虾类保鲜研究进展

俞所银，李越华，任 青，包建强

（上海海洋大学食品学院，上海201306）

虾类属于节肢动物门，甲壳纲，十足目，游泳亚目。肉质细嫩，味道鲜美，高蛋白（粗蛋白含量为15% ～22%），低脂肪（0.5% ～30%），低糖（≤1%），含大量微量元素和人体必需的氨基酸[1]，在海鲜食物中营养特点突出，已成为合理膳食结构中的重要组分，深受人们的喜爱。因而近年来世界上虾类养殖业迅速发展，产量大幅度提高。在国际贸易中，每年贸易量约为50多万吨，贸易额约为35亿美元[2]。从港台、东南亚等国际、国内市场对虾类产品需求来看：鲜度是衡量虾最主要的品质指标，鲜度好的虾不仅畅销，而且价格高。虾在捕捞或收获期存在以下难点：起捕量大，起捕点分散或远离收藏与加工点[3]；在生产、加工、配送、销售过程中由于设备条件、人员监管力度不够；虾体本身的生物、化学特性—出水、长时间露天或高温下极易死亡，机体便失去了抗菌能力；高水分含量，柔软的肌肉组织，易被微生物利用造成腐败变质（如“褐变”等），并产生难闻的味道；从而使虾类的营养价值降低或失去食用价值。因而，虾类的保鲜问题已为各国研究的热点之一。本文从虾类发生褐变因素角度分析，概述了虾类保鲜技术，并结合时间一温度一剩余耐藏性（T.-T.T.）理论、类型对其发展趋势作了展望。

1 虾类褐变机理

褐变严重影响虾类产品商业价值的提高，因而虾类保鲜已经成为研究的重要课题之一。国内外学者对如何防止虾类褐变的问题也做出了大量的探索研究[4-9]，如吴国凤[10]指出我国福建海虾捕捞季节一般在4 ～10月份，平均气温25℃左右，最高达30℃；采用“层冰层虾”简易保鲜时，3 ～5d渔船返港后，有相当部分虾体已严重褐变；尤其是头部，l ～2d捕获的虾品质已开始下降，且耗冰多、成本高。虾类自身含大量的酶类和酪氨酸（L-Tyrosine）[11]，在整个食品冷藏链[12]过程中仍然保持着活性，而冷藏链中断或装卸货物时造成温度波动[12]，易引起虾头、虾尾变黑，甚至虾体褐变、腐败变质以及发臭，严重影响虾的经济、营养价值[13]。因此，分析虾类褐变是虾类保鲜的重要步骤。

虾类在冷链过程中，头腮部、尾部、外壳、游泳足、前足、虾体[14]依次发生褐变，出现黑的斑点或黑箍。目前比较一致的认为“褐变”是虾类体内和甲壳下层的氧化酶（酚酶或酚氧化酶）使酪氨酸氧化，生成黑色素所致[15]。整个褐变反应过程如图1[16]。多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）在虾类处于应急状态时，诱使虾类体内无色一元酚与氧气（O2）接触，氧化成无色双酚；进一步氧化成有色醌类物质，醌类极易与虾体中的氨基酸或蛋白质结合，形成褐色复合物，即所说的黑点[17]。若继续冰藏，由于细菌的大量繁殖，出现各种腐败现象：虾体松软、有腥臭味、内脏弥散、肉壳松驰、且明显脱离，这些现象出现说明虾已明显变质。

2 虾类酶保鲜技术

由于虾类体内的酪氨酸酶经“酶促褐变”产生黑色素，所以通过抑制或除去“酶促褐变”发生时需要的条件，即适当的底物（酪氨酸）、氧化酶和O2，来防止褐变的发生。

2.1 抑制或除去酶的活性

2.1.1 温度 低温能抑制酶的活性，而抑制酶活性的温度一般要比抑制细菌繁殖所需温度要低。国际冷冻协会建议：为防止微生物繁殖，必须在-12℃以下贮藏；为防止酶及物理变化，必须低于-18℃。低温因抑制了酶的活性，使虾肉蛋白质不致于很快分解，游离酪氨酸（底物）的浓度较低，褐变速度相对延缓[5]。Shamshad SL等[18]曾研究过虾体在不同贮藏温度下鲜度的变化，结果表明在低温状态下，虾体褐变的速度明显减缓。方法优点：不破坏水产品组织结构。缺点[19]：单纯使用低温保存达不到理想的保鲜效果，肉质会出现白浊现象，风味变差、肉质变软，影响表观形象。

