褐藻胶寡糖对南美白对虾虾仁品质特性的影响

陆云飞，张 宾*，祝剑嫄，王 丽，陈 涛

(浙江海洋学院食品与医药学院，浙江 舟山 316000)

摘 要：以南美白对虾虾仁为研究对象，评价制备不同聚合度褐藻胶寡糖对新鲜、解冻及蒸煮虾仁的保水、质构及风味特性的影响。结果表明：蒸馏水、焦磷酸钠浸泡虾仁质量增加率分别为4.85%、5.99%，平均聚合度3、平均聚合度6褐藻胶寡糖处理组质量增加率为7.45%、6.54%，保水效果显著(P＜0.05)。平均聚合度3、平均聚合度6褐藻胶寡糖处理虾仁的解冻和蒸煮损失率分别5.32%、5.56%和22.11%、24.21%，显著低于蒸馏水处理组(6.07%和31.25%)(P＜0.05)，其保水效果与焦磷酸钠组无显著性差异(P＞0.05)。平均聚合度3、平均聚合度6褐藻胶寡糖处理对鲜虾仁、蒸煮虾仁可起到较好的增亮效果，与焦磷酸钠处理组无显著性差异(P＞0.05)。平均聚合度3、平均聚合度6褐藻胶寡糖通过影响肌肉中水分的结合状态，起到了保护虾仁硬度、弹性和咀嚼性的作用，其处理效果与焦磷酸钠组无显著性差异(P＞0.05)。褐藻胶寡糖浸泡处理对新鲜、冷冻及蒸煮虾仁挥发性风味特性，未产生明显影响。

关键词：褐藻胶寡糖；虾仁；保水性；质构特性；风味

Effect of Alginate Oligosaccharide on Quality Characteristics of Litopenaeus vannamei

LU Yun-fei，ZHANG Bin*，ZHU Jian-yuan，WANG Li，CHEN Tao

(College of Food and Medicine, Zhejiang Ocean University, Zhoushan 316000, China)

Abstract：Alginate oligosaccharides of different polymerization degrees were investigated for their water-holding capacity and effect on the textural and flavor properties of fresh, frozen and boiled shrimp (Litopenaeus vannamei) meat. The results indicated that: (1) the weight of shrimp meat treated with distilled water or sodium pyrophosphate solution was increase by 4.85% (m/m) or 5.99% (m/m), but significantly increased by 7.45% (m/m) or 6.54% (m/m) after treated with DP3 or DP6 alginate oligosacchaaride (P ＜ 0.05). (2) the drip loss and cooking loss of thawed shrimp, after treated with DP3 or DP6 alginate oligosaccharides, were 5.32% or 5.56% and 22.11% or 24.21%, respectively, which were significantly lower than that of distilled water treatment (P ＜ 0.05). There was no significant difference when compared with the sodium pyrophosphate treatment (P ＞ 0.05). (3) the brightness of fresh and cooked shrimp meat was significantly improved when compared with the control and alginate treatment (P ＜ 0.05), and there was no significant difference in brightness when compared with the sodium pyrophosphate treatment (P ＞ 0.05). (4) the treatments with DP3 or DP6 alginate oligosaccharides showed a positive effect on the firmness, springiness and chewiness of shrimp meat by improving the bound state of water molecules in muscle. (5) there was no significant difference in volatile flavor characteristics among the control, sodium pyrophosphate, and DP3 and DP6 alginate oligosaccharide treatments.

Key words：alginate oligosaccharides；shrimp；water-holding capacity；textural property；flavor

中图分类号：TS254.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)18-0267-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201318055

南美白对虾(Litopenaeus vannamei)学名凡纳滨对虾，目前主要以单冻去头虾仁、单冻煮虾及蒸煮即食虾仁等形式为主，生产多集中在浙江、山东、福建、广东等地。新鲜和质量上乘的冷冻虾仁为无色透明，粒型完好，手感饱满并富有弹性。但由于冷冻虾仁水分、蛋白质含量较高，贮存不当极易发生变质。深度冷冻保藏(－23～－12℃)可使虾肉中90%以上水分冻结，酶活性和微生物生长几乎完全受到抑制，从而得以长期保藏[1]。然而，冻藏时溶质浓缩及冰晶形成会使虾肉品质发生改变，随着冻藏时间进一步延长，而造成虾肉蛋白冷冻变性，出现如持水性、柔嫩性、胶凝性及营养价值降低等现象。当解冻和加热时，虾仁汁液流失增多，且肉质变硬、易碎，口感粗糙，外观色泽变暗[2]。

