超高压对鲜活小龙虾脱壳效率、肌原纤维蛋白和蒸煮特性的影响

叶韬1,2,陈志娜1,2,吴盈盈1,陶瑾1,王许蜜1,周姝1,王云1,2,陆剑锋3,4,5*

1(淮南师范学院 生物工程学院,安徽 淮南,232038) 2(资源与环境生物技术安徽普通高校重点实验室,安徽 淮南,232038) 3(合肥工业大学 食品与生物工程学院,安徽 合肥,230009) 4(安徽省农产品精深加工重点实验室,安徽 合肥,230009) 5(农产品生物化工教育部工程研究中心,安徽 合肥,230009)

摘 要 为了解超高压加工技术对鲜活小龙虾脱壳效果和虾仁品质的影响,采用压力为100、150、200、250、300 MPa的超高压处理(室温,3 min)对小龙虾进行辅助脱壳,考察压力对小龙虾脱壳指标(脱壳率、虾仁完整率、虾仁产率、汁液流失率和感官评分)、肌原纤维蛋白变性程度(盐溶性、表面疏水性、总巯基含量、Ca2+-ATPase活性)、菌落总数、脂肪氧化程度(TBA值)以及虾仁的蒸煮特性(蒸煮损失、色泽、质构)的影响。结果表明,当压力大于200 MPa时,脱壳的感官效果评分高,虾仁的脱壳率和虾仁完整率均达到100%,产率在17.27~19.50%;随着压力的增加(100~300 MPa),虾仁的pH值缓慢增加,肌原纤维蛋白盐溶性、总巯基含量和Ca2+-ATPase活性不断下降,表面疏水性不断上升,经300 MPa处理后肌原纤维蛋白变性程度明显;此外,超高压不仅能够减少虾仁菌落总数、虾仁的蒸煮损失,还能能够降低熟化虾仁的硬度、咀嚼性、弹性和回复性。故超高压技术可被应用作为鲜活小龙虾辅助脱壳的有效方式。

关键词 小龙虾;超高压;脱壳;肌原纤维蛋白;脂肪氧化;蒸煮特性

小龙虾是克氏原螯虾(Procambarus clarkii)的简称,又称淡水小龙虾,是我国重要的淡水经济虾类。湖北、安徽、湖南、江苏、江西等省份都在大力发展淡水小龙虾的养殖,2017年小龙虾的全国养殖产量达112.97万t,较2016年增幅达到36.59%[1]。作为我国目前市场上最畅销的淡水虾类,小龙虾越来越受到更多人的关注[2]。在养殖规模及市场需求不断扩大的同时,小龙虾加工总量也在不断增加。速冻虾仁是小龙虾加工的主要产品之一,脱壳是虾仁生产的必要工序。为了方便肉壳分离,需要对小龙虾进行适当的前处理,汪兰等[3]报道目前小龙虾虾仁生产常用的方法是先对虾进行速冻、解冻预处理,再进行壳肉分离(人工或传统机械)。有文献报道了可先将小龙虾进行蒸煮或热烫,再用常温水和冷却水冷却处理后杀菌、脱壳[4]。上述报道的热烫、冻结等脱壳前处理工序一定程度上能够较好地保持虾仁的新鲜味,但也面临着处理时间长、耗能高,且虾仁品质不够高(如虾仁破损、虾尾断裂)等问题。

超高压作为一种冷处理技术,只作用于大分子(如蛋白质)的非共价结构,不仅不会破坏水产品原有的风味和营养价值,且具有一定的杀菌效果;同时,能够使壳和肉之间的黏连组织蛋白发生变性,使得壳肉易于分离[5],因此,超高压技术被逐渐应用到虾、蟹、贝类等水产品的辅助脱壳研究中。王芝妍等[6]发现使用200 MPa压力处理鲜活中华管鞭虾(Solenocera melantho)3 min后,能显著提高脱壳效果,并能保持虾仁结构完整性,且生虾肉硬度、弹性和咀嚼性比直接剥壳组分别提高35.37%、7.46%和24.93%;超高压处理(440 MPa、16 min、60 ℃)还能辅助鲜活中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)进行脱壳,与蒸煮处理相比,蟹肉的分割得率由27.57%提高到34.24%,所得的分割产品色泽鲜嫩,完整性好,感官品质高,且高压脱壳比传统蒸煮脱壳能够节省约53%的能耗[7]。GUPTA等[8]使用超高压(500 MPa,3 min,30 ℃)处理绿唇贻贝(Perna canaliculus)辅助其脱壳,发现高压具有较好的脱壳效果,有助于提高产量,但质构仪穿刺试验表明高压处理后的贻贝肉变的更坚实,推测这可能会影响消费者的可接受性。XUAN等[9]使用超高压(200~400 MPa,1~10 min,室温)辅助鲜活缢蛏(Sinonovacula constricta)脱壳时发现,超高压能够显著提高脱壳效率,且减少缢蛏肉中的菌落总数和汁液流失,但400 MPa处理10 min会显著导致肉中的脂肪发生氧化;因此,使用超高压技术辅助水产品脱壳时,不仅需要考虑脱壳效率,还应该考虑压力对产品脂肪氧化以及蒸煮特性等品质的影响。

