高密度CO_2与热处理对凡纳滨对虾肉

第37卷第10期2013年10月 水产学报 JOUＲNALOFFISHEＲIESOFCHINA Vol．37，No．10 Oct．，2013 文章编号：1000－0615（2013）10－1542－09DOI：10．3724/SP．J．1231．2013．38689 高密度CO2与热处理对凡纳滨对虾肉品质的影响 * 刘书成，张良，吉宏武，郝记明，毛伟杰，解万翠 （广东海洋大学食品科技学院，广东省水产品加工与安全重点实验室， 广东普通高校水产品深加工重点实验室，广东湛江524088） 摘要：高密度CO2（DPCD）是未来非常具有前景的非热加工技术之一，可以实现对食品的杀 菌和钝酶，并对其品质产生影响。为了探讨高密度CO2对凡纳滨对虾肉品质的影响，实验以pH值、凡纳滨对虾为研究对象，采用DPCD和热处理，测定虾肉营养成分、质量损失、持水力、 DPCD处理会造成虾肉水分质构、蛋白质组成和呈味成分等的变化。结果显示：与鲜虾相比，和粗脂肪含量显著降低（P＜0．05），但粗蛋白含量无显著变化（P＞0．05），而经热处理会使虾 肉粗蛋白和粗脂肪含量都显著减少（P＜0．05）；DPCD处理造成虾肉质量损失达16．02%±1．90%，但对虾肉pH值无显著影响（P＞0．05）；DPCD和热处理都能使虾肉蛋白质发生变性，造成持水力显著下降（P＜0．05），从（84．79±5．25）g/100g分别下降至（65．18±2．06）和（65．58±2．08）g/100g；DPCD处理对虾肉硬度无显著影响（P＞0．05），而热处理则造成虾肉 DPCD处理和热处理硬度显著升高（P＜0．05），从（3．48±0．49）N上升到（7．37±0．76）N，都显著降低了虾肉弹性（P＜0．05），从0．88±0．08分别下降到0．71±0．03和0．78±0．03；除 － PO3Cl－外，DPCD处理对虾肉主要呈味成分（游离氨基酸、ATP及关联化合物、甜菜碱、有机4、酸、糖原等）无显著影响（P＞0．05），而热处理则会造成大部分呈味成分的损失。实验明， DPCD处理对虾肉品质的影响要小于热处理对虾肉品质的影响。关键词：高密度CO2；热处理；虾肉品质；呈味成分中图分类号：TS254．5文献标志码：A高密度CO2（Densephasecarbondioxide，DPCD）是一种新型的非热加工技术，它是结合压力（≤50MPa）的物理作用和CO2的分子效应，在处理过程中形成高压高酸环境，杀灭微生物和钝 ［1］酶，使食品得以长期贮藏或者直接食用。DPCD技术的优点是加工条件温和，容易操作与［2－7］ 。无残留，可循环利用等控制；CO2无毒无害， DPCD已广泛应用于液态食品（如牛奶、目前，果 课题组前期采用DPCD技术在55℃和15MPa 下处理26min，实现了对凡纳滨对虾的杀菌和钝化多酚氧化酶，不仅防止了黑变，而且残留菌落总数低于300CFU/g，达到水产熟制品卫生标准 ［8－9］ 。在此基础上，本实验以新鲜凡纳滨对虾 为对照，比较分析DPCD和热处理对凡纳滨对虾 肌肉品质和呈味成分的影响，以期为营养成分、 DPCD技术在凡纳滨对虾加工中的应用提供 参考。 汁等）的杀菌钝酶，但DPCD在固体食品方面的应用还相对较少；近几年，有部分关于DPCD在肉制品和水产品加工方面的应用报道。 凡纳滨对虾（Litopenaeusvannamei）营养丰富、肉质鲜美，但是容易发生黑变和腐败变质。本 04-20收稿日期：2013-07-17修回日期：2013- 1 1．1 材料与方法 材料与试剂 凡纳滨对虾体质量为15．00～20．00g，购于 47）；广东省教育厅创新课题（2012KJCX0062）；广资助项目：国家自然科学基金项目（31371801）；国家虾产业技术体系专项（CAＲS-东省水产蛋白改性技术研究团队（2011A020102005）；广东省自然科学基金项目（10152408801000010） E-mail：jihw62318@163．com通信作者：吉宏武， http：∥www．scxuebao．