解冻方式对中国对虾品质的影响

2019-08-12马晓彬王文骏蒲云峰吕瑞玲凌建刚刘东红

中国食品学报 2019年5期

李慢马晓彬王文骏蒲云峰吕瑞玲丁甜凌建刚，2 刘东红，3*

（1浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州 310058

2宁波市农业科学院农产品加工研究所浙江宁波 315040

3浙江大学馥莉食品研究院杭州 310058）

中国对虾，又名中国明对虾、东方对虾、明虾，与南美白对虾、斑节对虾并列为世界三大养殖虾[1]。中国对虾肉质鲜美，营养丰富，含有高蛋白、低脂肪、多种维生素及人体必需的微量元素，是广受欢迎的水产品。与畜禽类动物和其它一些水产品相比，虾肉水分含量高，组织脆弱，天然免疫物质少，体内酶活高，微生物代谢强，虾体极容易黑变、腐败，严重影响其品质和食用价值[2]。探究合理的对虾保鲜技术十分必要。

冻藏是目前水产品储运保藏最常用的方式之一[3]。冷冻产品加工、食用前必经过解冻步骤，而不当的解冻方法造成水产品汁液流失增大，保水性下降，蛋白质和脂肪氧化严重，营养成分丧失等，从而降低其营养价值和经济价值。常用的解冻主要包括外部解冻法（自然空气解冻、水解冻、超高压解冻等）、内部解冻法（超声解冻、微波解冻等）。包海蓉等[4]比较了冷藏解冻和冰盐水组合解冻金枪鱼，发现冷藏解冻耗时较长，金枪鱼弹性下降，metMb含量和K值增幅较大，鱼肉褐变加深，新鲜度下降；而冰盐水组合解冻不仅缩短了解冻时间，还较好地抑制了金枪鱼品质的劣变。王凤玉等[5]研究发现解冻方式会影响秋刀鱼的品质，空气解冻破坏了秋刀鱼肌肉组织结构，肌肉保水性严重下降，硬度值较低。Beyza等[6]分别用低温解冻、室温解冻、静水解冻、微波解冻4种方法来解冻欧洲鳗鲡，其中静水解冻后，菌落总数和金黄色葡萄球菌检出量最少，汁液损失低，是一种较好的解冻方法。

目前，解冻的研究主要集中于禽肉制品的解冻[7-8]或是水产品在贮藏过程中以及反复冻融中[9-10]的品质变化，而对解冻过程中水产品肌肉组织结构的破坏、蛋白氧化变性等报道较少。李姣等[11]提出水产品的鲜度等品质变化与蛋白质本身特性直接相关，腐败变质多是由于蛋白质的降解引起，因此研究解冻过程中水产品的蛋白质氧化、变性十分必要。本文从解冻效率、蛋白与脂肪氧化、肌肉品质等方面来比较低温解冻、静水解冻、自然空气解冻和超声波解冻4种解冻方式对中国对虾品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜中国对虾（购于杭州农贸市场），颜色、大小一致，质量11～12 g，鲜活无异味。

牛血清蛋白、5，5’-二疏代双（2-销基）苯甲酸（DTNB）、盐酸胍、2，4-二硝基苯肼，阿拉丁试剂有限公司；考马斯亮蓝，上海生工生物工程股份有限公司；其它试剂均为分析纯或化学纯级。

1.2 仪器与设备

TGL20M台式低速冷冻离心机，湖南凯达科学仪器有限公司；UV-2550紫外分光光度计，日本岛津公司；MDF-382E （N）三洋超低温冰箱，日本三洋电机株式会社；FSH-2可调高速匀浆机，金坛市鸿科仪器厂；G2-38B漩祸混合器，海门市其林贝尔仪器制造有限公司；CM-600d分光测色计，日本柯尼卡美能达公司；超声波消毒机，宁波新芝生物科技股份有限公司等。

