超高压对牡蛎开壳效果及品质变化的影响

贺兴禹 ,沈 建 ,欧阳杰 ,李彩璐 ,马田田

(1 广东海洋大学食品科技学院,广东 湛江,524088;2 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所,上海 200092)

牡蛎(OstreaeGigasthunberg),俗称生蚝,又称蚝、蛎黄、海蛎子等[1]。中国牡蛎养殖产量约581.9万t,占全世界牡蛎的80%以上,占中国海水产品养殖总量的26.3%,有着重要的经济价值[2]。养殖规模在不断扩大,加工量也在不断增加,为了满足日益增长的牡蛎加工量,需要对牡蛎进行适当的预处理,方便开壳取肉,缩短加工时间,减少加工成本。超高压技术早期用于食品的杀菌领域,随着研究的深入,超高压用于水产品辅助脱壳。如易俊杰等[3]发现超高压在鲍鱼脱壳过程中,不仅可以节约脱壳时间,其完整性也得到提高。Sravani等[4]报道超高压( 500 MPa,3 min,30℃ )处理对绿唇贻贝具有较好的脱壳效果且提高了绿唇贻贝的产量。叶韬等[5]研究发现超高压对小龙虾的脱壳效果较好,但认为高压处理可能导致肌原纤维蛋白发生变性,200 MPa 或 250 MPa 会使得蛋白发生适度变性,300 MPa 会导致蛋白发生明显变性。因此将超高压技术应用于脱壳时,不仅需要考察脱壳效果,还应该考虑压力对产品肌原纤维蛋白的影响。

目前已有将超高压技术应用于牡蛎开壳方面的相关报道,如He等[6]研究表明,超高压处理能有效地促进牡蛎脱壳,对太平洋牡蛎外观影响最小的最佳脱壳压力为240～275 MPa。Hsu等[7]发现250 MPa下高压处理太平洋牡蛎2 min,可保证100%的闭壳肌脱离且牡蛎外观保持完整。现有的研究报道主要集中在开壳工艺参数的研究和优化,超高压处理对牡蛎肉及闭壳肌蛋白变性的影响鲜见报道。

本研究以鲜活牡蛎为原料,研究了不同超高压压力对牡蛎开壳效果、牡蛎肉持水率、色泽、肌原纤维蛋白含量、Ca2+-ATPase活力、总巯基含量、羰基含量和表面疏水性的变化,探讨超高压参数对牡蛎开壳效果、牡蛎肉品质及肌原纤维蛋白品质特性的影响,为超高压技术在牡蛎开壳中的应用提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牡蛎质量均值160±20 g,购于上海市江杨水产市场(2 h内加冰运输至实验室);Ca2+-ATP酶试剂盒、总巯基试剂盒来自南京建成生物工程研究所;Bradford蛋白浓度测定试剂盒来自上海碧云天生物技术有限公司;氯化钾、氢氧化钠、乙酸乙酯、2,4-二硝基苯肼、乙醇、乙二胺四乙酸钠、盐酸胍来自国药集团化学试剂有限公司;三羟甲基氨基甲烷、马来酸来自上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

HPP.L1-500/10超高压设备,天津市华泰森淼生物工程技术有限公司;NR60CP色差仪,深圳三恩时科技有限公司;DK-S22恒温水浴锅,上海精宏实验设备有限公司;ACS-JC221电子秤,广东香山衡器集团;XS-105梅特勒电子天平,梅特勒-托利多国际贸易有限公司; SpectraMaxi3多功能酶标仪,美国美谷分子仪器公司;H1-16K台式高速冷冻离心机(转速 0～15 000 r/min),湖南可成仪器设备有限公司; LRH-70培养箱,上海齐欣科学仪器有限公司;FSH-2A 高速匀浆机,江苏创睿仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料处理流程

将鲜牡蛎清洗干净并擦干水分后进行超高压处理(压力设置为200、250、300、350、400 MPa,保压时间为1 min),并以手工开壳作为对照组。试验过程中记录开壳效果,并立即测定各类指标。

