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蝦類保鮮研究進(jìn)展

2013-05-17 01:34俞所銀李越華包建強(qiáng)
食品工業(yè)科技 2013年6期
關(guān)鍵詞:蝦類指示器貨架

俞所銀,李越華,任 青,包建強(qiáng)

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海201306)

蝦類屬于節(jié)肢動(dòng)物門,甲殼綱,十足目,游泳亞目。肉質(zhì)細(xì)嫩,味道鮮美,高蛋白(粗蛋白含量為15% ~22%),低脂肪(0.5% ~30%),低糖(≤1%),含大量微量元素和人體必需的氨基酸[1],在海鮮食物中營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)突出,已成為合理膳食結(jié)構(gòu)中的重要組分,深受人們的喜愛(ài)。因而近年來(lái)世界上蝦類養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展,產(chǎn)量大幅度提高。在國(guó)際貿(mào)易中,每年貿(mào)易量約為50多萬(wàn)噸,貿(mào)易額約為35億美元[2]。從港臺(tái)、東南亞等國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)蝦類產(chǎn)品需求來(lái)看:鮮度是衡量蝦最主要的品質(zhì)指標(biāo),鮮度好的蝦不僅暢銷,而且價(jià)格高。蝦在捕撈或收獲期存在以下難點(diǎn):起捕量大,起捕點(diǎn)分散或遠(yuǎn)離收藏與加工點(diǎn)[3];在生產(chǎn)、加工、配送、銷售過(guò)程中由于設(shè)備條件、人員監(jiān)管力度不夠;蝦體本身的生物、化學(xué)特性—出水、長(zhǎng)時(shí)間露天或高溫下極易死亡,機(jī)體便失去了抗菌能力;高水分含量,柔軟的肌肉組織,易被微生物利用造成腐敗變質(zhì)(如“褐變”等),并產(chǎn)生難聞的味道;從而使蝦類的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低或失去食用價(jià)值。因而,蝦類的保鮮問(wèn)題已為各國(guó)研究的熱點(diǎn)之一。本文從蝦類發(fā)生褐變因素角度分析,概述了蝦類保鮮技術(shù),并結(jié)合時(shí)間一溫度一剩余耐藏性(T.-T.T.)理論、類型對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)作了展望。

1 蝦類褐變機(jī)理

褐變嚴(yán)重影響蝦類產(chǎn)品商業(yè)價(jià)值的提高,因而蝦類保鮮已經(jīng)成為研究的重要課題之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)如何防止蝦類褐變的問(wèn)題也做出了大量的探索研究[4-9],如吳國(guó)鳳[10]指出我國(guó)福建海蝦捕撈季節(jié)一般在4 ~10月份,平均氣溫25℃左右,最高達(dá)30℃;采用“層冰層蝦”簡(jiǎn)易保鮮時(shí),3 ~5d漁船返港后,有相當(dāng)部分蝦體已嚴(yán)重褐變;尤其是頭部,l ~2d捕獲的蝦品質(zhì)已開(kāi)始下降,且耗冰多、成本高。蝦類自身含大量的酶類和酪氨酸(L-Tyrosine)[11],在整個(gè)食品冷藏鏈[12]過(guò)程中仍然保持著活性,而冷藏鏈中斷或裝卸貨物時(shí)造成溫度波動(dòng)[12],易引起蝦頭、蝦尾變黑,甚至蝦體褐變、腐敗變質(zhì)以及發(fā)臭,嚴(yán)重影響蝦的經(jīng)濟(jì)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[13]。因此,分析蝦類褐變是蝦類保鮮的重要步驟。

