蝦青素-羧甲基殼聚糖復合涂膜對羅氏沼蝦保鮮效果的影響

李念，陳露珠，汪之和

(上海海洋大學 食品學院，上海，201306)

羅氏沼蝦(Macrobyachiumrosenberqii)又名淡水長臂大蝦，隸屬長臂蝦科，沼蝦屬，是中國重要的經濟型淡水蝦類。近年來隨著生活水平的提高，消費者的消費觀念逐漸從經濟實惠轉變為綠色健康，對營養價 值高且味道鮮美的羅氏沼蝦的需求日益攀升。然而，較高的含水量和蛋白質含量在賦予羅氏沼蝦極佳的口感和豐富的營養價值的同時，也使得其在貯藏過程中易受到細菌和酶的影響而腐敗變質，縮短貨架期[1]。因此，開發出一種高效且綠色安全的保鮮方法變得尤為重要。

蝦青素是一種脂溶性含氧類胡蘿卜素，具有極強的抗氧化活性，能夠有效淬滅單線態氧和清除自由基[2-3]。同時，蝦青素能夠抑制多酚氧化酶活性，具有天然、安全、無毒等特點[4]。因此，近年來蝦青素已成為國內外學者研究天然食品保鮮劑的熱點對象之一，目前已應用于果蔬、肉制品、奶制品等食品保鮮中。韓青佑[5]制備蝦青素-明膠復合膜液對藍莓進行涂膜保鮮，發現復合膜液可顯著降低藍莓的失重率和腐爛率，抑制藍莓中丙二醛的積累，延長藍莓的貨架期。劉開華等[6]研究發現，將蝦青素與茶多酚聯合保鮮魚丸，可有效抑制魚丸脂質氧化、蛋白質降解及微生物的生長繁殖，延緩魚丸貯藏過程中感官品質的下降。EL-BIALY等[7]將從蝦殼廢棄物中提取得到的蝦青素添加到羅非魚魚糜中，發現蝦青素能夠降低魚糜的pH值，延緩魚糜脂質氧化。同時，ABDELMALEK等[8]也做了類似的研究，利用油溶法提取蝦殼廢棄物中的蝦青素并將其加入到雞排中，發現在冷藏條件下，蝦青素可有效抑制雞排脂質氧化和嗜冷菌的生長。由此可見，蝦青素在食品保鮮上具有一定的發展空間。

蝦青素在水產品上的保鮮報道較少，尤其是在蝦類(甲殼類)中的應用目前尚未報道。本文以羅氏沼蝦為原料，將實驗室自制的南極磷蝦源蝦青素添加到具有生物可降解性及成膜性的羧甲基殼聚糖膜液中，以3%(質量分數，下同)的甘油作為增塑劑，以 0.4%(質量分數，下同)的吐溫-80為乳化劑，對其進行涂膜保鮮處理。以感官評分、菌落總數、pH、總揮發性鹽基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)、硫代巴比妥酸反應物 (thiobarbituric acid reactive substance, TBARS)值、K值為考察指標，研究不同質量濃度的蝦青素-羧甲基殼聚糖復合涂膜液對羅氏沼蝦在冷藏過程中[(4±1) ℃]的保鮮效果的影響,為蝦青素在蝦類等水產品保鮮中的深入研究和應用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

羅氏沼蝦，上海市浦東新區新蘆苑集貿市場；南極磷蝦源蝦青素為實驗室自制。

甲醇(色譜純)、三氯乙酸(分析純)、硫代巴比妥酸(分析純)、硼酸(分析純)、氫氧化鉀(分析純)、磷酸氫二鉀(色譜純)、磷酸二氫鉀(色譜純)，國藥集團化學試劑有限公司；三磷酸腺苷及其關聯化合物標準品(色譜級)，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；羧甲基殼聚糖(取代度≥80%，分析純)，上海麥克林生化科技有限公司。