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 开壳效果

1)开壳率和开壳大小

参考欧阳杰等[8]的方法,统计开壳率和开壳大小,即将开壳刀具伸入经过处理的牡蛎壳,不需借助外力可自然伸入视为已开壳,不能伸入则为未开壳,统计已开壳的牡蛎数占试验组牡蛎总数的比例。两壳之间的距离即为开壳大小,由于每只牡蛎的开壳大小有所差异,因此开壳大小为处理组中的平均值。开壳率公式见式(1)。

Ys=N1/N2×100%

(1)

式中:Ys为开壳率;N1为处理组中开壳牡蛎的数量;N2为处理组中牡蛎的总数。

2)得肉率

参考Cruz-Rmero等[9]和李学鹏等[10]的方法并稍做修改,记录开壳后牡蛎肉和残留于牡蛎壳上肉的质量(M1、M2)。得肉率的计算公式(2)。

RM-S=(M1-M2)/M1×100%

(2)

式中:RM-S为得肉率;M1为开壳后牡蛎肉的质量,M2为开壳后残留于牡蛎壳上肉的质量。

3)持水率

将开壳得到的完整牡蛎肉擦干表面水分后放入填有滤纸的离心管中,在 2 000 r/min下离心 15 min(离心半径8 cm),记录离心前、后牡蛎肉的质量,贝肉持水率计算公式(3)。

W=(MN-MM)/MN×100%

(3)

式中:W为持水率;MN为离心前的牡蛎肉质量,MM为离心后的牡蛎肉质量。

4)色差

参考李龙飞[11]的方法,用色差仪测定牡蛎肉表面的L*(明暗度)、a*(红绿绝值,正编红,负偏绿)和b*(黄蓝色值,正偏黄,负偏蓝)值。对同一个牡蛎进行不同部位(腹部、背部)的测定,每个牡蛎测定10次,计算结果为测定的平均值。

1.3.2.2 牡蛎肌原纤维蛋白的生化特性

1)肌原纤维蛋白含量

根据杨肖杰等[12]的方法并稍做修改。分别称取1 g牡蛎肉和闭壳肌,加入10 mL 4℃蒸馏水冰浴匀浆2 min,离心(4℃,12 000 r/min,5 min,离心半径为6 cm,下同),留沉淀;加入 10 mL 4℃ 50 mmol/L KCL,冰浴匀浆后离心(4℃,12 000 r/min,5 min),留沉淀;加入10 mL 4℃ 0.6 mol/L KCL- 20 mmol/L Tris-马来酸(pH 7.0),均质混匀后于 4℃ 冰箱中放置 1 h,离心(4℃,12 000 r/min,20 min),取上清液。采用试剂盒检测提取的肌原纤维蛋白溶液的质量浓度。

2)肌原纤维蛋白的Ca2+-ATPase活性

按Ca2+-ATPase活性试剂盒进行测定。吸取0.1 mL稀释一定倍数后的肌原纤维蛋白加入3 mL混合试剂,37 ℃ 水浴反应10 min,离心(4℃,3 500 r/min,10 min),吸取0.15 mL上清液,加入定磷剂,室温反应 2 min,加入0.5 mL终止剂,混匀,室温反应 5 min,测定吸光度值,波长为636 nm。

3)肌原纤维蛋白的总巯基含量

按总巯基含量测定试剂盒进行测定。

4)肌原纤维蛋白的表面疏水性

参考Lyu等[13]的方法。将肌原纤维蛋白质量浓度调整至1 mg/mL,吸取1mL稀释液加入0.2 mL质量分数为1 mg/mL的溴酚蓝溶液,以0.6 mol/L KCL-20 mmol/L Tris-马来酸(pH 7.0)中加入0.2 mL质量分数为 1mg/mL的溴酚蓝溶液作为试剂空白组。振荡摇匀15 min,离心(10 000 r/min,15 min),吸取0.5 mL上清液,加入4.5 mL蒸馏水稀释,吸取0.2 mL稀释液,测定吸光度,波长为595 nm。按式4计算溴酚蓝结合量,μg/mg。

