孫申宇,黃卉,魏涯,李來好,楊賢慶,郝淑賢,岑劍偉,趙永強,陳勝軍,林織
1(上海海洋大學 食品學院,上海, 201306)2(中國水產科學研究院南海水產研究所,國家水產品加工技術研發中心,農業部水產品加工重點實驗室,廣東省漁業生態環境重點實驗室,廣東 廣州, 510300)3(廣東順欣海洋漁業集團有限公司,廣東 陽江, 529800)
Stabilityoftilapiaredmeatduringcoldstorage
SUN Shenyu1,2,HUANG Hui2*,WEI Ya2,LI Laihao2,YANG Xianqing2,HAO Shuxian2,CEN Jianwei2,ZHAO Yongqiang2,CHEN Shengjun2,LIN Zhi3
1(College of Food Sciences & Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)2(South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, National R&D Center for Aquatic Product Processing, Key Laboratory of Aquatic Processing Ministry of Agriculture, Guangdong Provincial Key Laboratory of Fishery Ecology and Environment, Guangzhou 510300, China)3(Guangdong Shunxin Ocean Fishery Group Co., Ltd., Yangjiang 529800, China)
ABSTRACTThe stability of tilapia red meat during cold storage was studied. The paper measured color difference value, pH value, myoglobin content, metmyoglobin reductase activity, mitochondrial membrane permeability, succinate dehydrogenase activity, lactic dehydrogenase activity, and NADH content of different packaging red flesh. The results showed that there was no significant change in red flesh L value during refrigeration. The red flesha*value of the tray packaging was falling, while it was increased and then had no obvious change for the vacuum packaging. Moreover, the content of Metmyoglobin increased significantly in the tray packaging, but did not change obviously in the vacuum packaging. The oxymyoglobin content, metmyoglobin reductase activity, mitochondrial membrane permeability, succinate dehydrogenase activity, lactic dehydrogenase activity, and NADH content were continuously reduced in these packaging conditions even though these indicators in vacuum packaging was higher than tray packaging. This proved that anaerobic refrigeration could better maintain the redox process of muscle myoglobin, thus improve the color stability of flesh. Through the correlation analysis of various factors, the change ofa*value was negatively correlated with the content of metmyoglobin, and the content of oxygenated myoglobin had a very significant positive correlation with metmyoglobin reductase activity, lactate dehydrogenase activity, succinate dehydrogenase activity, and NADH. It was further revealed that the activity of mitochondria and the decomposition of lactic acid and succinic acid in mitochondria was reduced, the content of NADH in electron transport chain was decreased, resulting in the decreasing of reducing ability of metmyoglobin and the stability of meat color.
