陳少華，胡志和*，吳子健，薛 璐

（天津市食品生物技術重點實驗室，天津商業(yè)大學生物技術與食品科學學院，天津 3001 34）

超高壓技術對南美白對蝦脫殼及加工性能的影響

陳少華，胡志和*，吳子健，薛 璐

（天津市食品生物技術重點實驗室，天津商業(yè)大學生物技術與食品科學學院，天津 3001 34）

研究超高壓技術對 南美白對蝦脫殼條件及對脫殼后所得蝦 仁加工性能的影響。以壓強、保壓時間、施壓溫度為影響因素，以得肉率、脫殼時間和持水性為指標，確定最佳超高壓處理脫殼條件，并評價不同脫殼條件所得蝦仁的加工性能（汁液流失率、質構和色澤變化）。結果顯示：超高壓處理較傳統(tǒng)手工脫殼能顯著（P＜0.05）縮短對蝦脫殼時間、提高蝦仁得肉率，而且還可提高蝦仁的持水性、降低其汁液流失率， 從而提高蝦仁的加工性能；經(jīng)優(yōu)化驗證確定最優(yōu)脫殼條件為壓強200 MPa、保壓時間3 min、施壓溫度20 ℃。該條件下處理南美白對蝦，脫殼時間縮短60.43%、得肉率提高6. 21%、蝦仁持水性增至15.20%、汁液流失率 降低至0.88%、整體色澤變化值2.45、硬度677.154 g、彈性0.721。

南美白對蝦；超高壓處理；脫殼工藝

南美白對蝦（Penaeus vannamei Boone）是世界養(yǎng)殖蝦類產(chǎn)量最高的三大種類之一[1]，不僅肉質鮮嫩，富含優(yōu)質蛋白，而且還含二十碳五烯酸（eicosapntemacnioc acid，EPA）、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）以及多種礦物質與維生素，備受廣大消費者的歡迎[2-3]。自2004年起我國就已經(jīng)成為世界上最大的對蝦生產(chǎn)國，到2010年對蝦的產(chǎn)量一直保持跳躍式增長，養(yǎng)殖量高達156萬 t，約占全球總量的1/3[4-6]。盡管我國是蝦生產(chǎn)大國，卻并不是蝦產(chǎn)業(yè)大國。蝦產(chǎn)后加工處理技術仍落后于先進國家，主要表現(xiàn)在加工技術裝備落后、深加工產(chǎn)品少等方面[7]。

蝦仁是南美白對蝦收獲后粗加工的重要產(chǎn)品。手工脫殼及傳統(tǒng)機械脫殼較為困難，容易導致蝦仁破損、蝦尾斷裂，存在脫殼時間長、得肉率低等缺點[8]。目前普遍使用的脫殼方法是將蝦速凍之后解凍，再進行人工剝殼，這種方法耗時長、能耗高，而且會對蝦仁品質造成破壞[9]。因此，急需一種有效的處理方式，既能高效實現(xiàn)脫殼，又能很好地保證蝦仁品質。

超高壓（ultra-high pressure，UHP）技術作為一種非熱加工技術，既能夠有效的殺滅食品中的微生物，又能保持食品色澤、風味、營養(yǎng)價值等方面的品質[10-12]。正是由于這種獨特的優(yōu)勢，UHP技術被廣泛應用于水果、飲料、乳制品、肉類、水產(chǎn)類等食品領域中[13]。超高壓技術應用于甲殼類水產(chǎn)品的脫殼也日漸成為研究的熱點，其中最典型的例子是牡礪的加工，241 MPa、2 min條件下UHP處理可以使牡蠣脫殼率達到88%而310 MPa瞬時處理的脫殼率達到100%[14]。

本實驗采用超高壓處理南美白對蝦，以壓強、保壓時間和施壓溫度為影響因素，以得肉率、脫殼時間、持水性等為指標，研究對蝦脫殼條件，并分析各條件下蝦仁的汁液流失率、質構特性及總體色差變化，評價處理后蝦仁加工性能的改變，為利用超高壓技術生產(chǎn)蝦仁提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南美白對蝦 天津市韓家墅水產(chǎn)市場；聚乙烯塑料袋 天津華安塑料有限公司。

