激光开壳技术对贻贝肉脱壳率和品质的影响研究

龙官誉 柯志刚 相兴伟 金友定 邓尚贵 周小敏丁玉庭，4 刘书来，4，*

（1 浙江工业大学食品科学与工程学院，浙江 杭州 310014；2 浙江省深蓝渔业资源高效开发利用重点实验室，浙江 杭州 310014；3 国家远洋水产品加工技术研发分中心（杭州），浙江 杭州 310014；4 海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，大连工业大学，辽宁 大连 116034；5 嵊泗县景晟贻贝产业发展有限公司，浙江 舟山 316000；6 浙江海洋大学食品与药学学院，浙江 舟山 316000；7 浙江兴业集团有限公司，浙江 舟山 316000）

贻贝（Mytilus coruscus）肉质鲜嫩，味道鲜美且含有丰富的蛋白质、氨基酸、多糖和多不饱和脂肪酸，深受广大消费者喜爱［1-2］。我国是贻贝的主要生产国之一，捕捞后的贻贝除了带壳鲜销，通常进行开壳处理取出贝肉，加工制成罐头［3］、冷冻调理品［4］、干制品［5］和调味料［6］等。贝类开壳的关键在于通过蛋白变性或机械切断闭壳肌与贝壳内表面的连接，而实现壳肉分离还需切断外套膜与贝壳内表面的连接。国内外学者已做多种尝试［7］，主要包括热处理法和冷处理法，两种方法对外套膜与贝壳的分离效果均较好。热处理法中的传统水煮法［8］工艺简单，应用范围最广，但闭壳肌脱壳率较低，且会造成贝肉营养物质大幅流失；其他热开壳方式，如蒸汽［9］、微波［10］、热压开壳［11］等技术可在一定程度上提高开壳效率，且能有效减少贝肉水溶性物质的溶出，但贝肉蛋白质仍会发生较大程度的热变性，同时熟制贝肉风味和质构较新鲜贻贝也有较大差别。冷处理法主要包括超高压处理［12-14］、水射流处理［15］等技术。超高压技术的优势在于能有效降低贝肉蛋白变性，对感官品质影响较小，且有灭菌作用［16-17］。但受制于设备昂贵［7］、处理量少和生产连续性较差等因素，难以广泛应用。因此，增加贝肉加工多样性的关键在于选择合适的开壳技术。

随着现代技术的发展，激光技术在食品加工领域展现出巨大潜力［18］。研究表明，CO2激光微穿孔技术可提高食品腌制的传质效率［19-20］；激光3D打印能有效烹制及打印复杂的食品结构［21-22］，甚至能应用于果蔬保鲜和杀菌［23］。如今智能化的激光加工速率可达到4 m·min-1［24-25］，红外波段的激光能被蛋白质和水分高度吸收从而迅速产生热效应，因此激光能量转化率高，热能输出更为集中［26］，再结合机器视觉辅助定位便能实现高效精准的局部加热。激光的热效应可使闭壳肌肌肉蛋白发生热变性，从而脱离贝壳内表面。激光本身有限的穿透深度也限制了热量的扩散范围，可有效避免贝肉其他可食用部位被熟化，能最大程度保持新鲜贝肉的色、香、味及营养成分。虽然激光处理可使贝壳内沿与外套膜分离，但复杂的加工路径和设备加工精度等问题会影响激光技术的开壳效率。利用激光能定点作用于闭壳肌和缩足肌［15］，并结合短时均匀的外套膜热处理（如漂烫或蒸汽处理），预期可实现有效开壳、降低贝肉变性和营养物质损失等问题，进一步提高激光开壳技术的生产效率和适用性。本研究拟通过激光加热后闭壳肌变性使贻贝开壳，再结合漂烫或蒸汽短时处理使外套膜脱离贝壳而实现壳肉分离，系统研究脱壳贝肉质构特性、色泽和基本营养成分变化，通过比较脱壳贝肉的感官特性确定贻贝的激光开壳工艺参数，以期阐明激光组合开壳技术对贝肉品质变化的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜厚壳贻贝（Mytilus coruscus）来自舟山市嵊泗县，重量35～50 g，体长 6～9 cm；5＇-鸟苷酸（5＇-guanosine monophosphate，5＇-GMP），5＇- 肌 苷 酸（5＇-inosine monophosphate，5＇-IMP），5＇-腺 苷 酸（5＇-adenosine monophosphate，5＇-AMP）标准品（色谱纯），Sigma 公司（上海）。