Keywordstilapia; packaging methods; mitochondia; myoglobin; color stability
羅非魚(Tilapia)是世界水產養殖類生產的主要品種,中國是最大的羅非魚生產國[1]。2018年我國淡水養殖羅非魚產量162.4 萬t,較2017年增長2.25%,全國水產產業加工羅非魚69.7 萬t,較2017年增長4.45%[2]。羅非魚有高蛋白、低脂肪的特點,含有豐富的必需氨基酸和不飽和脂肪酸,因此具有較高的營養價值[3]。
冰鮮羅非魚片因其品質與鮮活羅非魚相似,受到消費者的喜愛[4]。色澤是消費者判斷羅非魚新鮮程度最直觀的指標,羅非魚片在貯藏過程中由于氧化作用而發生褐變,魚片的感官下降,從而影響消費者的購買[5]。宰后羅非魚片紅色肉的呈色主要來自于體內的肌紅蛋白,肌紅蛋白一般有3種存在形式,脫氧肌紅蛋白(deoxymyoglobin,DeoMb)、氧合肌紅蛋白(oxymyoglobin,OxyMb)、高鐵肌紅蛋白(metmyoglobin,MetMb)[6]。3種蛋白在不同氧氣狀態下的相互轉換,使肉色在紫紅色、鮮紅色和褐色之間轉變[7]。酶及線粒體的氧化還原作用是導致肉色變化的內在因素[8]。但對于羅非魚紅色肉色澤變化內在原因的研究報道較少,因此有必要更進一步的研究羅非魚紅色肉在冷藏期間的變化機制。本研究以羅非魚紅色肉為原料,通過研究其在冷藏過程中高鐵肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白含量以及線粒體在肉色變化中的作用,揭示羅非魚紅色肉在冷藏期間肌紅蛋白變化機制和線粒體對色澤變化的影響,為羅非魚片的貯藏保鮮提供理論數據和參考。
新鮮羅非魚購買于廣州市海珠區新港西路華潤萬家客村店,單尾質量(650±50) g。
乙醇、亞鐵氰化鉀為分析純,上海麥克林生化科技有限公司;吩嗪硫酸甲酯、KOH、三乙醇胺鹽酸鹽、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NADH)、乙醇脫氫酶、三羥甲基氨基甲烷、蔗糖、鐵氰化鉀、乙二胺四乙酸(EDTA),合肥博美生物科技有限公司;肌紅蛋白,美國Sigma公司。
809 Titrando自動電位滴定儀,瑞士萬通公司;BS 224S電子天平,德國賽多利斯公司;UV2550紫外可見分光光度計,日本島津公司;SC-80C全自動色差計,北京康光儀器有限公司;AvantiJ26XP高速離心機,美國貝克曼庫爾特公司;T50均質機,德國IKA公司;SUNRISE吸光酶標儀,瑞士TECAN公司;DZ-400/2L多功能真空包裝機,南通彩星工貿有限公司。
1.2.1 羅非魚紅色肉的制備
選取體積、質量相近的同一品種鮮活羅非魚[(650±50)g],常溫條件下放置在水箱中暫養。將魚置于砧板擊暈后,沿魚背脊處裁切,取背部完整魚肉去皮后,得到整片羅非魚紅色肉。取同一條魚兩側的背部紅色肉,分別采用真空包裝和托盤包裝方式,放入4 ℃冰箱中冷藏。并分別在宰后1 h、1 d、3 d、5 d、7 d、11 d取樣進行測定。
1.2.2 色差值的測定
用色差儀測定肉樣的亮度值(L)、紅度值(a*)、黃度值(b*),每個肉樣前中后3個部位各測定3次取平均值。
1.2.3 pH值測定
參考GB 5009.237—2016《食品安全國家標準食品pH值的測定》的方法進行測定[9]。
1.2.4 肌紅蛋白含量的測定
按照張玉斌等[10]的方法并稍作修改,取5 g待測肉樣品,加入25 mL磷酸緩沖液(0.04 mol/L、pH 6.8),用冰浴勻漿器10 000 r/min均質2 min,勻漿液0 ℃靜置1 h。然后4 ℃條件下1 000×g離心30 min。將上清液過濾,用相同磷酸緩沖液定容至25 mL。使用分光光度計測定525、545、565、572 nm處得吸光度值。計算公式如公式(1)~公式(3)所示:
P1=(0.369R1+1.140R2-0.941R3+0.015)×100
(1)
P2=(0.882R1-1.267R2+0.809R3-0.361)×100
(2)
P3=(-2.514R1+0.777R2+0.800R3+1.098)×100
(3)
式中:P1、P2、P3分別為脫氧肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白與高鐵肌紅蛋白的相對含量,%;R1=A572 nm/A525 nm、R2=A565 nm/A525 nm,R3=A545 nm/A525 nm。
1.2.5 高鐵肌紅蛋白還原酶活力測定
1.2.5.1 粗酶液的制備
參照馬騁等[11]的方法并改進,稱量3 g肉樣樣品,加入5 mL冰磷酸緩沖液(2.0 mmol/L,pH 7.0),以8 000 r/min冰浴均質勻漿1 min。均質液4 ℃、10 000 r/min 離心20 min,取上清液過濾,濾液加入稍過量鐵氰化鉀,再用同一緩沖液于4 ℃下透析(14 000 Da)24 h,期間換液3~5次除去過量的鐵氰化鉀。透析完成后離心30 min(4 ℃,8 000 r/min),最后用磷酸緩沖液定容至20 mL待測。
1.2.5.2 高鐵肌紅蛋白標準液的制備
將肌紅蛋白標準品溶于磷酸緩沖液(2.0 mmol/L,pH 7.0) 中,用鐵氰化鉀氧化,4 ℃蒸餾水透析24 h,將制備的高鐵肌紅蛋白溶液濃縮至0.75 mmol/L,按照1.2.4中的公式計算高鐵肌紅蛋白含量,使其含量大于93%。將高鐵肌紅蛋白溶液在50 ℃水浴10 min,分裝保存在-80 ℃。
1.2.5.3 高鐵肌紅蛋白酶活力的測定
配制高鐵肌紅蛋白酶反應體系,如表1所示,空白對照以蒸餾水代替NADH。