cn 10期刘书成，等：高密度CO2与热处理对凡纳滨对虾肉品质的影响 1543 当地市场，保活运至实验室，用自来水清洗后，选 取鲜活、完整、大小均一个体，流水清洗后加冰猝死，待用。 SDS-PAGE凝胶配制试剂盒、SDS-PAGE蛋 蛋白质分子量标准，购于碧云天生白上样缓冲液、 GMP、IMP、ADP、Hx、AMP、物技术研究所；ATP、 HxＲ、乳酸、琥珀酸、苹果酸、柠檬酸等标准品，购雷氏盐（AＲ），购于国于Sigma公司；乙酸（GＲ）、 药集团上海化学试剂有限公司；甲醇（色谱纯）购于Merck公司；甜菜碱（GＲ）购于Sigma公司；其他化学试剂均为国产分析纯；CO2（纯度99．9%）购于湛江氧气厂。1．2仪器与设备 HA221-50-10-C型超临界装置（南通市华安 8数显恒温水浴箱超临界萃取有限公司）；HH-（常州澳华仪器有限公司）；CＲ22GⅡ型高速冷冻50型高速氨基酸分离心机（日本日立公司）；835-25数显pH计（上海析仪（日本日立公司）；PHS-Ⅱ马精密科学仪器有限公司雷磁仪器厂）；HYP-弗炉（上海纤检仪器有限公司）；组织匀浆机（荷 20AD型高效液相色谱分析兰飞利浦公司）；LC-UV-2550型紫外可仪（日本岛津仪器有限公司）、 见分光光度计（日本岛津仪器有限公司）、AUY220型分析天平（日本岛津仪器有限公司）；ThermoM6型原子吸收光谱仪（美国热电ThermoFisher科技有限公司）；TMS-Pro型物性分析质构24DN双垂直迷你电仪（美国FTC公司）；DYCZ-泳仪（北京六一仪器厂）。 1．3实验方法 高密度CO2处理 实验开始时，首先打开制 冷及冷却循环系统，设置处理釜所需温度，然后将样品放入处理釜中，密封，开启高压泵泵入CO2气体，待压力上升至所需压力，关闭高压泵，封闭气体 进出处理釜的阀门，维持处理釜内所需的压力和温度，静态保持一段时间后，卸压并在超净工作台中取出样品，完成一次处理，测定品质指标 ［10］ －2008。 理化指标的测定质量损失（WL）测定 11］。样品参考文献［ 处理前称质量（m1），处理后用滤纸吸干虾表面汁称质量（m2），质量损失计算公式如下：液， WL= pH值测定 m1－m2 ×100%m1 称取10g虾肉，研磨，加入新鲜 煮沸后冷却的水90mL，摇匀，静置30min过滤，滤液用pH计检测。 持水力测定 采用离心法 ［12］ 。称取2g左 剪碎，包3层滤纸作为吸附介质，置于右的虾肉， 8000g4℃离心10min，离心管中，称重。持水力用保留水质量（g）与虾肉中总含水量（g）之比表示，单位为g/100g。 质构分析 PＲO质构仪的TPA模采用TMS-式在室温下测量虾肉的硬度和弹性。测试采用直径为5mm的圆柱型探头，测试前速率1mm/s，测试速率1mm/s，测试后速率1mm/s，样品变形量为60%。硬度是第一次压缩时的最大峰值，弹性是用第二次压缩中所检测到的样品恢复高度（长度2）和第一次的压缩变形量（长度1）之比来表示 ［13］ 。 虾肉总 PAGE电泳蛋白质提取和SDS- 14］的方法；水溶性蛋白及盐蛋白提取参考文献［ ［15］ 溶性蛋白提取采用Hashimoto等的方法。提 取后－80℃冻存备用。总蛋白及肌原纤维蛋白PAGE电泳分析采用Laemmli和肌浆蛋白的SDS-等 ［16］ 的方法并稍加改进，采用浓缩胶浓度为5%， 游离氨基酸的测定采用 分离胶浓度为12%。 呈味成分测定 Konosu等［17］的方法并稍加改进；ATP及其关联 ［18］ 化合物的测定采用Hwang等的方法并稍加改 进；有机酸的测定参考GB/T5009．157－2003；阳 + Na+、Mg2+）采用湿法消化后用原子吸离子（K、 － 收光谱仪测定；Cl用硝酸银滴定法（GB/T12457－ －2008）；PO34用钼蓝比色法（GB/T5009．87－ 。 DPCD处理条件为：55℃、15MPa、26min。 热处理将凡纳滨对虾放入100℃恒温水作为热处理对照样品。浴中处理2min，基本成分测定水分：105℃恒温烘箱干GB/T5009．3－2010；粗蛋白：凯氏定氮法，燥法， GB/T5009．