B=200×(A-a)/A

(4)

式中:B为溴酚蓝结合量;A为空白组吸光度;a为样品吸光度。

5)肌原纤维蛋白的羰基含量

参考陈启航等[14]的方法并略修改。取两支离心管,加入0.5 mL 肌原纤维蛋白,分别加入2 mL、10 mmol/L的2,4-二硝基苯肼(溶剂为2 mol/L HCl)和2 mL、2 mol/L的HCl,混匀后下避光反应1 h;待反应完成后再加入 2.5 mL、20%三氯乙酸,离心(4 ℃,12 000 r/min,5 min),保留沉淀;向沉淀中加入2 mL 乙醇:乙酸乙酯(1:1)混合液,离心(4℃,12 000 r/min,5 min),该步骤重复3次,保留沉淀;向沉淀中加入6 mL、6 mol/L 盐酸胍溶液,室温下反应10 min后再离心(4 ℃,12 000 r/min,5 min),测定上清液吸光度值,波长为370 nm。

1.3.3 数据处理与分析

每组试验平行测定3次,采用 SPSS 27和Excel对试验结果进行整理分析,使用Origin 2021软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 超高压处理对牡蛎开壳效果的影响

表1显示了不同压力条件对牡蛎开壳效率的影响。试验发现,随着超高压压力的增加,开壳率逐渐增大,而牡蛎的开壳大小和得肉率先提高后下降。当压力增加至300 MPa时,牡蛎的开壳率为100%,得肉率和开壳的程度最大,为98.48%和2.30 cm。人工开壳的牡蛎闭壳肌会因为难以剥离而残留于牡蛎壳上,而超高压后的牡蛎大部分闭壳肌会和牡蛎壳分离,可能是牡蛎壳和肉之间的蛋白在超高压作用后发生变性,牡蛎壳和肉更容易分离,因此得肉率会更高[14]。超过350 MPa时得肉率和开壳大小降低,这与李学鹏等[10]的研究较为一致。开壳的大小主要影响取肉的效率,开口较小时需将牡蛎壳分开获得牡蛎肉,延长获取牡蛎肉的时间。综上所述,适当的压力条件可提高牡蛎的开壳率、开壳大小以及得肉率。

表1 超高压对牡蛎开壳效果的影响Tab.1 Effect of ultra-high pressure on the effect of oyster shelling

2.2 超高压处理对牡蛎持水率的影响

水分含量可影响人们对产品的口感[15]。如图1所示。

图1 超高压对牡蛎持水率的影响Fig.1 Effect of ultra-high pressure on water holding capacity of oysters

与手工脱壳相比,超高压处理使牡蛎持水率增加,且随着压力的增加,牡蛎持水率呈先增大后减小的趋势。在200～300 MPa时,牡蛎的持水率随着压力的增大而逐渐增大,在300 MPa时牡蛎持水率最高,为14.69% 。而当压力大于300 MPa后,牡蛎的持水率反而会随着压力升高呈下降趋势。这与李学鹏等[10]的研究结果较为一致。黄万有[16]认为适宜的压力会导致蛋白质水化,从而提高肌肉蛋白持水能力,而当压力过高时,细胞受损,造成汁液流失,持水能力下降。综上所述,说明适宜的超高压压力可以提高牡蛎肉的持水能力。