表1 高鐵肌紅蛋白酶反應體系Table 1 Methemoglobin reaction system
將各反應物于反應前置于25 ℃ 恒溫水浴鍋中,使反應體系溫度控制在25 ℃。加入NADH到體系中后啟動反應,在λ=580 nm 波長處用紫外-可見分光光度計測定MetMb與MbO2的吸光度,兩者摩爾消光系數為12×103L/(mol·cm),酶活力計算如公式(4)所示:

(4)
式中:ΔA,吸光度變化;V1,反應體系體積,mL;ε,摩爾消光系數,L/(cm·mol);V2,樣品體積,mL;l,比色杯光徑,cm;m,樣品的質量,g;109,mol 換算成 nmol。
1.2.6 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸含量的測定
根據辛建增等[12]的方法,稱取1.5 g肉樣樣品,加入12 mL 0.5 mmol/L的KOH乙醇溶液,8 000 r/min均質勻漿1 min,然后90 ℃水浴振蕩5 min,冷卻后加入10 mL三乙醇胺-鹽酸-磷酸混合液(0.4 mol/L 三乙醇胺鹽酸鹽、0.4 mol/L KH2PO4、0.1 mol/L K2HPO4,pH 7.8),室溫放置15 min使蛋白質絮凝變性,然后4 ℃、20 000×g離心10 min,上清液用于測定NADH含量。

表2 NADH含量測定Table 2 Determination of NADH contentration
上述組分混合均勻后于20 ℃條件下靜置20 min,記錄反應前后570 nm處吸光值的差值,以已知濃度的NADH標準曲線計算肉樣中NADH的含量。
1.2.7 線粒體膜通透性(mitochondrial membrane permeability,MMP)的測定
參考SUN等[13]的方法。稱取10 g肉樣樣品,用4 ℃的生理鹽水清洗,再用吸水紙吸干水分,加入100 mL分離液(250 mmol/L蔗糖、10 mmol/L Tris-HCl、1 mmol/L EDTA,pH 7.4),在10 000 r/min勻漿均質2 min,然后1 500×g、4 ℃離心15 min,取上清液4 ℃、12 000×g條件下再次離心15 min,沉淀用分離液清洗2次后溶于緩沖液(250 mmol/L蔗糖、10 mmol/L Tris-HCl,pH 7.4),制成線粒體懸浮液。測定線粒體懸浮液在520 nm波長下的吸光度值,若A520值降低則膜通透性增加,反之則表示膜通透性降低。
1.2.8 琥珀酸脫氫酶(succinate dehydrogenase,SDH)活性測定
具體的實驗方法參照南京建成公司琥珀酸脫氫酶試劑盒方法進行。
1.2.9 乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)活性測定
具體的實驗方法參照蘇州科銘生物技術有限公司乳酸脫氫酶試劑盒方法進行。
pH值是影響肉色變化的內在因素之一,宰后肌肉中pH值的變化和最終值都會影響肉色的穩定性[14]。羅非魚紅色肉在4 ℃條件下,pH值隨貯藏時間變化的情況如圖1所示。

