南极磷虾粉贮藏过程中品质变化研究

杜紫燕,徐 杰,熊菁晶,李学敏,李兆杰,薛长湖

(中国海洋大学食品科学与工程学院,山东青岛 266003)

南极磷虾作为总生物量约为6.5～10亿t的单种生物,储量巨大[1-2],具有高蛋白、低脂肪、氨基酸种类齐全、虾青素天然色素、矿物质元素含量高等营养特性,是提取虾油和加工饲料的优质原料。南极磷虾粉是南极磷虾船载加工的主要产品,具有作为水产饲料的极大优势,但是由于南极磷虾粉价格较高,其更多的是作为高价值的水产饲料添加剂来使用[3]。船载加工生产的南极磷虾粉是以南极磷虾为原料,经蒸煮、压榨、干燥、粉碎等工序制成的,由于南极磷虾海域远离大陆,因此,在较长的储运期间保持其品质极为重要[4]。

由于南极磷虾粉在常温下长期贮藏可能会导致其营养价值的降低和品质的劣变。袁玥等分析了贮藏165 d过程中,不同贮藏温度下南极磷虾粉品质评价指标的变化,以及加入脱氧剂后在35 ℃贮藏过程中南极磷虾粉的品质变化,结果得出在实验温度范围内,贮藏165 d后南极磷虾粉仍有较好的品质,加入脱氧剂可有效抑制油脂酸败,减慢色泽变化速度,较明显提高南极磷虾粉的贮藏性能[5-6]。但是除了研究贮藏温度和脱氧剂条件外,关于光照和气体条件方面的研究报道较少。

本研究通过在不同温度4和40 ℃、气体环境和光照条件贮藏南极磷虾粉,研究在贮藏过程中不同条件下虾粉的各项质量指标(色差、总虾青素含量、硫代巴比妥酸值、游离脂肪酸含量、吡咯含量)变化情况,比较分析不同温度下,光照和气体条件对虾粉品质的影响,为延缓虾粉品质恶化,提高虾粉的贮藏稳定性提供一定参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

南极磷虾粉 辽渔集团有限公司,在安兴海轮南极FAO48.1区船上加工的产品,置于-80 ℃保存，实验前初始获得的南极磷虾粉水分含量为7.87%,脂肪含量为20.66%;三氯乙酸、油酸、2-硫代巴比妥酸、三氯甲烷、甲醇、氢氧化钠(粒状)、乙酸乙酯、丙酮、石油醚、正己烷、硼酸、95%乙醇、甲基红、溴甲酚绿、乙酸铜、乙二胺四乙酸二钠 分析纯(AR)，国药集团化学试剂有限公司;甲醇、甲基叔丁基醚 色谱纯(HPLC)，德国Merck公司;正相硅胶柱SupelcleanTMLC-Si SPE 500 mg/3 mL 美国Supelco公司;YMC C30色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm) 日本YMC公司。

HH-2型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司;Millipore Q超纯水机 美国Millipore公司;DTU-1C型氮吹仪 日本Taitec公司;1260型液相色谱仪、G6410B质谱仪 美国Agilent公司;SB5200D超声波清洗机 宁波新芝生物科技股份有限公司;ab135-S精密分析天平 瑞士Mettler toledo公司;ColorQuest XE型分光色差仪 美国HunterLab公司;8400型全自动凯氏定氮仪 FossKjeltec丹麦。

1.2 实验方法

1.2.1 贮藏实验 参考Takeungwongtrakul[7]等对于虾青素氧化和脂质氧化的实验设计,贮藏条件设置见表1。贮藏实验进行过程中保持贮藏条件均匀稳定。每隔一周取样,进行各项质量指标的含量测定。其中,有氧组的样品在样品袋中不封闭保存;无氧组的样品抽真空后密封保存,以隔绝氧气;光照组给予不间断日光灯照射,避光组置于真空袋铝箔袋中保存;40 ℃储藏组置于恒温恒湿培养箱中,4 ℃储藏组置于层析柜中保存。

表1 南极磷虾粉8种不同贮藏条件Table 1 Different storage conditions of Antarctic krill meal

1.2.2 感官评价 由6名经过训练的评价员组成感官评价小组,以南极磷虾粉的色泽、组织、气味为评价指标,参考文献[5]中3分法进行评分:0分为最好品质,1分高品质终点,2分为货架期终点,>2分为感官拒绝,具体评分标准见表2。