2.1.2 pH 通过调节pH抑制多种参与反应的酶活性，从而达到延长保鲜期的目的。一般虾类酪氨酸酶的活性以pH6 ～8的范围最强，在pH4以下则不能发生褐变。事实上虾肉蛋白质为两性物质，缓冲能力很强，要使pH降到4以下颇为困难。若pH降到4以下，虾体已呈柔软状态，蛋白质发生变性、肌肉脱水、收缩变硬[19]，所以使用此法对虾保鲜的研究文章较少。

2.1.3 辐射 用钴60（60Co）的Y射线和高能电子束（4MeV）对虾类进行照射杀菌、灭酶，可达到保鲜作用。刘春泉等[20]曾对出口冷冻虾仁进行辐射保鲜，结果表明：3 ～5kGy的辐照剂量可杀灭冷冻虾仁中99%以上的微生物，经1 ～9kGy剂量辐照，虾肉中大多数氨基酸含量均有增加，幅度在0.3% ～24.6%之间，总量明显高于对照。辐照后挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）的含量降低，有害重金属元素含量辐照前后无显著差异。辐照后虾仁在-7℃下贮存，保鲜期比对照延长6个月。方法优点：具有一定的保鲜效果、安全性高；缺点：高剂量辐照（10 ～50kGy）处理会使产品产生异味、且降低虾的营养品质，国际卫生组织批准或建议应用的项目还不多。

2.1.4 化学添加物 使用化学添加物抑制酶活性或使酶失活，可达到保鲜作用。除传统的广普性抗菌素（四环素、金霉素、土霉素等）、限制性使用的亚硫酸盐类和植酸等化学保鲜外，国内外研究人员研制出了许多不同特点的新型保鲜剂。如美国辉瑞有限公司生产的“虾鲜宝”（要成分是4-乙基间苯二酚，即4-HR）[21]，可与PPO牢固不可逆的特异性结合，使PPO不能参与虾体内无色一元酚经空气氧化形成褐变的生化反应。Montero等[22]曾选用不同浓度的4-HR对鹰爪虾进行保鲜实验，结果显示0.5g/100g 4-HR能延长鹰爪虾货架期至7d以上。方法优点：方法简便易行、比较容易实施、也很经济。缺点：化学保鲜法存在抗菌素、化学试剂残留、保鲜期短的问题，因此天然生物保鲜（酸链球菌素、双歧杆菌，壳聚糖、精油等）、复合技术保鲜越来越被广泛关注。

Einarsson等[23]研究了乳酸链球菌素（Nisin）对盐渍北极虾的保鲜效果，并与空白对照组相比，结果显示Nisin能有效抑制革兰氏阳性菌的生长，使货架期达到31d。Simpson等[24]就曾用壳聚糖溶液浸泡虾仁，在4 ～7℃条件可以贮藏20d，具有很好的保鲜效果。

2.2 氧气

因为引起虾类发生褐变的酶（PPO）属于需氧性脱氢酶类，在与O2接触后诱导虾体内和甲壳下层的无色一元酚氧化，生成有色的邻醌，随氧化时间的推移，与氨基酸或蛋白质接触，最终形成结构复杂的褐黑色聚合物或黑斑，所以通过多种技术将虾体与氧气隔离，隔氧处理能有效地防止虾类褐变，达到较好的保鲜、保色效果。

2.2.1 隔绝氧气 通过隔绝氧气技术处理，使PPO失效，从而避免虾类发生褐变。目前常用的有“鲜虾冰水浸泡法”和“冻虾灌水包冰衣法”等。

2.2.1.1 “冰水浸泡法” 采用冰水使虾体温度在极短的时间内降到0℃附近。一方面低温使附着的海水细菌不易繁殖，另一方面冰水隔绝了空气（氧气），防止了酪氨酸酶的氧化。因此黑色素易溶于水中，虾体不易变黑。

