彭歡歡，劉小莉，黃鴻兵，夏秀東，周劍忠，劉 源,*（.上海海洋大學食品學院，上海 006；.江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇 南京 004；.江蘇省淡水水產(chǎn)研究所，江蘇 南京 007）

凍結(jié)速率對河蟹肌肉生化特性的影響

彭歡歡1，劉小莉2，黃鴻兵3，夏秀東2，周劍忠2，劉 源1,*
（1.上海海洋大學食品學院，上海 201306；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇 南京 210014；3.江蘇省淡水水產(chǎn)研究所，江蘇 南京 210017）

采用5 種不同的低溫凍結(jié)處理方式，即－20 ℃自然慢凍組、速凍處理組（包括－20、－40、－60 ℃速凍及液氮速凍），進行鮮活整河蟹的凍結(jié)，以－20 ℃條件下貯藏期內(nèi)河蟹肌肉pH值、丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量、Ca2＋-ATPase活力、總巰基（－SH）含量、表面疏水性為指標，研究不同凍結(jié)速率對冷凍貯藏河蟹肌肉生化特性的影響。結(jié)果表明，隨著凍藏時間的延長，河蟹樣品的pH值下降、脂肪氧化產(chǎn)物MDA含量先增大后減小、Ca2＋-ATPase活力降低、總巰基含量降低、表面疏水性增大，速凍處理組的樣品各指標變化趨勢明顯低于或遲緩于慢凍組，且－60 ℃和液氮組效果要顯著優(yōu)于－20、－40 ℃處理組，－60 ℃和液氮組之間各指標差異不顯著。

河蟹；凍結(jié)速率；蛋白質(zhì)；脂肪；氧化

河蟹，俗稱螃蟹、大閘蟹，學名中華絨螯蟹，是我國及東南亞地區(qū)人們十分鐘愛的淡水水產(chǎn)珍品，食用價值和經(jīng)濟價值極高。近年來，由于市場需求和經(jīng)濟效益的推動，河蟹養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，成為特種水產(chǎn)品中最具代表性和最有影響的主導產(chǎn)業(yè)[1]。但是由于河蟹是季節(jié)性非常強的水產(chǎn)品，只有在每年的農(nóng)歷秋冬之際，蟹才膏肥黃滿。在河蟹集中上市季節(jié)，對于市場不能及時消化掉的大量積壓鮮活蟹，由于無法及時進行加工，一旦失去食用價值，也將是一個很大的浪費[2]。因此，推進河蟹的原料貯藏或加工研究，有助于調(diào)節(jié)供求關(guān)系，對河蟹養(yǎng)殖業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

凍藏作為主要的保藏方法，廣泛應用于水產(chǎn)類的貯藏、運輸、銷售和加工中[3-6]。低溫凍藏條件下，產(chǎn)品貨架期較長，能有效抑制微生物和內(nèi)源酶的作用，但即使在低溫條件下水產(chǎn)類脂質(zhì)中含有的大量高度不飽和脂肪酸以及蛋白質(zhì)也會氧化或分解變質(zhì)，改變肌肉的組織、顏色、水合能力和風味等一系列特性[7-10]，對其保存、銷售和食用產(chǎn)生不良影響。多項研究表明，這些變化與凍結(jié)方式密切相關(guān)[11-13]，研究水產(chǎn)品在凍藏過程中生化特性的變化，尋找合理的凍結(jié)方式對生產(chǎn)高質(zhì)量水產(chǎn)制品具有重要意義。

目前對蟹類產(chǎn)品凍藏或冷藏的研究主要集中于熟制海蟹或生海蟹[14-16]，而淡水河蟹方面的研究很少。本研究以鮮活河蟹為研究原料，采用不同的低溫凍結(jié)處理方式進行整河蟹的凍結(jié)，以貯藏期內(nèi)河蟹肌肉pH值、丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量、Ca2＋-ATPase活力、總巰基含量、表面疏水性為指標，研究不同凍結(jié)速率對冰凍河蟹品質(zhì)的影響，旨在提高凍藏河蟹的品質(zhì)，為進一步的加工利用提供原料保障。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活公河蟹由江蘇省常熟市某公司提供，體質(zhì)量（150±15） g，江蘇省淡水水產(chǎn)研究所鑒定為中華絨螯蟹（Eriocheir sinensis H. Milne-Edwards）。

