江嘉琦，张旭飞，吉宏武,2，刘书成,2，任惠峰，毛伟杰,2,*

（1.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，广东省海洋生物制品工程实验室，广东省海洋食品工程技术研究中心，水产品深加工广东普通高等学校重点实验室，广东 湛江 524088；2.海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，大连工业大学，辽宁 大连 116034；3.东京海洋大学海洋科学技术研究科，日本 东京 1088477）

凡纳滨对虾（）又称南美白对虾、太平洋白对虾等，因其颜色鲜艳、味道鲜美，营养价值高而受到消费者的喜爱。凡纳滨对虾在加热状态下，外壳由淡青色变为鲜红色，主要是虾体内的虾青素遇热会从蛋白质化合物中游离出来所引起。

虾青素又称变胞藻黄素或虾红素，是一种广泛分布于水生动物（如鲑科动物、甲壳类动物）的红色天然类胡萝卜素，是迄今为止发现的较强的一种抗氧化剂。虾青素已被证明具有抗癌、抗衰老、修复中枢神经系统、改善心血管功能、保护视力等优异的生物活性。然而虾青素具有富含电子的共轭双键结构，对热、光和氧气都非常敏感，容易发生物理和化学降解。

本研究分析凡纳滨对虾在常压油炸与空气油炸过程中虾肉的色泽、水分质量分数、虾青素含量以及抗氧化活性的变化，旨在为凡纳滨对虾的热加工及虾青素的活性研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

凡纳滨对虾（新鲜活虾） 湛江水产品批发市场；虾青素标准品（纯度≥98%） 上海源叶生物科技有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、2,2’-联氮-双-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）（纯度均为98%） 上海阿拉丁生物科技有限公司；氢氧化钠（分析纯） 广东光华科技股份有限公司；甲醇、乙腈、二氯甲烷（均为色谱级）美国赛默飞世尔科技公司；无水乙醇、过二硫酸钾、双氧水、硫酸亚铁、水杨酸（均为分析纯） 汕头西陇科学股份有限公司。

1.2 仪器与设备

半制备1200高效液相色谱仪 美国Agilent公司；3K-15高速冷冻离心机 美国Sigma公司；SHZ-C水浴恒温振荡器 上海博迅医疗生物仪器股份有限公司；N-1100D-WB全自动旋蒸仪 上海爱朗仪器有限公司；MGS-2200H氮吹仪 东京理化器械株式会社；T25数显高速分散均质机 德国IKA公司；DTT-A1000电子天平福州华志科学仪器有限公司；CR-20色差仪 日本柯尼卡美能达公司；DW-86L338J超低温冰箱（-70 ℃） 青岛海尔集团；JYL-C022绞肉机 山东九阳股份有限公司；Multiskan FC酶标仪 美国赛默飞世尔科技公司；HD9749空气炸锅 飞利浦（中国）投资有限公司；WK2102T电磁炉 广东美的电器制造有限公司；TMS-G2-10-100ST-L 62Q0163 Opsens数显光纤温度探针深圳欧谱申光电科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 对虾的加热处理

选取质量（17±1）g的凡纳滨对虾，冻藏于-70 ℃冰箱中备用。加热处理前用流水解冻，使凡纳滨对虾中心温度保持在0 ℃。由预实验结果可知，180 ℃常压油炸和200 ℃空气油炸时虾的品质较好，所以分别选择了两个温度进行加热，具体方法如下。

常压油炸：将带有锅盖的平底锅放在电磁炉上，锅内加入2/3的大豆油，将油预热至180 ℃，在加热功率为1 200 W的条件下，加入凡纳滨对虾分别加热60、90、120、180、240、300 s。空气油炸：将空气炸锅的温度设置为200 ℃，预热至200 ℃后将凡纳滨对虾放入锅内，分别加热120、150、180、240、300、360 s。两种方法加热结束后取出样品，放入-20 ℃冰箱，冷却至室温后取出，剔除虾肉以外的部位。虾肉切除完整的第二肌节，备用。剩余的虾肉用绞肉机打碎，备用。

