止虾肉质地变软趋势。这与菌落总数、TVB-N的变化呈现较好的正相关性。采用QT1、QT2、QT3三种气调包装都均有较好的保鲜效果,但是由于QT1的包装在保存期内虾体会发生萎缩,选择CO2冷海水预处理结合QT2或QT3气调包装更适合于南美白对虾保鲜。

图6 贮藏期间剪切力的变化规律Fig.6 Changes of shear force of shrimps during storage

3 结论

本实验研究了不同气体比例对CO2冷海水预处理后气调包装的南美白对虾保鲜效果,随贮藏时间的延长,菌落总数、pH、T-VBN均逐渐增大,且基本呈正相关。CO2在抑制微生物生长的同时,可明显减弱虾肉的腐败变质,延长虾的保鲜期。饱和CO2冷海水预处理后,采用100% CO2、40% CO2+60% N2和85% CO2+5% O2+10% N2三种气调包装均有较好的保鲜效果,但由于100% CO2的包装在保存期内虾体会发生萎缩,选择CO2冷海水预处理结合40% CO2+60% N2或85% CO2+5% O2+10% N2两种气调包装更适合于南美白对虾保鲜。该研究采用的保鲜处理方式无毒、无害、无残留、无污染,可以延长南美白对虾的保鲜期,为南美白对虾的保鲜研究提供重要参考,在水产品的保鲜中具有良好的应用前景。