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这篇综述聚焦甲壳类动物黑变病。详细阐述黑变病由多酚氧化酶（PPO）催化引发，分析其影响因素，介绍评估方法如感官评价和黑变病评分，总结抑制技术，为后续研究和甲壳类保鲜技术发展提供理论参考。
甲壳类动物黑变病的最新进展：黑变病的机制、评估方法及抑制技术
摘要
甲壳类动物的黑变病是由多酚氧化酶的催化作用引起的。这种情况在感官上有害，显著降低了产品的感知价值，并引起消费者的强烈不良反应。为了解决这个问题，本研究对黑变病的机制、促成因素、评估方法和缓解策略进行了全面的总结和更新。研究表明，黑变病的根本原因因甲壳类物种而异，并受某些酶的位置和活性水平影响。目前，大多数预防甲壳类动物黑变病的方法都集中在抑制或使多酚氧化酶失活。热处理技术会损害甲壳类产品的营养完整性和整体质量，而非热加工技术则有助于提高产品质量。然而，没有一种单独的技术能够完全预防黑变病，这凸显了继续研究更有效解决方案的必要性。
引言
过去，由于价格高昂，甲壳类动物的消费主要集中在高收入国家。但随着养殖虾产量的增加，价格下降，1961 年至 2019 年甲壳类动物的供应量增长了超过五倍（联合国粮食及农业组织，2022）。
对于常作为生食出售的甲壳类产品而言，消费者的视觉感知至关重要。外观是消费者判断甲壳类动物新鲜度的重要指标，而颜色是构成食物美感的关键因素之一，直接关系到消费者的接受度和购买意愿。甲壳类动物因其独特的烹饪魅力和丰富的营养价值而越来越受欢迎。这些水生生物是优质蛋白质、有益脂肪和重要矿物质等关键营养素的重要膳食来源。甲壳类动物含有脯氨酸、甘氨酸等独特氨基酸，以及功能性氨基酸牛磺酸。这些氨基酸与甲壳类食物特有的 “鲜味” 相关，是均衡营养饮食的基础（Rusanova 等人，2022）。例如，凡纳滨对虾（Penaeus vannamei）具有高蛋白、低脂肪的特点，还富含必需氨基酸和维生素（Bai、Fan、Zhu、Wang 和 Hou，2022；Ranjbari 等人，2019；Zhang 等人，2024） 。由于长链多不饱和脂肪酸（LC - PUFA）含量高，尤其是人体无法自行合成的必需营养素二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），甲壳类动物被公众视为营养丰富的食物（Kumar 等人，2018）。然而，由于含有多种营养物质，甲壳类动物的保质期有限（Olatunde 和 Benjakul，2018）。虾和蟹大多是季节性敏感的水产品，其产量和质量受季节因素影响很大，通常以活品或冷冻品出售（Yang 等人，2024）。活体运输成本高昂，只有不到 35% 的甲壳类商品以活品形式销售（Barrento、Marques、Pedro、Vaz - Pires 和 Nunes，2008；Xu 等人，2022）。
如果捕捞后的甲壳类动物保存不当，内源性酶会导致黑斑快速出现、肌肉软化和变质（Zhang、Chen 等人，2024；Zhang、Li 等人，2024；Zhang、Shi 等人，2024）。冷藏、冷冻和预煮的虾或蟹上出现黑斑，是储存和运输过程中特有的现象，与其他水产品不同。产品可能会出现不同程度的黑变（Liu、Liao 和 Xia，2023a，2023b；Lorentzen 等人，2020；Montero、Lopez Caballero 和 Perez Mateos，2008；Sae - leaw、Benjakul 和 Vongkamjan，2018）。例如，在冷藏前对太平洋白虾进行预煮，可能会降低多酚氧化酶（PPO）和蛋白酶的活性，从而延长黑变出现的时间，这与预煮时间相关。虽然高温可以有效抑制黑斑病，但会对烹饪产量产生负面影响。烹饪过程中残留的蛋白水解酶可将原 PPO 激活为 PPO，这可能导致预煮水生生物出现黑斑病。有必要进一步研究抗黑斑病剂与预煮的协同应用，以降低预煮虾中残留的 PPO 活性（Manheem、Benjakul、Kijroongrojana、Faithong 和 Visessanguan，2013；Manheem、Benjakul、Kijroongrojana 和 Visessanguan，2012）。野生和养殖的甲壳类动物都会出现黑变，影响头胸部的许多部位，包括鳃、腹部附肢、鳃上器和尾基部（Frischer、Landers、Walker、Powell 和 Lee，2022）。对于甲壳类动物来说，在冷藏储存和运输过程中，主要问题是黑变的发生。
黑变是甲壳类动物中特定酶激活产生的自然现象。目前的理论普遍认为，黑变是由多酚氧化酶的作用引发的，该酶将酚类物质氧化为醌，醌在氧气的作用下产生黑色素，从而出现视觉上的黑化效果（Arancibia、López - Caballero、Gómez - Guillén 和 Montero，2015；López Caballero、Martínez Alvarez、Gómez Guillén 和 Montero，2007）。近年来，讨论甲壳类动物黑斑成因的文献越来越多，包括物种、季节变化、温度差异、外伤等（Bono 等人，2010）。无论是虾还是蟹，黑变评估标准方法的原理都是感官评价。这种评价方法具有直观、样本基础广泛的优点，但主观性很强。甲壳类动物黑斑检测和分析技术的发展前景广阔。
