Study on Microwave Sterilization Process and Quality Evaluation of Instant Crayfish (Procambarus clarkii)
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摘要: 为了开发高品质即食小龙虾产品的产业化加工方法，本文以896 MHz单模式工业微波杀菌系统为平台，研发了即食小龙虾的微波杀菌工艺。通过计算蒸煮值、持水性、质构分析、色泽分析、感官评定和电子舌滋味轮廓分析，研究微波加工对小龙虾品质的影响。结果表明，符合商业无菌要求的最低热处理程度为F0=2 min，对应的微波杀菌工艺为：系统压力0.2 MPa，微波功率6.5 kW，微波处理时间190 s，保温温度（120±1）℃，保温时间180 s，经处理后的即食小龙虾常温下货架期在6个月以上。较传统杀菌，总处理时间、冷点蒸煮值、表面蒸煮值分别减少了66.55%、34.40%、57.75%，持水性和质构特性显著优于传统杀菌组（P<0.05），不同杀菌处理组的脱壳完整率无显著性差异（P>0.05）。微波杀菌组虾肉色泽偏黄，而传统杀菌处理虾肉白度更高。在贮藏期内，微波杀菌组的滋味轮廓未发生明显变化，感官评分高于传统杀菌组。综上，微波杀菌技术可以用于常温即食小龙虾的生产加工中。Abstract: In order to develop the industrial process of high-quality instant crayfish (Procambarus clarkii) products, the microwave sterilization processes were designed based on the 896 MHz single-mode microwave sterilization system. Effects of microwave sterilization on crayfish quality were studied by calculating cooking value, water holding capacity, texture analysis, color analysis, sensory evaluation and taste profile analysis of electronic tongue. Study results indicated the sterilization conditions of keeping the microwave in power of 6.5 kW and pressure of 0.2 MPa, microwave treating for 190 s, holding at （120±1）℃ for 180 s could achieve the level of thermal lethality of F0=2 min, which was the minimum thermal lethality value satisfying the requirements of commercial sterility. The shelf life of the instant crayfish treated by the microwave sterilization process could be more than 6 months at room temperature. The total processing time, cooking value of cold spot and surface in microwave sterilization group were significantly reduced by 66.55%, 34.40%, and 57.75% than those of traditional sterilization treatments, respectively. Moreover, the water holding capacity and texture of crayfish in experimental microwave sterilization group were much higher compared to the traditional sterilization treated group (P<0.05), and there was no significant difference of ratio of intact tail were found in both groups (P>0.05). However, the color of muscle of crayfish treated with microwave sterilization turned yellower than that of traditional sterilization group. During the storage period, the taste profile of microwave sterilization group did not change significantly, and the sensory score of microwave sterilization group was higher than that of traditional sterilization group. In conclusion, microwave sterilization technology can be used in the processing of room-temperature instant crayfish products.
