茶多酚微膠囊/溶菌酶聚乙烯醇復合涂膜對美國紅魚魚片的保鮮性能

張家濤,張 璇,魏旭青,李秋瑩,李穎暢,謝 晶,孫 彤,*,勵建榮,*

(1.渤海大學食品科學與工程學院,遼寧省食品安全重點實驗室,遼寧錦州 121013;2.生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心,遼寧錦州 121013;3.上海海洋大學食品學院,上海 201306)

近年來涂膜保鮮技術在果蔬、肉類和水產品保鮮中的應用多見報道[1-3]。可直接用于食品保鮮的成膜基質有明膠、殼聚糖(chitosan,Cs)、海藻酸鹽、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)等。其中PVA具有優良的生物相容性、水溶性和可降解性。以PVA為成膜材料,制備具有抗菌、抗氧化性活性的包裝薄膜已有報道[4-5]。為提高食品的貯藏品質,一般將生物保鮮劑與成膜基質(如Cs、PVA等)進行復合,所制備的復合涂膜能有效地防止食品腐敗[6-8]。常見的生物保鮮劑有茶多酚(tea polyphenols,TP)、溶菌酶(lysozyme,LZM)、Cs等。LZM對細菌細胞壁有明顯的破壞作用,但抑菌譜較窄,只對革蘭氏陽性菌有抑菌活性[9-10]。王當豐等[11]將TP與LZM按一定比例復配,得到的復合保鮮劑能有效抑制白鰱魚丸蛋白氧化和微生物繁殖,拓寬了LZM的抑菌譜。TP是從茶葉中提取的一類物質,TP對很多水產品有較好保鮮作用,同時其抑菌譜也較廣[12]。但是TP極易被氧化,導致多酚結構的改變和生物活性的降低,進而縮短其保鮮時效[13]。

微膠囊化通常是指顆粒或液滴嵌入某一基質中,或者被涂層包圍,從而獲得微米或納米級的小膠囊[14]。近年來,微膠囊控制釋放的概念在食品添加劑領域已凸顯其地位,因為它能提高食品添加劑的功效,減少使用量,并延長作用時效[15-16]。武偉等[17]以麥芽糊精為壁材,以肉桂醛為芯材,制備了具有緩釋抑菌效果的肉桂醛微膠囊;申莉莉[18]利用Cs和海藻酸鈉包埋百里香精油,有效地控制了百里香精油的揮發和釋放,從而達到長效抑菌和抗氧化的目的。此外,徐永霞等[19]研究了丁香酚、明膠以及丁香酚-明膠涂膜對草魚片-2 ℃貯藏過程中品質的影響,研究發現丁香酚-明膠復配涂膜處理后魚片的貨架期顯著延長。可見,復合涂膜和微膠囊均可用于解決保鮮劑作用時效短的問題。

美國紅魚又名眼斑擬石首魚(SciaenopsOcellatus),為鱸形目石首魚科擬石首魚屬[20]。其蛋白含量高,脂肪含量低,肉質鮮美,符合現代人對膳食結構的需求,故受到廣大消費者的喜愛。由于常需要制成凍品或魚片,在貯藏過程中易造成微生物污染和蛋白質、脂肪氧化,因此采用新型長效保鮮材料尤為重要。

本文利用微膠囊和復合涂膜技術,在PVA涂膜內加入TP微膠囊和LZM,制備了TP微膠囊/LZM-PVA復合涂膜,通過分析不同涂膜處理后美國紅魚魚片品質變化的影響,研究TP微膠囊/LZM-PVA復合涂膜對美國紅魚魚片保鮮性能,旨在為提高水產品的貯藏品質提供技術支持和方法借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活美國紅魚 遼寧省錦州市水產市場,每條魚重(600±15) g;Cs 脫乙酰度>95%,分子量范圍是50萬～100萬,食品級,上海麥克林生化科技有限公司;TP 食品級,純度>98%,安徽紅星藥業有限公司;溶菌酶(雞蛋白源)、凍干粉(活力≥40000 U/mg) 美國Sigma-aldrich公司;其余試劑 均為分析純;去離子水 自制。