1.2 儀器與設備

HPP.L3-800/2.5超高壓設備 天津市華泰森淼生物工程技術有限公司；TA-XT2i型質構分析儀 英國Stable Micro Systems公司；UltraScan PRO色度儀 美國Hunter Lab公司；HWS24型電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科技有限公司；FA1104N型電子天平 上海精密科學儀器有限公司；JJ-2型組織搗碎勻漿機 常州國華電器有限公司；L535-1型低速離心機 湘儀離心機儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同超高壓處理條件對南美白對蝦脫殼時間及得肉率的影響

選取大小、顏色、質量差異較小的鮮活南美白對蝦，清洗干凈，放入聚乙烯塑料袋（每袋約100 mL蒸餾水、6 只對蝦），真空密封包裝后，在不同超高壓條件下進行處理，對處理后的對蝦進行手工脫殼，通過檢測各條件下的脫殼時間和得肉率評價脫殼效率。

脫殼時間測定：挑選6 名實驗員，進行初步的培訓，形成一致的脫殼方法和速率。脫殼步驟包括去頭和手工去除每節(jié)蝦殼[15]。記錄不同超高壓條件處理后的每組對蝦脫殼時間。每組包含6 只對蝦，3 組平行。

得肉率測定：精確稱量不同超高壓條件處理后每組對蝦的質量以及脫殼后的蝦仁質量，每組每次6 只對蝦，3 組平行。按式（1）計算得肉率。

1.3.1.1 壓強對南美白對蝦脫殼時間及得肉率的影響

在施壓溫度20 ℃、保壓時間3 min、不同壓強（100、150、200、250、300、350、400 MPa）條件下處理南美白對蝦，以未經(jīng)超高壓處理的樣品作為對照組。

1.3.1.2 保壓時間對南美白對蝦脫殼時間及得肉率的影響

在壓強200 MPa、施壓溫度20 ℃、不同保壓時間（1、3、5、7、9、11 min）條件下處理南美白對蝦，以未經(jīng)超高壓處理的樣品作為對照組。

1.3.1.3 施壓溫度對南美白對蝦脫殼時間及得肉率的影響

在壓強200 MPa、保壓時間3 min、不同施壓溫度（0、4、10、20、30、40 ℃）條件下處理對蝦，未經(jīng)超高壓處理的樣品為對照組。

1.3.2 蝦仁持水性與汁液流失率的測定

持水性測定：分別稱取15 g左右不同超高壓條件處理蝦仁，按1∶1（g/mL）的比例加水勻漿。40 ℃水浴20 min，4 000 r/min、4 ℃離心10 min后棄上清液，按式（2）計算持水能力（water holding capacity，WHC），每個處理組進行2次平行實驗。

式中：M1為離心管質量/g；M2為離心后離心管與蝦仁的總質量/g；M為蝦仁質量/g。

汁液流失率：參考楊徽等[15]的方法測定蝦仁的汁水流失率。用吸水紙吸去處理后的對蝦表面水分，稱量不同超高壓條件下脫殼后的蝦仁質量，稱質量前用濾紙吸干表面的水分，最后再稱量蝦殼與蝦頭等廢料的質量，按式（3）計算蝦仁的汁液流失率（drip loss，DL）。

式中：WO為鮮蝦的質量/g；WS為蝦仁的質量/g；WH為蝦殼與蝦頭等廢料的質量/g。

1.3.3 超高壓處理對蝦仁質構的影響

采用質構儀對方法1.3.1節(jié)中處理后的蝦仁樣品的硬度、彈性進行測試。測定探頭為P/50柱形探頭，取樣部位為蝦仁肌肉第2腹節(jié)中央位置，測前速率2 mm/s、測試速率0.5mm/s、測后速率0.5mm/s、測試深度50%、觸發(fā)力5 g。每個處理組取6 個平行樣測定。

