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(1.阳江职业技术学院,广东阳江 529566; 2.广东省食品低温加工工程技术研究中心,广东阳江 529566; 3.广东浩洋速冻食品有限公司,广东阳江 529566)

牡蛎又称海蛎子、蛎黄,俗称蚝,分布于亚热带、热带沿海,是我国重要的海水养殖贝类之一[1]。其味道鲜美,肉质鲜嫩,素有“海洋牛奶”之美称[2]。牡蛎是中国养殖产量最大的经济贝类,仅广东省2017年产量高达8162.65吨[3],市场上的牡蛎大部分以开壳牡蛎肉鲜销为主,开壳后的牡蛎容易破肚,变黄,易遭受微生物的侵染,其体内丰富的脂肪水解酶和磷脂水解酶可加速蛋白质变性以及游离脂肪酸氧化,严重地影响牡蛎在贮藏过程中风味和品质[4]。

冷冻保藏技术可以实现鱼虾贝类的长途运输销售,可抑制微生物的生长,减缓酶活性,保持味觉和营养价值[5],但传统冷冻技术(如鼓风冻结和静置冻结)主要是以空气为介质,传热系数慢,在冷冻过程中会出现组织蛋白质变性、脂质氧化、冰晶重结晶、汁液损失等不良变化[6-7],这对产品质量和消费者可接受性产生负面影响。此外,牡蛎水分含量高达82.48%[8],组织脆弱,制约了牡蛎产业冷冻保鲜技术发展。浸渍冻结技术主要利用液体冷媒传热系数为气体冷媒的20余倍的原理,将食品经真空包装后,直接浸渍在-35 ℃不冻液中进行冷冻,实现食品迅速冻结,形成细小且分布均匀的冰晶,能最大程度地保持产品色香味等品质[9]。目前该技术已经实现荔枝[10]、杨梅[11]、番木瓜浆[12]等水果的保鲜,同时在鲟鱼[13]、对虾[14]等水产品速冻保鲜中也有应用。

本文通过比较浸渍冻结、鼓风冻结和静置冻结下,牡蛎的冻结速率、持水性、蛋白质变性程度、色差、质构等品质的变化,从而为牡蛎冷冻加工提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

牡蛎 由阳西县程村镇红光蚝协会提供,选取10 cm左右的鲜活样品,1 h内运送回实验室,并用自来水清洗干净贝壳表面,再用纯净水冲洗3遍,沥干待用;Ca2+-ATP酶测试盒、标准蛋白 南京建成生物工程研究所;氯化钾、硫酸铜、酒石酸钾钠、氢氧化钠、氯化钠 分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

KQ-01浸渍冻结机 广东科奇超速冻科技有限公司;KMSD型小型气流式速冻机 常州凯曼制冷设备有限公司;CT3质构仪 美国博勒飞;CR-10型色彩色差计 柯尼卡美能达(中国)投资有限公司;TR-52i温度记录仪 日本TANDD;DW-FW251型-40 ℃深冷冰箱、DW-YW358A型-25 ℃冰箱 中科美菱低温科技有限责任公司;BSX500台式外抽式真空包装机 深圳市宝石兴包装设备机械有限公司;SY204分析天平 上海佑科仪器仪表有限公司;FJ200-SH数显高速分散均浆机 上海标本模型厂。

1.2 实验方法

1.2.1 冻结与解冻 牡蛎冻结方法根据林婉玲等[14]的方法进行改进。将牡蛎开壳,选取长约8.4 cm,宽约4.2 cm,厚度约为1.0 cm的牡蛎肉,沥水,分别独立真空包装。真空包装样品随机分成四份,分别按照以下方式进行处理:鲜样组:样品不经冷冻处理,直接放置4 ℃冰箱贮藏1 h;A.浸渍冻结组:将样品放置于温度为-35 ℃的浸渍冻结机中进行冻结;B.鼓风冻结组:将样品放置于-35 ℃鼓风冻结机中进行冻结;C.静置冻结组:将牡蛎直接放入-35 ℃深冷冰箱中直接冻结。待牡蛎的中心温度降至-18 ℃时,放-18 ℃冰箱内冻藏1 h待用。将冻结后的样品置于常温下解冻50 min,中心温度达1 ℃,测定各指标。

