博文
富氢气调用于凡纳滨对虾保鲜的研究
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富氢气调用于凡纳滨对虾的研究
富氢还原性气调包装对冷藏凡纳滨对虾品质劣变的影响研究
研究要点
1. 1.5%氢气抗氧化效果最佳，0.5%氢气在综合感官品质与微生物抑制方面表现最优。
2. 二氧化碳与氢气在气调包装中具备协同保鲜作用。
3. 本研究对多项新鲜度指标开展了综合评价。
4. 氢气可作为水产品气调包装中新型绿色填充气体。
Study on the effect of hydrogen-included reducing atmosphere packaging on quality deterioration of refrigerated Litopenaeus vannamei
摘要
本研究探究富氢还原性气调包装在4℃贮藏条件下对凡纳滨对虾的协同保鲜作用。试验设置两种二氧化碳体积浓度（50%、75%）与四种氢气体积浓度（0%、0.05%、0.5%、1.5%）进行虾肉包装处理。结果表明，添加氢气可显著延缓对虾品质劣变（*p＜0.05），75%二氧化碳体系保鲜效果更为突出。其中75%二氧化碳+1.5%氢气组合抑制脂质与蛋白质氧化能力最强；75%二氧化碳+0.5%氢气能够有效抑制微生物繁殖、水分流失以及感官品质下降（*p＜0.05）。氢气保鲜作用存在浓度依赖性，75%二氧化碳搭配0.5%氢气可兼顾抗氧化与抗劣变性能，综合保鲜效果最优。相较于单一二氧化碳气调组、空气空白组，氢气复合气调可分别将对虾货架期延长2~3天、6天以上，在虾类保鲜领域具备良好应用前景。
1 引言
凡纳滨对虾是全球经济价值极高的养殖虾类，与斑节对虾、中国明对虾并称三大名贵对虾品种（李等，2022）。其肉质鲜美、营养丰富，富含优质蛋白、维生素、微量元素及人体必需氨基酸，深受消费者青睐（阿迪勒等，2025）。但该虾类水分与蛋白质含量高、结缔组织少，贮藏过程中极易发生品质劣变，出现体表黑变、肌原纤维蛋白水解、脂质氧化、微生物大量滋生等问题，不仅缩短货架期，还会造成食材损耗，限制产品流通销售（梁等，2025）。
目前水产品保鲜常用技术包含低温冷藏、微冻保鲜、气调包装以及化学保鲜剂处理。其中气调包装通过调整包装内气体组分，提升二氧化碳占比、降低氧气含量，抑制微生物活性与氧化反应，是主流保鲜手段之一（聂等，2022）。但高浓度二氧化碳易造成虾肉组织酸化，低氧环境虽能减缓氧化反应，却无法有效抑制部分厌氧致病菌，保鲜效果存在局限性（钱等，2025）。因此，优化混合气体配比，延长虾类货架期、维持产品品质成为当下重点研究方向。
近年来，氢气无残留毒性且具备独特生物活性，在食品保鲜领域备受关注。氢气为无色无味气体，拥有良好生物保护作用（布吕特等，2022）。美国食品药品监督管理局将氢气列为公认安全物质，我国也已将其纳入食品安全国家标准食品添加剂使用目录（香精香料分会等，2025）。本试验所用氢气浓度区间为0.05%~1.5%，远低于空气中4%的氢气爆炸下限，低浓度氢气不易燃，工业化生产操作安全可行。
氢气具备特异性抗氧化特性，可精准清除羟基自由基、过氧亚硝基阴离子等高活性氧，不会干扰过氧化氢等活性氧的生理信号传导（拉塞尔等，2024），能够针对性抑制虾肉蛋白糖基化与脂质过氧化链式反应（江等，2023）。同时氢气兼具抗炎、抗应激作用，还原性能优异（耶尔德兹等，2025）。相关研究证实，氢气可作为高效还原剂，有效延长食品货架期、提升氧化稳定性、保障微生物安全（阿克巴尔等，2025）。现阶段氢气常被添加入气调体系，该类富氢包装也被称作还原性气调包装（阿尔瓦泽尔等，2020）。
已有研究证实氢气对动物性食材具备保鲜效果：氢气处理可改善新鲜白干酪色泽、酸度与菌群结构，延长保鲜期（阿尔瓦泽尔等，2020）；3%氢气能够延长鸡蛋货架寿命，提升冷冻虹鳟鱼片氧化稳定性（王等，2022；布吕特等，2023）；还可抑制冷藏虹鳟、鲭鱼体内生物胺积累（塞泽尔等，2022）。含产氢镁元素的可食用涂膜应用于牛肉肉丸，可降低脂质氧化速率、抑制生物胺生成，维持肉品色泽稳定，同时降低体系pH与氧化还原电位，强化保鲜效果（卡夫鲁特等，2025）。