蝦類在冷鏈過(guò)程中,頭腮部、尾部、外殼、游泳足、前足、蝦體[14]依次發(fā)生褐變,出現(xiàn)黑的斑點(diǎn)或黑箍。目前比較一致的認(rèn)為“褐變”是蝦類體內(nèi)和甲殼下層的氧化酶(酚酶或酚氧化酶)使酪氨酸氧化,生成黑色素所致[15]。整個(gè)褐變反應(yīng)過(guò)程如圖1[16]。多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)在蝦類處于應(yīng)急狀態(tài)時(shí),誘使蝦類體內(nèi)無(wú)色一元酚與氧氣(O2)接觸,氧化成無(wú)色雙酚;進(jìn)一步氧化成有色醌類物質(zhì),醌類極易與蝦體中的氨基酸或蛋白質(zhì)結(jié)合,形成褐色復(fù)合物,即所說(shuō)的黑點(diǎn)[17]。若繼續(xù)冰藏,由于細(xì)菌的大量繁殖,出現(xiàn)各種腐敗現(xiàn)象:蝦體松軟、有腥臭味、內(nèi)臟彌散、肉殼松馳、且明顯脫離,這些現(xiàn)象出現(xiàn)說(shuō)明蝦已明顯變質(zhì)。

2 蝦類酶保鮮技術(shù)

由于蝦類體內(nèi)的酪氨酸酶經(jīng)“酶促褐變”產(chǎn)生黑色素,所以通過(guò)抑制或除去“酶促褐變”發(fā)生時(shí)需要的條件,即適當(dāng)?shù)牡孜铮ɡ野彼幔?、氧化酶和O2,來(lái)防止褐變的發(fā)生。

2.1 抑制或除去酶的活性

2.1.1 溫度 低溫能抑制酶的活性,而抑制酶活性的溫度一般要比抑制細(xì)菌繁殖所需溫度要低。國(guó)際冷凍協(xié)會(huì)建議:為防止微生物繁殖,必須在-12℃以下貯藏;為防止酶及物理變化,必須低于-18℃。低溫因抑制了酶的活性,使蝦肉蛋白質(zhì)不致于很快分解,游離酪氨酸(底物)的濃度較低,褐變速度相對(duì)延緩[5]。Shamshad SL等[18]曾研究過(guò)蝦體在不同貯藏溫度下鮮度的變化,結(jié)果表明在低溫狀態(tài)下,蝦體褐變的速度明顯減緩。方法優(yōu)點(diǎn):不破壞水產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)[19]:?jiǎn)渭兪褂玫蜏乇4孢_(dá)不到理想的保鮮效果,肉質(zhì)會(huì)出現(xiàn)白濁現(xiàn)象,風(fēng)味變差、肉質(zhì)變軟,影響表觀形象。

2.1.2 pH 通過(guò)調(diào)節(jié)pH抑制多種參與反應(yīng)的酶活性,從而達(dá)到延長(zhǎng)保鮮期的目的。一般蝦類酪氨酸酶的活性以pH6 ~8的范圍最強(qiáng),在pH4以下則不能發(fā)生褐變。事實(shí)上蝦肉蛋白質(zhì)為兩性物質(zhì),緩沖能力很強(qiáng),要使pH降到4以下頗為困難。若pH降到4以下,蝦體已呈柔軟狀態(tài),蛋白質(zhì)發(fā)生變性、肌肉脫水、收縮變硬[19],所以使用此法對(duì)蝦保鮮的研究文章較少。

2.1.3 輻射 用鈷60(60Co)的Y射線和高能電子束(4MeV)對(duì)蝦類進(jìn)行照射殺菌、滅酶,可達(dá)到保鮮作用。劉春泉等[20]曾對(duì)出口冷凍蝦仁進(jìn)行輻射保鮮,結(jié)果表明:3 ~5kGy的輻照劑量可殺滅冷凍蝦仁中99%以上的微生物,經(jīng)1 ~9kGy劑量輻照,蝦肉中大多數(shù)氨基酸含量均有增加,幅度在0.3% ~24.6%之間,總量明顯高于對(duì)照。輻照后揮發(fā)性鹽基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)的含量降低,有害重金屬元素含量輻照前后無(wú)顯著差異。輻照后蝦仁在-7℃下貯存,保鮮期比對(duì)照延長(zhǎng)6個(gè)月。方法優(yōu)點(diǎn):具有一定的保鮮效果、安全性高;缺點(diǎn):高劑量輻照(10 ~50kGy)處理會(huì)使產(chǎn)品產(chǎn)生異味、且降低蝦的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),國(guó)際衛(wèi)生組織批準(zhǔn)或建議應(yīng)用的項(xiàng)目還不多。