UV-1800PC紫外可見分光光度計，上海美譜達儀器有限公司；H2050R高速冷凍離心機，長沙湘儀有限公司；Waters-2690高效液相色譜儀，美國Waters公司；C18液相色譜柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)，上海安譜科學儀器公司；FE20 pH計，上海梅特勒-托利多儀器有限公司；DSX-280KB24手提式壓力蒸汽滅菌器，上海申安醫療器械廠；BCM型垂直雙人標準凈化工作臺，蘇凈集團安泰公司；FOSS Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀，丹麥FOSS公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蝦青素的制備

將南極磷蝦蝦殼剝離去肉，洗凈瀝干后置于烘箱中于50 ℃條件下烘干，用粉碎機將烘干后的蝦殼粉碎，過100目篩，得到粗細均勻的蝦殼粉，于-20 ℃條件下貯藏備用。稱取一定量的蝦殼粉，使用二氯甲烷溶液在料液比1∶30 (g∶mL)，提取溫度30 ℃，提取時間2.5 h的工藝條件下對蝦殼粉進行浸提，重復2次 上述過程，合并濾液并旋轉蒸發濃縮，于-20 ℃條件下貯存備用,所制得的蝦青素溶液質量濃度為0.2 mg/mL。

1.2.2 不同質量濃度復合涂膜液的配制及原料預處理

在低溫避光條件下，分別添加不同體積(150、300、450 mL)的0.2 mg/mL蝦青素濃縮液至質量分數為1%的羧甲基殼聚糖水溶液(含3%甘油作為增塑劑、0.4%吐溫-80為乳化劑,均為質量分數)中，用磁力攪拌器于40 ℃條件下進行攪拌使混合物充分溶解并完全揮發二氯甲烷液體，靜置30 min后即制得質量濃度為30、60、90 mg/L的蝦青素-羧甲基殼聚糖復合涂膜液， 以未添加蝦青素的羧甲基殼聚糖組為對照，未經涂膜處理組為空白。

用冰水混合物將鮮活羅氏沼蝦浸沒猝死，挑選蝦體完整且大小一致的羅氏沼蝦分別浸漬在制備好的復合涂膜液中10 min，瀝干后裝入聚乙烯保鮮袋中密封，于(4±1) ℃冷藏。

1.3 保鮮指標的測定

1.3.1 感官評定

參考王秀娟等[9]提出的感官評定方法，從肌肉組織、體表色澤及氣味3個方面對各處理組樣品的整體可接受性進行感官品質判斷。感官評定小組由8名具有感官評定經驗的人員組成，總分低于6分的樣品的感官品質被認為是不可接受的，表示蝦已不可食用。羅氏沼蝦感官評分標準見表1。

表1 羅氏沼蝦綜合感官評分表Table 1 Sensory evaluation of giant freshwater prawn (Macrobrachium rosenbergii)

1.3.2 菌落總數的測定

參照國標 GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》[10]對各組樣品的菌落總數進行測定。

1.3.3 pH的測定

在低溫環境下，對各組樣品進行去殼、頭及蝦線處理后，將蝦肉剪碎研磨成泥狀。稱取2 g蝦肉于燒杯中，并加入18 mL蒸餾水均質混勻，于10 000 r/min條件下離心10 min，過濾，用 pH 計測定上清液pH值，每組平行測定3次。

1.3.4 TVB-N的測定

參照國標GB 5009.228—2016《食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》[11]對各組樣品的TVB-N進行測定。

1.3.5 TBARS值的測定

參考劉金昉等[12]的方法并做修改。準確稱取1 g蝦肉于離心管中，加入5 mL質量分數為20%的三氯乙酸溶液和4 mL 蒸餾水，用高壓均質機勻漿60 s，并靜置1 h 后，于8 000 r/min 條件下離心 10 min，取上清液過濾后定容至10 mL，準確移取 5 mL 溶液于干凈試管中，并向其中加入5 mL 0.02 mol/L 硫代巴比妥酸溶液，在沸水條件下反應 20 min 后，取出，流水冷卻至室溫，于532 nm下測定吸光度A。用蒸餾水作空白對照，每組平行測定 3 次，取平均值。TBARS值按照公式(1)計算：

TBARS值/(mg·kg-1)=A×7.8

(1)