在虾仁制品加工中，水分保持剂、品质改良剂、pH值调节剂和及金属螯合剂等被广泛应用[3]。多聚磷酸盐是一类重要的食品品质改良剂，其在虾仁中主要作为保水剂使用，可有效减少虾仁在加工、运输和贮藏过程中水分及营养成分流失，并保持制品嫩度，提高出品率[4]。但多聚磷酸盐在虾仁中过量的添加，一方面会使虾制品产生不愉快的金属涩味、组织粗糙及由于贮藏过程中磷酸盐的沉淀作用而导致表面出现“雪花”和“晶化”现象[5]；另一方面，消费者长期食用添加过量的多聚磷酸盐，会导致机体的钙磷比失衡，引起血液凝结，短时间内大量摄入可能会导致腹痛与腹泻等[6]。

褐藻胶是一种来源于海藻细胞壁的高聚合度的水溶性多糖，主要从海带、巨藻、马尾藻等中得到。在褐藻胶大分子状态下，往往利用其较高的黏度和稳定性，应用在医药、食品及化工领域[7]；褐藻胶被降解成低分子质量寡糖后，经分离、修饰后往往会呈现出多种生物活性，如褐藻胶裂降解物用于冷冻罗非鱼及鳙鱼品质改量[8-9]、中国对虾的抗冻保水[4]、抗氧化及清除自由基活性等[10]。目前，关于褐藻胶寡糖聚合度与其生物活性间关系、对冷冻水产品食用品质影响及商品化应用效果等还鲜有报道。本研究以褐藻胶为研究对象，采用氧化降解法制备褐藻胶寡糖，进而探讨不同聚合度的褐藻胶寡糖对于南美白对虾虾仁保水性及其他品质特性影响，以期达到增加虾仁出品率和改良冷冻虾仁品质的目的。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜活南美白对虾(Litopenaeus vannamei)，购于舟山市南珍水产品市场。

褐藻胶 国药集团化学试剂有限公司；H2O2 天津市科密欧化学有限公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

TMS-PRO物性分析仪 美国FTC公司；PEN 3电子鼻 德国Airsense公司；DC-P3全自动色差计 上海过望化工有限公司；PL2002型电子天平 上海梅特勒-托利多仪器有限公司；MDF-U53V型超低温冰箱 日本Sanyo公司；BCD-196T XZ冰箱 青岛海尔公司。

1.3 方法

1.3.1 褐藻胶寡糖的制备

在2.0g/100mL褐藻胶溶液中，加入H2O2溶液(终含量5.0%)，然后置于80℃水浴条件下进行降解。反应过程的不同时间，取出适量褐藻胶降解液，冷却至室温，滴加4.0mol/L NaHCO3溶液调节体系pH3.0，过滤后加入3倍体积95%乙醇，醇沉过夜，经减压抽滤、冷冻干燥后获得(不同聚合度)褐藻胶寡糖[11]。

1.3.2 南美白对虾虾仁的处理

虾仁制备：将鲜活南美白对虾于适量冰水混合物中浸没10min，取出后依次进行清洗、去头、去尾、去壳后，获得鲜虾仁。整个预处理过程在低温(0～4℃)条件下快速完成，且注意保持虾体完整性。

虾仁处理分组：第1组：未经浸泡的虾仁(空白组)；第2组：蒸馏水浸泡虾仁(蒸馏水组)；第3组：褐藻胶浸泡虾仁(褐藻胶组)；第4组：焦磷酸钠浸泡虾仁(焦磷酸钠组)；第5组：平均聚合度为3的褐藻胶寡糖浸泡虾仁(DP3组)；第6组：平均聚合度为6的褐藻胶寡糖浸泡虾仁(DP6组)；第7组：平均聚合度为9的褐藻胶寡糖浸泡虾仁(DP9组)。以上浸泡液质量分数均为1.0%，浸泡时间为10s。

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 褐藻胶寡糖(平均)聚合度[12-13]

苯酚-硫酸法测定褐藻胶降解体系中的总糖质量，斐林滴定测定体系中还原端数，褐藻胶寡糖平均聚合度(DP)取整数，按式(1)计算。

(1)