1.2.2 冻结曲线测定 将牡蛎置于真空包装袋中,在包装袋上戳一个比温度记录仪热电偶传感探头略小的小口,将温度探头从小口穿过包装袋插入牡蛎肉的几何中心位置。采用封口胶封住探头,再加一层封口胶以确保小口周围的密封性,-0.1 MPa下真空包装,冻结前后检查包装袋密封性。设置好温度记录仪,将牡蛎肉置于不同的冻结方式进行冻结,每隔30 s对温度进行一次记录,直至中心温度降至-18 ℃时,停止记录读取数据,作牡蛎中心温度随时间变化的曲线图。

1.2.3 冻结速率的计算 参考邓敏等[15]测定方法,采用国际制冷协会提出的计算方法计算:

式(1)

式中:δ0为食品表面与热中心的最短距离,cm;τ0食品表面达到0 ℃后至热中心温度达初始冻结点以下10 ℃所需的时间,h。

1.2.4 汁液流失率测定 称量牡蛎冻结后的重量,用滤纸吸干解冻后牡蛎表面的水分或汁液,称量解冻后牡蛎的重量。按照公式(2)计算汁液流失率:

式(2)

式中:M冻结后为牡蛎冻结后的重量;M解冻后为牡蛎解冻后的重量。

1.2.5 蒸煮损失率测定 将解冻后完整无破损的牡蛎置于烧杯中,在85 ℃水浴锅中蒸煮20 min。加热前称重(Wb),加热后冷却到室温,用滤纸吸干水分,然后再次称重(Wa)。按照公式(3)计算蒸煮损失率:

式(3)

式中:Wa为牡蛎蒸煮后的重量;Wb为牡蛎蒸煮前的重量。

1.2.6 盐溶性蛋白含量测定 参考陈慧斌等[16]测定方法进行,采用双缩脲法测定牡蛎鲜样及解冻后的盐溶性蛋白含量。

1.2.7 Ca2+-ATP酶活力测定 参考林婉玲等[14]测定方法进行修改,准确称量鲜样及解冻后的牡蛎样品2.0 g,加入18 mL 4 ℃的蒸馏水,于冰浴中采用高速均浆机10000 r/min捣碎,然后取匀浆2 mL,加入98 mL 0.85%的生理盐水,混合均匀后,按ATP酶测试盒说明书进行测定。

1.2.8 色差的测定 采用色差计测定牡蛎L*、a*、b*色差值。将样品平放于白板上,用滤纸吸干表面汁液,选取牡蛎相同部位的色差值。按照公式(4)计算色差值:

式(4)

1.2.9 质构的测定 采用CT3质构仪在室温下测定牡蛎质构,由TPA曲线测牡蛎肉熟化后的硬度、弹性和咀嚼性。以整只牡蛎为测试试样,在100 ℃热水中蒸煮3 min熟化,取出放置至室温。测定条件如下:探头型号TA44,测前速度2 mm/s,测试速度2 mm/s,测后速度2 mm/s,形变10%,触发值25 g。

1.3 数据处理方法

2 结果与分析

2.1 不同冻结方式牡蛎的冻结曲线和冻结速率

冻结曲线反映牡蛎不同冻结方式冻结特性。图1为牡蛎分别在三种冻结方式的冻结曲线。由冻结曲线图可见,在-1.5～-5 ℃最大冰晶生成带,不同冻结方式的冻结曲线差异较大,其中浸渍冻结组的冻结曲线最为陡峭,其次是鼓风冻结,静置冻结最为平坦。在浸渍冻结、鼓风冻结和静置冻结三种不同冻结方式下,牡蛎的中心温度由10 ℃冻结至-18 ℃分别需要5.5、27、200 min。根据式(1),浸渍冻结、鼓风冻结和静置冻结的冻结速率分别为6.67、1.32和0.28 cm/h。按国际制冷学会对冻结方式的描述,浸渍冻结和鼓风冻结速率大于0.5 cm/h,为快速冻结方法[17]。浸渍冻结速率最快,分别是鼓风冻结的5倍,静置冻结的23倍。浸渍冻结速率比鼓风冻结和静置冻结快,主要是因为浸渍冻结是以液体冷媒作为能量传导媒介,其传热系数为气体冷媒的20余倍[9]。食品结冰非常迅速的条件下,冰晶的形成以及随之而来组织的破坏会受到抑制,越有利于食品品质的保持。

