張溪，藍蔚青,2,3,4*，劉嘉莉，謝晶,2,3,4*

1(上海海洋大學 食品學院，上海，201306) 2(上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，上海，201306) 3(上海冷鏈裝備性能與節(jié)能評價專業(yè)技術服務平臺，上海，201306) 4(食品科學與工程國家級實驗教學示范中心(上海海洋大學)，上海，201306)

南美白對蝦(Litopenaeusvannamei)又名凡納濱對蝦、太平洋白蝦、白蝦，為對蝦科對蝦屬甲殼類水產品。其原產于美國西部太平洋沿岸熱帶水域，在墨西哥灣至秘魯中部、厄瓜多爾附近海域分布更為集中。因南美白對蝦殼薄肉嫩，蝦肉高蛋白、低脂肪，且富含人體必需氨基酸、維生素與礦物質等而深受消費者喜愛，在我國養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴大[1]。據2018中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒[2]顯示，我國淡水養(yǎng)殖蝦類產量216.76萬t，其中南美白對蝦產量達59.15萬t，已成為我國養(yǎng)殖產量最高的蝦種。

捕獲后的南美白對蝦，頭、胸部、尾部與關節(jié)等部位產生黑色素沉著或形成黑斑稱為黑變。蝦體上的黑斑首先出現(xiàn)在頭胸部，主要分布在角質層區(qū)域，以頭部最明顯[3]。多酚氧化酶(polyphenol oxidases，PPO)氧化酪氨酸是導致蝦體黑變的主因，PPO催化無色多酚生成醌類物質，而后非酶促自發(fā)聚合或與氨基酸、蛋白質反應形成黑色物質。此外，微生物、pH值與揮發(fā)性鹽基氮含量變化都會激活PPO酶原，啟動酶促反應，間接導致蝦體黑變[4]。南美白對蝦黑色素的出現(xiàn)會降低消費者的可接受性，影響其保鮮效果，因此采取相應方法避免或延緩這一現(xiàn)象的發(fā)生具有重要意義[5]。如何控制南美白對蝦的黑變速率、延緩其腐敗，現(xiàn)已成為科研工作者普遍關注的熱點問題。本文在對南美白對蝦黑變機制進行介紹的基礎上，就物理保鮮(低溫、氣調、超高壓和臭氧處理)與化學保鮮(化學保鮮劑和生物保鮮劑)等技術予以說明，提出存在的問題與解決辦法，也對南美白對蝦防黑變保鮮技術的發(fā)展趨勢進行展望，以期為蝦類防黑變保鮮技術的應用研究提供理論依據。

1 南美白對蝦防黑變保鮮技術研究進展

南美白對蝦的防黑變保鮮技術按其作用原理可分為物理保鮮與化學保鮮2類。其中前者主要通過改變貯藏溫度、氣體組成與比例、壓力等方式來達到鈍酶、殺菌與保鮮效果；后者則通過添加抑制劑，改變其PPO構象、降低酶活力與抑制微生物生長實現(xiàn)其防黑變與保鮮作用。

1.1 物理保鮮

1.1.1 低溫貯藏

低溫貯藏是將蝦體置于低溫環(huán)境中，通過溫度傳遞使其體表溫度下降，降低其體內的PPO活性，抑制微生物生長繁殖，減緩其黑變與腐敗速率，其在蝦類保鮮中應用最廣泛[6]。根據溫度條件不同，主要分為冷藏、冰溫、微凍與凍藏等。其中，方藝達等[7]研究指出有冰冷藏處理(4 ℃)蝦時，在延緩色澤變化與鮮度指標上優(yōu)于無冰冷藏對照組。段偉文等[8]研究得出冰溫貯藏(-2.2～-1 ℃)對南美白對蝦外觀色澤的保持效果優(yōu)于冷藏對照組(4 ℃)。李立杰等[9]研究發(fā)現(xiàn)微凍貯藏(-3 ℃)能延緩南美白對蝦蝦體色澤的改變，其在貯藏12 d后亮度變化的較緩。

常規(guī)冰藏雖具有一定保鮮效果，但由于南美白對蝦在貯藏期間PPO未失活，仍可催化多酚物質生成黑色素，適當改變冰的形態(tài)或成分則可增強其防黑變保鮮效果。目前，常見保鮮冰的主要優(yōu)缺點如表1所示。其中，流化冰主要由海水或混合液(水、乙醇或丙二醇溶液)在凍結點溫度以下產生的細小球形冰晶與液態(tài)溶液組成[11]。王強等[14]以碎冰和冷藏處理為對照組，研究流化冰對-4 ℃貯藏條件下冰鮮南美白對蝦的感官品質、質構與微生物指標等影響，發(fā)現(xiàn)流化冰的快速降溫作用能鈍化或抑制其PPO活性，填充至蝦體縫隙內的流化冰細小冰晶可有效阻隔外界氧氣，使蝦體黑變速率明顯下降，其保鮮效果顯著優(yōu)于碎冰與冷藏處理組樣品。

