牡蛎是中国的第一大养殖贝类，2020年其养殖产量达542万吨，约占贝类总产量的1/3^[1]。牡蛎肉质鲜美，蛋白质及糖原含量丰富，富含多种维生素及铜、铁、锌、碘等微量元素，具有很高的营养价值^[2-4]。个体大的牡蛎通常以鲜销为主，个体较小的牡蛎则部分进行加工后销售，加工产品主要有鲜牡蛎肉、冻牡蛎肉、牡蛎干、牡蛎罐头以及牡蛎提取物加工成的保健品等，无论加工成哪种产品，开壳都是首要且必不可少的一道工序^[5-6]。由于牡蛎的品种多样，形状及规格差异较大，同时牡蛎壳厚且重，表面凹凸不平，闭壳肌极为发达，闭壳张力大，要将牡蛎肉从壳中取出并不容易。目前，牡蛎开壳主要采用人工的方式，人工开壳的牡蛎品质好，保持生鲜状态，但开壳效率低，劳动强度大，需要大量的劳动力。随着人口老龄化的日趋严重及劳动力成本的不断增加，人工开壳已经无法满足实际生产的需求，亟需突破机械化开壳技术与装备^[7-8]。

国内外有一些关于牡蛎开壳的研究报道，刘志杰等^[9]利用高温蒸汽喷射对牡蛎进行开壳，发现喷射距离10 cm，喷射时间20 s，加热总时间60 s的开壳效果最好，此时牡蛎肉内部的温度为38~50 ℃；DANIEL等^[10]先利用蒸汽进行加热，再通过氮气、二氧化碳或冰水快速冷却，可使牡蛎肉脱肉率达85%以上；HSU等^[11]用超高压处理牡蛎，在250 MPa压力下处理2 min，可使牡蛎脱壳并保持外观完整；李学鹏等^[12]采用超高压对牡蛎进行开壳，并分析了超高压脱壳的工艺参数及对品质的影响，研究结果表明，超高压在使牡蛎开壳的同时还能一定程度地杀灭牡蛎肉表面的微生物；此外，还有学者研究了超高压处理对牡蛎理化特性^[13-14]、微生物^[15]和货架期^[16]的影响；有加工企业采用蒸煮加热的方式使牡蛎开壳，再通过离心、振动等方式使壳和肉分离来制取牡蛎干；此外还有文献报道采用微波、激光、高压电场、冷冻等、超声波等方式对牡蛎进行开壳或辅助开壳^[17-23]。但以上研究多集中在开壳工艺参数的研究和优化，对不同开壳方式的开壳效率、品质对比、可行性等的综合分析较少。

为了探明不同开壳方式对牡蛎开壳效率和品质的影响，采用水煮、蒸煮、微波、超高压和电击5种不同开壳方式对牡蛎进行开壳，以开壳率、张壳大小作为开壳效率的评价指标，以生鲜度、汁液损失率、闭壳肌蛋白质变性程度作为品质评价指标，旨在分析这5种开壳方法应用于牡蛎开壳的可行性，并筛选出适宜的牡蛎开壳方法，为牡蛎开壳装备的研发提供理论技术和数据支撑。

1.   材料和方法

1.1   材料与仪器

鲜活太平洋牡蛎　质量均值（150±10）g，山东荣成荣金牡蛎养殖合作社（泡沫箱加冰运输至实验室，为尽量减少样本误差，挑选活力好，形状、大小、质量接近的牡蛎备用）；氯化钠　分析纯，国药集团化学试剂有限公司；海水晶　潍坊强隆化工有限公司；超微量Ca-ATP酶试剂盒　南京建成生物工程研究所。

RS-ZF08L蒸煮柜　荣事达；LDZM-40KCS-Ⅱ杀菌锅　上海申安医疗器械厂；M1-L213B微波炉　美的集团股份有限公司；HPP.L1-600/5超高压设备　天津华泰森淼生物工程技术股份有限公司；NHWY高压脉冲电源　济南能华机电设备有限公司；BD-518HD冰箱　海尔集团公司；XS105分析天平　梅特勒托尔多集团公司；DK-S22恒温水浴锅　上海精宏实验设备有限公司。

1.2   实验方法

1.2.1   开壳方法

采用蒸汽蒸煮、水煮、微波、超高压、电击5种开壳方式对牡蛎进行开壳，通过查阅文献和开展预实验，确定本试验中5种开壳方式最适宜的工艺参数（具体条件和参数如下），每个试验组10个牡蛎，每次试验重复三次，统计各开壳条件下牡蛎的开壳情况。