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Keywords:
- crayfish /
- microwave sterilization /
- thermal lethality /
- quality evaluation /
- shelf life
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淡水小龙虾，学名克氏原螯虾（Procambarus clarkii），虾肉蛋白质含量高、脂肪含量低，且富含微量元素。因其味道鲜美，深受消费者喜爱。大部分小龙虾通过鲜销烹饪途径被直接食用，加工程度低[1]。此外，小龙虾的季节性非常强，消费周期集中在每年4~8月份。因此，发展小龙虾加工业，不仅可以优化小龙虾的产业结构，而且能够改变小龙虾集中上市、消费的局面，满足消费者在其他季节对小龙虾的需求。目前市面上小龙虾产品主要以冷冻小龙虾为主[2-3]，加工方式一般为烹饪后进行冷冻处理，后续的贮藏和运输需要保持全程冷链，成本较高；此外，冷冻小龙虾在食用之前需要进行解冻和加热，而解冻后产品的品质会下降[4]。现代人们对于高品质、食用便捷的即食食品的需求日益增加，因此，如何生产高品质的即食小龙虾产品是当下小龙虾加工行业亟待解决的问题。然而基于热传导的传统杀菌工艺需要长时间的高温处理才能达到商业无菌的条件以满足即食食品的贮藏要求，会对小龙虾的品质造成较大破坏[5]，因此生产高品质的即食小龙虾产品需要新型杀菌技术的支持。
微波杀菌作为一种新型杀菌技术[6]，能够穿透甲壳对小龙虾进行整体快速升温，实现高温短时杀菌，降低长时间高温处理对小龙虾品质的破坏。已有研究使用家用微波炉对小龙虾进行杀菌处理[7-8]，但难以进行大规模产业化推广应用。国内有关工业微波杀菌技术的研究起步较晚，仅对虹鳟鱼[9]、三文鱼[10]等鱼类进行过低温微波杀菌，缺乏对高温微波杀菌和甲壳类水产品的杀菌研究。
因此，本研究以新鲜小龙虾为原料，旨在验证工业微波杀菌技术运用在甲壳类水产品产业化加工中的可行性，探究微波杀菌对小龙虾品质的影响，为水产品的微波加工提供了一定的技术支持。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
鲜活小龙虾 重量（25±5）g，体长8~10 cm，2020年6~8月份出产于江苏省宿迁市泗洪县；轻质氧化镁、盐酸标准滴定液 均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；平板计数琼脂 上海吉至生化有限公司。
TA.XT Plus物性测试仪 英国Stable Micro System公司；Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪 丹麦FOSS公司；3nh-ys3060分光色差仪 深圳市三恩时科技有限公司；Jumbo 35真空包装机 荷兰HENKELMAN公司；DHP-360恒温培养箱 天津赛得利斯实验仪器制造厂；HX-320柜式蒸汽灭菌釜 德国Systec公司；PICOVACQ/1TC型无线温度传感器 法国TMI-ORION公司；ASTREE电子舌系统 法国Alpha M.O.S.公司；896 MHz单模式工业微波杀菌系统 上海海洋大学热加工中心，该系统如图1所示，配置896 MHz微波源和两个单模式微波加热腔，此外还包括传动系统，自动控制系统，可以实现高压环境下样品的连续载入和载出。
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图 1 单模式工业微波杀菌系统注：①样品载入区Carry in；②微波加热腔Microwave heating；③保温区Holding；④冷却区Cooling。Figure 1. Single mode industrial microwave sterilization system1.2 实验方法
1.2.1 小龙虾的预处理
挑选大小均匀、外观一致的小龙虾个体置于冰水中快速猝死，沥干水分后，两只一组，装入高温蒸煮袋进行真空包装，包装后的小龙虾样品置于4 ℃冰箱中备用，现取现用以保证新鲜度。为了排除香辛料的杀菌作用，本研究未对小龙虾进行调味，产品属于“原味小龙虾”系列。
1.2.2 微波杀菌工艺的选择
在罐头食品的杀菌工艺中，杀菌强度用热处理程度F值（thermal lethality value, F）进行量化评价[11]。对于低酸性罐头产品，推荐热处理程度为F0=3 min，可满足商业无菌要求[6]。本文以此为参考，探究适合小龙虾的热处理程度及对应的微波杀菌工艺。
1.2.2.1 不同F值的微波杀菌工艺
恒定微波功率6.5 kW，循环水温（122±1）℃，通过调节微波处理时长和保温时间，控制产品的热处理程度。参考前人研究[9-10]，结合前期的单因素实验，选定两种微波处理时长（150 s和190 s）和三种保温时间（180、200和220 s）进行全面实验，得到F0=0.5~4 min的微波杀菌工艺，每次杀菌处理10袋（20只）小龙虾，每组参数重复3次实验。对不同F值的微波杀菌小龙虾进行质构分析和感官评定，筛选出产品品质较好的微波杀菌工艺。
1.2.2.2 质构分析和感官评定
质构分析：小龙虾去头剥壳，使用TA.XT Plus物性测试仪测试虾尾样品的质构特性。测试部位为虾腹第一节和第二节肌肉，探头为P0.5，TPA模式，测试前速度1.0 mm/s，测试速度：1.0 mm/s，测试后速度：1.0 mm/s，压缩比：50%[12]。
