低溫等離子體處理對冰鮮魷魚品質特性的影響

陳家盛，宮玉婷，董依雪，農夢琪，應曉國，鄧尚貴

1. 浙江海洋大學食品與藥學學院（舟山 316022）；2. 海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心（舟山 316022）

魷魚，又名柔魚或者槍烏賊，屬于軟體動物門頭足綱管魷目開眼亞目，是世界海洋漁業資源中未充分利用且具有較大潛力的海洋生物之一，全球海洋中魷魚總資源約4.28×108～6.5×108t，中國魷魚年捕撈量約50萬 t[1]。研究發現，魷魚是典型的高蛋白低脂肪海產品，一般營養成分堪比鮑魚，優于野生大黃魚[2]；且鮮味氨基酸含量較高，不飽和脂肪酸總量及DHA含量都較高。但一方面魷魚體內存在許多降解營養物質的酶，在適宜的環境中極易引發腐壞變質；另一方面，魷魚體內水分多、肌肉組織細嫩，是微生物生長的溫床，處理不當極易造成魷魚腐敗變質[3]。因此，做好魷魚品質的保障既有利于提高魷魚資源利用率、減少經濟損失，又能保障魷魚的有效供給。

作為食品加工領域的新技術——低溫等離子體技術因其具有安全、溫和、經濟等優點[4]，在水產品殺菌和保鮮方面的研究也越來越多。Miao等[5]研究發現，低溫等離子體在10～60 kV處理10 min，顯著提高熱誘導肌原纖維蛋白凝膠的持水性、質構特性和色澤特性，隨著處理電壓升高，游離巰基含量顯著降低。另外，等離子體被認為是固體、液體和氣體以外的第4種物質狀態[6]，離子化產生的紫外光輻射直接誘導微生物的DNA損傷，低溫等離子體產生的羥自由基引起膜蛋白發生化學修飾和降解，活性氧、活性氮可有效造成生物大分子（蛋白質、脂質）的氧化變性[7]，多種等離子體活性物質共同協同作用造成微生物的快速死亡，從而達到殺菌保鮮目的[8]。

因此，以冰鮮魷魚為研究對象，通過低溫等離子體技術處理后魷魚的色澤、pH、肌原纖維蛋白質量濃度、總巰基濃度、Ca2+-ATPase活性等變化，分析低溫等離子體對魷魚冷藏過程中品質的影響，為改善魷魚保鮮效果、提高魷魚資源的利用率提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

冰鮮魷魚（浙江舟山水產碼頭）。

1.2 儀器與設備

Phenix BK130/3低溫等離子體處理儀（Phenix Technologies有限公司）；FSH-2高速可調勻漿機（武漢格萊莫檢測設備有限公司）；pH計（上海虹益儀器儀表有限公司）；紫外可見分光光度計（上海第三分析儀器廠）。

1.3 方法

1.3.1 原料處理

將魷魚去皮去內臟，沿體軸切成約長、寬、高為3 cm×3 cm×1 cm的魷魚片，采用PE包裝將樣品隨機分為2組，每組15個樣品。一組用低溫等離子體處理，處理條件為50 kV、30 s；另一組不經低溫等離子體處理作為空白對照，將樣品同時置于4 ℃貯藏，在第0，第2，第4，第6和第8天分別抽取3袋測定各項指標。

1.3.2 水分測定

采用GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》進行測定，每組重復3次取平均值。

1.3.3 pH的測定

準確稱取2.0 g魷魚肉糜于燒杯中，加入20 mL蒸餾水，高速均質1 min，于4 ℃浸泡20 min，濾紙過濾后利用PHS-3C型酸度計測定，每組重復3次取平均值。

1.3.4 色差的測定

打開包裝袋取出樣品，將樣品置于光源下，色差計經白板校準后，測定樣品的色差值L*（亮度值），a*（紅度值），b*（黃度值），每組重復3次并取平均值，參考譚明堂等[9]的方法計算白度值，每組重復3次取平均值。

1.3.5 肌原纖維蛋白質量濃度測定

參考宦海珍[10]的方法提取肌原纖維蛋白，取上清液，利用考馬斯亮藍法測定肌原纖維蛋白質量濃度，每組重復3次取平均值。

1.3.6 肌原纖維蛋白總巰基濃度測定

參照1.3.5的纖維蛋白提取法提取，參照試劑盒的方肌原法依次加入樣本和試劑，混勻后室溫靜置10min，在波長412 nm處用雙蒸水調零，測定各管的吸光度，每組重復3次取平均值。總巰基濃度計算如式（1）所示。

式中：A***為412 nm處的吸光度差值；ε*為分子吸光系數13 600/（mol·cm·L-1）。

1.3.7 肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性測定

參照1.3.5的肌原纖維蛋白提取法提取，參照試劑盒的方法依次加入樣本和試劑，混勻后室溫靜置10min，在波長636 nm處用雙蒸水調零，測定各管的吸光度，每組重復3次取平均值。Ca2+-ATPase活性計算如（2）所示。