5－2010；灰分：高温灼烧法，GB/T5009．4－2010；粗脂肪：索氏抽提法，GB/T14772 2003）；糖原测定采用苯酚－硫酸法［19］。甜菜碱测定采用雷氏盐结晶比色法 数据处理 ［20－21］ 。 每个实验重复3次，数据用 mean±SD表示；用JMP7．0软件进行方差分析（ANOVA）和Tukey’sHSD多重比较。 http：∥www．scxuebao．cn 1544水产学报37卷 2 2．1 结果与分析 DPCD和热处理对凡纳滨对虾肉基本成分 液流失；粗蛋白含量未发生显著变化（P＞0．05），说明DPCD处理并没有造成粗蛋白的损失；粗脂肪含量显著降低（P＜0．05），这是因为DPCD具有萃取脂溶性物质的作用；灰分含量无显著变化（P＞0．05）；而经热处理2min后，虾肉粗蛋白和粗脂肪含量都显著减少（P＜0．05）。 的影响 从表1可以看出，凡纳滨对虾经DPCD处理后，水分含量显著降低（P＜0．05），说明发生了汁 Tab．1 表1DPCD和热处理对虾肉基本成分的影响 EffectofDPCDandheattreatmentonshrimpmeatproximatecomposition 新鲜虾freshshrimp75．22±0．63a81．44±0．58a3．51±1．31a6．21±0．55a DPCD处理DPCDtreatment73．61±0．08b80．95±1．77a1．11±0．21c7．16±0．58a 热处理heattreatment75．90±0．13a77．67±0．67b2．31±1．54b6．55±0．15a 基本成分/% proximatecomposition水分含量moist粗蛋白crudeprotein粗脂肪crudefat灰分ash 注：粗蛋白、粗脂肪和灰分以干基计；同一行标注相同字母表示无显著差异（P＞0．05），否则有显著差异（P＜0．05）Notes：Thecrudeprotein，crudefatandasharerepresentedbydrybasis；thesameletterinthesamelineindicatesnosignificantdifference（P＞0．05），orhassignificantdifference（P＜0．05） 2．2影响 DPCD和热处理对凡纳滨对虾肉品质的 0．05），然而与热处理虾肉的pH值有显著差异 （P＜0．05）；DPCD处理的虾肉与新鲜虾肉硬度而热处理虾肉硬度之间无显著差异（P＞0．05）， DPCD和热显著增加（P＜0．05）；与鲜虾肉相比， 处理均会引起虾肉弹性显著下降（P＜0．05），但 是DPCD处理的虾肉弹性下降更多。 从表2可以看出，凡纳滨对虾经DPCD处理后，质量损失达16．02%±1．90%；DPCD和热处理都使虾肉的持水力显著下降（P＜0．05），而两种处理之间无显著性差异（P＞0．05）；DPCD处理的虾肉与新鲜虾肉的pH值无显著差异（P＞ Tab．2 虾肉品质 shrimpmusclequalities 质量损失/%weightloss holdingcapacity持水力/g/100gwater-pH 硬度/Nhardness弹性springness 84．79±5．25a6．90±0．04b3．48±0．49b0．88±0．08a 表2DPCD和热处理对虾肉品质的影响 EffectofDPCDandheattreatmentonshrimpmeatqualities 新鲜虾freshshrimp DPCD处理DPCDtreatment16．02±1．90a65．18±2．06b6．82±0．11b4．17±0．32b0．71±0．03c 热处理heattreatment－3．45±2．59b65．58±2．08b7．46±0．21a7．37±0．76a0．78±0．03b 注：同一行标注相同字母表示无显著差异（P＞0．05），否则有显著差异（P＜0．05）Notes：Thesameletterinthesamelineindicatesnosignificantdifference（P＞0．