南極磷蝦粉貯藏過程中品質(zhì)變化研究

杜紫燕,徐 杰,熊菁晶,李學(xué)敏,李兆杰,薛長湖

(中國海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山東青島 266003)

南極磷蝦作為總生物量約為6.5～10億t的單種生物,儲量巨大[1-2],具有高蛋白、低脂肪、氨基酸種類齊全、蝦青素天然色素、礦物質(zhì)元素含量高等營養(yǎng)特性,是提取蝦油和加工飼料的優(yōu)質(zhì)原料。南極磷蝦粉是南極磷蝦船載加工的主要產(chǎn)品,具有作為水產(chǎn)飼料的極大優(yōu)勢,但是由于南極磷蝦粉價格較高,其更多的是作為高價值的水產(chǎn)飼料添加劑來使用[3]。船載加工生產(chǎn)的南極磷蝦粉是以南極磷蝦為原料,經(jīng)蒸煮、壓榨、干燥、粉碎等工序制成的,由于南極磷蝦海域遠(yuǎn)離大陸,因此,在較長的儲運期間保持其品質(zhì)極為重要[4]。

由于南極磷蝦粉在常溫下長期貯藏可能會導(dǎo)致其營養(yǎng)價值的降低和品質(zhì)的劣變。袁玥等分析了貯藏165 d過程中,不同貯藏溫度下南極磷蝦粉品質(zhì)評價指標(biāo)的變化,以及加入脫氧劑后在35 ℃貯藏過程中南極磷蝦粉的品質(zhì)變化,結(jié)果得出在實驗溫度范圍內(nèi),貯藏165 d后南極磷蝦粉仍有較好的品質(zhì),加入脫氧劑可有效抑制油脂酸敗,減慢色澤變化速度,較明顯提高南極磷蝦粉的貯藏性能[5-6]。但是除了研究貯藏溫度和脫氧劑條件外,關(guān)于光照和氣體條件方面的研究報道較少。

本研究通過在不同溫度4和40 ℃、氣體環(huán)境和光照條件貯藏南極磷蝦粉,研究在貯藏過程中不同條件下蝦粉的各項質(zhì)量指標(biāo)(色差、總蝦青素含量、硫代巴比妥酸值、游離脂肪酸含量、吡咯含量)變化情況,比較分析不同溫度下,光照和氣體條件對蝦粉品質(zhì)的影響,為延緩蝦粉品質(zhì)惡化,提高蝦粉的貯藏穩(wěn)定性提供一定參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

南極磷蝦粉 遼漁集團(tuán)有限公司,在安興海輪南極FAO48.1區(qū)船上加工的產(chǎn)品,置于-80 ℃保存，實驗前初始獲得的南極磷蝦粉水分含量為7.87%,脂肪含量為20.66%;三氯乙酸、油酸、2-硫代巴比妥酸、三氯甲烷、甲醇、氫氧化鈉(粒狀)、乙酸乙酯、丙酮、石油醚、正己烷、硼酸、95%乙醇、甲基紅、溴甲酚綠、乙酸銅、乙二胺四乙酸二鈉 分析純(AR)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;甲醇、甲基叔丁基醚 色譜純(HPLC)，德國Merck公司;正相硅膠柱SupelcleanTMLC-Si SPE 500 mg/3 mL 美國Supelco公司;YMC C30色譜柱(4.6 mm×250 mm,5 μm) 日本YMC公司。

HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;Millipore Q超純水機(jī) 美國Millipore公司;DTU-1C型氮吹儀 日本Taitec公司;1260型液相色譜儀、G6410B質(zhì)譜儀 美國Agilent公司;SB5200D超聲波清洗機(jī) 寧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型分光色差儀 美國HunterLab公司;8400型全自動凱氏定氮儀 FossKjeltec丹麥。