要求矿山电气设备使用的控制技术方便快捷，操作难度不大，节省人力成本，从而提高企业经济效益。PLC控制技术在设计上，就考虑到了快捷性和便利性的要求，因此优化了操作，省略了很多操作步骤。在矿山电气设备中使用PLC控制技术，能大大提高电气设备的效率，让矿山开采更加快捷便利，在保证质量的基础上提高生产率。随着PLC控制技术近些年在国内市场的普及，PLC控制技术应用的成本降低了，这为很多中小型矿山开采和生产企业提供了应用PLC控制技术的可能。PLC控制技术的应用不仅仅会提高单个矿山生产企业的效率，并且还能够对整个矿山生产行业产生积极的影响。

1.3.2 加热过程中温度曲线的测定

把光纤温度探针插入到凡纳滨对虾第二个腹节的中心处，参照1.3.1节加热方法，使用光纤温度传感器分别测定对虾在常压油炸和空气油炸过程中的中心温度变化，得到不同加热方法温度随时间变化图。

1.3.3 虾青素含量的测定

虾青素的提取：参考文献[10]的方法并稍作修改。取2 g样品加入50 mL离心管中，按照料液比1∶7（/）加入无水乙醇，采用均质机5 000 r/min均质1 min使样品混合均匀，然后置于40 ℃水浴摇床中浸提2 h，8 000 r/min、4 ℃离心5 min，收集上清液暂存4 ℃冰箱中，沉淀物按照上述步骤重复提取3 次至样品无色，除浸提操作外，控制其他操作的处理温度约4 ℃，以减少虾青素的损失。合并上清液并密封保存在棕色玻璃瓶中。样品在40 ℃下旋转蒸发至乙醇完全蒸发，剩余固体用无水乙醇复溶并定容至10 mL。取5 mL粗提液并转移至试管中，然后加入1 mL 0.02 mol/L的NaOH-乙醇溶液振荡均匀，通过氮吹仪使混合液体的体积浓缩至5 mL，在4 ℃的黑暗环境下放置12 h，经0.22 μm滤膜过滤后获得虾青素提取物，备用。

采用高效液相色谱法测定虾青素含量：色谱柱为ZORBAX反相C柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流动相为乙腈-甲醇-二氯甲烷（体积比80∶15∶5）；流速1 mL/min；检测波长474 nm；柱温25 ℃；进样量20 µL。

虾青素标准曲线的绘制：称量2.5 mg虾青素标准品，加入25 mL无水乙醇配制100 μg/mL虾青素标准品母液，然后加入无水乙醇分别稀释为虾青素质量浓度为2、4、6、8、10、12 μg/mL的虾青素溶液，采用高效液相色谱法进行分析，记录虾青素色谱峰的峰面积，绘制虾青素标准曲线，得到标准曲线方程为＝50.713+10.23，＝0.999 9。

1.3.4 色泽的测定

通过色差仪进行样品*（亮度）、*（红绿度）、*值（黄蓝度）的测定：打开色差仪预热后进行白板校正，取1.3.1节处理后虾仁的第二肌节测定*、*、*值，每个样品测定3 次，取平均值。

1.3.5 水分质量分数的测定

参照GB/T 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的直接干燥法进行水分质量分数测定。

1.3.6 体外抗氧化活性的测定

DPPH自由基清除能力的测定参考文献[11]并稍作修改。取1.3.3节制备的虾肉制得虾青素提取物样品溶液，在96 孔板中每孔依次加入100 µL 0.2 mmol/L DPPH-乙醇溶液和100 µL虾青素提取物样品溶液混合，室温避光放置30 min后通过酶标仪测定517 nm波长处光密度值OD。同理，取100 µL虾青素提取物样品溶液和100 µL无水乙醇测定517 nm波长处光密度值OD。空白组加入100 µL 0.2 mmol/L DPPH-乙醇溶液和100 µL无水乙醇，测定517 nm波长处光密度值OD。根据式（1）计算DPPH自由基清除率。

ABTS阳离子自由基清除能力的测定参考文献[12]并稍作改动。取5 mL 7 mmol/L ABTS和88 µL 140 mmol/L过硫酸钾摇匀，在室温黑暗条件下静置12 h形成ABTS储备液。该溶液在室温、避光的条件下稳定，测定前用无水乙醇稀释成工作液使其在30 ℃、734 nm波长处用酶标仪测得的光密度值为0.70±0.02。取96 孔板依次加入100 µL虾青素提取物样品溶液和100 µL ABTS工作液，混合均匀后在室温下避光反应10 min，然后在734 nm波长处测定光密度值OD。同理测定100 µL虾青素提取物样品溶液和100 µL无水乙醇在734 nm波长处的光密度值OD。空白组由100 µL ABTS工作液和100 µL无水乙醇组成，记录其在734 nm波长处的光密度值OD。按式（2）计算ABTS阳离子自由基清除率。