MDA測定試劑盒、超微量Ca2＋-ATPase試劑盒、二喹啉甲酸（bicinchoninic acid，BCA）法蛋白定量試劑盒南京建成生物工程研究所；5,5’-二硫代雙（2-硝基苯甲酸）（5,5’-dithiobis(2-nitrobenzoic acid)，DTNB）、8-苯胺基-1-奈磺酸銨（1-anilino-napthalene-8-sulfonic acid，ANS） 美國Sigma-Aldrich公司；所有提取用試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

低溫試驗箱 南京泰斯特試驗設(shè)備有限公司；醫(yī)用低溫保存箱 海爾集團；多功能酶標儀 美國BioTek儀器有限公司；高速勻漿機 德國IKA公司；pH計上海雷磁儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 河蟹預處理、凍結(jié)及貯藏

凍藏河蟹定期取樣，于4 ℃冰箱中解凍后去除不可食部分。由于蟹膏含量及組分隨季節(jié)及品種個體差異較大，因此取樣時取河蟹腹部及足鉗內(nèi)體肉，進行指標測定。

鮮活河蟹自來水沖洗干凈后瀝水，分別進行如下凍結(jié)處理：慢速凍結(jié)：將河蟹直接置于－20 ℃冰箱冷凍層中緩慢凍結(jié)；快速凍結(jié)：分別設(shè)置低溫實驗箱溫度為－20、－40、－60 ℃，待腔體溫度穩(wěn)定至設(shè)置值后，將溫度探頭插入河蟹腹部中心進行凍結(jié)至中心溫度達－20 ℃；液氮速凍：河蟹至于泡沫箱，傾注液氮使河蟹浸沒于液氮中，密封箱蓋至中心溫度達－20 ℃；將凍結(jié)好的河蟹裝入保鮮自封袋（厚度0.2 mm），封口，－20 ℃低溫保存箱中貯藏。

1.3.2 pH值的測定

取蟹肉5 g，加入9 倍體積（45 mL）的煮沸冷卻后的純水，勻漿，10 000×g離心10 min，測定pH值。

1.3.3 MDA含量的測定

MDA是常用的脂質(zhì)過氧化指標，可與硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）縮合，形成紅色產(chǎn)物，在532 nm波長處有最大吸收峰。稱取一定量的河蟹肉樣品，加入5 倍體積去離子水，10 000 r/min勻漿1 min，用于MDA含量的檢測。依據(jù)TBA法原理采用試劑盒檢測，結(jié)果以1 mg樣品蛋白質(zhì)中MDA含量（nmol/mg pro）表示。

1.3.4 肌原纖維蛋白的提取

參照Yang Fang等[17]的方法進行肌原纖維蛋白的提取。10 g蟹肉樣品加20 mL、4 ℃預冷的去離子水，12 000 r/min勻漿30 s，10 000 r/min、4 ℃離心20 min，棄去上清液，沉淀中加入去離子水，再重復提取一次。沉淀中再加入20 mL、4 ℃預冷的0.05 mol/L磷酸鹽緩沖液（pH 7.2）（其中補充0.6 mol/L的NaCl），12 000 r/min勻漿30 s，10 000 r/min、4 ℃離心20 min，收集上清液。沉淀用上述步驟再重復提取一次，合并上清液。蛋白質(zhì)含量采用BCA試劑盒測定。