表2 南极磷虾粉感官评价标准Table 2 Standard of sensory evaluation for Antarctic krill meal

1.2.3 水分含量的测定 按GB/T 6435-2014 《饲料中水分的测定》进行测定。

1.2.4 色差的测定 根据CIE(国际照明委员会)推荐的Lab表色系统中规定,L*、a*、b*分别代表色泽的亮度、红度和黄度[8]。本实验采用ColorQuest XE型分光色差仪测定磷虾粉的色泽参数值L*、a*、b*。每组样品测定5次,分别取平均值表示各色泽参数值。

1.2.5 总虾青素含量的测定 准确称取适量虾青素标准品,配成40 μg/mL丙酮溶液(超声波促溶),存放于棕色瓶中,于-20 ℃下保存,待测。称取0.1 g(±10%)虾粉样品,加入3 mL甲醇/乙酸乙酯/石油醚(1∶1∶1,v/v/v)浸提,于冷水中超声提取10 min,3000 r/min、4 ℃离心2 min,收集上相,重复提取3遍。合并提取液,氮气吹干,加入1 mL正己烷复溶并采用正己烷活化后的SPE-PAK正相硅胶柱进行纯化。上样后先用5 mL正己烷洗脱,除去非极性杂质,再用1%的丙酮溶液洗去其中的弱极性化合物,最后用50%的丙酮溶液收集橙黄颜色的部分,即为虾青素及虾青素酯。用氮气吹干后,加入200 μL甲醇/甲基叔丁基醚(1∶1,v/v)复溶,经0.22 μm有机膜过滤,-20 ℃充氮避光保存,进行HPLC-MS分析。HPLC-MS分析方法参考杨澍对南极磷虾中虾青素含量的测定进行分析[9],用外标法进行定量。

1.2.7 游离脂肪酸的测定 参考孙甜甜等改良的铜皂比色法进行测定[11]。称取2.00 g(±10%)虾粉,用40 mL氯仿/甲醇(2∶1,v/v)溶解,冷水(15～20 ℃)中超声15 min,取上层,重复提取三次,合并提取液,加60 mL超纯水,静置后分液过滤,并用无水硫酸钠过滤后将滤液旋干得待测虾油。取0.10 g虾油氯仿定容至50 mL,取1 mL至10 mL离心管中氮气吹干,加入3 mL正庚烷溶解,振荡1 min后加入1 mL铜试剂,振荡2 min,静置10 min后于715 nm测定OD值。用5 mg/mL油酸氯仿溶液分别取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL置于10 mL离心管中,氮气吹干,其他操作相同,绘制标准曲线。样品中的FFA含量根据标曲计算,FFA表示为g/100 g虾油。

1.2.8 吡咯含量的测定 参考Lu[12]等提出的方法稍修改后进行测定。称取2.00 g(±10%)虾粉,同1.2.7中的方法提取虾油,用二氯甲烷复溶到一定浓度,取一定体积二氯甲烷溶液氮气吹干后,分别加入3 mL 150 mmol/L pH7磷酸盐缓冲液(PBS,含3% SDS)和2.61 mL Ehrlich试剂(2.1 mL试剂A和0.51 mL试剂B),混匀,在45 ℃水浴加热30 min,冷却后于570 nm下测定吸光值。其中,试剂A由2 mL乙醇与8 mL HCl(2.5 mol/L)混合,200 mg对二甲基氨基苯甲醛溶于10 mL试剂A即为试剂B。空白组为样品加3 mL 150 mmol/L pH7磷酸盐缓冲液和2.61 mL试剂A,其他操作相同。标准曲线以1-(4-methoxyphenyl)-1H-pyrrole绘制,吡咯含量表示为μg/g虾油。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2013和SPSS 19.0软件进行数据处理及绘图。每项分析数据至少用3个平行数据,实验数据以平均值±标准偏差表示。

2 结果与分析

2.1 贮藏过程中感官评分的变化

不同贮藏条件下贮藏5周后的南极磷虾粉感官评价结果见表3。贮藏前初始南极磷虾粉的感官品质很好,看作是0分。随着贮藏时间的延长,各贮藏环境下磷虾粉的品质均逐渐下降。不同气体环境和光照条件下,4 ℃贮藏的磷虾粉贮藏4周后感官评分均小于1分,即处于高品质期,而40 ℃贮藏的磷虾粉贮藏3周后,无氧避光组感官评分已超过2分,其余3组在贮藏5周后均接近2分,达货架期终点。这表明4 ℃贮藏的磷虾粉品质保持较好,颜色基本呈橙黄色，有光泽及虾香味,虾粉组织较膨松、纤维状组织较明显。

