徐趙萌,吳朝凌,2,魏旭青,孫 彤*,
(1.渤海大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧 錦州 121013;2.江西江騰環(huán)境檢測(cè)技術(shù)有限公司,江西 上饒 334111)
帶魚(yú)通常以冷凍魚(yú)或魚(yú)糜加工制品的形式出售[1].但魚(yú)丸在貯藏過(guò)程中易發(fā)生汁液流失和食用品質(zhì)下降等問(wèn)題,亟需新的保鮮技術(shù)以延長(zhǎng)其保質(zhì)期[2].殼聚糖具有較好的成膜性、抗菌性和生物相容性,被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)品保鮮[3].納米ZnO和Ag作為一種新型的功能性納米材料,活性較高并具有殺菌性能,與人體相容性好,廣泛用于防曬化妝品和食品涂膜防腐領(lǐng)域[4-5].
納米材料不僅能使殼聚糖涂膜的微觀結(jié)構(gòu)得到較好地改善,且可提高其理化性能,增強(qiáng)其抑菌性能[6],同時(shí),還能改善納米粒子與殼聚糖分子間的相容性,有效彌補(bǔ)殼聚糖膜的性能缺陷[7].前期研究表明,ZnO和Ag/ZnO微球可均勻分布于殼聚糖涂膜中,且Ag修飾ZnO微球可使改性殼聚糖涂膜的力學(xué)性能和抗菌性能進(jìn)一步提高,其中Ag修飾量為0.5%和3.0%時(shí)的改性效果較好[8].
本文以帶魚(yú)魚(yú)丸為保鮮對(duì)象,測(cè)定Ag/ZnO微球改性前后的殼聚糖涂膜處理后魚(yú)丸的鮮度指標(biāo)變化,研究Ag修飾量對(duì)Ag/ZnO殼聚糖涂膜保鮮性能的影響,以期為魚(yú)丸保鮮提供技術(shù)支持.
帶魚(yú)魚(yú)糜購(gòu)自寧波藍(lán)洋水產(chǎn)食品有限公司;殼聚糖(脫乙酰度>95%),上海晶純?cè)噭┯邢薰?;其他試劑為分析純?cè)噭?
DGG-9053AD型電熱鼓風(fēng)干燥機(jī)(上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司);UV-2550型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(日本島津);SK6210HP型超聲波清洗器(上??茖?dǎo)超聲儀器有限公司);TA-XT-PLUS型質(zhì)構(gòu)儀(Stable Mi?cro Systems公司);LRH-150型生化培養(yǎng)箱(上海恒科技有限公司);FE20型pH計(jì)(METTLER TOLEDO公司);CR-400型色彩色差計(jì)(日本KONICA MINOLTA公司);T25型數(shù)顯型均質(zhì)機(jī)(上海珂淮儀器有限公司).
1.3.1 納米Ag/ZnO-復(fù)合涂膜制備
將3.00 g殼聚糖溶于100 mL 20 mL/L冰乙酸溶液中,40℃磁力攪拌條件下溶解.加入6.0 mg改性Ag/ZnO微球粉體,用去離子水將溶液稀釋至200 mL,配制成15 g/L Ag/ZnO-殼聚糖溶液.滴加0.6 mL甘油,繼續(xù)攪拌1 h至攪拌均勻后,將溶液在224 W、53 kHz超聲脫氣處理15 min.取涂膜液40 mL流延于20 cm×20 cm的亞克力板上,30℃烘干12 h,即可制備Ag/ZnO-殼聚糖復(fù)合涂膜.將Ag/ZnO微球粉體改為ZnO微球粉體制備ZnO-殼聚糖復(fù)合涂膜,不加Ag/ZnO和ZnO微球粉體制備殼聚糖涂膜.
1.3.2 帶魚(yú)魚(yú)丸的制備
將流水解凍的帶魚(yú)魚(yú)糜切碎后,置于斬拌機(jī)中斬拌1 min,添加15%(w/w)的玉米淀粉,3%(w/w)的鹽和15%(V/w)的去離子水,繼續(xù)斬拌20 min.在魚(yú)丸成型機(jī)中成型后,40℃水浴凝膠30 min之后90℃煮30 min,待其冷卻將魚(yú)丸涂膜、裝袋、封口,于4 ℃冷藏待測(cè).此時(shí)為第0 d,之后分別在第4、8、12、16、20、24 d測(cè)定樣品的鮮度指標(biāo).
使用GB 4789.2-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》方法測(cè)定帶魚(yú)魚(yú)丸的菌落總數(shù).
參照王當(dāng)豐[9]等的方法稍作修改測(cè)定帶魚(yú)魚(yú)丸的pH.
參照張?chǎng)?0]等的方法并簡(jiǎn)單修訂測(cè)定帶魚(yú)魚(yú)丸的TMA.
使用色差計(jì)測(cè)定魚(yú)丸的L*(亮度),a(紅色/綠色)和b(黃色/藍(lán)色),按下式計(jì)算魚(yú)丸的白度:
參照尹貝貝[11]等的方法稍作修改后測(cè)定帶魚(yú)魚(yú)丸的凝膠強(qiáng)度.