1.2 仪器与设备

自制激光开壳设备，配有40 W 和60 W CO2激光管，江苏南通卓锐激光科技有限公司；ST28D-X7 蒸烤箱，深圳市凯度电器有限公司；ColorQuest XE HunterLab 色差仪，上海信联创作电子有限公司；RE-2000A 旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂；TA.XT Plus物性测试仪，英国Stable Micro Systems 公司；K9840 全自动凯氏定氮仪，济南海能仪器有限公司；日立L8900全自动氨基酸分析仪，日本日立公司；Waters e2695高效液相色谱仪，美国Waters公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理 手工开壳组：选取活贻贝，用小刀取新鲜贝肉；水煮开壳组：将活贻贝在100 ℃沸水蒸煮1 min 后取贝肉；激光开壳组：如图1 所示，使用不同功率（40、60 W）对活贻贝闭壳肌、缩足肌、外套膜在贝壳外表面对应位置进行激光处理，其中闭壳肌点位处理时间分别为0.5、1.0、1.5 s，并在相同激光功率下对缩足肌和外套膜分别处理0.5 s；激光-漂烫开壳组：将活贻贝的闭壳肌和缩足肌点位分别经激光处理（40 W、0.5 s）开壳，再经100 ℃沸水漂烫5 s 使外套膜脱离贝壳内表面；激光-蒸汽开壳组：将活贻贝闭壳肌和缩足肌经激光处理（40 W、0.5 s）开壳，再经100 ℃蒸汽保温70 s使外套膜脱离贝壳内表面。上述处理后的贝肉立即经冷风降温后取样分析或留样备用。

图1 贻贝开壳流程Fig.1 Mussel shucking process

1.3.2 闭壳肌脱壳率的测定 分别记录水煮开壳和不同功率不同时间激光开壳后闭壳肌脱壳情况，每组样本为100个。按照下式计算脱壳率和半脱壳率：

1.3.3 闭壳肌感官评定 挑选11 名经过感官评定培训的品评人员，按表1对开壳后闭壳肌进行感官评价。

表1 贻贝闭壳肌感官评定Table 1 Sensory evaluation of mussel adductor muscle

1.3.4 闭壳肌色差测定 以闭壳肌个体中心为测试点，从L*（从黑到白，0～100）、a*（从绿到红，-a～+a）、b*值（从蓝到黄，-b～+b）三方面分别评价闭壳肌肉颜色。

1.3.5 基本营养成分测定 水分含量测定：参考《GB 5009.3-2016 食品安全国家标准 食品中水分的测定》［27］；粗蛋白含量测定：参考《GB 5009.5-2016 食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》采用凯氏定氮法［28］；总脂肪含量测定：参考Folch 等［29］的方法并略作修改，取打碎的脱壳贝肉3 g，加入2 倍体积氯仿-甲醇（v∶v=2∶1）溶液避光浸提12 h，过滤后加入0.2 倍体积的饱和食盐水，静置分液，取下层液体于干燥圆底烧瓶，40 ℃真空旋蒸至恒重，得总脂肪，称重。总糖含量测定：参考《GB 9695.31-2008 肉制品 总糖含量测定》［30］进行测定。

1.3.6 贝肉质构测定 参考顾赛麒等［31］的方法并略作修改。以贻贝个体中心为测试点测定开壳后闭壳肌的硬度、弹性、黏聚性、咀嚼型。测定参数：探头为P/36R，下行速度2 mm·s-1，下压速度1 mm·s-1，回升速度2 mm·s-1，触发力5 g，应变50%。

1.3.7 游离氨基酸测定 参考《GB 5009.124-2016食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》［32］进行测定。

1.3.8 5＇-核苷酸测定及味精当量浓度（equivalent umami concentration，EUC）计算 参考Liu 等［33］的方法并略作修改。取5.00 g匀浆贝肉，加入20 mL 10%高氯酸，涡旋搅拌1 min，10 000 r·min-1离心10 min 后取上清液，沉淀加入10 mL 5%高氯酸，涡旋搅拌1 min，10 000 r·min-1离心10 min后取上清液，重复以上操作，合并上清液，用NaOH 调节pH 值至6.0～6.4，定容至100 mL，用0.22 µL 水系滤膜过滤，滤液上机测试。色谱 柱 型 号 为Waters Atlantis T3（5 µm，4.6 mm ×250 mm），检测波长254 nm，柱温30 ℃，进样量10 µL，流动相为0.02 mol·L-1磷酸盐缓冲液（pH 值6.0）等度洗脱，流速为1 mL·min-1。