式中：7.8為通過標準曲線得到的系數。

1.3.6K值的測定

參考余達威等[13]的方法，采用高效液相進行測量。準確稱取攪碎的蝦肉樣品 5 g于離心管中，加入10 mL體積分數為10%的高氯酸溶液，勻漿2 min，隨后于10 000 r/min條件下離心15 min，過濾取上清液，用5 mL 體積分數為5%的高氯酸溶液洗滌沉淀，再次離心取上清液，此操作重復2次，合并上清液，用10 mol/L和1 mol/L的KOH 溶液調其上清液pH至6.50，靜置30 min，去除沉淀，取上清液用超純水定容至50 mL，搖勻，最后過0.22 μm水相膜待測，每組平行測定3次。整個實驗過程在0～4 ℃條件下進行。K值按照公式(2)計算：

(2)

式中：WATP，WADP，WAMP，WIMP，WHxR和WHx分別是蝦肉中三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、腺苷酸、肌苷酸、次黃嘌呤核苷和次黃嘌呤6種核苷酸的含量，mol/g。

ATP關聯化合物HPLC測定條件：采用C18色譜柱(5 μm，4.6 mm×250 mm)和Waters 2690紫外可見檢測器；檢測波長為254 nm；柱溫 30 ℃；進樣量 10 μL；流動相：A 液為pH 6.50的0.05 mol/L 磷酸鹽緩沖液，B 液為甲醇，等度洗脫[V(A)∶V(B)=97∶3]，流速為1 mL/min。

1.3 數據分析

試驗數據均以平均值±標準差(mean±S.D.)表示，試驗結果采用SPSS 22.0軟件利用Duncan進行多重比較，顯著性水平設為0.05。運用Origin 9.1軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 保鮮過程中感官評分變化

各處理組對羅氏沼蝦涂膜保鮮過程中的感官評分的變化如圖1所示。在貯藏過程中，各組樣品的感官評分均呈下降趨勢，其中空白組下降最快，其次是1%羧甲基殼聚糖對照組。在第3天時，空白組的感官評分已下降到5.93分，此時蝦體肉質變軟，蝦殼表面出現黑斑，并散發輕微異味。貯藏至第5天時，1%羧甲基殼聚糖對照組和30 mg/L復合涂膜組的感官評分均已低于6分，分別為5.64和5.89分。而60 mg/L 和90 mg/L復合涂膜組的感官評分的變化趨勢一直處于緩慢下降狀態，其分別在第6天和第7天低于6分，對比空白組，將羅氏沼蝦的貨架期分別延長了3 d和4 d。由此可見，60 mg/L和90 mg/L的蝦青素-羧甲基殼聚糖復合涂膜液可有效延緩羅氏沼蝦的腐敗變質，延長其貨架期。

圖1 不同保鮮處理組對羅氏沼蝦感官品質的影響Fig.1 Effects of different fresh-keeping treatment groups on the sensory quality of giant freshwater prawn (Macrobrachium rosenbergii)注：小寫字母不同者為差異顯著(下同)

2.2 菌落總數變化

各處理組對羅氏沼蝦涂膜保鮮過程中的菌落總數的變化如圖2所示，羅氏沼蝦的初始菌落總數為4.73 lgCFU/g，隨著貯藏時間的延長，各處理組的菌落總數整體上呈現上升趨勢。在貯藏前期，各組樣品的菌落總數變化緩慢且出現輕微下降的趨勢，而后逐漸上升。與空白組相比，各涂膜保鮮處理組均能在一定程度上抑制羅氏沼蝦菌落總數的增加，其中添加了蝦青素的處理組表現出更好的抑菌性。在貯藏第3天時，空白組的菌落總數超過了6 lgCFU/g，視為蝦體已腐敗變質。而此時，各處理組的菌落總數仍保持較低水平。隨著貯藏時間的延長，1%羧甲基殼聚糖對照組和30 mg/L復合涂膜液組在第5天的菌落總數分別達到6.18和6.11 lgCFU/g。而60 mg/L和90 mg/L 復合涂膜液組分別在第6天和第7天才超過6 lgCFU/g，貨架期較空白組分別延長了3 d和 4 d。由此可證明，添加蝦青素有助于抑制微生物生長繁殖，可有效延長羅氏沼蝦的貨架期。

