脊腹褐虾在低压静电场-微冻联合保鲜过程中的品质变化研究

梁瑞萍，谢 超，王益男，虞 舟

(1.浙江海洋大学食品与药学学院，浙江舟山 316022；2.浙江驰力科技股份有限公司，浙江舟山 316021；3.舟山昌国食品有限公司，浙江舟山 316021)

脊腹褐虾Crangon affinis 又称桃花虾、狗虾，其体长多在34～60 mm，大的个体可达75 mm。体表粗糙有短毛。虾体主要以黑白色相间为主，多数带有褐色的小点，多居于冷水，主要分布在舟山群岛以北的东海北部及黄海海域，日本沿岸。海捕脊腹褐虾体型较小，肉质鲜美，蛋白含量高，含有较多鲜味氨基酸和丰富的DHA、EPA 及多种微量元素[1]，虾中富含镁元素，可对心血管系统起到重要的调节和保护作用。目前，我国东海海域作为脊腹褐虾捕捞的重点区域，其蕴藏量超过上百万吨，具有巨大的经济开发价值。随着消费水平的逐步拉升和消费形式的日益升级，相关产业的发展具有相当可观的远景。

低温是水产品保鲜的一种重要手段，而微冻保鲜是指在确定相应产品冰点的基础上，降低产品贮藏温度至其冰点以下，通过延缓产品中微生物的代谢，抑制酶的生物活性，从而起到保鲜作用[2]。在此条件下，产品体内自由水的流动性得到了极大的抑制，从而使其自动形成低温屏障，可以降低温度的波动对水产品品质的影响。与冷藏保鲜、冷冻保鲜和冰温保鲜相比，微冻保鲜能降低水产品品质的变化，但其保藏货架期较短，保鲜时间相对于冷冻保鲜、超低温保鲜仍有局限[3]。有研究表明，大西洋鲑鱼的质量变化在四个不同温度贮藏条件下具有明显差别，相关产品的保藏期在-1.4 ℃和-3.6 ℃的微冻贮藏下得到了大幅延长[4]。

静电场技术是当前较为新颖的加工处理手段，而目前的研究热点主要集中在对高压静电场的研究领域，相关的处理能够有效增强产品的储藏期。HSIEH Chang-Wei,et al[5]在对罗非鱼肉片的保鲜过程中添加高压静电场，产品pH 的波动幅度大大下降，同时微生物的增长受到了明显抑制，并且显著改善了鱼眼的浑浊。但因其安全性问题无法应用于大规模水产品保鲜，其应用与推广受到了相当程度的局限。因此，开发有效的低压静电保鲜技术应用与水产品的保鲜成为了食品保鲜技术领域的研究重点。李侠等[6]在研究中发现，低压静电场处理牛肉的过程中，产品与在放电板间隔45 cm 的情况下解冻效果亦优于无电场组，其汁液损失率降低了4.18%。在实际运用中，已经发现了低压静电场具有的种种优势，但对于低压静电场-微冻联合保鲜技术的研究尚处于空白阶段，对相关技术的开发及其实际应用的探究具有十分重要的价值。本文通过对低压静电场-微冻联合保鲜技术处理下的脊腹褐虾在贮藏其间品质变化规律研究，评价该技术对脊腹褐虾产品的保鲜效果，旨在为深一步探索相关技术产业化应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料：海捕新鲜脊腹褐虾，购自舟山昌国食品有限公司。

试剂：无菌生理盐水、硫代巴比妥酸、三氯乙酸、乙二胺四乙酸二钠、盐酸、硼酸、氧化镁、甲基红、溴甲酚绿、95%乙醇。

1.2 仪器与设备

SE&BA 电场发生器（输入电压220 V、输出电流0.2 mA），浙江驰力科技股份有限公司；TMS-PRO 食品物性分析仪，美国FTC 公司；DSC200F3 差示量热扫描仪，德国耐驰公司；高精度数显匀浆机IKA 公司；TG16B 高速台式离心机，湖南凯达；U-5200 紫外可见分光光度计，日本日立公司；高速搅拌机，日本EYELA 公司；HZQ-F160 全温振荡培养箱；PB-10 酸度计 赛多利斯公司；多用水浴恒温振荡器；PROTOCOL3自动菌落分析仪，英国Synbiosis；电子天平；BCD-206STPQ 冰箱，海尔集团有限公司；静电场输出装置，浙江驰力科技公司。