表1 常見保鮮冰的主要優(yōu)缺點

酸性電解水可通過電解HCl和NaCl溶液獲得，其可制成酸性電解水冰應用于水產品中[12]。PPO的最適pH值與溫度分別為6.0與55 ℃，在極酸或堿性條件下，靜電作用可使PPO結構發(fā)生改變，使其空間結構展開[15]。SUN等[16]用酸性電解水冰(pH值2.35±0.01，氧化還原電位(1 153.2±1.5) mV，有效氯質量濃度(86±1) mg/L)處理南美白對蝦，發(fā)現(xiàn)與自來水冰相比，酸性電解水冰處理組樣品的黑變數(shù)明顯減少，圓二色譜法分析表明PPO結構中α-螺旋減少且不規(guī)則卷曲增加，表明其原有構象已發(fā)生改變。

1.1.2 氣調保鮮

氣調保鮮是通過調節(jié)水產品所處環(huán)境的氣體組成與比例，抑制水產品中微生物生長與酶促反應，達到貯藏保鮮效果。雖然100% N2或50% N2+50% CO2的氣調包裝不含O2，該包裝能有效抑制PPO活性和延緩酶促反應，但蝦體外骨骼間隙中存在氧氣，且包裝材料存在一定透氧率，因此黑變在-18 ℃貯藏期間仍可發(fā)生[17]。謝晶等[18]以空氣包裝為對照，研究不同氣體比例包裝對南美白對蝦冷藏條件下品質變化的影響，結果得出高體積分數(shù)CO2氣調包裝能夠抑制微生物生長與PPO活性，其中以80% CO2+20% N2處理組樣品的保鮮效果最佳，能有效延長其冷藏貨架期至8 d。高濃度O2會加速南美白對蝦黑變，低濃度O2可延緩其黑變。低濃度O2能抑制Cu2+的氧化，使PPO活性降低。QIAN等[19]研究接種腐敗希瓦氏菌、殺鮭氣單胞菌等對南美白對蝦黑變影響時，發(fā)現(xiàn)接種腐敗希瓦氏菌樣品中的PPO活性較接種其他菌的樣品高出一倍，使用80% CO2+10% O2+10% N2氣調貯藏可抑制腐敗希瓦氏菌生長，減輕其黑變。

1.1.3 超高壓處理

超高壓技術(ultra-high pressure，UHP)屬非熱加工技術，對蝦的營養(yǎng)價值和感官特性影響較小，能破壞蝦體內源性組織蛋白酶活性，殺滅食品中的微生物，減緩其品質劣變，還能使蝦體可溶性蛋白增加，是目前發(fā)展前景較廣闊的處理技術之一[20-21]。LIU等[22]研究發(fā)現(xiàn)在5 ℃環(huán)境下，當壓力低于300 MPa時，南美白對蝦的PPO活性不敏感，當壓力在400～600 MPa時，PPO活性受到影響，當壓力為600 MPa時蝦體的黑變值最低。GMEZ-ESTACA等[23]將南美白對蝦頭胸部在18 ℃下分別置于200、400與600 MPa壓力下處理15 min或連續(xù)5 min的3次循環(huán)，發(fā)現(xiàn)其血藍蛋白在400 MPa時部分變性，在600 MPa時完全變性，影響其轉化為有活性的PPO，從而抑制黑變。在25 ℃、400～600 MPa下，從南美白對蝦提取出的PPO被滅活，但蝦體內的PPO卻被激活，導致其黑變速率加快，如要使蝦中的PPO完全失活，超高壓技術還應與其他技術結合使用[24]。

1.1.4 臭氧處理

臭氧是一種強氧化性氣體，具有廣譜抗菌作用，但其易被還原分解成O2，若臭氧溶于水則其穩(wěn)定性能增強。因此，臭氧處理的保鮮效果受使用方式、接觸時間、食物pH值與溫度等影響[25]。OKPALA等[26]在第1、3、5、8和11天連續(xù)使用100 mg/h臭氧水處理冰藏南美白對蝦60 s，其色澤變化相對于未處理組樣品較小。至今臭氧應用于鮮蝦防黑變保鮮研究尚少，臭氧處理與其他保鮮技術相結合才能更好地延長蝦類的貯藏貨架期。

