明膠-殼聚糖-迷迭香提取物復合膜對南美白對蝦品質的影響

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(1.中國海洋大學食品科學與工程學院,山東青島 266003; 2.寧波市農業科學研究院,浙江寧波 315040)

南美白對蝦(Litopenaeusvannamei)是當今世界養殖蝦類產量最高的三大品種之一,肉質鮮嫩,營養豐富,但由于其具有較高的蛋白質和水分含量,在捕撈及貯藏運輸過程中極易被微生物侵染和組織蛋白酶降解,導致魚肉腐敗和蛋白氧化變性[1-2]。冷凍貯藏雖能對對蝦有一定保鮮作用,但易造成蛋白質冷凍變性,致使對蝦品質下降,而冷藏保鮮時對蝦氧化褐變嚴重,因此探究對蝦新的保鮮技術與保鮮方法尤為重要。

殼聚糖(Chitosan)、明膠作為生物大分子,具有良好的成膜性,作為涂膜保鮮劑,廣泛應用于水產品的保鮮[3-4]。迷迭香提取物是從迷迭香的花與葉中提取的具有生物活性的物質,其主要成分鼠尾草酸、鼠尾草酚和迷迭香酸。由于迷迭香提取物的水溶性較差,分散性不好,限制了其抗氧化活性的發揮。而殼聚糖與明膠共混可制成可生物降解食品保鮮復合膜,有研究對復合膜的性能及結構等進行了研究,結果表明殼聚糖與明膠間有良好的相容性[5],但有關復合膜與其他保鮮劑協同作用在水產品保鮮上的報道很少,因此,可以利用殼聚糖和明膠良好的成膜性使迷迭香的抗氧化性充分發揮。

本研究基于明膠-殼聚糖復合膜,通過添加迷迭香提取物,制備明膠-殼聚糖-迷迭香提取物復合膜,并研究其對冷藏南美白對蝦的保鮮效果,旨在為新型保鮮膜或新型食品包裝材料提供基礎性研究數據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活南美白對蝦(Litopenaeusvannamei) 大小(13.59±0.5) cm,青島市南山水產品市場;迷迭香提取物 有效成分為80%鼠尾草酸,成都生物化學物質有限公司;殼聚糖(50 kDa左右)、卵磷脂 Sigma-Aldrich公司;明膠 青島東易科技發展有限公司產品;其他化學試劑 均為分析純。

DF-101S恒溫加熱磁力攪拌器 鄭州長城科工貿有限公司;GL-21M高速冷凍離心機 湘儀離心機儀器有限公司;UV-2550 紫外分光光度計 島津儀器分析有限公司;PSX智能生化培養箱 寧波東南儀器有限公司;Synergy2超凈工作臺 蘇州安泰空氣技術有限公司。

1.2 明膠-殼聚糖-迷迭香提取物復合膜成膜液的制備

參照López-Córdoba等[6]的方法略作修改。將15 mg迷迭香提取物溶解于50 mL 15 mg/mL的卵磷脂乙醇溶液中,混合均勻,然后將上述混合液逐滴加入100 mL水中,得到1%的迷迭香提取物溶液。將2%(w∶v)的殼聚糖加入1%(v∶v)的乙酸溶液后,攪拌至殼聚糖完全溶解得到2%殼聚糖溶液。將1%的迷迭香提取物溶液在45 kHz下超聲20 min后,置于50 ℃的水浴鍋中,并向溶液中加入質量分數為6%(w∶v)的明膠,攪拌至明膠完全溶解,然后再逐滴加入2%殼聚糖溶液,使明膠溶液與殼聚糖溶液最終的體積比為3∶2,此即為明膠-殼聚糖-迷迭香提取物復合膜成膜液(G-C-RE)(迷迭香提取物終濃度為0.1%)。將質量分數為6%(w:v)的明膠溶液與2%(w∶v)的殼聚糖溶液以3∶2的體積混合得到殼聚糖-明膠(G-C)復合膜成膜液。