图1 牡蛎不同冻结方式的冻结曲线Fig.1 The freezing curve of oyster by different frozen methods

2.2 不同冻结方式对牡蛎持水性的影响

汁液流失率和蒸煮损失率是描述食品冻结后持水性的重要指标[15]。持水性的变化说明冻结过程对牡蛎蛋白的影响,由表1可知,浸渍冻结样品汁液流失率最低,分别为鼓风冻结的76%,静置冻结的68%。浸渍冻结样品的汁液流失率与鼓风冻结和静置冻结差异显著(p<0.05)。浸渍冻结样品的蒸煮损失率接近鲜样组,比鼓风冻结和静置冻结低,但三种冻结方式处理样品的蒸煮损失率相对于鲜样差异不显著(p>0.05),且不同处理之间也差异不显著(p>0.05)。在冻结过程中,冻结速率越快,越有利于食品内部细胞中形成细小且分布均匀的冰晶,然而缓慢的冻结过程则会导致细胞间形成大而粗的冰晶,过大冰晶会刺破细胞膜[18-19],对细胞膜或细胞器造成机械损伤,破坏细胞膜或扩大细胞间隙,导致细胞内液和外液的流出,持水性下降,同时造成蛋白质结构发生变化,蛋白质分子重新与融化的冰晶结合[20]。因此,浸渍冻结更有利于牡蛎冻结后持水性的保持。

表1 不同冻结方式对牡蛎汁液流失 和蒸煮损失率的影响(%)Table 1 Drip loss and cooking loss of oyster under various freezing processing(%)

2.3 不同冻结方式对牡蛎蛋白质变性程度的影响

盐溶性蛋白是肌原纤维蛋白的主要成分,其含量可体现肌动球蛋白性质的变化,常用于反映肌原纤维的变性程度[21]。牡蛎经不同冻结方式处理后,其盐溶性蛋白含量的变化如表2所示。浸渍冻结样品盐溶性蛋白含量最为接近鲜样,鲜样盐溶性蛋白含量为(54.95±2.66) mg/g,浸渍冻结样品为(48.15±5.53) mg/g两者差异不显著(p>0.05)。鼓风冻结和静置冻结盐溶性蛋白含量分别为(40.29±2.99)、(37.53±5.53) mg/g,与鲜样差异显著(p<0.05)。对于不同冻结方式处理组间的比较,浸渍冻结与鼓风冻结差异不显著(p>0.05),与静置冻结差异显著(p<0.05),鼓风冻结和静置冻结组间差异不显著(p>0.05)。由于牡蛎经冻结后,所形成的冰晶会破坏肌原纤维结构,导致盐溶性蛋白含量在解冻后流失[22],冻结速率越快,盐溶性蛋白含量保持越好。

表2 不同冻结方式对牡蛎盐溶性蛋白含量 和Ca2+-ATPase酶活的影响Table 2 Salt soluble protein and Ca2+-ATPase of oyster under various freezing processing

肌原纤维的Ca2+-ATPase活性通常用于衡量肌动球蛋白的完整性,肌原纤维任何微小的结构变化都会导致Ca2+-ATPase活性下降[23]。从表2可知,牡蛎经冻结处理后,其肌原纤维的Ca2+-ATPase活性均呈现下降趋势。浸渍冻结样品与鲜样的Ca2+-ATPase活性分别为(0.244±0.033)和(0.202±0.020) μmol Pi/(mg·h),下降率仅为17.21%,两者差异不显著(p>0.05)。鼓风冻结和静置冻结样品的Ca2+-ATPase活性分别为(0.137±0.030)和(0.135±0.022) μmol Pi/(mg·h),相对鲜样下降率分别为43.85%和44.67%,均与鲜样差异显著(p<0.05)。经不同冻结处理后,浸渍冻结与鼓风冻结和静置冻结样品相比均差异显著(p<0.05),而鼓风冻结和静置冻结样品的Ca2+-ATPase活性差异不显著(p>0.05)。肌原纤维Ca2+-ATPase活性下降的原因可能是大冰晶的形成影响蛋白质间的重新排列,从而减弱肌球蛋白的构象变化和集聚[24]。浸渍冻结处理组冻结速率最快,所形成的冰晶对肌原纤维结构变化影响最小。综上所述,浸渍冻结能更有效减缓牡蛎蛋白变性。