1.2 實驗方法

1.2.1 貯藏實驗 參考Takeungwongtrakul[7]等對于蝦青素氧化和脂質(zhì)氧化的實驗設(shè)計,貯藏條件設(shè)置見表1。貯藏實驗進(jìn)行過程中保持貯藏條件均勻穩(wěn)定。每隔一周取樣,進(jìn)行各項質(zhì)量指標(biāo)的含量測定。其中,有氧組的樣品在樣品袋中不封閉保存;無氧組的樣品抽真空后密封保存,以隔絕氧氣;光照組給予不間斷日光燈照射,避光組置于真空袋鋁箔袋中保存;40 ℃儲藏組置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中,4 ℃儲藏組置于層析柜中保存。

表1 南極磷蝦粉8種不同貯藏條件Table 1 Different storage conditions of Antarctic krill meal

1.2.2 感官評價 由6名經(jīng)過訓(xùn)練的評價員組成感官評價小組,以南極磷蝦粉的色澤、組織、氣味為評價指標(biāo),參考文獻(xiàn)[5]中3分法進(jìn)行評分:0分為最好品質(zhì),1分高品質(zhì)終點,2分為貨架期終點,>2分為感官拒絕,具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 南極磷蝦粉感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Standard of sensory evaluation for Antarctic krill meal

1.2.3 水分含量的測定 按GB/T 6435-2014 《飼料中水分的測定》進(jìn)行測定。

1.2.4 色差的測定 根據(jù)CIE(國際照明委員會)推薦的Lab表色系統(tǒng)中規(guī)定,L*、a*、b*分別代表色澤的亮度、紅度和黃度[8]。本實驗采用ColorQuest XE型分光色差儀測定磷蝦粉的色澤參數(shù)值L*、a*、b*。每組樣品測定5次,分別取平均值表示各色澤參數(shù)值。

1.2.5 總蝦青素含量的測定 準(zhǔn)確稱取適量蝦青素標(biāo)準(zhǔn)品,配成40 μg/mL丙酮溶液(超聲波促溶),存放于棕色瓶中,于-20 ℃下保存,待測。稱取0.1 g(±10%)蝦粉樣品,加入3 mL甲醇/乙酸乙酯/石油醚(1∶1∶1,v/v/v)浸提,于冷水中超聲提取10 min,3000 r/min、4 ℃離心2 min,收集上相,重復(fù)提取3遍。合并提取液,氮氣吹干,加入1 mL正己烷復(fù)溶并采用正己烷活化后的SPE-PAK正相硅膠柱進(jìn)行純化。上樣后先用5 mL正己烷洗脫,除去非極性雜質(zhì),再用1%的丙酮溶液洗去其中的弱極性化合物,最后用50%的丙酮溶液收集橙黃顏色的部分,即為蝦青素及蝦青素酯。用氮氣吹干后,加入200 μL甲醇/甲基叔丁基醚(1∶1,v/v)復(fù)溶,經(jīng)0.22 μm有機(jī)膜過濾,-20 ℃充氮避光保存,進(jìn)行HPLC-MS分析。HPLC-MS分析方法參考楊澍對南極磷蝦中蝦青素含量的測定進(jìn)行分析[9],用外標(biāo)法進(jìn)行定量。

1.2.7 游離脂肪酸的測定 參考孫甜甜等改良的銅皂比色法進(jìn)行測定[11]。稱取2.00 g(±10%)蝦粉,用40 mL氯仿/甲醇(2∶1,v/v)溶解,冷水(15～20 ℃)中超聲15 min,取上層,重復(fù)提取三次,合并提取液,加60 mL超純水,靜置后分液過濾,并用無水硫酸鈉過濾后將濾液旋干得待測蝦油。取0.10 g蝦油氯仿定容至50 mL,取1 mL至10 mL離心管中氮氣吹干,加入3 mL正庚烷溶解,振蕩1 min后加入1 mL銅試劑,振蕩2 min,靜置10 min后于715 nm測定OD值。用5 mg/mL油酸氯仿溶液分別取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL置于10 mL離心管中,氮氣吹干,其他操作相同,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。樣品中的FFA含量根據(jù)標(biāo)曲計算,FFA表示為g/100 g蝦油。