05），orhassignificantdifference（P＜0．05） 2．3DPCD和热处理对凡纳滨对虾肉蛋白质组2．4DPCD和热处理对凡纳滨对虾肉呈味成分凡纳滨对虾中呈味物质的含量及呈味强度 从表3可以看出，凡纳滨对虾的游离氨基酸 成的影响 DPCD处理和热处理的虾从图1可以看出， 肉总蛋白条带与新鲜虾肌肉的相比，并未发生明显变化；然而水溶性蛋白和盐溶性蛋白条带均出现不同程度的消失，热处理的更为严重。这说明DPCD处理能够诱导蛋白质发生变性，变性后的 溶解性发生变化而无法提蛋白质可能聚集沉淀，取出来 ［7，22－23］ 的影响 精氨酸（Arg）和脯氨酸主要是甘氨酸（Gly）、 （Pro），（425．63±含量分别为（680．62±62．76）、20．33）和（250．62±18．56）mg/100g；其次为苏氨 丙氨酸（Ala）和谷氨酸（Glu），含量分别酸（Thr）、 （79．12±7．42）和（26．06±为（91．00±12．02）、 http：∥www．scxuebao．cn 。 10期刘书成，等：高密度CO2 与热处理对凡纳滨对虾肉品质的影响 1545 图1 Fig．1 DPCD和热处理下虾肉蛋白SDS-PAGE电泳图谱 （a）总蛋白；（b）水溶性蛋白及盐溶性蛋白；M．marker；1．新鲜虾；2．DPCD处理；3．热处理 SDS-PAGEpatternsofshrimpmeatproteinsbyDPCDandheattreatment （a）totalprotein；（b）watersolubleproteinandsaltsolubleprotein；M．marker；1．freshshrimp；2．DPCDtreatment；3．heattreatment Tab．3 呈味组分 flavorcomponents天冬氨酸（Asp）苏氨酸（Thr）丝氨酸（Ser）谷氨酸（Glu）脯氨酸（Pro）甘氨酸（Gly）丙氨酸（Ala）缬氨酸（Val）甲硫氨酸（Met）异亮氨酸（Ile）亮氨酸（Leu）苯丙氨酸（Phe）赖氨酸（Lys）组氨酸（His）精氨酸（Arg） GMPIMPAMP乳酸甜菜碱糖原Na+K+Mg2+ －PO34 表3凡纳滨对虾肉的呈味组分、含量及呈味强度值 Theconcentrations，flavorstimulationthresholdsandflavorintensityvaluesof flavorcomponentsofshrimpmeat 呈味特性 flavorcharacteristics 鲜（+）甜（+）甜（+）鲜（+）甜/苦（+）甜（+）甜（+）甜/苦（－）苦/甜/硫（－） 苦（－）苦（－）苦（－）甜/苦（－）苦（－）苦/甜（+）鲜（+）鲜（+）鲜（+）爽口的酸味 甜 含量（mg/100g）concentration7．69±0．0991．00±12．0217．50±1．5926．06±3．80250．62±18．56680．62±62．7679．12±7．4217．81±1．1510．69±0．0910．19±0．2711．75±1．069．06±0．2712．69±1．706．06±0．44425．63±20．335．72±2．1440．72±5．37142．46±21．56250．41±14．81767．31±5．27154．73±3．77201．98±18．18306．58±13．4647．70±3．00114．73±4．91189．57±0．43 180130 1．122．36 刺激阈值（mg/100mL）［24－25］ stimulationthreshold 10026015030300130604030901909050205012．52550 呈味强度值flavorintensityvalues 0．080．350．120．870．845．241．320．450．360．110．060．10．250．38．510．461．632．85 Cl－ http：∥www．scxuebao．cn 1546水产学报37卷 3．