1.3 样品处理与电场设置

脊腹褐虾在0～2 ℃的冰水中洗净后沥干，以保鲜袋分装后置于-4 ℃冰箱保鲜待用。

在冰箱内部加装电场发生系统，通过外部电场发生器在冰箱上、下、侧面的静电场输出装置之中的空间产生稳定的静电场，后续实验组保鲜贮藏也在此空间内进行。

1.4 样品分组

实验分组：对照组（不添加电场处理，-4 ℃微冻条件下贮藏）；实验组（添加静电场处理，-4 ℃微冻条件下贮藏）。

1.5 冰点的测定

测定冰点的测定主要参考杨宏旭等[3]对淡水鱼冰点的差示扫描量热法（DSC）并加以改进。测量开始前60 min 预先开启仪器和计算机，于银质坩埚内称取试样5～15 mg，盖上锅盖前用镊子在锅盖上轻轻戳个小洞，然后用密封压机密封处理后进行扫描参数设置。

参数设定：温度矫正（TCALZERO.TXM）、范围（-40 ℃/5.0 K·min-1）/15℃、气氛（AIR80/20-/NITRO GEN/20/NITRO GEN/20），采用Proteus 软件对扫描曲线进行分析。

1.6 TVB-N 的测定[7]

脊腹褐虾TVB-N 的测定参照GB 5009.228-2016 中半微量定氮法进行。

1.7 TVC 的测定[8]

脊腹褐虾菌落总数的测定参考GB 4789.2-2016 进行。

1.8 TBA的测定

TBA 的测定以李苑等[9]的方法为指导，并稍作修改。将脊腹褐虾自然解冻后去头去尾，称取10 g 虾肉于烧杯中搅碎，加入5%三氯乙酸超纯水溶液25 mL，匀浆充分后静置1 h，用5%三氯乙酸超纯水溶液将滤液滴定至50 mL，取上清液5 mL 于10 mL 具塞管中并加入5 mL 0.02 mol·L-1的TBA 溶液震荡10 min，之后置于80 ℃水浴锅反应50 min，反应完成后于室温冷却一段时间，在532 nm 处测定吸光度，各样平行3 次试验。

1.9 TPA 的测定

脊腹褐虾质构特性的测定通过TMS-PRO 食品物性分析仪进行，测定指标包括硬度与弹性。

1.10 汁液流失率的测定

汁液流失率的测定参考WILKINSON,et al[10]的方法，汁液流失率计算公式：

其中：W1为减去包装袋表面水分的剩余质量，W2为滤去包装袋内液体和表面水分的剩余重量，W3为包装袋质量；每个样品进行3 次平行试验。

1.11 pH的测定

于15 mL 离心管中加入5 g 脊腹褐虾碎肉与10 mL 超纯水，于均质机均质1 min 后测定样品pH，每个样品进行3 次平行试验。

1.12 组织微观结构

组织微观结构的观测参考胡玥[11]的方法并加以调整，将脊腹褐虾肌肉截成长宽高6 mm 的立方体肉块，取背部肌肉组织结构均匀的样品置于-18 ℃冰箱下冷冻30 min 切成薄片上镜观察。

2 结果与分析

2.1 脊腹褐虾冰点的确定

水产品通常采用低温贮藏保鲜，故对其冰点的测定能够有效指导其在贮藏过程中的质量安全控制。常用的测定方法如冷却曲线法与差示扫描量热法（DSC）都能够有效测定产品冰点，但二者相较而言，DSC 法相比冷却曲线法能在短时间内能够清楚地显示升温过程产品熔融吸热峰，具有高效、可靠、便捷、易重现性的特点，对短货架期产品尤其是鲜活水产品的冰点测定具有良好的效果。实验采用DSC法扫描脊腹褐虾样品，绘制DSC 升温扫描曲线见图1。水产品结晶的熔程对应DSC 热流曲线上的吸热峰，因此基线与熔融峰爬升途中左侧拐点-0.3 ℃做切线的交点所点即为样品的冰点[12]，由图1 可以看出上述该点所对应的温度为-1.8 ℃，由此可知脊腹褐虾的冰点为-1.8 ℃。实验通过低压静电场-微冻联合保鲜技术处理脊腹褐虾，在实际操作中需采用略低于冰点的温度才能达到微冻效果，故选择-4 ℃对脊腹褐虾进行保藏。