1.3.4 蝦仁色澤分析

精確稱取方法1.3.1節(jié)中處理后的蝦仁100 g，勻漿處理。采用色度儀測定樣品的L*、a*、b*值，其中，L*為亮度值，a*為紅綠值，b*為黃藍值。按照式（4）計算蝦仁的色澤的總體變化（ΔE）[16]。

式中：ΔL*、Δa*和Δb*為處理組蝦仁的L*、a*、b*值與對照組蝦仁的L*、a*、b*值之差。

1.3.5 超高壓脫殼條件的優(yōu)化

以壓強、保壓時間、施壓溫度為影響因素，綜合考慮得肉率、脫殼時間及脫殼蝦仁的持水性，優(yōu)化脫殼條件。按L9（34）設計正交試驗，因素水平見表1。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Origin 8作圖，用SPSS 16.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 超高壓處理條件對南美白對蝦脫殼時間及得肉率的影響

圖1 超高壓處理對南美白對蝦脫殼時間及得肉率的影響Fig.1 Effect of ultra-high pressure treatment on shelling time and meat yield of Penaeus vannamei Boone

脫殼時間和得肉率是衡量南美白對蝦脫殼效率的重要參數(shù)。脫殼時間反映了對蝦脫殼的難易程度，脫殼時間的縮短將大大提高對蝦蝦仁的生產(chǎn)效率。得肉率則反映了對蝦脫殼后蝦仁的產(chǎn)出率，也間接反應了蝦仁的完整程度[17]。

由圖1A可知，對蝦經(jīng)過高壓處理后，脫殼時間與直接手工脫殼相比有明顯下降（P＜0.05），且脫殼時間隨壓強的增大呈現(xiàn)先縮短后延長的趨勢。經(jīng)100～150 MPa高壓處理的對蝦脫殼時間比對照組縮短了29%～33%，這表明當壓強參數(shù)較小時對蝦脫殼時間較長，這是可能是較低壓強條件下蝦殼與蝦仁組織之間仍有黏連造成的[18]。經(jīng)200～250 MPa高壓處理的脫殼時間較對照組縮短了45%左右。在250～400 MPa范圍內，隨著壓強的增大，脫殼時間反而延長。壓強過高蝦仁結締組織及肌肉蛋白的變性，脫殼時蝦仁容易破裂，從而延遲了脫殼時間[19]。

不同壓強處 理的對蝦得肉率與對照組相比顯著提高（P＜0.05），得肉率隨處理壓強的增大而增大，200 MPa時得肉率達到56.77%。壓強超過200 MPa 時蝦仁得肉率下降，這是由于壓強過高，蝦肉整體質構變化造成脫殼時尾部容易斷裂，引起得肉率降低[20]。實驗結果表明，壓強選取150、200、250 MPa處理能有效地提高脫殼效率。

由圖1B可知，壓強200 MPa、施壓溫度20 ℃的條件下，隨著保壓時間的延長脫殼時間顯著縮短（P＜0.05）。保壓3 min時對蝦脫殼時間比未經(jīng)超高壓處理的縮短了46.52%，但保壓時間超過3 min后，保壓時間的延長反而會增加脫殼時間。在所選時間范圍內，得肉率隨保壓時間的延長明顯提高（P＜0.05），不同保壓時間處理組之間無顯著差異（P＞0.05）。保壓時間大于7 min后，蝦仁得肉率出現(xiàn)下降的趨勢。由于對蝦脫殼需要盡可能縮短加工時間，增大得肉率以提高生產(chǎn)效率，選取適當?shù)拿摎r間尤為重要。保壓時間1 min時，脫殼困難效率偏低；保壓時間9～12min脫殼，蝦肉易破損得肉率低；而3～7 min的保壓時間，對蝦脫殼時間及得肉率都相對較優(yōu)。實驗結果表明，選取保壓時間3、5、7 min處理能有效提高脫殼效率。