2.2.1.2 “冻虾灌水包冰衣法”[16]每盘虾进行冷冻时，先在盘底加少量冰水封底，当虾体温度降到-8℃时第一次加水，加水量为虾层高的三分之二左右；当虾基本冻好时再加水，其量刚盖过虾层为宜；当虾体中心温度达到-18℃时，即可出库脱盘；脱盘后再加镀一层冰衣（即包冰衣），这样使冻虾隔绝空气，不易褐变。如“虾保鲜冰”[25]是近期一种新型的保鲜方法，即将焦亚硫酸钠（Na2S2O5）溶于水后，加入一定分散剂等添加剂制成的冰，结果显示可有效抑制虾体褐变。虾保鲜冰法优点：能延缓虾类腐败变质的速度；有效控制SO2在虾体的残留量；价格低廉，是渔民愿意采纳的一种比较好的方法。

2.2.2 可食性涂膜法 可食性膜是通过包裹、浸渍、涂布、喷洒等形式覆盖于食品表面或内部界面上[26]的一层由可食性物质组成的薄层，可阻止或减少水分、气体或溶质的迁移，并对食品起到机械保护的作用。其优点：可食用，具有一定的营养价值；可微生物降解，不对环境造成污染；可防止食物的腐败变质，延长产品保质期。

BOuattara[27]采用SPI膜涂膜保鲜虾仁，实验结果表明对保持虾仁品质和延长货架期有一定的作用；美国密西西比州研制出一种虾类保鲜新方法[28]：在冷冻装盒前，先将虾类产品用4% ～6%的三聚磷酸钠溶液浸泡数秒钟，使之形成一层胶质薄膜。实验表明，经三聚磷酸钠处理3个月之后的冻虾，可以封闭滴失、减少腐化、保持原有鲜味；煮熟后其饱满、细嫩程度，优于未经处理的同批次虾类产品，而三多磷酸钠的残留量低于0.5%。

2.2.3 气调保鲜 气调保鲜是指在适宜的低温下，改变贮藏环境中空气的组成，降低O2含量，增加二氧化碳含量（CO2）[29]，从而减弱鲜活品的呼吸强度，抑制微生物的生长繁殖，降低鲜活品生化反应的速度，达到延长保鲜期和提高保鲜效果的目的[21]。

Shengmin Lu[30]报道，用混合杀菌剂（4-己基雷琐辛、Nisin和甲醋吡喃酮钠）浸泡后结合使用40%CO2/30%N2/30%O2和100%CO2气调包装处理的中国对虾的贮藏期分别为13、17d，且挥发性盐基氮显著低于同期的空白对照组。Mejlholm[31]用正交实验的思路研究得出，东方长额虾气调保鲜（50%CO2/30%N2/20%O2）的最佳保存温度为2℃，货架期为21d。

3 T.-T.T.（Time Temperature Tolerance）理论及检测食品品质的仪器类型

3.1 T.-T.T.理论

虾类从产地到餐桌要经历多重环节，其中冷藏运输及配送占整个冷藏链的绝大部分时间[32]。由于微生物、酶、呼吸、氧化作用，机械损伤及光、温度波动、湿度等作用[33]导致虾的色、香、味变差，营养价值降低，长期放置会变质。而冷藏链中食品质量的变化主要取决于原料品质、食品的加工方法、贮藏方式以及产品在流通中所经历的时间与温度，其变化可由T.-T.T.理论确定。

T.-T.T.理论是Arsdel等[34]通过大量实验总结出来的，用于阐述食品的剩余耐藏性（Tolerance）与时间（Time）、温度（Temperature）之间的关系。通过测定食品在流通过程中所经历的时间和温度，可应用T.-T.T.曲线来确定食品的品质与货架期。如意大利学者Limbo S等[35]《利用化学方法和电子鼻技术测定欧洲海鲈鱼鲜度衰变和货架期预测模型》文章：通过化学方法测定海鲈鱼样品中TBA（Thiobarbituric acid）、TVB-N值建立时间（Time）、温度（Temperature）和剩余货架期（Remaining Shelf Life）关系图形，并将电子鼻测定的TBA、TVB-N值进行拟合，即确定了电子鼻技术的可行性。图2清晰地显示，海鲈鱼每日品质下降量和从生产到消费者购买、储藏整个过程中每一步骤的剩余货架期，很好地指导了欧洲海鲈鱼的销售。