1.2 化學保鮮技術

化學保鮮技術是指在貯藏過程中適量添加安全無毒副作用的化學物質，抑制酶促反應與微生物生長，并延長產品貯藏貨架期[27]。通?？煞譃榛瘜W保鮮劑與生物保鮮劑，近年來國內外學者開展的部分南美白對蝦防黑變保鮮技術研究如表2所示。

表2 添加物質抑制或預防南美白對蝦黑變保鮮相關研究

1.2.1 化學保鮮劑

化學保鮮劑價格低廉，保鮮效果相對較好。其中，4-己基間苯二酚(4-hexyl resorcinol solution, 4-HR)能與PPO酶中Cu2+結合，生成高穩(wěn)定的PPO絡合物，能有效阻止PPO酶與底物反應。錢韻芳等[28]將0.25 mg/mL的4-HR溶液涂膜南美白對蝦，發(fā)現(xiàn)南美白對蝦在4 ℃冷藏期間的黑變程度較低，而白度值較高。羅自生等[29]分別采用10 mg/L與20 mg/L的固載二氧化氯處理南美白對蝦，以未處理組樣品為對照，結果表明，處理組PPO活性和黑變指數(shù)在8 d后低于對照組，較高濃度的固載二氧化氯處理對黑變抑制效果更佳。

1.2.2 生物保鮮劑

生物保鮮劑具有抑菌效果好、無污染、無害等優(yōu)點，根據來源不同可分為植物源、動物源、微生物源保鮮劑。

植物多酚和底物的結構相似，能與PPO的活性位點相互作用或與PPO酶競爭，發(fā)揮抑制其活性與抗黑變保鮮作用[38]。SAE-LEAW等[31]將南美白對蝦在10 g/L腰果葉提取物溶液中浸泡30 min，發(fā)現(xiàn)其在4 ℃貯藏12 d時黑變減緩。BASIRI等[32]研究得出，經10 g/L石榴皮提取物浸漬15 min后的南美白對蝦在4 ℃冷藏6 d后黑變分數(shù)值較低，可能由于石榴提取物中的多酚物質含量較高，表現(xiàn)出較強的抗氧化活性。THANASAK等[39]發(fā)現(xiàn)表沒食子兒茶素或沒食子酸酯可與酶和酶-底物復合物結合，能夠抑制南美白對蝦頭胸部的PPO酶活性，且其抑制作用優(yōu)于兒茶素、表兒茶素、表兒茶素沒食子酸酯。

植物提取物中除多酚外，其他天然成分也具有防黑變保鮮效果。如ANGEL等[34]將南美白對蝦樣品浸入5 g/L麥角硫因溶液中，多酚氧化酶原的基因表達受到抑制，其螯合作用使PPO活性降低。WANG[35]研究發(fā)現(xiàn)經30 g/L蒲公英多糖處理南美白對蝦并于4 ℃貯藏，因蒲公英多糖的抗菌和抗氧化特性，其黑變速率減緩，其保質期延至10 d。

此外，動物源保鮮劑和微生物源保鮮劑的防黑變保鮮效果也被證實。潘承慧等[36]研究發(fā)現(xiàn)10 g/L殼聚糖對南美白對蝦中的PPO有一定抑制作用，能減少黑斑形成，減緩TVB-N值升高。XU等[37]研究得出4 ℃下芽孢桿菌葡萄糖氧化酶(glucose oxidase，GOD)對南美白對蝦黑變具有緩解作用，其與亞硫酸鈉、植酸、維生素C相比，對黑色素形成的干預作用更強。

2 存在問題與解決辦法

2.1 復合生物保鮮劑

單一保鮮劑的作用效果往往有限，如能利用柵欄技術，將多種保鮮劑復配使用，則可減少單一保鮮劑的使用量，還能發(fā)揮其綜合作用，起到增強防黑變與保鮮效果的目的[40]。目前，國內外研究人員主要開展復合保鮮劑對南美白對蝦防黑變保鮮工作如表3所示。