1.2.8 吡咯含量的測定 參考Lu[12]等提出的方法稍修改后進(jìn)行測定。稱取2.00 g(±10%)蝦粉,同1.2.7中的方法提取蝦油,用二氯甲烷復(fù)溶到一定濃度,取一定體積二氯甲烷溶液氮氣吹干后,分別加入3 mL 150 mmol/L pH7磷酸鹽緩沖液(PBS,含3% SDS)和2.61 mL Ehrlich試劑(2.1 mL試劑A和0.51 mL試劑B),混勻,在45 ℃水浴加熱30 min,冷卻后于570 nm下測定吸光值。其中,試劑A由2 mL乙醇與8 mL HCl(2.5 mol/L)混合,200 mg對二甲基氨基苯甲醛溶于10 mL試劑A即為試劑B?？瞻捉M為樣品加3 mL 150 mmol/L pH7磷酸鹽緩沖液和2.61 mL試劑A,其他操作相同。標(biāo)準(zhǔn)曲線以1-(4-methoxyphenyl)-1H-pyrrole繪制,吡咯含量表示為μg/g蝦油。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及繪圖。每項分析數(shù)據(jù)至少用3個平行數(shù)據(jù),實驗數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 貯藏過程中感官評分的變化

不同貯藏條件下貯藏5周后的南極磷蝦粉感官評價結(jié)果見表3。貯藏前初始南極磷蝦粉的感官品質(zhì)很好,看作是0分。隨著貯藏時間的延長,各貯藏環(huán)境下磷蝦粉的品質(zhì)均逐漸下降。不同氣體環(huán)境和光照條件下,4 ℃貯藏的磷蝦粉貯藏4周后感官評分均小于1分,即處于高品質(zhì)期,而40 ℃貯藏的磷蝦粉貯藏3周后,無氧避光組感官評分已超過2分,其余3組在貯藏5周后均接近2分,達(dá)貨架期終點。這表明4 ℃貯藏的磷蝦粉品質(zhì)保持較好,顏色基本呈橙黃色，有光澤及蝦香味,蝦粉組織較膨松、纖維狀組織較明顯。

表3 南極磷蝦粉貯藏過程中感官評分結(jié)果Table 3 Results of sensory evaluation for Antarctic krill meal during the storage

2.2 貯藏過程中色澤的變化

南極磷蝦粉貯藏過程中各色澤參數(shù)的變化情況見表4。貯藏前初始南極磷蝦粉的L*值、a*值、b*值分別為63.51±0.78、22.24±0.04、24.72±2.11。隨著貯藏時間的延長,不同貯藏條件下L*值無顯著規(guī)律,而a*值均減小,b*值均增大,且第5周時40 ℃有氧條件下,光照組a*值達(dá)最小16.00±2.14,避光組b*值達(dá)最大27.11±0.59,說明南極磷蝦粉在貯藏過程中亮度無明顯變化,而紅色逐漸變淺,黃色加深,且40 ℃有氧條件下變化最大。當(dāng)氣體環(huán)境和光照條件相同時,40 ℃與4 ℃相比,a*值降低、b*值增加的幅度均較大,說明磷蝦粉在40 ℃貯藏過程中顏色變化較明顯。這可能與高溫促進(jìn)油脂氧化及氨基化合物如蛋白質(zhì)等的褐變和蝦青素類物質(zhì)的氧化降解有關(guān)。這一結(jié)論與袁玥對南極磷蝦粉在貯藏過程中色澤變化的研究結(jié)論相一致[5]。當(dāng)氣體環(huán)境和溫度相同時,光照組與避光組相比,a*值的降低幅度均較大,b*值的增加幅度均較小;當(dāng)貯藏溫度和光照條件相同時,有氧條件下a*值小于無氧條件時,且變化幅度較大,說明貯藏過程中磷蝦粉黃色加深。這可能與蝦青素在光照和氧氣的協(xié)同作用下的分解有關(guān)[9]。因此,通過磷蝦粉貯藏過程紅色變淺趨于棕黃色,說明貯藏環(huán)境不利于磷蝦粉的儲藏。

表4 南極磷蝦粉貯藏過程中各色澤參數(shù)的變化情況Table 4 Changes of color paraments in Antarctic krill meal under different storage conditions