CJJ79-1磁力加熱攪拌器 鄄城威瑞科教儀器有限公司;LQ-C5001電子天平 上海瑤新電子科技有限公司;MLS-3030CH立式高壓滅菌鍋 日本三洋有限公司;Bagmixer 400W拍擊式均質機 上海珂淮儀器有限公司;SW-CJ-2FD 超凈工作臺 蘇景集團蘇州安泰技術有限公司;RH-150生化培養箱 上海一恒科技有限公司;T25型數顯型均質機 上海智理科儀有限公司;FE20 pH計 瑞士METTLER TOLEDO公司;UV-2550紫外可見分光光度計 日本島津公司;cs 150 gx3超速離心機 日本日立公司;Keltec 8400全自動凱氏定氮儀 丹麥FOSS公司;TA-XT-Plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 TP微膠囊懸浮液的制備 以濃度1.0%冰乙酸(V/V)為溶劑,配制濃度為2.0%Cs冰乙酸(w/V)溶液。同時配制2.0% TP(w/V)水溶液。將上述兩種溶液按體積比1∶1混合,攪拌均勻,224 W超聲脫氣30 min,備用。在磁力攪拌條件下,將等體積0.3%三聚磷酸鈉(w/V)溶液逐滴加入至上述TP與Cs的混合溶液中,滴加完成后繼續攪拌30 min,得TP微膠囊懸浮液。

1.2.2 TP微膠囊/LZM-PVA復合涂膜液的制備 在磁力攪拌條件下,將PVA溶于70 ℃去離子水中,配制濃度為10.0% PVA(w/V)溶液。將PVA溶液與1.2.1中得到的等體積的TP微膠囊懸浮液混合,并添加0.6% LZM(m/V)和0.3%甘油(V/V),在40 ℃條件下攪拌20 min,224 W超聲脫氣15 min,得TP微膠囊/LZM-PVA復合涂膜液。采用上述方法,不添加LZM,制備TP微膠囊-PVA復合涂膜液;采用1.0% TP(w/V)水溶液代替TP微膠囊懸浮液,制備TP/LZM-PVA復合涂膜液;采用1.0% TP(w/V)水溶液代替TP微膠囊懸浮液,不添加LZM,制備TP-PVA復合涂膜液;不添加TP、TP微膠囊和LZM,制備PVA涂膜液。

1.2.3 美國紅魚魚片復合涂膜保鮮 將美國紅魚清洗干凈,冰溫淬死,去頭、去皮、去內臟,取魚刺骨兩側魚片,每片重(150±5) g,用無菌水洗凈,瀝干體表。分別將魚片浸漬于各涂膜液中,20 min后取出,自然風干后裝于已滅菌的蒸煮袋內密封,4 ℃冷藏。以未涂膜處理的魚片作為對照組,分別于第0、3、6、9、12和15 d測定各樣品的鮮度指標。

1.2.4 美國紅魚鮮度指標測定 菌落總數的測定參照GB 4789.2-2016《食品微生物學檢驗菌落總數測定》[21],采用平板傾注計數法測定菌落總數。pH的測定參考Arashisar等[22]的方法稍作改動,取5.00 g絞碎魚肉,加45.00 mL去離子水,用數顯型均質機均質3 min,靜置30 min后離心,取上清液,測定上清液的pH。TBA的測定參照楊麗麗等[23]的方法,測定并計算魚片的硫代巴比妥酸值(TBA)值,結果以mg MDA/kg表示。魚肉中揮發性鹽基總氮(TVB-N)值的測定參考FOSS應用子報的方法[24],取10.00 g魚肉,用凱氏定氮儀測定樣品的揮發性鹽基氮值,結果以mg N/100 g表示。由10名水產專業同學組成感官評定小組,參考雷志方等[25]的方法,從美國紅魚魚片的外觀、氣味和肌肉色澤等三方面進行感官評分,其中9分為滿分,6分為可接受限值。

質構的測定:取美國紅魚脊背部魚片切成邊長為1.5 cm的正方體,選用P/50R探頭,用質構儀測定其質構指標。測定參數:測試速率1.0 mm/s;測量后探頭回程速率1.0 mm/s;針入距離1 mm;觸發力值5 g。

1.3 數據處理

實驗數據均采用3次平行實驗結果的平均值,結果以“平均值±標準偏差”表示,使用Origin 8.5軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 TP微膠囊/LZM-PVA復合涂膜對美國紅魚魚片菌落總數(TVC)的影響

