热风、冷冻与超临界二氧化碳干燥对虾（Metapenaeus spp.）理化、微生物及感官品质影响的比较研究

《Food Chemistry》：Comparative study of hot-air, freeze, and supercritical carbon dioxide drying on the physicochemical, microbiological, and sensory quality of shrimp ( Metapenaeus spp.)

　　

鱼类和海鲜是高营养食品，提供易消化的蛋白质、必需氨基酸、维生素和矿物质。尽管营养价值显著，水产品极易腐败，这主要归因于其高含量的游离氨基酸、不饱和脂肪酸以及高酶活性，导致蛋白质降解和脂质氧化。为保持品质，需采取有效的加工保存策略。冷冻依赖高能耗冷链，而干燥则能降低水分活度并允许常温储存。热风干燥（AD）常用但高温会破坏微观结构；冷冻干燥（FD）品质佳但成本高且无法有效灭活微生物。超临界二氧化碳（scCO2）干燥作为一种绿色技术，在温和温度下直接提取水分，不仅保护热敏成分，还具有非热杀菌功效。尽管该技术已用于果蔬，但在海鲜中的研究仍有限。研究人员假设scCO2干燥能在有效脱水和灭活虾类微生物的同时，保持优于AD且接近FD的理化品质。

鱼类和海鲜是极具营养价值的食品，富含易消化的蛋白质、必需氨基酸、omega-3长链多不饱和脂肪酸以及维生素和矿物质。尽管营养丰富，水产品极易腐败，这主要是由其高水平的游离氨基酸、不饱和脂肪酸和强烈的酶活性加速了蛋白质降解和脂质氧化所致。因此，必须采取有效的加工防腐策略以维持其品质与安全。冷冻是最常规的保存方法，但严重依赖高能耗的冷链物流。干燥作为传统替代方案，通过降低水分活度并抑制微生物生长，不仅延长货架期，还允许常温储藏。热风干燥（AD）是最常用的脱水方法，但高温易导致水产品微观结构受损，劣化颜色、质地及营养品质。冷冻干燥（FD）通过冰晶升华产生多孔高品质产品，但能耗大、耗时长，且对微生物灭活效果有限。超临界二氧化碳（scCO2）干燥作为一种新兴绿色技术，在温和温度下将水分溶解于CO2超临界流体相中直接萃取，避免了热变性与结构坍塌，同时具有强大的非热微生物灭活能力。然而，目前关于scCO2干燥在海鲜基质中长期应用的研究极为匮乏。研究人员以高易腐的虾为模型，旨在全面探究scCO2干燥作为联合脱水与杀菌技术的潜力，并与AD及FD进行对比。假设表明，scCO2能实现有效脱水与杀菌，同时保持优于AD且接近FD的品质。该研究成果发表在《Food Chemistry》上。

关键技术方法：研究人员选取在印度西部和东部海域捕获的冷冻虾作为单一研究队列（以减少原料差异），将其分为三组分别进行scCO2干燥、AD和FD处理。利用带CO2循环的中试设备进行scCO2处理，条件为35°C及14 MPa。通过水活度仪、色差仪和质构分析仪评估理化与结构特性，结合顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME-GC-MS）鉴定挥发性有机化合物。对20°C常温储藏样本进行微生物平板计数以评估安全性，并在小规模装置内使用无害李斯特菌和屎肠球菌进行微生物挑战实验。最后，组织80名感官评定员使用九分嗜好度量表和勾选所有适用项（CATA）问卷进行评价。

研究结果：
1. 复水率（Rehydration ratio）：通过测量干燥后样本在4个月冷藏期的吸水能力发现，干燥方法显著影响虾的微观结构。AD样本复水率最低，归因于高温导致的蛋白质收缩与水通道阻塞。FD样本保持最高的复水率，其多孔网络促进了水分渗透。scCO2干燥的样本复水率介于两者之间且更接近FD，表明该技术能较好维持微观结构。
2. 理化性质（Chemicophysical properties）：
- 颜色测量：通过色差仪测定L*、a*、b*值及总色差（ΔE）发现，FD样本因低温处理色差最小。AD由于美拉德反应与虾青素释放呈现最高色差及明显的橙黄色。scCO2样本的多项颜色指标接近FD，展现了较AD更好的护色能力。
- pH测量：使用pH计监测发现，在整个储藏期，AD未能显著降低pH值。scCO2处理显著降低了样本的pH，最终降至7.77，低于AD的8.23和FD的8.33，这提示其可能具有更好的品质维持潜力。
- 挥发性有机化合物表征：采用HS-SPME-GC-MS分析复水虾中的挥发性成分。热力图与主成分分析（PCA）显示，干燥方法与储藏时间显著改变挥发性物质谱。AD样本中衍生自热降解和氧化的醛酮类物质含量更高。scCO2和FD样本的挥发性成分谱更为相似且稳定，尤其在储藏末期表现出较低的氧化挥发物积累。
- 质构分析：通过质构仪进行单次压缩测试得出，scCO2干燥的虾表现出最高的硬度值，而FD样本硬度最低且弹性较差。这与scCO2处理后形成的致密结构以及FD升华产生的大孔导致组织松散有关。
3. 微生物安全性：在20°C常温储藏期间对样本进行微生物平板计数。检测结果显示，解冻对照组初始微生物载量较高。scCO2处理在初始即表现出最强的杀菌力，将中温需氧菌降至1.57 Log CFU/g，将假单胞菌降至检测限以下。而AD和FD的杀菌效果有限。挑战测试证实了scCO2对所选非致病替代菌具有强灭活作用。
4. 一个月储藏后的感官分析：80名评议员的测试结果显示，FD与解冻对照组因其粉红外观与柔软多汁的口感受评最高。AD和scCO2样本得分相近且较低。主要差异体现在视觉与质构感官方面，scCO2样本因呈现偏白的外观及较高的硬度而降低了消费者接受度。

结论与讨论部分总结：本研究全面评估了scCO2干燥在虾类脱水中的长期应用潜力。研究表明，scCO2干燥不仅能在常温下实现长达4个月的微生物指标稳定，还对病原体替代菌展现出优异的灭活功效。同时，该方法在冷藏期间保持了较为稳定的理化品质，其颜色和复水能力接近FD，且较AD维持了更稳定的挥发性物质谱与更低的pH值。然而，scCO2处理导致了较高的硬度和偏白的色泽，这部分感官缺陷影响了消费者的整体喜好度。尽管存在一定局限性，scCO2干燥仍被证实是一种极具前景的海鲜加工替代技术。未来的研究需聚焦于感官特性的优化、脂质氧化的控制以及营养评估，以进一步满足市场期望。