低压静电场对冷冻-解冻后南美白对虾品质的影响研究

仝潇洋 张怡 逄金鑫 高绪英 乔勇进*

（1 上海市农业科学院作物育种栽培研究所，上海 201403；2 上海亿好食品有限公司，上海 201417）*为通信作者

南美白对虾是一种重要的甲壳类经济动物，目前在亚洲和南美洲各国家被广泛养殖。南美白对虾营养丰富，蛋白质含量高，具有极高的经济价值，但因其水分含量高、组织蛋白酶活性较强、自溶迅速，故易腐败变质[1]。冷冻是一种被广泛应用的虾肉加工与贮藏方式，能够有效抑制虾肉品质劣变，延长虾肉货架期。目前，冷冻行业常采用的冷冻加工技术有鼓风冷冻、低温冰冻、浸渍冷冻、液氮冷冻等，相对于新型物理场辅助冷冻，上述4项冷冻技术的冷冻速度较慢，且在冷冻过程中热传递效率较低，会导致冰晶核最先在细胞外溶液中形成并生长成大冰晶，造成细胞收缩、失水，且存在于细胞间隙的冰晶会撕裂细胞间原有的紧密联系，从而影响水产品的质地[2]。因此，控制冰晶的尺寸和分布，使细胞内外的水分形成细小、均匀的冰晶，是提高冻品品质的关键。

低压静电场（Low-voltage electrostatic field，LVEF）作为一种新型非热技术，为肉品的冻结技术革新提供了新思路。低压静电场技术通过静电板产生静电场，静电场中正负离子定向移动，在冻品表面产生湍流，从而可提高传热系数，显著缩短最大冰晶生成时间，减轻冷冻食品内的冰晶损伤，缓解肉品品质劣变，提高解冻肉品质[3]。目前，低压静电场技术在食品贮藏保鲜方面的应用仍属于初始阶段，且该技术在水产品冷冻-解冻方面的应用鲜有报道。在此背景下，笔者探索了低压静电场对冷冻-解冻后南美白对虾品质的影响，现将相关试验结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验原材料为南美白对虾活体，由上海亿好（润航）食品有限公司提供，虾的平均体质量为15.0±0.3 g/尾。

1.2 试验设备

试验设备为CR21N 高速冷冻离心机（Hitachi 公司，日本）、CM-5 色差仪（柯盛行仪器有限公司，杭州）、TA.XT plus 质构仪（PIERCE 公司，加拿大）。

1.3 试验设计

将南美白对虾活体放入保鲜袋，随机分为11组，每组的南美白对虾处理方法见表1。同时，将Fresh组定义为非处理组，其他10组定义为处理组。冷冻-解冻的具体操作为：将南美白对虾样品置于-35 ℃条件下快速冷冻，在冷冻期间，依据试验设计对各处理组的南美白对虾样品施加不同强度的低压静电场（电场强度分别为400、800、1 600 V/m）。当南美白对虾样品中心温度冷冻至-20 ℃时，去除低压静电场。然后，将南美白对虾样品转移至（-20±2）℃的冷库中贮藏7 d。在解冻过程中，将上述冷冻贮藏的南美白对虾样品取出，并依据试验设计对各处理组的南美白对虾样品施加不同强度的低压静电场（电场强度分别为400、800、1 600 V/m）。

表1 不同处理的南美白对虾样品处理方法

1.4 调查项目及方法

1.4.1 离心损失率

离心损失率是表征水产品持水性的重要参数，也是判断水产品新鲜度的一项指标，越新鲜的水产品，其离心损失率越低。

参考卢涵[4]的方法并进行些许改动，调查离心损失率。具体操作方法为：每处理分别称取1 g 样品（样品质量记作m1），装入离心管中进行离心（离心速度10 000 g，离心时间10 min），取出虾肉并拭干其表面水分，再次称重（样品质量记作m2），根据下列公式计算离心损失率，平行调查5 次，取平均值。计算公式：离心损失率=[（m1-m2)÷m1]×100%。