1.3.5 Ca2＋-ATPase活力測定

采用超微量Ca2＋-ATPase活性試劑盒進行測定。

1.3.6 總巰基含量的測定

參考Benjakul等[14]的方法進行總巰基含量的測定。調(diào)節(jié)上述提取的肌原纖維蛋白溶液蛋白質(zhì)量濃度至4 mg/mL，取0.5 mL加入4.5 mL 0.2 mol/L三羥甲基氨基甲烷鹽酸（Tris-HCl）緩沖液（pH 6.8，含有 8 mol/L脲、2%十二烷基硫酸鈉、10 mmol/L乙二胺四乙酸）。上述混合液取1 mL，加入0.1 mL 0.1% DTNB，40 ℃溫育25 min。測定412 nm波長處吸光度A412nm。空白樣以0.6 mol/L KCl（pH 7.0）代替樣品?？値€基含量的計算公式如下：

式中：n為稀釋倍數(shù)；ε為摩爾吸光系數(shù)13 600 L/（mol·cm）；ρ為蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度/（mg/mL）。

1.3.7 表面疏水性的測定

用ANS作為熒光探針進行表面疏水性的測定[14]。提取的蛋白溶液，用10 mmol/L磷酸鹽緩沖液（pH 6.0，含0.6 mol/L NaCl）稀釋至不同質(zhì)量濃度0.125、0.250、0.500、1.000 mg/mL。取4 mL上述各質(zhì)量濃度的肌原纖維蛋白溶液，與30 μL ANS（用0.1 mol/L、pH 7.0的磷酸鹽緩沖液溶解，濃度為8 mmol/L）混合。測定ANS-蛋白結(jié)合體的熒光強度，激發(fā)波長374 nm 、發(fā)射波長485 nm。以熒光強度對肌原纖維蛋白質(zhì)量濃度繪制圖線，所得到的曲線斜率即表示為蛋白表面疏水性指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本實驗數(shù)據(jù)為3 次重復的平均值。采用SPSS 13.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和方差顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 凍結(jié)速率對河蟹貯藏過程中pH值的影響

pH值是一項肌肉鮮度變化的重要指標。一方面，蛋白質(zhì)在內(nèi)源性組織蛋白酶作用下逐漸分解產(chǎn)生氨基酸和其他堿性物質(zhì)，另外微生物的活動也會使蛋白質(zhì)、氨基酸及其他一些含氮物質(zhì)被分解為氨及胺類等腐敗產(chǎn)物，使pH值逐漸升高[18]。但另一方面，水產(chǎn)品死亡后，糖原在缺氧環(huán)境下酵解生成乳酸，ATP被消耗分解產(chǎn)生無機磷酸，導致pH值的下降[3]。吳燕燕等[19]在對無磷品質(zhì)改良劑對阿根廷魷魚冷凍變性的研究中發(fā)現(xiàn)，魷魚樣品在凍藏過程中pH值總體呈先上升再下降的趨勢，維持在6.0～8.0之間。屠冰心等[20]在研究低溫速凍處理對大黃魚凍藏品質(zhì)的影響中則發(fā)現(xiàn)pH值先下降后上升。

圖1 凍結(jié)速率對凍藏河蟹pH值的影響Fig. 1 Effect of freezing rate on pH of crab muscle during storage

河蟹喜歡生長在偏堿性的水中，即pH值在7～9之間，因此河蟹肉pH值一般稍高于淡水魚類產(chǎn)品，也有的研究表明這是由于蟹肉中高含量的非蛋白氮化合物存在的結(jié)果[21]。在Lorentzen等[21]對熟制帝王蟹（Paralithodes camtschaticus）4 ℃冷藏研究中發(fā)現(xiàn)，腿肉和肩胸肉的pH值分別由7.3、7.6上升到7.8、7.9。而本研究中河蟹初始pH值較高，為8.0左右。圖1結(jié)果顯示，－20 ℃慢凍處理的河蟹在貯藏初期pH值急速下降，2 周后pH值開始上升，而速凍處理的河蟹則pH值變化趨勢較平緩，在凍藏過程中pH值總體為下降趨勢，16 周后有上升趨勢，其中液氮速凍組的pH值變化趨勢最為平緩。不同研究結(jié)果間差異可能與蟹品種、生長環(huán)境、養(yǎng)殖條件等有關(guān)，另外由于本研究中凍藏對象為鮮活河蟹，而非熟制樣品，冷凍貯藏的鮮活樣品取樣時首先需要解凍，解凍過程中不可避免存在汁液流失，另外由于河蟹生理結(jié)構(gòu)復雜的原因，取樣時生的肌肉不易從蟹殼中剝離，比較耗時，在此過程中又引起部分汁液流失，而熟制樣品在蒸煮過程中由于蛋白質(zhì)等的加熱變性凝固，能將水分鎖住，且熟制后肌肉也容易與蟹殼剝離，取樣方便，因此生熟兩種樣品類型也會對pH值的結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.2 凍結(jié)速率對脂肪氧化的影響

