白青云，趙希榮，畢艷紅，徐輝

（淮陰工學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇淮安223003）

超聲波結(jié)合殼聚糖對龍蝦蝦仁保水性的影響

白青云，趙希榮，畢艷紅，徐輝

（淮陰工學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇淮安223003）

采用殼聚糖、蛋白酶、磷酸鹽和超聲波處理，研究了不同處理方式對龍蝦蝦仁保水性的影響，通過響應(yīng)面法優(yōu)化了提高龍蝦蝦仁保水性的工藝參數(shù)。結(jié)果表明，磷酸鹽處理提高了蝦仁的保水性，但不適合食品中用，蛋白酶處理對龍蝦蝦仁有一定的保水效果，而殼聚糖和超聲波處理對提高蝦仁的保水性有顯著效果。響應(yīng)面法優(yōu)化的提高龍蝦蝦仁保水性的最優(yōu)條件為殼聚糖濃度1.0%，超聲時間6min，超聲波功率74W，在此條件下龍蝦蝦仁的解凍失重率為4.31%。方差分析顯示，所建的回歸模型顯著，能很好地預(yù)測龍蝦蝦仁保水性的變化。其中，殼聚糖濃度顯著影響蝦仁保水性，殼聚糖濃度和超聲時間、超聲時間和超聲功率之間的交互作用均顯著影響蝦仁的保水性。

龍蝦蝦仁；殼聚糖；超聲波；保水性；響應(yīng)面法

盱眙龍蝦，又稱克氏螯蝦，學(xué)名克氏原螯蝦，因其肉質(zhì)細(xì)嫩、味道鮮美、營養(yǎng)豐富，深受人們的喜愛[1]。隨著社會的發(fā)展，生活節(jié)奏的加快，人們對加工食品的要求越來越高。冷凍蝦仁作為一種新興的冷凍肉制品，在國內(nèi)外市場上受到歡迎[2]。蝦仁在冷凍貯藏過程中由于蝦肉蛋白質(zhì)易發(fā)生變性，隨著貯藏時間的增加，蝦仁持水品質(zhì)降低，當(dāng)解凍和加熱時汁液流失增多，產(chǎn)生失重現(xiàn)象，且肉質(zhì)變硬，易碎，口感變粗糙，外觀色澤變暗，從而使品質(zhì)下降。因此，提高龍蝦蝦仁肉的保水性成為冷凍蝦仁加工中要解決的關(guān)鍵問題。

肉的保水性（WHC）是指肌肉在加工過程中保持自身水分和外加水分的能力，是肉的重要品質(zhì)指標(biāo)。保水性的高低直接關(guān)系到肉制品的質(zhì)地、嫩度、切片性、彈性、口感、出品率等質(zhì)量指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)[3]。目前，肉制品保水劑用的最多的是含磷保水劑，由于含磷保水劑存在不安全因素，并且產(chǎn)品略有苦澀味，其使用量受到極大限制。為了改善蝦仁的保水性能，開發(fā)一種純綠色、無污染的保水方式成為當(dāng)前研究的熱點。

殼聚糖作為一種天然、無毒、高效的食品防腐劑、成膜劑，在食品加工中具有很好的開發(fā)前景。其在肉品工業(yè)中的應(yīng)用，近十多年來引起了廣泛關(guān)注[4]。國內(nèi)有關(guān)實驗發(fā)現(xiàn)，殼聚糖能在冷卻肉表面形成薄膜層，有效地防止水分散失，能夠減少汁液流失，提高肉的保水性[3]。近年來，超聲波在食品加工中應(yīng)用日趨廣泛，在肉品加工中，超聲波可以破壞肉的肌原纖維，肌原纖維會分泌一種粘稠的物質(zhì)，將肉粘在一起，增大肉制品的粘度[5]。研究發(fā)現(xiàn)，超聲波有助于肉制品的嫩化[6]。但是，關(guān)于超聲波提高肉保水性的研究還鮮有報到。

