渗透脱水膜包装 对南美白对虾干制品品质的影响

李亚敏,汤海青,欧昌荣,*,昝春兰,苏文华,张梦思

(1.宁波大学海洋学院,浙江宁波 315211; 2.浙江医药高等专科学校食品学院,浙江宁波 315100)

水产品因营养丰富、水分含量高,在运输和贮藏过程中极易腐败,降低了水产品的食用价值和经济价值[1]。干制是水产品保藏的重要手段之一。目前,水产品常用的干燥方法有自然干燥法、热风干燥法和微波干燥法等。自然干燥法受卫生和气候条件的制约较大,不利于规模化生产。热风干燥法的温度过高,易造成蛋白质氧化、产品硬度大,热能利用率较低[2]。微波干燥法局部温度过高易导致产品边角糊化[3]。渗透脱水膜是由半透膜包裹高吸水性物质等材料组成的新型包装膜,将物料包裹后于低温贮藏过程中将水分脱除,与传统干燥法的区别主要在于不需要热处理,避免因热处理造成的色变、脂肪氧化和蛋白质变性等不足,从而提高产品的食用价值,也可避免表面硬化和难以咀嚼的现象,使产品的感官品质更加接近新鲜原料[4]。随着科技的发展,半透膜可被羊皮纸、玻璃纸等各种具有透水功能的膜材料替代[5],价格低廉、吸水性能较强的高分子吸水性物质也不断被开发出来[6],使渗透脱水膜的成本逐渐降低,有良好的应用前景。有研究将渗透脱水膜法应用于大西洋鳕鱼[7]、金枪鱼[8]等水产品的保鲜,表明渗透脱水膜包装法可有效延缓水产品的腐败,提高其食用价值,但关于渗透脱水膜包装应用于水产品干制的研究鲜有报道。

南美白对虾(Penaeusvannamei)肉质鲜美,营养丰富,深受消费者的喜爱[9]。自20世纪90年代初南美白对虾被我国引进养殖以来,产量不断上升,2016年的海水养殖产量近93万吨[10]。但目前南美白对虾加工品种单一,除鲜销或冷冻以外,主要以干制品为主[11]。传统的虾干生产工艺主要有两种方式,一是直接采用日光晾晒、热风干燥等方法进行干燥,该方法极易导致对虾在内源酶和微生物作用下发生腐败,使其应用受到了很大的限制;二是对虾经烫漂再干燥,虽可起到杀菌和灭酶的作用,但烫漂会造成可溶性蛋白及氨基酸等营养成分的流失,干燥后的产品表面开裂、硬度过高、复水性能低等问题,导致食用价值和消费者可接受度降低[12-13]。

渗透脱水膜包装可在低温贮藏过程中实现对高蛋白物料的脱水,制得的产品有别于传统干制品硬度大、难以咀嚼及烤制风味明显的感官特性,可较好地保持鲜活产品的特征,但相关研究鲜有报道。为此,本文对渗透脱水膜包装法制备南美白对虾干过程中的品质变化进行研究,以期为渗透脱水膜包装应用于南美白对虾及其他高值水产品的干制提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜活南美白对虾(35 尾/500 g) 宁波市水产市场;玻璃纸 横望山农业科技有限公司;高分子吸水树脂 复纳新材料科技(上海)有限公司;三氯乙酸、2-硫代巴比妥酸、硼酸、甘油 分析纯，国药集团化学试剂有限公司;高氯酸 分析纯，浙江中星化工试剂有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备

1.2.1.1 样品预处理 将南美白对虾置于流动水中清洗干净,去壳、去头,洗涤后,沥干水分备用。

1.2.1.2 渗透脱水膜包装法(ODS)虾干的制备 图1为渗透脱水膜的结构,在袋状的玻璃纸中加入均匀混合的高分子树脂、长绒棉和甘油。玻璃纸允许物料的水分子通过,并避免对虾与其他成分接触。高分子树脂具有吸收与储存大量水分的作用。长绒棉使甘油与高分子树脂均匀稳定分散于两层玻璃纸之间。甘油作为水分子的传递媒介。高分子吸水树脂、长绒棉、甘油的用量分别是:200、48、40 g/m2。

图1 渗透脱水膜横截面结构图Fig.1 Cross-sectional structure of osmotic dehydration sheets

将虾仁用渗透脱水膜包裹,于4 ℃条件下贮藏并进行脱水,分别于0、24、48、72、96、120、144 h取样,经液氮冻结后于-40 ℃条件下贮存,测定相关指标。

1.2.1.3 热风干燥法(HAD)虾干的制备 将虾仁单层均匀平铺于筛网上,放入预设温度为50 ℃的恒温鼓风干燥箱中脱水,分别于0、1、2、3、4、5、6 h取样,经液氮冻结后于-40 ℃条件下贮存,测定相关指标。