表3 南极磷虾粉贮藏过程中感官评分结果Table 3 Results of sensory evaluation for Antarctic krill meal during the storage

2.2 贮藏过程中色泽的变化

南极磷虾粉贮藏过程中各色泽参数的变化情况见表4。贮藏前初始南极磷虾粉的L*值、a*值、b*值分别为63.51±0.78、22.24±0.04、24.72±2.11。随着贮藏时间的延长,不同贮藏条件下L*值无显著规律,而a*值均减小,b*值均增大,且第5周时40 ℃有氧条件下,光照组a*值达最小16.00±2.14,避光组b*值达最大27.11±0.59,说明南极磷虾粉在贮藏过程中亮度无明显变化,而红色逐渐变浅,黄色加深,且40 ℃有氧条件下变化最大。当气体环境和光照条件相同时,40 ℃与4 ℃相比,a*值降低、b*值增加的幅度均较大,说明磷虾粉在40 ℃贮藏过程中颜色变化较明显。这可能与高温促进油脂氧化及氨基化合物如蛋白质等的褐变和虾青素类物质的氧化降解有关。这一结论与袁玥对南极磷虾粉在贮藏过程中色泽变化的研究结论相一致[5]。当气体环境和温度相同时,光照组与避光组相比,a*值的降低幅度均较大,b*值的增加幅度均较小;当贮藏温度和光照条件相同时,有氧条件下a*值小于无氧条件时,且变化幅度较大,说明贮藏过程中磷虾粉黄色加深。这可能与虾青素在光照和氧气的协同作用下的分解有关[9]。因此,通过磷虾粉贮藏过程红色变浅趋于棕黄色,说明贮藏环境不利于磷虾粉的储藏。

表4 南极磷虾粉贮藏过程中各色泽参数的变化情况Table 4 Changes of color paraments in Antarctic krill meal under different storage conditions

2.3 贮藏过程中总虾青素含量的变化

南极磷虾富含虾青素,分子中含有共轭双键,末端连接有羟基和酮基结构,具有清除自由基和抗氧化作用[8]。如图1所示,贮藏前初始南极磷虾粉的虾青素含量为(95.94±0.96) nmol/g干重。随着贮藏时间的延长,虾青素的含量均逐渐降低。在40 ℃条件下,贮藏第1周对总虾青素的降解有显著影响(p<0.05),而在4 ℃条件下,贮藏第2周或第5周才表现出温度对虾青素降解的显著影响(p<0.05),表明40 ℃贮藏温度对虾青素氧化降解具有促进作用。在4 ℃条件下,经贮藏5周后,光照和氧气对虾青素氧化降解的影响均不显著(p>0.05)。贮藏于40 ℃有氧光照条件下,南极磷虾粉中虾青素降至(14.46±2.40) nmol/g干重,总虾青素的降解率最高。这表明在40 ℃贮藏条件下总虾青素受光照、氧气影响氧化降解加速。

图1 不同贮藏条件下南极磷虾粉的总虾青素含量的变化Fig.1 Changes of astaxanthin in Antarctic krill meal under different storage conditions

2.4 贮藏过程中硫代巴比妥酸值的变化

硫代巴比妥酸能与油脂中的不饱和脂肪酸氧化产物丙二醛等聚合产生一种红色化合物,通常用硫代巴比妥酸值(TBARS)来评价油脂的次级氧化程度。经不同条件贮藏的南极磷虾粉的TBARS值变化如图2。贮藏前初始南极磷虾粉的TBARS值为(15.64±0.73) mg/kg 干重。随贮藏时间延长,TBARS值总体呈不断增长趋势。贮藏5周后,有氧、40 ℃环境下,光照组TBARS值上升到最大,达(56.33±2.29) mg/kg干重,其次为避光组达(49.69±1.90) mg/kg干重,而且TBARS值增长主要发生在贮藏第1周。可见高温与氧气协同作用能够加速南极磷虾粉中油脂的氧化。贮藏5周后,无氧、40 ℃避光组TBARS值最低,相比贮藏前降低了3.09%,而光照组TBARS值明显高于避光组。这说明有氧及较高温度条件下光照能够促进贮藏中的脂质氧化。避光组出现降低的原因可能是该贮藏环境下氧化产物产生的速率小于其降解成其他小分子的速率。4 ℃条件下南极磷虾粉中TBARS值均无显著变化,且TBARS值最高值逼近或超过鱼粉TBARS的20 mg/kg限值。结果表明,在南极磷虾粉贮藏过程中,温度是促进虾粉中油脂氧化劣变的主要因素,这与袁玥进行的南极磷虾粉贮藏与营养性评价实验中的趋势一致[5-6]。因此,为避免由于虾粉中油脂氧化所导致的品质劣变,应尽量贮藏于低温环境且减少光照和氧气的共同作用。