本研究針對冷凍蝦仁加工中影響蝦仁保水性和營養(yǎng)價值的因素進(jìn)行研究，通過優(yōu)化冷凍蝦仁保水方式，確定最佳殼聚糖濃度、超聲波處理功率和時間，從而獲得保水效果較好的冷凍蝦仁，開發(fā)出一種安全且保水效果較好的方式，為工廠化生產(chǎn)冷凍龍蝦蝦仁提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮龍蝦，由淮安市盱眙縣盱眙龍蝦實業(yè)有限公司提供；殼聚糖（分子量100萬D，脫乙酰化度85%），購自浙江玉環(huán)生物化學(xué)有限公司；復(fù)合磷酸鹽購自江蘇南通市舒洋貿(mào)易有限公司；其他試劑均購自國藥化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

KQ-1000超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；MDF-382E超低溫冰箱：三洋電器有限公司；HWS26型電熱恒溫水浴鍋：上海一恒科學(xué)儀器有限公司，等。

1.3 研究方法

1.3.1 冷凍龍蝦蝦仁工藝流程

新鮮蝦原料的驗收→清洗→去頭、去尾→輕壓排便→清洗→去殼→蝦仁→不同處理→包裝→冷凍儲藏→產(chǎn)品→檢測

1.3.2 單因素試驗設(shè)計

按照冷凍蝦仁加工工藝，分別按以下方法對已經(jīng)洗凈的蝦仁處理，待處理完后稱重，記下數(shù)據(jù)，然后置于超低溫冰箱（-80℃）中速凍，分別于2、4、6、8、16 d后測定冷凍蝦仁的解凍失水率，以未經(jīng)處理的空白組蝦仁為對照。處理方式為：①分別采用0.3%的蛋白酶溶液、0.5%的磷酸鹽溶液、0.9%的殼聚糖溶液和80W的超聲波處理蝦仁10min，冷凍4 d后測定解凍失水率；②用0.3%、0.6%、0.9%、1.2%濃度的殼聚糖溶液（用1%的冰醋酸溶液配制而成）處理蝦仁10min；③用60、70、80、90W的超聲波處理蝦仁10min；④在80W的超聲波功率下，分別處理蝦仁5、10、15、20min。

1.3.3 響應(yīng)面試驗設(shè)計

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)曲面Box-Behnken優(yōu)化設(shè)計法進(jìn)行設(shè)計，以殼聚糖濃度（A）、超聲波功率（B）和超聲波處理時間（C）為因素，先超聲處理后殼聚糖溶液涂膜處理進(jìn)行實驗，冷凍2 d后測定冷凍蝦仁的解凍失重率（Y），利用軟件的統(tǒng)計分析功能進(jìn)行方差分析、逐步回歸分析和最值分析，選擇最優(yōu)的影響龍蝦蝦仁保水性的工藝條件，同時確定該組合響應(yīng)值隨各因子變化的回歸方程。

1.4 蝦仁保水性測定指標(biāo)及方法

以解凍失重率作為蝦仁保水性能的指標(biāo)[2]。

式中：C為蝦仁經(jīng)不同處理后所稱得的重量，g；D為處理后的蝦仁經(jīng)2、4、6、8 d冷凍后自然解凍后所稱得的重量，g。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗重復(fù)3次，結(jié)果以平均值±SD表示。采用SPSS16.0軟件處理試驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理方式對龍蝦蝦仁保水性的影響

不同處理對龍蝦蝦仁保水性有顯著性影響，結(jié)果見圖1。

圖1 不同處理方式對龍蝦蝦仁保水性的影響Fig.1 Effects of different treatments on water holding capacity of crayfish shrimp

其中，磷酸鹽處理下蝦仁的失重率最低，為4.01%；蛋白酶處理下蝦仁的失重率達(dá)到6.89%，比空白組下降6.64%，有一定的保水效果，參與保水性變化的主要是游離水，游離水的保持同蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)、靜電荷量等有密切關(guān)系。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)呈網(wǎng)絡(luò)狀疏松結(jié)構(gòu)時，可以包容更多水分，但由于蛋白酶的分解作用使得蛋白質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，導(dǎo)致蝦仁所包含的游離水減少，所以失重率較高[7]；殼聚糖處理和超聲波處理對蝦仁的保水性有顯著的效果，解凍失重率分別為5.15%和5.24%，兩者沒有顯著差異。殼聚糖能阻止蝦仁游離水分的流失，而超聲波對蛋白質(zhì)呈網(wǎng)絡(luò)狀疏松結(jié)構(gòu)起到了一定的作用[5]，使蝦仁具有較好的保水性。