1.2.2 水分含量的测定 采用水分测定仪按照仪器说明书测定虾仁的水分含量。精确称取2 g绞碎的虾肉均匀分布于铝盒中,放下仪器罩,选用Auto模式,温度设置105 ℃,开始测定样品的水分含量,测定停止即可记录水分含量。

1.2.3 感官评价 参考文献[14]并结合ODS制得产品的特点,确定了虾干的感官评价表(表1)。质量因素权重的确定参考Soponronnarit等[15]的方法,获得外观、色泽、质地和气味的权重分别为2.52、1.90、2.78和2.80。由10名感官评价员按食品感官评定要求对虾干的外观、色泽和质地进行评定。4项评分经加权运算后的结果为虾干的感官总分(感官总分=2.52×外观评分+1.90×色泽评分+2.78×质地评分+2.80×气味评分)。

表1 南美白对虾感官评定标准Table 1 Sensory evaluation standard of Penaeus vannamei

1.2.4 色差的测定 采用色差计测定虾仁的L*、a*、b*值,样品测定前进行白板校正。其中L*表示样品的亮度,+a*表示样品偏红,-a*表示偏绿,+b*表示样品偏黄,-b*表示样品偏蓝。总色差(ΔE)是指处理组的颜色与对照组颜色平均值之间的色差。计算公式如下:

(3)利用MnO2和浓盐酸混合加热制Cl2的离子方程式为遇水剧烈反应,液面上产生的白雾是盐酸小液滴,并有刺激性气味的SO2气体产生,反应的化学方程式为。

ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

其中:ΔL*、Δa*、Δb*分别是样品初始和最终的差值[16]。

1.2.5 TVB-N值的测定 TVB-N值采用GB5009.228-2016半微量定氮法进行测定[17]。

1.2.6 硫代巴比妥酸值的测定 参照Faustman等[18]等的方法,取10 g样品切碎,加入25 mL 25%(质量分数)三氯乙酸和20 mL蒸馏水,高速匀浆30 s,1000×g离心20 min,中速滤纸过滤。取2 mL上层清液,加2 mL 0.02 mol/L硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA),沸水浴20 min,流水冷却,532 nm波长测吸光度。以1,1,3,3-四乙氧基丙烷做标准曲线,TBARS值以每千克样品中丙二醛(malonaldehyde,MDA)的毫克数表示。

1.2.7 复水率的测定 将虾干浸泡在50 mL的蒸馏水中240 min,每隔30 min用吸水纸除去表面水分,称重后重新放入蒸馏水中浸泡。复水率以百分比(%)表示,计算公式如下:

式中:mo表示复水前的虾干质量,mt表示复水至t时刻虾干的质量[19]。

1.2.8 质构剖面分析 对复水后虾仁的质构特性进行测试。选用 P/50平底柱形探头,测试前速度1 mm/s,测试速度1 mm/s,测试后速度1 mm/s,测试形变量50%,触发力10 g[20]。

1.3 数据处理

试验数据采用SAS 8.0软件进行单因素方差分析,使用Duncan’s多重比较模式判断差异显著性(p<0.05),Origin 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 南美白对虾的水分含量变化曲线

图2为两种方法脱水过程中对虾的水分含量变化曲线。随时间的延长,热风干燥组的水分含量逐渐下降。在脱水的前96 h,渗透脱水膜处理的样品水分含量下降较快,96 h以后的水分含量趋于稳定。当水分含量由74.15%下降至46.55%时,渗透脱水膜包装法所需时间约为128.5 h,热风干燥法大约需5.4 h。

图2 渗透脱水膜包装与热风干燥 南美白对虾的干燥特性曲线Fig.2 Drying curves of Penaeus vannamei by osmotic dehydration sheets and hot air drying

热风干燥时,在0～3 h之间,对虾的水分含量较高,受热后使表面水分快速汽化导致其脱水速率较大。3 h后,对虾的水分传递方向与温度的传递方向相反造成内部水分扩散至表面的速率降低,脱水速率也随之降低[21]。渗透脱水膜法的脱水驱动力源于南美白对虾与渗透脱水膜含水量不同而形成的渗透压力差。在0～96 h之间,南美白对虾含有较高的水分含量,其水分逐渐进入渗透脱水膜,并被甘油吸收,甘油结合的水分子则通过扩散或吸附作用进入到高分子吸水树脂中[8,22]。96 h之后,脱水速率降低主要是对虾与渗透脱水膜的水分含量达到平衡及对虾内部的水分扩散阻力增大导致。虽然采用渗透脱水膜包装对虾进行脱水的时间较长,但虾干在低温贮藏过程中即可完成脱水,很大程度上简化了虾干加工工艺。