1.4.2 质构的测定

硬度是直接反应口感的一项指标。在质地分析中，硬度和弹性直接影响咀嚼性。其中，咀嚼性是指咀嚼样品至能吞咽状态时所需的能量[5]；弹性是指样品受到外力后恢复到发生形变前的高度或体积比率[6]。在水产品冷冻贮藏期间，肌肉纤维的破坏会降低其硬度、弹性、咀嚼性。

参考周逸等[7]的方法并进行些许改动，测定样品的质构指标。具体操作方法为：测定部位为南美白对虾的第二腹节，将第二腹节的虾肉切成大小为2 cm×1 cm ×1 cm 的均匀方块试样，利用TA.XT plus质构仪测定试样的质构指标，平行测定5次，取平均值。仪器参数为：P/36R 探头，触发力为5 N，测试前速度为5.00 mm/s，测试速度为1.00 mm/s，测试后速度为5.00 mm/s，压缩距离为5 mm。

1.4.3 色泽的测定

色泽是肉类感官品质的重要指标之一，其优劣直接影响消费者的购买欲望。

参考桑燕菲[8]的方法测定样品的色泽，具体操作方法为：取南美白对虾第二、第三腹节的虾肉，切成大小为8 mm ×8 mm ×6 mm 的均匀方块试样，利用CM-5 色差仪（使用黑板调零，白板校准）测定试样的色泽，平行测定5 次，取平均值。

1.4.4 感官评定

参考Xu 等[9]的方法进行样品的感官评定，具体操作方法为：每处理分别挑选5 只完整的南美白对虾，由评定小组以六分制表为依据，分别从气味、色泽、肌肉弹性、形态、蒸煮试验5个项目来评价样品的感官品质，各项目得分为不同处理5 只南美白对虾的平均值，项目总分30分（总分达30分表示绝对新鲜，总分低于15分表示产生腐败）。南美白对虾感官品质具体评分标准见表2。

表2 南美白对虾感官品质评分标准

1.5 数据分析

使用SPSS Statistics 19软件对试验结果进行单因素方差分析和差异显著性分析（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 南美白对虾冷冻-解冻过程中离心损失率的变化情况

由表3可知，处理组的南美白对虾离心损失率显著高于Fresh 组的样本（P<0.05），其中，CK 组的离心损失率最高。在处理组中，TA组的离心损失率最低，其次是FTB 组，这与冰晶诱导肌原纤维蛋白变性有关[10]。总体来说，在冷冻和解冻阶段均使用低压静电场比单一阶段使用低压静电场拥有更低的离心损失率，这与低压静电场能够在冷冻过程中减小冰晶尺寸、在解冻过程中引发离子风有关[11-12]。

表3 低压静电场辅助冷冻-解冻对南美白对虾离心损失率的影响

2.2 南美白对虾冷冻-解冻过程中质构的变化情况

由表4 可知，Fresh 组的硬度显著高于处理组（P<0.05），这与冰晶破坏了肌肉的微观结构有关[13]。其中，CK 组的硬度显著低于其他处理组（P<0.05），FTB 组的硬度仅低于Fresh 组，这说明低压静电场能够降低冰晶对肌肉微观结构的破坏。同时，观察到随着静电场强度的提高，同一处理方式（如FA、FB、FC 组）的硬度变化呈现出先上升、后下降的趋势，静电场强度为800 V/m 时南美白对虾有更好的硬度品质。在弹性方面，CK组的测定值最低，而FTB组的弹性显著高于Fresh 组（P<0.05）。冷冻贮藏后，处理组的咀嚼性显著低于Fresh 组，这与硬度的降低相吻合。处理组中CK 组的咀嚼性最低，而FTB 组的咀嚼性最高，且上述两组间存在显著差异（P<0.05），这说明FTB 组能够有效维持南美白对虾的质地。

