丁香精油-乙烯乙烯醇共聚物活性包装材料对南美白对虾干贮藏品质的影响

沈思远,曲映红,施文正,汪之和,李立

(上海海洋大学 食品学院,上海,201306)

南美白对虾(Litopenaeusvannamei)蛋白质含量高,脂肪含量低,富含矿物质元素、维生素和多种对人体有益的氨基酸,肉质紧致鲜美,深受消费者喜爱,是兼具营养价值与经济价值的水产品[1]。同时南美白对虾对环境的要求较低,可以使用多种养殖方式来进行养殖,还具有较强的抗病能力[2],从而可以密集养殖,提高产量并满足庞大的市场需求。但是南美白对虾的高水分含量与丰富的营养会造成大量的微生物生长繁殖,同时虾肉中的内源酶也会造成品质的下降[3-4]。由于我国水产品加工兴起较晚以及加工技术发展滞后,南美白对虾主要是以新鲜或者冰冻的状态进入市场[5],不易长期贮藏且附加值低。干燥是一种常见又有效的水产品加工方式,可以给水产品提升附加值并显著延长其贮藏期。虾干制品具有独特的风味和富有嚼劲的口感,深受消费者的喜爱,是一类逐渐兴起的虾加工产品[6]。

虽然虾干中水分含量与水分活度较低,能够抑制微生物的生长繁殖,但会发生脂肪氧化以及返潮等现象,同时微生物并不是完全无法在虾干中生长繁殖,因此干制南美白对虾贮藏过程中品质会发生一定程度劣变。包装可以有效阻止水分、氧气和微生物等对食品品质产生不良影响。丁香是一种常见的植物,在我国种植广泛。而从丁香中提取的丁香精油是一种具有良好的挥发性、独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证明具有抗菌作用与抗氧化功效[7-8],被广泛应用在食品、医药等行业[9],是一种被美国食品药品监督管理局认定为安全类产品的添加剂[10]。其主要成分为丁香酚、乙酰丁香酚、β-丁香烯以及水杨酸甲酯等[11],其中丁香酚被认为是抑菌的主要有效成分[12]。目前关于丁香精油的主要研究与应用方向集中在果蔬上,在水产品与干制品上应用的相关报导较少。

由于干制品不能直接接触液体状态的丁香精油,同时丁香精油成分复杂,有多个作用靶点以及其气味会影响感官,在我国丁香精油被划分为食用香料物质[13],不适合直接使用,所以将丁香精油添加到包装材料中,从而得到含有丁香精油有效成分的包装方法更加适用于干制品的贮藏,例如刘蒙佳等[14]将丁香精油制成抑菌保鲜衬垫协同气调包装应用在金鲳鱼上。本实验中采用杨辉等[15]的方法将丁香精油加入EVOH(乙烯-乙烯醇共聚物)制成包装材料,这种材料可以有效提高冷藏草鱼的货架期,并用于干制南美白对虾的贮藏。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

南美白对虾,虾全长为(16.0±1.0)cm,购于上海市古棕路农工商超市；丁香精油(纯度100%),广州汉佰斯日化科技发展有限公司；EVOH,日本可乐丽公司；聚乙烯(polyethylene,PE)材料包装袋；NaCl、三氯乙酸、硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid，TBA)、可溶性淀粉,国药集团化学试剂有限公司；平板计数琼脂,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,上海柯灵斯试剂有限公司；KI,上海阿拉丁生化科技股份有限公司；0.1 mol/L Na2S2O3标准溶液,上海兰拓生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

FGJ-10热风干燥机恒温烘箱,德国DEMASHI公司；MM721 NG1-P1150微波炉,美的集团；SZ3002真空保鲜机,艾美特电器有限公司；SHP—2500型低温生化培养箱,上海精宏实验设备有限公司；LSSL-20双螺杆挤出机、LSC-20吹膜机、XSS-300转矩流变仪,上海科创橡塑机械设备有限公司；EL204 分析天平,美国METTLER TOLEDO公司；CR-400 色差计,日本 Minolta 公司；R206B型旋转蒸发仪,上海申生科技有限公司；DSX-280KB24型手提式压力蒸汽灭菌锅,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；HD-3A 型水分活度测定仪,无锡市华科仪器仪表有限公司；FE20型pH计,上海美谱达仪器有限公司；H2050R 高速冷冻离心机,长沙湘仪有限公司；A25 实验室小型均质机,上海福克设备有限公司；UV-2450 紫外分光光度计,日本岛津公司；Kjeltec2300 全自动凯氏定氮仪,丹麦 FOSS 公司；BCM型垂直双人标准净化工作台,苏净集团安泰公司。