2.2 脱水过程中南美白对虾感官品质的变化

两种脱水方式的感官评分如表2所示。随着脱水时间的延长,虾干的色泽、气味、外观和总评分均逐渐降低,质地评分则先增加后降低。在脱水终点,渗透脱水膜处理的虾仁色泽、形状、质地、气味评分及总评分均显著高于热风干燥(p<0.05)。

表2 渗透脱水膜包装与热风干燥对南美白对虾感官评分的影响(分)Table 2 Effect of osmotic dehydration sheets packaging and hot air drying on sensory scores in Penaeus vannamei(score)

热风干燥时,由于对虾表面的水分汽化速度与内部水分迁移速度不平衡导致其表面过于干燥而形成硬壳,且脱水速率较快、温度较高导致组织内部肌纤维剧烈收缩、组织结构塌陷,进而造成肌肉组织开裂[23];在高温下肌肉组织发生脂肪降解、美拉德反应等化学反应,生成苯甲醛、苯乙醛等醛类物质,使对虾产生烤肉味[24]。渗透脱水膜包装法于低温下将水分缓慢均匀脱出,避免了表面与内部水分分布不平衡而造成的表面硬化现象和虾体破损[4],也降低了肌肉组织中的化学反应速度,更好地保持了鲜虾固有的气味。因此,渗透脱水膜制得的虾干具有接近鲜虾的色泽、口感和质地等感官品质。

2.3 脱水过程中南美白对虾色差的变化

由表3可看出:两个处理组的a*、b*和ΔE随脱水时间的增加而增加,L*无显著变化(p>0.05)。在脱水终点,热风干燥处理的虾干ΔE显著高于渗透脱水膜包装组(p<0.05),表明渗透脱水膜包装法制得的对虾色变程度低于热风干燥组。渗透脱水膜包装法的脱水过程处于密闭低温条件下,减缓了美拉德反应产生褐色物质的速度[25-26],同时抑制了酚氧化酶的活性,很大程度上减缓了对虾黑变进程。热风干燥虾干的a*大于渗透脱水膜处理组,表明其红变程度大于渗透脱水膜处理组,热敏性的虾青素经高温被氧化为呈鲜红色的虾红素[27]。目前常用的干燥方法经高温烫漂和蒸煮均会造成虾青素氧化,而渗透脱水膜包装法整个脱水过程均处于低温下,可有效避免对虾青素的热分解,减缓黑变,使对虾干的色泽更接近鲜虾。

表3 渗透脱水膜包装与热风干燥对南美白对虾色度的影响Table 3 Effect of osmotic dehydration sheets packaging and hot air drying on Hunter colorimetric index in Penaeus vannamei

2.4 脱水过程中南美白对虾挥发性盐基氮的变化

挥发性盐基氮(TVB-N)是动物性食品在酶和微生物的作用下,蛋白质分解生成的碱性含氮物质,常被用来衡量水产品的腐败程度[28]。如图3所示:渗透脱水膜包装处理与热风干燥过程中南美白对虾TVB-N含量显著上升趋势(p<0.05),渗透脱水膜组的TVB-N含量较低且增加速度较缓慢。脱水终点时,渗透脱水膜包装组的TVB-N含量是37.80 mg/100 g,显著低于热风干燥组的63.71 mg/100 g(p<0.05)。

图3 渗透脱水膜包装与热风干燥 过程中总挥发性盐基氮的变化Fig.3 Changes of TVB-N of Penaeus vannamei treated by osmotic dehydration sheets packaging and hot air drying during the dehydration process

热风干燥过程中,适宜的温度导致微生物的大量滋生,对虾体内蛋白质被分解生成大量含氮化合物,TVB-N含量也迅速增加[28]。渗透脱水膜法一方面使对虾处于密闭条件下,在对虾周围形成低氧的环境,有效减缓微生物的增殖速度[4];另一方面,由于渗透脱水膜内的高分子树脂和甘油形成较高的渗透压,导致对虾表面的水分活度降低,抑制了微生物的生长和繁殖[29]。Hamada-Sato等[30]将渗透脱水膜应用于干制海产品时,发现渗透脱水膜法制得的海鲜干制品菌落总数低于传统的烘箱干燥法。另外,低温抑制了对虾内源酶的活性也是蛋白质、氨基酸分解为含氮化合物的速度大幅度降低的原因之一。Lee 等[31]研究渗透脱水膜对半干鲭鱼的品质影响时,表明渗透脱水膜包装法处理鲭鱼的TVB-N含量低于热风干燥法。

2.5 脱水过程中南美白对虾的脂肪氧化程度

TBARS值是判断水产品中脂肪氧化程度的重要指标[32]。由图4可知,热风干燥组的TBARS值由0.05 mg/kg增加至0.35 mg/kg,前72 h,渗透脱水膜组的TBARS值略有增加,其后增加速度较快,脱水终点时为0.28 mg/kg。热风干燥组的TBARS值显著大于渗透脱水膜包装组(p<0.05)。