80）mg/100g；这6种氨基酸占总游离氨基酸 依次是精总量的90%以上。按呈味强度值排序， 氨酸（8．51）＞甘氨酸（5．24）＞丙氨酸（1．32）＞ 谷氨酸（0．87）＞脯氨酸（0．84），其他均低于0．5。 凡纳滨对虾肉中核苷酸关联化合物主要是AMP 和IMP，含量分别为142．46和40．72mg/100g， GMP次之，含量为5．72mg/100g，这3种核苷酸 1．63和关联化合物的呈味强度值分别是2．85、 0．46。凡纳滨对虾肉中乳酸含量［（250．41±14．81）mg/100g］较高，而其他有机酸的含量均较低。凡纳滨对虾肌肉的甜菜碱含量达到（767．31±5．27）mg/100g。因此，甜菜碱是凡纳滨对虾具有爽快甜味的重要原因之一。DPCD和热处理对凡纳滨对虾肉主要呈味物质的影响由“凡纳滨对虾中呈味物质的含量分析可知，精氨酸、甘氨酸、丙氨酸、及呈味强度”AMP、IMP、谷氨酸、乳酸、甜菜碱、糖原等是凡纳滨对虾肉的主要呈味物质。从图2可以看出， 凡 图2DPCD和热处理对虾肉主要呈味物质的影响 （a），（b）每一种物质图标上标注不同字母表示有显著差异（P＜0．05）；（c），（d），（e）标注不同字母表示有显著差异（P＜0．05）；（f）每一种离子图标上标注不同字母表示有显著差异（P＜0．05） Fig．2EffectofDPCDandheattreatmentonmainflavorcomponentsofshrimpmeat （a），（b）thedifferentlettersatcolumnchartofeverysubstanceindicatesignificantdifference（P＜0．05）；（c），（d），（e）thedifferentlettersatcolumnchartindicatesignificantdifference（P＜0．05）；（f）thedifferentlettersatcolumnchartofeverysubstanceindicatesignificantdifference（P＜0．05） http：∥www．scxuebao．cn 10期刘书成，等：高密度CO2与热处理对凡纳滨对虾肉品质的影响 1547 4种呈味游离氨基纳滨对虾经过DPCD处理后， AMP与酸（精氨酸、甘氨酸、丙氨酸和谷氨酸）、IMP、乳酸、糖原含量与新鲜虾的含量无显著差异（P＞0．05）；甜菜碱含量显著下降（P＜0．05），由 （3096．49±21．26）mg/100g下降至（2539．37±15．55）mg/100g。然而，凡纳滨对虾经过100℃4种呈味游离氨基酸（精氨酸、水煮2min后，甘 IMP、氨酸、丙氨酸和谷氨酸）、乳酸、糖原、甜菜碱AMP含量显著增大含量均显著下降（P＜0．05）， （P＜0．05），由（574．88±12．56）mg/100g上升至（619．87±21．23）mg/100g。水煮处理造成游 IMP、离氨基酸、乳酸及甜菜碱含量的减少会造成凡纳滨对虾的呈味强度值下降。在水煮加热过程 中，主要是由于小分子呈味物质溶于水而流失。AMP含量升高可能是100℃条件下虾中ATP和ADP降解生成了AMP。虾经DPCD处理后，阳 + Na+、Mg2+含量与新鲜虾相比无显著差离子K、 3－ Cl－含量显著下降异（P＞0．05）；阴离子PO4、 （P＜0．05）；而虾经100℃水煮加热处理2min 力显著下降，说明DPCD和水煮处理都造成了虾肉蛋白质结构的破坏。DPCD处理固态食品时，其pH值不会变化 ［7］ ，可能是因为固态食品的含 溶解到食品介质中的CO2水量较液态食品的低， pH检测并不是实时在线检测，少；另外，不排除在DPCD系统内，固态食品的pH会下降，处理之后，由于CO2的散逸，造成固态食品pH无显著差异。 DPCD处理虾肉硬度无显著变与鲜虾肌肉对比， 化（P＞0．05），而热处理虾肉硬度显著增加（P＜ 0．05）；DPCD和热处理均会使虾肉弹性显著下降（P＜0．05），而且DPCD处理的虾肉弹性下降更多。这些差异可能是由于DPCD与热处理对虾肉组织结构的破坏作用不同而造成的。