虽然目前已有超高压技术辅助小龙虾脱壳方面的相关报道,如汪兰等[3]对热烫处理(100 ℃,4 min)后的小龙虾进行超高压脱壳,优化得到最佳脱壳工艺参数为300 MPa、1 min,同时虾肉完整性好,硬度有所增加、耐咀性变大,而弹性变化不明显;而SHAO等[10]使用高压处理(100~500 MPa,时间5 min,温度约28 ℃)鲜活小龙虾,发现200 MPa更适合鲜活小龙虾脱壳,且虾肉的硬度、弹性和咀嚼性等均显著增大,但这2项研究都较少关注压力对生鲜虾仁脂肪氧化、菌落总数和蒸煮特性的影响。鉴于此,本文进一步研究了不同压力(100~300 MPa)对鲜活小龙虾的脱壳效果、肌原纤维蛋白变性程度、虾仁的脂肪氧化和菌落总数、蒸煮特性等影响,以期为今后超高压技术在小龙虾辅助脱壳中的产业化应用提供实践参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜活小龙虾,质量为(14.5±2.2) g,在2018年6~8月期间,购于当地农贸市场,室温下无水保活,待用。

三羟甲基氨基甲烷(TRIS)、KCl、乙二胺四乙酸(EDTA)、十二烷基硫酸钠(SDS)、CaCl2、溴酚蓝、钼酸铵、马来酸等均为分析纯,合肥泓熙生物公司;牛血清蛋白、5′-三磷酸腺苷(ATP),上海阿拉丁生物公司。

1.2 仪器与设备

HPP.L2-600/0.6型超高压设备,天津华泰森淼生物工程技术股份有限公司;DZ500/2D型真空包装机,上海尤溪机械设备有限公司;FA-N型分析天平,上海民桥精密科学仪器有限公司;PHS-3C型pH计,上海仪电科学仪器股份有限公司;D-7型紫外可见分光光度计,南京菲勒仪器有限公司;YT-48A型白度色度仪,杭州研特有限公司;TA-XT PLUS型物性测试仪,英国STABLE公司。

1.3 小龙虾的超高压脱壳方法

在压力釜中放入水,将鲜活小龙虾放于真空袋(PET和PE复合材质)中,放入约100 mL蒸馏水,真空包装(真空度0.08 MPa,抽气时间15 s,热封时间2.3 s)后,放于压力釜中,调整水位,设定压力和保压时间,进行超高压处理,平均升压速度为15 MPa/s,泄压过程在2 s内完成,处理后取出小龙虾,手工剥壳,进行相关指标测定。压力梯度为:0.1(常压)、100、150、200、250、300 MPa,处理时间3 min,温度为室温(25 ℃),每批处理10只,常压对照为0.1 MPa,试验重复3次。

1.4 小龙虾脱壳效果的评价

参考XUAN等[9]的方法,略有修改。准确称量(精确至0.001 g)鲜虾质量,超高压处理后进行手工剥壳,观察、记录虾仁和虾壳的分离情况以及虾仁的完整性(主要是虾仁尾部),并称量虾仁和虾壳的质量。脱壳率:虾仁与虾壳完全脱离的比率;完整率:完整虾仁所占的比率;虾仁得率:虾仁质量与鲜虾质量比率。计算脱壳后汁液流失率(drip loss),计算如公式(1)所示:

汁液流失率

(1)

