丁香精油-乙烯乙烯醇共聚物活性包裝材料對南美白對蝦干貯藏品質的影響

沈思遠,曲映紅,施文正,汪之和,李立

(上海海洋大學 食品學院,上海,201306)

南美白對蝦(Litopenaeusvannamei)蛋白質含量高,脂肪含量低,富含礦物質元素、維生素和多種對人體有益的氨基酸,肉質緊致鮮美,深受消費者喜愛,是兼具營養價值與經濟價值的水產品[1]。同時南美白對蝦對環境的要求較低,可以使用多種養殖方式來進行養殖,還具有較強的抗病能力[2],從而可以密集養殖,提高產量并滿足龐大的市場需求。但是南美白對蝦的高水分含量與豐富的營養會造成大量的微生物生長繁殖,同時蝦肉中的內源酶也會造成品質的下降[3-4]。由于我國水產品加工興起較晚以及加工技術發展滯后,南美白對蝦主要是以新鮮或者冰凍的狀態進入市場[5],不易長期貯藏且附加值低。干燥是一種常見又有效的水產品加工方式,可以給水產品提升附加值并顯著延長其貯藏期。蝦干制品具有獨特的風味和富有嚼勁的口感,深受消費者的喜愛,是一類逐漸興起的蝦加工產品[6]。

雖然蝦干中水分含量與水分活度較低,能夠抑制微生物的生長繁殖,但會發生脂肪氧化以及返潮等現象,同時微生物并不是完全無法在蝦干中生長繁殖,因此干制南美白對蝦貯藏過程中品質會發生一定程度劣變。包裝可以有效阻止水分、氧氣和微生物等對食品品質產生不良影響。丁香是一種常見的植物,在我國種植廣泛。而從丁香中提取的丁香精油是一種具有良好的揮發性、獨特香味的天然脂溶性混合物。丁香精油等植物精油已被研究證明具有抗菌作用與抗氧化功效[7-8],被廣泛應用在食品、醫藥等行業[9],是一種被美國食品藥品監督管理局認定為安全類產品的添加劑[10]。其主要成分為丁香酚、乙酰丁香酚、β-丁香烯以及水楊酸甲酯等[11],其中丁香酚被認為是抑菌的主要有效成分[12]。目前關于丁香精油的主要研究與應用方向集中在果蔬上,在水產品與干制品上應用的相關報導較少。

由于干制品不能直接接觸液體狀態的丁香精油,同時丁香精油成分復雜,有多個作用靶點以及其氣味會影響感官,在我國丁香精油被劃分為食用香料物質[13],不適合直接使用,所以將丁香精油添加到包裝材料中,從而得到含有丁香精油有效成分的包裝方法更加適用于干制品的貯藏,例如劉蒙佳等[14]將丁香精油制成抑菌保鮮襯墊協同氣調包裝應用在金鯧魚上。本實驗中采用楊輝等[15]的方法將丁香精油加入EVOH(乙烯-乙烯醇共聚物)制成包裝材料,這種材料可以有效提高冷藏草魚的貨架期,并用于干制南美白對蝦的貯藏。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南美白對蝦,蝦全長為(16.0±1.0)cm,購于上海市古棕路農工商超市；丁香精油(純度100%),廣州漢佰斯日化科技發展有限公司；EVOH,日本可樂麗公司；聚乙烯(polyethylene,PE)材料包裝袋；NaCl、三氯乙酸、硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid，TBA)、可溶性淀粉,國藥集團化學試劑有限公司；平板計數瓊脂,上海吉至生化有限公司；乙酸,上海泰坦科技股份有限公司；石油醚、Na2SO4、三氯甲烷,上海柯靈斯試劑有限公司；KI,上海阿拉丁生化科技股份有限公司；0.1 mol/L Na2S2O3標準溶液,上海蘭拓生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

FGJ-10熱風干燥機恒溫烘箱,德國DEMASHI公司；MM721 NG1-P1150微波爐,美的集團；SZ3002真空保鮮機,艾美特電器有限公司；SHP—2500型低溫生化培養箱,上海精宏實驗設備有限公司；LSSL-20雙螺桿擠出機、LSC-20吹膜機、XSS-300轉矩流變儀,上海科創橡塑機械設備有限公司；EL204 分析天平,美國METTLER TOLEDO公司；CR-400 色差計,日本 Minolta 公司；R206B型旋轉蒸發儀,上海申生科技有限公司；DSX-280KB24型手提式壓力蒸汽滅菌鍋,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；HD-3A 型水分活度測定儀,無錫市華科儀器儀表有限公司；FE20型pH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；A25 實驗室小型均質機,上海福克設備有限公司；UV-2450 紫外分光光度計,日本島津公司；Kjeltec2300 全自動凱氏定氮儀,丹麥 FOSS 公司；BCM型垂直雙人標準凈化工作臺,蘇凈集團安泰公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 保鮮薄膜的制備