感官评定：采取评分法，评分标准参照表1，感官评定小组由来自食品学院经过感官评定培训的12名学生组成，评估过程独立无互动。从形态、气味、滋味、口感四个维度对小龙虾品质进行评价。
表 1 感官评分标准Table 1. Standard of sensory evaluation指标评分（分） 形态 气味 滋味 口感 3 虾仁完整，容易剥离 香味浓郁 滋味鲜美 肉质紧密，弹性良好，耐咀嚼 2 虾仁基本完整 香味较淡 滋味较好 肉质松软，弹性一般，容易咀嚼 1 无法剥出完整虾仁 没有香味 滋味寡淡 肉质软烂，弹性较差，不耐咀嚼 1.2.2.3 商业无菌检验
常温即食小龙虾产品需要满足商业无菌要求，检测步骤参照食品安全国家标准《商业无菌检验》（GB4789.26-2013）[13]，将杀菌完成的小龙虾产品放在恒温箱中于（36±1）℃下保存，每组处理放置6袋平行样品，监测其性状是否发生改变，分别于第0、10、20、30 d测定菌落总数。
1.2.2.4 微波杀菌工艺优选
综合1.2.2.2和1.2.2.3优选出符合商业无菌要求且产品品质较好的微波杀菌工艺。
1.2.3 小龙虾的杀菌处理
根据微波杀菌工艺优选结果（1.2.2），选取F0=2 min作为目标热处理程度，分别通过微波杀菌和传统蒸汽杀菌对小龙虾进行处理，杀菌完成后小龙虾熟化至可食用状态。其中微波杀菌的工艺参数为：系统压力0.2 MPa，微波净功率6.5 kW，微波处理时间190 s，保温温度（120±1）℃，保温时间为180 s；传统杀菌（蒸汽杀菌）的工艺参数为：灭菌釜腔体内部到达121 ℃后保温300 s。每次杀菌处理10袋（20只）小龙虾，微波杀菌组和传统杀菌组各重复3次实验，杀菌完成后进行杀菌过程评价、货架期测定和品质评价。
1.2.4 杀菌过程评价
在杀菌过程中，食品内部各处所经历的热处理过程不同，故使用食品最热点和最冷点的蒸煮值进行整体评价。通过预实验探明杀菌处理中最热点位于虾体表面，最冷点位于虾仁中心。根据冷点的时间温度曲线，计算出冷点蒸煮值，而表面蒸煮值可以根据样品所处的环境温度计算。
使用PICOVACQ/1TC型无线温度传感器记录杀菌过程中小龙虾冷点位置的时间温度曲线。该传感器外表面为封闭的不锈钢，可以隔绝微波处理过程中电磁场对热电信号的影响[14-15]。将无线温度传感器沿垂直电场方向插入小龙虾冷点位置，测量并记录杀菌过程中的时间温度曲线，用于计算热处理程度和后续品质评价。
热处理程度F值（thermal lethality value, F）用以评价热处理过程对微生物的影响，是时间和温度对微生物的综合效应，计算公式如下[11]：
(1) 式中：T（t）为冷点的实时温度，℃；Tref为杀菌的目标温度，在高温杀菌工艺中一般为121 ℃；z为微生物的z值，即微生物的D值（Decimal reduction time，D）每改变一个数量级所需要升高或者降低的温度，在高温杀菌中一般取肉毒梭状芽孢杆菌（Clostridium botulinum）的Z值[16]，即为10 ℃；t为热处理时间，min；当目标温度取121 ℃时，一般将F值记为F0，min。
蒸煮值C（Cook value，C）用以评价热处理过程对食品品质的影响，是时间和温度对食品组分的综合效应，计算公式如下[17]:
(2) 式中：T（t）是冷（热）点的实时温度，℃；Tref是参考温度（100 ℃）；z值用以衡量食品中营养成分的耐热性，通常为33.1 ℃[13]；t为热处理时间，min。
1.2.5 货架期测定
1.2.5.1 菌落总数（TVC）
菌落总数的测定参照食品安全国家标准《菌落总数测定》（GB 4789.2-2016）[18]，小龙虾样品完成杀菌处理后置于常温（20±5）℃下保存，每组处理放置6袋平行样品，分别于第0、1、2、3、4、5、6月测定菌落总数。
1.2.5.2 挥发性盐基氮（TVB-N）
TVB-N是评价水产品新鲜度和品质的重要指标，可用于测定产品的货架期[19]。TVB-N含量的测定参照食品安全国家标准《食品中挥发性盐基氮的测定》（GB 5009.228-2016）[20]，小龙虾样品完成杀菌处理后置于常温（20± 5）℃下保存，分别于第0、1、2、3、4、5、6月测定TVB-N含量。
1.2.6 品质评价
1.2.6.1 汁液流失率、加压失水率及脱壳完整率
汁液流失率：取新鲜小龙虾样品，用滤纸吸除表面水分，称重记为m1，装入蒸煮袋抽真空。杀菌后取出，用滤纸吸干表面水分，称重记为m2，汁液流失率计算公式为[21]：
(3) 加压失水率：加压失水率用以表征咀嚼过程中食品持水性的大小。参考Farouk等[22-23]加压滤纸法并加以调整，用滤布包裹准确称量的虾仁样品，夹在20张直径为11 cm滤纸中间，在滤纸上施加35 kg的压力，保持5 min后取出虾仁测定质量，加压前后虾仁质量分别记为m1和m2，加压失水率计算公式为:
(4) 脱壳完整率：参考范海龙等[7]方法，小龙虾经过杀菌处理后进行手工脱壳，虾尾总数计为n1，脱壳后形态完整的虾尾数为n2，脱壳完整率计算公式为：
(5) 1.2.6.2 色泽分析
虾肉色泽采用手持式色差仪进行测定，采用L*a*b*表色系统进行色差分析，其中L*代表亮度值，L*=0，表示黑色，L*=100，表示白色；a*代表红度值，a*>0表示红度，a*<0表示绿度；b*代表黄度值，b*>0表示黄度，b*<0表示蓝度。使用前用黑板和白板校正色差仪，虾尾剥壳取虾肉，用色差仪测定表面的L*、a*、b*值，每份样品测定6个不同点取平均值。
1.2.6.3 感官评定
感官评定采取评分法，评分标准参照表2，感官评定小组由来自食品学院经过感官评定培训的12名学生组成，评估过程独立无互动。从外观、气味、色泽、肉质四个维度对小龙虾品质进行评价。