味精当量浓度（EUC）计算公式如下［34］：

式中，EUC 为味精当量浓度（gMSG·100 g-1）；ai为鲜味氨基酸浓度（g·100 g-1）；bi为鲜味氨基酸相对鲜度系数，谷氨酸（Glu）=1，天冬氨酸（Asp）=0.077；aj为5＇-核苷酸的浓度（g·100 g-1）；bi为5＇-核苷酸相对鲜度系数，5＇-GMP=2.3，5＇-IMP=1，5＇-AMP=0.18；1 218 为协同作用系数。

1.4 数据处理

每组试验至少平行测定3次，结果以平均值±标准偏差表示。不同处理组间数据采用GraphPad Prism 8进行One-way ANOVA方差分析，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 激光开壳工艺参数的确定

贻贝肉主要通过闭壳肌-缩足肌-外套膜体系依附于贝壳内表面，其中主要由闭壳肌控制贝壳开合，外套膜粘附于贝壳内表面，只要破坏闭壳肌与贝壳的连接就能实现开壳。适当热处理可有效促使闭壳肌和结缔组织中蛋白热变性，并使闭壳肌力学性能改变，肌纤维收缩产生的拉力使闭壳肌脱离贝壳内表面［35-36］。

本研究发现，水煮1 min处理条件下水煮开壳组的贻贝闭壳肌全脱壳率为5%，半脱壳率为70%，还有部分未开壳，且延长蒸煮时间并未能明显提高闭壳肌脱壳率。闭壳肌半脱壳状态下仍有肌纤维黏附在壳壁上，造成闭壳肌破损，说明传统水煮处理下闭壳肌脱壳效果较差。而不同功率和不同时间激光处理的贻贝闭壳肌脱壳率均达到100%，闭壳肌能从贝壳表面较为完整光滑地脱落。

激光开壳处理主要作用于闭壳肌，其色泽和气味的感官评价结果如图2 所示。处理时间过长或处理功率过高，脱壳的闭壳肌表面颜色会加深，甚至出现焦味。闭壳肌色差测定结果（图3）表明，随着激光处理时间的延长，闭壳肌a*值和b*值均呈现上升趋势，反映为闭壳肌变红和变黄，是肌肉熟化的表现。气味方面，（40 W、1.5 s）、（60 W、1.0 s）和（60 W、1.5 s）组均出现烧焦气味（＜6 分），极大影响了贝肉感官品质，（40 W、0.5 s）、（40 W、1.0 s）和（60 W、0.5 s）组无明显的烧焦气味和烧焦变色，感官品质接近新鲜贝肉。综合感官评定和开壳效率，确定激光功率40 W 处理0.5 s 为较优的激光开壳工艺参数。

图2 激光开壳的闭壳肌感官评定Fig.2 Sensory evaluation of adductor muscle of laser shucking

图3 激光开壳对闭壳肌色差的影响Fig.3 Effect of laser shucking on the color difference of adductor muscle

贻贝肉通过外套膜黏附在贝壳内壁上，其组织结构与闭壳肌不同，含有少量的肌肉纤维和结缔组织，但同样可以通过热处理的方式使其脱离贝壳内表面。本试验发现，水煮和激光处理均能使外套膜脱离贝壳。其中水煮开壳组能在短时间脱离，激光处理组由于外套膜连结在贝壳内沿，在实际加工过程中可能会因为设备精度和加工误差导致脱肉率低和生产连续性差。为了解决这一问题，本研究通过激光处理闭壳肌和缩足肌后，结合短时漂烫或蒸汽处理，使外套膜能在更短的时间内脱壳，提升生产效率和连续性的同时避免贝肉被过度熟化。经多次试验发现，100 ℃漂烫处理5 s或100 ℃蒸汽处理保温70 s，可有效分离贝壳与外套膜，以此作为激光-漂烫开壳组和激光-蒸汽开壳组的工艺参数。

2.2 不同开壳方式下贝肉感官品质的变化

本研究通过全质构试验研究了不同开壳方式下的贻贝肉口感变化。结果表明，贻贝肉主要由水分和蛋白等大分子组成，因此加工过程中贝肉水分含量的变化及其肌肉结构和形态决定了贝肉的质地差异。