1.3.3.2 浸泡质量增加率

将鲜虾仁(称质量记为m1)与褐藻胶寡糖溶液，以1:2(g/mL)比例混合，置于4℃冰箱中浸泡1h，每隔10min搅拌1次。取出虾仁后，用纱布拭去表面水分后称质量(m2)。浸泡质量增加率按式(2)计算。

(2)

1.3.3.3 解冻损失率

将浸泡虾仁装入封口袋中，－60℃条件下冻结4h，随后冻藏于－18℃冰箱中。10d后取出置于培养皿内，加盖室温解冻2h，用纱布拭去表面水分后称质量(m3)。解冻损失率按式(3)计算：

(3)

1.3.3.4 蒸煮损失率

将解冻虾仁于沸水中煮沸2min，取出冷却至室温，用纱布拭去表面水分后称质量(m4)。蒸煮损失率按式(4)计算：

(4)

1.3.3.5 虾仁明度

以虾仁腹部第2节为测试点，室温条件下用DC-P3全自动测色色差计测定样品表面亮度，记录明度值(L*值)。仪器采用标准白板校正。

1.3.3.6 虾仁质构

二次挤压质构分析法(TPA)。测定参数：测定部位腹部第2节肌肉、P/50平底柱形探头、测试速率1.0mm/s、样品压缩形变量30%。

1.3.3.7 虾仁风味

电子鼻气味识别法[14]。称取虾肉(5.0±0.2)g，剪碎转入采集瓶后密封。测定参数：平衡温度25℃，时间20min；采样间隔1.0s，测定时间60s，清洗时间60s；传感器室流量300mL/min，样品流量300mL/min。

1.4 数据分析

数据处理及作图采用Origin 8.1、SPSS 13.0统计分析软件，结果为平均值±标准偏差。

2 结果与分析

2.1 浸泡处理对虾仁保水特性的影响

A.浸泡质量增加率

B.解冻损失率

C.蒸煮损失率

图 1 不同浸泡处理对虾仁保水特性的影响

Fig.1 Effects of various immersion solutions on water retention properties of shrimps

褐藻胶氧化降解生成寡糖的聚合度，随着反应体系中还原糖浓度的增加而逐渐降低[15]，因此可通过控制降解时间获得不同聚合度的褐藻胶寡糖。不同处理对于虾仁浸泡质量增加、解冻及蒸煮损失率的影响，如图1所示。蒸馏水浸泡虾仁质量有所增加(质量增加率为4.85%)，是由于一定量水分子经渗透扩散作用，进入到虾肌肉细胞内部及间隙所造成。比较蒸馏水、褐藻胶及焦磷酸钠浸泡虾仁(质量增加率为4.85%～5.99%)，DP3、DP6褐藻胶寡糖浸泡虾仁质量增加效果显著(质量增加率为7.45%、6.54%，P＜0.05)。小分子褐藻胶寡糖可通过毛细管力，渗透到虾仁肌肉组织间隙中，进而通过寡糖上大量的亲水基团而结合更多的水分；另一方面褐藻胶寡糖在虾仁肌肉表面可形成一层薄膜，从而使渗入水分更好的保留在肌肉中[4]。此外，褐藻胶降解物中以低聚合度(DP3)的寡糖浸泡质量增加效果最佳(质量增加率达7.45%)，主要是由于褐藻胶寡糖的吸湿、保水效果与其DP值密切相关，即随着寡糖DP值的降低，其吸湿保水率不断提高[15]。

虾仁冻藏过程中细胞内冰晶的形成，使肌肉蛋白受到挤压、凝聚，同时破坏了细胞膜结构，导致解冻过程中的细胞内部汁液流失。蒸馏水浸泡虾仁冻藏后，出现较大程度汁液损失(损失率为6.07%)，是由于细胞的膨胀吸收水无法有效保留在肌肉内部，从破坏的细胞膜处再次溶出。DP3、DP6褐藻胶寡糖能显著降低虾仁解冻损失(损失率为5.32%、5.56%)，其与焦磷酸钠保水效果(损失率为5.29%)无显著性差异(P＜0.05)，其原因可能为：肌肉间隙中褐藻胶寡糖分子上的亲水性羟基，增强了肌肉蛋白与水分子间结合力[16]；寡糖分子在冻藏过程中，通过与肌肉蛋白的结合减弱了其发生冷冻变性的程度[5]；褐藻胶寡糖与肌肉中Ca2+、Mg2+发生螯合作用，形成结合紧密的三维网络结构，阻止了肌肉内部水分流失[17]。