使用成膜性佳的保鮮劑涂膜于南美白對蝦表面，可減少水分散失，抑制與氧氣的接觸，延緩南美白對蝦黑變和品質下降。成膜劑還可作為黑變抑制劑、抗菌劑等載體，協(xié)同作用來保持蝦的品質。殼聚糖因其無毒性、抗菌性、可生物降解性、生物相容性與成膜性等特點，被廣泛應用于水產品中。YUAN等[41]將10 g/L殼聚糖涂層結合15 g/L石榴提取物復合處理南美白對蝦，這2種物質能發(fā)揮協(xié)同保鮮與抗黑變作用，還能改善其色澤。ARANCIBIA等[42]從南美白對蝦處理廢棄物中提取2 g/100 g殼聚糖與1 g/100 g蛋白質-脂質濃縮物，將2種物質復配組成活性涂層液，用于5 ℃條件下南美白對蝦的冷藏保鮮，結果發(fā)現(xiàn)復配處理組樣品在第5天的黑變抑制效果較殼聚糖涂層明顯。表明脂質濃縮物可提高涂層的總酚含量與抗氧化性，延緩南美白對蝦黑斑的形成。HSU等[45]將黃原膠、瓜爾膠、異抗壞血酸、抗菌多肽復合用于南美白對蝦冷藏保鮮，發(fā)現(xiàn)4種物質的添加量分別為5、5、5、2.5 g/L時，防黑變保鮮效果最好。ALOTAIBI等[46]將4 g/100 g 百里香精油與4 g/100 g 甘薯淀粉基復合涂層用于南美白對蝦冷藏保鮮中，發(fā)現(xiàn)其在第8天時黑變程度較輕，且可食用涂層的營養(yǎng)物質能夠滲入蝦體中，在一定程度上提高其附加值。

表3 復合生物保鮮劑對南美白對蝦防黑變保鮮效果研究

2.2 復合保鮮技術

單一保鮮技術的作用效果相對有限，如低溫凍藏解凍后易引起蝦肉質構變化使口感下降[47]。超高壓與氣調包裝對設備要求較高，且操作復雜?；瘜W保鮮劑使用殘留，過量使用易造成環(huán)境與食品安全問題。生物保鮮劑來源廣泛，但其含量低、提取難度大與純化技術要求較高，加工工藝與提取成本等問題限制了其推廣使用。如能將物理保鮮與化學保鮮技術有機結合，可優(yōu)勢互補增強其抗黑變保鮮效果[48]。馮家敏等[49]將流化冰與0.03 g/L 4-HR與0.05 g/L過氧化氯保鮮復合處理南美白對蝦，發(fā)現(xiàn)在-4 ℃時16 d貯藏期內能使南美白對蝦的感官品質、色差保持最佳，且PPO活性均顯著低于流化冰處理組；鄧倩琳等[50]從南美白對蝦頭胸部制備粗酶液后，對其進行超高壓與高密度CO2聯(lián)合處理，發(fā)現(xiàn)其經500 MPa處理后在4 ℃貯藏6 d，樣品PPO發(fā)生不可逆的變性失活。ZHANG等[51]采用氣調保鮮(40% CO2+10% O2+50% N2)和酸性電解水處理凍藏(-18 ℃)南美白對蝦，發(fā)現(xiàn)其對蝦體色澤穩(wěn)定性具有積極作用。UDAYASOORIAN等[52]研究了葡萄柚籽提取物、葡萄籽提取物、石榴籽提取物、石榴皮提取物分別與氣調包裝(40% CO2+60% N2與30% CO2+10% O2+60% N2)結合對3 ℃貯藏下南美白對蝦色澤可接受度影響，研究發(fā)現(xiàn)經10 g/L石榴皮提取物結合40% CO2+60% N2氣調保鮮處理時可接受度最佳。QIAN等[53]研究發(fā)現(xiàn)將鮮南美白對蝦浸入含有0.05 g/L槲皮素、0.025 g/L肉桂酸與0.025 g/L 4-己基間苯二酚基質中時，發(fā)現(xiàn)白度值增加；若加以80% CO2+15% N2+5% O2氣調保鮮，則可協(xié)同減輕蝦體黑變。ALEX等[54]用1 mg/L臭氧水浸漬10 min后采用100% CO2包裝，結果發(fā)現(xiàn)，12 d后其黑變值比未處理組樣品降低約50%。

3 結語

隨著國內外研究人員對南美白對蝦黑變機理研究的深入與保鮮技術的發(fā)展，科研人員已采用低溫等離子體等新型理化處理方式，通過抑制酶催化反應與微生物生長等來延緩其黑變。近年來，生物保鮮劑成為蝦類黑變抑制劑的研究熱點。首先，安全性是開發(fā)新型保鮮方式的第一要素，研究人員應在有效劑量與安全值間尋求平衡；其次，開發(fā)高效經濟的天然生物保鮮劑，并促進其產業(yè)化應用，且防黑變保鮮機制仍需進一步剖析。研究人員已開始對如上防黑變保鮮技術進行深度挖掘，采用靜電壓、超聲波等技術手段來預防其黑變。未來技術的發(fā)展將更趨于綜合性，即多種處理技術的優(yōu)化組合，進一步延長其貨架期，促進蝦類防黑變保鮮及其相關產業(yè)的發(fā)展。