2.3 貯藏過程中總蝦青素含量的變化

南極磷蝦富含蝦青素,分子中含有共軛雙鍵,末端連接有羥基和酮基結(jié)構(gòu),具有清除自由基和抗氧化作用[8]。如圖1所示,貯藏前初始南極磷蝦粉的蝦青素含量為(95.94±0.96) nmol/g干重。隨著貯藏時間的延長,蝦青素的含量均逐漸降低。在40 ℃條件下,貯藏第1周對總蝦青素的降解有顯著影響(p<0.05),而在4 ℃條件下,貯藏第2周或第5周才表現(xiàn)出溫度對蝦青素降解的顯著影響(p<0.05),表明40 ℃貯藏溫度對蝦青素氧化降解具有促進(jìn)作用。在4 ℃條件下,經(jīng)貯藏5周后,光照和氧氣對蝦青素氧化降解的影響均不顯著(p>0.05)。貯藏于40 ℃有氧光照條件下,南極磷蝦粉中蝦青素降至(14.46±2.40) nmol/g干重,總蝦青素的降解率最高。這表明在40 ℃貯藏條件下總蝦青素受光照、氧氣影響氧化降解加速。

圖1 不同貯藏條件下南極磷蝦粉的總蝦青素含量的變化Fig.1 Changes of astaxanthin in Antarctic krill meal under different storage conditions

2.4 貯藏過程中硫代巴比妥酸值的變化

硫代巴比妥酸能與油脂中的不飽和脂肪酸氧化產(chǎn)物丙二醛等聚合產(chǎn)生一種紅色化合物,通常用硫代巴比妥酸值(TBARS)來評價油脂的次級氧化程度。經(jīng)不同條件貯藏的南極磷蝦粉的TBARS值變化如圖2。貯藏前初始南極磷蝦粉的TBARS值為(15.64±0.73) mg/kg 干重。隨貯藏時間延長,TBARS值總體呈不斷增長趨勢。貯藏5周后,有氧、40 ℃環(huán)境下,光照組TBARS值上升到最大,達(dá)(56.33±2.29) mg/kg干重,其次為避光組達(dá)(49.69±1.90) mg/kg干重,而且TBARS值增長主要發(fā)生在貯藏第1周。可見高溫與氧氣協(xié)同作用能夠加速南極磷蝦粉中油脂的氧化。貯藏5周后,無氧、40 ℃避光組TBARS值最低,相比貯藏前降低了3.09%,而光照組TBARS值明顯高于避光組。這說明有氧及較高溫度條件下光照能夠促進(jìn)貯藏中的脂質(zhì)氧化。避光組出現(xiàn)降低的原因可能是該貯藏環(huán)境下氧化產(chǎn)物產(chǎn)生的速率小于其降解成其他小分子的速率。4 ℃條件下南極磷蝦粉中TBARS值均無顯著變化,且TBARS值最高值逼近或超過魚粉TBARS的20 mg/kg限值。結(jié)果表明,在南極磷蝦粉貯藏過程中,溫度是促進(jìn)蝦粉中油脂氧化劣變的主要因素,這與袁玥進(jìn)行的南極磷蝦粉貯藏與營養(yǎng)性評價實驗中的趨勢一致[5-6]。因此,為避免由于蝦粉中油脂氧化所導(dǎo)致的品質(zhì)劣變,應(yīng)盡量貯藏于低溫環(huán)境且減少光照和氧氣的共同作用。

圖2 不同貯藏條件下南極磷蝦粉的TBARS值的變化Fig.2 Changes of TBARS values in Antarctic krill meal under different storage conditions