式中:W0,带壳鲜虾质量,g;W1,虾仁质量,g;W2,小龙虾壳与虾头等废料质量,g。

脱壳效果感官评定:选择6名实验人员,经过专业训练后组成感官评定小组,从虾仁剥离难易程度、剥离后肌肉形态、气味等方面进行评分(表1)。

表1 小龙虾感官脱壳效果评分标准
Table 1 The criteria of sensory score of shelling for crayfish

指标评分标准分值虾仁剥离的难易虾仁很容易剥离3~4虾仁容易剥离2~3虾仁很难剥离0~1虾仁的形态脱仁完整,虾尾无断裂3~4脱仁较完整,虾尾有断裂2~3虾仁不完整,虾仁断尾严重0~1虾仁的气味鲜虾肉特有的气味3~4稍有熟化气味2~3较强的熟化气味0~1

1.5 虾仁肌原纤维蛋白变性程度的测定

1.5.1 虾仁pH值的测定

参考文献[11]的方法,略有修改。称取1 g虾肉,放入玻璃匀浆器中,加入9 mL蒸馏水,在冰浴中充分研磨,4 ℃中静置15 min后取上部分测定。

1.5.2 肌原纤维蛋白含量测定

参考文献[6]的方法,取1 g虾肉,加入10 mL预冷的低盐缓冲溶液(50 mmol/L KCl、20 mmol/L Tris-Maleate,pH 7.0),用玻璃匀浆器在冰浴中充分匀浆,4 ℃提取1 h,10 000 r/min离心10 min,弃去上清液,沉淀加入10 mL的Tris-Maleate高盐缓冲液(0.6 mol/L KCl、20 mmol/L Tris-马来酸,pH 7.0),充分匀浆,4 ℃提取1 h,10 000 r/min离心10 min,得到的上清液为肌原纤维蛋白溶液。以牛血清蛋白溶液作标准曲线,用双缩脲法测蛋白含量。

1.5.3 肌原纤维蛋白表面疏水性测定

根据周果等[11]方法,取1 mL小龙虾肌原纤维蛋白溶液于离心管中,加200 μL的1 mg/mL溴酚蓝指示剂,振荡摇匀15 min,然后10 000 r/min离心20 min,取上清液稀释10倍,并在595 nm下测定吸光值,用20 mmol/L磷酸盐缓冲液(pH 6.0)作为空白。肌原纤维蛋白所结合的溴酚蓝的量为表面疏水性,计算方法如公式(2)所示:

表面疏水性

(2)

式中:A1,空白的吸光值;A2,样品的吸光值。

1.5.4 肌原纤维蛋白总巯基含量测定

参考文献[12]的方法,取1 mL小龙虾肌原纤维蛋白溶液,先加9 mL的0.2 mol/L Tris-HCl(8 mol/L尿素、2 g/100 mL SDS和10 mmol/L EDTA,pH 6.8)摇匀,再加1 mL的1 g/L 2-硝基苯甲酸溶液(溶于0.2 mol/L Tris-HCl,pH 8.0),45 ℃水浴加热30 min,测定412 nm处的吸光值(0.6 mol/L KCl溶液为空白)。总巯基含量计算如公式(3)所示:

总巯基含量

(3)

式中:A,412 nm处的吸光值;C,样品的稀释倍数。

1.5.5 肌原纤维蛋白Ca2+-ATPase活性测定

参考文献[13]的方法,取0.5 mL肌原纤维蛋白溶液,分别加0.3 mL的0.5 mol/L Tris-Maleate(pH 7.0)、0.5 mL的0.1 mol/L CaCl2溶液、3.45 mL蒸馏水和0.25 mL的20 mmol/L ATP,在25 ℃水浴反应10 min。立即加3 mL的15%三氯乙酸(TCA)终止反应,然后8 000 r/min离心5 min,取上清液。用钼酸铵法测定上清液中的无机磷含量,Ca2+-ATPase活性以为每分钟每毫克肌原纤维蛋白分解ATP释放磷酸根中磷的微克数表示。

1.6 虾仁脂肪氧化程度测定

参考文献[9]的方法,略有修改。取5 g虾肉,加入10 mL蒸馏水、25 mL质量浓度为200 g/L的三氯乙酸溶液后,冰浴充分匀浆后4 ℃静置1 h,4 500 r/min离心10 min,取上清液过滤后定容至50 mL,取5 mL滤液加入0.02 mol/L的硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA)溶液5 mL,沸水浴上反应20 min后流水冷却,在532 nm处测吸光值,以丙二醛的含量表示TBA值。