1.3 中国对虾的解冻

将对虾用冰水致死（m冰/m水=1∶2冰水中浸泡20 min），用水洗净，吸水纸吸干表面水分，将data trace温度探头置于虾体中心部位，采用蒸煮袋真空包装，10只1袋。将分装好的对虾置于-80℃冰箱中速冻，待中心温度到达-18℃转移至-18℃冰箱，冻藏48 h。

超声波解冻：取3袋样品放入浴式超声机的水槽中，经预试验发现，功率为0.135 W/mL解冻效果较好。水浴槽恒温至15℃，待样品中心温度达到-1℃时，视为解冻完成。

静水解冻：取3袋样品置于水浴槽中，水浴槽恒温至15℃，待样品中心温度达到-1℃时，视为解冻完成。

自然解冻：取3袋样品分别放在白色搪瓷托盘中，置于周围没有热源的实验台上解冻【室温（21±0.5）℃】，待样品中心温度达到-1℃时，视为解冻完成。

低温解冻：取3袋样品，分别置于白色搪瓷托盘中，放入4℃冰箱中解冻，待样品中心温度达到-1℃时，视为解冻完成。

1.4 测定方法

1.4.1 解冻曲线的绘制待中国对虾解冻完成后，取出温度探头，读取温度随时间变化的数据，并绘制解冻曲线。

1.4.2 肌原纤维蛋白（MP）的提取肌原纤维蛋白提取按照lefever[12]和姜晴晴[10]的方法。

1.4.3 解冻方法对蛋白氧化的影响根据 Oliver[13]等的方法测定蛋白羰基含量；参照 Benjakul[14]等的方法测定总巯基含量；根据 Chelh[15]等的方法测定蛋白表面疏水性；根据Sylvie[16]等的方法测定蛋白溶解性。

1.4.4 解冻方法对脂肪氧化的影响根据Vyncke[17]的方法测定TBARS。

1.4.5 解冻方法对肌肉品质的影响

1.4.5.1 持水性参考余小领等[18]的方法测定对虾解冻和蒸煮损失率。

1.4.5.2 色泽参考李学鹏[19]的方法测定对虾色泽。

1.4.5.3 质构特性的测定参考李学鹏[19]的方法测定对虾质构特性。

1.4.5.4 扫描电镜观察取解冻后的对虾，去头、壳，用手术刀片取虾肉的第2节，切成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的块状，放入0.25%戊二醛溶液中固定4 h以上，处理后用扫描电镜观察鱼肉横切面的微观结构。

1.5 数据处理

每次测定至少设置3次平行，采用SPSS 20进行方差分析，测定结果以均值±标准差（means±SD）表示，以 P＜0.05为显著。

2 结果与讨论

2.1 解冻方式对中国对虾解冻时间的影响

中国对虾解冻过程如图1所示，当中心温度为-1℃时，视为解冻完成。

不同解冻方式所对应的温度变化曲线差异显著，超声、静水空气、低温4种解冻方式所需解冻时间分别 4.3，8.5，60.6，154.7 min。其中超声解冻中国对虾极大地缩短了解冻时间。

图1 中国对虾解冻过程温度曲线Fig.1 Thawing temperature curve of Chinese shrimp

如图1所示，解冻过程分为两个阶段：在-18℃到-5℃阶段，斜率较大，说明这一阶段解冻速率大，解冻迅速。这是由于样品中的水大部分以冰晶的形式存在，由于冰的热导率【K冰：2.33 W/（M·K）】大于水的热导率【K水：0.58 W/（M·K）】，并且样品和解冻介质之间的温差大，因而产生较大的传热推动力，传热速率快，解冻效率高。在-5℃到-1℃阶段，斜率逐渐减小，解冻曲线趋于平缓，解冻速率较低。这一阶段是最大冰晶溶解带，大量冰晶开始融化。由于发生相变，该过程需要较多热量；随着冰的减少，样品导热率下降，因此解冻速率逐渐下降，解冻缓慢[20]。