图1 脊腹褐虾DSC 升温扫描曲线Fig.1 DSC heating scan curve of C.affinis

2.2 脊腹褐虾不同贮藏条件下TVB-N 值的变化

不同贮藏条件下脊腹褐虾TVB-N 值随贮藏时间的变化见图2，可以看出两组脊腹褐虾的TVB-N 值随着贮藏时间的延长都呈现了上升的趋势，但经过低压静电场-微冻联合保鲜技术处理的脊腹褐虾样品的TVB-N 值上升速度相比于正常微冻的脊腹褐虾受到了明显的抑制。在贮藏进行到第10 d 时，两组样品TVB-N 值增长为：对照组TVB-N 值增长了6.36 mg·100-1·g-1，实验组TVB-N 值增长了3.66 mg·100-1·g-1，在贮藏进行到第10～21 d 时，两组样品TVB-N 值增长为：对照组TVB-N 值增长了7.73 mg·100-1·g-1，实验组TVB-N 值增长了4.86 mg·100-1·g-1，两组增速均呈上升态势。第28 d 时对照组脊腹褐虾TVB-N 增长到了30.13 mg·100-1·g-1，根据现行国家标准GB 2733-2015[13]规定，脊腹褐虾产品TVB-N 值上限为30 mg·100-1·g-1，表明在28 d 时未处理组产品已经处于已不可食状态，贮藏期到达终点，与此同时，经过低压静电场-微冻联合保鲜技术处理的脊腹褐虾样品的TVB-N 值仅为22.67 mg·100-1·g-1，仍然处于可食用状态。导致这种结果产生的原因可能是低压静电场-微冻联合保鲜技术处理有效地抑制了微生物的繁殖代谢与酶的生物活性，从而使得产品的鲜度得以更长时间的保持[14]。

图2 不同贮藏条件脊腹褐虾TVB-N 的变化Fig.2 Changes of TVB-N in C.affinis under different storage conditions

2.3 脊腹褐虾不同贮藏条件下TVC 的变化

脊腹褐虾含有丰富的蛋白质及其它营养物质，因此微生物的腐败作用也更剧烈，其贮藏期品质劣化快，质量安全水平的控制难度较大。不同贮藏条件下脊腹褐虾TVC 随贮藏时间的变化见图3，可以看出正常微冻和低压静电场微冻条件下脊腹褐虾TVC 均随贮藏时间的变化而增加。贮藏初期0～6 d 对照组和实验组脊腹褐虾菌落总数均增长迅速，两组样品TVC 值增长为：对照组TVC 值增长了42.91%，实验组TVC值增长了32.57%。在贮藏初期，大多数微生物的代谢速度较快，酶活性较之贮藏后期水平偏高，这也是造成前期贮藏时高TVC增长速度的主要原因[15]。在贮藏进行到第28 d 时，对照组样品到达了贮藏期终点，其TVC 值为7.11 lg（CFU·g-1），而贮藏中后期经过低压静电场-微冻联合保鲜技术处理的脊腹褐虾样品TVC上升逐趋平稳，第28 d 时其TVC 值仅为5.39 lg（CFU·g-1），远远低于对照组。有研究表明静电场在微生物生长代谢过程中，通过改变水产品细胞膜的跨膜电位，对微生物产生抑制作用，使得处理后的产品在贮藏期始终能够维持较低的TVC 值[16]。因此经过低压静电场-微冻联合保鲜技术处理的脊腹褐虾样品贮藏期菌落总数能够得到有效地抑制，产品的腐败速率也得到了极大程度的缓解。

图3 不同贮藏条件脊腹褐虾TVC 的变化Fig.3 Changes of TVC in C.affinis under different storage conditions