表 2 感官评分标准Table 2. Standard of sensory evaluation指标评分 龙虾外观 龙虾气味 虾仁色泽 虾仁肉质 3 虾壳有鲜红色光泽，虾体无黑色斑点，汁液透明 鲜香，无异味 虾肉亮白 虾肉完整，弹性良好 2 虾壳呈暗红色，无光泽感，虾体无黑色斑点，汁液透明 鲜味较淡，无异味 虾肉灰白 虾肉完整，弹性一般 1 虾壳发白或发黄，出现少许黑色斑点，渗出液浑浊 具有淡淡的氨味，无臭味 虾肉偏灰，无光泽 虾肉松散，弹性较差 0 虾壳暗淡，虾体有黑色斑点，渗出液发黑 强烈的氨味和臭味 虾肉发黑 虾肉软烂，不成形 1.2.6.4 电子舌滋味分析
取冷藏后的待测虾肉，准确称取2.00 g，按照1:25 （g/mL）的料液比加入蒸馏水，在冰浴条件下绞碎均质，然后超声5 min，浸渍30 min，15294 g冷冻离心15 min，上清液过滤，下层沉淀重复以上步骤，将两次滤液合并，定容至100 mL。取80 mL滤液倒入电子舌专用进样杯中进行测定。电子舌滋味分析采用ASTREE电子舌系统，测定前需要活化传感器并进行校准和初始化，传感器诊断通过后开始采样。每例样品数据采集时间为120 s，采样频率为1 Hz，取最后30 s测量的平均值作为该例样品在本次采样的结果，每次采样完成后用蒸馏水清洗传感器。循环采样7次，取最后4次的结果，以确保信号的稳定性。
1.3 数据处理
每个实验测定6个平行，使用SPSS 26软件进行数据分析和单因素方差分析（ANOVA），用Duncan多重比较分析差异的显著性，显著性水平取P<0.05，结果以“均值±标准差”表示，使用Origin 2021软件绘制图表。
2. 结果与分析
2.1 小龙虾的微波杀菌工艺
2.1.1 微波杀菌工艺参数
测试了不同的微波杀菌工艺参数，结果如表3所示。
表 3 小龙虾的微波杀菌工艺Table 3. Different microwave sterilization processes of crayfish目标F0（min） 微波功率（kW） 微波处理时长（s） 保温温度（℃） 保温时间（s） 实际F0（min） 0.5 6.5 150 119.7 180 0.5±0.08 1.0 6.5 150 119.1 200 1.0±0.06 1.5 6.5 150 119.9 220 1.5±0.10 2.0 6.5 190 120.6 180 2.0±0.09 3.0 6.5 190 121.0 200 3.0±0.11 4.0 6.5 190 120.8 220 4.0±0.13 采用单模式工业微波杀菌系统，工作频率896 MHz，微波功率6.5 kW，系统压力0.2 MPa。样品经传送带进入微波谐振腔，传送带速度决定着微波处理时长，保温温度由循环水浴控制，一般设定为目标杀菌温度（120±1） ℃。通过调节不同微波处理时长和保温时间的组合，得到F0值为0.5~4.0 min的微波杀菌工艺。
2.1.2 质构分析和感官评定
不同热处理程度（F0）虾仁的质构特性和感官评分如表4所示。
表 4 不同热处理程度（F0）虾仁的质构特性和感官评分Table 4. Texture and sensory evaluation of crayfish with different F0 valueF0（min） 硬度（g） 弹性 咀嚼性（g） 形态 气味 滋味 口感 0.5 1231±24.36a 0.77±0.02ab 722.83±19.10a 2.75±0.09a 2.65±0.08a 2.51±0.11a 2.83±0.04a 1 1135±26.34b 0.78±0.05ab 717.11±23.50ab 2.63±0.11ab 2.77±0.11a 2.47±0.14a 2.76±0.06b 1.5 1108±32.15b 0.81±0.04a 680.24±26.80b 2.62±0.07b 2.67±0.07a 2.32±0.08a 2.65±0.07c 2 955±41.55c 0.71±0.05bc 528.88±31.18c 2.51±0.11b 2.72±0.09a 2.37±0.13a 2.44±0.08d 3 866±55.48d 0.69±0.07c 507.91±35.32c 1.95±0.19c 2.84±0.15a 2.48±0.07a 2.03±0.13e 4 821±47.98e 0.65±0.05c 435.85±32.18d 1.31±0.21d 2.73±0.14a 2.47±0.12a 1.25±0.15f 注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）；表6、表8、表9同。 随着热处理程度的提高，虾仁的硬度、弹性和咀嚼性三种主要感官指标呈下降趋势。结合实际感官评定，各组样品均已熟化至可食用状态，不同F0值的样品气味和滋味无显著性差异（P>0.05），F0>2 min的样品肉质软烂，口感较差，F0≤2 min的小龙虾样品形态完整，肉质紧密，弹性和咀嚼性较好，具有较高的感官接受程度。
2.1.3 商业无菌检验
不同热处理程度（F0）小龙虾的商业无菌性检验结果如表5所示。