2.3 超高压处理对牡蛎色差的影响

色泽直接影响消费者的购买意愿。从表2可以看出,生鲜牡蛎腹部和背部的L* 值分别为70.07和73.71,超高压处理后的L* 值在71.28～73.36、74.58～76.02之间,显著高于手工开壳组(P<0.05),随着压力增大牡蛎L* 值逐渐增加。这可能是由于压力过高,牡蛎肉的表面蛋白变性凝聚导致成分发生改变,影响了光的反射,从而使得亮度增加。腹部和背部的a* 值和b* 值随着压力的增大而减小,均显著低于手工开壳组(P<0.05)之间变化较小,但200～300 MPa 之间不存在显著性差异。综合对比5组牡蛎色差值ΔE,当压力为200～300 MPa时,ΔE较小,350～400 MPa 时ΔE较大,说明压力在350～400 MPa 条件下得到的牡蛎与对照组颜色差别较大。综上所述,超高压处理使蛋白质结构和表面性质变化,导致牡蛎表面光学反射率改变,进而影响牡蛎色泽[17]。

表2 超高压对牡蛎色差的影响Tab.2 Effect of ultra-high pressure on oyster color difference

2.4 超高压处理对牡蛎肉和闭壳肌中肌原纤维蛋白含量的影响

由图2 可知,牡蛎肉和闭壳肌中肌原纤维蛋白含量均呈下降趋势。

图2 超高压处理对牡蛎肉和闭壳肌中肌原纤维蛋白含量的影响Fig.2 Effect of ultra-high pressure treatment on myofibrillar protein content in oyster meat and occlusive muscle

其中闭壳肌中肌原纤维蛋白下降程度较为显著,与对照组之间差异显著(P<0.05)。而牡蛎肉中的肌原纤维蛋白含量变化较为缓慢,200 MPa和250 MPa 时与对照组无显著性差异(P>0.05),当压力大于350 MPa时,含量较低。这与王芝妍等[18]的研究报道较为一致,超高压处理后的肌原纤维蛋白含量会降低。赵宏强等[19]认为高压会改变分子间的相互作用键和蛋白质的构象会在高压条件下发生改变,导致蛋白质变性、凝集,影响其盐溶性。郭丽萍等[20]证实经超高压处理,蛋白质溶解性和分子量会降低,同时导致蛋白构象发生改变,促使蛋白质间发生一定程度的絮集,促进肌原纤维蛋白溶出,从而影响肌原纤维蛋白含量。

2.5 超高压处理对牡蛎肉和闭壳肌中肌原纤维蛋白Ca2+-ATPase 活性的影响

肌原纤维蛋白Ca2+-ATPase活性主要由原肌球蛋白提供,一般Ca2+-ATPase活性的降低则意味着原肌球蛋白Ca2+-ATPase位点的丢失,即相应构象发生改变[21-22]。

由图3可知,与手工开壳相比,牡蛎肉和闭壳肌中的 Ca2+-ATPase 活性在超高压处理后均呈现下降趋势,200～400 MPa闭壳肌分别下降了7.7%、12%、16%、67%、77%,牡蛎肉分别下降了4.3%、 8.6%、28.6%、48.6%、68.6%。下降程度随着压力的增大而增大,当压力超过300 MPa 后,Ca2+-ATPase 活性急剧下降,300～400 MPa时,闭壳肌Ca2+-ATPase 活性比肉更低,可见牡蛎闭壳肌中肌原纤维蛋白Ca2+-ATPase 对压力和肉相比较为敏感。崔燕等[23]研究证实,南美白对虾经过超高压处理后肌原纤维蛋白构象改变,导致Ca2+-ATPase 活性降低。

图3 超高压处理对牡蛎肉和闭壳肌中肌原纤维蛋白Ca2+-ATPase 活性的影响Fig.3 Effect of ultra-high pressure treatment on myofibrillar protein Ca2+-ATPase activity in oyster meat and occlusive muscle

2.6 超高压处理对牡蛎肉和闭壳肌中肌原纤维蛋白总巯基含量的影响

巯基具有强还原性,是一种具有弱二级键的基团,对保持蛋白质的三级结构具有重要作用,可以通过测定蛋白质中巯基的含量判断蛋白质三级结构的变化情况,当巯基暴露于外部环境时往往会被氧化成二硫键而失去其性质[24]。

