水产百科

五、超高压对虾肌肉品质的影响

2023-02-19

与传统的热加工相比,超高压由于在低温下处理,在保持食品品质方面也 具有较大的优势,甚至能够改善、提高食品品质。

1. 超高压对虾肌肉色泽的影响

新鲜的虾仁表面呈青灰色,肌肉纹理清晰、呈透明状。虾仁经超高压处 理,通常随处理压力的增加和处理时间的延长,色泽逐渐变白,呈不透明状, 出现轻微的类似蒸煮熟制的外观特征。虾仁色泽在压力处理过程中的变化,主 要取决于施加压力的大小及保压的时间。

Ginson等用超高压处理印度白对虾后,出现类似蒸煮、虾体变白的现象。 Jantakoson等用200~800MPa、28℃处理斑节对虾20min,以100℃加热2min 作对照,200MPa处理的虾变为青白色 (a*=-3.20),稍呈不透明状; 800MPa处理的虾体变为浅红 (a*=3.26),呈不透明状,亮度L*值增加; 但 是超高压处理的亮度L*值、黄度b*值和红度a*值都较热处理组的低。Kaur 等用超高压处理斑节对虾5min,随压力升高,虾仁L*值显著升高 (p< 0.05),虾体逐渐变白,变得不透明,而虾仁的a*值降低。López Caballero等 用400MPa处理日本对虾10min,肌肉的不透明程度和白度高于未处理组。 Bindu等采用100~600MPa处理印度白对虾5min,随压力升高,虾仁L*值和 b*值显著升高,而a*值显著降低。谢乐生等用200~600MPa处理熟虾仁5~ 20min,随压力和处理时间增加,虾仁亮度L*值显著减小 (p<0.05),红度 a*值无显著变化 (p>0.05)。张蕾等在25℃用100~500MPa处理凡纳滨对虾 虾仁5~25 min,虾仁L*值显著增加 (P<0.05),a*和b*值变化不显著 (p> 0.05); 与热处理相比,在高压区域L*值与热处理的相近,a*和b*值均低于 热处理的。甘晓玲等用100~600MPa处理凡纳滨对虾3~10min,随压力升高, 虾仁体表及内部L*值均逐渐增大,且内部L*值大于体表的; 随压力升高,虾 仁内部a*值稍有下降,体表a*值先减小后增大,但内部a*值小于体表的; 保压时间对L*值及a*值的影响不明显。杨徽等用100~400MPa处理凡纳滨对 虾1~10min,压力超过250MPa,虾仁透明度降低,体表L*值和△E显著增加 (p <0.05); 压力低于200MPa,体表L*值与新鲜虾仁的无显著差异 (p> 0.05); 压力超过300MPa,虾仁内部L*值显著增加 (p<0.05); 压力超过 250MPa,虾仁内部△E显著增大 (p<0.05); 压力小于200MPa,虾仁内部和 体表的L*值与△E值变化趋势一致; 保压时间对虾仁内部和体表L*值影响都 不显著 (p>0.05),但会使a*值与b*值降低。

超高压导致对虾肌肉色泽变化的原因主要与蛋白质变性有关。虾仁亮度 L*值增加可能是虾肌肉肌原纤维蛋白和肌浆蛋白变性导致; 压力使虾肉蛋白 质变性,导致蛋白质-虾青素复合体被分解,虾青素游离出来,红度a*值可 能增加; 另外压力使脂质过氧化分解,虾肌肉中铜离子和铁离子被释放出来, 也会改变虾仁表观色泽。