2.5 貯藏過程中游離脂肪酸含量的變化

酸值的定義為中和1 g油脂中的FFA所需的氫氧化鉀的毫克數(shù)。因此,酸值與FFA的變化情況是一致的,即酸值的升高通常伴隨著游離脂肪酸的產(chǎn)生。本研究分析了貯藏期間南極磷蝦粉的FFA含量變化(如圖3)。貯藏前初始南極磷蝦粉的FFA含量為3.33%。隨著貯藏時間延長,貯藏于4 ℃條件下FFA含量均無顯著變化,這與陰法文[13]對磷脂貯藏實驗中得到的結(jié)果一致,即南極磷蝦磷脂在低溫條件下不會產(chǎn)生FFA。貯藏于40 ℃時,FFA含量總體呈不斷增長趨勢,而且從第3周開始,出現(xiàn)明顯增加,說明高溫會促進(jìn)FFA的產(chǎn)生。貯藏于有氧、40 ℃條件下,FFA值增長明顯,其中,光照組第5周FFA含量為7.76%,避光組第5周FFA含量為7.92%。貯藏于無氧、40 ℃條件時,光照組第5周FFA含量7.63%。陰法文[13]通過分析磷脂在40 ℃條件下貯藏8周后的變化,認(rèn)為磷脂可能發(fā)生了水解酸敗,從而產(chǎn)生FFA。由于FFA中的極性基團(tuán)能夠催化氫過氧化物分解成自由基,促進(jìn)脂質(zhì)自動氧化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),易于富集油脂表層并降低表面張力,通過吸收空氣中的氧分子而加速氧化[14]。因此40 ℃貯藏條件會促進(jìn)蝦粉水解酸敗,且有氧和避光的作用加速FFA的產(chǎn)生,不利于蝦粉貯藏期間品質(zhì)保持。

圖3 不同貯藏條件下南極磷蝦粉的FFA含量的變化Fig.3 Changes of TBARS values in Antarctic krill meal under different storage conditions

2.6 貯藏過程中吡咯含量的變化

磷脂酰乙醇胺作為南極磷蝦粉中含量僅次于磷脂酰膽堿的磷脂組分,其氨基基團(tuán)和脂質(zhì)的氧化產(chǎn)物作用可生成疏水性吡咯[15],據(jù)此可以判定磷蝦脂質(zhì)的氧化程度。南極磷蝦粉貯藏5周后吡咯含量的變化如圖4所示。貯藏前初始南極磷蝦粉的吡咯含量為18.80 μg/g。隨著貯藏時間延長,在貯藏期1～4周,南極磷蝦粉的疏水性吡咯含量均大幅增加。其中,貯藏于40 ℃、有氧條件下,光照組吡咯含量增長最大達(dá)(168.00±1.43) μg/g,避光組吡咯含量為(157.61±2.18) μg/g。這表明,貯藏溫度和氧氣對蝦粉中脂質(zhì)非酶褐變反應(yīng)的影響較大。當(dāng)貯藏溫度為4 ℃時,不同氣體環(huán)境和光照條件下,吡咯含量均小于70 μg/g,且各組之間差別較小(10 μg/g以內(nèi))。貯藏期4～5周,南極磷蝦粉的疏水性吡咯含量變化緩慢,呈現(xiàn)小范圍波動。根據(jù)Hidalgo等[16]研究可知,非酶褐變反應(yīng)產(chǎn)生的吡咯具有抗氧化性,能夠減緩氧化速率,從而減緩吡咯的生成。因此,40 ℃貯藏條件下,有氧光照環(huán)境會促進(jìn)南極磷蝦粉的脂質(zhì)氧化,不利于磷蝦粉的品質(zhì)保持。

圖4 不同貯藏條件下南極磷蝦粉中吡咯含量的變化Fig.4 Changes of pyrrole contents in Antarctic Krill meal under different storage conditions

3 結(jié)論

本實驗貯藏期內(nèi),40 ℃貯藏條件下,不同氣體和光照環(huán)境下南極磷蝦粉各項指標(biāo)變化加快,其中有氧光照組的氧化降解最明顯,有氧避光組的水解酸敗最大。這說明在較高溫度下氣體及光照環(huán)境會影響南極磷蝦粉的品質(zhì)。由于南極磷蝦粉的脂質(zhì)含量較高且富含多不飽和脂肪酸,因此減少脂肪氧化能夠保持其品質(zhì)和營養(yǎng)價值。當(dāng)在貯藏溫度較高時,需要減少蝦粉與氧氣的接觸,以保持其品質(zhì),此外有人研究發(fā)現(xiàn)采用外加脫氧劑的方法利于保持蝦粉品質(zhì)[6]。關(guān)于減少脂質(zhì)含量及不同貯藏溫度和氧氣濃度對磷蝦粉的品質(zhì)影響仍有待進(jìn)一步研究。

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