2.4 不同冻结方式对牡蛎色泽的影响

色差是反映牡蛎在冻结过程中的品质重要指标。表3表示的是不同冻结方式冻结后的样品,经解冻后的色差变化。实验数据中,浸渍冻结样品L*值最高,说明其较为明亮,且与鲜样也更为接近,董佳等[13]研究浸渍冷冻对鲟鱼色度L*的影响与本研究结果相似。这可能是经不同冻结方式后,样品在解冻过程中失去水分后,引起表面光鲜反射率的改变,导致亮度值降低[25],L*值大小排序为浸渍冻结>鼓风冻结>静置冻结,与不同冻结方式对牡蛎持水性影响的结果相呼应。但不同冻结方式下的样品在色差上(L*、a*、b*)差异均不显著(p>0.05)。不同冻结方式处理后的牡蛎样品,解冻后的L*值、a*、b*值与鲜样相比也差异均不显著(p>0.05)。浸渍冻结和鼓风冻结处理组总色差(ΔE)小于普通静置冻结,但三种冻结方式对牡蛎总色差(ΔE)差异不显著(p>0.05),这可能因样品都采用真空包装,即使冻结速率较慢,但氧气对产品色差影响小。

表3 不同冻结方式对牡蛎色泽(L*、a*、b*、ΔE)的影响Table 3 Color values(L*,a*,b*,ΔE)of oyster under various freezing processing

2.5 不同冻结方式对熟化后牡蛎质构的影响

如表4所示,不同冻结方式处理的样品熟化后硬度相对于鲜样呈现下降趋势,其中浸渍冻结样品降低了6.16%,鼓风冻结降低了8.03%,静置冻结降低了13.60%。冻结速率越低,蛋白质变性程度越高,细胞内的冰晶较大,对细胞造成较大的机械损伤,导致硬度下降[13]。但不同冻结方式处理后的样品硬度与鲜样及不同处理组间的差异不显著(p>0.05)。

表4 不同冻结方式对熟化后牡蛎质构的影响Table 4 Changes in texture of oyster under various freezing processing

弹性是指物体在外力作用下发生形变、撤去外力后恢复成原来形状的能力[26],是反映牡蛎熟化后鲜度的一个非常重要的指标,弹性越高,品质越好。由表4可知,浸渍冻结样品弹性与鲜样差异不显著(p>0.05),鼓风冻结和静置冻结样品的弹性与鲜样差异性显著(p<0.05)。不同冻结方式之间,浸渍冻结与鼓风冻结、静置冻结处理后样品弹性差异显著(p<0.05),而鼓风冻结与静置冻结之间差异不显著(p>0.05)。弹性的下降可能是由于冷冻过程引起的蛋白质变性,使Ca2+-ATPase活性特别是凝胶强度下降,导致弹性下降[27]。由2.3研究结果可知,浸渍冻结处理组的Ca2+-ATPase活性保持最高,蛋白质变性程度最小,因此,在三种冻结方式中,浸渍冻结牡蛎鲜度保持最好。

咀嚼性是指将固体食品咀嚼到可吞咽时需做的功的大小,是硬度、内聚性和弹性等综合作用的结果[26]。不同冻结方式处理后的牡蛎咀嚼性与鲜样相比都有所下降,但下降幅度排序为静置冻结>鼓风冻结>浸渍冻结,分别下降了14.11%、9.89%和5.40%。不同冻结方式下,冻结速率越慢,持水性越差,咀嚼性越差,但不同冻结方式处理后的样品咀嚼性与鲜样及不同处理组间的差异不显著(p>0.05)。

3 结论

牡蛎经浸渍冻结处理的冻结速率比鼓风冻结和静置冻结快,其速率分别是鼓风冻结的5倍,静置冻结的23倍,而且浸渍冻结的牡蛎解冻汁液流失率、蒸煮损失及蛋白质变性最低,表明其对牡蛎持水性保持最好,能更有效减缓牡蛎冻结过程中的蛋白质变性。在质构方面,浸渍冻结处理组熟化后的弹性最好,但在色差值(L*、a*、b*)、总色差(ΔE)、硬度和咀嚼性方面,与鼓风冻结和静置冻结相比差异性不显著(p>0.05)。浸渍冻结处理牡蛎的所有品质指标都与鲜样差异不显著(p>0.05),但鼓风冻结和静置冻结在盐溶性蛋白含量、Ca2+-ATPase活性和弹性指标上都与鲜样差异性显著(p<0.05)。由此可见,浸渍冻结处理牡蛎较鼓风冻结和静置冻结有着较明显优势,其品质更加接近鲜样,可以在牡蛎保鲜过程中加以利用,对其推广应用也将对水产品保鲜的发展有着重要意义。