2.1.4 化學(xué)添加物 使用化學(xué)添加物抑制酶活性或使酶失活,可達(dá)到保鮮作用。除傳統(tǒng)的廣普性抗菌素(四環(huán)素、金霉素、土霉素等)、限制性使用的亞硫酸鹽類和植酸等化學(xué)保鮮外,國(guó)內(nèi)外研究人員研制出了許多不同特點(diǎn)的新型保鮮劑。如美國(guó)輝瑞有限公司生產(chǎn)的“蝦鮮寶”(要成分是4-乙基間苯二酚,即4-HR)[21],可與PPO牢固不可逆的特異性結(jié)合,使PPO不能參與蝦體內(nèi)無(wú)色一元酚經(jīng)空氣氧化形成褐變的生化反應(yīng)。Montero等[22]曾選用不同濃度的4-HR對(duì)鷹爪蝦進(jìn)行保鮮實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示0.5g/100g 4-HR能延長(zhǎng)鷹爪蝦貨架期至7d以上。方法優(yōu)點(diǎn):方法簡(jiǎn)便易行、比較容易實(shí)施、也很經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn):化學(xué)保鮮法存在抗菌素、化學(xué)試劑殘留、保鮮期短的問(wèn)題,因此天然生物保鮮(酸鏈球菌素、雙歧桿菌,殼聚糖、精油等)、復(fù)合技術(shù)保鮮越來(lái)越被廣泛關(guān)注。

Einarsson等[23]研究了乳酸鏈球菌素(Nisin)對(duì)鹽漬北極蝦的保鮮效果,并與空白對(duì)照組相比,結(jié)果顯示Nisin能有效抑制革蘭氏陽(yáng)性菌的生長(zhǎng),使貨架期達(dá)到31d。Simpson等[24]就曾用殼聚糖溶液浸泡蝦仁,在4 ~7℃條件可以貯藏20d,具有很好的保鮮效果。

2.2 氧氣

因?yàn)橐鹞r類發(fā)生褐變的酶(PPO)屬于需氧性脫氫酶類,在與O2接觸后誘導(dǎo)蝦體內(nèi)和甲殼下層的無(wú)色一元酚氧化,生成有色的鄰醌,隨氧化時(shí)間的推移,與氨基酸或蛋白質(zhì)接觸,最終形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的褐黑色聚合物或黑斑,所以通過(guò)多種技術(shù)將蝦體與氧氣隔離,隔氧處理能有效地防止蝦類褐變,達(dá)到較好的保鮮、保色效果。

2.2.1 隔絕氧氣 通過(guò)隔絕氧氣技術(shù)處理,使PPO失效,從而避免蝦類發(fā)生褐變。目前常用的有“鮮蝦冰水浸泡法”和“凍蝦灌水包冰衣法”等。

2.2.1.1 “冰水浸泡法” 采用冰水使蝦體溫度在極短的時(shí)間內(nèi)降到0℃附近。一方面低溫使附著的海水細(xì)菌不易繁殖,另一方面冰水隔絕了空氣(氧氣),防止了酪氨酸酶的氧化。因此黑色素易溶于水中,蝦體不易變黑。