參考楊輝等[15]的方法,材料構成為質量分數2%活性物質(丁香精油),其余為EVOH原料樹脂。薄膜制作方法為：

EVOH原料樹脂+活性物質→雙螺桿擠出→共混改性造粒→單螺桿擠出吹膜設備→保鮮膜

1.3.2 樣品處理

南美白對蝦充氧送到實驗室,加冰猝死后去蝦頭、蝦殼與蝦線,清洗后開始干燥,先在恒溫烘箱內60 ℃熱風干燥12 h,之后以385 W的功率微波干燥120 s得到干制南美白對蝦。等待干制蝦肉冷卻至常溫后,將蝦肉平均放入丁香精油EVOH袋與PE袋中,并用真空保鮮機封口,之后分別放入4與25 ℃的恒溫培養箱內貯藏,除0 d的樣品外,每5 d取樣進行實驗,共貯藏30 d。

1.3.3 水分含量的測定

水分含量參照 GB 5009.3—2016,采用直接干燥法測定。

1.3.4 水分活度的測定

參照GB 5009.238—2016食品水分活度的測定,采用水分活度儀擴散法。

1.3.5 色差的測定

采用色差儀進行測定,測定前用標準白板校準。結果以L*值(亮度)、a*值(紅色/綠色)和b*值(黃色/藍色)表示[16]。

1.3.6 pH的測定

稱量2.00 g樣品,加入18 mL去離子水,均質均勻后,10 000 r/min離心10 min,過濾,使用pH計測定濾液的pH[17]。

1.3.7 POV的測定

稱取至少10 g樣品至錐形瓶中,加入3倍體積的石油醚,避光浸泡至少12 h,Na2SO4過濾,40 ℃旋蒸得到粗脂肪,在粗脂肪中加入30 mL乙酸-三氯甲烷溶液(3∶2,V/V)與1 mL飽和KI溶液,輕輕搖勻30 s后避光靜置3 min,靜置結束后加入50 mL蒸餾水與1 mL質量分數1%可溶性淀粉溶液,使上層水相變為藍紫色,最后用Na2S2O2溶液滴至藍紫色消失。POV按照 GB 5009.227—2016《食品中過氧化值的測定》來計算。

1.3.8 TBA值的測定

參考 FAUSTMAN等[18]方法略作修改。稱取1.00 g樣品,加入5 mL 20% 三氯乙酸溶液與4 mL蒸餾水,均質均勻后,于4 ℃靜置1 h,靜置結束后于4 ℃冷凍離心(10 000 r/min) 15 min。濾紙過濾后將濾液定容至 10 mL,取5 mL樣液至15 mL試管中,并加入5 mL 濃度為0.02 mol/L的TBA溶液,搖勻后用保鮮膜封口并扎數個小洞,沸水浴40 min后流水冷卻至室溫,使用紫外分光光度計在532 nm波長處測得其吸光度值A。用蒸餾水作空白,TBA 值=A×7.8,以mg/100 g表示。

1.3.9 TVB-N的測定

參照 GB 5009.228—2016《食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》,采用凱氏定氮儀法測定。

1.3.10 菌落總數的測定

參照 GB 4789.2—2016《食品衛生微生物學檢測：菌落總數測定》,采用倒平板法測定。

1.4 數據處理

色差測定10次平行,其余指標均平行3次。使用 IBM SPSS Statistics 19軟件對數據進行方差分析,多重比較采用Duncan法；采用Origin 17 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 水分含量與水分活度

隨著貯藏時間的延長,所有樣品組的水分含量都有所增加,特別是在貯藏早期,水分含量顯著上升,水分活度也隨著顯著上升(圖1、圖2)。在同樣的貯藏時間下,25 ℃組的水分含量與水分活度明顯低于4 ℃組。不同材料的水分含量與水分活度變化沒有顯著差異。水分含量的增加應該是由于空氣中的濕度較高,在低溫貯藏過程中,包裝內空氣中的水分冷凝形成少量液態水,導致冷藏組的水分含量增加,特別是在貯藏前期,貯藏后期由于包裝內空氣濕度隨著液態水的生成而降低,使得空氣中的水分不易冷凝,因此在貯藏后期冷藏組的水分含量變化減少,常溫組的水分含量變化較小。隨著水分含量的變化,其水分活度也受到了影響,因為增加的水分大多是自由水,所以水分活度有所上升。