氢气保鲜效果存在剂量效应，不同浓度对氧化抑制、色泽留存的作用差异显著（王等，2022）。目前富氢还原性气调包装在甲壳类水产，尤其是凡纳滨对虾中的研究较少，氢气影响蛋白结构完整性、抑制黑变、调控微生物群落演替的内在机制尚未系统阐明。
本文全面探究富氢还原性气调包装对冷藏凡纳滨对虾的保鲜效果，分析其对感官品质、理化指标、肌原纤维蛋白稳定性及微生物群落的影响。前期研究已证实，该包装方式可抑制虾肉生物胺生成，降低冷藏期间食品安全风险（冯等，2026）。试验对比不同氢气添加量与传统高二氧化碳气调的保鲜差异，探究氢气作用的剂量响应规律，以期为氢气在水产保鲜行业的应用提供理论依据，推动绿色保鲜技术发展，减少化学保鲜剂的使用。
2 材料与方法
2.1 试验试剂与材料
试验所用凡纳滨对虾单只规格20~30尾/千克，采购自浙江舟山国际水产城，加冰运送至实验室。包装袋为聚乙烯/聚酰胺复合材质，规格15cm×20cm，厚度0.25mm，氧气透过率942.5立方厘米/(平方米·天)，采购自河北安丽纸塑包装有限公司。
平板计数琼脂、氯化钠、轻质氧化镁、硼酸、氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾等分析纯试剂，购于国药集团化学试剂有限公司；甲醇（色谱纯）、鸟嘌呤、腺嘌呤、黄嘌呤、次黄嘌呤、三氯乙酸、高氯酸、磷酸采购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司；蛋白总巯基、羰基含量检测试剂盒购于南京建成生物工程研究所。
2.2 样品预处理
设定气料体积质量比为3:1，每1克虾肉对应3毫升混合气体。挑选大小均匀的鲜活对虾，30分钟内运回实验室。运输过程使用增氧泵供氧，降低虾体应激反应，保证生理活性。抵达实验室后，将虾置于冰水混合物中致晕，无菌蒸馏水冲洗后沥干，无菌纱布吸干表面水分，分装至高阻隔复合包装袋内。
试验所用混合标准气体由湖北茂途润达气体有限公司定制，通过调压阀从高压气瓶通入真空充气包装机，气瓶灌装阶段精准校准气体浓度。包装采用抽真空-充气循环模式，真空度-0.1兆帕，彻底排尽袋内空气，保证气料比例稳定。
将样品随机分为9组，采用不同气调配比处理，4℃条件下贮藏12天。每2天取样测定各项理化指标，各组气体配比见表1。试验探究二氧化碳、氢气单独作用效果，分析氢气剂量效应，以及两种气体间协同或拮抗保鲜作用。
注：氢气浓度依据安全规范、成本及预试验结果设定。空气中氢气爆炸下限约4%，试验浓度均远低于临界值；预试验显示0.05%以下氢气作用微弱，1.5%以上浓度无额外保鲜增益，因此选取该浓度梯度。
表1 气调包装试验分组设计
|组别|气体处理方式|
| ---- | ---- |
|空白组|空气环境|
|50二氧化碳气调组|50%二氧化碳+50%氮气|
|50二氧化碳富氢A组|50%二氧化碳+49.95%氮气+0.05%氢气|
|50二氧化碳富氢B组|50%二氧化碳+49.5%氮气+0.5%氢气|
|50二氧化碳富氢C组|50%二氧化碳+48.5%氮气+1.5%氢气|
|75二氧化碳气调组|75%二氧化碳+25%氮气|
|75二氧化碳富氢A组|75%二氧化碳+24.95%氮气+0.05%氢气|
|75二氧化碳富氢B组|75%二氧化碳+24.5%氮气+0.5%氢气|
|75二氧化碳富氢C组|75%二氧化碳+23.5%氮气+1.5%氢气|
注：包装操作：样品放入真空包装机腔体，抽真空至-0.1兆帕，随后充入表内配比混合气体，恢复常压。表格内A、B、C分别代表0.05%、0.5%、1.5%三种氢气浓度。
2.3 菌落总数测定