2.2.1.2 “凍蝦灌水包冰衣法”[16]每盤蝦進(jìn)行冷凍時(shí),先在盤底加少量冰水封底,當(dāng)蝦體溫度降到-8℃時(shí)第一次加水,加水量為蝦層高的三分之二左右;當(dāng)蝦基本凍好時(shí)再加水,其量剛蓋過(guò)蝦層為宜;當(dāng)蝦體中心溫度達(dá)到-18℃時(shí),即可出庫(kù)脫盤;脫盤后再加鍍一層冰衣(即包冰衣),這樣使凍蝦隔絕空氣,不易褐變。如“蝦保鮮冰”[25]是近期一種新型的保鮮方法,即將焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)溶于水后,加入一定分散劑等添加劑制成的冰,結(jié)果顯示可有效抑制蝦體褐變。蝦保鮮冰法優(yōu)點(diǎn):能延緩蝦類腐敗變質(zhì)的速度;有效控制SO2在蝦體的殘留量;價(jià)格低廉,是漁民愿意采納的一種比較好的方法。

2.2.2 可食性涂膜法 可食性膜是通過(guò)包裹、浸漬、涂布、噴灑等形式覆蓋于食品表面或內(nèi)部界面上[26]的一層由可食性物質(zhì)組成的薄層,可阻止或減少水分、氣體或溶質(zhì)的遷移,并對(duì)食品起到機(jī)械保護(hù)的作用。其優(yōu)點(diǎn):可食用,具有一定的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值;可微生物降解,不對(duì)環(huán)境造成污染;可防止食物的腐敗變質(zhì),延長(zhǎng)產(chǎn)品保質(zhì)期。

BOuattara[27]采用SPI膜涂膜保鮮蝦仁,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)保持蝦仁品質(zhì)和延長(zhǎng)貨架期有一定的作用;美國(guó)密西西比州研制出一種蝦類保鮮新方法[28]:在冷凍裝盒前,先將蝦類產(chǎn)品用4% ~6%的三聚磷酸鈉溶液浸泡數(shù)秒鐘,使之形成一層膠質(zhì)薄膜。實(shí)驗(yàn)表明,經(jīng)三聚磷酸鈉處理3個(gè)月之后的凍蝦,可以封閉滴失、減少腐化、保持原有鮮味;煮熟后其飽滿、細(xì)嫩程度,優(yōu)于未經(jīng)處理的同批次蝦類產(chǎn)品,而三多磷酸鈉的殘留量低于0.5%。

2.2.3 氣調(diào)保鮮 氣調(diào)保鮮是指在適宜的低溫下,改變貯藏環(huán)境中空氣的組成,降低O2含量,增加二氧化碳含量(CO2)[29],從而減弱鮮活品的呼吸強(qiáng)度,抑制微生物的生長(zhǎng)繁殖,降低鮮活品生化反應(yīng)的速度,達(dá)到延長(zhǎng)保鮮期和提高保鮮效果的目的[21]。

Shengmin Lu[30]報(bào)道,用混合殺菌劑(4-己基雷瑣辛、Nisin和甲醋吡喃酮鈉)浸泡后結(jié)合使用40%CO2/30%N2/30%O2和100%CO2氣調(diào)包裝處理的中國(guó)對(duì)蝦的貯藏期分別為13、17d,且揮發(fā)性鹽基氮顯著低于同期的空白對(duì)照組。Mejlholm[31]用正交實(shí)驗(yàn)的思路研究得出,東方長(zhǎng)額蝦氣調(diào)保鮮(50%CO2/30%N2/20%O2)的最佳保存溫度為2℃,貨架期為21d。

3 T.-T.T.(Time Temperature Tolerance)理論及檢測(cè)食品品質(zhì)的儀器類型

3.1 T.-T.T.理論

蝦類從產(chǎn)地到餐桌要經(jīng)歷多重環(huán)節(jié),其中冷藏運(yùn)輸及配送占整個(gè)冷藏鏈的絕大部分時(shí)間[32]。由于微生物、酶、呼吸、氧化作用,機(jī)械損傷及光、溫度波動(dòng)、濕度等作用[33]導(dǎo)致蝦的色、香、味變差,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低,長(zhǎng)期放置會(huì)變質(zhì)。而冷藏鏈中食品質(zhì)量的變化主要取決于原料品質(zhì)、食品的加工方法、貯藏方式以及產(chǎn)品在流通中所經(jīng)歷的時(shí)間與溫度,其變化可由T.-T.T.理論確定。