圖1 干制南美白對蝦在不同條件貯藏 過程中水分含量的變化Fig.1 Changes in moisture content of dried L.vannamei during storage under different conditions 注：字母不同表示差異顯著(P<0.5),小寫字母表示的是同一種 貯藏方式不同貯藏時間之間的差異性,大寫字母表示同一 貯藏時間不同貯藏方式之間的差異性(下圖與下表同)

圖2 干制南美白對蝦在不同條件貯藏 過程中水分活度的變化Fig.2 Changes in water activity of dried L.vannamei during storage under different conditions

2.2 色差

色差值中L*值表示樣品的亮度,由表1可知,相同的貯藏條件下,丁香精油EVOH組的L*值與PE組非常相近,差異不顯著；而在相同的貯藏時間,4 ℃組的L*值比25 ℃組略大,貯藏前5 d差異并不顯著,但在之后的貯藏過程中,4 ℃組的L*值顯著大于25 ℃組。隨著貯藏時間的延長,各組樣品的L*值基本處于下降趨勢。

表1 干制南美白對蝦在不同條件貯藏過程中L*值的變化Table 1 Changes in L* of dried L.vannamei during storage under different conditions

根據表2可知,a*值在不同貯藏條件下差異不顯著；在貯藏過程中有浮動變化,整體有所上升,這是由于在貯藏過程中蝦肉中的蛋白質變性,使其與蝦青素間的結合被破壞,從而讓更多的蝦青素游離出來加深蝦肉的紅色[19]。

表2 干制南美白對蝦在不同條件貯藏過程中 a* 值的變化Table 2 Changes in a* of dried L.vannamei during storage under different conditions

從表3中可以看出,不同的包裝材料對蝦肉的b*值基本沒有影響；貯藏時間對蝦肉的b*值的影響是有顯著差異的,整體呈下降的趨勢,4 ℃組在貯藏后期其b*值略有上升,而25 ℃組則基本在下降。

表3 干制南美白對蝦在不同條件貯藏過程中 b* 值的變化Table 3 Changes in b* of dried L.vannamei during storage under different conditions

2.3 pH

貯藏過程中所有樣品組pH整體呈顯著性上升趨勢(表4),這與吳晨燕等[20]研究結果一致,這種情況可能是由微生物分解蛋白時產生的氨基以及其自身的代謝產物所造成的[21],即腐壞程度越高,pH越大。在貯藏前5 d各組樣品pH變化較大,在貯藏中后期除25 ℃ PE組外,pH變化都相對較小;到30 d貯藏結束時,25 ℃組pH和4 ℃組相比沒有大的差別,丁香精油EVOH組的pH低于PE組,說明丁香精油EVOH活性包裝材料的保鮮效果較好。

表4 干制南美白對蝦在不同條件貯藏過程中 pH 的變化Table 4 Changes in pH of dried L.vannamei during storage under different conditions

2.4 POV

POV測定的是脂肪的一級氧化產物氫過氧化物的含量,反映油脂酸敗程度[22],是用來判斷食品氧化程度的重要指標。從圖3可知,貯藏過程中所有樣品組POV基本都呈先上升后下降的趨勢,在貯藏過程中出現峰值,這與陳霞霞等[23]的研究結果一致。這是因為貯藏前期蝦肉中的脂肪氧化生成氫過氧化物的速率高于氫過氧化物等初級產物分解成丙二醛這類二級產物的速率；在貯藏后期,隨著不飽和脂肪酸的不斷氧化與損失,氫過氧化物的生成速率下降,導致POV下降。除個別情況外,丁香精油EVOH組的POV整體小于PE組,4 ℃組POV值在貯藏前期較高,在貯藏20 d后顯著下降。表明丁香精油EVOH可以有效抑制氫過氧化物的產生,而低溫在貯藏前期并不能有效控制氧化。

圖3 干制南美白對蝦在不同條件貯藏過程中POV的變化Fig.3 Changes in POV of dried L.vannamei during storage under different conditions

2.5 TBA值

TBA值測定的是脂肪的二級氧化產物醛類(丙二醛)的含量,以此來確定脂肪的氧化程度,對于評價脂肪氧化的程度有重要作用。同時這些醛類物質氣味閾值低,對干制品的氣味影響很大,TBA值的升高還會產生一些較好的風味[24]。干制品在干燥的加熱過程中脂肪酸會大量氧化,產生二級氧化產物醛類物質,所以整體的TBA值都很高。貯藏過程中,4組樣品TBA值基本處于顯著上升的趨勢(圖4)。在25 ℃下,丁香精油EVOH組TBA值始終顯著低于PE組；在4 ℃條件下,除貯藏30 d外,丁香精油EVOH組TBA值低于PE組但不顯著。除貯藏30d時4 ℃PE組與25 ℃丁香精油EVOH組TBA值沒有顯著差異外，4 ℃組TBA值始終顯著低于25 ℃組。綜上所述,除在低溫短時間的貯藏外,使用丁香精油EVOH活性包裝材料可以有效抑制干制蝦肉的二級氧化。