1.3 实验方法

1.3.1 保鲜薄膜的制备

参考杨辉等[15]的方法,材料构成为质量分数2%活性物质(丁香精油),其余为EVOH原料树脂。薄膜制作方法为：

EVOH原料树脂+活性物质→双螺杆挤出→共混改性造粒→单螺杆挤出吹膜设备→保鲜膜

1.3.2 样品处理

南美白对虾充氧送到实验室,加冰猝死后去虾头、虾壳与虾线,清洗后开始干燥,先在恒温烘箱内60 ℃热风干燥12 h,之后以385 W的功率微波干燥120 s得到干制南美白对虾。等待干制虾肉冷却至常温后,将虾肉平均放入丁香精油EVOH袋与PE袋中,并用真空保鲜机封口,之后分别放入4与25 ℃的恒温培养箱内贮藏,除0 d的样品外,每5 d取样进行实验,共贮藏30 d。

1.3.3 水分含量的测定

水分含量参照 GB 5009.3—2016,采用直接干燥法测定。

1.3.4 水分活度的测定

参照GB 5009.238—2016食品水分活度的测定,采用水分活度仪扩散法。

1.3.5 色差的测定

采用色差仪进行测定,测定前用标准白板校准。结果以L*值(亮度)、a*值(红色/绿色)和b*值(黄色/蓝色)表示[16]。

1.3.6 pH的测定

称量2.00 g样品,加入18 mL去离子水,均质均匀后,10 000 r/min离心10 min,过滤,使用pH计测定滤液的pH[17]。

1.3.7 POV的测定

称取至少10 g样品至锥形瓶中,加入3倍体积的石油醚,避光浸泡至少12 h,Na2SO4过滤,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)与1 mL饱和KI溶液,轻轻摇匀30 s后避光静置3 min,静置结束后加入50 mL蒸馏水与1 mL质量分数1%可溶性淀粉溶液,使上层水相变为蓝紫色,最后用Na2S2O2溶液滴至蓝紫色消失。POV按照 GB 5009.227—2016《食品中过氧化值的测定》来计算。

1.3.8 TBA值的测定

参考 FAUSTMAN等[18]方法略作修改。称取1.00 g样品,加入5 mL 20% 三氯乙酸溶液与4 mL蒸馏水,均质均匀后,于4 ℃静置1 h,静置结束后于4 ℃冷冻离心(10 000 r/min) 15 min。滤纸过滤后将滤液定容至 10 mL,取5 mL样液至15 mL试管中,并加入5 mL 浓度为0.02 mol/L的TBA溶液,摇匀后用保鲜膜封口并扎数个小洞,沸水浴40 min后流水冷却至室温,使用紫外分光光度计在532 nm波长处测得其吸光度值A。用蒸馏水作空白,TBA 值=A×7.8,以mg/100 g表示。

1.3.9 TVB-N的测定

参照 GB 5009.228—2016《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》,采用凯氏定氮仪法测定。

1.3.10 菌落总数的测定

参照 GB 4789.2—2016《食品卫生微生物学检测：菌落总数测定》,采用倒平板法测定。

1.4 数据处理

色差测定10次平行,其余指标均平行3次。使用 IBM SPSS Statistics 19软件对数据进行方差分析,多重比较采用Duncan法；采用Origin 17 软件作图。

2 结果与分析

2.1 水分含量与水分活度

随着贮藏时间的延长,所有样品组的水分含量都有所增加,特别是在贮藏早期,水分含量显著上升,水分活度也随着显著上升(图1、图2)。在同样的贮藏时间下,25 ℃组的水分含量与水分活度明显低于4 ℃组。不同材料的水分含量与水分活度变化没有显著差异。水分含量的增加应该是由于空气中的湿度较高,在低温贮藏过程中,包装内空气中的水分冷凝形成少量液态水,导致冷藏组的水分含量增加,特别是在贮藏前期,贮藏后期由于包装内空气湿度随着液态水的生成而降低,使得空气中的水分不易冷凝,因此在贮藏后期冷藏组的水分含量变化减少,常温组的水分含量变化较小。随着水分含量的变化,其水分活度也受到了影响,因为增加的水分大多是自由水,所以水分活度有所上升。