參照國(guó)競(jìng)文等[12]的方法稍加修改測(cè)定帶魚(yú)魚(yú)丸的質(zhì)構(gòu).
每個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行三個(gè)平行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”,用Origin 8.6軟件繪制圖.
殼聚糖涂膜的保鮮性能與其物理化學(xué)性能有關(guān),主要包括機(jī)械性能、滲透性和光學(xué)性能[13].在食品貯藏過(guò)程中,良好的機(jī)械性能可以保證涂膜的完整性和阻隔性[14].前期研究表明,Ag/ZnO-殼聚糖復(fù)合涂膜具有優(yōu)越的機(jī)械強(qiáng)度和透氣性能[8].
由圖1(a)可見(jiàn),魚(yú)丸的菌落總數(shù)隨貯藏時(shí)間增長(zhǎng)逐漸增加.其中,未經(jīng)涂膜處理魚(yú)丸的菌落總數(shù)增加最快,在第8 d達(dá)到5.72 lg cfu/g,超過(guò)魚(yú)丸腐敗變質(zhì)限值5.00 lg cfu/g[15].經(jīng)涂膜處理后,魚(yú)丸的菌落總數(shù)在前5 d有下降的趨勢(shì),其中殼聚糖涂膜處理魚(yú)丸的細(xì)菌總數(shù)略高于ZnO-殼聚糖復(fù)合涂膜和Ag/ZnO-殼聚糖復(fù)合涂膜處理的樣品,說(shuō)明殼聚糖具有抗菌性能,可以有效殺死魚(yú)丸中的微生物,并抑制其生長(zhǎng)繁殖.同時(shí),ZnO和Ag/ZnO微粒子的復(fù)合改性使涂膜的抗菌性能增強(qiáng),即ZnO和Ag/ZnO微粒子與殼聚糖具有協(xié)調(diào)增效的抗菌性能.在貯藏第16 d,單一殼聚糖涂膜處理的樣品菌落總數(shù)剛好達(dá)到限值,經(jīng)復(fù)合涂膜處理的菌落總數(shù)分別達(dá)到4.87 lg cfu/g、4.80 lg cfu/g和4.86 lg cfu/g.因此,在4℃貯藏條件下,經(jīng)復(fù)合殼聚糖涂膜處理能有效延長(zhǎng)帶魚(yú)魚(yú)丸的貨架期8 d,其中0.5%Ag/ZnO-殼聚糖復(fù)合涂膜處理的效果為最佳.
在魚(yú)丸貯藏的初始階段,帶魚(yú)魚(yú)丸的pH均降低,且涂膜處理使其下降幅度更大(圖1(b)),這是由于殼聚糖溶液中有醋酸存在[16].在貯藏4 d后,未經(jīng)涂膜處理魚(yú)丸的pH急劇下降,經(jīng)涂膜處理魚(yú)丸的pH略有降低,其中經(jīng)殼聚糖涂膜處理樣品的pH下降幅度略大,而經(jīng)ZnO-殼聚糖復(fù)合涂膜和Ag/ZnO-殼聚糖復(fù)合涂膜處理樣品的pH無(wú)顯著差異.在貯藏期間,未涂膜處理的樣品中微生物會(huì)迅速繁殖,使魚(yú)丸中的淀粉分解產(chǎn)生大量酸性物質(zhì).雖然魚(yú)丸中的蛋白質(zhì)分解會(huì)產(chǎn)生部分堿性物質(zhì),但堿性物質(zhì)的量遠(yuǎn)小于酸性物質(zhì),故魚(yú)丸的pH迅速下降.而魚(yú)丸經(jīng)涂膜處理后,其中的微生物繁殖受到強(qiáng)烈制約,使魚(yú)丸內(nèi)的淀粉和蛋白質(zhì)分解速度降低,故魚(yú)丸的pH基本恒定.
三甲胺(TMA)是評(píng)價(jià)水產(chǎn)品新鮮度的重要指標(biāo).氧化三甲胺(TMAO)本身無(wú)味,具有特殊的鮮味,經(jīng)細(xì)菌分解后釋放三甲胺,產(chǎn)生腥臭味[17].TMA值的變化如圖1(c)所示,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),帶魚(yú)魚(yú)丸的TMA均呈上升趨勢(shì).涂膜處理魚(yú)丸的TMA值顯著低于同期未經(jīng)涂膜處理的樣品,經(jīng)不同涂膜處理的樣品間無(wú)顯著差異.在貯藏20 d后,單一殼聚糖涂膜處理魚(yú)丸的TMA出現(xiàn)較大幅度增長(zhǎng),經(jīng)0.5%Ag/ZnO-殼聚糖復(fù)合涂膜處理魚(yú)丸的TMA值最低,表明復(fù)合涂膜中的ZnO和Ag/ZnO微粒子具有抑菌性能,且與殼聚糖具有協(xié)同抗菌作用,使魚(yú)丸中的微生物數(shù)量相對(duì)較少,由細(xì)菌導(dǎo)致的TMAO分解的量減少,TMA值較低.