1.4 數據分析與處理

數據處理及作圖采用Origin 8.1，SPSS 13.0統計分析軟件，結果為平均值±標準偏差（采用SNK法分析測驗顯著性水平，p＜0.05）。

2 結果與討論

2.1 冷藏過程中水分變化

魷魚水分為75%～81%，其中肌肉中的水分為結合水、不易流動水和自由水3個部分，與蛋白質鏈距離越遠的水越容易流失。結合水主要通過氫鍵與蛋白質的極性基團相結合，這部分水性質穩定，基本不變。不易流動水約占肌肉總水分的85%，大部分分布于肌原纖維網絡結構中，不易流動水是生產加工中需要盡可能保持的水分，也是影響肌肉保水性的決定因素。除了結合水與不易流動水外，還有存在于毛細血管中的自由水，這部分水能被輕易除去，也是肉汁液流失的直接來源和影響肌肉保水性的重要因素。由圖1可知，隨著貯藏時間延長，樣品水分一直呈現下降趨勢，處理組和對照組的降低程度分別為4.7%和7.0%，這可能是由于冷藏期間蛋白質等物質的氧化、肌原纖維橫向收縮等導致魷魚的保水性降低進而導致魷魚的水分降低。在冷藏前4 d，低溫等離子體處理組的水分顯著低于對照組（p＜0.05），這應該是在高電壓下高度電離產生包含正、負電荷的離子，自由電子、自由基等多種活性物質，發生多種化學反應和紫外線輻射[11]，在此處理過程中分解消耗了魷魚表面部分自由水。冷藏4 d后，處理組的水分開始高于對照組，并且處理組的下降趨勢要明顯緩于對照組，這說明低溫等離子體處理能夠有效防止蛋白質等物質的氧化及肌原纖維結構變化，改善冷藏過程中魷魚的保水性。

2.2 冷藏過程中pH的變化

圖2為低溫等離子體處理魷魚之后魷魚pH冷藏時間發生的變化情況。從整體變化情況來看，魷魚的pH隨冷藏時間增長呈現出先減小后增大趨勢。剛開始冷藏時，處理組與對照組之間pH的差距不大，到第2天時，pH開始下降并且降到整個冷藏過程中最低點，前2 d魷魚pH下降的主要原因應該是魷魚體內的肌糖元發生分解與氧化從而產生乳酸。在此之后魷魚開始進入“自溶”階段，在該階段中，魷魚的品質劣變會產生一些氨和胺類物質等堿性腐敗物質，這些物質會導致pH增加，尤其是在第6天，2組的數值均顯著增加，對照組pH上升幅度顯著高于處理組（p＜0.05）。另外，酸性較強的環境有利于微生物體內酶活性的增強，增加魷魚體內蛋白質的分解速度，從而使魷魚更快地走向腐敗變質。通過這一現象可以說明，低溫等離子體處理能夠有效地抑制魷魚體內微生物的生長和酶的活性，從而降低蛋白質的氧化、分解速度，減少揮發性物質，如胺和三甲胺等的產生，從而證明等離子體處理能夠有效提高魷魚的保鮮效果。

圖1 冷藏過程中水分的變化

圖2 冷藏過程中pH的變化

2.3 冷藏過程中色澤的變化

魷魚的色澤會影響消費者對產品的接受度，消費者在挑選水產品時，產品的色澤是最直觀的因素之一[12]。色澤也是魷魚肌肉生理、生化和微生物變化的外部表現與魷魚肉感官品質的重要指標，魷魚及其制品在貯藏和加工過程中，因受到光照、溫度、氧氣等環境條件的影響，顏色會逐漸由白色變成黃色和褐色[13]。雖然試驗過程中獲得的L*（亮度值）、a*（紅度值）、b*（黃度值）沒有表現出顯著的變化趨勢，但是魷魚的白度值（W）具有一定的變化趨勢。通過圖3可以看出，處理組的白度值顯著高于對照組（p＜0.05），并整體呈現出下降趨勢。姜晴晴等[14]在凍融循環對秘魯魷魚蛋白及肌肉品質的影響研究中發現，氧化形成的羰基化合物與胺、氨基酸等氨基化合物發生反應會生成深色的物質，此外魚類中的鐵、銅等催化氧化后也可促進顏色的加深。這說明低溫等離子體處理能夠降低魷魚中的有機大分子如蛋白質和脂質的氧化速率，抑制肌肉蛋白質發生交聯、變性和降解，使魷魚保持較好品質。