2. 超高压对虾肌肉pH的影响

pH是衡量水产品新鲜度与蛋白变性的一个重要参考指标。一般情况下, 新鲜虾仁的pH在6~7。常耀光等用200~700MPa处理凡纳滨对虾10min,虾 仁pH均显著升高,且升高的幅度随压力的增大而增大。易俊洁等用200MPa 处理3min和300MPa处理1 min,凡纳滨对虾虾仁pH显著高于未处理的 (p< 0.05)。王国栋等用100~300 MPa处理凡纳滨对虾5min,虾仁pH随压力升高 而增大,但总体变化不大。杨徽等用100~400MPa处理凡纳滨对虾1~5min, 随压力增加,虾仁pH先降低而后升高,在250~300MPa处有一个谷峰; 压力 对虾仁pH的影响要显著大于保压时间的影响。甘晓玲等用100~600MPa处理 凡纳滨对虾3~10min,与对照值相比,虾仁pH无显著变化; 但随压力升高, 虾仁pH先降低而后升高,600MPa处理3min时虾仁pH最高,达到7.10 (初 始pH为6.97)。Kaur等用超高压处理斑节对虾5min,其pH随压力增加而增 加,但是变化不显著 (p>0.05)。López Caballero等在7℃用200MPa和 400MPa处理日本对虾10min,与未处理的相比,pH无明显变化。Yi等采用 550MPa处理醉虾仁5 min,其pH无显著变化。Bindu等在25℃采用超高压处 理印度白对虾 (Fenneropenaeus indicus) 5min,与新鲜对虾相比,压力对虾肉 pH有显著影响 (p<0.05),pH从初始的6.58分别增加到100MPa、270MPa、 435MPa、600MPa的6.75、6.85、6.90、6.95; 而pH在270MPa与435MPa之 间和435MPa与600MPa之间无显著差异。

超高压处理虾肉,有时会使pH无显著变化,有时会使pH显著升高,这 主要与压力的大小和保压时间有关。一般情况下,压力越大,保压时间越长, 蛋白质变性程度增加,暴露的碱性基团就会增加,使肌肉pH上升; 当处理压 力较低和保压时间较短时,蛋白质变性程度较弱,pH变化可能就不明显。

3. 超高压对虾肌肉水分的影响

水分对食品的质地口感和货架期具有较大的影响。谢乐生等用200~ 600MPa处理熟虾仁15min,随压力增大,虾仁含水率略微减少。张蕾等用 100~500MPa处理凡纳滨对虾20min,当压力低于300MPa时,虾仁含水率随 压力升高而快速降低; 当压力高于300MPa时,虾仁含水率降低速率减缓,并 在300MPa时达到最小值; 用300MPa处理5~25min,虾仁含水率在前5min下 降最快,之后变化不明显; 同时还发现,随着处理压力和保压时间的增大,虾 仁水分活度下降,但是变化幅度较小; 与热处理的相比,超高压处理虾仁的水 分活度较低,说明超高压处理的虾仁更有利于贮藏。易俊杰等用100~300MPa 处理凡纳滨对虾1~10min,进行脱壳试验,发现超高压可使虾仁含水率显著 增加 (p<0.05),但是不同的超高压参数处理条件对其含水率无显著影响 (p>0.05)。杨徽等用100~400MPa处理凡纳滨对虾1~10min,进行脱壳试 验,发现超高压处理可以有效提高虾仁含水率,在200MPa处理5min虾仁含 水率达到了最高,提高了25.58%。王国栋等用100~300MPa处理凡纳滨对虾 5min,发现虾仁的汁液损失率显著降低,150~200MPa处理的汁液损失率最 低,说明超高压可以增强虾仁的持水能力。甘晓玲等利用低场核磁共振技术研 究了100~600MPa处理凡纳滨对虾虾仁3~10min过程中水分的分布,结果表 明: 与未处理组相比,压力使虾仁中出现了一种束缚程度较高的结合水,而原 有结合水、不易流动水和自由流动水的峰位置向左移动,说明高压下各类水分 的弛豫时间缩短,自由水向结合水转化,可能是因为压力增强了蛋白质与水分 子的相互作用,使水的自由度降低和流动性减弱,从而使虾仁持水力增强。 Kaur等用100MPa、270MPa和435MPa处理斑节对虾5min,虾仁含水率随压力 升高而显著增加 (p<0.05),从初始含水率78.56%分别增加到的79.02%、 79.17%和80.12%; 压力对水分活度无显著影响 (p>0.05)。Yi等研究发现 550MPa处理即食虾仁5min,其含水率从67.45%增加到68.98%。

超高压对虾肉中水分的影响,一方面由于压力使部分水分被挤出,表现出 含水率下降; 另一方面压力会促进蛋白质发生变性而凝胶化,增强了蛋白质与 水分子之间的相互作用,提高了虾肉的持水力,从而表现出虾仁的含水率增 加。在超高压处理过程中,关键是采用合适的处理压力和时间,以保证虾仁保 持较高的含水率。虾仁保持较高的含水率,不仅可以提高虾仁的质构品质,而 且还可以提高虾仁产率和经济效益。