蒸煮损失率是衡量虾仁经冻藏、解冻和蒸煮加工后，样品最终得率的重要指标。不同处理虾仁经冻藏后，都会产生较大程度的蒸煮损失，其损失率范围为22%～32%。空白、蒸馏水及褐藻胶虾仁蒸煮损失率较高，依次为32.04%、31.25%、30.46%，三者无显著差异(P＞0.05)。而焦磷酸钠(24.39%)、DP3及DP6褐藻胶寡糖(22.11%、24.21%)浸泡虾仁蒸煮损失率，显著低于以上各组(P＜0.05)，且焦磷酸钠与DP3、DP6处理的损失率差异不显著(P＞0.05)。褐藻胶寡糖处理虾仁蒸煮特性得以提高的原因，是由于渗透到间隙的寡糖与肌肉蛋白结合形成复合物，通过增加肌肉蛋白稳定性[5]，或减少肌肉Ca2+-ATPase活性下降速度[18]，起到稳定肌肉蛋白结构，从而提高虾仁的冻藏和蒸煮稳定性[5]。综上可见，相比于传统的磷酸盐类保水剂，DP3、DP6褐藻胶寡糖对于虾仁同样可起到相当的保水质量增加、提高产品出品率的效果。

2.2 浸泡处理对虾仁明度的影响

表 1 浸泡处理对于虾仁明度的影响

Table 1 Effects of various immersion solutions on the brightness of shrimps

注：数据同列肩标小写字母不同表示差异显著(P＜0.05)；同行肩标大写字母不同表示差异显著(P＜0.05)。下同。

南美白对虾冻藏及后续加工过程中，会有明显的颜色变化，其颜色测量值和感官评价具有很好的相关性。明度(L*)作为各色混合的非彩色，其值越大表示颜色越加明亮。由表1可知，空白虾仁L*值为70.25，而其他浸泡虾仁L*值变化范围为71.96～73.13；其中以焦磷酸钠、DP3及DP6褐藻胶寡糖浸泡处理虾仁L*值增加程度最为明显(72.99～73.13)。经冻藏及解冻后，空白、蒸馏水、褐藻胶及焦磷酸钠处理虾仁，L*值变化范围为72.30～74.23，相对于新鲜虾仁明显升高，是由于冷冻过程中形成的冰晶造成虾肉质持水性发生改变，虾肉表面游离水增多，增强了对光的反射效果所致[19]；DP3、DP6褐藻胶寡糖处理虾仁L*值稍有增加但不显著(P＞0.05)，表明DP3、DP6褐藻胶寡糖对于冷冻虾仁具有良好的保水及抗冻效果，即可有效减弱冻结冰晶对于细胞膜的机械损伤作用。焦磷酸钠、DP3及DP6寡糖对于蒸煮虾仁的增亮效果较佳，显著高于空白、蒸馏水及褐藻胶处理组(P＜0.05)。由上可见，DP3、DP6褐藻胶寡糖浸泡处理对于鲜虾仁、蒸煮虾仁均可起到较好的增亮效果，其与焦磷酸钠浸泡处理效果无显著性差异。

2.3 浸泡处理对虾仁质构特性的影响

虾仁冻藏及加热过程中，蛋白质变化是造成其硬度、弹性及咀嚼性等质构特性发生变化的主要原因。不同浸泡溶液对于虾仁质构特性的影响，如表2所示。蒸馏水浸泡虾仁硬度最低(230g)，是由于虾仁肌肉吸水膨胀而导致硬度下降；其他浸泡虾仁硬度值相对较高，且各组间无显著性差异(P＞0.05)。蒸馏水虾仁解冻后，硬度降低幅度最大(210g)，主要是由于吸收水分冻结形成的冰晶，对肌肉细胞膜产生较大损伤作用所致；空白和褐藻胶虾仁解冻后，硬度值无显著性差异(215～217g)，说明褐藻胶溶液对于虾仁质构特性基本无影响；而焦磷酸钠、DP3及DP6褐藻胶寡糖通过影响虾仁肌肉水分结合状态，起到了保持虾仁冻藏稳定性的作用[16](硬度保持在223～232g)。空白、蒸馏水及褐藻胶虾仁蒸煮后，各组间的硬度值未表现出显著性差异(186～190g)；而焦磷酸钠、DP3及DP6寡糖虾仁硬度得以明显的维持(199～211g)。