T.-T.T.理論是Arsdel等[34]通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的,用于闡述食品的剩余耐藏性(Tolerance)與時(shí)間(Time)、溫度(Temperature)之間的關(guān)系。通過(guò)測(cè)定食品在流通過(guò)程中所經(jīng)歷的時(shí)間和溫度,可應(yīng)用T.-T.T.曲線來(lái)確定食品的品質(zhì)與貨架期。如意大利學(xué)者Limbo S等[35]《利用化學(xué)方法和電子鼻技術(shù)測(cè)定歐洲海鱸魚鮮度衰變和貨架期預(yù)測(cè)模型》文章:通過(guò)化學(xué)方法測(cè)定海鱸魚樣品中TBA(Thiobarbituric acid)、TVB-N值建立時(shí)間(Time)、溫度(Temperature)和剩余貨架期(Remaining Shelf Life)關(guān)系圖形,并將電子鼻測(cè)定的TBA、TVB-N值進(jìn)行擬合,即確定了電子鼻技術(shù)的可行性。圖2清晰地顯示,海鱸魚每日品質(zhì)下降量和從生產(chǎn)到消費(fèi)者購(gòu)買、儲(chǔ)藏整個(gè)過(guò)程中每一步驟的剩余貨架期,很好地指導(dǎo)了歐洲海鱸魚的銷售。

T.-T.T.理論指出食品在流通中由時(shí)間、溫度的經(jīng)歷而引起的品質(zhì)下降是累積的、不可逆的。因而T.-T.T.理論潛在地提供了監(jiān)測(cè)食品的質(zhì)量及預(yù)測(cè)食品貨架期的方法。

3.2 T.-T.T.理論研究中涉及的檢測(cè)食品品質(zhì)的儀器類型

消費(fèi)者能否獲得優(yōu)質(zhì)蝦,主要由T.-T.T.條件決定。但在整個(gè)儲(chǔ)存-運(yùn)輸-銷售過(guò)程中存在多種不可預(yù)測(cè)性(如溫度等),使蝦類鮮度、保質(zhì)期等指標(biāo)難以保證,因而研究開(kāi)發(fā)冷鏈過(guò)程中食品品質(zhì)檢測(cè)的儀器顯得尤為重要。如近些年學(xué)者研制出的“小型食品熱量分析儀”、“溫度指示器”、“時(shí)間-溫度指示器”(TTI,Time Temperature Ind-icator)[35-38]。

目前國(guó)內(nèi)外以“時(shí)間-溫度指示器”(TTI)研究較為普遍。TTI可作為產(chǎn)品包裝的一部分(如冰箱內(nèi),貼于食品或食品包裝上),反映冷藏或冷凍時(shí)對(duì)儲(chǔ)藏溫度敏感的食品(如蝦等水產(chǎn)品、凍結(jié)肉類、新鮮牛奶等)的時(shí)間-溫度歷程[39-41]。通過(guò)機(jī)械形變或顏色變化反映其溫度歷程、估計(jì)剩余貨架期[42-45],也可監(jiān)視在整個(gè)冷藏鏈中是否有違規(guī)的現(xiàn)象發(fā)生,以便控制食品的銷售。

時(shí)間-溫度指示器根據(jù)TTI的工作原理可分[39]為“擴(kuò)散型指示器”、“聚合反應(yīng)型指示器”及“酶反應(yīng)型指示器”三種。