由图4 可知，水煮开壳组的贝肉硬度较其他处理组显著下降（P＜0.05），造成贝肉硬度下降的原因可能是加热导致蛋白质热变性，引起肌肉纤维发生横向和纵向不同程度的收缩［37］。而激光开壳组、激光-漂烫开壳组和激光-蒸汽开壳组的贝肉在硬度、弹性、咀嚼性方面与手工开壳组较为相似。激光及组合开壳技术组能较好地保持贝肉本身的质构特性，在口感上也更接近鲜贝肉。

图4 不同开壳方式对贝肉质构的影响Fig.4 Effect of different shucking methods on the texture of mussel meat

2.3 不同开壳方式下贝肉营养品质的变化

在贻贝开壳过程中，贝肉品质受到加工方式和加工参数的影响，会发生不同程度的变化。热加工通常会造成贝肉营养成分流失。由表2 可知，与手工开壳组相比，水煮开壳组的贝肉营养成分流失最大，水煮过程中高温使贝肉组织破坏，进而排挤出汁液导致水溶性蛋白、脂质和糖类物质溶出。激光开壳组的贝肉热处理面积小、处理时间短，激光作用的热量传递也较小，营养品质基本接近生鲜贝肉。激光-漂烫开壳组的蛋白质和总糖含量显著高于水煮开壳组（P＜0.05），说明缩短热处理时间能有效降低蛋白质和糖类物质流失。激光-蒸汽组主要靠水蒸气传递热量，营养物质损失较小［38］。综上所述，与手工开壳相比，激光开壳、激光-漂烫开壳、激光-蒸汽开壳对贝肉蛋白质、脂肪和总糖含量均无显著影响（P＞0.05）。

表2 不同开壳方式下贝肉基本营养成分的变化Table 2 Changes of basic nutritional components of mussel meat with different shucking methods

2.4 不同开壳方式下贝肉滋味品质的变化

游离氨基酸（free amino acid，FAA）是贝类中重要的呈味物质［1］。本研究通过研究游离氨基酸含量变化并计算其味觉活性值（taste activity value，TAV）来表征贝肉加工过程中滋味变化情况。由表3 可知，共检测出17种FAA，其中TAV值＞1的FAA占13种。激光-漂烫开壳组和激光-蒸汽开壳组的贝肉FAA 总量较手工开壳组显著提高（P＜0.05），说明短时热处理有助于蛋白质水解成FAA。激光开壳处理对FAA 的影响不显著（P＞0.05），水煮开壳组的总FAA 总量较其他处理组均显著降低（P＜0.05），原因可能是水煮破坏了贝肉组织，导致FAA 流失，且流失速度大于蛋白质水解速度。在鲜味氨基酸方面，天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）是贝类中主要的鲜味氨基酸［6］，水煮处理后的Asp 和Glu含量显著降低（P＜0.05），贝肉鲜味损失较大；激光-漂烫开壳组和激光-蒸汽开壳组的甜味氨基酸总量显著提升，这是由于热处理促进了蛋白质的水解。激光-漂烫和激光-蒸汽处理组贝肉的鲜味氨基酸和甜味氨基酸总量也显著提高（P＜0.05）。

表3 不同开壳方式下贝肉游离氨基酸含量及滋味的变化Table 3 Changes of free amino acid content and taste in mussel meat with different shucking methods

本研究通过高效液相色谱法（high performance liquid chromatograph，HPLC）对不同开壳处理的贻贝肉进行5＇-核苷酸分析。5＇-核苷酸是闭壳肌、足部肌肉和外套膜的重要滋味物质［39］，其中5＇-AMP 含量较高［40］，对贝肉整体滋味的影响也更大。结果表明（表4），贝肉中主要含有5＇-GMP、5＇-IMP、5＇-AMP。其中5＇-AMP 和5＇-GMP 的TAV 值＞1，说明其对贝肉鲜味有较大贡献。5＇-IMP 虽未达到滋味阈值，但能与5＇-GMP 和FAA 等鲜味物质起到协同增鲜的作用［41］。5＇-核苷酸的鲜味强度与分子中的磷酸和5位的核糖骨架相关［42］。热处理会使5＇-核苷酸发生脱磷酸反应，从而导致贝肉鲜味下降。另一方面，由于5＇-核苷酸为水溶性成分，在水煮处理过程中也容易溶出至蒸煮液中，导致5＇-GMP 和5＇-AMP 含量显著下降（P＜ 0.05）。基于鲜味氨基酸和呈味核苷酸含量计算不同开壳处理贻贝肉的EUC 值。结果表明，激光-蒸汽组EUC 值最高，其余开壳处理组较手工开壳组的EUC值均不同程度下降，其中水煮开壳组鲜味物质损失最大。