参照国标GB 4789.2-2022《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》执行检测。精确称取5克虾肉碎肉，加入10倍体积无菌生理盐水均质，制备梯度稀释液。选取2~3个适宜稀释度，各吸取1毫升稀释液注入无菌培养皿，倾注15~20毫升平板计数琼脂培养基，摇匀静置凝固。倒置培养皿，30℃±1℃恒温培养72小时±3小时。每组稀释度重复试验三次，统计菌落数量。
2.4 挥发性盐基氮含量测定
挥发性盐基氮是评价蛋白质腐败程度的核心指标，依据国标GB 5009.228-2016《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》检测。称取10克均质虾肉置于消化管，加入75毫升蒸馏水搅拌均匀，4℃静置30分钟充分浸提。添加1克氧化镁后，使用全自动凯氏定氮仪测定，试验重复三次，结果单位以毫克每百克表示。
2.5 pH值测定
pH值可反映虾体糖原与蛋白水解变化，辅助判定新鲜度，检测遵循国标GB 5009.237-2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》。称取2克虾肉样品，按照料液比1:9加入18毫升蒸馏水，4℃、4163倍重力条件下均质1分钟，静置30分钟后，使用酸度计测定pH，每组样品三次平行试验。
2.6 K值测定
通过检测三磷酸腺苷及其降解产物计算K值，反映能量代谢与内源酶作用下的新鲜度变化。参照相关文献方法并稍作调整，采用高效液相色谱法测定三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、一磷酸腺苷、肌苷酸、肌苷、次黄嘌呤含量。
取1克虾肉，加入2毫升预冷10%高氯酸溶液均质，4℃、7155倍重力离心10分钟，收集上清液；沉淀使用预冷5%高氯酸溶液重复提取两次。合并全部上清液，采用氢氧化钾溶液调节pH至6.4，定容至10毫升。再次离心后经0.22微米滤膜过滤，滤液冷藏待测，使用高效液相色谱仪进行检测。
色谱条件：C18色谱柱；流动相为0.02摩尔每升磷酸二氢钾与0.02摩尔每升磷酸氢二钾混合液，调节pH至6.4；等度洗脱，流速1.0毫升每分钟，柱温35℃，检测波长254纳米，进样量10微升，外标法定量，按照公式计算K值。
2.7 多酚氧化酶活性测定
多酚氧化酶是引发虾体酶促褐变的关键酶，虾头酶活性最高，褐变反应最为集中。参考已有方法略作改动测定酶活性。称取5克捣碎虾头，加入12.5毫升预冷磷酸盐缓冲液，4℃充分均质后浸提3小时。混合液分两次离心，每次4℃、11180倍重力离心20分钟，上清液即为粗酶液。
取4毫升缓冲液与1毫升邻苯二酚溶液混合，30℃水浴恒温10分钟，加入1毫升粗酶液混匀，在410纳米波长下每隔30秒记录吸光度，连续测定5分钟，计算吸光度变化速率。每分钟吸光度改变0.001定义为1个酶活力单位，蒸馏水做空白对照，分别计算绝对酶活与相对酶活，试验三组平行。
2.8 白度值测定
以色差参数综合计算白度值，全面评价贮藏期间对虾外观品质。色差指标可同时体现酶促褐变黑斑、脂质氧化泛红、蛋白变性发白等劣变现象，表征效果更全面。采用手持色差仪测定对虾腹部第二节背部中心点的明度、红度、黄度数值，每组随机选取6尾样品检测，代入公式计算白度。
2.9 硫代巴比妥酸反应物值测定
该指标用于表征丙二醛含量，评判虾肉脂质次级氧化程度。参照文献方法微调试验步骤：称取5克虾肉碎块，加入10毫升5%三氯乙酸溶液均质，4℃、7155倍重力离心10分钟。取5毫升上清液，等量混合硫代巴比妥酸溶液，沸水浴加热10分钟显色，冷却后再次离心。在532纳米、600纳米波长处测定吸光度，蒸馏水为空白组，依据公式计算数值，三次平行试验。
2.10 总巯基含量测定
参照改良方法提取肌原纤维蛋白。取3克虾肉，加入缓冲液高速均质，离心弃上清，沉淀重复洗涤两次；再加入提取缓冲液均质，冰水浴浸提1小时，离心获取蛋白溶液，考马斯亮蓝法测定蛋白浓度。使用配套试剂盒检测总巯基含量，按照说明书操作测定吸光度，结果单位摩尔每升，三组重复试验。
2.11 羰基含量测定