魚肉腐敗主要是由微生物生長繁殖造成的[26]。貯藏期間美國紅魚魚片的菌落總數(TVC)變化如圖1所示,魚片的初始TVC為2.85 lg(CFU/g),屬一級鮮度。隨著貯藏時間的延長,魚片的TVC上升,且未處理樣品的TVC增長最快,涂膜處理后,魚片的TVC上升速度較之下降。這是由于PVA具有良好的成膜性,包裹于魚片表面后,阻隔了魚片與外界空氣的直接接觸,減少了微生物侵襲,抑制了微生物的生長繁殖。國際微生物規格委員會(ICMSF)(1998)規定,新鮮魚的標準限值為7.00 lg(CFU/g)[27]。未處理樣品在貯藏的第8 d前后超過此限值,經PVA涂膜處理的魚片大約在第9 d超過此限值,延長貨架期1 d左右。在PVA涂膜中加入TP、TP微膠囊和LZM后,處理后魚片在第12～13 d超過此標準限值,延長魚片貨架期4～5 d。在貯藏的前3 d,各種涂膜處理魚片的TVC無明顯差異。從第3 d開始,經含TP或TP微膠囊的PVA涂膜處理魚片的TVC低于PVA涂膜處理的樣品,說明TP具有優良的抗菌性能,這與前人[28-29]的研究結果一致。涂膜中繼續加入LZM后,復合涂膜處理魚片的TVC除第15 d外又有所降低,說明LZM也具有抗菌性能,使TP-PVA涂膜和TP微膠囊-PVA涂膜的抗菌性能增強。涂膜中采用TP微膠囊代替TP后,PVA復合涂膜處理后魚片的TVC更低,其中TP微膠囊/LZM-PVA涂膜的處理效果最優。這是由于TP從微膠囊中緩慢釋放到涂膜中,再從涂膜中釋放后作用于魚片表面,在貯藏第12～13 d,仍可在魚片表面達到一定的濃度,控制魚片內微生物的生長繁殖,起到了長效抗菌的作用。

圖1 貯藏過程中美國紅魚魚片菌落總數變化

2.2 TP微膠囊/LZM-PVA復合涂膜對美國紅魚魚片鮮度指標的影響

通常情況下,魚死后體內糖原經無氧降解,生成乳酸等酸性物質,導致pH下降[30]。隨著貯藏時間的延長,魚體表面由于細菌的繁殖以及體內蛋白質、氨基酸等含氮物質分解產生堿性的氨類和胺類物質,使pH上升[31]。如圖2a所示,在貯藏期間,魚片的pH均呈先下降后上升的趨勢,這符合魚肉pH變化的一般規律[32]。未處理魚片的pH在第3 d達到最小值,即6.72,PVA涂膜組、TP-PVA涂膜組、TP/LZM-PVA涂膜組、TP微膠囊-PVA涂膜組和TP微膠囊/LZM-PVA涂膜組的pH在第6 d達到最小值,分別為6.73、6.75、6.77、6.79和6.82。在貯藏的前3 d,未處理魚片的pH下降速度最快,經單一PVA涂膜處理的魚片次之,經含TP或其微膠囊的復合涂膜處理樣品的pH下降較慢,且3個樣品間無明顯差異。此外,經含TP或TP微膠囊的復合涂膜處理樣品的最低pH明顯高于未處理魚片。可能是PVA涂膜在魚片表面形成了微氣調環境,減弱了魚片與周圍環境的物質交換,抑制了魚體內糖原的無氧降解,減少了乳酸等物質的生成。而涂膜中加入TP后,由于TP優良的抗菌性能抑制了魚片內微生物的生長繁殖,進一步抑制了魚體內糖原的無氧降解,故魚片的pH下降減慢,這與田光娟等[33]的報道一致。在第3 d之后,魚片的pH升高,說明此時魚片中胺類等堿性物質已經生成,導致了魚片的堿化。且經涂膜處理魚片的pH顯著低于未處理的魚片。其中,經單一的PVA涂膜處理的魚片pH上升最快,經添加TP或其微膠囊的復合涂膜處理的魚片pH上升較慢。這是由于TP具有較好的抗菌性能,減少了細菌繁殖代謝產生的胺類等堿性物質的含量。涂膜中增加LZM后,所處理魚片的pH上升速度降低,這可能是由于TP和LZM復合使抑菌譜拓寬,提高了復合涂膜的抗菌性能,使蛋白質等含氮物質分解速度降低,這與王當豐等[11]的研究結果一致。采用TP微膠囊取代涂膜中的TP后,經該涂膜處理的魚片在貯藏后期的pH上升速度更慢,這是因為微膠囊包埋TP的緩慢釋放起到了長效抗菌的作用,抑制了魚片內的微生物繁殖,減弱了蛋白質等含氮物質的分解,與LZM復配后又起到了協同抗菌作用,最大程度地維持了魚片pH的穩定。