产生黑斑的产品感官品质会大幅下降，发生这种变化的产品占出口总重量的 10%（Diouf 等人，2016）。近期研究主要集中在通过两种方法延长产品保鲜期以减少经济损失：抑制 PPO 酶活性和使用气调包装（MAP）。包装被视为支持零售层面即食产品营销的一种手段。其中，从包装中去除氧气可以减缓需氧腐败细菌的繁殖，从而延长产品的保质期。因此，真空包装、MAP 等形式被认为是保持或保存食品（包括易腐海鲜）质量的常用技术。然而，MAP 在应用于甲壳类动物保鲜时存在局限性。在高湿度环境中，单一的 MAP 可能因气体渗透性限制而导致局部厌氧条件，从而引起乳酸积累或特定耐 CO?微生物（如乳酸菌）的繁殖，进而加速质量恶化。MAP 与低温的联合应用可以有效弥补单一技术的不足。研究发现，低温（如 -2°C 过冷或 -18°C 冷冻）可降低酶促反应速率和微生物代谢活性，而 MAP 通过精确调节 O?/CO?/N?比例（如 30% CO?/50% N?/20% O?），进一步抑制多酚氧化酶（PPO）的氧依赖性催化机制（Ben - Asher 等人，2020；Sun 等人，2017；Temdee、Singh、Zhang 和 Benjakul，2022）。通过将特定的酶抑制与精细的气体成分管理（通常涉及增加 CO?或 N?水平）相结合，这些方法能够有效延缓酶促褐变反应，同时保持产品质量，显著减少表面黑斑的发展并延长保质期（Bono、Rusanova、Okpala 和 Nirmal，2025）。对于抑制甲壳类动物的黑变，传统的干燥或加热等热处理方法会降低产品的感官品质，并导致大量营养成分流失（Abel、Rotabakk 和 Lerfall，2022）。目前的研究倾向于使用温和加热方法（Lascorz、Torella、Lyng 和 Arroyo，2016）或非热方法（DeWitt 和 Oliveira，2016；Esmaeilian 等人，2021），不仅能最大限度地减少对营养成分和口感的损害，还具有更高的节能潜力（Wei 等人，2024）和环境可持续性（Mehdizadeh、Shahidi、Shariatifar、Shiran 和 Ghorbani - HasanSaraei，2022）。随着人们对生活质量要求的提高，许多用于食品保鲜的绿色防腐剂和保鲜包装也应运而生。然而，无论采用何种方法，黑变都无法完全消除。
基于上述信息，黑变对甲壳类动物影响显著，但该领域缺乏深入分析。因此，本文对黑变的机制、影响因素、评估方法和预防方法进行了全面总结和更新（图 1），旨在为后续研究提供理论基础，并为推进甲壳类动物保鲜技术提供参考（见表 1）。
酚氧化酶
酪氨酸酶（TYRs）是一类金属酶，它利用分子氧催化各种单酚氧化为邻二酚（甲酚酶 / 单酚酶活性），并随后将邻二酚氧化为相应的邻醌（儿茶酚酶 / 二酚酶活性）（Marusek、Trobaugh、Flurkey 和 Inlow，2006）。这些醌会自聚合或与其他物质反应，形成高分子量的黑色 / 棕色色素（黑色素）。文献中，具有甲酚酶……
物种
氨基酸序列中的特定区域通常与蛋白质的功能密切相关。通过分析这些序列，可以确定蛋白质的功能区域。这有助于研究人员了解蛋白质的功能，并推测其三维结构，因为结构与功能密切相关。不同科或物种对黑变发展的抗性水平不同，这是因为它们的代谢酶、抗氧化酶和氨基酸……
黑变评分
为了通过目视检查评估虾的黑变或黑化程度，通常需要至少 8 名经过专业训练、对黑斑变化敏感的评审员。评审员被要求给出黑变评分（0 - 10 分），其中 0 分表示无黑斑；2 分表示轻微（虾表面受影响面积不超过 20%）；4 分表示中度（虾表面受影响面积为 20 - 40%）；6 分表示明显（虾表面受影响面积为 40 - 60%）；8 分表示严重（虾表面受影响面积为 60 - 80%）；……
外部状态
颜色是最本能的视觉感受之一。一方面，色彩丰富的食物可以唤起人们的食欲，吸引人们的兴趣。另一方面，甲壳类动物独特的颜色代表着其品质和营养价值。香气会刺激感官，进而引发味觉联想。感官评价是评估加工或储存后产品对其颜色、风味和质地影响的可靠方法。它依赖于个人感知，并且……
黑变抑制技术
随着人们对食品质量要求的提高，抑制甲壳类动物黑变的技术也在不断进步。黑变抑制策略可分为物理方法和化学方法。物理方法主要包括超高压（UHP）技术、超声波、辐照等。化学方法主要基于各种化学防腐剂来达到抑制黑变的目的。但使用单一工艺可能并不总能有效预防……
结论与展望
黑变是甲壳类动物在储存和运输过程中发生的自然现象，由具有酚氧化酶活性的酶引发。与通常的主观感官评价评分标准相比，测量黑斑面积的方法更具说服力，自开发以来使用频率更高。目前，热处理技术会受到许多因素的影响，导致质量下降。非热加工技术因其能够……
CRediT 作者贡献声明
方田：写作 - 评审与编辑、写作 - 初稿、监督、资金获取。
伊明兰：写作 - 初稿、监督、调查。
艾玲曹：监督、写作 - 评审与编辑。
韦亮关：写作 - 评审与编辑、监督、概念化。
鲁云蔡：写作 - 评审与编辑、监督、项目管理、资金获取。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作的财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了浙江省农业农村厅 “三农九方项目”（2024SNJF060）、宁波市科技项目（2022S148）、宁波市重点研发项目（2024Z277）、浙江省基础公益研究计划（LGN22C200030）、温州市重大科技项目（ZN2021002）的支持。