1.3 樣品處理

將鮮活南美白蝦運到實驗室,加冰猝死后,隨機分為三組(每組12.0±0.2 kg),將其浸泡于1.2中的G-C-RE成膜液與G-C成膜液中30 min,瀝干放入干凈的托盤中,封上保鮮膜,置于4 ℃冷藏箱中冷藏。以浸泡蒸餾水的樣品作為對照,三次重復,分別在貯藏的0、2和5 d取樣,進行相關指標測定。

1.4 菌落總數、揮發性鹽基氮(TVB-N)和硫代巴比妥酸(TBARS)含量的測定

樣品測定時,去除蝦頭蝦殼,取蝦肉進行下列指標測定:菌落總數參照GB 4789.2-2016食品微生物學檢驗菌落總數測定方法測定[7]。TVB-N參照GB 5009.228-2016的方法測定[8]。TBARS參照文獻[9]的方法略作修改。具體步驟:稱取1 g蝦肉樣品,加入5 mL 0.375%硫代巴比妥酸,15%的三氯乙酸和0.25 mol/L HCl組成的混合溶液,100 ℃沸水加熱10 min,之后用冷流水沖洗至室溫,4000 r/min離心20 min,保留上清液,并于532 nm測定其吸光度。結果表示為mg丙二醛/kg蝦肉。

1.5 蛋白羰基含量與蛋白疏水性測定

對蝦蛋白提取:稱取5 g蝦肉,加入10倍體積Tris-maleate緩沖液1(50 mmol/L KCl,20 mmol/L Tris-maleate,pH=7.0),均質2 min,然后4 ℃下,8000 r/min離心15 min,倒掉上清液,保留沉淀,沉淀加入3倍體積Tris-maleate緩沖液2(0.6 mol/L KCl,20 mmol/L Tris-maleate,pH=7.0),均質2 min,在4 ℃下提取60 min,隨后4 ℃下,8000 r/min離心20 min,保留上清液,上清液即為對蝦蛋白樣品溶液。

樣品蛋白含量測定采用考馬斯亮藍法,并以牛血清蛋白繪制標準曲線(y=23.75x+0.006,R2=0.9993)。樣品蛋白質羰基含量測定采用文獻[10]的方法略作修改,取50 μL對蝦蛋白樣品,加入2 mol/L HCl 2 mL,作為空白組,另取50 μL蛋白樣品加入10 mmol/L的2,4-二硝基苯肼(DNPH)2 mL,作為樣品組。兩組同時在室溫下放置60 min。之后每組各加入2.0 mL 20%的三氯乙酸生成沉淀,然后于4 ℃下8000 r/min離心5 min,倒掉上清,留下沉淀。用4 mL乙醇和乙酸乙酯的混合液(1∶1)沖洗沉淀2次并吹干,留下沉淀。沉淀溶解于1.5 mL 6 mol/L鹽酸胍和20 mmol/L磷酸鉀組成的混合液(pH=2.3),并于370 nm測定吸光度。

對蝦蛋白羰基含量(nmol/mg pro)=A×V/(ε×C)

其中:A為吸光度；V為稀釋倍數；ε為吸光系數,數值為22000 M-1cm-1；C為對蝦蛋白質濃度(mg/mL)。

樣品蛋白質疏水性參考Jian等[11]的方法進行。

1.6 感官評分測定

感官評分參照文獻[12]的方法,但略有改動(表1),整體可接受性分值按色澤(40%)、氣味(30%)、質地(30%)加權平均。感官評價小組由專業人員組成,5男5女,年齡23～28歲之間。

1.7 數據處理

實驗處理三次重復,數據處理及統計采用SPSS 22.0進行分析,結果以平均值±標準偏差(Mean±SD)表示,方差分析采用Turkey的方法,P<0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 G-C-RE復合膜處理對南美白對蝦菌落總數的影響