采用蛋白羰基检测试剂盒测定肌原纤维蛋白羰基含量，严格遵循试剂盒操作流程，测定对应波长吸光度，每组三次试验，结果以纳摩尔每毫克蛋白为单位。
2.12 汁液流失率测定
称量处理后样品初始质量，每2天取样，滤纸吸干表面水分后再次称重，按照质量差值计算汁液流失百分比，试验设置三组平行样本。
2.13 感官评价
组建10名食品专业评价员团队，评价人员具备感官评定基础与实操经验，统一熟悉对虾新鲜度判定标准。采用9分嗜好评分法，分值1~9分，5分为无感区间，从色泽、气味、肉质弹性、整体可接受度四项指标打分，评分标准如表2所示。
表2 对虾感官评分标准（9分嗜好评分制）
|分值|喜好程度|感官特征|
| ---- | ---- | ---- |
|9|极度喜欢|虾体呈通透青灰色，光泽自然；海鲜鲜香浓郁；肉质紧实富有弹性，壳肉贴合紧密|
|8|非常喜欢|色泽均匀有光泽；鲜味纯正；肉质紧实回弹良好|
|7|中度喜欢|色泽正常，光泽轻微减退；无异味；肉质弹性尚可|
|6|轻微喜欢|虾壳色泽暗淡，头胸部轻微泛黄；香气变淡；肉质轻微变软|
|5|无感偏好|外观暗沉，头胸部出现零星小黑斑；鲜味消失；肉质弹性一般|
|4|轻微厌恶|体表黑变明显，伴有轻微氨臭味；肉质饱满度下降，按压回弹迟缓|
|3|中度厌恶|严重变色，散发酸败、腐臭味；肉质松散软烂，壳肉分离明显|
|2|非常厌恶|通体发黑，刺鼻氨味、酸味浓烈；肉质糜烂，完全失去弹性|
|1|极度厌恶|虾肉彻底腐败，黏液大量析出，臭味刺鼻，感官品质完全劣变|
2.14 数据统计分析
所有试验均设置三次重复，数据以平均值±标准差表示。运用SPSS 27.0软件开展数据处理与统计分析，单因素方差分析结合邓肯多重比较检验组间差异，显著性水平*p＜0.05。采用Excel 2016、Origin 8.5软件绘制图表。
3 结果与分析
3.1 菌落总数变化
菌落总数是衡量虾肉微生物污染程度的关键指标，直接影响食品安全、感官风味、理化性质与商品价值。行业判定标准：菌落总数低于5.00对数菌落每克为一级鲜度；5.00~5.70对数菌落每克为二级鲜度；数值超过6.00对数菌落每克判定为腐败变质，不可食用。
贮藏全程各组菌落总数整体呈上升趋势，变化存在阶段性特征。贮藏第2天各组菌落数小幅下降，4℃低温造成微生物冷休克，同时气调环境协同抑制好氧菌群生长；低温减缓微生物代谢，二氧化碳溶于虾肉降低组织pH，破坏细胞膜通透性，初期有效抑制菌体增殖。
空白组菌落增长速度最快，第6天超出二级鲜度限值，第8天数值达到6.585对数菌落每克。气调处理组菌落上升速率显著偏低，抑菌效果更佳。贮藏第10天，50二氧化碳气调组、50二氧化碳富氢A组、75二氧化碳气调组菌落数依次为6.357、6.237、6.125对数菌落每克，均达到腐败临界值；第12天50二氧化碳富氢B、C组与75二氧化碳富氢A组菌落数分别为6.289、6.193、6.198对数菌落每克；75二氧化碳富氢B、C组菌落数维持在5.905、5.935对数菌落每克，未发生腐败变质。
相同氢气浓度下，75%二氧化碳组菌落总数显著低于50%二氧化碳组。高浓度二氧化碳水化生成碳酸，降低微环境酸碱度，干扰微生物代谢酶活性，有效抑制菌群繁殖。整体来看，空白组、两组纯二氧化碳气调组的微生物增殖速度，明显高于六组富氢气调样品，其中75二氧化碳富氢B组抑菌效果最优。氢气可间接延缓品质劣变，但其针对特定腐败菌的抑菌机理仍有待深入探究。
图1 4℃贮藏12天期间，二氧化碳-氢气气调包装凡纳滨对虾菌落总数（A）、挥发性盐基氮含量（B）变化
注：图A左图分组：CK空白组、MAP-50 50%二氧化碳气调组、H2-RAP-50A/B/C 50%二氧化碳梯度富氢组；图B右图分组：MAP-75 75%二氧化碳气调组、H2-RAP-75A/B/C 75%二氧化碳梯度富氢组；小写字母代表同一贮藏时间下各组差异显著（*p＜0.05），下文标注含义一致。