羟自由基清除能力的测定：取96 孔板依次加入50 µL虾青素提取物样品溶液、50 µL 6 mol/L FeSO溶液和100 µL 6 mol/L HO溶液混合均匀充分振荡，放置10 min后继续加入50 µL 6 mol/L水杨酸乙醇溶液，在室温黑暗条件下放置30 min后在510 nm波长处测定所得溶液的光密度值OD；用等体积的蒸馏水代替水杨酸，同理测得光密度值OD；以等体积的蒸馏水代替虾青素提取物样品溶液，同理测得光密度值OD。通过式（3）计算羟自由基清除率。

1.4 数据处理与统计

使用Excel 2013软件对实验数据进行计算分析统计，结果用平均值±标准差表示。采用SPSS软件中的检验进行显著性分析，＜0.05为差异显著；采用皮尔逊相关系数进行相关性分析，计算相关系数。采用Origin 2019软件作图。

2 结果与分析

2.1 两种加热过程中温度随时间的变化

虾的物理性质以及化学成分受加热温度以及加热时间的影响。凡纳滨对虾分别在常压油炸和空气油炸过程中的中心温度变化曲线如图1所示。不同加热方法凡纳滨对虾中心温度的升温速率不同，虽然常压油炸的加热温度比空气油炸的温度低，但是常压油炸加热对虾的中心温度增速比空气油炸快。常压油炸组在加热204 s后虾仁中心温度达到100.0 ℃，之后温度缓慢上升，加热至271 s时温度达到103.0 ℃后保持不变。而空气油炸组虾仁中心温度达到100.0 ℃所需时间较长，需要264 s，之后一直在100.6、100.7 ℃之间波动。

图1 两种加热方法凡纳滨对虾中心温度随时间变化图Fig. 1 Change in internal temperature of deep-fired and air-fried L. vannamei as a function of heating time

2.2 两种加热方法对虾肉水分质量分数的影响

在热处理过程中肉类会出现水分流失的现象，随着加热时间的延长，细胞中的游离水流失，失水率增加从而导致含水量降低。由图2可知，无论是常压油炸还是空气油炸，凡纳滨对虾虾肉的水分质量分数随着加热温度的升高和加热时间的延长呈逐渐下降趋势，这与刘晶晶等的研究结果一致。但是不同加热方法对凡纳滨对虾的水分质量分数下降速率的影响是不同的，鲜虾虾肉的水分质量分数为（75.57±0.87）%，加热到300 s时，常压油炸虾肉的水分质量分数降低到（61.92±1.75）%，空气油炸的水分质量分数降低到（67.97±0.12）%，常压油炸组对虾的水分质量分数减少量是空气油炸组的1.8 倍。加热180 s和240 s时，常压油炸与空气油炸虾肉的水分质量分数差异显著（＜0.05）。与空气油炸相比，常压油炸处理对虾的升温速率更快，水分质量分数下降得更快，此结果与Teruel、Mariscal、Bingol等的研究结果一致。

图2 两种加热方式对凡纳滨对虾虾肉水分质量分数的影响Fig. 2 Effects of two heating methods on moisture content of L. vannamei

2.3 两种加热方法对虾色泽的影响

虾的色泽是影响虾的品质的重要指标。在加热处理时，凡纳滨对虾的颜色会由原来的青绿色变为红橙色，其中虾青素起到了主要作用。加热前凡纳滨对虾的*值、*值和*值分别是65.17±0.93、2.73±0.06和8.63±0.21。如图3所示，随着加热时间的延长，两种加热方法处理的凡纳滨对虾色泽变化趋势大体相同，*值和*值先增大后减小，*值呈现先增大后平稳的趋势。在常压油炸加热60 s、空气油炸240 s内，随着加热时间的延长，虾仁的*值增大，即亮度提高，继续加热后*值缓慢降低。两种加热方式处理120、300 s时*值没有显著差异（＞0.05）。*值在常压油炸处理120 s和空气油炸处理240 s时达到峰值，分别为26.27±1.15和26.00±1.22，此时虾仁的红色最为鲜艳，两种加热方法处理180、300 s时的*值差异不显著（＞0.05）。常压油炸处理得到的虾仁色泽偏黄，*值更高，这与孙鲁浩等的研究结果一致。两种方法加热处理120、180、300 s时的*值有显著性差异（＜0.05）。常压油炸加热180 s后对虾的*值、*值、*值等色差指标均较稳定，可能是由于此时大多数对虾蛋白质已完全变性，对色泽影响不明显。