T.-T.T.理论指出食品在流通中由时间、温度的经历而引起的品质下降是累积的、不可逆的。因而T.-T.T.理论潜在地提供了监测食品的质量及预测食品货架期的方法。

3.2 T.-T.T.理论研究中涉及的检测食品品质的仪器类型

消费者能否获得优质虾，主要由T.-T.T.条件决定。但在整个储存-运输-销售过程中存在多种不可预测性（如温度等），使虾类鲜度、保质期等指标难以保证，因而研究开发冷链过程中食品品质检测的仪器显得尤为重要。如近些年学者研制出的“小型食品热量分析仪”、“温度指示器”、“时间-温度指示器”（TTI，Time Temperature Ind-icator）[35-38]。

目前国内外以“时间-温度指示器”（TTI）研究较为普遍。TTI可作为产品包装的一部分（如冰箱内，贴于食品或食品包装上），反映冷藏或冷冻时对储藏温度敏感的食品（如虾等水产品、冻结肉类、新鲜牛奶等）的时间-温度历程[39-41]。通过机械形变或颜色变化反映其温度历程、估计剩余货架期[42-45]，也可监视在整个冷藏链中是否有违规的现象发生，以便控制食品的销售。

时间-温度指示器根据TTI的工作原理可分[39]为“扩散型指示器”、“聚合反应型指示器”及“酶反应型指示器”三种。

“扩散型指示器”是通过颜色的位标显示食品所接触温度的历程及剩余货架期。如图3，指示器是由两片垫板组成的封闭盒体，盒体分为两室a和b。室a内贮藏脂肪酸酯和蓝色的酞酸酯混合物；室b内有一条长的吸液芯带，吸液芯带可作化学混合物扩散用的轨道，室a与室b之间由聚酯膜层隔开。当温度高于化学混合物熔点时，聚酯膜就会融化，指示器即被“激活”，化学混合物将沿着轨道向右扩散，通过五个“蓝眼（Blue eye）”和位标就可以知道食品的接触温度的历程和剩余货架期。当位标为“5”的“蓝眼”变为蓝色时，表示食品已到了货架期。

图3 3M公司的Monitor-Mark扩散型指示器混合进程Fig.3 The hybrid process of diffused Monitor-Mark indicator of 3M Company

“聚合反应型指示器”是通过颜色的深浅程度确定食品的品质，如图4，Lifelines公司的Fresh-Check指示器。指示器由两个圆环组成，聚合物在小的内圆环里；外环是暗色的，作为内环颜色的比较色。一旦接触温度高于保存温度时，即可被激活，内环颜色逐渐变深；当内环颜色比外环颜色深时，建议消费者停止食用。

图4 Lifelines公司的Fresh-Check指示器反应进程示例图Fig.4 The reaction process diagram for Fresh-Check indicator of Lifelines Company

“酶反应型指示器”是一类pH指示器，测量酶催化脂类底物水解释放的质子H+。根据颜色的改变可推测出食品的剩余货架期与判断食品是否可以食用，如图5，瑞典Vitsab公司的CheckPoint的Vitsab环形指示器。指示器由两个隔开的小囊组成，一个装有能分解脂肪的酶的水溶液，另一个装有脂类底物的聚氯乙烯水溶液，溶液中放有pH指示器。使用时，先通过外力压破两个小囊之间的隔膜，使两种溶液混合，整个溶液成酸性，pH指示器的颜色也就随之改变。未激活时，室温下保存内环为白色。若内环的颜色与左侧箭头内颜色相近时，表示可以食用；与右侧箭头颜色相近时，就不能食用。此类指示器使用方便，可固定在包装密封上，也可安放在货架内包装袋之间或散装箱内。

图5 瑞典Vitsab公司的CheckPoint的Vitsab指示器Fig.5 The CheckPoint ring indicator of Sweden Vitsab Company

4 展望

目前虾类保鲜的诸多技术中，基本上能做到有效延长虾类的保鲜期。但随着消费者对食品质量安全要求的严格，以及生产加工环节各部门对商业利润最大化的需求，虾类保鲜技术已经从传统单一方法向多种技术联合保鲜，再到电子标签发展过渡；从成本高、操作繁琐、毒副作用大，到价格低廉、操作简便、天然安全、可靠无残留，再到小巧方便、成本低、连续实时监控、智能、通俗易懂方向蜕变，达到预测食品安全性、指示食品剩余货架信息、指导食品销售、增加消费者对食品信任度的作用。因此电子标签技术的开发与应用，将成为虾类乃至整个水产品领域保鲜的一个重要发展趋势。

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