圖2 不同保鮮處理組對羅氏沼蝦菌落總數的影響Fig.2 Effects of different fresh-keeping treatment groups on the total number of colony of giant freshwater prawn (Macrobrachium rosenbergii)

2.3 pH的變化

在冷藏條件下，各處理組對羅氏沼蝦涂膜保鮮過程中的pH的變化如圖3所示。羅氏沼蝦的初始pH為7.31，在貯藏過程中，各組樣品的pH在第1天出現了輕微下降，但整體呈現上升趨勢。空白組在第3天的pH達到了7.71，此時蝦體處于不新鮮狀態，而1%羧甲基殼聚糖對照組一直處于持續上升的趨勢，但pH值始終小于空白組，直到第5天時，蝦體的pH值超過7.7。含有蝦青素的各處理組樣品的pH值在貯藏的前2 d處于較低水平。在整個貯藏期間，含有蝦青素的各處理組始終低于1%羧甲基殼聚糖對照組和空白組。隨著貯藏時間的延長， 90 mg/L蝦青素組顯示出對pH值升高較好抑制作用，在第7 天超過了7.7，將保質期延長4 d。

圖3 不同保鮮處理組對羅氏沼蝦pH的影響Fig.3 Effects of different preservation treatment groups on the pH of giant freshwater prawn (Macrobrachium rosenbergii)

2.4 TVB-N值變化

各處理組對羅氏沼蝦涂膜保鮮過程中的TVB-N值的變化如圖4所示。隨著貯藏時間的延長，所有處理組樣品的TVB-N值均呈現上升的趨勢。貯藏至第3天后，各處理組的增長速度明顯加快。空白組、1%羧甲基殼聚糖對照組、30 mg/L復合涂膜液組的TVB-N值分別在第4、5、6天超過20 mg/100g，超過了可食用上限。此時 60 mg/L和90 mg/L復合涂膜液處理組仍處于較低水平。在貯藏結束時，60 mg/L和90 mg/L復合涂膜液處理組的TVB-N值分別為19.73和18.58 mg/100g，均未超過20 mg/100g，在空白組的基礎上將羅氏沼蝦的貨架期延長了4 d。表明添加蝦青素可以更好地延緩蛋白質的降解過程，這與劉開華等[6]的研究結果相一致。

圖4 不同保鮮處理組對羅氏沼蝦TVB-N值的變化Fig.4 Changes of TVB-N value of giant freshwater prawn (Macrobrachium rosenbergii) in different preservation treatment groups

2.5 TBARS值變化

各處理組對羅氏沼蝦涂膜保鮮過程中的TBARS值的變化如圖5所示。由圖5中可以看出，羅氏沼蝦的初始TBARS值為0.34 mg/kg，隨著貯藏時間的延長，各組樣品的TBARS值均呈現上升趨勢。在貯藏結束時，空白組的TBARS增加到了0.96 mg/kg，各處理組較空白組分別降低了25.21%、27.81%、36.94%和40.73%。其中90 mg/L復合涂膜液處理組的抗脂質氧化效果最好。

圖5 不同保鮮處理組對羅氏沼蝦TBARS值的變化Fig.5 Changes of TBARS value of giant freshwater prawn (Macrobrachium rosenbergii) in different preservation treatment groups

2.6 K值變化

各處理組對羅氏沼蝦涂膜保鮮過程中的K值的變化如圖6所示。樣品的初始K值為4.30%，隨著貯藏時間的延長，K值逐漸增加，其中空白組增長速度最快，其次是1%羧甲基殼聚糖對照組和30 mg/L復合涂膜液組。而60 mg/L和90 mg/L復合涂膜液組的K值呈現緩慢上升的趨勢，在貯藏后期60 mg/L和90 mg/L復合涂膜液組的K值表現出了明顯的優勢，說明含有蝦青素的涂膜液組在貯藏過程中可以有效延緩羅氏沼蝦核苷酸的降解。

圖6 不同保鮮處理組對羅氏沼蝦K值的變化Fig.6 Changes of K value of giant freshwater prawn (Macrobrachium rosenbergii) in different preservation treatment groups