圖2 貯藏過程中美國紅魚魚片pH(a)、TBA(b)和TVB-N(c)的變化

不飽和脂肪酸被氧化后得到的降解產物是丙二醛,可與硫代巴比妥酸呈色,在波長為532 nm處進行比色測定,TBA值可以指示水產品和肉類的脂肪氧化酸敗程度[34]。如圖2b所示,隨著貯藏時間的延長,魚片的TBA呈上升趨勢,且未處理魚片的TBA增加最快。這是可能是因為涂膜處理使魚片避免了與外界氧氣的直接接觸,形成了微氣調環境,從而減緩了魚片體內脂肪的氧化,使TBA增加變緩。經含TP或TP微膠囊的PVA復合涂膜處理魚片的TBA均低于同期經PVA涂膜處理的樣品,這可能是由于TP具有良好的抗氧化性,可優先與脂肪酸自由基結合,減少自由基的連鎖反應,使其對脂肪氧化的抑制能力加強[13]。在第3 d之后,涂膜中施加LZM后,所處理魚片的TBA增長速度較低,說明LZM的添加增強了涂膜對魚片脂肪氧化的抑制作用。采用TP微膠囊取代涂膜中的TP后,在第12 d之后,經該涂膜處理的魚片TBA更小,可能是由于TP從微膠囊中緩慢釋放,起到了清除自由基的長效作用。

TVB-N的測定與在堿性介質中蒸餾的、與魚制品變質有關的揮發性含氮化合物有關,可以用來反映水產品的新鮮程度,該值的變化也與腐敗菌及內源酶活性有關[35]。TVB-N越低,說明魚肉鮮度越高,反之,說明魚肉腐敗程度越高。美國紅魚魚片在貯藏期間TVB-N的變化如圖2c所示,隨著貯藏時間的延長,魚片的TVB-N上升,這是由于微生物的繁殖加快了蛋白質、氨基酸等物質的分解,進而增加了揮發性含氮化合物的含量。未處理魚片的TVB-N上升速度最快,明顯高于同期經涂膜處理的樣品,這是由于涂膜處理可有效抑制微生物的生長,降低微生物對魚體蛋白質的分解。經加入TP或其微膠囊的復合涂膜處理后,魚片的TVB-N上升速度降低,這是由于TP能與魚肉中蛋白質絡合,使蛋白質結構保持穩定,不易被降解,并可以有效抑制微生物的生長,使魚肉的酸性相對穩定,胺類物質的產生也得到了控制,這與劉焱等[36]的報道一致。從第3 d開始,經另加有LZM的復合涂膜處理后,由于LZM抗菌作用的發揮,魚片的TVB-N也相對減小。經TP微膠囊/LZM-PVA涂膜處理魚片的TVB-N最小,說明該涂膜的保鮮性能最優。分析認為,TP從微膠囊中緩釋后,再經涂膜緩釋,而后作用于魚體表面,在貯藏后期仍能保持足夠的抗菌濃度,達到了長效抗菌和抑制蛋白降解的目的,而LZM的施加拓寬了抑菌譜,起到了高效抗菌作用,故魚片的TVB-N最低,這與TVC、pH和TBA的研究結果相似。

2.3 TP微膠囊/LZM-PVA復合涂膜對美國紅魚魚片感官指標的影響

貯藏過程中美國紅魚魚片感官評分的變化如圖3所示。由圖3可知,隨著貯藏時間的延長,美國紅魚的感官評分逐漸下降。未處理的魚片在第9.6 d左右達到可接受限值6分,魚體肌肉變軟無光澤,彈性差,并產生腐敗性氣味。與未處理魚片相比,經涂膜處理的魚片感官評分下降相對緩慢,經PVA-涂膜處理的樣品在第11.6 d左右達到可接受限值,經TP-PVA涂膜和TP/LZM-PVA涂膜處理的樣品在13.0 d左右和13.4 d左右達到可接受限值,而經含有TP微膠囊-PVA復合涂膜和TP微膠囊/LZM-PVA復合涂膜處理的樣品在14.9 d左右和15.5 d左右才達到可接受限值。可見涂膜處理能明顯延長美國紅魚魚片的貨架期,涂膜在魚片表面形成致密的保護膜,阻礙了其與空氣的直接接觸,且具有調節氣體通透性的作用,延緩了魚片的腐敗。在涂膜中加入TP后,涂膜的抑菌性能增強,可抑制魚片表面微生物的生長、脂肪的氧化和蛋白質的降解,延緩魚肉的腐爛,減少腐敗氣味的產生。涂膜中加入LZM后,使魚片的感官指標下降速度略有減緩,這是由于LZM增強了復合涂膜的抗菌性能,并在一定程度上減少了魚片鮮度指標的下降。采用TP微膠囊取代涂膜中的TP后,經該涂膜處理的魚片的感官評分下降最緩慢,在貯藏大約4 d后,差異更為顯著。這是因為含TP微膠囊的復合涂膜具有長效抗菌的性能,TP能夠在魚片表面長期維持抗菌濃度,在貯藏13 d后,保鮮效果更好,可顯著(P<0.05)延長魚片的貨架期。