表 5 不同贮藏时间的菌落总数（（36±1） ℃）Table 5. Colonies number for different storage time（（36±1） ℃）F0（min） 杀菌前（CFU/g） 0 d（CFU/g） 10 d（CFU/g） 20 d（CFU/g） 30 d（CFU/g） 0.5 2.07×106 4.59×102 已腐败 − − 1.0 1.53×106 3.31×101 已腐败 − − 1.5 2.6×106 未检出 <10 已腐败 − 2.0 3.38×107 未检出 未检出 未检出 未检出 3.0 2.7×106 未检出 未检出 未检出 未检出 4.0 1.6×106 未检出 未检出 未检出 未检出 注：“−”表示样品已腐败未进行后续测定。 新鲜小龙虾的原始菌落数为106~107 CFU/g，经过F0=0.5 min或F0=1.0 min的微波杀菌工艺处理后，小龙虾样品中的微生物未被完全杀灭；经F0=1.5 min的微波杀菌工艺处理后的小龙虾未检出微生物，但是在（36±1） ℃下贮藏10 d后，样品中检出菌落，且在20 d内发生腐败，可能是因为小龙虾中存在耐热性更强的芽孢[24]，而F0=1.5 min的微波杀菌工艺无法杀灭虾体中的芽孢。小龙虾经F0≥2.0 min的微波杀菌工艺处理后在（36±1） ℃条件下培养30 d仍未检出微生物，说明F0≥2.0 min的微波杀菌工艺满足商业无菌的要求。
综上，通过商业无菌检验，确定了符合商业无菌要求的热处理程度为F0≥2.0 min。热处理程度越高，杀菌效果越强，但是虾肉的质构劣化越严重，故选定满足商业无菌要求下热处理程度最低（F0=2.0 min）的工艺作为最优微波杀菌工艺，具体参数为：微波杀菌系统功率6.5 kW，经190 s左右小龙虾核心温度升至（118±1） ℃，并在（120±1） ℃的循环水浴下保温180 s。
2.2 小龙虾的杀菌过程
杀菌过程中无线温度传感器记录的小龙虾冷点位置时间温度曲线如图2所示。
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图 2 不同杀菌方式的时间温度曲线Figure 2. Time-temperature profiles of different sterilization processes其中，OA1段为微波升温阶段，A1B1段为水浴保温（升温）阶段，B1C1段为冷却阶段；OA2段为蒸汽升温阶段，A2B2段为蒸汽保温阶段，B2C2段为冷却阶段。大功率微波加热系统无法精确控制加热终点温度从而得到稳定的F0值[25]，在实验中发现当微波加热冷点至121 ℃，热点温度将超过121 ℃而导致产品胀袋破裂。因此使用微波完成大部分升温过程（OA1段 25~115 ℃）后，利用（120±1） ℃水浴保温实现样品冷点115~121 ℃的精细升温（A1B1段），保证最终F0值为（2.0±0.1） min。不同杀菌方式对蒸煮值C的影响如表6所示。
表 6 不同杀菌处理后小龙虾的蒸煮值Table 6. Cook value of crayfish during different sterilization processes处理方式 F0（min） 冷点C值（min） 表面C值（min） 总杀菌时间（min） 微波杀菌 2.19±0.18a 18.23±1.53b 25.86±0.54b 9.2±0.51b 传统杀菌 2.00±0.06a 27.79±0.76a 61.21±0.43a 27.5±0.25a 微波杀菌和传统杀菌F0值分别为2.19 min和2.00 min，在微波热处理程度略大的情况下，微波杀菌总时间较传统杀菌减少了66.55%，冷点及表面蒸煮值分别减少了34.40%、57.75%。以上结果表明，微波杀菌能够显著缩短热处理时间（P<0.05），且对食品品质的影响更小。传统杀菌组冷点蒸煮值和表面蒸煮值相差较大，说明冷点刚达到灭菌标准时产品表面已过度加热。而微波杀菌组表面蒸煮值和冷点蒸煮值相差不大，说明微波加热更加均匀，能够实现小龙虾样品的整体加热，有效避免表面过热的问题。
2.3 即食小龙虾的货架期测定
2.3.1 菌落总数
测定常温（20±5）℃下不同贮藏时间内小龙虾的菌落总数，结果如表7所示。
表 7 不同贮藏时间下小龙虾的菌落总数（（20±5） ℃）Table 7. Colonies number of crayfish in different storage time（（20±5） ℃）贮藏时间（月） 0 1 2 3 4 5 6 未处理（CFU/g） 107 − − − − − − 微波杀菌（CFU/g） 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 传统杀菌（CFU/g） 未检出 未检出 未检出 <10 <100 104 108 注：“−”表示样品已腐败未进行后续测定。 新鲜小龙虾的原始菌落数为106~107 CFU/g，小龙虾经F0=2 min的热处理后，微波杀菌组和传统杀菌组均未检出菌落，说明两种处理方式均能够杀灭样品中的微生物营养体，满足基本的杀菌要求。传统杀菌组样品在常温贮藏3个月后出现菌落，在贮藏5个月后样品中菌落总数超过GB 10136-2015《食品安全国家标准动物性水产制品》中规定的菌落总数限量5.0×104 CFU/g[26]，已经失去食用价值。而微波杀菌组在常温下贮藏6个月内均未检出菌落，说明该工艺满足商业无菌的要求。该结果表明相同热处理程度下，微波杀菌比传统杀菌的效果更好，可能源自于微波的非热效应。
2.3.2 挥发性盐基氮（TVB-N）
动物性食品在贮藏过程中，酶和细菌会分解蛋白质产生氨以及胺类等挥发性含氮物质，称为挥发性盐基氮（TVB-N）[17]。TVB-N含量越高，表明食品中蛋白质和氨基酸被破坏的越多，一般水产品中TVB-N含量达到20 mg/100 g时，即认为是变质的标志[27]。本研究以TVB-N含量为指标测定小龙虾的货架期，杀菌后的小龙虾产品置于常温（20±5）℃下保存，样品的TVB-N含量随贮藏的时间变化如图3所示。