50二氧化碳富氢B组、75二氧化碳富氢B组菌落增速低于同体系高浓度氢气组。1.5%高浓度氢气会大幅降低包装内氧化还原电位，强还原环境削弱二氧化碳对微嗜氧腐败菌的抑制作用，甚至助长耐还原性微生物竞争生长。由此可见，气调体系内氢气浓度并非越高保鲜效果越好。本试验仅统计菌落总数，未开展菌群物种鉴定，不同气调方式对微生物群落演替的影响，可借助高通量测序技术进一步研究。
3.2 挥发性盐基氮含量变化
挥发性盐基氮包含氨气、各类胺类物质，由虾肉蛋白质水解产生，是评判水产品腐败进程的核心指标，主要源于内源酶分解与微生物共同作用，也是界定新鲜度与货架期的重要卫生标准。水产通用安全限值为30毫克每百克，超出限值后虾体异味明显，丧失食用价值。
对虾初始挥发性盐基氮含量为9.33毫克每百克，符合一级鲜度标准。贮藏过程中各组指标持续上升，空白组涨幅迅猛，第6天便突破腐败临界值，增长速率显著高于气调组（*p＜0.05）。贮藏第10天，仅50二氧化碳富氢C组、75二氧化碳富氢B、C组未超标。
相同二氧化碳浓度条件下，氢气处理组可有效减缓挥发性盐基氮累积。氢气营造还原环境，抑制嗜冷好氧菌初期繁殖，减轻氧化损伤，降低蛋白酶水解效率，减少腐败前体物质生成。贮藏8天后，75%高二氧化碳组指标增速明显慢于50%低二氧化碳组（*p＜0.05）。二氧化碳穿透微生物细胞膜阻碍呼吸代谢，碳酸酸化降低组织pH，抑制蛋白酶与脱氨基酶活性，延缓蛋白腐败分解。
贮藏后期，75二氧化碳富氢B组挥发性盐基氮增长速度低于同体系C组。高二氧化碳主导抑菌作用，氢气浓度过高会改变包装内氧化还原电位，营造利于厌氧、兼性厌氧腐败菌代谢的环境，该规律与菌落总数检测结果相互印证。
3.3 pH值变化
pH值是评判虾肉新鲜度的核心指标。pH值波动可直接反映贮藏期间蛋白质降解程度与微生物腐败进程（董等，2024）。图2A展示了不同气调包装处理对冷藏凡纳滨对虾pH值的影响。所有实验组初始pH值均约为7.30。贮藏初期（0~2天），气调组与富氢气调组pH值均出现显著不同幅度下降（*p＜0.05），其中含1.5%氢气组别酸化现象最为明显（富氢气调50二氧化碳组、富氢气调75二氧化碳组）。贮藏中后期（4~12天），所有样品pH值均呈回升趋势。贮藏末期（第12天），空白组pH值骤升至8.06，虾肉腐败特征显著。
气调包装可有效延缓pH值上升；二氧化碳占比75%的组别整体抑制效果优于50%二氧化碳组别。相同二氧化碳浓度条件下，氢气浓度升高会显著降低pH回升速率（*p＜0.05），贮藏12天时富氢气调75二氧化碳B组pH值最低。
pH动态变化体现了虾肌肉内部复杂的生化反应。初期pH下降主要由二氧化碳酸化作用导致：高浓度二氧化碳溶于虾体表黏液与组织间隙液，生成碳酸并解离释放氢离子，形成酸性抑菌微环境（奥佐古尔等，2023）。贮藏中后期pH回升代表对虾品质劣变，内源酶与腐败菌（假单胞菌等）引发蛋白质水解，造成挥发性盐基氮、氨气、三甲胺等物质不断累积（纳加拉詹等，2021）。
研究表明，氢气与二氧化碳协同作用可明显抑制贮藏过程中pH剧烈波动。该效果主要源于二氧化碳溶解酸化，氢气作用机制尚未完全明晰，现有研究证实其具备抗氧化特性（大泽等，2007）。氢气可选择性清除活性氧，减轻虾体氧化损伤，间接抑制内源蛋白酶活性，减缓微生物分解营养物质的进程（江等，2023）。
图2 4℃贮藏12天期间，二氧化碳-氢气气调包装凡纳滨对虾pH值（A）与K值（B）变化
3.4 K值变化
K值是水产品新鲜度判定的关键指标，其数值变化与三磷酸腺苷代谢及降解产物二磷酸腺苷、肌苷酸积累密切相关。K值越低，水产品新鲜度越好；数值越高则核苷酸降解程度越高（何等，2022）。
由图2B可知，对虾初始K值为4.7%，所有实验组K值随贮藏时间持续上升。空白组上升速度最快，第6天K值达56.82%，第8天突破60%。50二氧化碳气调组、50二氧化碳富氢A组、75二氧化碳气调组在第12天K值均超过60%。水产行业通用标准以K值40%作为二级可食用新鲜度临界值（王等，2025）。