在最大冰晶生成带阶段，微生物和酶极易发生各种生化反应，导致汁液流失率增大，产品品质下降，因而需快速通过此阶段。在超声解冻时，一方面超声在传播过程中产生的微射流和空化效应能显著增大传热系数[21]；另一方面超声衰减的声能被对虾内部组织吸收转化为热，达到内外同时解冻的效果，加快解冻速率。Miles等[22]研究发现，超声波在冻结区比未冻结区衰减程度大，而且衰减随着温度的升高显著增加，在初始冻结点达到最大值，因而超声解冻能迅速地通过最大冰晶生成带。超声解冻在最大冰晶生成带区间平均解冻速率达到1.44℃/min，远远高于其它3种解冻方法（静水解冻0.8℃/min，空气解冻0.087℃/min，低温解冻0.0344℃/min），极大地提高了解冻速率，有效降低了对对虾品质的损害。

2.2 解冻方式对中国对虾蛋白氧化的影响

羰基化是蛋白质氧化最显著的化学修饰之一[23]，国内外广泛采用蛋白羰基含量来反应蛋白氧化程度[24]。羰基化合物的形成途径很多，主要包括氨基酸侧链的直接氧化、肽主链的断裂以及美拉德反应等[19]。不同解冻方法对肌原纤维蛋白羰基含量的影响如图2所示。解冻后，对虾的羰基含量均显著高于新鲜样品（P＜0.05）。冰晶的形成以及再生长使肌细胞破裂，释放出氧化酶并催化相应氧化反应的进行，进而造成蛋白质的氧化变性[25]。空气解冻的样品羰基含量最高，这是由于较高的解冻温度有利于酶促反应的进行，因此有更多的羰基累积。姜晴晴等[10]推测是由于促氧化成分（如自由基等）的积累，加速其对蛋白分子的攻击，因此羰基含量升高。超声、静水、低温组之间的羰基含量无显著性差异（P＞0.05）。超声解冻过程中，内部组织吸收热量会引起组织温度的上升，然而由于超声解冻较快且均匀稳定的解冻特点，蛋白氧化程度与静水组和低温组无显著性差异。Corina等[26]研究不同强度的超声解冻猪肉时，解冻时间极大地缩短，而猪肉的理化性质与对照组无显著差异，这与本试验结果一致。

巯基与蛋白质的变性、结构稳定性以及酶的催化作用等有着密切的联系，是蛋白中最具反应活性的功能性基团[27-28]。肌原纤维蛋白巯基含量的下降主要是由于其头部结构的变化，导致巯基的暴露，易被氧化为二硫化合物，活性巯基含量随之减少。巯基含量可反映蛋白氧化的程度。由图3可知，解冻对虾的巯基含量均与新鲜对虾有显著差异，表明解冻过程发生了一定程度的蛋白变性。超声解冻的巯基含量最高，最接近新鲜对照样，仅下降5.4%；而静水组、空气组、低温组则下降较多，分别是11.08%，10.51%，9.85%，蛋白变性程度较大。超声解冻的虾肉蛋白变性程度较小，而低温解冻后虾肉的巯基含量较低，这可能是解冻耗时较长，导致蛋白构象在长时间的低温环境下发生一定的变化，从而使巯基的氧化和含量的减少。

表面疏水性是蛋白质表面疏水性氨基酸的相对含量，影响蛋白质的理化和功能性质。本试验通过溴酚蓝钠的结合量来反映表面疏水性。由图4可知，超声、静水、空气、低温解冻后，表面疏水性分别增加27.67%，32.95%，35.81%，12.18%。表面疏水性的升高是由于解冻过程中蛋白质被氧化，蛋白结构发生延展，构象改变，从而导致其内部非极性氨基酸的暴露，使表面疏水性增大[15，28]。如图4所示，空气解冻组疏水性增长幅度最大，低温解冻组疏水性增幅最小。由此推测，解冻温度和解冻速率在一定程度上影响蛋白质的氧化，进而引起蛋白质构象的变化，致其表面疏水性增加。这与巯基含量和羰基含量的变化趋势一致。