3 討論

在貯藏過程中，蝦體內部的大分子物質會在自身多種蛋白酶及微生物的分解作用下生成一系列小分子有害物質如組胺、二甲胺、游離脂肪酸、吲哚等，同時多巴類物質會在多酚氧化酶的作用下轉化為醌類，并與氨基酸結合生成黑色素，使得蝦類水產品感官上的肌肉組織、體表色澤和氣味產生變化[14]。通過觸覺、視覺及嗅覺對其感官上的特異性變化進行感官評定，可有效且直觀地反應蝦類水產品的新鮮度。根據王秀娟等[9]的研究發現，當蝦的感官評分低于6時，則認為該樣品的感官品質是不可接受的。本研究中空白組在第3天的感官評分已低于6分，表明蝦已經開始腐敗變質，不具有食用價值。YAN等[15]將弱酸性電解水與抗壞血酸相結合對羅氏沼蝦進行浸漬涂膜保鮮，研究發現未處理組的樣品在第3天出現了品質的顯著下降，不具有食用價值，與本文研究結果相一致。60 mg/L和90 mg/L的蝦青素-羧甲基殼聚糖復合涂膜液對羅氏沼蝦的感官評分較好。

蝦類等水產品在捕撈、運輸、貯藏及銷售過程中，會受到自身及環境中的微生物的分解破壞作用，產生醛、酮、醇、氨基酸、組胺等小分子產物，使得蝦體發生腐敗變質并散發異味。因此，微生物的含量與水產品的腐敗程度密切相關。通過測定水產品中菌落總數的變化可直接反映水產品的新鮮度，為水產品貨架期的預測提供可靠依據。一般來說，蝦類水產品的菌落總數小于5 lgCFU/g時，被視為是一級新鮮，而當菌落總數超過6 lgCFU/g時，蝦類等水產品便不具有可食用價值[16]。本研究中，在貯藏前期的各組樣品的菌落總數出現了輕微下降的趨勢，這可能是由于蝦體表面的一些微生物對低溫冷藏環境的不適應，以及蝦體內的營養物質在前期還未全部降解為可被微生物利用的小分子物質，使得微生物的新陳代謝及生長繁殖受到抑制，延緩菌落總數的上升[17]。含蝦青素的處理組的菌落總數均上升速率緩慢，尤其是60 mg/L和90 mg/L的蝦青素-羧甲基殼聚糖復合涂膜液組的菌落總數上升速率最慢，這可能是由于蝦體所帶細菌多為嗜冷菌[18]，而蝦青素對嗜冷菌可能具有獨特的抑制作用。USHAKUMARI等[19]采用瓊脂打孔法對蝦青素的抑菌活性進行了研究，結果發現蝦青素對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均有顯著抑菌效果。MAGESWARI等[20]利用有機溶劑浸提法從嗜冷鞘氨醇單胞菌中提取出蝦青素，并對蝦青素的抑菌性進行了探索，結果發現蝦青素可有效抑制嗜冷菌屬單核細胞增生李斯特菌的生長繁殖。目前，對蝦青素抑菌機理的研究仍然較少。孟昂[21]以白色念珠菌為研究對象，對蝦青素抑菌機理進行了初步探索，發現蝦青素通過破壞細胞膜的通透性來起到抑菌的作用。JEYACHANDRAN等[22]從對蝦蝦殼中提取出富含蝦青素的類胡蘿卜素溶液，研究其抑菌性發現，其能對微生物的生物膜起到抑制作用，阻礙微生物的生長繁殖。ABDELMALEK等[8]用蝦青素保鮮雞排和劉開華等[6]用蝦青素保鮮魚丸的研究中也證實了這一點。