2.2 殼聚糖濃度對龍蝦蝦仁保水性的影響

殼聚糖濃度對龍蝦蝦仁保水性的影響，見圖2。

圖2 殼聚糖濃度對龍蝦蝦仁保水性的影響Fig.2 Effect of chitosan concentration on water holding capacity of crayfish shrimp

由圖2可見，在2 d～16 d冷凍時間內(nèi)殼聚糖濃度對蝦仁保水性影響顯著，冷凍2 d～4 d內(nèi)蝦仁的失重率較低，隨后隨著冷凍天數(shù)的增加失重率逐漸上升。冷凍期間，0.9%殼聚糖處理下蝦仁失重率最低，保水效果顯著，冷凍16 d時，0.9%殼聚糖處理的蝦仁失重率為7.57%，分別比對照、0.3%、0.6%、1.2%和1.5%殼聚糖處理下降17.36%、13.37%、7.00%、10.41%和14.94%?？梢?，一定濃度的殼聚糖處理提高了蝦仁的保水性，這與趙改名等[3]的研究報道一致。

2.3 超聲時間對龍蝦蝦仁保水性的影響

在2 d～16 d冷凍貯藏期間，超聲波處理時間對龍蝦蝦仁保水性的影響結(jié)果見圖3。

2 d～8 d冷凍期間蝦仁的失重率普遍較低，隨后隨著冷凍時間的延長失重率逐漸上升。冷凍2 d時，10min超聲波處理的蝦仁失重率為5.04%，均低于對照和其他處理，保水效果顯著。究其原因可能是超聲時間短，達(dá)不到應(yīng)有的效果，超聲時間過長使得蝦仁溫度升高，蛋白質(zhì)變性從而使得所包含的游離水減少[8]。

2.4 超聲波功率對龍蝦蝦仁保水性的影響

超聲功率對龍蝦蝦仁保水性的影響見圖4。

圖3 超聲波時間對龍蝦蝦仁保水性的影響Fig.3 Effect of ultrasonic time on water holding capacity of crayfish shrimp

圖4 超聲波功率對龍蝦蝦仁保水性的影響Fig.4 Effect of ultrasonic powder on water holding capacity of crayfish shrimp

由圖4可見，在2 d～16 d冷凍貯藏期間，超聲波功率對龍蝦蝦仁保水性影響顯著。冷凍2 d～8 d內(nèi)，60、70、90W超聲處理對蝦仁的保水性影響無顯著差異，80W超聲處理的蝦仁解凍失重率最低。冷凍2 d時80W超聲波處理的蝦仁失重率為5.06%，比對照60、70、90W處理分別下降20.19%、16.36%、12.46%和9.15%，保水效果顯著，因此，用80W超聲波處理的蝦仁失重率較低，蝦仁保水性高。

2.5 響應(yīng)面法優(yōu)化龍蝦蝦仁保水性工藝參數(shù)

在單因素試驗基礎(chǔ)上，對提高龍蝦蝦仁保水性的工藝條件殼聚糖濃度（A）、超聲波處理時間（B）和超聲功率（C）選用三因素三水平的Box-Behnken實驗設(shè)計對龍蝦蝦仁保水性工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，試驗方案和相應(yīng)的實驗結(jié)果見表2。

通過二次多元逐步回歸統(tǒng)計分析，對表1中數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到蝦仁失重率與3個變量之間的二次多項回歸模型如下：

對回歸模型進(jìn)行方差分析的結(jié)果見表3。

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計與蝦仁保水性響應(yīng)值Table2 Design of response surface experiments and water holding capacity of shrimp