施壓溫度是影響南美白對蝦脫殼效率的重要因素，超高壓設備傳壓介質溫度以及加工過程物料溫度的變化等因素都對脫殼效率產(chǎn)生影響。如圖1C所示，壓強200 MPa、保壓時間3 min時，10～30 ℃條件下處理樣品，脫殼時間和得肉率相對較優(yōu)。施壓溫度過高或過低時，脫殼時間均會延長，蝦仁得肉率均有 所降低。這表明施壓溫度過低或過高時會對脫殼效率產(chǎn)生不利的影響，同時處理過程中對施壓溫度的控制還會造成能耗的增大直接影響脫殼加工的經(jīng)濟效益。中溫10～30 ℃條件下避免 了這些不利的影響。實驗結果表明，選取施壓溫度10、20、30 ℃處理能有效提高脫殼效率。

表1 L9（34）正交試驗因素與水平表Table 1 Factors and levels used in orthogonal array design L9(34）

2.2 超高壓處理對脫殼蝦仁持水性與汁液流失率的影響

圖2 超高壓處理對脫殼蝦仁持水性和汁液流失率的影響Fig.2 Effect of ultra-high pressure treatment on WHC and drip loss rate of peeled shrimps

超高壓處理后脫殼蝦仁的持水性與汁液流失率會直接影響其加工性能和食用品質。由圖2A可知，保壓時間3 min、施壓溫度20 ℃條件下不同壓強處理，蝦仁的持水率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；壓強對脫殼蝦仁汁液流失率的影響呈先下降后升高的趨勢。蝦仁持水率大汁液流失率小兩者相對應。150～250 MPa高壓處理蝦仁的持水率與未處理組相比顯著增加（P＜0.05）、汁液流失率顯著降低（P＜0.05），其中250 MPa條件下脫殼蝦仁汁液流失率達到最小為0.31%，持水率達到最大值為20.29%。

由圖2B可知，壓強200 MPa、施壓溫度20 ℃的條件下不同保壓時間對脫殼蝦仁的持水率和汁液流失率的影響顯著（P＜0.05），保壓時間為1～5 min時，持水率逐漸升高。保壓時間超過5 min后，持水率逐漸下降，這可能是高壓促進對蝦蝦仁蛋白的水合作用，使一部分水從組織中游離出來[20]。在保壓時間5 min條件下脫殼蝦仁汁液流失率最低，比對照組樣品 降低了81.85%。

由圖2C可知，壓強200 MPa、保壓時間3 min時，在0～4 ℃的低溫條件下脫殼汁液流失嚴重；持水性明顯低于中溫條件（P＜0.05）；在10～30 ℃的條件下汁液流失率降低，蝦仁的持水能力增加；40 ℃時汁液流失率增大、持水性降低。超高壓作用會使得蝦仁蛋白變性協(xié)同，施壓溫度0、4 ℃處理造成蝦肉的部分凍結，細小冰晶的生成蝦仁肌肉組織細胞被破壞，導致解凍時汁液流失嚴重且明顯高于其他施壓溫度條件；10～30 ℃時，超高壓協(xié)同中溫促使蛋白結構變化形成了穩(wěn)定的物理結構，降低了汁液的滲出，而在 40 ℃時蝦仁蛋白可能發(fā)生過度的變性使得持水能力降低，汁液流失增大。

2.3 超高壓脫殼對蝦仁質構的影響

圖3 超高壓處理對蝦仁的硬度和彈性的影響Fig.3 Effect of ultra-high pressure treatment on hardness and springiness of peeled shrimps

由圖3A可以看出，保壓時間3 min、施壓溫度20 ℃條件下，不同壓強處理均能顯著提高蝦仁硬度（P＜0.05）。這主要是由于壓強升高，肌球蛋白分子在壓強作用下會發(fā)生變性聚合[21]。壓強作用對蝦仁的彈性影響顯著（P＜0.05），200 MPa處理后彈性最大。在一定范圍內，樣品彈性隨壓強的上升而呈增大趨勢，壓強超過200 MPa時，蝦仁肌肉結構變緊密，彈性下降。

由圖3B可以看出，200 MPa、20 ℃條件下不同保壓時間對蝦仁硬度的影響顯著（P＜0.05），隨著保壓時間的延長，硬度增大。在保壓時間1 min時彈性與未處理蝦仁接近，保壓時間3 min 時彈性最大，5～11 min時隨著保壓時間的延長彈性降低。