虾肉经热处理后，大量汁液流失，形成致密的蛋白结构 ［26］ ， 造成硬度增大，弹性下降；而CO2通过渗透方式进CO2急剧释放，入虾肉蛋白，在卸压过程中，造成 形成疏松结构，获得与新鲜虾类虾肉组织的膨胀，似的硬度，而弹性则下降。 海产品呈味成分包括游离氨基酸、核苷酸关 有机酸及无机离子等，其中决定海产品联化合物、 鲜味的主要是游离氨基酸及核苷酸关联化合物。 一般认为当呈味强度值大于1时则意味着该物质对呈味有较大的影响稳等 ［30］ ［28］ 后，除Mg0．05）。 2+ 外，其他离子含量均显著下降（P＜ 3讨论 DPCD处理虽然会造成对虾肌肉水分和粗脂 。本实验中测定的对虾 ［29］ 肌肉游离氨基酸的呈味效果与薛长湖等、王士 肪的损失，但对粗蛋白和灰分无显著影响；而水煮 这处理会造成对虾肌肉粗蛋白和粗脂肪的损失，与Niamnuy等 ［26］ ［32］ 、Liang等［31］、陈丽花的结果一致。核 的结果一致，造成粗蛋白损失的 尤其是IMP和GMP，它们苷酸及其关联化合物， 还可以与谷氨酸钠相乘作用增强不仅单独呈味，鲜味 ［29］ 原因与汁液流失及蛋白的热反应有关。粗脂肪在 对虾肌肉中的含量比较低，对其营养的贡献是非DPCD处理能常小的。因此，与热处理比较而言， 够较好的保留凡纳滨对虾原有营养成分。 DPCD造成对虾肌肉质量损失的原因可能是CO2在压力下溶于水生成H、HCO及CO等离子，破坏了虾肉蛋白的氢键，疏水键等，导致水－蛋白体系失衡；另外，CO2还能够萃取虾肉中的水分和脂溶性成分，从而造成了质量损失 ［5］ + － 3 2－3 。在甲壳类动物中，AMP脱氨酶的活性 ［29］ 较低，造成AMP的积累，因此AMP的含量最 IMP的呈味强度值也大于1，高。在本实验中，说AMP和IMP对凡纳滨对虾的滋味有重要贡明， GMP由于含量较低，献，对凡纳滨对虾的呈味贡 ［29］ 王士稳献不大。这些结果也与薛长湖等、等 ［30］ 、Liang等［31］的一致。海产品中有机酸种类 ；但 主要包括乳酸、琥珀酸、乙酸、丙酸、草酸、丙酮酸 以及磷酸和核苷酸等，这些酸性化合物通常都是以盐类形式存在，被认为是海产品的呈味物质之一 ［33］ 是在热处理条件下，并未出现质量损失的现象，反 ［13］ Niamnuy等［26］，何学而有增重的现象。曹荣，连等 ［27］ 。乳酸和琥珀酸是鱼类动物肌肉的主要代 在研究水煮虾仁时，都出现了严重的质量 损失，水煮3min质量损失达20%左右。这可能 是因为本实验是直接对整虾进行处理，虾头及虾壳的结构可能会保留一部分水分，造成了虾的增重。DPCD和水煮处理都使对虾肌肉蛋白的持水 谢产物，但凡纳滨对虾的琥珀酸含量较低，故琥珀酸对其呈味贡献较小。甜菜碱是一种季胺类化合物，它在鱼类肌肉中含量较低，而在无脊椎动物中含量高，是一类重要的甜味物质。水产动物肌肉中的甜菜碱通常以两种形式存在，一种是甘氨基 http：∥www．scxuebao．cn 1548水 ［29］ 产学报37卷 酸甜菜碱，一种是β丙氨酸甜菜碱。薛长湖等 对海捕对虾的甜菜碱进行分析，含量高达800 ［7］FerrentinoG，SpilimbergoS．Highpressurecarbon dioxidepasteurization of solid foods：Current knowledgeandfutureoutlooks［J］．TrendsinFoodScience＆Technology，2011，22（8）：427－441． ［8］JiHW，ZhangL，LiuSC，etal．Optimizationof microbialinactivationofshrimpbydensephasecarbondioxide［J］．InternationalJournalofFood2012，156（1）：44－49．Microbiology， ［9］ZhangL，LiuSC，JiHW，etal．Inactivationof 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