50二氧化碳富氢B、C组及75二氧化碳富氢A组第8天K值超出临界值，75二氧化碳富氢B组第10天达标临界值。75二氧化碳富氢C组K值增速全程显著偏低（*p＜0.05），贮藏12天K值仅为45.35%。
二氧化碳抑菌抑酶、氢气抗氧化是抑制K值升高的主要机理。高浓度二氧化碳附着虾体表面形成弱酸环境，既直接抑制核苷酸降解酶活性，又抑制核酸分解菌增殖，减少肌苷酸分解，从源头减缓K值上升（蓝等，2014）。虾死后活性氧引发脂质过氧化，破坏细胞膜与溶酶体膜结构，促使降解三磷酸腺苷的内源酶释放。氢气可调控细胞氧化还原平衡，降低降解酶催化效率，阻碍肌苷向次黄嘌呤转化，延缓K值升高与新鲜度下降（王等，2026）。
综上，富氢联合气调包装可有效抑制核苷酸降解，减缓K值上升，维持虾肉贮藏品质。
3.5 多酚氧化酶相对活性变化
多酚氧化酶是广泛存在于虾体组织的含铜氧化酶，是造成贮藏过程酶促褐变的主要酶类。该酶催化酚类物质氧化生成醌类中间体，醌类聚合形成褐色色素，引发虾体黑变，严重降低感官品质与商品价值（洛佩斯-卡瓦列罗等，2019）。
由图3A可见，各组多酚氧化酶相对活性随贮藏时间显著下降。贮藏2~8天，气调组酶活性下降幅度明显高于空白组。二氧化碳溶于虾体水分生成碳酸，降低微环境pH值；多酚氧化酶活性具备pH依赖性，酸性条件会改变酶空间构型与底物结合能力，抑制催化褐变作用（邢等，2020）。
贮藏前6天，50二氧化碳富氢B、C组与75二氧化碳富氢B、C组酶活性降幅大于其余气调组别。二氧化碳起主导抑菌抑酶作用，氢气产生协同增效效果。氢气无法直接抑制多酚氧化酶，但可清除羟基自由基、过氧亚硝基阴离子等高活性氧物质，干扰酶促褐变产生的醌类物质聚合，减少黑色素生成（阿尔瓦泽尔，2024）。
贮藏第8天至试验结束，各组酶活性维持低位且组间无明显差异，得益于二氧化碳与氢气前期协同抑制作用。二氧化碳降低胞内pH值、削弱酶催化能力；氢气作为还原剂可将醌类还原为酚类物质，延缓黑变进程（潘等，2025）。包装内部氧气耗尽、酶结构不可逆失活，也使后期酶活性趋于稳定。
结合图5C外观图像，贮藏第6天、12天空白组虾头胸部黑变严重，各气调处理组尤其是75二氧化碳富氢B、C组仍保持固有青灰色。氢气与二氧化碳协同作用可阻断虾肉黑色素合成通路，有效抑制褐变。
图3 4℃贮藏12天期间，二氧化碳-氢气气调包装凡纳滨对虾多酚氧化酶相对活性（A）与白度值（B）变化
3.6 白度值变化
白度值是评价虾肉外观品质的重要感官指标，与新鲜度呈正相关，直接影响消费者购买意愿与市场售价。品质劣变引发的酶促褐变、微生物腐败均会造成白度下降（钱等，2014）。
样品初始白度值为38.19。空白组白度全程持续下降，虾体黑变严重、品质劣变明显。气调组与富氢气调组白度先小幅上升后逐步降低，整体降幅远低于空白组，酶活性越低，黑色素生成越少，虾肉白度保留效果越好。
贮藏前2天气调组白度小幅上升，该阶段虾体无肉眼黑斑，同时二氧化碳渗入肌肉使肌浆蛋白轻微变性，蛋白结构改变增强表面光散射效果，短暂提升白度（钱等，2013）。贮藏后期腐败菌大量繁殖，二氧化碳保鲜效果减弱，微生物分解蛋白质、内源酶引发褐变，白度持续走低（库斯塔瓦蒂等，2021）。
全程中50二氧化碳富氢C组、75二氧化碳富氢C组白度下降速率略低于其余组别，第12天50二氧化碳富氢C组白度最高，达35.48。氢气凭借选择性抗氧化能力清除羟基自由基，阻止色素蛋白氧化变色；同时改变微环境氧化还原电位，螯合多酚氧化酶活性中心铜离子，从源头阻断酪氨酸生成黑色素（山等，2025）。该作用机理与富氢水保鲜荔枝、氢气延缓鱼片褐变的研究结论一致（云等，2021；布吕特等，2023）。
50%二氧化碳组白度略高于75%二氧化碳组，组间无统计学差异（*p＞0.05）。低二氧化碳浓度下氢气抗氧化效果更突出，抑菌能力偏弱；高二氧化碳抑菌作用较强，会掩盖氢气本身作用效果，具体作用机制仍需深入探究。
3.7 硫代巴比妥酸反应物值变化