河蟹體肉中含有一定含量的脂肪，湯辰婧等[22]研究了中華絨螯蟹在不同生長階段體肉的脂含量，約為0.16%～0.51%，其中不飽和脂肪酸占70%以上，油酸C18:1ω9含量最高為22.39%～30.1%，ω3/ω6比例為0.88～1.93。由于水產(chǎn)品中含有豐富的不飽和脂肪酸，即使在低溫狀態(tài)下也會氧化變質(zhì)，其產(chǎn)物自身不僅影響產(chǎn)品的感官品質(zhì)[23-24]，同時也會對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響[25]，縮短冷凍水產(chǎn)品的貨架期。過氧化物是油脂氧化的初始產(chǎn)物，常用來反映脂質(zhì)氧化水平。MDA是脂質(zhì)過氧化作用的產(chǎn)物之一，間接反映機體的活性氧自由基和脂質(zhì)的過氧化水平，MDA含量越大，說明脂肪的氧化程度越高，酸敗就越嚴重，產(chǎn)生的小分子物質(zhì)越多。

圖2 凍結(jié)速率對凍藏河蟹MDA含量的影響Fig. 2 Effect of freezing rate on MDA content of crab muscle during storage

圖2 顯示，－20 ℃慢凍處理的河蟹其MDA含量在貯藏初期8 周內(nèi)持續(xù)迅速上升，到第8周達到峰值為（33.30±1.51） nmol/mg pro，隨后又趨于降低，此階段二級氧化產(chǎn)物醛、酮類物質(zhì)可能進一步降解，與蟹肉中其他成分，如蛋白質(zhì)變性生成的某些低級產(chǎn)物，相互作用而產(chǎn)生不良的氣味或色澤。Aubourg等[26]研究也發(fā)現(xiàn)次級產(chǎn)物MDA可與魚肉中的氨基相互作用生成l-氨基-3-氨基丙烯，從而導致MDA含量的下降。其他速凍處理的河蟹MDA含量變化趨勢明顯不同于慢凍組，－60 ℃及液氮速凍組在18 周貯藏期內(nèi)MDA含量持續(xù)增加，未達到進一步降解而導致MDA含量下降的階段，－20、－40 ℃速凍組的MDA含量變化模式類似于－20 ℃慢凍組，但MDA含量到達峰值的時間顯著延遲至12 周，且隨后下降趨勢明顯減緩，速凍處理對延緩河蟹肉脂肪氧化的影響顯著。

2.3 凍結(jié)速率對Ca2＋-ATPase活性的影響

水產(chǎn)品在凍藏過程中，肌肉蛋白質(zhì)會發(fā)生冷凍變性，導致各項理化指標變化。Ca2＋-ATPase活性一般用來表示肌漿球蛋白分子的完整性，肌球蛋白的球狀頭部結(jié)構(gòu)與Ca2＋-ATPase活性有很大關(guān)系。凍藏期間的活性下降意味著肌球蛋白的變性，特別是頭部區(qū)域[14,27]。

圖3 凍結(jié)速率對肌原纖維蛋白Ca-ATPase活力的影響Fig. 3 Effect of freezing rate on Ca2+-ATPase activity of myofibrillar protein in crab muscle during storage