弹性是指虾仁肌肉发生形变后，可恢复原来状态的一种性质；咀嚼性即所说的咬劲，虾仁咀嚼性的降低是肌肉硬度、肌肉细胞间凝聚力降低及肌肉弹性减小等综合作用的结果[20]。新鲜、解冻及蒸煮虾仁的弹性和咀嚼性，在不同浸泡处理条件下的变化趋势基本相同(表2)。浸泡虾仁弹性和咀嚼性范围分别为0.87～0.91和92～97MJ，不同处理组间未表现出显著性差异(P＞0.05)；解冻虾仁的弹性和咀嚼性值范围为0.79～0.87和82～90MJ，其中以焦磷酸钠、DP3及DP6寡糖对于虾仁弹性和咀嚼性的保护作用显著(P＜0.05)；蒸煮虾仁的弹性和咀嚼性值范围为0.70～0.81和69～81MJ，同样以焦磷酸钠、DP3及DP6寡糖处理组效果更佳。由上可见，应用DP3及DP6褐藻胶寡糖浸泡虾仁，可较大程度上维持虾仁原有的质构特性。

2.4 浸泡处理对虾仁风味特性的影响

不同处理对于新鲜、解冻及蒸煮虾仁风味特性的影响，如图2所示。由PCA和LDA结果可知，采用空白、蒸馏水、褐藻胶、焦磷酸钠及褐藻胶寡糖浸泡新鲜虾仁后，电子鼻采集的气味特征区域重叠严重(浸泡虾仁组)，表明以上几种浸泡液对于新鲜虾仁挥发性物质主成分及含量均无显著性影响。对于经冻藏后的解冻虾仁，各处理组采集的挥发性物质未出现显著异常；其中焦磷酸钠虾仁解冻后，挥发性物质成分波动相对较大，可能是由于相对过多的焦磷酸钠残留，产生的金属涩味对虾仁挥发性风味造成了影响[21]。从整体看，解冻虾仁采集挥发性物质整体成分上出现了一定的波动(相对于整体浸泡虾仁组)，其原因可能是冷冻贮藏对于虾仁肌肉结构、蛋白变性及内部水分状态等产生一定影响，从而造成虾仁挥发性成分发生细微的改变[8]。对于蒸煮虾仁，空白、蒸馏水、褐藻胶、焦磷酸钠及褐藻胶寡糖虾仁的挥发性物质未产生显著性变化；而其中同样以焦磷酸钠蒸煮虾仁挥发性物质波动相对较大，其原因可能是由于焦磷酸钠在冻藏、解冻及蒸煮加工过程中，在肌肉内源酶、Mg2+及Ca2+等作用下，发生一定程度的水解作用[9]，进而生成单磷酸盐类致使挥发性物质出现一定变化。从整体上来看，相对于浸泡虾仁和解冻虾仁组，蒸煮虾仁挥发性物质成分已发生根本性的变化，主要是由于加热过程极大促进了虾肌肉挥发性风味物质的产生。综上可见，采用蒸馏水、褐藻胶及褐藻胶寡糖处理，对于新鲜、冷冻及蒸煮虾仁均未产生明显异常的风味特性影响，其相对于传统的多聚磷酸盐类品质改良剂，还兼具有保持挥发性物质相对稳定的作用。

a和b分别为PCA和LDA分析结果。

图 2 不同浸泡处理对于虾仁风味特性的影响

Fig.2 Effect of various immersion solutions on the volatile flavor of shrimps (a and b represent the results of PCA and LDA, respectively)

3 结 论

以南美白对虾虾仁为研究对象，以褐藻胶为实验原料，比较制备的不同聚合度褐藻胶寡糖对于新鲜、解冻及蒸煮虾仁的保水、质构及风味特性的影响。结果发现：相比于空白和蒸馏水处理，DP3、DP6褐藻胶寡糖浸泡处理可显著提高新鲜虾仁的质量增加率、降低解冻和蒸煮虾仁的质量损失率，保水作用效果显著。此外，DP3、DP6褐藻胶寡糖浸泡处理对于虾仁的明度、硬度、弹性及咀嚼性具有一定的改善作用，且对虾仁的挥发性风味特性无显著性影响。褐藻胶寡糖的开发与利用，可作为一种较好的水产品复合磷酸盐的替代品。后续研究将对褐藻胶寡糖的制备及保水效果进行优化，并进一步探讨其保水作用机理，使之能更好地应用于水产品中，成为一种安全、高效的无磷保水剂。

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