4. 超高压对虾肌肉蛋白质的影响

蛋白质是虾仁中除了水分之外含量最高的营养成分。超高压仅能破坏蛋白 质高级结构的非共价键,而对共价键的影响较小。因此,超高压处理会造成蛋 白质变性,但不能使其肽链发生断裂。一般在100~200MPa范围内,超高压 对蛋白质的影响是可逆的; 当压力超过300MPa时,蛋白质的非共价键 (如氢 键) 会发生断裂,产生不可逆变性,使蛋白质高级结构发生变化。蛋白质的 功能特性 (溶解性、乳化性、起泡性、凝胶性等) 主要是由其高级结构所决 定的,因此,当蛋白质高级结构发生变化后,其功能特性就可能发生变化。

张蕾等用300MPa处理凡纳滨对虾20min,发现虾仁的粗蛋白含量损失 5.5%,而热处理的仅损失1.3%。王国栋等采用100~300MPa处理凡纳滨对 虾5min,发现蛋白质溶解度随压力的增加而增加。杨徽等用200MPa处理虾仁 3min,用DSC检测发现虾仁蛋白质并未发生变性。甘晓玲等用100~600MPa 处理虾仁10min,虾仁可溶性蛋白含量显著降低 (p<0.05),压力越高,可溶 性蛋白含量降低越多。这主要是由于高压造成部分蛋白变性或聚合转化为不溶 性蛋白。甘晓玲等同时采用SDS-PAGE技术分析了超高压对虾仁蛋白质组成 的影响,与对照相比,超高压处理的虾仁蛋白条带明显减少,有些蛋白条带印 迹变浅,压力越高,其变化越明显。这也再次说明超高压诱导部分蛋白变性转 化为不溶性蛋白,导致蛋白条带印迹变浅或缺失。Jantakoson等在28℃用 200~800MPa处理斑节对虾20min,虾肉的蛋白酶水解活性与未处理的没有显 著差异 (p>0.05),说明其内源蛋白酶属于耐压性蛋白酶; 蛋白质的非还原 电泳图谱分析表明: 随压力增加,肌球蛋白重链条带密度逐渐减少,而肌动蛋 白和其他蛋白条带未发生明显变化; 还原电泳图谱中,由于加入的β-巯基乙 醇破坏了样品蛋白质的二硫键,使肌球蛋白重链条带变深变粗。这两种现象说 明在高压作用下蛋白质体积缩小,促进蛋白质与蛋白质之间的相互作用力,使 肌球蛋白巯基发生氧化而形成二硫键。超高压还可以改善蛋白质的凝胶性能。 与热诱导凝胶相比,超高压形成的凝胶更光滑、更均匀、凝胶强度更大。因 此,超高压技术在虾肉糜制品开发方面也具有较好的应用前景。

5. 超高压对虾肌肉风味的影响

风味物质包括挥发性 (气味) 和非挥发性 (滋味) 两大类。风味物质一 方面与虾的新鲜度有关,另一方面还与消费者的接受性有关。

挥发性盐基氮 (TVB-N) 是水产品的鲜度指标之一。常耀光等用200~ 700MPa处理凡纳滨对虾10min,超高压处理前后虾仁的TVB-N含量并无显 著变化,但在贮藏期间,超高压处理虾仁的TVB-N值增长趋势要显著慢于对 照组的 (p<0.05),而且压力越高,TVB-N值增长速度越慢。王国栋等用 100~300MPa处理凡纳滨对虾5min,然后在4℃冷藏15d,超高压处理延缓了 TVB-N值的增长,而且压力越高,TVB-N值增长越慢,300 MPa处理的虾仁 冷藏15d,TVB-N值仍在30mgN/100g以内。张蕾等用300MPa处理凡纳滨对 虾20min后,发现超高压处理虾仁的TVB-N值高于热处理的,但低于未处理 的。López Caballero等在7℃用200MPa和400MPa处理对虾10min,在3℃贮藏 35d,其TVB-N值在25~50mg/100g,低于未处理的85mg/100g。Bindu等分 别采用100MPa、270MPa、435MPa、600MPa处理印度白对虾5min,其TVBN值稍有下降; 在2℃贮藏20d时,TVB-N值分别达到了39.24mg/100g、 35.03mg/100g、33.67mg/100g、31.10mg/100g,而未处理组贮藏15d时即达 到了38.50mg/100g。Kaur等分别用100MPa、270MPa、435MPa处理斑节对虾 (Penaeus monodon) 5min,其TVB-N值稍有下降; 未经压力处理的斑节对虾 (Penaeus monodon) TVB-N在贮藏10d内就已超过标准限定值 (30mg/ 100g),而经435MPa处理的可贮藏20d左右。