由圖3可知，隨著凍藏時間的延長，不同冷凍方式處理的河蟹樣品中Ca2＋-ATPase活力都持續(xù)降低，－20 ℃慢凍樣品的下降幅度最大，18 周貯藏期結(jié)束后殘余Ca2＋-ATPase活力為0.36 μmol Pi/（mg·min），僅為新鮮樣品的20.45%；液氮速凍和－60 ℃速凍樣品活性下降趨勢較為平緩，殘余酶活維持在50%左右，其次為－20 ℃速凍和－40 ℃速凍樣品。凍結(jié)速率對Ca2＋-ATPase活力下降的影響很顯著，凍結(jié)速率越大，Ca2＋-ATPase活力下降程度越小，趨勢越平緩。這可能是由于凍藏過程中隨著冰晶的產(chǎn)生，細胞環(huán)境中離子濃度升高，誘導肌漿球蛋白的變性、以及肌動蛋白-肌漿球蛋白復合體的瓦解，表現(xiàn)為Ca2＋-ATPase活力下降。Benjakul等[14]在對鋸緣青蟹的冷凍貯藏研究中也發(fā)現(xiàn)了Ca2＋-ATPase活力的持續(xù)下降，且與肌肉類型沒有關(guān)系。2.4 凍結(jié)速率對蛋白質(zhì)總巰基含量的影響

圖4 凍結(jié)速率對肌原纖維蛋白總巰基含量的影響Fig. 4 Effect of freezing rate on total sulfhydryl content of myofibrillar protein in crab muscle during storage

圖4 結(jié)果顯示，凍藏期間，河蟹樣品中總巰基含量持續(xù)降低，－20 ℃慢凍樣品的總巰基含量下降速度最快，到第8周已下降到初始值的50%以下，而速凍處理組總巰基含量下降速度顯著減緩，除－20 ℃速凍組在第12周下降到初始值的50%左右，其他速凍組在18 周貯藏期結(jié)束后總巰基含量仍維持在初始水平的56%～62%。巰基是蛋白質(zhì)分子中具有較高反應活性的一個基團，蛋白質(zhì)巰基上的硫外層具有很多的孤對電子，具有很強的親核性。巰基對氧化反應比較敏感，巰基的含量變化可顯示出蛋白質(zhì)的變性程度[28]。半胱氨酸中的巰基對氧化反應非常敏感，能直接參與氧化還原反應。游離的巰基易氧化，多肽內(nèi)部或多肽間形成二硫鍵，從而掩飾了肌動球蛋白分子上的活性巰基結(jié)構(gòu)，造成蛋白分子內(nèi)部或蛋白間發(fā)生交聯(lián)，使蛋白質(zhì)的溶解性、消化率及營養(yǎng)品質(zhì)下降[29]。陰曉菲等[11]采用－60 ℃凍結(jié)24 h后－20 ℃凍藏、－40 ℃凍結(jié)24 h后－20 ℃凍藏及－20 ℃直接凍結(jié)3 種不同凍結(jié)方法進行草魚魚片凍藏-冷藏期間蛋白質(zhì)生化特性的影響研究，發(fā)現(xiàn)－60 ℃和－40 ℃低溫凍結(jié)的前處理相比于－20 ℃直接凍結(jié)具有較高的鹽溶蛋白質(zhì)和巰基含量，在一定程度上降低了蛋白質(zhì)變性的速度。本研究結(jié)果同樣顯示低于－40 ℃速凍處理對延緩蛋白質(zhì)總巰基含量下降有顯著的效果。

2.5 凍結(jié)速率對表面疏水性的影響

蛋白質(zhì)的表面疏水性反映的是蛋白質(zhì)分子表面疏水性氨基酸的相對含量。蛋白質(zhì)氧化可以改變肌原纖維蛋白的結(jié)構(gòu)，分子內(nèi)部的疏水基團和親水基團相對位置發(fā)生改變，疏水的脂肪族和芳香族氨基酸暴露，從而改變其疏水性[30]，最終影響到產(chǎn)品的質(zhì)量品質(zhì)。氧化程度越高，品質(zhì)越差，價值降低。

圖5 凍結(jié)速率對表面疏水性的影響Fig. 5 Effect of freezing rate on surface hydrophobicity of myofibrillar protein in crab muscle during storage