如图4所示,肌原纤维蛋白总巯基含量随压力的增大逐渐下降,200 MPa时对照组总巯基含量与闭壳肌存在显著性差异,而和牡蛎肉无显著性差异(P>0.05)。但当压力超过250 MPa时,闭壳肌和牡蛎肉的总巯基含量均显著下降(P<0.05),在400 MPa时,分别比手工开壳组低47%、34%。这与李长乐[25]的报道结果较一致。研究结果表明在压力作用下牡蛎肌原纤维蛋白的三级结构受到了破坏导致巯基暴露出来,与氧气发生反应形成了二硫键,从而导致总巯基含量减少[14]。

图4 超高压处理对牡蛎肉和闭壳肌中肌原纤维蛋白总巯基含量的影响Fig.4 Effect of ultra-high pressure treatment on total sulfhydryl content of myofibrillar protein in oyster meat and occlusive muscle

2.7 超高压处理对牡蛎肉和闭壳肌肌原纤维蛋白表面疏水性的影响

蛋白质分子内部疏水基团的暴露程度主要通过测定表面疏水性值进行判断[26]。从图5可看出,牡蛎肉和闭壳肌中肌原纤维蛋白的表面疏水性在超高压处理后均显著升高(P<0.05)。

图5 超高压处理对牡蛎肉和闭壳肌肌原纤维蛋白表面疏水性的影响Fig.5 Effect of ultra-high pressure treatment on surface hydrophobicity of myofibrillar protein in oyster meat and occlusive muscle

200～400 MPa 处理后牡蛎闭壳肌中的表面疏水性值分别升高了 38%、41%、44%、47%、48%,牡蛎肉中表面疏水性分别上升了25.67%、30.27%、39.81%、42.37%、49.59%。郭丽萍等[20]、Zhang等[27]研究表明压力与表面疏水性呈正相关,折叠态的肌球蛋白分子受压后开始伸展,蛋白质内部的疏水残基暴露出来,疏水性升高。与金婧彧等[28]的报道研究一致。

2.8 超高压处理对牡蛎肉和闭壳肌肌原纤维蛋白羰基含量的影响

羰基是评估蛋白氧化的相关标志物[29]。从图6可以看出,与对照组相比,牡蛎肉和闭壳肌中的羰基含量在超高压开壳处理后均显著升高(P<0.05),且随着压力的增大呈上升趋势。

图6 超高压处理对牡蛎肉和闭壳肌肌原纤维蛋白羰基含量的影响Fig.6 Effect of ultra-high pressure treatment on the carbonyl content of myofibrillar protein in oyster meat and occlusive muscle

200～250 MPa范围内羰基含量变化无显著性差异,在400 MPa时羰基含量最高,牡蛎肉和闭壳肌肌原纤维蛋白分别比对照组升高了49.1%和54.5%,说明了牡蛎肌原纤维蛋白发生了氧化变性。师希雄等[30]发现藏羊肉羰基在超高压处理后含量显著增多(P<0.05),即超高压处理促进了蛋白质氧化。Marcos等[17]认为可能是更高的压力使蛋白系统缩至更小的摩尔体积,形成较大的不溶性蛋白聚集体,影响了蛋白质的结构,引起各种氧化酶产生活性氧和非氧自由基。

3 结论

通过超高压(200～400 MPa)对牡蛎开壳试验发现,牡蛎具有良好的开壳效果。超高压开壳后的牡蛎颜色较生鲜牡蛎偏黄,当压力大于350 MPa 时牡蛎颜色与对照组差别较大。肌原纤维蛋白表面疏水性和羰基含量随着压力的增大逐渐增加,肌原纤维蛋白含量、Ca2+-ATPase活性以及总巯基含量逐渐降低,均与对照组存在显著性差异。综合超高压处理对牡蛎的脱壳效果、品质等指标,本研究建议300 MPa保压1 min的高压处理适宜于鲜活牡蛎开壳的参数。超高压处理对开壳后牡蛎的蛋白结构特性还有待进一步研究。