由圖3C可以看出，施壓溫度0～10 ℃蝦仁的硬度隨溫度的升高而降低，10～40 ℃時硬度先升高后降低。這與Ma等[22]的研究結果相似。一方面在于施壓溫度升高肌肉變柔軟，另一方面則可能是由于施壓溫度升高肌肉纖維韌性降低導致蝦仁的硬度降低。彈性在20 ℃時最大，施壓溫度升高或降低蝦仁彈性都會降低。

2.4 超高壓對脫殼蝦仁色澤的影響

表2 壓強對蝦仁色澤的影響Table 2 Effect of pressure on the color of peeled prawns

色澤作為最直觀的指標，是消費者判斷肉及肉制品品質的重要標準。從表2可以看出，鮮蝦仁L*值為56.83，隨著壓強增大蝦仁L*值顯著增加（P＜0.05）。不同壓強條件下蝦仁紅度a*值較對照組均顯著增加（P＜0.05），且壓強大于300 MPa時蝦仁a*值的變化幅度較大。蝦仁b*值隨壓強的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。其中400 MPa處理的蝦仁b*值與對照組無顯著性差異（P＞0.05）。ΔE表示超高壓處理的蝦仁與對照組鮮蝦仁色澤的差異性。隨著壓強的增大蝦仁的ΔE值明顯增大，各處理組之間差異顯著（P＜0.05），蝦仁逐漸變白，透明度降低，整體顏色發(fā)生改變。這是由于壓強升高，蝦仁蛋白質開始變性，使其呈現(xiàn)熟化外觀。當壓強小于200 MPa時，脫殼獲得的蝦仁與新鮮蝦仁色澤接近，肉眼很難分辨易被消費者所接受。

表3 保壓時間對蝦仁色澤的影響Table 3 Effect of pressure-holding time on the color of peeled shrimps

從表3可以看出，保壓時間對蝦仁L*值影響顯著（P＜0.05），且L*值隨著保壓時間的延長而增大。保壓時間延長，a*值和b*值呈現(xiàn)上下起伏的變化趨勢。保壓時間延長，ΔE值增大，當保壓時間低于3 min時，ΔE值相對較小，蝦仁顏色改變較小。從表4可以看出，超高壓脫殼蝦仁的色澤變化與施壓溫度有關。L* 值在0～30 ℃范圍內隨施壓溫度的升高而增大，在施壓溫度40 ℃時下降；不 同施壓溫度處理的蝦仁a*值較對照組顯著增大，b*值顯著降低（P＜0.05）。ΔE在低溫0 ℃和較高溫度40 ℃條件下較大，這與Erkan等[23]研究發(fā)現(xiàn)溫度協(xié)同高壓處理紅鯔魚色澤的變化相似，主要 表現(xiàn)為L*值增加，ΔE為在不同施壓溫度條件下同對照組整體顏色發(fā)生變化產(chǎn)生煮肉的顏色。

表4 施壓溫度對蝦仁色澤的影響Table 4 Effect of temperature on the color of peeled shrimps

2.5 超高壓脫殼條件的優(yōu)化

表5 L 5 L9（334）正交試驗方案及結果Table 5 Le 5 L9(3 (34) Orthogonal array design scheme and experimental results ) Orthogonal array design scheme and experimental results

由表5可見，壓強對得肉率、脫殼時間和持水性3項指標的影響最大，其次是施壓溫度、保壓時間。根據(jù)不同k值分析確定最優(yōu)工藝組合：以得肉率、脫殼時間為指標最優(yōu)組合為A2B1C2，以持水性為指標最優(yōu)組合為A3B2C3。即在200 MPa、3 min、20 ℃（組合1）條件下處理對蝦得肉率、脫殼時間最優(yōu)，而250 MPa、5 min、30 ℃（組合2）條件處理南美白對蝦持水性最好。