脂质氧化是影响虾品质的关键因素。虾肉不饱和脂肪酸氧化生成丙二醛等次级氧化产物，丙二醛可与硫代巴比妥酸显色反应，硫代巴比妥酸反应物数值可直观反映脂质过氧化程度（西马特等，2023）。行业标准规定水产品丙二醛含量低于1~2毫克每千克即为安全可食用（巴尔霍里-梅尼等，2022）。
本试验所有组别硫代巴比妥酸反应物值均低于1毫克每千克，符合食用安全标准。新鲜对虾初始数值为0.11毫克每千克，贮藏期间各组数值不断升高。空白组脂质氧化积累速度显著高于气调组，第12天数值达到0.66毫克每千克。二氧化碳可抑制腐败微生物活性，降低微生物脂肪氧合酶活力，减缓脂肪酸氧化与丙二醛生成（博诺等，2016）。
50二氧化碳富氢C组、75二氧化碳富氢C组数值增速最低；其余组别随氢气浓度提升，脂质氧化均得到不同程度延缓。氢气清除羟基自由基，终止脂质过氧化链式反应，减少氧化产物积累。相关研究证实，产氢材料可抑制牛肉氧化变质，氢气可通过抑制脂肪酶与自由基反应延缓鱼肉氧化（切莱比等，2024；布吕特等，2023）。第12天50二氧化碳富氢C组数值最低，为0.38毫克每千克。
高浓度二氧化碳会降低肌肉pH值，释放金属催化离子，通过类芬顿反应生成羟基自由基，加剧氧化应激，一定程度抵消二氧化碳抑菌保鲜优势。在传统气调包装中添加氢气，可提升体系抗氧化能力，有效抑制虾肉脂质氧化。
图4 4℃贮藏12天期间，二氧化碳-氢气气调包装凡纳滨对虾硫代巴比妥酸反应物值（A）、总巯基含量（B）、羰基含量（C）变化
3.8 总巯基含量变化
总巯基含量用于评定虾肉肌原纤维蛋白氧化损伤程度，可体现蛋白质一级结构与高级结构完整性。活性氧等自由基会氧化巯基，生成二硫键及氧化产物，最终造成蛋白质变性（徐等，2022）。
贮藏过程中各组总巯基含量持续下降，空白组下降幅度显著大于气调组（*p＜0.05）。空白组直接接触空气，活性氧与金属离子触发芬顿反应生成羟基自由基，加速巯基氧化（石等，2019；吴等，2021）。
贮藏12天后，50二氧化碳气调组、50二氧化碳富氢A/B/C组总巯基含量依次为44.83、46.67、53.27、56.70摩尔每升，空白组仅34.33摩尔每升；75二氧化碳气调组、75二氧化碳富氢A/B/C组含量分别为47.37、51.50、57.20、59.10摩尔每升。氢气浓度越高，巯基损耗抑制效果越好。75二氧化碳系列组别巯基下降速度整体高于50二氧化碳系列。贮藏末期50二氧化碳富氢C组、75二氧化碳富氢C组巯基损耗率分别为32%、29.1%。
1.5%氢气抑制巯基流失效果最优。氢气抗氧化作用可避免肌原纤维蛋白巯基氧化交联，维持蛋白空间结构与保水性，保障虾肉弹性、紧实度等口感，缓解蛋白氧化引发的肉质软化。氢气抗氧化与二氧化碳抑菌协同作用，进一步延缓蛋白质降解与腐败变质（张等，2018；布吕特等，2023）。
3.9 羰基含量变化
羰基含量是判定肌原纤维蛋白氧化变性的核心指标，羰基含量升高代表自由基攻击造成的蛋白劣变加剧（李等，2021）。各组羰基含量随贮藏时间不断上升，空白组增速显著高于气调组（*p＜0.05）。
空白组虾肉脂质氧化产物丙二醛具有强亲电性，共价攻击赖氨酸、组氨酸等氨基酸侧链，引发蛋白交联变性，促使羰基大量生成（王等，2022）。气调包装内高浓度二氧化碳降低体系pH值、破坏细菌细胞膜，抑制腐败菌繁殖，减少微生物酶与促氧化物质释放，减缓蛋白降解与羰基累积（杨等，2023）。
贮藏12天，50二氧化碳气调组、50二氧化碳富氢A/B/C组羰基含量为6.70、5.98、6.22、5.66纳摩尔每毫克；75二氧化碳气调组、75二氧化碳富氢A/B/C组为6.89、6.18、6.30、5.76纳摩尔每毫克。氢气可清除羟基自由基，减少氨基酸侧链氧化生成羰基化合物，氢气浓度提升可逐步抑制羰基增加。
气调组与富氢气调组整体无明显差异；贮藏8天后50二氧化碳系列羰基积累速度低于75二氧化碳系列，其中50二氧化碳富氢C组增速最慢。高二氧化碳营造的酸性环境会改变氢气溶解度，影响内源抗氧化酶活性，间接调控氢气保鲜效果（谢等，2021）。氢气气调包装可有效减轻凡纳滨对虾肌原纤维蛋白氧化损伤。
3.10 汁液流失率变化