图1 干制南美白对虾在不同条件贮藏 过程中水分含量的变化Fig.1 Changes in moisture content of dried L.vannamei during storage under different conditions 注：字母不同表示差异显著(P<0.5),小写字母表示的是同一种 贮藏方式不同贮藏时间之间的差异性,大写字母表示同一 贮藏时间不同贮藏方式之间的差异性(下图与下表同)

图2 干制南美白对虾在不同条件贮藏 过程中水分活度的变化Fig.2 Changes in water activity of dried L.vannamei during storage under different conditions

2.2 色差

色差值中L*值表示样品的亮度,由表1可知,相同的贮藏条件下,丁香精油EVOH组的L*值与PE组非常相近,差异不显著；而在相同的贮藏时间,4 ℃组的L*值比25 ℃组略大,贮藏前5 d差异并不显著,但在之后的贮藏过程中,4 ℃组的L*值显著大于25 ℃组。随着贮藏时间的延长,各组样品的L*值基本处于下降趋势。

表1 干制南美白对虾在不同条件贮藏过程中L*值的变化Table 1 Changes in L* of dried L.vannamei during storage under different conditions

根据表2可知,a*值在不同贮藏条件下差异不显著；在贮藏过程中有浮动变化,整体有所上升,这是由于在贮藏过程中虾肉中的蛋白质变性,使其与虾青素间的结合被破坏,从而让更多的虾青素游离出来加深虾肉的红色[19]。

表2 干制南美白对虾在不同条件贮藏过程中 a* 值的变化Table 2 Changes in a* of dried L.vannamei during storage under different conditions

从表3中可以看出,不同的包装材料对虾肉的b*值基本没有影响；贮藏时间对虾肉的b*值的影响是有显著差异的,整体呈下降的趋势,4 ℃组在贮藏后期其b*值略有上升,而25 ℃组则基本在下降。

表3 干制南美白对虾在不同条件贮藏过程中 b* 值的变化Table 3 Changes in b* of dried L.vannamei during storage under different conditions

2.3 pH

贮藏过程中所有样品组pH整体呈显著性上升趋势(表4),这与吴晨燕等[20]研究结果一致,这种情况可能是由微生物分解蛋白时产生的氨基以及其自身的代谢产物所造成的[21],即腐坏程度越高,pH越大。在贮藏前5 d各组样品pH变化较大,在贮藏中后期除25 ℃ PE组外,pH变化都相对较小;到30 d贮藏结束时,25 ℃组pH和4 ℃组相比没有大的差别,丁香精油EVOH组的pH低于PE组,说明丁香精油EVOH活性包装材料的保鲜效果较好。

表4 干制南美白对虾在不同条件贮藏过程中 pH 的变化Table 4 Changes in pH of dried L.vannamei during storage under different conditions

2.4 POV

POV测定的是脂肪的一级氧化产物氢过氧化物的含量,反映油脂酸败程度[22],是用来判断食品氧化程度的重要指标。从图3可知,贮藏过程中所有样品组POV基本都呈先上升后下降的趋势,在贮藏过程中出现峰值,这与陈霞霞等[23]的研究结果一致。这是因为贮藏前期虾肉中的脂肪氧化生成氢过氧化物的速率高于氢过氧化物等初级产物分解成丙二醛这类二级产物的速率；在贮藏后期,随着不饱和脂肪酸的不断氧化与损失,氢过氧化物的生成速率下降,导致POV下降。除个别情况外,丁香精油EVOH组的POV整体小于PE组,4 ℃组POV值在贮藏前期较高,在贮藏20 d后显著下降。表明丁香精油EVOH可以有效抑制氢过氧化物的产生,而低温在贮藏前期并不能有效控制氧化。

图3 干制南美白对虾在不同条件贮藏过程中POV的变化Fig.3 Changes in POV of dried L.vannamei during storage under different conditions

2.5 TBA值

TBA值测定的是脂肪的二级氧化产物醛类(丙二醛)的含量,以此来确定脂肪的氧化程度,对于评价脂肪氧化的程度有重要作用。同时这些醛类物质气味阈值低,对干制品的气味影响很大,TBA值的升高还会产生一些较好的风味[24]。干制品在干燥的加热过程中脂肪酸会大量氧化,产生二级氧化产物醛类物质,所以整体的TBA值都很高。贮藏过程中,4组样品TBA值基本处于显著上升的趋势(图4)。在25 ℃下,丁香精油EVOH组TBA值始终显著低于PE组；在4 ℃条件下,除贮藏30 d外,丁香精油EVOH组TBA值低于PE组但不显著。除贮藏30d时4 ℃PE组与25 ℃丁香精油EVOH组TBA值没有显著差异外，4 ℃组TBA值始终显著低于25 ℃组。综上所述,除在低温短时间的贮藏外,使用丁香精油EVOH活性包装材料可以有效抑制干制虾肉的二级氧化。