1.7 虾仁菌落总数测定

采用GB 4789.2—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》中的稀释平板计数法测定虾仁的菌落总数。

1.8 虾仁蒸煮特性的测定

将脱壳后的小龙虾仁在95 ℃水浴中加热5 min,参照文献[13]测定蒸煮损失(cooking loss)。熟制虾仁质构(texure profile analysis,TPA)的测定:使用TPA模式,探头选择P/36R,测定前速度为1 mm/s,触发力10 g,测试速度5 mm/s,压缩程度30%,测定后速度为5 mm/s,2次压缩间隔5 s,得到虾仁的全质构参数。

熟制虾仁色泽的测定:先对色差计进行调零、校准,再对熟制虾仁进行色泽测定。

1.9 数据分析

试验至少重复3次,使用SPSS 17.0软件进行数据分析,用Excel 2003作图。

2 结果与分析

2.1 压力对小龙虾脱壳效果的影响

2.1.1 压力对小龙虾脱壳效率的影响

由表2可知,经100 MPa压力处理后,小龙虾壳肉分离困难,当压力达到150 MPa时,壳肉易于分离,但虾仁的完整率仅为76.76%,主要表现在脱壳后虾尾不完整,当压力≥200 MPa时,壳肉更易分离且能得到完整的虾仁。在100~300 MPa压力范围内,随着压力的增大,虾仁的得率先升高后下降,在250 MPa时达到最大值19.05%,较对照组0.1 MPa提高了7.43%,进一步提高压力至300 MPa,虾仁得率显著下降至17.27%(P<0.05)。

表2 压力对鲜活小龙虾脱壳效率的影响
Table 2 The effect of pressure levels on shelling efficiency of fresh crayfish

压力/MPa脱壳率/%完整率/%虾仁得率/%0.10.00±0.00a0.00±0.00a11.62±2.20a1000.00±0.00a0.00±0.00a14.29±2.18b150100.00±0.00b76.67±5.77b15.21±1.97b200100.00±0.00b100.00±0.00c18.38±2.63cd250100.00±0.00b100.00±0.00c19.05±3.17c300100.00±0.00b100.00±0.00c17.27±2.58d

注:数据表示为平均数±标准偏差;同一列中不同字母表示存在显著差异(P<0.05)。下同。

易俊洁等[15]研究超高压(100~300 MPa)辅助鲜活南美白对虾(Litopenaeus vannamei)脱壳时发现,100 MPa压力处理后壳肉分离效果不明显,压力增加至200 MPa时,虾仁的完整性显著提高且达到最大值,继续增大压力至300 MPa,虾仁的完整性无显著变化,但虾仁得率呈现下降趋势,本研究结果与其类似。虾的外壳是通过表皮(主要成分是蛋白质)连续附着到肌肉上,壳和肉不易分离[5]。超高压能够引起壳肉之间的连接组织蛋白发生变性,一定范围内,压力越大蛋白变性程度越大,壳肉越容易发生分离,剥壳后虾仁完整性越高,相应的虾仁产率也增大,当压力超过脱壳临界值后,脱壳率和完整性均达到最大值。因此,适当的超高压辅助脱壳能够提高小龙虾的脱壳率、完整率和虾仁得率。

2.1.2 压力对汁液流失率和感官品质的影响

由图1-a可知,对照组(0.1 MPa)的平均汁液流失率为(5.10±1.98)%,随着压力的增大,小龙虾的汁液流失率呈现降低的趋势。100 MPa压力处理小龙虾的汁液流失率与对照组相差不大,150~300 MPa的超高压处理能够在一定程度上降低汁液流失率,250 MPa处理后,汁液流失率为(2.56±1.18)%,约减少至对照组的一半。

a-汁液流失率;b-感官评分
图1 压力对鲜活小龙虾汁液流失率和感官品质的影响
Fig.1 The effect of pressure levels on the drop loss and sensory score of fresh crayfish
注:不同字母表示存在显著差异(p<0.05)。下同。