表4 不同开壳方式下贝肉呈味核苷酸含量变化及味精当量浓度Table 4 Changes of 5＇-nucleotide content and EUC in mussel meat with different shucking methods

3 讨论

本研究通过比较不同开壳方式对贻贝闭壳肌脱壳率及贝肉感官品质、营养品质和滋味品质的影响来综合评价激光及其组合开壳技术的可行性。结果表明，对贝壳外表面的闭壳肌点位使用40 W 激光加热0.5 s能使其脱壳率达到100%，这可能是由于闭壳肌肌肉蛋白热变性使其高级结构非共价键断裂，进而引起肌纤维力学性能改变，发生断裂并脱离贝壳内表面［11］。贻贝闭壳肌的a*和b*值会随着激光热处理时间的延长而呈现上升趋势，并伴随着烧焦气味出现。这是由于热处理导致蛋白质与糖类发生过度的美拉德反应或焦糖化反应［43-44］，因此需严格控制激光功率和处理时间，以达到最好的感官效果。质构是评价贝肉口感的一个重要指标。本研究结果表明，经水煮开壳后的贝肉硬度显著下降，这与林玉锋等［45］的研究结果一致。短时加热时，水分流失较少，硬度下降的主要因素可能是蛋白质热变性造成的组织结构破坏［46］。激光开壳组、激光-漂烫开壳组和激光-蒸汽开壳组的贝肉质构品质相较于水煮开壳组在硬度、弹性和咀嚼性上更接近于新鲜贝肉，口感变化较小。营养和滋味品质方面，水煮开壳过程中蛋白质损失了9.30 g·100 g-1DW，糖类物质损失了10.41 g·100 g-1DW。而激光开壳技术结合漂烫或蒸汽处理通过减少贝肉和热水的接触面积和热处理时间，有效降低了贝肉中基本营养成分的流失，并显著提高了贝肉中FAA 总量，尤其是甜味氨基酸总量，赋予贝肉更丰富的滋味。其中激光-漂烫开壳组和激光-蒸汽开壳组的贝肉总FAA 含量分别较手工开壳组（3 354 mg·100 g-1DW）提升了278.9 和324.5 mg·100 g-1DW。郭 迅 等［47］研 究 发 现 牡 蛎 在 蒸 煮2 min 时FAA 含量显著上升，随着蒸煮时间延长，丙氨酸等含量逐渐减少，说明短时加热有助于蛋白质水解。Abe 等［48］发现长时间蒸煮和热蒸汽处理均会使扇贝FAA 含量降低，说明合适的热处理条件是保持贝肉滋味品质的关键。总体而言，激光及其组合技术处理能赋予贝肉更丰富的滋味，而水煮处理会导致FAA 损失，从而影响贝肉的滋味。水煮开壳会造成5＇-GMP 和5＇-AMP 显著下降，而激光及其组合开壳处理能较好地保留贝肉中的5＇-核苷酸。Zhang 等［49］研究发现，蒸制相较于煮制更能保持河豚肉中的鲜味成分，这与本研究结果相符。对比冷开壳法对贝肉品质的影响，李学鹏等［50］研究发现，超高压开壳能得到较为生鲜的牡蛎，但会显著降低牡蛎肉的硬度、弹性、咀嚼性，主要是因为高压促使贝肉汁液流失。Liu 等［51］用400 和600 MPa 高静水压处理显著提高了牡蛎肉的FAA 总量，而5＇-AMP、5＇-GMP 含量显著降低。综上所述，相较于传统热开壳技术，激光技术定点局部加热的特性使其能更大程度保持贝肉的口感和营养成分，同时具有较好的开壳效果，应用于双壳贝类开壳作业具有可行性，如能进一步将激光技术与机器视觉技术结合可实现双壳贝类高效连续化加工。

4 结论

本研究首次将激光技术用于双壳贝类（贻贝）的开壳加工，确定了贻贝激光开壳的工艺参数为激光功率40 W 和处理时间0.5 s。激光结合漂烫（100℃，5 s）或蒸汽（100℃，70 s）技术实现了壳肉有效分离，有效避免了热力开壳过程中贝肉熟化导致的营养成分流失。总体而言，激光及其组合开壳技术均能获得感官、营养和滋味品质接近于生鲜的脱壳贝肉。