图4 干制南美白对虾在不同条件贮藏过程中TBA值的变化Fig.4 Changes in TBA of dried L.vannamei during storage under different conditions

2.6 TVB-N

TVB-N指动物性食品在酶、细菌等作用下,使蛋白质分解而产生氨以及胺类等碱性含氮物质。此类物质具有挥发性,其含量越高,表明氨基酸被破坏的越多,是反映水产品鲜度的主要指标。在干燥过程中,由于热量传递受阻以及虾肉表面的结痂现象,虾肉内的微生物与酶能在合适的条件下分解蛋白,产生碱性含氮物质；高温也会使虾肉中的蛋白质分解,使TVB-N值上升。干燥结束时虾肉的TVB-N值已达到92.55 mg N/100 g,曾萍[25]也测得经过45 ℃热风干燥的鲮鱼的TVB-N值达到77.30 mg N/100 g。随着贮藏时间的延长,4个样品组的TVB-N值不断上升,从图5中看出,在贮藏15 d后,25 ℃样品组中,用丁香精油EVOH组的TVB-N含量显著低于PE组,说明该材料在25 ℃下具有明显的抗氧化性；4 ℃样品组中则没有这种差异,表明在低温环境下丁香精油EVOH活性包装材料的抗氧化能力不显著。4 ℃样品组的TVB-N含量显著低于25 ℃样品组,而且随着贮藏时间的增加,4 ℃组与25 ℃组的TVB-N含量差值也在不断增大。以上结果表明丁香精油EVOH活性包装材料结合低温可以显著延缓TVB-N值上升。

图5 干制南美白对虾在不同条件贮藏过程中TVB-N值的变化Fig.5 Changes in total volatile base nitrogen of dried L.vannamei during storage under different conditions

2.7 菌落总数

菌落总数是判定贮藏干制南美白对虾是否变质的重要指标,微生物代谢产生的蛋白酶等物质会分解水产品中的蛋白、脂肪等,造成腐败[26-27]。干制结束时菌落总数较低,这是由于在微波干燥阶段,虾肉达到较高温度,可以在一定程度上起到灭菌效果[28],但由于温度不稳定且处理时间较短,无法彻底灭菌。从图6中可以看出,在贮藏过程中4组样品菌落总数显著上升,这与其水分活度在贮藏时不断上升有关。丁香精油EVOH组菌落总数显著小于PE组,说明丁香精油EVOH活性包装材料具有明显的抑菌能力；4 ℃组菌落总数也始终显著低于25 ℃组,说明控制贮藏温度可以有效延缓微生物的生长繁殖。4 ℃丁香精油EVOH组的菌落总数在同一贮藏时间下显著低于其他3组,表明将低温贮藏与丁香精油EVOH活性包装材料结合使用具有较好的抑菌效果。

图6 干制南美白对虾在不同条件贮藏过程中 菌落总数的变化Fig.6 Changes in total plate count of dried L.vannamei during storage under different conditions

3 结论与讨论

相较于PE材料,丁香精油EVOH活性包装材料可有效抑制干制南美白对虾在贮藏时发生的脂肪与蛋白氧化,同时还具有抑菌作用与控制干制虾肉pH的效果,从而长时间保持干制虾肉的品质,是一种适用于干制虾肉贮藏的包装材料。低温贮藏同样可以有效抑制氧化与微生物生长繁殖,但在包装中容易造成返潮现象使贮藏过程中干制虾肉的水分含量与水分活度上升,从而影响干制虾肉的品质。

与PE材料相比,丁香精油EVOH活性包装材料能显著降低不同贮藏温度下贮藏30 d的干制南美白对虾的POV、TBA值、TVB-N值与菌落总数,在4 ℃下分别降低53.57%、9.38%、2.34%、20.57%,而在25 ℃下分别降低55.38%、11.21%、6.18%、25.87%。同时4 ℃下贮藏的干制南美白对虾的贮藏品质均显著高于25 ℃,因此将丁香精油EVOH活性包装材料与低温相结合的方式可以有效延缓干制南美白对虾贮藏过程中的品质劣变。