明胶-壳聚糖-迷迭香提取物复合膜对南美白对虾品质的影响

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(1.中国海洋大学食品科学与工程学院,山东青岛 266003; 2.宁波市农业科学研究院,浙江宁波 315040)

南美白对虾(Litopenaeusvannamei)是当今世界养殖虾类产量最高的三大品种之一,肉质鲜嫩,营养丰富,但由于其具有较高的蛋白质和水分含量,在捕捞及贮藏运输过程中极易被微生物侵染和组织蛋白酶降解,导致鱼肉腐败和蛋白氧化变性[1-2]。冷冻贮藏虽能对对虾有一定保鲜作用,但易造成蛋白质冷冻变性,致使对虾品质下降,而冷藏保鲜时对虾氧化褐变严重,因此探究对虾新的保鲜技术与保鲜方法尤为重要。

壳聚糖(Chitosan)、明胶作为生物大分子,具有良好的成膜性,作为涂膜保鲜剂,广泛应用于水产品的保鲜[3-4]。迷迭香提取物是从迷迭香的花与叶中提取的具有生物活性的物质,其主要成分鼠尾草酸、鼠尾草酚和迷迭香酸。由于迷迭香提取物的水溶性较差,分散性不好,限制了其抗氧化活性的发挥。而壳聚糖与明胶共混可制成可生物降解食品保鲜复合膜,有研究对复合膜的性能及结构等进行了研究,结果表明壳聚糖与明胶间有良好的相容性[5],但有关复合膜与其他保鲜剂协同作用在水产品保鲜上的报道很少,因此,可以利用壳聚糖和明胶良好的成膜性使迷迭香的抗氧化性充分发挥。

本研究基于明胶-壳聚糖复合膜,通过添加迷迭香提取物,制备明胶-壳聚糖-迷迭香提取物复合膜,并研究其对冷藏南美白对虾的保鲜效果,旨在为新型保鲜膜或新型食品包装材料提供基础性研究数据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜活南美白对虾(Litopenaeusvannamei) 大小(13.59±0.5) cm,青岛市南山水产品市场;迷迭香提取物 有效成分为80%鼠尾草酸,成都生物化学物质有限公司;壳聚糖(50 kDa左右)、卵磷脂 Sigma-Aldrich公司;明胶 青岛东易科技发展有限公司产品;其他化学试剂 均为分析纯。

DF-101S恒温加热磁力搅拌器 郑州长城科工贸有限公司;GL-21M高速冷冻离心机 湘仪离心机仪器有限公司;UV-2550 紫外分光光度计 岛津仪器分析有限公司;PSX智能生化培养箱 宁波东南仪器有限公司;Synergy2超净工作台 苏州安泰空气技术有限公司。

1.2 明胶-壳聚糖-迷迭香提取物复合膜成膜液的制备

参照López-Córdoba等[6]的方法略作修改。将15 mg迷迭香提取物溶解于50 mL 15 mg/mL的卵磷脂乙醇溶液中,混合均匀,然后将上述混合液逐滴加入100 mL水中,得到1%的迷迭香提取物溶液。将2%(w∶v)的壳聚糖加入1%(v∶v)的乙酸溶液后,搅拌至壳聚糖完全溶解得到2%壳聚糖溶液。将1%的迷迭香提取物溶液在45 kHz下超声20 min后,置于50 ℃的水浴锅中,并向溶液中加入质量分数为6%(w∶v)的明胶,搅拌至明胶完全溶解,然后再逐滴加入2%壳聚糖溶液,使明胶溶液与壳聚糖溶液最终的体积比为3∶2,此即为明胶-壳聚糖-迷迭香提取物复合膜成膜液(G-C-RE)(迷迭香提取物终浓度为0.1%)。将质量分数为6%(w:v)的明胶溶液与2%(w∶v)的壳聚糖溶液以3∶2的体积混合得到壳聚糖-明胶(G-C)复合膜成膜液。

1.3 样品处理

将鲜活南美白虾运到实验室,加冰猝死后,随机分为三组(每组12.0±0.2 kg),将其浸泡于1.2中的G-C-RE成膜液与G-C成膜液中30 min,沥干放入干净的托盘中,封上保鲜膜,置于4 ℃冷藏箱中冷藏。以浸泡蒸馏水的样品作为对照,三次重复,分别在贮藏的0、2和5 d取样,进行相关指标测定。

1.4 菌落总数、挥发性盐基氮(TVB-N)和硫代巴比妥酸(TBARS)含量的测定

样品测定时,去除虾头虾壳,取虾肉进行下列指标测定:菌落总数参照GB 4789.2-2016食品微生物学检验菌落总数测定方法测定[7]。TVB-N参照GB 5009.228-2016的方法测定[8]。TBARS参照文献[9]的方法略作修改。具体步骤:称取1 g虾肉样品,加入5 mL 0.375%硫代巴比妥酸,15%的三氯乙酸和0.25 mol/L HCl组成的混合溶液,100 ℃沸水加热10 min,之后用冷流水冲洗至室温,4000 r/min离心20 min,保留上清液,并于532 nm测定其吸光度。结果表示为mg丙二醛/kg虾肉。