三甲胺 (TMA-N) 是水产品体内通过兼性厌氧菌的还原作用或内源酶作 用使氧化三甲胺分解的产物,也是水产品的鲜度指标之一。Bindu等用 100MPa、270MPa、435MPa和600MPa处理印度白对虾5min,TMA-N值从新 鲜对虾的10.00mg/100g分别下降到6.99mg/100g、7.12mg/100g、7.24mg/ 100g、7.36mg/100g; 压力对TMA-N值无显著影响; 在2℃贮藏,未处理组 的贮藏15d TMA-N值即达到了16.23mg/100g (对虾TMA-N值可接受范围 在5~15mg/100g),100MPa的贮藏20d时,270MPa、435MPa和600MPa的贮 藏30d时,TMA-N值分别达到了15.42mg/100g、14.63mg/100g、13.10mg/ 100g、12.00mg/100g。Kaur等用100MPa、270MPa、435MPa处理斑节对虾 (Penaeus monodon),TMA-N值从1.78mg/100g分别下降到1.55mg/100g、 1.52mg/100g、1.34mg/100g; 未处理虾的TMA-N值在2℃贮藏5d就已超过 标准限定值 (15mg/100g),而100MPa的贮藏15d、270MPa的贮藏20d和 435MPa的贮藏35d,TMA-N值分别达到了19.04mg/100g、18.33mg/100g、 20.50mg/100g。

ATP及其降解的关联化合物是水产品中非常重要的一类呈味物质。ATP的 降解主要是由各种酶类所引起的。常耀光等用200MPa、400MPa、600MPa处 理凡纳滨对虾10min,ATP含量都显著降低 (p<0.05),这可能是ATP降解酶 (ATPase) 在压力作用下被激活,加速了ATP的降解; 200MPa时,ADP含量 显著降低 (p<0.05),说明ADP降解酶也被激活,而400MPa和600MPa时, ADP含量有所增加,这可能是ATP剧烈代谢导致ADP积累的结果; 200MPa、 400MPa、600MPa处理时,AMP和IMP含量均显著增加 (p<0.05),HxR和 Hx含量略有升高; 200MPa、400MPa、600MPa处理后,对虾ATP降解产物主 要是AMP和IMP,200MPa时AMP含量小于IMP,400MPa时AMP与IMP的含 量相当,600MPa时AMP含量高于IMP。这可能是由于不同压力对AMP脱氨 酶活力的影响有差异。利用700MPa处理虾10min,ATP和ADP含量下降较 少,AMP稍有增加,IMP的量少,这可能是由于700MPa处理钝化了与ATP代 谢的相关酶,使得ATP相关物质的代谢缓慢。

ATP及其降解的关联产物之间的关系可用新鲜度K值表示。K值为HxR 和Hx含量的和与ATP、ADP、AMP、IMP、HxR和Hx含量之和的比值。K值 越低,虾的新鲜度越高。常耀光等用超高压处理凡纳滨对虾后在4℃贮藏,与 对照组相比,超高压处理组的K值增加较为缓慢,尤其是700MPa贮藏7d时K 值仅为5.28%。Ginson等在25℃用100MPa、270MPa、435MPa和600MPa处 理印度白对虾 (Fenneropenaeus indicus) 5min,随着压力升高,K值变小; 在 2℃温度下贮藏3d后,未处理组和100MPa处理之间的K值无显著差异,但 270MPa、435MPa和600MPa处理的与未处理组之间有显著差异; 最终未处理 组的能贮藏到12d,超高压处理组的可贮藏18d。

对虾在贮藏过程中TVB-N、TMA-N以及ATP及其关联化合物的变化, 主要是由于微生物和酶的作用。超高压通过杀灭微生物和钝化酶类,抑制了虾 仁贮藏过程中TVB-N和TMA-N的积累以及ATP及其关联化合物的降解, 使得TVB-N、TMA-N值和K值增长速度较慢,从而延长其货架期。