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图 3 即食小龙虾的挥发性盐基氮随贮藏时间的变化（20±5）℃Figure 3. TVB-N in instant crayfish during storage（20±5）℃在贮藏期间，所有样品的TVB-N值随时间缓慢上升，且微波处理组的样品TVB-N上升速率较慢。传统杀菌处理的样品在常温下贮藏四个月后TVB-N值超过淡水虾腐败限定值20 mg/100 g[26]，认为货架期已到终点不再适合食用。微波杀菌组样品常温下贮藏6个月，TVB-N值始终在限量范围内，说明其在常温下贮藏期在6个月以上，已经基本能够满足市场在小龙虾下市期间的需求，故未进行更长时间的测定。
综上，传统杀菌组即食小龙虾常温下货架期为3个月，微波杀菌组为6个月，同等热处理条件下微波杀菌处理能显著延长即食小龙虾产品的货架期，可能源自于微波杀菌过程中的非热效应。
2.4 虾尾的品质评价
2.4.1 汁液流失率、加压失水率及脱壳完整率
不同杀菌处理后，小龙虾汁液流失率和加压失水率如表8所示。
表 8 不同杀菌处理后小龙虾的持水性和脱壳完整率Table 8. Water holding capacity and ratio of intact tail of crayfish processed by different sterilization processes处理方式 F0（min） 汁液流失率（%） 加压失水率（%） 脱壳完整率（%） 微波杀菌 2.19±0.18a 11.36±1.03b 18.25±2.29a 82.34±9.29a 传统杀菌 2.00±0.06a 14.84±0.84a 12.58±1.56b 75.85±7.53a 汁液流失率可衡量杀菌过程对样品的破坏程度。加热导致蛋白质变性，暴露出原本位于分子内部的疏水基团，导致持水力下降或水分溢出[28]，杀菌后汁液流失率越大说明虾体组织流失越多，杀菌过程对虾体破坏越大。传统杀菌处理后小龙虾的汁液流失率显著高于微波杀菌处理后小龙虾汁液流失率（P<0.05），说明微波杀菌处理对小龙虾组织破坏更小，与蒸煮值C的计算结果一致。
加压失水率可反映虾肉组织的持水性，而持水性影响虾肉的嫩度、弹性等感官品质。大多数持水性蛋白存在于肌细胞内部，与这些蛋白结合的水会在外界压力（加压压榨或者口腔咀嚼）的作用下流出，加压失水率越高，说明肌肉组织蛋白结合的水越多，持水性越好[29]。微波杀菌处理后小龙虾加压失水率显著高于传统杀菌处理后小龙虾的加压失水率（P<0.05），可能是因为传统杀菌处理对小龙虾肌肉组织的破坏较大，过多的水分从肌肉细胞中流失，而微波杀菌处理对小龙虾肌肉组织破坏小，大部分水分得以保留在肌肉细胞内部。
脱壳完整率影响小龙虾的食用体验，微波杀菌组的脱壳完整率略高于传统处理组但不显著（P>0.05）。可能是因为在杀菌过程中，小龙虾处于密闭的蒸煮袋内，两种杀菌方式具有相似非水环境。在微波杀菌过程中，虾尾迅速升温脱水，加速了虾肉皱缩从而促进壳肉分离[30]。
2.4.2 色泽分析
食品色泽是重要的感官指标，影响着消费者对食品的偏好。不同杀菌方式对虾肉色泽的影响如表9所示。
表 9 不同杀菌处理对小龙虾色泽的影响Table 9. Effect of different sterilization processes on color of crayfish处理方式 L* a* b* 微波杀菌 64.35±1.52b 25.64±1.33a 26.97±1.32a 传统杀菌 72.84±1.26a 23.71±0.95b 23.58±1.18b 经过不同杀菌方式的热处理后，虾肉的L*、a*、b*值均有显著差异（P<0.05），微波杀菌组a*值和b*值较大，传统杀菌组L*值较大，说明微波处理有利于保持虾尾表皮的橘红色泽，但会导致虾肉色泽偏黄，而经过传统杀菌处理后虾肉白度更高。可能是微波杀菌过程中，虾肉组织更早达到高温状态，加快了美拉德反应，生成了显色物质。虾仁黄度值增加可能和虾黄在肌肉中流动渗透有关[7]。此外，微波杀菌组的色泽标准差较大，说明色泽分布不均匀，可能与水平方向上微波加热均匀性较差有关。
2.4.3 质构特性
小龙虾经两种杀菌方式处理后，虾肉的质构特性如图4雷达图所示，微波杀菌组虾仁在硬度、弹性、咀嚼性等方面均优于传统杀菌组。
硬度为质构探头挤压样品发生塑性形变的最大力量，影响样品硬度的因素比较复杂，包括含水量、含盐量、肌原纤维蛋白交联程度等[31]。微波杀菌组硬度较高可能是因为蛋白质经微波处理后变性凝固，而传统杀菌组硬度较低是因为热处理程度较高，蛋白质之间的氢键、二硫键等被破坏得更多，空间结构改变无法良好持肌肉形态[32]，在感官上表现为肉质软烂。
弹性反映虾肉经压缩变形后，去除压力后能恢复的程度。杀菌过程中，微波和高温会使蛋白质变性，使其失去原有回复力，进而引起虾肉弹性下降。微波杀菌组虾肉弹性显著大于传统杀菌组（P<0.05），说明传统杀菌过程中热处理对小龙虾质构的影响比微波杀菌过程中微波和高温的综合效应更大。
咀嚼性直观地显示出口腔在咀嚼样品至能吞咽程度的过程中的做功大小。微波杀菌组的咀嚼性高于传统杀菌组，主要和微波杀菌组小龙虾的硬度和弹性较高有关[23]。
总体来说，传统杀菌处理后小龙虾质地偏软，弹性差，不耐咀嚼；而微波杀菌处理后，小龙虾肉质紧实，弹性韧性好，咀嚼性佳，与传统杀菌处理相比，微波杀菌能够提供更好的产品质构特性。
2.4.4 感官评定
图5分别为龙虾外观、龙虾气味、虾仁色泽、虾仁肉质四个维度的感官评分，图6为感官评定总分：小龙虾经过两种不同的杀菌方式处理后，虾体外观和虾仁色泽无显著性差异（P>0.05），微波处理组小龙虾肉质较为紧实，具有焙烤香味，而传统杀菌组肉质较为软烂，虾肉味道寡淡，且汁液流失较多。随着贮藏时间的延长，两种杀菌处理的小龙虾感官评分逐渐下降，但微波杀菌处理的小龙虾感官评分始终高于传统杀菌组，且微波处理小龙虾的感官品质下降趋势更慢。在贮藏中后期，传统杀菌组虾壳偏白，壳肉分离，失去弹性，且出现淡淡的氨味，感官评定总分低于5分，已经不适合食用；而微波杀菌组小龙虾色泽鲜红，仅肉质稍有松散，总体食用品质仍较好。