2.4 脊腹褐虾不同贮藏条件下TBA 的变化

TBA 含量同样也是评价脊腹褐虾质量的重要指标，脊腹褐虾体内含有较多脂肪，同时，其具有不稳定结构的DHA 占比较大，故在贮藏过程中TBA 值的超量会导致产品出现令人不愉快的挥发性风味，这既降低了产品的营养价值，又拉低了产品的商品价值[17]。不同贮藏条件下脊腹褐虾TBA 随贮藏时间的变化见图4。在贮藏前10 d，脊腹褐虾产品的TBA 曲线有非常明显的变化，可见其脂肪氧化酸败速度很快，这是由于脊腹褐虾的“高脂”特性导致的，但经过低压静电场-微冻联合保鲜技术处理的脊腹褐虾TBA 值相对于对照组仍始处于较低水平。随着贮藏时间的增加，第10 d 到第21 d 的TBA 曲线增长速度开始放缓。在贮藏进行到第28 d 时，对照组样品到达了贮藏期终点，两组样品TVC 值为：实验组TBA 值达到了0.81 mg·kg-1，对照组TBA 值达到了0.55 mg·kg-1，较初始水平分别增长了0.6 mg·kg-1和0.36 mg·kg-1。经过低压静电场-微冻联合保鲜技术处理的脊腹褐虾TBA 含量明显低于没有添加电场的脊腹褐虾，这与ERKAN N,et al[18]的相关研究的结论一致。其可能的作用机制为由于电场的添加，电荷之间产生了隔绝层，这种隔绝层一定程度上通过降低氧气浓度从而达到抑制不饱和脂肪酸发生氧化的作用[19]。因此经过低压静电场-微冻联合保鲜技术处理的脊腹褐虾在0～28 d 贮藏期内脂肪氧化程度能够得到很好地抑制，其货架期亦能得到有效地延长。

2.5 脊腹褐虾不同贮藏条件下TPA 的变化

质构特性是虾肉鲜度的重要评价因素，同样也能在一定程度上衡量产品的经济价值。不同贮藏条件下脊腹褐虾硬度和弹性随贮藏时间的变化见图5。由图5（a）可以看出，随着贮藏时间的推移，所测2 组样品硬度开始随时间增加而逐渐降低，但横向对比不难发现，未处理的对照组产品相较于较实验组，其变化呈现先上升后下降的趋势，另外，在贮藏第15 d 时其硬度达到最高峰6.42 kg。这可能由于虾体在贮藏过程中发生水分流失从而造成其壳肉分离，而通过电场的添加，可以在一定程度上保留较多的水分，从而降低了产品硬度变化幅度，在这之后硬度下降的原因是因为虾中酶活力随时间变化而下降，而水由于低温产生的冰晶扩大了虾肌肉组织间的间隙导致蛋白质变形表现出硬度下降[20]。图5（b）为2 种环境下脊腹褐虾的弹性变化。在贮藏进行到第28 d 时，对照组样品到达了贮藏期终点，其弹性下降了41.49%，而经过低压静电场-微冻联合保鲜技术处理的脊腹褐虾弹性下降仅26.60%，产生这样的显著差别的原因可能是因为贮藏过程中虾中高蛋白释能，过度的热量会让蛋白质凝固并使肌肉纤维收缩变软，由低压静电场带来的电荷降低了蛋白质的凝固速率，最终使得虾肉弹性维持在贮藏初期的水平[21]。低压静电场的添加会提升脊腹褐虾在微冻贮藏过程中的硬度和弹性，在相同货架期内拥有更好的口感和品质。

图5 不同贮藏条件脊腹褐虾硬度（a）和弹性（b）的变化Fig.5 Changes of hardness (a) and elasticity (b) of C.affinis in different storage conditions

2.6 脊腹褐虾不同贮藏条件下汁液流失率及pH 的变化

不同贮藏条件下脊腹褐虾汁液流失率及pH 随贮藏时间的变化见图6，由图6（a）可以看出不同方式处理的脊腹褐虾随着保鲜时间的延长，其汁液流失率呈现上升趋势，但在整个贮藏期间，经过低压静电场-微冻联合保鲜技术处理的脊腹褐虾汁液流失率总是低于未处理组。在贮藏10～21 d 时，对照组汁液流失率4.98%，实验组汁液流失率3.24%，可见低压静电场在贮藏初期对脊腹褐虾汁液流失率影响并不明显。在贮藏21 d 时实验组汁液流失率比对照组低2.89 为4.45%。在贮藏进行到第28 d 时，对照组样品到达了贮藏期终点，而实验组汁液流失率仅为4.98%。相关研究表明，静电场可在一定程度上限制自由水的流动，并形成保护膜保护其他水不流失，从一定程度上减缓水产品中结合水和不易流动水的损失[22]。图6（b）展示了脊腹褐虾pH 的变化。脊腹褐虾初始pH 为6.54，随着贮藏时间的推移，所测2 组实验样品pH开始表现出了先降后升的趋势。对照组脊腹褐虾在贮藏进行到第15 d 时，其pH 降至谷底为6.26，后逐渐升高，在贮藏进行到第28 d 时，对照组样品到达了贮藏期终点，其pH 为6.38，波动较大。实验组脊腹褐虾的pH 变化趋势亦有先升后降的趋势但相对波动幅度较小，波动控制在初始值附近0.04 的范围内。在水产品贮藏过程中水产品的新鲜度和其pH 波动关系密切，pH 波动范围越小，水产品的新鲜度越好[23]。导致2 组脊腹褐虾贮藏时产生pH 明显差异的原因可能是在贮藏后期，电场的存在使部分蛋白质结构产生变化并加速分解，从而产生更多碱性物质，使pH 维持在较为稳定的状态[24]。通过结果可以看出脊腹褐虾经过低压静电场-微冻联合保鲜技术处理在微冻贮藏过程中能更好的减少脊腹褐虾汁液流失率并维持其pH 相对稳定。