1.2.1.1   蒸煮开壳

以蒸汽发生器作为蒸汽源，蒸汽压力设置为0.3 MPa，通过减压阀减压后，将蒸汽管道接入蒸煮锅，牡蛎平铺于蒸煮锅内，蒸汽由下往上直喷，蒸汽温度105 ℃左右，蒸煮时间分别设置为15、30、60、120、180、240 s。蒸煮试验装置示意图如图1所示。

图  1  蒸煮试验装置示意图

Figure  1.  Schematic diagram of cooking apparatus

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1.2.1.2   水煮开壳

将蒸煮锅内的水加热到沸腾后将牡蛎放入，水面覆盖牡蛎超过2 cm；水煮时间分别设置为15、30、60、120、180、240 s。

1.2.1.3   微波开壳

根据预实验结果，采用微波炉高火（功率800 W）对牡蛎进行开壳；微波加热时间分别设置为15、30、60 s。

1.2.1.4   电击开壳

将牡蛎放置于盐度为3.2%的配制海水中，采用高压脉冲电源对牡蛎进行通电电击，电击模式采用间歇通电模式，根据预实验结果，选用电压300 V，通电3 s，停顿2 s，往复操作^[24]，每次试验通电时间分别设置为15、30、60、120、180、240 s。

1.2.1.5   超高压开壳

将牡蛎装入密封袋，放入超高压设备的物料筒，根据预实验结果，设定压力300 MPa，超高压时间分别为15、30、60、120、180 s。

1.2.2   指标测定方法

1.2.2.1   开壳率

用厚度为1.5 mm的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实验组牡蛎总数的比例。

1.2.2.2   张壳大小

采用游标卡尺测量开壳后的牡蛎张壳最大部位的尺寸，按照2 mm以下、2~5 mm、5.1~10 mm、10 mm以上几种规格进行分类统计并分析。

1.2.2.3   生鲜度

采用感官评价，组成10个人的感官评定小组，以人工开壳的鲜活牡蛎作为对照组，感官评分设为10分，其他开壳方式的牡蛎以此进行对照感官评定评分标准见表1^[25]。

表  1  牡蛎肉感官评价评分标准

Table  1.  Scoring standard for sensory evaluation of oyster meat

感官评分（分）	评分标准
9~10	整体呈乳白色，表面湿润，呈透明色，富有光泽，边缘成自然褶皱状，无缩水，肌肉按压弹性小，壳上汁液呈透明色
6~8	整体呈乳白色，略带黄色，表面较湿润，透明中略带乳白色，较有光泽，边缘有轻微缩水，肌肉按压略有弹性，壳上汁液呈透明色略带乳白色
3~5	整体呈黄白色，表面较干涩，贝肉呈椭圆状，缩水较严重，光泽较暗，肌肉按压略弹性较好，壳上汁液呈乳白色
0~2	整体呈黄白色，表面干涩，贝肉呈椭圆状，缩水严重，光泽较暗，肌肉按压略弹性好，壳上汁液呈乳白色

下载: 导出CSV 

| 显示表格

1.2.2.4   牡蛎肉温升

将热电偶插入牡蛎肉的中心部位，分别测定开壳前和开壳后牡蛎肉的温度，开壳后温度与开壳前温度的差即为温升。

1.2.2.5   汁液损失率

牡蛎开壳前，用滤纸吸干牡蛎表面的水分，用电子天平称重，重量记为W，牡蛎开壳处理后，用滤纸吸干牡蛎表面的水分，用电子天平称重，重量记为W₁，$\mathrm{汁}\mathrm{液}\mathrm{损}\mathrm{失}\mathrm{率}({\text{%}})=\displaystyle\frac{\mathrm{W}-{W}_{1}}{\mathrm{W}}$×100

1.2.2.6   蛋白变性程度

通过测定Ca²⁺-ATPase活性进行分析，Ca²⁺-ATPase活性的测定采用南京建成生物工程研究所研制的超微量Ca-ATP酶试剂盒进行测定。前处理与测定方法参考试剂盒说明书：取牡蛎肉组织块0.2 g放入5 mL的匀浆管中，加入1.8 mL0.86%的生理盐水，用组织捣碎机10000 r /min研磨制成10%组织匀浆，将制备好的10%匀浆液用4 ℃冷冻离心机2500 r/min离心15 min，取上清液，加入样本100 μL和混合试剂3 mL，37 ℃准确反应10 min，3500 r/min，离心10 min，取上清液150 μL加入定磷剂，室温静置2 min，加终止剂0.5 mL，混匀，室温静置5 min，采用分光光度计（636 nm波长，1 cm光径）比色，测定吸光值^[26]。