圖4 干制南美白對蝦在不同條件貯藏過程中TBA值的變化Fig.4 Changes in TBA of dried L.vannamei during storage under different conditions

2.6 TVB-N

TVB-N指動物性食品在酶、細菌等作用下,使蛋白質分解而產生氨以及胺類等堿性含氮物質。此類物質具有揮發性,其含量越高,表明氨基酸被破壞的越多,是反映水產品鮮度的主要指標。在干燥過程中,由于熱量傳遞受阻以及蝦肉表面的結痂現象,蝦肉內的微生物與酶能在合適的條件下分解蛋白,產生堿性含氮物質；高溫也會使蝦肉中的蛋白質分解,使TVB-N值上升。干燥結束時蝦肉的TVB-N值已達到92.55 mg N/100 g,曾萍[25]也測得經過45 ℃熱風干燥的鯪魚的TVB-N值達到77.30 mg N/100 g。隨著貯藏時間的延長,4個樣品組的TVB-N值不斷上升,從圖5中看出,在貯藏15 d后,25 ℃樣品組中,用丁香精油EVOH組的TVB-N含量顯著低于PE組,說明該材料在25 ℃下具有明顯的抗氧化性；4 ℃樣品組中則沒有這種差異,表明在低溫環境下丁香精油EVOH活性包裝材料的抗氧化能力不顯著。4 ℃樣品組的TVB-N含量顯著低于25 ℃樣品組,而且隨著貯藏時間的增加,4 ℃組與25 ℃組的TVB-N含量差值也在不斷增大。以上結果表明丁香精油EVOH活性包裝材料結合低溫可以顯著延緩TVB-N值上升。

圖5 干制南美白對蝦在不同條件貯藏過程中TVB-N值的變化Fig.5 Changes in total volatile base nitrogen of dried L.vannamei during storage under different conditions

2.7 菌落總數

菌落總數是判定貯藏干制南美白對蝦是否變質的重要指標,微生物代謝產生的蛋白酶等物質會分解水產品中的蛋白、脂肪等,造成腐敗[26-27]。干制結束時菌落總數較低,這是由于在微波干燥階段,蝦肉達到較高溫度,可以在一定程度上起到滅菌效果[28],但由于溫度不穩定且處理時間較短,無法徹底滅菌。從圖6中可以看出,在貯藏過程中4組樣品菌落總數顯著上升,這與其水分活度在貯藏時不斷上升有關。丁香精油EVOH組菌落總數顯著小于PE組,說明丁香精油EVOH活性包裝材料具有明顯的抑菌能力；4 ℃組菌落總數也始終顯著低于25 ℃組,說明控制貯藏溫度可以有效延緩微生物的生長繁殖。4 ℃丁香精油EVOH組的菌落總數在同一貯藏時間下顯著低于其他3組,表明將低溫貯藏與丁香精油EVOH活性包裝材料結合使用具有較好的抑菌效果。

圖6 干制南美白對蝦在不同條件貯藏過程中 菌落總數的變化Fig.6 Changes in total plate count of dried L.vannamei during storage under different conditions

3 結論與討論

相較于PE材料,丁香精油EVOH活性包裝材料可有效抑制干制南美白對蝦在貯藏時發生的脂肪與蛋白氧化,同時還具有抑菌作用與控制干制蝦肉pH的效果,從而長時間保持干制蝦肉的品質,是一種適用于干制蝦肉貯藏的包裝材料。低溫貯藏同樣可以有效抑制氧化與微生物生長繁殖,但在包裝中容易造成返潮現象使貯藏過程中干制蝦肉的水分含量與水分活度上升,從而影響干制蝦肉的品質。

與PE材料相比,丁香精油EVOH活性包裝材料能顯著降低不同貯藏溫度下貯藏30 d的干制南美白對蝦的POV、TBA值、TVB-N值與菌落總數,在4 ℃下分別降低53.57%、9.38%、2.34%、20.57%,而在25 ℃下分別降低55.38%、11.21%、6.18%、25.87%。同時4 ℃下貯藏的干制南美白對蝦的貯藏品質均顯著高于25 ℃,因此將丁香精油EVOH活性包裝材料與低溫相結合的方式可以有效延緩干制南美白對蝦貯藏過程中的品質劣變。