由图1-b可知,超高压处理有利于小龙虾的脱壳效果感官评分的提高,100~150 MPa处理后,与未处理的鲜虾相比容易脱壳,但虾仁容易出现断尾现象而影响感官评分;200~250 MPa压力处理后,小龙虾的脱壳效果较好,虾仁完整,感官评分最高。当压力达到300 MPa时,小龙虾虽较易剥离虾壳且虾仁完整性好,但虾仁出现轻微熟化特征,如肌肉变硬、发白,虾仁稍有熟化气味。崔燕等[16]认为,超高压加工会引起水产品感官性状发生变化,如透明度消失、色泽变白,产生熟化现象,本研究结果与其一致。这可能是由于超高压在引起壳肉之间连接组织蛋白发生变性的同时,也会引起虾仁蛋白发生变性、蛋白和脂质的氧化、蛋白水合能力的改变等多重效应,从而影响到虾仁感官特性[17]

图2 压力对鲜活小龙虾脱壳效果图
Fig.2 The effect of pressure levels on the visual appearance of fresh crayfish

2.2 压力对虾仁pH及肌原纤维蛋白的影响

2.2.1 压力对虾仁pH的影响

由图3可知,对照组(0.1 MPa)小龙虾仁的pH值为6.76±0.24,100~300 MPa压力范围内,随着压力的增加,小龙虾仁的pH值呈现缓慢增加的趋势。200 MPa压力处理后,虾仁的pH值达到6.99±0.21,当压力继续增加至300 MPa后,小龙虾仁的pH值增加至7.10±0.12,但不同处理组虾仁的pH值在统计学上无显著性差异(P>0.05)。类似结果也在新鲜三疣梭子蟹中被发现,超高压处理(150~350 MPa)会使蟹肉的pH值逐渐升高,且300 MPa处理后蟹肉的pH值显著高于未处理组(6.69)[11]。这可能由于肉制品在被较高的压力处理后,其肌原纤维蛋白和肌浆蛋白的三级结构和四级结构发生变化,暴露出碱性氨基酸基团,从而使得肉制品的pH值发生变化[17]

图3 压力对小龙虾仁pH的影响
Fig.3 The effect of pressure levels on the pH changes of fresh crayfish meat

2.2.2 压力对虾仁肌原纤维蛋白的影响

由表3可知,压力在100~300 MPa范围内,随着压力的增加,小龙虾的肌原纤维蛋白含量呈现下降趋势、表面疏水性逐渐增强、总巯基含量逐渐减少,Ca2+-ATPase活性逐渐减弱。与对照组相比,100 MPa处理后能够显著增强小龙虾仁肌原纤维蛋白的表面疏水性(P<0.05),而对其它指标无显著影响(P>0.05);150 MPa处理后表面疏水性显著增加(P<0.05),总巯基含量显著下降(P<0.05)。200 MPa导致小龙虾仁表面疏水性进一步增强,总巯基含量进一步下降,Ca2+-ATPase活性显著下降(P<0.05);250 MPa较200 MPa无显著性差异(P>0.05);继续升高压力至300 MPa,小龙虾仁的表面疏水性、总巯基含量和Ca2+-ATPase活性发生显著变化(P<0.05)。

表3 压力对鲜活小龙虾虾仁肌原纤维蛋白含量、表面疏水性、总巯基含量和Ca2+-ATPase活性的影响
Table 3 The effect of pressure levels on the myofibrillar protein content,surface hydrophobicity,total sulfhydryl content and Ca2+-ATPase activity of fresh crayfish meat

压力/MPa肌原纤维蛋白含量/(mg·mL-1)表面疏水性/μg总巯基含量/(μmol·L-1)Ca2+-ATPase活性/[μmol·(mg·min)-1]0.17.69±0.125a78.26±2.13a18.23±1.89a0.0083±0.0028a1007.66±0.182ab83.39±2.01b16.29±1.77ab0.0078±0.0023a1507.62±0.197ab86.78±2.26c16.87±1.95b0.0077±0.0032a2007.60±0.087ab102.63±1.95d14.19±1.63c0.0070±0.0013b2507.58±0.093ab103.84±1.99d13.83±1.72c0.0069±0.0015b3007.53±0.118b108.92±2.04e11.92±1.78d0.0059±0.0021c