1.3   数据处理

上述所有数据均采用Excel统计，采用SPSS 22.0软件对结果进行单因素方差分析，P<0.05表示差异显著，P>0.05表示差异不显著。

2.   结果与分析

2.1   开壳方式对牡蛎开壳率的影响

开壳率是评价牡蛎开壳快慢的一个重要指标。由图2可看出，微波开壳率最高，微波加热15 s时，有60%的牡蛎开壳，30 s时90%的牡蛎开壳；60 s时牡蛎全部开壳；在本试验条件下，蒸煮和水煮牡蛎的开壳趋势相似，加热120 s后出现部分牡蛎开壳，240 s后牡蛎全部开壳，在开壳过程中，蒸煮的开壳率最多比水煮高20%左右；超高压60 s后部分牡蛎开始开壳，180 s时牡蛎全部开壳；电击开壳时，通电30 s后部分牡蛎开始开壳，180 s时开壳率达到60%，继续通电到240 s，牡蛎开壳率仍为60%，剩余的牡蛎没有进一步开壳。微波开壳效率快可能是因为微波加热时，物料内部的水分子进行不规则的剧烈运动，使物料由内向外同时加热^[27]，升温速率快，牡蛎闭壳肌的水分含量比较高，微波加热时，能在较短时间内达到闭壳肌的失活温度，使牡蛎迅速开壳；蒸煮和水煮开壳均属于热力开壳^[28-29]，通过加热使牡蛎闭壳肌蛋白变性失活从而实现开壳，蒸汽温度越高，开壳效率越快^[30]；超高压开壳是通过高压迫使闭壳肌失活，闭壳力下降，从而使闭壳肌从贝壳上脱落^[31]，由于设备的特殊性，目前超高压开壳多为间歇式，每批次的处理量有限，只适用于小批量加工，不能满足大批量加工需求，如能实现连续式高压处理，则应用前景广阔；电击开壳后期开壳率较低的原因可能是由于电击时间过长造成牡蛎电晕或死亡时，闭壳肌尚未完全失活所致，同时，电击开壳作业也存在一定的安全隐患，技术尚未完全成熟，不适用于实际生产^[32]。

图  2  不同开壳条件下牡蛎的开壳率

Figure  2.  Opening rate of oyster under different opening conditions

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.2   不同开壳方式下牡蛎的张壳大小

由于闭壳肌受到外界条件刺激时，会产生应激反应或失活，从而使牡蛎张壳，因此，在保障品质的前提下，张壳越大越有利于后续的壳肉分离操作。通过对牡蛎的张壳大小进行统计（图3），发现经微波开壳的牡蛎张壳5 mm以上的占70%；经蒸煮和水煮开壳的牡蛎，张壳5 mm以上的占比分别为50%和20%；经超高压开壳的牡蛎80%张壳大小在2 mm以下；经电击开壳的牡蛎40%张壳大小在2 mm以下，20%的张壳大小在5 mm以上，还有40%未开壳。牡蛎开壳过程中，张壳大小可能与应激反应的剧烈程度有关，微波的传热速率快，闭壳肌的应激反应大，伸缩位移大，因而张壳越大；蒸汽由于温度较水煮高，穿透力大，因而张壳相对较大；超高压开壳的牡蛎张壳小，可能是因为在超高压环境下，闭壳肌受刺激呈收缩状态，超高压保持一段时间后，闭壳肌失活，解除超高压后闭壳肌无法恢复，因而张壳较小^[33-35]。

图  3  不同开壳条件下牡蛎的张壳大小

Figure  3.  Shell size of oyster under different opening conditions

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.3   不同开壳方式下牡蛎肉的感官评分

牡蛎肉的生鲜度是评价开壳后牡蛎品质的重要指标，生鲜度越高，越有利于后续的保鲜贮藏和加工。通过感官评分对牡蛎肉的生鲜度进行评价。由图4可知，电击开壳的牡蛎肉感官评分最高，生鲜度保持最好，接近生鲜开壳牡蛎，其次为超高压开壳，能较好地保持牡蛎肉的生鲜程度，与生鲜开壳的牡蛎无显著差异；水煮开壳的牡蛎感官评分略高于蒸煮开壳，两者无显著差异；微波开壳的牡蛎肉感官评分最低。