白度指標(biāo)能反映魚(yú)丸的色澤和品質(zhì).由圖2(a)可見(jiàn),在魚(yú)丸貯藏初期,魚(yú)丸的白度略有降低,而后又恢復(fù),且各樣品的白度值無(wú)顯著性差異,說(shuō)明涂膜處理對(duì)帶魚(yú)魚(yú)丸的白度基本無(wú)影響.在加工和貯藏過(guò)程中,魚(yú)丸受加熱方式,貯藏溫度,產(chǎn)品新鮮度等因素的影響,容易產(chǎn)生凝膠降解現(xiàn)象,導(dǎo)致品質(zhì)下降.因此,保持凝膠強(qiáng)度可以幫助改善魚(yú)丸的質(zhì)量[18].由圖2(b)可見(jiàn),帶魚(yú)魚(yú)丸的凝膠強(qiáng)度隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低,這是由于樣品的pH變化打破了凝膠體系中的靜電斥力與疏水相互作用之間的平衡,在一定程度上破壞了蛋白質(zhì)的凝膠強(qiáng)度.復(fù)合涂膜處理樣品的凝膠強(qiáng)度顯著高于同期單一殼聚糖涂膜和未涂膜處理的樣品,結(jié)果表明,復(fù)合殼聚糖涂膜能有效減緩魚(yú)丸新鮮度的降低,抑制微生物的生長(zhǎng)繁殖和蛋白質(zhì)酶活性,延緩蛋白質(zhì)和淀粉的分解,進(jìn)而更好地維持魚(yú)丸的凝膠強(qiáng)度.
如圖3(a)所示,在4℃冷藏期間,帶魚(yú)魚(yú)丸的硬度先升高后降低.帶魚(yú)魚(yú)丸的硬度在儲(chǔ)存前期階段會(huì)增加,這可能是由于魚(yú)丸蛋白質(zhì)在冷藏過(guò)程中發(fā)生變性而凝結(jié),骨架蛋白質(zhì)的破壞以及保水能力降低所致[19].12 d后,由于魚(yú)丸中細(xì)菌的繁殖以及某些蛋白質(zhì)或氨基酸的降解,破壞了蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整性,導(dǎo)致魚(yú)丸的硬度下降.與未處理樣品相比,經(jīng)涂膜處理后,帶魚(yú)魚(yú)丸的硬度提高,此外,0.5%Ag/ZnO-殼聚糖復(fù)合涂膜處理后樣品的表現(xiàn)出最高的硬度值,是因?yàn)樵撏繉犹幚砜梢杂行б种启~(yú)丸中微生物的生長(zhǎng)和繁殖并減緩蛋白質(zhì)或氨基酸的降解.在圖3(b)中,在貯藏期間,魚(yú)丸的彈性相對(duì)穩(wěn)定.經(jīng)涂膜處理的魚(yú)丸,在貯藏后期彈性略高于未處理的帶魚(yú)魚(yú)丸,這表明帶涂層的魚(yú)丸可有效抑制魚(yú)丸中微生物的生長(zhǎng)和繁殖,有利于維持魚(yú)丸的彈性.由圖3(c,d)可見(jiàn),隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),帶魚(yú)魚(yú)丸的咀嚼度和回復(fù)性不斷下降.涂膜處理使帶魚(yú)魚(yú)丸的咀嚼度和回復(fù)性降低減緩,且經(jīng)ZnO-殼聚糖復(fù)合涂膜和Ag/ZnO-殼聚糖復(fù)合涂膜處理的效果更優(yōu).分析認(rèn)為,復(fù)合涂膜在魚(yú)丸表面形成致密涂膜,減緩了魚(yú)丸內(nèi)外的物質(zhì)交換,有效抑制了魚(yú)丸內(nèi)微生物的生長(zhǎng)繁殖及蛋白質(zhì)、淀粉的氧化分解,使貯藏過(guò)程中魚(yú)丸的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)變化減緩.
本研究中,通過(guò)添加不同Ag修飾量的改性Ag/ZnO納米微球來(lái)制備殼聚糖復(fù)合涂膜,對(duì)帶魚(yú)魚(yú)丸進(jìn)行保鮮性能測(cè)定.發(fā)現(xiàn)添加ZnO和Ag/ZnO微粒子的殼聚糖涂膜都能有效降低魚(yú)丸樣品中微生物的數(shù)量,減少TMA的生成,減緩pH、凝膠強(qiáng)度、回復(fù)性、咀嚼性下降水平,并較好地維持彈性、白度穩(wěn)定,保持帶魚(yú)魚(yú)丸的品質(zhì).表明ZnO和Ag/ZnO微粒子具有較好的抑菌保鮮效果,且能與殼聚糖發(fā)揮協(xié)同增效作用,有效抑制微生物生長(zhǎng)繁殖和蛋白質(zhì)、淀粉分解.此外,0.5%Ag/ZnO殼聚糖涂膜的保鮮效果最優(yōu),能有效延長(zhǎng)貨架期8 d.因此,將多種納米抗菌材料復(fù)合可為魚(yú)丸的涂膜冷藏保鮮提供一種新的有效方法.