由圖5發(fā)現(xiàn)，前2 周內(nèi)各種凍結(jié)處理的樣品表面疏水性變化均呈指數(shù)性上升，2 周后稍微平緩，與圖3中總巰基含量變化趨勢吻合。與Benjakul等[14]對鋸緣青蟹的冷凍貯藏研究結(jié)果不同，他們的研究結(jié)果顯示貯藏初期周表面疏水性變化不大，4 周后上升，8 周后又下降，這可能是暴露的疏水殘基重新通過疏水相互作用發(fā)生聚合。

3 結(jié) 論

冷凍處理可以將水產(chǎn)品體內(nèi)大部分水分凍結(jié)成冰晶，體積增大，產(chǎn)生內(nèi)壓，且細胞介質(zhì)中離子強度增大，引起脂肪和蛋白質(zhì)的氧化，給產(chǎn)品肌肉質(zhì)地、風味帶來變化。速凍溫度越低，通過最大冰晶生成帶的速度越快，時間越短，形成的冰晶體越小，凍藏效果越好。本研究采用－20 ℃慢凍與4種速凍（－20 ℃、－40 ℃、－60 ℃速凍，液氮速凍）處理對鮮活河蟹進行凍結(jié)處理，隨著凍藏時間的延長河蟹樣品的品質(zhì)指標呈現(xiàn)pH值下降、脂肪氧化產(chǎn)物MDA含量先增大后減小、Ca2＋-ATPase活力降低、總巰基含量降低、表面疏水性增大的趨勢，速凍處理組的樣品各指標變化趨勢明顯低于或遲緩于慢凍組，且－60 ℃和液氮組效果要顯著優(yōu)于－20、－40 ℃處理組，－60 ℃和液氮組之間各指標差異不顯著。

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Effect of Freezing Rate on Biochemical Characteristics of Freshwater Crab Muscle

PENG Huanhuan1, LIU Xiaoli2, HUANG Hongbing3, XIA Xiudong2, ZHOU Jianzhong2, LIU Yuan1,*
(1. College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China; 2. Institute of Agro-Product Processing, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 3. Freshwater Fisheries Research Institute of Jiangsu Province, Nanjing 210017, China)

In this paper, the effect of different freezing methods including slow fridge freezing at -20 ℃, and rapid freezing at -20, -40 and -60 ℃ and in liquid nitrogen, on biochemical characteristics of freshwater crabs were evaluated in terms of muscle pH and malondialdehyde (MDA) content, and Ca2+-ATPase activity, total sulfhydryl content, and surface hydrophobicity of myofibrillar protein. The results showed that during storage at -20 ℃, pH, Ca2+-ATPase activity and total sulfhydryl content decreased, MDA content increased firstly and then decreased, and surface hydrophobicity increased continuously. All tested parameters changed more slowly or less significantly in rapidly frozen group than in the slowly frozen one. Freezing at -60 ℃ and in liquid nitrogen were significantly better than at -20 ℃ and -40 ℃. Moreover, there was no significant difference in freezing between -60 ℃ and in liquid nitrogen.

crab; freezing rate; protein; lipid; oxidation

10.7506/spkx1002-6630-201713019

TS254.4

A

1002-6630（2017）13-0113-05

彭歡歡, 劉小莉, 黃鴻兵, 等. 凍結(jié)速率對河蟹肌肉生化特性的影響[J]. 食品科學, 2017, 38(13): 113-117. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201713019. http://www.spkx.net.cn

PENG Huanhuan, LIU Xiaoli, HUANG Hongbing, et al. Effect of freezing rate on biochemical characteristics of freshwater crab muscle[J]. Food Science, 2017, 38(13): 113-117. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201713019. http://www.spkx.net.cn

2016-06-16

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項目（CX（15）1011）

彭歡歡（1991—），女，碩士研究生，研究方向為水產(chǎn)品加工與貯藏。E-mail：lovelylixiao@163.com

*通信作者：劉源（1979—），男，教授，博士，研究方向為食品風味與品質(zhì)評價。E-mail：yliu@shou.edu.cn