图3 两种加热方式对凡纳滨对虾色泽的影响Fig. 3 Effects of two heating methods on color of L. vannamei

2.4 两种加热方法对虾肉中虾青素含量的影响

由图4可知，在空气油炸过程中凡纳滨对虾虾青素含量呈现先增大后减小的趋势，最终低于未加热的生虾虾青素含量；而常压油炸加热过程中虾青素含量随加热时间的延长呈不断减小的趋势。杨澍研究了几种常见热加工方法对南美白对虾虾青素的影响，结果表明，油炸处理时随着时间的延长总虾青素含量持续下降，相比于微波和水煮，常压油炸对于虾青素破坏最为严重，这可能是因为虾青素是一种脂溶性色素，在油炸过程中易溶解于油而从虾组织中释放出来。此外，虾青素具有强抗氧化性，在常压油炸体系中对存在的油脂等易被氧化的物质形成保护，从而被氧化降解。同时与空气油炸相比，常压油炸加热时水分质量分数减少更多，虾青素随组织液一起流失，导致虾青素损失更多，油炸过程中虾青素含量变化与水分质量分数变化的相关系数为0.971，呈极显著相关（＜0.01）。凡纳滨对虾虾肉虾青素含量在空气油炸至240 s时达到最大值，虾青素含量由原来的（12.69±0.83）μg/g增加到（15.28±0.38）μg/g。随着加热时间延长至360 s时，虾青素含量降低到（11.14±0.65）μg/g。在空气油炸初期阶段虾肉中虾青素含量上升，这是因为在加热前凡纳滨对虾的虾青素和肌动蛋白最初是通过疏水键连接形成蛋白质-色素复合物，在加热处理时肌原纤维蛋白变性蛋白质-色素复合物被破坏，从而使得虾青素被释放出来，虾青素含量增加。但随着加热时间的延长，凡纳滨对虾的水分流失会带走部分虾青素，导致虾青素含量降低。另外虾青素不耐热，在长时间的热处理下，加上氧化分解作用以及异构化等反应不断降解导致虾青素含量降低。虾肉的*值和*值在空气油炸240 s时达到峰值（图3），同时虾青素含量也达到最大（图4），经空气油炸加热240 s后*、*值和虾青素含量都呈现下降趋势，说明虾仁色泽与虾青素含量变化相关。Koomyart等通过研究亚临界水处理对太平洋磷虾的颜色变化（*、*、*值）和虾青素降解的影响，发现*值的变化与处理过的磷虾中虾青素的含量有良好的相关性，而*、*值可能与美拉德反应形成的褐色成分有关，本实验结果与其一致。

图4 两种加热方式对凡纳滨对虾虾肉虾青素含量的影响Fig. 4 Effects of two heating methods on astaxanthin content of L. vannamei

2.5 两种加热方法对虾肉体外抗氧化活性的影响

DPPH自由基、ABTS阳离子自由基清除能力是测定物质抗氧化活性的常用指标。DPPH自由基是一种稳定的自由基，含有1个不成对电子，而ABTS阳离子自由基在室温下较为稳定，并在很宽的酸碱度范围内可以立即与抗氧化剂发生反应。羟自由基上的氧原子含有一个未配对电子，具有很强的氧化性，羟自由基清除率是反映抗氧化剂抗氧化效果的重要指标。