圖1 不同包裝方式pH值變化Fig.1 pH changes in different packaging methods注:a~f不同字母表示組內差異性顯著,x~y不同字母表示組間差異性顯著(下同)
由圖1可知,隨著貯藏時間的延長,羅非魚紅色肉的pH值呈先降低后升高的變化趨勢。托盤包裝處理前5 d,pH值從6.69下降到6.21變化差異不顯著(P>0.05),貯藏5 d后,pH值迅速升高。真空包裝貯藏0~5 d,pH值從6.69下降到6.10變化顯著(P<0.05),5 d后pH值同樣增加,且pH值始終低于托盤包裝貯藏。1~5 d兩種處理方式組間差異不顯著(P>0.05)。MARIA等[15]在研究羅非魚冷藏品質時發現了同樣的變化規律。而出現這樣變化的原因主要是魚死后體內糖酵解反應發生,乳酸含量增加,導致pH下降,隨著貯藏時間的延長肌肉發生腐敗變質,微生物降解蛋白質產生胺類物質,pH迅速升高[16]。RUILECAPILLAS等[17]認為魚肉的pH可接受范圍小于7.4 ℃。4 ℃托盤包裝的羅非魚紅色肉在7 d后pH值超過7,證明托盤包裝不能夠長期有效地貯藏羅非魚。
消費者通過肉表面的顏色直觀地判斷肉的好壞。通過實驗發現,托盤包裝和真空包裝的羅非魚紅色肉貯藏期間亮度值整體呈現上升趨勢,但無明顯變化(P>0.05),且2個包裝方式組間差異不顯著(P>0.05),說明不同包裝方式對羅非魚紅色肉冷藏期間亮度值無明顯影響。這與WANG等[18]對研究結果相一致。托盤包裝紅度值從17.77下降到8.43,變化顯著(P<0.05),說明托盤包裝方式下,羅非魚紅色肉中氧合肌紅蛋白與氧氣結合轉變成高鐵肌紅蛋白使肉紅度值降低,同時黃度值升高,形成消費者不喜愛的褐色。真空包裝下的羅非魚紅色肉0~3 d紅度值顯著增加(P<0.05),與托盤包裝相比,真空包裝的紅色肉能夠更好地保持肉色,提高肉色的穩定性。此結果與吳燕燕等[19]對羅非魚肉色品質的研究結果相同。

表3 不同包裝方式色差值變化Table 3 The difference color value of different packaging methods
貯藏期間脫氧肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白三者之間的比例決定了肉色的變化,起決定性作用的是高鐵肌紅蛋白,當魚肉中高鐵肌紅蛋白含量低于20%時呈現鮮紅色,當高鐵肌紅蛋白含量大于30%時呈現暗紅色,大于50%時,呈現紅褐色,含量在70%以上時顯褐色[20]。
如表4所示,托盤包裝羅非魚紅色肉中氧合肌紅蛋白在貯藏期間從54.79%逐漸降低到17.12%,高鐵肌紅蛋白含量逐漸增加到62.34%,不同貯藏時間之間的高鐵肌紅蛋白含量有顯著差異(P<0.05),由表5可知,紅度值與高鐵肌紅蛋白含量呈極顯著負相關,與氧合肌紅蛋白含量呈正相關。NNRILAMALA等[21]在對金槍魚紅肉的研究中發現了同樣的變化規律。真空包裝同樣條件下的羅非魚紅色肉中,由于隔絕氧氣,肌紅蛋白的氧化作用受到限制,氧合肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白相對含量沒有明顯變化(P>0.05)。

表4 不同包裝方式氧合肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白含量變化Table 4 Changes in oxygenated myoglobin and methemoglobin content in different packaging methods
高鐵肌紅蛋白還原酶(metmyoglobin reductase,MetMbR)是高鐵肌紅蛋白還原作用的關鍵酶類,在煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的作用下,能夠將高鐵肌紅蛋白還原成氧合肌紅蛋白,從而提高肉色的穩定性[22]。