表4 低压静电场辅助冷冻-解冻对南美白对虾质构的影响

2.3 南美白对虾冷冻-解冻过程中色泽的变化情况

从表5可知，Fresh组的亮度值显著低于处理组（P<0.05），这与南美白对虾解冻后汁液流失有关。在处理组中，CK 组的亮度值最高，FTB 组的亮度值最低，且两组间存在显著性差异（P<0.05）。在红度值方面，Fresh 组显著高于FTA 组（P<0.05），然而，Fresh 组与其他处理组间无显著性差异（P>0.05），其中，CK 组的红度值最高，这与虾青素的降解有关。与Fresh 组对比，处理组的黄度值出现了不同程度的升高，其中，CK 组、TA 组、FB 组、TB 组和FTC 组显著高于Fresh 组（P>0.05），且CK 组的黄度值最高。

表5 低压静电场辅助冷冻-解冻对南美白对虾色泽的影响

2.4 南美白对虾冷冻-解冻过程中感官品质的变化情况

由表6可知，与Fresh 组相比，处理组的感官品质均出现了显著下降（P<0.05），其中CK 组的总得分最低，为19.50分，并未达到腐败程度；TB组、FTB组和FTC 组的总分相对较高，分别为25.00、24.50和24.50分。在气味、色泽等五个方面中，处理组的色泽得分下降最明显，这与虾在贮藏过程中黑变有关[14]。南美白对虾虾体内无色的单酚会被多酚氧化酶氧化，最终转化为有色醌，而醌类物质很容易与氨基酸、蛋白质发生反应产生黑色素，故影响了南美白对虾的色泽[15]。其次是虾体形态的变化，南美白对虾经过贮藏后，其头部容易脱落，导致其形态损伤，其中TA 组、TB 组和FTB 组的形态得分最高。

表6 低压静电场辅助冷冻-解冻对南美白对虾感官品质的影响

3 结论与讨论

南美白对虾冷冻和解冻过程中冰晶损伤能够降低其品质，亟须一种辅助冷冻技术，降低冰晶对南美白对虾的损伤。低压静电场作为一种新型辅助冷冻和解冻技术，克服了高压静电场中安全性低、耗能高和产生有害气体的缺点，可改善南美白对虾冷冻的贮藏品质。在冷冻-解冻过程中，冰晶促使蛋白质高级结构的改变，降低与水分子间的结合力，提高了虾肉的离心损失率[10]。同时，较大的冰晶能够破坏肌纤维微观结构的完整性，从而降低虾肉的硬度、弹性和咀嚼性[16]。因此，本试验中CK组具有最高的离心损失率和最差的质地品质。前人研究指出，离心损失率的上升会导致虾肉表面的水分含量提高，增加虾肉亮度值[17]，这与本试验中CK组具有最高的亮度值相吻合。

在冷冻过程中，低压静电场能够抑制冰晶的生长，减小冰晶的尺寸，保证了肌纤维和蛋白质结构的完整性[11]。而在解冻过程中，低压静电场能够促使带电离子定向移动，攻击冰晶中的水分子，从而提高水分子的动能，加速冰晶的融化[18]。这能够减小冰晶对肌肉结构的损伤。因此，被低压静电场处理的虾肉具有更低的离心损失率和更好的质地品质。虾青素是虾肉中重要的生物活性物质，也是影响虾肉红度值的重要物质[19]。冰晶破坏了肌细胞的膜结构，使细胞中的促氧化剂与虾青素反应，提高了CK 组的红度值。然而，低压静电场辅助冷冻-解冻则有利于虾青素的积累，降低了处理组的红度值。

本研究对比分析了在不同强度的低压静电场辅助冷冻-解冻南美白对虾的品质变化。结果表明，低压静电场能够有效抑制南美白对虾离心损失率的上升，改善其色泽和质地品质。随着低压静电场强度的提高，南美白对虾的品质也逐渐提高。然而，当低压静电场强度为1 600 V/m 时可能破坏了虾肉的细胞膜结构，导致其品质低于低压静电场强度为800 V/m 的样品。同时，观察到在冷冻和解冻阶段均使用电场强度为800 V/m 的低压静电场比应用于单一阶段具有更低的离心损失率和更好的质地品质。因此，在冷冻-解冻过程中均使用电场强度为800 V/m的低压静电场可以更好地维持南美白对虾的品质。