在蝦的貯藏過程中,微生物的生長繁殖是造成腐敗的主要因素之一。如圖1所示,隨著貯藏時間的延長,不同處理的南美白對蝦菌落總數均呈上升趨勢,使用復合膜處理的菌落總數低于空白組。貯藏5 d時,添加迷迭香提取物的G-C-RE組的菌落總數顯著低于G-C組(P<0.05)。Hernandez等研究表明,迷迭香提取物中的酚類和萜類物質能夠聚集于菌體細胞膜,改變膜通透性,從而抑制微生物的生長繁殖[13]。本研究進一步證實,添加迷迭香提取物可顯著增強明膠-殼聚糖復合膜的抑菌效果。

表1 南美白對蝦感官評分表Table 1 The standard of sensory evaluation

圖1 復合涂膜對冷藏南美白對蝦菌落總數的影響Fig.1 Effects of composite film on the total number of colonies of refrigerated shrimp注:不同字母表示同一貯藏時間各組間 差異顯著(P<0.05)；圖2～圖5同。

2.2 G-C-RE復合膜處理對南美白對蝦TVB-N的影響

TVB-N值被用作評價水產品的腐敗程度。如圖2所示,G-C組和G-C-RE組的TVB-N值要顯著低于空白組(P<0.05),表明復合膜涂膜處理能在一定程度上抑制南美白對蝦的微生物的生長繁殖,延緩蛋白質降解,從而降低TVB-N值。在第5 d時,對照組的TVB-N值要遠高于G-C組和G-C-RE組,且G-C組的TVB-N值顯著(P<0.05)高于G-C-RE組,表明G-C-RE復合膜處理能延緩蝦的腐敗進程。

圖2 復合涂膜對冷藏南美白對蝦揮發性鹽基氮的影響Fig.2 Effects of composite film on TVB-N of refrigerated shrimp

2.3 G-C-RE復合膜處理對南美白對蝦TBARS的影響

TBARS值反映脂肪氧化程度。如圖3所示,在整個貯藏過程中,不同處理的蝦TBARS值均呈上升趨勢,表明隨著貯藏時間的延長,南美白對蝦的脂肪氧化程度不斷加大。脂肪氧化會產生酸敗氣味,影響蝦的口感,經過G-C和G-C-RE涂膜雖不能阻止脂肪的氧化,但可以起到延緩脂肪氧化的作用,尤其加入迷迭香提取物的G-C-RE復合膜處理,在貯藏5 d時,其TBARS值顯著低于空白組與G-C組(P<0.05)。

圖3 復合涂膜對冷藏南美白對蝦硫代巴比妥酸的影響Fig.3 Effects of composite film on TBARS of refrigerated shrimp

2.4 G-C-RE復合膜處理對南美白對蝦蛋白質疏水性的影響

蛋白質表面疏水性的變化反映了蛋白質三級結構的變化,疏水性逐漸升高,說明疏水基團暴露增加,疏水相互作用增強。由圖4可以看出,G-C-RE組的蛋白疏水性基本沒有發生變化,說明經過G-C-RE復合膜處理后,蝦保持了較好的蛋白結構。相反,空白組蛋白質表面疏水性逐漸升高,且增幅較大,說明沒有經過處理的蝦蛋白結構發生了變化。G-C組對蛋白疏水性有一定的作用,但顯著(P<0.05)低于G-C-RE處理組。

表2 復合涂膜保鮮對冷藏南美白對蝦感官評價的影響Table 2 Effect of composite film on sensory evaluation of refrigerated shrimp

注:不同小寫字母表示同一貯藏時間,不同處理間差異顯著(P<0.05)。

圖4 復合涂膜對冷藏南美白對蝦蛋白質疏水性的影響Fig.4 Effect of composite film on protein hydrophobicity of refrigerated shrimp