圖2 不同包裝方式高鐵肌紅蛋白還原酶活力變化Fig.2 The methemoglobin reductase activity changes in different packaging methods
由圖2可知,宰后羅非魚紅色肉高鐵肌紅蛋白還原酶活力為84 U/g,托盤包裝羅非魚紅色肉在0~7 d內高鐵肌紅蛋白還原酶活力持續降低(P<0.05),真空包裝在0~5 d內顯著降低(P<0.05)。在貯藏期間,托盤包裝的羅非魚紅色肉高鐵肌紅蛋白還原酶活力低于真空包裝,兩者之間呈顯著差異(P<0.05),由表5可知,高鐵肌紅蛋白還原酶活力與肉色紅度值成正相關,證明包裝內氧氣含量低時,可以延緩高鐵肌紅蛋白還原酶活力下降,提高高鐵肌紅蛋白的還原能力,從而提高肉色穩定性,使肉色保持鮮紅。FU等[23]研究高鐵肌紅蛋白還原酶活力對肉色穩定性的研究中發現,還原酶活力越高,肉色紅度值越大,肉色穩定性越好,與本實驗結果一致。
線粒體在死后的肌肉內仍有活性,其與肌紅蛋白競爭氧氣是形成肉色鮮紅明亮的主要因素[24]。線粒體內還可以提供高鐵肌紅蛋白還原所必須的高鐵肌紅蛋白還原酶,并通過提供電子傳遞鏈控制高鐵肌紅蛋白還原酶的活力,參與肌紅蛋白的氧化還原過程,進而影響肉色的穩定性[25]。
如圖3所示,托盤包裝和真空包裝線粒體膜通透性在貯藏期間逐漸增加且差異性顯著(P<0.05),兩者在貯藏1~5 d差異性顯著(P<0.05),而貯藏7 d后差異不明顯,最終兩者A520值接近一致,說明羅非魚紅色肉冷藏過程中,無氧環境會延緩線粒體膜通透性的增加,而對線粒體膜通透性的最終結果無顯著影響。貯藏期間羅非魚紅色肉中線粒體膜通透下降,高鐵肌紅蛋白還原酶活力降低,兩者表現為顯著正相關,還原酶活力的降低,高鐵肌紅蛋白含量增加,使肌肉紅度值降低。CHEN等[26]研究線粒體對肉色穩定性的影響,同樣發現當線粒體膜通透性增加時,高鐵肌紅蛋白含量增加,高鐵肌紅蛋白還原酶活力降低。這是因為當線粒體結構被破壞時,線粒體電子傳遞介導的高鐵肌紅蛋白還原作用受到限制,從而使肉色穩定性降低。

圖3 不同包裝中線粒體膜通透性變化Fig.3 Changes in mitochondrial membrane permeability in different packages
乳酸脫氫酶和琥珀酸脫氫酶等多種脫氫酶與氫和電子傳遞體共同組成了電子傳遞鏈氧化還原系統,電子傳遞鏈可以通過傳遞電子將高鐵肌紅蛋白還原[27]。同時乳酸脫氫酶和琥珀酸脫氫酶的代謝產物NADH能夠將高鐵肌紅蛋白還原[28],因此在維持肉色穩定性的方面具有重要作用。另外乳酸脫氫酶作為糖酵解過程中僅有的2種酶之一,能夠催化相應底物,產生NADH,在高鐵肌紅蛋白還原酶的作用下將高鐵肌紅蛋白還原成脫氧肌紅蛋白,在宰后肉色穩定過程中發揮重要作用[29]。
如圖4所示,托盤包裝羅非魚紅色肉在冷藏期間乳酸脫氫酶活性從189.74 nmol/(min·g)下降到59.59 nmol/(min·g)且差異顯著(P<0.05),真空包裝乳酸脫氫酶含量同樣呈下降趨勢,但在貯藏1~3 d和7~11 d時差異不顯著(P>0.05),乳酸脫氫酶含量均高于托盤包裝冷藏,且二者具有顯著差異性(P<0.05)。證明在冷藏期間,采用真空包裝方式能夠抑制乳酸脫氫酶活性降低,而乳酸脫氫酶活性與高鐵肌紅蛋白含量呈現顯著負相關,當乳酸脫氫酶活性較高時,能夠通過產生NADH,將高鐵肌紅蛋白還原,降低高鐵肌紅蛋白含量,提高氧合肌紅蛋白含量,是肉色維持鮮紅色,從而提高肉色穩定性。劉金鑫等[30]通過抑制乳酸脫氫酶的活性發現,乳酸脫氫酶活性降低,a*值、NADH濃度,高鐵肌紅蛋白酶活性顯著降低,從而使肉色穩定性降低。