6. 超高压对虾肌肉质构的影响

质构是食品感官品质中非常重要的一个指标,在很大程度上决定着消费者 的口感和接受性。食品加工方式对其质构具有重要的影响。谢乐生等用200~ 600MPa处理熟虾仁5~20min,随压力增加,虾仁硬度、弹性和咀嚼度增大; 增加处理时间,虾仁硬度、弹性、咀嚼度增加不明显。张蕾用100~500MPa 处理凡纳滨对虾5~25min,发现压力对虾仁弹性有显著影响 (p<0.05),而 保压时间对弹性无显著影响 (p>0.05); 保压时间对虾仁硬度有显著影响 (p<0.05),而压力对硬度无显著影响 (p>0.05); 100MPa处理虾仁的硬度 与热处理的接近,超高压处理虾仁的弹性都高于热处理的。易俊杰等用超高压 (150MPa 5min/200MPa 3min/300MPa 1min) 对虾脱壳,脱壳后的虾仁硬度显 著下降 (p<0.05); 300MPa处理的虾仁弹性与新鲜虾仁相当,但其他两个处 理的虾仁弹性有所下降; 虾仁黏聚性与新鲜的无显著差异 (p>0.05),而咀 嚼性显著降低 (p<0.05)。杨徽等用100~400MPa处理凡纳滨对虾3min进行 脱壳,与新鲜虾仁相比,超高压处理的硬度有所增加,弹性、咀嚼性稍有降 低。甘晓玲等用100~600MPa处理凡纳滨对虾虾仁3~10min,与未处理的相 比,超高压均使虾仁硬度增加,且硬度随压力升高而增大,保压时间对硬度并 无显著影响。王国栋等用100~300MPa处理凡纳滨对虾虾仁5min,虾仁剪切 力随压力增加而显著下降 (p<0.05),虾仁硬度、弹性、内聚性、咀嚼性都 上升,黏附性有所降低,但受压力影响较小。殷允旭等用100~500MPa处理 小龙虾仁15min,虾仁韧度随压力增大而降低,500MPa时虾仁韧度下降了 13.9%; 剪切力对压力增加先上升后下降再上升,在100MPa虾仁剪切力最 大。Kaur等用100MPa、270MPa和435 MPa处理的虾仁硬度比未处理的分别高 出1.13倍、1.2倍和1.6倍。Bindut等用100MPa、270MPa、435MPa和 600MPa处理印度白对虾,其硬度随压力升高而显著升高 (p <0.05),由初始 硬度3.57N分别升高到3.77N、3.87N、4.11N和4.26N。Jantakoson等在28℃ 采用200~800MPa的压力处理斑节对虾20min,显著增强了对虾肌肉的压缩力 和剪切力。

超高压处理造成虾仁质构的变化 (如提高虾仁嫩度和硬度等),主要是因 为压力使虾仁组织变性增加和韧性下降,而使嫩度增加; 压力也诱导蛋白质变 性、聚合、交联、凝胶化等使分子结构更加稳定,从而提高了虾仁肌肉组织的 硬度。

7. 超高压对虾肌肉组织结构的影响

肌肉组织结构也会影响肌肉的质构、持水力等品质特性,如肌节长短对肉 的嫩度有影响,肌浆量对肉的多汁性有影响等。肌肉经超高压处理,肌肉纤维 内肌动蛋白和肌球蛋白的结合会发生解离,肌纤维崩解和肌纤维蛋白解离成小 片段,造成肌肉剪切力下降,即提高了肉的嫩度。不同的加工方式对肌肉组织 结构的影响是有差异的。

张蕾等用500MPa处理凡纳滨对虾25min,然后用扫描电子显微镜观察其 肌肉组织结构,未处理的虾仁肌肉纤维组织疏松,网状结构均匀,而超高压与 热加工虾仁的肌肉纤维明显变粗,变致密; 与热加工的相比,超高压处理虾仁 的结构空间间隙明显因受压而挤在一起,基本框架也更粗。超高压或热加工都 会引起肌肉蛋白质的变性,使得虾肉中的肌肉纤维聚集在一起,而超高压过程 又会促进蛋白质的交联,形成网络结构。殷允旭等用100~500MPa处理小龙 虾仁15min后,用透射电镜观察小龙虾仁的组织结构,发现超高压使虾仁的肌 肉纤维组织变松散,纤维间隔膜变粗,Z带和M带变清晰,髓鞘结构被破坏。