1.5 蛋白羰基含量与蛋白疏水性测定

对虾蛋白提取:称取5 g虾肉,加入10倍体积Tris-maleate缓冲液1(50 mmol/L KCl,20 mmol/L Tris-maleate,pH=7.0),均质2 min,然后4 ℃下,8000 r/min离心15 min,倒掉上清液,保留沉淀,沉淀加入3倍体积Tris-maleate缓冲液2(0.6 mol/L KCl,20 mmol/L Tris-maleate,pH=7.0),均质2 min,在4 ℃下提取60 min,随后4 ℃下,8000 r/min离心20 min,保留上清液,上清液即为对虾蛋白样品溶液。

样品蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法,并以牛血清蛋白绘制标准曲线(y=23.75x+0.006,R2=0.9993)。样品蛋白质羰基含量测定采用文献[10]的方法略作修改,取50 μL对虾蛋白样品,加入2 mol/L HCl 2 mL,作为空白组,另取50 μL蛋白样品加入10 mmol/L的2,4-二硝基苯肼(DNPH)2 mL,作为样品组。两组同时在室温下放置60 min。之后每组各加入2.0 mL 20%的三氯乙酸生成沉淀,然后于4 ℃下8000 r/min离心5 min,倒掉上清,留下沉淀。用4 mL乙醇和乙酸乙酯的混合液(1∶1)冲洗沉淀2次并吹干,留下沉淀。沉淀溶解于1.5 mL 6 mol/L盐酸胍和20 mmol/L磷酸钾组成的混合液(pH=2.3),并于370 nm测定吸光度。

对虾蛋白羰基含量(nmol/mg pro)=A×V/(ε×C)

其中:A为吸光度；V为稀释倍数；ε为吸光系数,数值为22000 M-1cm-1；C为对虾蛋白质浓度(mg/mL)。

样品蛋白质疏水性参考Jian等[11]的方法进行。

1.6 感官评分测定

感官评分参照文献[12]的方法,但略有改动(表1),整体可接受性分值按色泽(40%)、气味(30%)、质地(30%)加权平均。感官评价小组由专业人员组成,5男5女,年龄23～28岁之间。

1.7 数据处理

实验处理三次重复,数据处理及统计采用SPSS 22.0进行分析,结果以平均值±标准偏差(Mean±SD)表示,方差分析采用Turkey的方法,P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 G-C-RE复合膜处理对南美白对虾菌落总数的影响

在虾的贮藏过程中,微生物的生长繁殖是造成腐败的主要因素之一。如图1所示,随着贮藏时间的延长,不同处理的南美白对虾菌落总数均呈上升趋势,使用复合膜处理的菌落总数低于空白组。贮藏5 d时,添加迷迭香提取物的G-C-RE组的菌落总数显著低于G-C组(P<0.05)。Hernandez等研究表明,迷迭香提取物中的酚类和萜类物质能够聚集于菌体细胞膜,改变膜通透性,从而抑制微生物的生长繁殖[13]。本研究进一步证实,添加迷迭香提取物可显著增强明胶-壳聚糖复合膜的抑菌效果。

表1 南美白对虾感官评分表Table 1 The standard of sensory evaluation

图1 复合涂膜对冷藏南美白对虾菌落总数的影响Fig.1 Effects of composite film on the total number of colonies of refrigerated shrimp注:不同字母表示同一贮藏时间各组间 差异显著(P<0.05)；图2～图5同。

2.2 G-C-RE复合膜处理对南美白对虾TVB-N的影响

TVB-N值被用作评价水产品的腐败程度。如图2所示,G-C组和G-C-RE组的TVB-N值要显著低于空白组(P<0.05),表明复合膜涂膜处理能在一定程度上抑制南美白对虾的微生物的生长繁殖,延缓蛋白质降解,从而降低TVB-N值。在第5 d时,对照组的TVB-N值要远高于G-C组和G-C-RE组,且G-C组的TVB-N值显著(P<0.05)高于G-C-RE组,表明G-C-RE复合膜处理能延缓虾的腐败进程。

图2 复合涂膜对冷藏南美白对虾挥发性盐基氮的影响Fig.2 Effects of composite film on TVB-N of refrigerated shrimp

2.3 G-C-RE复合膜处理对南美白对虾TBARS的影响

TBARS值反映脂肪氧化程度。如图3所示,在整个贮藏过程中,不同处理的虾TBARS值均呈上升趋势,表明随着贮藏时间的延长,南美白对虾的脂肪氧化程度不断加大。脂肪氧化会产生酸败气味,影响虾的口感,经过G-C和G-C-RE涂膜虽不能阻止脂肪的氧化,但可以起到延缓脂肪氧化的作用,尤其加入迷迭香提取物的G-C-RE复合膜处理,在贮藏5 d时,其TBARS值显著低于空白组与G-C组(P<0.05)。