圖4 不同包裝中乳酸脫氫酶活性變化Fig.4 Changes in lactate dehydrogenase activity in different packages
如圖5所示,托盤包裝與真空包裝的羅非魚紅色肉在貯藏期間琥珀酸脫氫酶活性呈現下降趨勢,且差異性顯著(P<0.05),真空包裝的琥珀酸脫氫酶活性均高于托盤包裝,但二者組間差異不顯著(P>0.05),由此可見真空包裝隔絕氧氣可以抑制琥珀酸脫氫酶活性的降低,但抑制作用并不明顯。乳酸脫氫酶活性和琥珀酸脫氫酶活性與肉色紅度值都反映出顯著正相關,證明這2種脫氫酶活性都能顯著影響肉色穩定性。劉金鑫[31]發現琥珀酸脫氫酶在冷藏7 d內活性逐漸降低且具有顯著差異,通過相關性分析發現a*值與琥珀酸脫氫酶活性存在顯著相關,與本實驗一致。

圖5 不同包裝方式中琥珀酸脫氫酶活性變化Fig.5 Succinate dehydrogenase activity changes in different packaging methods
NADH是糖酵解途徑以及呼吸作用檸檬酸循環過程中的還原性輔酶I,能夠作為電子傳遞體,將高鐵肌紅蛋白還原成氧合肌紅蛋白,從而降低宰后肌肉中的高鐵肌紅蛋白含量,使肉色穩定性提高,并且NADH濃度與高鐵肌紅蛋白還原酶活性顯示正相關[32]。如圖6所示,2種包裝方式在貯藏期間NADH含量均表現出下降趨勢且真空包裝的含量始終高于托盤包裝,托盤包裝中NADH含量從46.50 nmol/g下降到23.76 nmol/g(P<0.05),而真空包裝在0~3 d內無顯著性差異(P>0.05),二者在3~7 d內NADH含量差異性顯著(P<0.05),說明在氧含量較低的條件下,羅非魚紅色肉中的NADH消耗能夠得到較好的抑制作用,從而提高肉色的穩定性。ZHANG等[33]在研究冷藏對于肉色的影響時,同樣發現了冷藏過程中肉品a*不斷降低,NADH含量同樣降低,二者呈顯著相關性。

圖6 不同包裝方式NADH含量變化Fig.6 Changes in NADH content in different packaging methods
對托盤包裝條件下羅非魚紅色肉冷藏期間的L值、a*值、b*值、pH值、MetMb含量、OxyMb含量、MMP、LDH活性、SDH活性、NADH含量等指標變化進行相關性分析,結果如表5所示。
通過對以上因素的相關性分析,發現肌肉紅度值變化與高鐵肌紅蛋白含量變化呈極顯著負相關,而與氧合肌紅蛋白含量、高鐵肌紅蛋白還原酶活性、線粒體膜通透性、NADH含量、乳酸脫氫酶活性和琥珀酸脫氫酶活性均顯示顯著正相關,說明羅非魚紅色肉在冷藏期間的肉色主要受到體內肌紅蛋白含量和線粒體內多種脫氫酶及電子鏈傳遞過程中的NADH影響,當肌肉中高鐵肌紅蛋白還原酶與乳酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶活性較高時,高鐵肌紅蛋白被還原,高鐵肌紅蛋白含量較低,氧合肌紅蛋白含量較高,肌肉紅度值因此較高,使肉品顯示鮮紅的顏色,從而受到消費者的喜愛。

表5 托盤包裝不同因素與肉色間的相關系數Table 5 Correlation coefficients between different factors of tray packaging and meat color
本文以羅非魚紅色肉為研究對象,采用真空包裝和托盤包裝2種不同方式,對冷藏期間紅色肉肉色穩定性進行研究。結果表明,冷藏期間羅非魚紅色肉中線粒體活性、LDH活性和SDH活性降低,致使肌肉中線粒體電子傳遞鏈產生的NADH含量減少,MetMb還原能力減弱,OxyMb被氧化,MetMb不斷積累,從而使羅非魚紅色肉的鮮紅色轉變為褐色,肉色穩定性降低。真空包裝貯藏羅非魚紅色肉能夠有效延緩MetMb活性、LDH活性、SDH活性和NADH含量的降低,抑制MetMb含量的增加,從而提高羅非魚紅色肉在冷藏期間的肉色穩定性。