肌原纤维蛋白作为肌肉中的主要蛋白质,其变性情况可以反映虾仁蛋白的变性程度[18]。超高压能够压缩蛋白体积、改变蛋白质四级(小于150 MPa)、三级(200 MPa左右)和二级结构(300~700 MPa),从而导致蛋白质发生解离、去折叠、变性、聚集、凝结和凝胶化等变化,使得虾仁肌原纤维蛋白的生化特性发生变化[17]。高压导致蛋白质变性、聚集,降低了肌原纤维蛋白的盐溶性,从而导致含量下降[6,18];高压也会影响蛋白质的表面疏水性,疏水基团一般位于蛋白质分子的内部,超高压处理导致肌原纤维蛋白的去折叠,使得折叠态的蛋白分子开始伸展,将内部的疏水性基团暴露出来,从而增强了表面疏水性[20]。高压还会影响肌原纤维的Ca2+-ATPase活性,肌球蛋白是肌原纤维蛋白中的主要蛋白质,分子呈现“豆芽”状,肌球蛋白头部比尾部的稳定性差[21],且具有ATP酶活性,超高压会引起肌球蛋白头部酶活中心空间构象发生变化,使得Ca2+-ATPase酶活性降低[6]。此外,闫春子等[20]认为高压引起的肌原纤维蛋白总巯基含量的下降,主要是由于蛋白质分子的去折叠(展开)外露了内部的巯基,巯基氧化成二硫键而导致含量的下降。

本研究发现,随着脱壳压力的增大,小龙虾仁的肌原纤维蛋白的含量、总巯基含量和Ca2+-ATPase酶活性在不断下降,而表面疏水性在不断上升。其中300 MPa处理后,虾仁肌原纤维蛋白各项指标变化显著,表明300 MPa脱壳使得小龙虾仁蛋白发生明显变性,这与小龙虾仁的感官评价相一致。因此,使用压力为200、250 MPa对鲜活小龙虾进行脱壳,一定程度上能够保持虾仁的原有品质。

2.3 压力对虾仁菌落总数和TBA值的影响

由图4-a可知,对照组小龙虾仁菌落总数为998 CFU/g,压力能够显著降低小龙虾仁中的菌落总数,且压力越大,菌落总数减少越多。当压力由100 MPa增加至250 MPa时,小龙虾仁的菌落总数显著降低至50 CFU/g(P<0.05),压力进一步增加至300 MPa,菌落总数降低至30 CFU/g,超高压能破坏微生物细胞膜、酶活、遗传物质,从而起到杀菌作用[16]。因此,超高压处理在实现辅助脱壳的同时,也能够降低小龙虾仁中的微生物含量。

由图4-b可知,对照组小龙虾仁的TBA值为0.015 mg/100 g,100~300 MPa的超高处理后小龙虾仁的TBA值在0.021~0.024 mg/100 g之间,因此,试验范围内的超高压处理会显著增加小龙虾仁的TBA值(P<0.05),但不同压力之间的TBA值无显著差异(P>0.05)。XUAN等[9]使用200~400 MPa的超高压处理对缢蛏(S.constricta)进行辅助脱壳时发现,与生鲜肌肉相比,高压脱壳得到的缢蛏肌肉其丙二醛值显著升高(P<0.05),并认为这可能是由于多不饱和脂肪酸与氧发生反应生成氢过氧化物而造成的,本研究结果与其类似。通常情况下,水产品由于富含不饱和脂肪酸,易发生脂肪氧化,CABRAL等[17]报道称超高压加速鱼肉脂肪氧化,认为可能是由于:(1)高压处理破坏了细胞膜的稳定性,增加了化合物的流动性和它们之间的相互作用(不饱和脂肪酸、金属催化剂、氧等),加速氧化过程中的催化作用;(2)高压在引起蛋白变性后,能够产生铁、血红素化合物等能催化脂肪氧化的有效催化剂;(3)在高压引起蛋白氧化过程中,产生的自由基也能够进一步引发脂质氧化。

a-菌落总数;b- TBA值
图4 压力对鲜活小龙虾虾仁菌落总数和脂肪氧化的影响
Fig.4 The effect of pressure levels on total viable counts and thiobarbituric acid (TBA) of fresh crayfish meat

2.4 压力对小龙虾仁蒸煮特性的影响

蒸煮损失是小龙虾仁重要的食用品质之一,如5-a所示,未处理小龙虾仁的蒸煮损失为28.60%,100~300 MPa的超高压处理后虾仁的蒸煮损失在22.04%~26.34%,其中,150 MPa和200 MPa的超高压处理与对照组相比,能够显著降低虾仁的蒸煮损失(P<0.05),由此可见,超高压处理在一定程度上能够减少虾仁的蒸煮损失。MORTON等[21]的研究表明,牛外脊肉经过超高压处理(175 MPa,3 min;250 MPa,2 min)后,其蒸煮损失明显降低。因此,这可能由于高压引起虾仁蛋白质发生变性,能够在蒸煮过程中保留更多的水分。