汁液流失率是衡量虾体肌肉贮藏劣变的定量指标，流失率越高代表肌肉保水性越差，伴随色泽暗沉、组织结构破损、营养流失等问题（阿兹达里等，2023）。
所有实验组汁液流失率随贮藏时间逐步上升，空白组上升速率显著高于气调组（*p＜0.05）。空白组微生物大量增殖，破坏细胞结构，肌肉保水性大幅下降（杨等，2023）。50%二氧化碳体系中，普通气调组汁液流失率明显高于富氢组别，氢气浓度越高，锁水效果越好，该规律同样适用于75%二氧化碳体系。
氢气抗氧化可减轻氧化应激对细胞膜的损伤，保护肌原纤维蛋白免受自由基破坏，维持蛋白网络完整，锁住肌肉水分（刘等，2023）。贮藏后期75二氧化碳富氢C组汁液流失略高于同体系B组，高浓度氢气易引发渗透压波动、干扰代谢反应，小幅削弱保鲜效果（张等，2024）。
贮藏前4天，50二氧化碳组别汁液流失少于75二氧化碳组别，高浓度二氧化碳强烈酸化破坏细胞膜结构，加快体液渗出（西韦茨维克等，2003）。贮藏6天后50二氧化碳组别流失率反超，与肌肉组织延后降解相关，具体机理有待深入探究。
图5 4℃贮藏12天期间，二氧化碳-氢气气调包装凡纳滨对虾汁液流失率（A）、感官评分（B）、外观色泽（C）变化
3.11 感官评分变化
感官评分直观反映虾体腐败程度与黑变情况，直接左右消费者选购意愿（刘等，2024）。对虾感官评分随贮藏时长持续下降，空白组品质劣变速度远快于其余八组处理样品（*p＜0.05）。
贮藏前4天，各气调组感官评分无显著差距（*p＞0.05）。第6天起，75二氧化碳富氢B、C组评分显著优于其他组别，并维持至贮藏结束。50%二氧化碳体系内，普通气调组感官品质下降快于富氢组别，氢气浓度提升可延缓感官劣变，75%二氧化碳体系呈现相同规律。贮藏第10、12天，75二氧化碳富氢C组感官品质最佳。
图5在4°C下储存12天，带有二氧化碳和氢气的改良大气中，Litopenaeus vannamei的滴漏率（A）、感官评分（B）、外观和色度（C）的变化。
富氢气调包装可有效留存贮藏后期虾体外观色泽。二氧化碳溶于水分与油脂形成弱酸环境，抑制假单胞菌等腐败菌繁殖，减少异味代谢物生成（金布阿通等，2020；谢赫等，2020）。氢气选择性清除羟基自由基，抑制脂质氧化与多酚氧化酶活性，缓解虾体黑变，保留天然色泽气味（江等，2023）。同时氢气稳定肌原纤维蛋白结构，降低内源蛋白酶对肌肉的分解作用，提升保水性，维持虾肉紧实弹性口感（刘等，2023）。
4 结论
本研究探究不同氢气浓度联合二氧化碳气调包装对冷藏凡纳滨对虾保鲜效果的影响。结果表明氢气具备剂量依赖性抗氧化作用。两种二氧化碳配比条件下，1.5%氢气均可有效抑制蛋白羰基化与脂质氧化，保护蛋白结构，延缓酶促褐变。
在抑制微生物繁殖、提升肌肉保水性方面，75%二氧化碳搭配0.5%氢气处理组效果更佳，感官评分表现最优。氢气浓度过高会小幅削弱部分保鲜性能，大概率与高浓度氢气引发细胞状态改变相关。
1.5%氢气仅在个别指标上略占优势，多数检测项目中与0.5%氢气无统计学差异（*p＞0.05）。综合生产安全、经济成本与实际应用条件，本试验体系下最优氢气添加比例为0.5%。
后续可围绕氢气调控虾体微生物群落与代谢通路的内在机制展开研究。工业应用层面，现有气调设备仅需更换三通配比阀门、加装防爆装置即可低成本改造，具备规模化推广条件。
本研究证实富氢气调包装具备优异的虾类保鲜潜力，同时仍存在三点局限有待完善：
1. 气体动态监测：受试验设备限制，未全程监测包装内部氢气、二氧化碳、氮气浓度实时变化，后续需研究气体交换规律与氢气在虾体组织中的溶解特性。
2. 微生物作用机理：富氢气调对假单胞菌、希瓦氏菌等特定腐败菌菌群演替的作用机制尚未明确，可结合高通量测序与宏基因组技术分析菌群结构及代谢通路变化。
3. 安全与规模化生产：试验氢气浓度严格低于爆炸下限，后续需完善静电防护、自动检漏体系，保障工业化大批量应用安全。
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