“擴(kuò)散型指示器”是通過(guò)顏色的位標(biāo)顯示食品所接觸溫度的歷程及剩余貨架期。如圖3,指示器是由兩片墊板組成的封閉盒體,盒體分為兩室a和b。室a內(nèi)貯藏脂肪酸酯和藍(lán)色的酞酸酯混合物;室b內(nèi)有一條長(zhǎng)的吸液芯帶,吸液芯帶可作化學(xué)混合物擴(kuò)散用的軌道,室a與室b之間由聚酯膜層隔開(kāi)。當(dāng)溫度高于化學(xué)混合物熔點(diǎn)時(shí),聚酯膜就會(huì)融化,指示器即被“激活”,化學(xué)混合物將沿著軌道向右擴(kuò)散,通過(guò)五個(gè)“藍(lán)眼(Blue eye)”和位標(biāo)就可以知道食品的接觸溫度的歷程和剩余貨架期。當(dāng)位標(biāo)為“5”的“藍(lán)眼”變?yōu)樗{(lán)色時(shí),表示食品已到了貨架期。

圖3 3M公司的Monitor-Mark擴(kuò)散型指示器混合進(jìn)程Fig.3 The hybrid process of diffused Monitor-Mark indicator of 3M Company

“聚合反應(yīng)型指示器”是通過(guò)顏色的深淺程度確定食品的品質(zhì),如圖4,Lifelines公司的Fresh-Check指示器。指示器由兩個(gè)圓環(huán)組成,聚合物在小的內(nèi)圓環(huán)里;外環(huán)是暗色的,作為內(nèi)環(huán)顏色的比較色。一旦接觸溫度高于保存溫度時(shí),即可被激活,內(nèi)環(huán)顏色逐漸變深;當(dāng)內(nèi)環(huán)顏色比外環(huán)顏色深時(shí),建議消費(fèi)者停止食用。

圖4 Lifelines公司的Fresh-Check指示器反應(yīng)進(jìn)程示例圖Fig.4 The reaction process diagram for Fresh-Check indicator of Lifelines Company

“酶反應(yīng)型指示器”是一類pH指示器,測(cè)量酶催化脂類底物水解釋放的質(zhì)子H+。根據(jù)顏色的改變可推測(cè)出食品的剩余貨架期與判斷食品是否可以食用,如圖5,瑞典Vitsab公司的CheckPoint的Vitsab環(huán)形指示器。指示器由兩個(gè)隔開(kāi)的小囊組成,一個(gè)裝有能分解脂肪的酶的水溶液,另一個(gè)裝有脂類底物的聚氯乙烯水溶液,溶液中放有pH指示器。使用時(shí),先通過(guò)外力壓破兩個(gè)小囊之間的隔膜,使兩種溶液混合,整個(gè)溶液成酸性,pH指示器的顏色也就隨之改變。未激活時(shí),室溫下保存內(nèi)環(huán)為白色。若內(nèi)環(huán)的顏色與左側(cè)箭頭內(nèi)顏色相近時(shí),表示可以食用;與右側(cè)箭頭顏色相近時(shí),就不能食用。此類指示器使用方便,可固定在包裝密封上,也可安放在貨架內(nèi)包裝袋之間或散裝箱內(nèi)。

圖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

目前蝦類保鮮的諸多技術(shù)中,基本上能做到有效延長(zhǎng)蝦類的保鮮期。但隨著消費(fèi)者對(duì)食品質(zhì)量安全要求的嚴(yán)格,以及生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)各部門對(duì)商業(yè)利潤(rùn)最大化的需求,蝦類保鮮技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)單一方法向多種技術(shù)聯(lián)合保鮮,再到電子標(biāo)簽發(fā)展過(guò)渡;從成本高、操作繁瑣、毒副作用大,到價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)便、天然安全、可靠無(wú)殘留,再到小巧方便、成本低、連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能、通俗易懂方向蛻變,達(dá)到預(yù)測(cè)食品安全性、指示食品剩余貨架信息、指導(dǎo)食品銷售、增加消費(fèi)者對(duì)食品信任度的作用。因此電子標(biāo)簽技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,將成為蝦類乃至整個(gè)水產(chǎn)品領(lǐng)域保鮮的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。

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