圖3 冷藏過程中白度值的變化

2.4 冷藏過程中肌原纖維蛋白質量濃度的變化

肌原纖維蛋白是肌纖維的重要組成部分，也是肌肉蛋白質中最多的蛋白，具有重要的功能特性，占肌肉總蛋白的55%～60%，賦予肌肉食品許多令人滿意的物理、化學和感官特性。通過圖4可以看出，隨著冷藏時間延長，肌原纖維蛋白質量濃度整體呈現下降趨勢，處理組和對照組的降低程度分別為39%和46%，并且在第2和第6天時下降明顯。究其原因應該是低溫貯藏期間魷魚蛋白質物理、化學性質的變化及由此引起的蛋白質變性導致，主要集中在肌原纖維蛋白質空間結構、溶解性、Ca2+-ATPase活性、總巰基濃度及表面疏水性變化等方面。另外，魷魚的肌原纖維蛋白與其他魚類和哺乳動物的肌原纖維蛋白不同，更易溶于水、更容易氧化，蛋白質的氧化使蛋白質發生交聯、降解及變性，導致蛋白質的微觀結構被破壞，更多的肌原纖維束被撕開導致魷魚肌肉細胞和肌束之間形成間隙，使得肌纖維結構遭到破壞。經低溫等離子體處理后的魷魚在冷藏期間的肌原纖維蛋白質量濃度顯著高于對照組，說明低溫等離子體處理能夠降低肌原纖維蛋白的氧化，以及熱變性、保護蛋白質的微觀結構，延緩魷魚的品質劣變。

圖4 冷藏過程中肌原纖維蛋白質量濃度的變化

2.5 冷藏過程中肌原纖維蛋白總巰基濃度的變化

巰基具有較強的親核性和還原性，對于維持肌原纖維蛋白空間結構穩定、保持理化和功能性質具有重要意義[15]。蛋白質發生氧化可使巰基（—SH）形成二硫鍵（—S—S—），在蛋白質氧化過程中總巰基濃度減少，因此總巰基濃度可以作為蛋白氧化的一個重要指標。通過圖5可以看出，隨著冷藏時間延長，肌原纖維蛋白總巰基濃度整體呈現出下降趨勢，處理組和對照組的降低程度分別為27%和32%，并且在前2 d下降幅度最大，其原因可能是大部分的冰鮮魷魚是由凍藏魷魚解凍而成，隨著魷魚胴體溫度升高，化學反應速率加快，肌原纖維蛋白空間結構發生改變，使隱藏在分子內部的巰基活性基團暴露出來，氧化形成二硫鍵。另外，除0 d外，在其他4個冷藏時間節點，低溫等離子體處理組的總巰基濃度明顯高于對照組，下降趨勢也略緩，說明低溫等離子體處理在降低蛋白質氧化、保護肌原纖維蛋白空間結構方面具有重要意義，原因可能是低溫等離子體激發過程中產生的大量ROS和RNS等活性物質，可與魷魚處理體系中的蛋白質發生化學變化，對其進行化學修飾，改性與功能優化，甚至提高其抗氧化能力。

圖5 冷藏過程中肌原纖維蛋白總巰基濃度的變化

2.6 冷藏過程中肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性的變化

肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性源于肌球蛋白的球狀頭部，其活性大小與頭部區域結構穩定性和完整性密切相關。Ca2+-ATPase活性是評價肌球蛋白分子的良好指標，可反映肌肉中肌球蛋白的變性程度，因而被廣泛用作為蛋白質變性的評價指標。通過圖6可以看出，隨著冷藏時間延長，肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性呈現下降趨勢，并且其變化趨勢與總巰基濃度的變化趨勢相一致，這可能是由于蛋白質之間相互作用導致蛋白質分子重排，而分子聚合是由肌球蛋白活性部位的巰基氧化成為二硫鍵導致，引起肌球蛋白Ca2+-ATPase活性下降[16]。另外，處理組的數值要顯著高于對照組，說明低溫等離子處理能夠減緩酶解程度的加深，降低肌球蛋白分子的破壞程度，其原因應該是低溫等離子體改變了酶蛋白分子的二級結構（α-螺旋減少，β-折疊增加），從而導致酶活下降，抑制酶的活動，減緩Ca2+-ATPase活性的下降。

圖6 冷藏過程中肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性的變化

3 結論

以冰鮮魷魚為研究對象，通過低溫等離子體技術處理后魷魚的色澤、pH、肌原纖維蛋白質量濃度、總巰基濃度、Ca2+-ATPase活性等變化，分析低溫等離子體對魷魚冷藏過程中品質的影響。研究得出，低溫等離子體處理組在色澤、理化等方面均優于對照組，尤其是在肌原纖維蛋白相關指標中表現出較大的優勢，其中處理組的肌原纖維蛋白質量濃度、總巰基濃度的下降趨勢均緩于對照組，并且下降數值較對照組較小。另外，通過Ca2+-ATPase活性的變化可以反映低溫等離子體處理能減緩酶解程度加深，降低肌球蛋白分子的破壞程度，抑制酶活動。這說明低溫等離子體處理能夠有效降低魷魚中的有機大分子如蛋白質和脂質的氧化速率及肌原纖維蛋白結構的變化，抑制魷魚肌肉蛋白質發生交聯、變性和降解，改善冷藏過程中魷魚的保水性，使魷魚保持較好的品質，能夠為改善冰鮮魷魚的保鮮效果、提高冰鮮魷魚資源的利用率、實現冰鮮魷魚的高值化利用奠定理論基礎。