图  4  不同开壳条件下牡蛎肉的感官评价

注：不同小写字母表示差异显著（P<0.05）；图5~图7同。

Figure  4.  Sensory evaluation of oyster under different opening conditions

下载: 全尺寸图片 幻灯片

通过对开壳前后牡蛎肉的温度进行测定，计算牡蛎肉的升温幅度。由图5可知，水煮开壳的牡蛎肉升温幅度最大，微波和蒸煮开壳的次之，升温幅度在50 ℃以上，三者无显著差异；超高压开壳温升为25 ℃，电击开壳的牡蛎肉升温幅度最小。表明开壳过程中温度升高可能是导致牡蛎肉熟化、影响感官评分的主要因素之一；水煮开壳的温升略高于蒸煮，感官评分也略高于蒸煮，可能是因为水煮过程中，牡蛎肉与水直接接触，因而水分损失比蒸煮少所致；蒸煮和水煮过程中，牡蛎肉表面与热水或蒸汽接触的部位熟化度相对较高，微波开壳时，牡蛎肉从内部加热，所以导致整个牡蛎肉的熟化和较多的水分流失，造成微波开壳的牡蛎肉感官评分最低。因此，微波开壳的牡蛎适合于加工牡蛎干等本身需要热加工的产品，不适合于生鲜牡蛎肉和冷冻牡蛎肉等的加工^[36-37]。

图  5  不同开壳条件下牡蛎肉的温升

Figure  5.  Temperature rise of oyster under different opening conditions

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.4   不同开壳方式下牡蛎肉的汁液流失率

牡蛎肉汁液中含有丰富的水溶性蛋白和呈味氨基酸，因此，汁液流失是造成牡蛎鲜度下降的主要原因之一（图6）。实验发现微波开壳的牡蛎汁液流失率最大，达到4.12%，其次为蒸煮与水煮，分别为2.87%和2.56%，超高压开壳、电击开壳的牡蛎汁液流失率显著小于前三种热力开壳（P<0.05），说明温度升高造成细胞破坏可能是导致汁液流失的主要原因；超高压开壳的汁液流失大于电击开壳，经试验测定，超高压开壳过程中，牡蛎肉会有20~30 ℃左右的温升，会使部分细胞破裂失水而导致汁液流失^[38]。分析开壳过程中汁液流失与感官评分的相关性，发现其变化趋势基本一致，说明汁液流失与感官评分密切相关。

图  6  不同开壳方式下牡蛎肉的汁液流失率

Figure  6.  Juice loss rate of oyster under different opening conditions

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.5   不同开壳方式下的牡蛎肉蛋白变性程度

Ca²⁺-ATP酶活性来源于肌球蛋白，表征其头部S-1（subfragment 1，由两个球状的头部和颈部形成的调节结构区域）的性质。Ca²⁺-ATP酶活性损失越大，说明肌球蛋白变性越严重。实验对比牡蛎闭壳肌开壳后Ca²⁺-ATP酶活性发现（图7）：超高压和电击开壳方式下的牡蛎闭壳肌的Ca²⁺-ATP酶活性显著（P<0.05）高于其他开壳方式，与生鲜开壳的接近，表明肌球蛋白变性程度越低；蒸煮、水煮、微波三种开壳方式下的牡蛎闭壳肌Ca²⁺-ATP酶活性在开壳后大幅降低，说明闭壳肌蛋白质变性程度高^[39]。蒸煮、水煮、微波均属于热力开壳的范畴，其原理均是通过温度的升高迫使闭壳肌蛋白变性而失活，其开壳与闭壳肌的蛋白变性密切相关，而超高压、电击开壳较少导致闭壳肌蛋白变性，其开壳机理还有待进一步研究，可能与闭壳肌的质构有关。

图  7  不同开壳条件下牡蛎Ca²⁺-ATPase活性

Figure  7.  Ca²⁺-ATPase activity of oyster under different opening conditions

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.   结论

热力开壳是可以使牡蛎快速开壳的有效方法，微波开壳的效率最快，30 s即可使牡蛎全部开壳，张壳5 mm以上的牡蛎占比为70%，有利于后续的壳肉分离，但经微波开壳的牡蛎肉生鲜度低，汁液流失大，适用于牡蛎干产品的开壳，不适用于生鲜牡蛎肉产品的开壳；蒸煮开壳的效率高于水煮开壳，水煮开壳的品质略优于蒸煮开壳，两者无显著差异（P>0.05）；超高压开壳所需时间短，温升较小，品质保持较好，可以实现牡蛎的生鲜开壳，但受装备的限制，处理能力较小，且为间歇式作业，需解决连续开壳问题；电击开壳后的牡蛎肉品质最接近生鲜开壳牡蛎肉，温升最小、汁液流失最少、Ca²⁺-ATP酶活性最高，但开壳率比较低，开壳牡蛎的张壳很小，设备的安全性也存在问题，不适用于实际生产。综合分析开壳效率、张壳大小、品质以及实际可操作性，本研究认为超高压开壳适用于小批量、生食牡蛎的开壳加工；微波开壳适用于小批量、牡蛎干制品等的开壳加工；蒸汽蒸煮开壳效率较高，张口较大，品质也较好，可以兼顾效率和品质，是目前相对最适宜批量化加工的牡蛎开壳方法。