2.6 驗證實驗

對兩組正交優(yōu)化條件的正交評價指標以及其他各項指標進行驗證實驗，對比分析確定最優(yōu)脫殼工藝條件，結果見表6。

表6 驗證實驗結果Table 6 Results of validation experiments

由表6可以看出，驗證結果與試驗結果基本相符。組合1處理得肉率（P＞0.05）與脫殼時間（P＜0.05）均優(yōu)于組合2；持水性及汁液流失方面組合2則優(yōu)于組合1（P＜0.05），但組合1條件下處理對比直接手工脫殼蝦仁持水性、汁液流失率已有顯著性改變（P＜0.01）。對比其他加工性能指標，組合1條件處理，脫殼蝦仁整體ΔE較小，色澤同新鮮蝦仁接近，硬度與彈性方面也優(yōu)于組合2，考慮超高壓加工工藝節(jié)能環(huán)保等因素，最終確定最優(yōu)脫殼條件為組合1：壓強200 MPa、保壓時間3 min、施壓溫度20 ℃。與手工脫殼對照組相比，脫殼時間縮短60.43%、得肉率提高6.21%、蝦仁持水性增至15.20%、汁液流失率降低至0.88%、整體色澤變化值2.45、硬度677.154 g、彈性0.721。

3 結 論

超高壓處理能顯著提高南美白對蝦脫殼效率和加工性能。適當?shù)膲簭?、保壓時間、施壓溫度條件處理南美白對蝦的得肉率增大，脫殼時間縮短，蝦仁的持水性增大，汁液流失減小。

隨著壓強和保壓時間的增大，脫殼蝦仁的硬度增大，彈性出現(xiàn)先增大后下降的趨勢；施壓溫度在0～40 ℃變化時，硬度逐漸降低，彈性先增大而后減小，蝦仁質構的變化與超高壓引起蝦仁蛋白變性、聚集、凝膠化的形成有關。

超高壓處理對脫殼蝦仁的色澤有顯著的影響，色澤的總體變化ΔE隨處理壓強增大和保壓時間的延長而增大（P＜0.05）。因此應用超高壓技術脫殼應盡量減小壓強，縮短保壓時間。

綜合考慮各指標確定最佳脫殼工藝條件是壓強200 MPa、施壓溫度20 ℃、保壓時間3 min。在此超高壓條件下脫殼南美白對蝦的得肉率大大提高，脫殼時間明顯縮短，獲得的蝦仁保持了鮮蝦原有的顏色且鮮嫩飽滿；持水性較好，蝦仁的加工性能得到提高。

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Effect of Ultra-High Pressure Treatment on Shucking of Penaeus vannamei Boone and Its Processing Properties

CHEN Shao-hua, HU Zhi-he*, WU Zi-jian, XUE Lu
(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)

The effect of ultra-high pressure (UHP) treatment on shu cking conditions for Penaeus vannamei Boone was investi gated and processing properties of the processed shrimp meat were evaluated. The optimal shucking conditions by UHP treatment were determined by investigating the effects of pressure, holding time and temperature on shrimp meat yield, shucking time and water ho lding capacity (WHC). The drip loss, texture and color variations of peeled shrimps as a function of shucking conditions were assessed. Results showed that compared with traditional manual shelling technique, UHP treatment could significantly (P < 0.05) shorten the shucking time, enhance the meat yield and water-holding capacity of shrimps, and reduce the drip loss, consequently improving processing properties of peeled shrimps. The optimal UHP conditions for shucking Penaeus vannamei Boone were 20 ℃ and 200 MPa held for 3 min. Under these conditions the shucking time was reduced by 60.43%, and the drip loss was decreased to 0.88%; the meat yield was increased by 6.21%, and the WHC was enhanced to 15.20%. In addition, the color difference (ΔE) value, hardness and springiness were 2.45, 677.154 g and 0.721, respectively.

Penaeus vannamei Boone; ultra-high pressure treatment; shucking technique

TS254.4

A

1002-6630（2014）22-0011-06

10.7506/spkx1002-6630-201422003

2014-05-04

國家自然科學基金面上項目（31271841）；天津市高等學校創(chuàng)新團隊項目（TD12-5049）

陳少華（1989—），男，碩士研究生，研究方向為食品生物技術。E-mail：18902059007@163.com

*通信作者：胡志和（1962—），男，教授，碩士，研究方向為專用功能食品。E-mail：hzhihe@tjcu.edu.cn