由图5可知,与对照组(0.01 MPa)相比,超高压处理能够显著降低虾仁的亮度值L,但超高压处理会显著增加熟制虾仁的红值a和黄值b,这可能是由于超高压有利于色素细胞从表皮中分离出来,使得虾仁表面含有更多的色素物质。由图6可以看出,超高压脱壳得到的虾仁熟化后,颜色会更佳鲜红诱人。

a-蒸煮损失;b-亮度值L;c-红值a;d-黄值b
图5 压力对熟制小龙虾虾仁蒸煮损失和色泽的影响
Fig.5 The effect of pressure levels on the cooking loss and color of cooked crayfish meat

图6 压力对熟制小龙虾仁的影响
Fig.6 The effect of pressure levels on the visual appearance of cooked crayfish meat

由表4可知,100~300 MPa的超高压处理后熟制虾仁的硬度、咀嚼性、弹性和回复性均显著减小(P<0.05),然而不同压力之间差异不显著(P>0.05)。白艳红等[23]研究发现,100~400 MPa的高压处理(10 min)能够使得熟化绵羊肉(沸水中煮至中心温度75 ℃)的剪切力值显著下降(P<0.05),贺玉珊等[24]也报道称超高压处理能够对肉制品起到嫩化作用,本研究结果与其类似。这可能是由于超高压处理引起蛋白变性、聚集,改变肌动球蛋白相互作用[25-26],解离α-肌动蛋白,引起肌纤维结构的碎片化,从而破坏肌纤维结构完整性,导致虾仁宏观结构的松散,因而虾仁可能出现软化效应[17,23]。刘书成等[19]研究表明,300 MPa会使得南美白对虾(L.vannamei)虾仁中的肌浆蛋白和肌原纤维蛋白含量下降,热稳定性降低,微观结构观察发现肌原纤维发生断裂、肌节收缩,并得出超高压能够引起虾仁蛋白质变性,产生凝胶化。

表4 压力对熟制小龙虾仁质构的影响
Table 4 The effect of pressure levels on the texture profile of cooked crayfish meat

压力/MPa硬度/g胶黏性咀嚼性弹性回复性黏聚性0.1406.87±122.56a381.66±105.30a3440.16±435.34a11.21±1.39a0.67±0.01a0.94±0.02a100205.58±99.25b192.70±80.84b1878.47±467.86b10.21±1.83b0.53±0.02b0.95±0.07a150229.66±17.44b203.68±6.56b1823.32±331.05b8.96±1.66b0.54±0.03b0.89±0.06a200264.13±59.91b225.40±40.43b1515.68±534.45b8.92±2.54b0.53±0.03b0.86±0.07a250209.48±34.14b205.35±26.62b2091.76±238.19b10.21±0.32b0.58±0.03b0.91±0.05a300244.05±64.27b210.79±47.79b1872.43±334.92b8.96±0.53b0.54±0.04b0.87±0.39a

SHAO等[10]研究表明,200~500 MPa的高压辅助鲜活小龙虾(40~45 g)脱壳后,生虾仁的硬度和咀嚼性较对照组(未经高压处理)显著提高(P<0.05),认为高压加强了基质组分之间的相互作用、改变了水的分布从而改变了虾仁的质构。汪兰等[3]研究发现,超高压处理(100~400 MPa)热烫(沸水,4 min)小龙虾后,虾仁的硬度和咀嚼性呈现增大的趋势,认为可能是由于热变性后的肌球蛋白分子经高压处理后,发生变性聚合使得虾仁的硬度变大。而本研究发现,超高压辅助鲜活小龙虾脱壳能在一定程度上对熟制虾仁起到嫩化作用,从而进一步提高熟制虾仁的感官品质。