圖3 貯藏過程中美國紅魚魚片感官評分的變化

2.4 TP微膠囊/LZM-PVA復合涂膜對美國紅魚魚片質構指標的影響

美國紅魚魚片在貯藏過程中質構指標的變化如圖4所示,包括硬度、彈性、咀嚼度和回復性。硬度是反映食品可保持原有形狀的內結合力[37],彈性能夠反映食品在外力作用下變形及去應力后的恢復程度[38],咀嚼度表示的是嚼勁,回復性是反映魚肉在受壓狀態下快速恢復變形的能力[39],回復性、咀嚼性是彈性的綜合表現。由圖4可知,隨著貯藏時間的延長,各項指標均呈下降趨勢,這是由于魚肉在內源酶和微生物的作用下,蛋白質發生降解,且肌肉之間結合力降低,導致肌肉變軟和汁液的流失。如圖4a所示,隨著貯藏時間延長,魚片的硬度持續下降,未處理魚片的硬度始終低于同期經涂膜處理的樣品,而經PVA復合涂膜處理的樣品硬度高于經單一PVA涂膜處理的魚片,其中經TP微膠囊/LZM-PVA涂膜處理的樣品硬度下降最小。經涂膜處理后,魚片表面形成了一層致密的保鮮涂膜,阻止外界環境與魚片內部的物質交換,抑制魚片表面微生物的生長繁殖,減緩魚肉中的糖原降解、蛋白質和脂肪分解,使蛋白質空間結構遭受破壞的程度降低,則魚片硬度下降速度減慢[40]。而復合涂膜中加入保鮮劑后,抗菌、抗氧化性能增強,減緩了魚肉鮮度指標的變化。在TP微膠囊/LZM-PVA涂膜中,TP微膠囊均勻分散于PVA涂膜中,可與涂膜基質PVA形成氫鍵,相互之間的結合更為緊密,使涂膜內部微結構得到改善,力學性能增強,且微膠囊中TP在微膠囊和涂膜中逐級釋放到魚片表面,起到了長效抗菌的作用,故該涂膜的保鮮性能最優。

圖4 貯藏過程中美國紅魚魚片質構變化

如圖4b所示,魚片彈性的變化趨勢與硬度一致。隨著貯藏時間的延長,魚片的彈性持續下降,這是由于pH的變化導致蛋白質空間結構遭到破壞,且微生物的繁殖使魚片肌球蛋白含量降低,導致結合水的能力降低,彈性下降。涂膜處理后,魚片內的微生物生長速度降低,減緩了結合水能力的降低,故魚片彈性指標下降緩慢。涂膜中添加保鮮劑后,減少了肌球蛋白和肌動蛋白的結合,延緩了肌肉收縮,使肌肉間的結合力較大,進而維持了良好的彈性。由圖4c、圖4d可以看出,隨著貯藏時間的延長,咀嚼度和回復性都呈持續下降的趨勢。在貯藏第6 d之后,未處理魚片的值始終低于經涂膜處理的魚片,經含TP或TP微膠囊復合涂膜處理魚片的咀嚼度和回復性始終低于單一PVA涂膜處理魚片。在貯藏12 d后,經TP微膠囊/LZM-PVA復合涂膜處理的樣品下降最慢,能維持較好的咀嚼度和回復性,這是涂膜中的抗菌、抗氧化成分抑制魚片硬度降低和彈性減小的綜合作用造成的。

3 結論

含TP或TP微膠囊的PVA復合涂膜處理可有效抑制美國紅魚魚片TVC的增長,進而降低pH的變化幅度,延緩脂肪的氧化和蛋白質的降解,維持魚肉較好的品質,有效保持了魚片的鮮度,延長了產品的貨架期。在含有TP微膠囊的復合涂膜中,TP從微膠囊到涂膜,再到魚體表面的緩慢釋放,使其在貯藏后期仍具有更優的保鮮性能。涂膜中添加LZM后,抑菌譜拓寬,增強了TP的抗菌性能,故TP微膠囊/LZM-PVA復合涂膜的保鮮性能更優。構建“微膠囊-涂膜”逐級緩釋體系可以有效提高生物保鮮劑的長效保鮮性能,LZM和TP復配使用可有效拓寬抑菌譜,具有協同增效作用。