2.5 G-C-RE復合膜處理對南美白對蝦羰基含量的影響

羰基含量被廣泛用于衡量蛋白質的氧化程度。蛋白中羰基含量越高,表示蛋白氧化程度越高。由圖5可以看出,隨著貯藏時間的延長,羰基含量逐漸升高,說明蛋白質側鏈上的NH2-或NH-不斷轉化成羰基集團,從側面證明蝦中蛋白質不斷受到氧化損傷。殼聚糖與迷迭香提取物都具有抗氧化的能力,因此,G-C組與G-C-RE組與空白相比,都表現出了其抗氧化的作用,特別是G-C-RE組,迷迭香提取物與殼聚糖的協同作用,更好的保護了蝦中蛋白免受氧化。

圖5 復合涂膜對冷藏南美白對蝦羰基含量的影響Fig.5 Effect of composite film on carbonyl content of refrigerated shrimp

2.6 G-C-RE復合膜處理對南美白對蝦感官評價的影響

感官評價是最直觀反映蝦品質變化的指標。由表2可以看出,蝦的感官品質在整個貯藏期間呈下降趨勢。其中,對照組品質下降最快,G-C組與G-C-RE組的感官品質要顯著優于空白組(P<0.05),說明復合膜處理能夠改善蝦的品質,保持較高的感官評分。在第5 d時,G-C組與G-C-RE組在氣味、質地上沒有顯著不同,但G-C-RE組的整體可接受度顯著優于G-C組(P<0.05)。

蝦在貯藏過程中,極易發生黑變,這是因為在有氧條件下,蝦中的多酚氧化酶可以將蝦表面的無色物質氧化成醌類物質,醌類物質進而結合氨基酸或蛋白質,生成黑色素,造成黑變[14]。G-C組和G-C-RE組蝦的色澤變化(即黑變程度)顯著低于空白組(P<0.05),表明復合膜處理能夠抑制蝦的黑變,且G-C-RE組優于G-C組,表明迷迭香提取物的加入增強了G-C的抗氧化效果,降低了蝦的氧化變色。

3 結論與討論

本研究成功制備了明膠-殼聚糖-迷迭香提取物復合膜(G-C-RE),證實了添加迷迭香提取物可顯著提高明膠-殼聚糖復合膜(G-C)的抗氧化與保鮮效果。G-C-RE復合膜處理可顯著(P<0.05)降低冷藏南美白對蝦的菌落總數、TVB-N以及TBARS含量。這與史建如[15]研究的殼聚糖基褐藻多酚可食膜延緩冷藏大菱鲆的腐敗結果相一致。柏韻等[16]的研究也表明,采用殼聚糖、ε-聚賴氨酸和卡拉膠進行復合涂膜處理中國對蝦,能夠抑制貯藏期間細菌的生長,延緩蛋白質和脂肪的氧化變質。本研究結果進一步確認明膠-殼聚糖-迷迭香提取物復合膜處理可保持冷藏凡納濱對蝦的貯藏品質,特別是對蝦的色澤保護較好,可能與殼聚糖形成的復合膜能有效隔絕氧氣和添加的迷迭香提取物抗氧化作用的雙重結果。另外,李婷婷等[17]、國競文等[18]研究報道迷迭香提取物的添加對鲅魚魚丸和鰱魚丸均起到了較好的保鮮效果。本研究結果也證實,迷迭香提取物的添加增強了G-C復合膜的抗氧化效果,能夠抑制蛋白質氧化,降低南美白對蝦蛋白質的羰基含量以及疏水性,這一結果可能與迷迭香提取物的抗氧化功能降低了對蝦蛋白質的氧化分解,從而增強了蛋白質的持水力有關,但其詳細機制還需進一步探討。

明膠-殼聚糖-迷迭香提取物復合膜顯示出了良好的保鮮效果,能夠顯著降低蝦的細菌總數和黑變程度,抑制蛋白質氧化和揮發性鹽基氮上升,可用于冷藏水產品的品質維持與保鮮。