表3 回歸模型方差分析Table3 Analysis of variance（ANOVA）for the regression equation

回歸模型的F=19.99，P=0.000 2＜0.05，模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.952 4，表明實驗所采用的二次模型是極顯著的，在統(tǒng)計學(xué)上是有意義的。因此，可用該回歸方程代替試驗真實點對實驗結(jié)果進(jìn)行分析。

利用Design Expert軟件對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到具有顯著交互作用的兩因素的響應(yīng)曲面見圖5。

圖5 殼聚糖濃度和超聲功率交互作用對龍蝦蝦仁保水性的影響Fig.5 Effect of interaction between chitoson concentration and ultrasonic powder on water holding capacity of crayfish shrimp

由圖5可見，當(dāng)超聲時間10min時，殼聚糖濃度和超聲功率的交互作用對龍蝦蝦仁保水性有極顯著影響（P＜0.01），殼聚糖濃度對蝦仁保水性的影響顯著（P＜0.01）（見表3）。在一定的超聲功率下，蝦仁失重率隨殼聚糖濃度的升高先急速下降后逐漸上升，殼聚糖濃度為1.0%時達(dá)到最低值。同樣，在一定殼聚糖濃度下，蝦仁失重率隨著超聲功率的增加呈先下降后上升的趨勢，74W時失重率最低。在一定范圍內(nèi)，殼聚糖涂膜濃度越大，保水效果越好，可能是由于殼聚糖在肉表面形成的薄膜層降低了水分的損失。但濃度過大的殼聚糖溶液粘度太大，殼聚糖分子在溶液中無法完全伸展，不利于成膜，反而保水效果欠佳[9]。本研究結(jié)果與段靜蕓等的研究結(jié)果[10]相似。

當(dāng)殼聚糖濃度為0.9%時，超聲功率和超聲時間的交互作用對蝦仁保水性的影響見圖6。

圖6 超聲時間和超聲功率交互作用對龍蝦蝦仁保水性的影響Fig.6 Effect of interaction between ultrasonic time and ultrasonic powder on water holding capacity of crayfish shrimp

超聲功率與超聲時間的交互作用對蝦仁保水性的影響極顯著（見表3），在一定超聲功率下，蝦仁的失重率隨著超聲時間的延長升高；當(dāng)超聲時間固定時，隨著超聲功率的升高蝦仁失重率先下降后大幅上升。超聲波可以用于破壞肉的肌原纖維，肌原纖維會分泌一種粘稠的物質(zhì)，將肉粘在一起，增大肉的粘度[5]。本研究表明，超聲波處理能有效提高蝦仁的保水性，這是因為超聲波具有空化現(xiàn)象、機械振動等特性，使蝦仁組織機構(gòu)松散。但超聲時間過長，蝦仁的失重率顯著提高，可能是由于超聲處理對蝦仁的肌原纖維破壞達(dá)到了最大程度。超聲功率較低時，斷裂肌肉細(xì)胞的能力較弱，因而對肉的質(zhì)構(gòu)特性沒有影響，較高的超聲功率有助于斷裂肌肉細(xì)胞的完整性[11]。本實驗結(jié)果也證實了這一結(jié)論，一定的超聲功率有助于提高蝦仁的保水性。

2.6 驗證實驗

根據(jù)響應(yīng)面實驗結(jié)果，模型預(yù)測的最優(yōu)條件為殼聚糖濃度1.0%、超聲波時間6min、超聲波功率74W，蝦仁失重率預(yù)測值為4.49%。

為考察模型的可靠性和準(zhǔn)確性，在Box-Behnken實驗設(shè)計的各因素范圍之內(nèi)，隨機選擇幾組實驗組合和最佳實驗組合進(jìn)行驗證性實驗，比較實測值和預(yù)測值之間的吻合度。驗證結(jié)果表明，蝦仁失重率實測值為4.31%，實際值與預(yù)測值間非常吻合，說明實驗得到的模型是有效且可靠的。在最優(yōu)條件下得到的失重率比對照（6.27%）降低31.26%。