蛋白的溶解性是肌肉蛋白质的重要性质之一，对热凝胶的形成等有重要影响，蛋白溶解性降低是肌肉品质下降的重要标志[29-30]。超声、静水、空气、低温解冻后，蛋白溶解性分别降低了12.01%，

图2 解冻方式对中国对虾肌原纤维蛋白羰基含量的影响Fig.2 Effect of thawing methods on total carnonyl content of myofibrillar proteins in Chinese shrimp

图3 解冻方式对中国对虾肌原纤维蛋白巯基含量的影响Fig.3 Effect of thawing methods on total sulfhydryl content of myofibrillar proteins in Chinese shrimp

图4 解冻方式对中国对虾肌原纤维蛋白疏水性的影响Fig.4 Effect of thawing methods on hydrophobicity of myofibrillar proteins in Chinese shrimp

2.3 解冻方式对中国对虾脂肪氧化的影响

TBAES值常用来反映肉中脂肪氧化酸败的程度[27]。如图6所示，解冻后虾肉中TBRAS值显11.62%，15.18%，9.19%。如图5所示，空气解冻后的蛋白溶解性下降最多，低温解冻下降最少。解冻过程中，蛋白质中巯基氧化形成的二硫键导致蛋白的交联和聚集；同时由于疏水键的形成而加速蛋白的聚集，造成蛋白溶解性降低。Sriket等[30]推测自由基的攻击也是导致蛋白溶解性降低的一个重要原因。不同的解冻方法使蛋白发生不同程度的氧化。著高于新鲜样品，各组虾肉的TBARS值有不同程度的上升。Benjakul等[31]研究发现冷冻和解冻都会导致TBARS的积累，这主要由冰晶对细胞膜的破坏以及促氧化物质尤其是血红素铁的释放造成的。目前，越来越多的研究表明脂肪氧化主要发生在细胞膜层面。空气解冻后虾肉的TBARS值含量最高，为0.22 mg MDA/kg；超声解冻后的虾肉TBARS值最接近新鲜虾肉，含量仅为0.19 mg MDA/kg。Boonsumrej等[32]报道较高的解冻温度，会加速脂肪的氧化。超声解冻由于解冻速率较快，缩短了脂肪氧化反应时间，脂肪氧化程度较小；而低温解冻虽然解冻时间长，但低温极大地抑制了酶活，可降低脂肪氧化反应程度，这两种解冻方法的TBARS值显著低于空气解冻的TBARS值。

图5 解冻方式对中国对虾蛋白溶解性的影响Fig.5 Effect of thawing methods on protein solubility of Chinese shrimp

图6 解冻方式对中国对虾脂肪氧化的影响Fig.6 Effect of thawing methods on lipid oxidation of Chinese shrimp

2.4 解冻方式对中国对虾肌肉品质的影响

2.4.1 解冻方式对中国对虾保水性的影响解冻方式对中国对虾解冻损失和蒸煮损失的影响如表1所示。与新鲜对虾相比，不同解冻方法的解冻损失及蒸煮损失差异显著。对虾在冻结过程中产生的冰晶会破坏对虾的肌肉组织结构，同时蛋白质氧化生成的二硫键和羰基也对蛋白结构造成一定的破坏，导致肌肉的持水能力下降[33]，水分流失，营养成分也随之丢失。低温解冻的损失（2.53%）与蒸煮损失（20.59%）较小，这与Xia等[25]的研究结果相似。由于在低温下氧化反应被抑制，缓慢的解冻有利于肌肉组织吸收冰晶融化的水，降低汁液流失。空气解冻的汁液损失率最高（3.28%），这与吕玉等[34]的研究结果一致。Ngapo T M等[35]和余小领等[18]研究发现，解冻速率和汁液损失之间存在非线性关系，在一定范围内可能存在最佳的解冻速率，达到最小的汁液损失。蒸煮损失率与不同的个体以及冷冻速率有关，解冻速率对蒸煮损失率无显著影响，当解冻速率增大，蒸煮损失有增大的趋势。这与本试验结果一致。