2.4.5 电子舌滋味分析
ASTREE电子舌系统的传感器阵列由1个参比电极和7个化学选择性区域效应传感器组成，传感器对样品中的呈味物质具有交互敏感性，造成各传感器的原始响应信号间存在一定相关性[33]。故对采集到的原始数据通过主成分分析（PCA）进行数据降维，前三个主成分贡献率分别为87.15%、7.84%、1.63%，总贡献为96.62%，能够较好地还原样品的完整滋味信息。使用这三个主成分对不同贮藏时间下微波杀菌组和传统杀菌组的小龙虾样品进行聚类分析。结果如图7所示。
微波杀菌组和传统杀菌组滋味轮廓区分明显，在6个月的贮藏时间内，微波杀菌组的样品滋味轮廓差别不大，说明品质未发生明显变化。而传统杀菌组的样品在第三个月后开始出现分化，说明在该时段内品质发生较大变化，可能已经发生腐败。
3. 结论
利用896 MHz单模式工业微波杀菌系统，设计了常温即食小龙虾的微波杀菌工艺。通过商业无菌检验和货架期检测，确定了常温即食小龙虾在杀菌过程中的最低热处理程度为F0=2.0 min，对应的微波杀菌工艺参数为：系统压力0.2 MPa，微波功率6.5 kW，微波处理时间190 s，保温温度（120±1） ℃，保温时间为180 s，该工艺可在9.2 min内完成小龙虾的杀菌过程。与相同热处理程度的传统杀菌工艺相比，微波杀菌组的总处理时间、冷点蒸煮值、表面蒸煮值分别减少了66.55%、34.40%、57.75%。微波杀菌后样品的持水性高于传统杀菌处理组，质构特性较好，感官评分较高（P<0.05）。此外，微波杀菌组虾尾的脱壳完整率略小于传统杀菌组但无显著性差异（P>0.05）。在色泽方面，微波杀菌组虾肉色泽偏黄，对虾尾表皮的橘红色泽保留较好，而传统杀菌处理虾肉白度更高。电子舌分析表明，微波杀菌组和传统杀菌组滋味轮廓差异较大，在常温下6个月的贮藏期内，传统杀菌组在贮藏3~4个月后滋味轮廓发生明显改变，而微波杀菌组滋味轮廓没有发生明显变化。上述结果表明，经微波杀菌处理后的即食小龙虾产品在常温下货架期达6个月以上，品质保持良好，能够满足小龙虾下市期间的市场需求。
本研究基于上海海洋大学的单模式微波杀菌系统，利用新型微波技术实现了小龙虾的工业化杀菌处理，探索了中试规模的微波杀菌技术在小龙虾加工中的初级应用形态，为了排除调味料对杀菌效果的增益作用，未在口味上进行横向展开研究。理论上，增加调味料的小龙虾产品保质期会比本研究中的无添加原味小龙虾更长。后续可以进行工业放大和进一步的深入研究，例如：运用栅栏因子技术，进一步降低小龙虾的热处理程度和延长货架期；进行调味小龙虾的研发，开发适用于微波杀菌处理的小龙虾调味方法。
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图 1 单模式工业微波杀菌系统
注：①样品载入区Carry in；②微波加热腔Microwave heating；③保温区Holding；④冷却区Cooling。
Figure 1. Single mode industrial microwave sterilization system
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图 2 不同杀菌方式的时间温度曲线
Figure 2. Time-temperature profiles of different sterilization processes
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图 3 即食小龙虾的挥发性盐基氮随贮藏时间的变化（20±5）℃
Figure 3. TVB-N in instant crayfish during storage（20±5）℃
表 1 感官评分标准
Table 1 Standard of sensory evaluation
指标评分（分） 形态 气味 滋味 口感 3 虾仁完整，容易剥离 香味浓郁 滋味鲜美 肉质紧密，弹性良好，耐咀嚼 2 虾仁基本完整 香味较淡 滋味较好 肉质松软，弹性一般，容易咀嚼 1 无法剥出完整虾仁 没有香味 滋味寡淡 肉质软烂，弹性较差，不耐咀嚼 
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表 2 感官评分标准
Table 2 Standard of sensory evaluation
指标评分 龙虾外观 龙虾气味 虾仁色泽 虾仁肉质 3 虾壳有鲜红色光泽，虾体无黑色斑点，汁液透明 鲜香，无异味 虾肉亮白 虾肉完整，弹性良好 2 虾壳呈暗红色，无光泽感，虾体无黑色斑点，汁液透明 鲜味较淡，无异味 虾肉灰白 虾肉完整，弹性一般 1 虾壳发白或发黄，出现少许黑色斑点，渗出液浑浊 具有淡淡的氨味，无臭味 虾肉偏灰，无光泽 虾肉松散，弹性较差 0 虾壳暗淡，虾体有黑色斑点，渗出液发黑 强烈的氨味和臭味 虾肉发黑 虾肉软烂，不成形
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表 3 小龙虾的微波杀菌工艺
Table 3 Different microwave sterilization processes of crayfish
目标F0（min） 微波功率（kW） 微波处理时长（s） 保温温度（℃） 保温时间（s） 实际F0（min） 0.5 6.5 150 119.7 180 0.5±0.08 1.0 6.5 150 119.1 200 1.0±0.06 1.5 6.5 150 119.9 220 1.5±0.10 2.0 6.5 190 120.6 180 2.0±0.09 3.0 6.5 190 121.0 200 3.0±0.11 4.0 6.5 190 120.8 220 4.0±0.13