3 結(jié)論

首先研究了蛋白酶、磷酸鹽、殼聚糖和超聲波處理對龍蝦蝦仁保水效果的影響，然后采用響應(yīng)面法對影響龍蝦蝦仁保水性的殼聚糖濃度、超聲波時間和功率進(jìn)行了優(yōu)化，通過回歸分析建立了龍蝦蝦仁保水性的二次多項數(shù)學(xué)模型，模型具有顯著性。由回歸方程得到的龍蝦蝦仁保水性的最佳條件為殼聚糖濃度1.0%，超聲時間6min，超聲功率74W，在此條件下蝦仁解凍失重率為4.49%，實測值為4.31%，實測值與預(yù)測值之間非常吻合，說明模型能很好的預(yù)測龍蝦蝦仁的保水性。

[1]陳曉明,成兆友,趙建民.盱眙龍蝦肌肉營養(yǎng)成分分析與評價[J].食品工業(yè)科技,2010,31(7)：345-349

[2]李鳳舞.改善冷凍調(diào)理蝦仁保水性的研究[D].無錫：江南大學(xué), 2010

[3]趙改名,祝超智,柳艷霞,等.殼聚糖對肌肉保水性的影響[J].食品工業(yè)科技,2009,30(6)：78-80

[4]馬玉山.殼聚糖在肉制品中的應(yīng)用[J].肉類工業(yè),2004(2)：29-30

[5]楊性民,劉青梅,羅海波,等.超聲波結(jié)合嫩化劑對蝦干嫩化效果的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2006,22(9)：267-269

[6]石秀東.超聲作用在食品加工中的應(yīng)用[J].包裝與食品機械,1998, 16(1)：10-11

[7]謝超,劉鷺.幾種肉類蛋白酶嫩化劑的比較[J].肉類工業(yè),2003(2)：29-31

[8]丁原濤,吳暉.超聲波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].糧油加工與食品機械,2004(5)：67-69

[9]吉偉之,熊何建.殼聚糖對豬肉保鮮效果的研究[J].食品工業(yè)科技,2000,21(3)：13-15

[10]段靜蕓,徐幸蓮,周光宏.殼聚糖和氣調(diào)包裝在冷卻肉保鮮中的應(yīng)用[J].食品科學(xué),2002,23(2)：138-142

[11]Chemat F,Zill-e-Huma,Khan M K.Application of ultrasound in food technology：Processing,preservation and extraction[J].Ultrasonics Sonochemistry,2011,18(4)：813-835

Effect of Ultrasonic Wave Combined Chitosan on Water Holding Capacity of Crayfish Shrimp

BAI Qing-yun，ZHAO Xi-rong，BI Yan-hong，XU Hui
（School of Life Science and Chemical Engineering，Huaiyin Institute of Technology，Huai'an 223003，Jiangsu，China）

The effects of different treatments on water holding capacity of crayfish shrimp were studied by chitosan，protease，compound phosphate and ultrasonic treatment methods.The technological parameter of increasing water holding capacity of crayfish shrimp were optimized using response surface methodology.The results showed that water holding capacity of crayfish shrimp was improved significantly by phosphate treatment，but this method is not fit for food.The effect of protease treatment on water holding capacity of crayfish shrimp was definite.The effects of chitosan and ultrasound treatments on water holding capacity of crayfish shrimp was significantly.Response surface experiments indicated that the optimal conditions of increasing water holding capacity of crayfish were as follows:concentration of chitosan of1.0%，6min of time of ultrasonic，the power of ultrasonic of74W Analysis of variance suggested that the developed regression model was reliable and could be used to predict the changes of water holding capacity of crayfish Shrimp.Among the above three factors，the concentration of chitosan had a significant linear ralationship with water holding capacity，and the interaction between chitosan concentration and time of ultrasonic，as well as between powder of ultrasonic and time of ultrasonic，had significant effect on water holding capacity of crayfish shrimp.

crayfish shrimp；chitosan；ultrasonic wave；water holding capacity；response surface method

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.16.028

2013-09-16

江蘇省蘇北科技富民強縣專項引導(dǎo)資金項目（BN2011007）

白青云（1973—），女（漢），副教授，博士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。