pH值是判斷水產品新鮮度的一個重要指標。蝦類水產品在捕撈死后，其體內糖原會發生降解反應，生成乳酸等有機酸類物質，降低蝦體的pH值[23]。隨著貯藏時間的延長，蝦體內部的蛋白質等含氮物質在微生物的分解作用下，轉化為三甲胺、硫化氫、吲哚、氨類等多種堿性含氮化合物，造成pH值的升高。因此，通過測定羅氏沼蝦貯藏期間pH的變化，反映蝦體的新鮮度。MEHMET等[24]研究發現，蝦的pH值與蝦類水產品的新鮮度密切相關，認為蝦體的pH小于或等于7.7時具有可食用價值。在本研究中，pH在貯藏第1天時出現輕微下降趨勢，而后迅速上升，這可能是蝦體內部的蛋白質被細菌和內源酶分解產生堿性物質，使得pH值不斷升高[25]。90 mg/L的蝦青素-羧甲基殼聚糖復合涂膜液組的pH在第7天時才大于7.7，說明一定含量的蝦青素配合羧甲基殼聚糖溶液可延緩蝦體內蛋白質的分解，較好地抑制蝦體pH的升高，維持蝦體品質。

TVB-N包括三甲胺、二甲胺、氨和其他揮發性堿性含氮化合物，是判斷水產品腐敗變質的一個重要鮮度指標。我國河蝦食品衛生標準GB 5009.228—2016《食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》[11]規定：河蝦的TVB-N值的可食用上限為20 mg/100g。本研究中，在貯藏前期，TVB-N值先緩慢上升，貯藏3天后開始快速上升，這可能是由于在貯藏前期蝦體表面的微生物生長受到抑制，不具有較強的分解破壞作用。同時，蝦類水產品在死后，蝦體肌肉會進入僵硬期，在達到僵硬最高峰后開始解僵，此時蝦體肉質變軟，彈性及韌性下降，蛋白質開始發生降解，造成TVB-N值的迅速升高[26]。60 mg/L和90 mg/L復合涂膜液處理組的保鮮效果最好。

TBARS值的升高與不飽和脂肪酸氧化分解加劇有關。羅氏沼蝦在死后，體內的不飽和脂肪酸易受到空氣中氧氣的影響而發生氧化酸敗，生成醛酮類低分子羰基化合物，對蝦體的色澤和風味造成損害[27]。硫代巴比妥酸可與脂肪氧化的二次產物戊二醛發生反應生成紅色復合物，而這種復合物在532 nm處有最大吸收峰，通過測量吸光度可判斷脂肪氧化的程度。因此，TBARS值被廣泛用作評價脂肪氧化程度的指標[9]。在本研究的貯藏過程中，含蝦青素的處理組明顯優于空白組和對照組，這主要是由于蝦青素具有極強的抗氧化性，能夠清除膜內外自由基，淬滅單線態氧，阻礙蝦體內游離脂肪酸自動氧化的進行，有效延緩羅氏沼蝦脂肪氧化程度[28]。CARBALLO等[29]用蝦青素保鮮羊肉發現蝦青素在冷藏條件下可抑制脂肪氧化，延長貨架期。POGORZELSKA等[30]得到了相同的結論，蝦青素可抑制豬肉糜脂肪氧化。

在水產品貯藏過程中，核苷酸的降解是水產品品質發生劣變的一個重要原因。K值是ATP及其降解產物的含量的比值，能夠反映水產品肌肉中核苷酸的降解情況。許多研究報道指出K值與蝦類水產品的新鮮度具有關聯，其可作為評價蝦類等水產品新鮮度的化學指標[31-32]。K值越大，則表明核苷酸降解越嚴重，蝦類就越不新鮮。在本研究中，60 mg/L和90 mg/L 復合涂膜液處理組的K值最小，比空白組、對照組分別低35.71%、12.90%和41.11%、20.38%。

4 結論

在(4±1) ℃條件下，各處理組對比空白組均對羅氏沼蝦具有一定的保鮮效果。由綜合感官評分、菌落總數、pH、TVB-N值、TBARS值和K值6個指標測定結果發現，60 mg/L和90 mg/L復合涂膜液組較單一使用1%(質量分數)羧甲基殼聚糖處理組均表現出較好的保鮮效果，可有效抑制微生物的生長繁殖，延緩脂質氧化及蛋白質分解，使得羅氏沼在低溫貯藏期間具有較好的感官品質，將貨架期延長3～4 d。因此，蝦青素-羧甲基殼聚糖復合膜液在蝦類等水產品的保鮮中具有良好的保鮮效果和應用前景。