图6 脊腹褐虾不同贮藏条件汁液流失率（a）及pH（b）的变化Fig.6 Changes in juice loss rate (a) and pH (b) of different storage conditions of C.affinis

2.7 脊腹褐虾不同贮藏条件下组织微观结构的变化

图7 分别展示了不同条件贮藏的脊腹褐虾在第3 d、第15 d 和第28 d 时肌肉组织结构变化。由图7（a）和（b）可以看出，两组脊腹褐虾肌肉组织均呈完整状态，并未观察到大的缝隙和冰晶，横向对比两组产品，实验组与对照组脊相比肌间缝隙少且小，肌肉排列更加整齐，结构更加完整。贮藏到15 d 从（c）图和（d）图可以发现实验组产品的肌肉组织仍十分均匀，而对照组产品的肌肉组织出现了若干大小不一的间隙，并且附着了大量冰晶。在贮藏进行到第28 d 时，对照组样品到达了贮藏期终点，图（f）肌纤维间隙因为冰晶的作用被明显扩大，肌肉纤维之间产生了明显断裂和无规律扩散，肌内膜被完全破坏。而图（e）肌肉纤维连接依旧紧密无太大间隙，未见冰晶生成。由于低温会使得虾类体内的水分结晶，而其理化性质在贮藏期的改变会造成虾体内部温度波动导致冰晶反复重结晶[25]。同时，冰晶融化后具有流动性，亦会加剧微观组织结构的破损，但通过低压静电场的处理可以很大程度上减缓微冻贮藏时脊腹褐虾品质劣化和理化指标变化，降低肌肉组织结构破坏程度，改变物料的结冰点，从而有效控制脊腹褐虾微冻贮藏过程中的品质。

图7 脊腹褐虾不同贮藏条件肌肉组织微观结构变化Fig.7 Microstructure changes of muscle tissue in different storage conditions of C.affinis

3 结论

实验以脊腹褐虾为研究对象，通过对联合保鲜技术作用下产品的质构特性、汁液流失率、微观组织结构及TVB-N、TBA、TVC 等质量水平参数的量化研究，评价了低压静电场结合微冻保鲜技术对脊腹褐虾产品的保鲜效果。研究发现，以国家标准TVB-N≤30 mg·100-1·g-1指示保鲜期终点，未处理组产品保鲜期限为28 d，其TVB-N 值达到了30.13 mg·100-1·g-1，TBA 值达到了0.81 mg·kg-1，TVC 值增长了7.11 lg(CFU·g-1)，为不可食用状态；相比之下，添加联合保鲜技术处理的实验组产品在相同保鲜期28 d 下，TVB-N 值仅为22.67 mg·100-1·g-1，TBA 值仅为0.55 mg·kg-1，TVC 值仅为5.39 lg（CFU·g-1），各项指标远低于对照组；在产品质构特性及微观组织结构方面，其硬度和弹性下降缓慢，肌间结构完整缝隙数量少；同时实验组产品汁液流失率仅为4.98%，在相同保鲜期内其质量水平远超于对照组。综上所述可以得出结论，脊腹褐虾在低压静电场-微冻联合保鲜技术处理下，其贮藏期内质量劣变得到了明显的抑制，同时能有效解决高压静电场带来的安全性的问题，延长了脊腹褐虾的货架期，该研究成果对水产品保鲜技术的发展有着深远的意义。