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表 4 不同热处理程度（F0）虾仁的质构特性和感官评分
Table 4 Texture and sensory evaluation of crayfish with different F0 value
F0（min） 硬度（g） 弹性 咀嚼性（g） 形态 气味 滋味 口感 0.5 1231±24.36a 0.77±0.02ab 722.83±19.10a 2.75±0.09a 2.65±0.08a 2.51±0.11a 2.83±0.04a 1 1135±26.34b 0.78±0.05ab 717.11±23.50ab 2.63±0.11ab 2.77±0.11a 2.47±0.14a 2.76±0.06b 1.5 1108±32.15b 0.81±0.04a 680.24±26.80b 2.62±0.07b 2.67±0.07a 2.32±0.08a 2.65±0.07c 2 955±41.55c 0.71±0.05bc 528.88±31.18c 2.51±0.11b 2.72±0.09a 2.37±0.13a 2.44±0.08d 3 866±55.48d 0.69±0.07c 507.91±35.32c 1.95±0.19c 2.84±0.15a 2.48±0.07a 2.03±0.13e 4 821±47.98e 0.65±0.05c 435.85±32.18d 1.31±0.21d 2.73±0.14a 2.47±0.12a 1.25±0.15f 注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）；表6、表8、表9同。
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表 5 不同贮藏时间的菌落总数（（36±1） ℃）
Table 5 Colonies number for different storage time（（36±1） ℃）
F0（min） 杀菌前（CFU/g） 0 d（CFU/g） 10 d（CFU/g） 20 d（CFU/g） 30 d（CFU/g） 0.5 2.07×106 4.59×102 已腐败 − − 1.0 1.53×106 3.31×101 已腐败 − − 1.5 2.6×106 未检出 <10 已腐败 − 2.0 3.38×107 未检出 未检出 未检出 未检出 3.0 2.7×106 未检出 未检出 未检出 未检出 4.0 1.6×106 未检出 未检出 未检出 未检出 注：“−”表示样品已腐败未进行后续测定。
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表 6 不同杀菌处理后小龙虾的蒸煮值
Table 6 Cook value of crayfish during different sterilization processes
处理方式 F0（min） 冷点C值（min） 表面C值（min） 总杀菌时间（min） 微波杀菌 2.19±0.18a 18.23±1.53b 25.86±0.54b 9.2±0.51b 传统杀菌 2.00±0.06a 27.79±0.76a 61.21±0.43a 27.5±0.25a
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表 7 不同贮藏时间下小龙虾的菌落总数（（20±5） ℃）
Table 7 Colonies number of crayfish in different storage time（（20±5） ℃）
贮藏时间（月） 0 1 2 3 4 5 6 未处理（CFU/g） 107 − − − − − − 微波杀菌（CFU/g） 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 传统杀菌（CFU/g） 未检出 未检出 未检出 <10 <100 104 108 注：“−”表示样品已腐败未进行后续测定。
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表 8 不同杀菌处理后小龙虾的持水性和脱壳完整率
Table 8 Water holding capacity and ratio of intact tail of crayfish processed by different sterilization processes
处理方式 F0（min） 汁液流失率（%） 加压失水率（%） 脱壳完整率（%） 微波杀菌 2.19±0.18a 11.36±1.03b 18.25±2.29a 82.34±9.29a 传统杀菌 2.00±0.06a 14.84±0.84a 12.58±1.56b 75.85±7.53a
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表 9 不同杀菌处理对小龙虾色泽的影响
Table 9 Effect of different sterilization processes on color of crayfish
处理方式 L* a* b* 微波杀菌 64.35±1.52b 25.64±1.33a 26.97±1.32a 传统杀菌 72.84±1.26a 23.71±0.95b 23.58±1.18b
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