表1 解冻方式对中国对虾解冻损失和蒸煮损失的影响Table1 Effects of thawing methods on the thawing loss，cooking loss of Chinese shrimp

2.4.2 解冻方式对中国对虾色泽的影响色泽作为肌肉生理学、生物化学及生物学的表观特性，虽然在正常范围内的变化不影响其营养价值，但对冷冻制品的外观和可接受度有着重要的影响[3]。由表2可知，超声解冻和低温解冻对虾肉色泽的影响最小，超声解冻组的a*值和b*值与新鲜对照差异不显著（P＞0.05），L值略高于新鲜对照；低温解冻组仅b*值有一定的上升，其它与新鲜对照无显著差异（P＞0.05），接近新鲜对虾的色泽；静水解冻L*值和b*值有一定的增加；空气解冻则显著地增加L*值和b*值，降低了a*值。在水产品冻结和解冻过程中，蛋白的变性、色素的降解以及脂肪的氧化都会造成色泽的变化[31]。其中a*值的降低可能与肌红蛋白的变性与流失有关。Yu等[36]研究发现脂肪的氧化形成黄色素可能会使b*值升高。色泽的变化在一定程度上反映解冻方式给品质带来的影响。

表2 解冻方式对中国对虾色泽的影响Table2 Effects of thawing methods on the color of Chinese shrimp

2.4.3 解冻方式对中国对虾质构的影响质构是肉制品肌肉的主要感官指标之一，直接关系肉的嫩度、口感、可食性和加工出品率。在冻结与解冻过程中，一方面冰晶造成肌细胞机械损伤，肌肉组织结构发生变化，蛋白变性程度增加；另一方面在微生物和酶的作用下，自溶效应增强，蛋白质不断被降解，造成质构特性的变化，影响消费者的可接受性[29]。如表3所示，与新鲜对虾相比，解冻后的对虾硬度、弹性、内聚性、胶黏性、咀嚼性、回复性均显著下降。4种解冻方法之间无显著性差异，而超声解冻和低温解冻样品的质构特性略高于另外两种解冻方法，这可能与超声解冻较快的解冻速率以及低温解冻较低的解冻温度有关。在这两个解冻过程中，对虾的自溶反应受到一定的抑制，肌肉组织结构破坏程度较小。空气解冻的质构特性指标均较低，较长时间的解冻以及较高的解冻温度导致虾体内自溶反应加速，细胞结构被破坏，蛋白变性程度增加。张帆等[37]用不同温度的静水来解冻鸭肉，发现温度对质构有明显的影响，这与本试验结果基本一致。

表3 解冻方式对中国对虾质构品质的影响Table3 Effects of thawing methods on texture profile analysis（TPA） characteristics of Chinese shrimp

2.4.4 解冻方式对中国对虾肌肉微观结构的影响采用不同解冻方式解冻后中国对虾肌肉组织的微观结构如图7所示。新鲜对虾肌肉组织结构完整，肌纤维排列致密，肌节丰满，仅少量间隙（图7a）。低温解冻后，对肌肉微观组织的破坏最小，接近新鲜的虾肉（图7e）；空气解冻后，肌纤维排列松散，间隙增大，相比其它几种解冻方式，它对肌肉结构破坏最严重（图7d）；超声解冻（图7b）和静水解冻（图7c）后，肌纤维间隙增幅较小，肌纤维结构较完整。冻结和解冻过程都增大肌纤维间的间隙[30]，而低温对蛋白酶活性，肌纤维降解及机构组织的劣变有一定的抑制作用[19]。较快的解冻速率也可减缓对肌肉微观组织的破坏。