如图5所示，3种自由基清除率的变化趋势相似，虾青素具有较高的抗氧化活性，具有淬灭活性氧和清除自由基的能力，与江利华等的研究结果一致。在恒定的油炸温度下，随着加热时间的延长，常压油炸对虾虾青素抗氧化活性呈现不断下降的趋势，说明虾青素不断降解。虾肉经常压油炸加热处理300 s后，DPPH自由基、ABTS阳离子自由基和羟自由基清除率由原来的（47.84±0.90）%、（95.50±1.35)%、（67.00±0.93）%分别下降至（23.72±2.00）%、（63.49±0.33）%、（30.79±4.60）%。不同于常压油炸，空气油炸中虾青素抗氧化活性随加热时间延长而缓慢上升，这两者之间的差异可能是因为在常压油炸过程中，虽然有部分虾青素从蛋白质-色素复合物中游离出来但是在常压油炸环境中虾青素的降解占主要地位。结合图4可得，随着虾青素含量降低，自由基清除率降低，抗氧化活性降低。如表1所示，虾青素含量与自由基清除率呈极显著正相关（＜0.01），这与陈晋明等的结果一致。Yang Shu等研究了太平洋白虾在常规热处理过程中游离虾青素和虾青素酯的稳定性及降解情况，发现随着加热时间的延长，常压油炸加工后的提取物中的虾青素浓度不断下降，损失严重，与本研究结果一致。这可能是因为虾青素是脂溶性色素，在常压油炸过程中易溶解在油脂中，油炸后的虾表面附着的油可能会阻碍样品中虾青素的提取，导致虾青素抗氧化活性低。此外常压油炸通常在高温下进行，因为虾青素是一种热不稳定的抗氧化分子，温度会影响虾青素的稳定性和抗氧化剂特性，所以高温也是造成虾青素损失的一个重要原因，会显著提高虾青素的降解率。

图5 两种加热方法对虾虾肉体外抗氧化活性的变化Fig. 5 Changes in in vitro antioxidant activity of L. vannamei as a function of deep frying and air frying time

表1 常压油炸虾青素含量与抗氧活性的相关性Table 1 Correlation between astaxanthin content and antioxidant properties

空气油炸过程中虾肉虾青素自由基清除率随加热时间延长而不断升高，加热240 s后缓慢升高。加热至360 s时，DPPH自由基、ABTS阳离子自由基和羟自由基清除率由原来的（47.84±0.90）%、（95.50±1.35）%、（67.00±0.93）%分别增加到（63.22±3.97）%、（97.75±2.69）%、（84.65±1.18）%。空气油炸通过高速空气循环技术使热空气变成急速可循环的热空气流，使锅内食物形成酥脆表皮并且保留住食物内部存在的水分。加热后虾青素会随组织液流出对虾体外，经空气油炸所得对虾的水分质量分数高于常压油炸处理对虾（图2），空气油炸更好地保留了虾体内的组织液和水分，减少了虾青素的流失。因此，随加热时间的延长，空气油炸虾仁的抗氧化活性不像常压油炸一样呈现不断下降的趋势，且空气油炸虾肉的虾青素含量以及抗氧化活性比常压油炸高。空气油炸时，随加热时间的延长，虾肉的虾青素含量先增加后减小，但虾青素抗氧化活性不断上升，可能是因为在加热处理时，在高温和氧气的存在下，会导致虾青素的异构化，不同构型虾青素的抗氧化活性不同，因此虾肉抗氧化性不断增加到最后缓慢上升。

3 结 论

本实验对比分析了常压油炸和空气油炸两种加热方法对凡纳滨对虾的色泽、水分质量分数、虾青素含量以及抗氧化活性的影响。加热时常压油炸的升温速率比空气油炸高。常压油炸凡纳滨对虾的水分质量分数下降速率比空气油炸快。加热后虾仁亮度先增加后减小，常压油炸所得到的虾仁色泽偏黄，加热后对虾的色泽变化与虾青素含量有关。研究两种加热方法加热不同温度对凡纳滨对虾虾青素含量的影响，结果表明在空气油炸过程中，凡纳滨对虾虾肉的虾青素含量呈先增大后减小的趋势，抗氧化活性大体呈逐渐上升至平稳的趋势。在200 ℃空气油炸240 s时对虾虾青素含量达到最大。相比于空气油炸，常压油炸对虾青素破坏较为严重，抗氧化活性更低，随着加热时间的延长不断下降，虾青素含量的变化与抗氧化活性有关。总之，空气油炸对虾青素含量及体外抗氧化活性的影响比常压油炸小。