图2 不同贮藏条件下南极磷虾粉的TBARS值的变化Fig.2 Changes of TBARS values in Antarctic krill meal under different storage conditions

2.5 贮藏过程中游离脂肪酸含量的变化

酸值的定义为中和1 g油脂中的FFA所需的氢氧化钾的毫克数。因此,酸值与FFA的变化情况是一致的,即酸值的升高通常伴随着游离脂肪酸的产生。本研究分析了贮藏期间南极磷虾粉的FFA含量变化(如图3)。贮藏前初始南极磷虾粉的FFA含量为3.33%。随着贮藏时间延长,贮藏于4 ℃条件下FFA含量均无显著变化,这与阴法文[13]对磷脂贮藏实验中得到的结果一致,即南极磷虾磷脂在低温条件下不会产生FFA。贮藏于40 ℃时,FFA含量总体呈不断增长趋势,而且从第3周开始,出现明显增加,说明高温会促进FFA的产生。贮藏于有氧、40 ℃条件下,FFA值增长明显,其中,光照组第5周FFA含量为7.76%,避光组第5周FFA含量为7.92%。贮藏于无氧、40 ℃条件时,光照组第5周FFA含量7.63%。阴法文[13]通过分析磷脂在40 ℃条件下贮藏8周后的变化,认为磷脂可能发生了水解酸败,从而产生FFA。由于FFA中的极性基团能够催化氢过氧化物分解成自由基,促进脂质自动氧化的链式反应,易于富集油脂表层并降低表面张力,通过吸收空气中的氧分子而加速氧化[14]。因此40 ℃贮藏条件会促进虾粉水解酸败,且有氧和避光的作用加速FFA的产生,不利于虾粉贮藏期间品质保持。

图3 不同贮藏条件下南极磷虾粉的FFA含量的变化Fig.3 Changes of TBARS values in Antarctic krill meal under different storage conditions

2.6 贮藏过程中吡咯含量的变化

磷脂酰乙醇胺作为南极磷虾粉中含量仅次于磷脂酰胆碱的磷脂组分,其氨基基团和脂质的氧化产物作用可生成疏水性吡咯[15],据此可以判定磷虾脂质的氧化程度。南极磷虾粉贮藏5周后吡咯含量的变化如图4所示。贮藏前初始南极磷虾粉的吡咯含量为18.80 μg/g。随着贮藏时间延长,在贮藏期1～4周,南极磷虾粉的疏水性吡咯含量均大幅增加。其中,贮藏于40 ℃、有氧条件下,光照组吡咯含量增长最大达(168.00±1.43) μg/g,避光组吡咯含量为(157.61±2.18) μg/g。这表明,贮藏温度和氧气对虾粉中脂质非酶褐变反应的影响较大。当贮藏温度为4 ℃时,不同气体环境和光照条件下,吡咯含量均小于70 μg/g,且各组之间差别较小(10 μg/g以内)。贮藏期4～5周,南极磷虾粉的疏水性吡咯含量变化缓慢,呈现小范围波动。根据Hidalgo等[16]研究可知,非酶褐变反应产生的吡咯具有抗氧化性,能够减缓氧化速率,从而减缓吡咯的生成。因此,40 ℃贮藏条件下,有氧光照环境会促进南极磷虾粉的脂质氧化,不利于磷虾粉的品质保持。

图4 不同贮藏条件下南极磷虾粉中吡咯含量的变化Fig.4 Changes of pyrrole contents in Antarctic Krill meal under different storage conditions

3 结论

本实验贮藏期内,40 ℃贮藏条件下,不同气体和光照环境下南极磷虾粉各项指标变化加快,其中有氧光照组的氧化降解最明显,有氧避光组的水解酸败最大。这说明在较高温度下气体及光照环境会影响南极磷虾粉的品质。由于南极磷虾粉的脂质含量较高且富含多不饱和脂肪酸,因此减少脂肪氧化能够保持其品质和营养价值。当在贮藏温度较高时,需要减少虾粉与氧气的接触,以保持其品质,此外有人研究发现采用外加脱氧剂的方法利于保持虾粉品质[6]。关于减少脂质含量及不同贮藏温度和氧气浓度对磷虾粉的品质影响仍有待进一步研究。

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