图4 渗透脱水膜包装与热风干燥 过程中南美白对虾TBARS的变化Fig.4 Changes of TBARS of Penaeus vannamei treated by osmotic dehydration sheets packaging and hot air drying during the dehydration process

50 ℃干燥时,虾仁内部温度较接近脂肪酶的最适温度,脂肪酶表现较高的催化活性,使更多的底物与酶发生反应,造成了脂肪发生较大程度的分解[33]。另外,热风干燥过程中南美白对虾直接暴露于高温空气中,氧分子运动加剧,增大了南美白对虾与氧分子接触的概率,脂肪的氧化迅速增加。渗透脱水膜包装组的TBARS值在0～72 h范围内增加缓慢的原因是对虾处于密闭低温环境下,氧气不足、肌肉组织中的酶活性较低使脂肪氧化受到抑制。72 h之后,水分含量的降低提供了蛋白酶活性最强时所需的底物浓度,酶促氧化反应加快,使得脂肪氧化加剧。Seto等[34]以马鲭鱼与沙丁鱼为原料,将渗透脱水膜包装法与日晒干燥法比较,发现渗透脱水膜可有效减缓脂肪的腐败。

2.6 不同脱水方式对南美白对虾干复水率的影响

复水率是评价干制品经过复水后恢复到干燥前状态程度的指标。如图5所示:两个处理组的复水率随着复水时间延长而逐渐增大。在复水终点,渗透脱水膜包装法制得的虾干复水率为90.64%,显著高于热风干燥组的72.14%(p<0.05)。造成该结果的原因:一方面是热风干燥的虾干内部肌纤维排列致密,复水时水分较难渗入,致使复水速度和复水率较低[35];另一方面是高温导致蛋白质表面的亲水基团遭到破坏,埋藏于内部的巯基、二硫键等疏水基团暴露被氧化,对虾的复水性能下降[36]。渗透脱水膜包装法处理的对虾的蛋白质热变性和降解程度较小,使其复水性能相对较高[4]。因此,与热风干燥法相比,渗透脱水膜法在低温下脱水,避免蛋白质结构的变化,使虾干具有更好结合水的能力。

图5 不同脱水方式对南美白对虾复水率的影响Fig.5 Effect of different dehydration methods on rehydration rate in Penaeus vannamei

2.7 不同脱水方式对复水后南美白对虾质构的影响

咀嚼性是硬度、弹性和内聚性的综合表现,反映了肉干从可咀嚼状态到可吞咽状态所需的能量,数值越小,说明食品在食用过程中咀嚼越省力[37]。由表4可看出:复水后,渗透脱水膜包装法的硬度、弹性、咀嚼性和内聚性显著低于热风干燥的样品(p<0.05),渗透脱水膜包装法的对虾粘着性显著高于热风干燥法,其恢复性显著低于热风干燥组(p<0.05)。与热风干燥法相比,渗透脱水膜包装法可改善虾干的质地,使其具有硬度较小,易咀嚼。造成该结果的原因是:渗透脱水膜包装法处理的虾肉主要是虾干失水收缩,使肌肉组织的硬度、弹性和咀嚼性有所增加。但热风干燥时,虾干的质地变化一方面由脱水作用引起肌纤维收缩从而促进蛋白质分子之间形成氢键造成的[38],另一方面是高温干制造成肌球蛋白变性聚合,巯基-二硫键交联,导致对虾的硬度、弹性等过大[39],使得虾干质地粗硬、咀嚼性差[40],但渗透脱水膜包装法处理的对虾硬度、咀嚼性较低且接近新鲜对虾,从而增加了虾干的可接受度。

表4 不同脱水方法对复水后南美白对虾干质构的影响Table 4 Effect of different dehydration methods on TPA in Penaeus vannamei after rehydrated

3 结论

虽然渗透脱水膜包装法所需时间相较于热风干燥法的时间较长,但其可在低温贮藏过程中完成脱水,很大程度上简化了加工工艺,且其处理的对虾较热风干燥的对虾具有更好的外观、质地、色泽和气味;在脱水过程中,渗透脱水膜包装法可延缓对虾的腐败,降低脂肪氧化程度,使对虾干具有更好的复水能力,且复水后的虾干避免了传统干制品过硬、难以咀嚼的缺点,质构特性更加接近鲜虾,更容易被消费者接受。可见,渗透脱水膜包装法不仅能改善对虾干的感官品质,使其更接近鲜虾,而且可延缓腐败、赋予虾干较好的复水能力和质构特性。因此,渗透脱水膜包装法在高值水产干制品的制备方面具有良好的应用前景,但工艺改进及其对产品蛋白质结构的影响值得进一步的研究。