3 结论

使用100-300 MPa的高压辅助鲜活小龙虾脱壳,当压力大于200 MPa时,脱壳效果较好,小龙虾的脱壳率和虾仁完整率均达到100%;施加200 MPa或250 MPa的压力,脱壳后的虾仁感官评分最高;压力达到300 MPa后,虾仁出现熟化特征,感官品质呈现下降趋势。原因是高压处理会导致小龙虾仁的肌原纤维蛋白发生变性,随着压力的增加,虾仁的pH值缓慢上升,肌原纤维蛋白含量缓慢下降,Ca2+-ATPase活性逐渐降低,表面疏水性显著增强,总巯基含量显著下降,200 MPa或250 MPa会使得蛋白发生适度变性,300 MPa会导致蛋白发生明显变性,这也与虾仁感官评价结果相一致。高压处理还会减少虾仁的菌落总数,从而提高虾仁的卫生品质。此外,高压脱壳处理会对小龙虾仁的蒸煮特性有一定影响,与未处理组(0.01 MPa)相比,虾仁的蒸煮损失减少,熟化后虾仁的硬度、咀嚼性、弹性和亮度值L均下降,但虾仁的红值a和黄值b显著增加,虾仁的食用品质有所改善。TBA值检测结果表明,高压处理会在一定程度上导致脂肪氧化,这可能会影响到后期虾仁的贮藏品质。综上,200~250 MPa的高压处理可以辅助鲜活小龙虾脱壳,但关于脱壳后虾仁的贮藏品质还有待进一步研究。

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Impact of high pressure processing on the shelling efficacy,myofibrillar protein,and cooking characteristics of fresh crayfish

YE Tao1,2,CHEN Zhina1,2,WU Yingying1,TAO Jing1,WANG Xumi1,ZHOU Shu1,WANG Yun1,2,LU Jianfeng3,4,5*

1(School of Bioengineering,Huainan Normal University,Huainan 232038,China) 2(Key Laboratory of Bioresource and Environmental Biotechnology of Anhui Higher Education Institutes,Huainan 232038,China) 3(School of Food and Biological Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China) 4(Key Laboratory for Agricultural Products Processing of Anhui Province,Hefei 230009,China) 5(Engineering Research Center of Bio-process,Ministry of Education,Hefei 230009,China)

ABSTRACT This study analyses the impact of high pressure processing (HPP) on shelling efficacy and meat quality of fresh crayfish.HPP at various pressures (100,150,200,250 and 300 MPa) for 3 min with room temperature were used for assisted shelling of fresh crayfish.The following indicators under high pressure were studied:the shelling properties (shelling rate,meat integrity rate,meat yield,drop loss and sensory score),degree of myofibrillar degeneration (solubility,surface hydrophobicity,total sulfhydryl content and Ca2+-ATPase activity),total viable counts,lipid oxidation (thiobarbituric acid reacting substances,TBA) and cooking characteristics (cooking loss,meat color and meat texture).Results showed that the sensory score of shelling effects was highest when the pressure was above 200 MPa,and both the shelling rate and meat integrity rate of processed crayfish reached 100% with meat yield standing between 17.27% to 19.50%.With the pressure going up (100-300 MPa),the pH value of crayfish meat increased slowly;the solubility of myofibrillar protein,total sulfhydryl content and Ca2+-ATPase activity decreased continuously,and the surface hydrophobicity increased continuously.The myofibrillar protein denaturation of crayfish meat was obvious after 300 MPa treatment.Moreover,HPP could not only reduce the total viable counts and cooking loss,but also decrease the hardness,chewiness,springiness and resilience of cooked crayfish meat.HHP could be applied as an effective method for fresh crayfish shelling.

Key words crayfish;high pressure processing;shelling;myofibrillar protein;lipid oxidation;cooking characteristics

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.021885

引用格式:叶韬,陈志娜,吴盈盈,等.超高压对鲜活小龙虾脱壳效率、肌原纤维蛋白和蒸煮特性的影响[J].食品与发酵工业,2020,46(1):149-156.YE Tao,CHEN Zhina,WU Yingying,et al.Impact of high pressure processing on the shelling efficacy,myofibrillar protein,and cooking characteristics of fresh crayfish[J].Food and Fermentation Industries,2020,46(1):149-156.

第一作者:硕士,讲师(陆剑锋教授为通讯作者,E-mail:lujf@sibs.ac.cn)

基金项目:国家虾蟹产业技术体系专项资金(CARS-48);安徽省水产产业技术体系项目(AHCYJSTX-08);淮南师范学院校级科研项目(2019XJZD03);安徽省大学生创新创业训练计划项目(201810381088);国家级大学生创新创业训练计划项目(201910381035)

收稿日期:2019-08-01,改回日期:2019-09-11