图3 复合涂膜对冷藏南美白对虾硫代巴比妥酸的影响Fig.3 Effects of composite film on TBARS of refrigerated shrimp

2.4 G-C-RE复合膜处理对南美白对虾蛋白质疏水性的影响

蛋白质表面疏水性的变化反映了蛋白质三级结构的变化,疏水性逐渐升高,说明疏水基团暴露增加,疏水相互作用增强。由图4可以看出,G-C-RE组的蛋白疏水性基本没有发生变化,说明经过G-C-RE复合膜处理后,虾保持了较好的蛋白结构。相反,空白组蛋白质表面疏水性逐渐升高,且增幅较大,说明没有经过处理的虾蛋白结构发生了变化。G-C组对蛋白疏水性有一定的作用,但显著(P<0.05)低于G-C-RE处理组。

表2 复合涂膜保鲜对冷藏南美白对虾感官评价的影响Table 2 Effect of composite film on sensory evaluation of refrigerated shrimp

注:不同小写字母表示同一贮藏时间,不同处理间差异显著(P<0.05)。

图4 复合涂膜对冷藏南美白对虾蛋白质疏水性的影响Fig.4 Effect of composite film on protein hydrophobicity of refrigerated shrimp

2.5 G-C-RE复合膜处理对南美白对虾羰基含量的影响

羰基含量被广泛用于衡量蛋白质的氧化程度。蛋白中羰基含量越高,表示蛋白氧化程度越高。由图5可以看出,随着贮藏时间的延长,羰基含量逐渐升高,说明蛋白质侧链上的NH2-或NH-不断转化成羰基集团,从侧面证明虾中蛋白质不断受到氧化损伤。壳聚糖与迷迭香提取物都具有抗氧化的能力,因此,G-C组与G-C-RE组与空白相比,都表现出了其抗氧化的作用,特别是G-C-RE组,迷迭香提取物与壳聚糖的协同作用,更好的保护了虾中蛋白免受氧化。

图5 复合涂膜对冷藏南美白对虾羰基含量的影响Fig.5 Effect of composite film on carbonyl content of refrigerated shrimp

2.6 G-C-RE复合膜处理对南美白对虾感官评价的影响

感官评价是最直观反映虾品质变化的指标。由表2可以看出,虾的感官品质在整个贮藏期间呈下降趋势。其中,对照组品质下降最快,G-C组与G-C-RE组的感官品质要显著优于空白组(P<0.05),说明复合膜处理能够改善虾的品质,保持较高的感官评分。在第5 d时,G-C组与G-C-RE组在气味、质地上没有显著不同,但G-C-RE组的整体可接受度显著优于G-C组(P<0.05)。

虾在贮藏过程中,极易发生黑变,这是因为在有氧条件下,虾中的多酚氧化酶可以将虾表面的无色物质氧化成醌类物质,醌类物质进而结合氨基酸或蛋白质,生成黑色素,造成黑变[14]。G-C组和G-C-RE组虾的色泽变化(即黑变程度)显著低于空白组(P<0.05),表明复合膜处理能够抑制虾的黑变,且G-C-RE组优于G-C组,表明迷迭香提取物的加入增强了G-C的抗氧化效果,降低了虾的氧化变色。

3 结论与讨论

本研究成功制备了明胶-壳聚糖-迷迭香提取物复合膜(G-C-RE),证实了添加迷迭香提取物可显著提高明胶-壳聚糖复合膜(G-C)的抗氧化与保鲜效果。G-C-RE复合膜处理可显著(P<0.05)降低冷藏南美白对虾的菌落总数、TVB-N以及TBARS含量。这与史建如[15]研究的壳聚糖基褐藻多酚可食膜延缓冷藏大菱鲆的腐败结果相一致。柏韵等[16]的研究也表明,采用壳聚糖、ε-聚赖氨酸和卡拉胶进行复合涂膜处理中国对虾,能够抑制贮藏期间细菌的生长,延缓蛋白质和脂肪的氧化变质。本研究结果进一步确认明胶-壳聚糖-迷迭香提取物复合膜处理可保持冷藏凡纳滨对虾的贮藏品质,特别是对虾的色泽保护较好,可能与壳聚糖形成的复合膜能有效隔绝氧气和添加的迷迭香提取物抗氧化作用的双重结果。另外,李婷婷等[17]、国竞文等[18]研究报道迷迭香提取物的添加对鲅鱼鱼丸和鲢鱼丸均起到了较好的保鲜效果。本研究结果也证实,迷迭香提取物的添加增强了G-C复合膜的抗氧化效果,能够抑制蛋白质氧化,降低南美白对虾蛋白质的羰基含量以及疏水性,这一结果可能与迷迭香提取物的抗氧化功能降低了对虾蛋白质的氧化分解,从而增强了蛋白质的持水力有关,但其详细机制还需进一步探讨。

明胶-壳聚糖-迷迭香提取物复合膜显示出了良好的保鲜效果,能够显著降低虾的细菌总数和黑变程度,抑制蛋白质氧化和挥发性盐基氮上升,可用于冷藏水产品的品质维持与保鲜。