大鯢皮明膠-茶多酚復合膜液理化性質(zhì)及功能性研究

金文剛，郭思琪 ，肖苗

1(陜西理工大學 生物科學與工程學院，陜西 漢中，723001)2(陜西理工大學 大鯢研究所，陜西 漢中，723001)

大鯢(Andriasdavidiauns)，俗稱“娃娃魚”，是世界上現(xiàn)存最大的兩棲動物，素有“活化石”之稱。大鯢全身是寶，其皮膚、皮膚分泌物、肌肉、骨骼含有多種生物活性物質(zhì)[1-2]。明膠是一種從動物皮膚、骨骼組織中提取，通過膠原蛋白熱變性、部分水解獲得的水溶性高分子蛋白質(zhì)，被廣泛應用于改善食品結構、提高食品保水性和穩(wěn)定性研究中。前期研究已經(jīng)從大鯢皮中提取獲得了中等凝凍強度明膠，但為了滿足不同工業(yè)用途，有必要對其進行化學修飾來提高性能[3-4]。

茶多酚是茶葉中最重要的活性物質(zhì)，其來源豐富、易于制取且無毒副作用，高純度茶多酚已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，被廣泛用于食品工業(yè)中。近年來，有關蛋白質(zhì)和多酚類化合物相互作用改善復合體系理化性質(zhì)、蛋白構象及生物學功能相關的研究越來越多[5-8]。夏雨等[9]報道了茶多酚對明膠的改性作用，發(fā)現(xiàn)不同質(zhì)量濃度茶多酚可改變明膠結構和功能性質(zhì)。FENG等[10]研究了0.4%茶多酚和1.2%明膠共混膜對冷藏魚丸有保鮮作用，能抑制魚丸微生物生長和維持魚丸納米結構。因此，茶多酚和明膠通過相互作用形成的復合體系，可做為潛在的復合保鮮劑和可食性膜用于食品工業(yè)中。

然而，明膠來源以及茶多酚混入比例，不僅影響復合膜液理化性質(zhì)，而且對復合膜液功能特性產(chǎn)生較大影響。為此，本研究以大鯢皮明膠為對象，探究茶多酚質(zhì)量分數(shù)對大鯢皮明膠復合膜液pH值、色差、凝膠強度、流變性、紅外光譜和抗氧化活性的影響，為開發(fā)食品復合保鮮劑和可食性膜提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

試驗原料：大鯢皮明膠凍干粉(蛋白質(zhì)含量89%，Bloom值為216 g)，陜西理工大學大鯢研究所自制。

主要試劑：茶多酚(純度98%)，天津希恩斯生化科技有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)，Sigma-Aldrich公司；其余試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設備

3nh精密色差計,深圳三恩時科技有限公司；CT3型質(zhì)構儀,美國Brookfield公司；RST-CC型流變儀，美國Brookfield公司；Avatar 360傅立葉紅外光譜儀，美國尼高力儀器公司；LGJ-10B型冷凍干燥機,北京四環(huán)儀器有限公司；pHS-3C型精密pH計,上海雷磁儀器廠；HWS-12型電熱恒溫水浴鍋,上海一恒科學儀器有限公司；Evolution 201型紫外可見分光光度計,美國Thermo公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 大鯢皮明膠-茶多酚復合膜液的制備

精確稱取大鯢皮明膠，配成質(zhì)量濃度為40 mg/mL的明膠溶液，置于50 ℃恒溫磁力攪拌水浴鍋攪拌至完全溶解。精確稱量一定量茶多酚，加入少量去離子水溶解茶多酚后，將茶多酚溶液分別加入大鯢皮明膠溶液中，繼續(xù)攪拌至體系混合均勻，分別獲得含茶多酚質(zhì)量分數(shù)為0(對照)、0.4%、0.8%和1.2%的大鯢皮明膠-茶多酚復合成膜液，50 ℃恒溫磁力攪拌1 h，得到如圖1所示各組復合膜液。

圖1 不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚-大鯢皮明膠復合膜液Fig.1 The gelatin blended with different contents of tea polyphenol

1.3.2 復合膜液pH的測定

不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚復合膜液的 pH值，采用經(jīng)校正后的 pH 計讀取，每個樣品平行測量3次，取平均值。

1.3.3 復合膜液色差的測定

1.3.4 復合膜液凝膠強度的測定

利用CT3質(zhì)構儀壓縮模式，測定各組復合膜液凝膠強度。分別取各組復合膜液15 mL，置于25 mL燒杯4 ℃冷藏過夜。參數(shù)設置如下：選用TA5探頭，壓縮距離10 mm，觸發(fā)點負載1.0 g，測試前速度0.5 mm/s，測試后速度0.5 mm/s，數(shù)據(jù)頻率10個/s。凝膠強度定義為探頭壓縮至目標距離的最大負載(g)。每組樣品平行測定3次，取平均值。

1.3.5 復合膜液流變性的測定

復合膜液流變學特性采用RST-CC型流變儀測定。取適量復合膜液(約30 mL)置于同軸圓筒中，放入轉子并將其與儀器連接。設置測試溫度為20 ℃，剪切速率范圍0～3 000 s-1,記錄各組復合膜液的黏度以及剪切應力的變化值。

1.3.6 復合膜液紅外光譜的測定

將各組復合膜液冷凍干燥后，稱取少量樣品和 100 mg KBr顆粒混合研磨、壓片。采用紅外光譜儀對凍干的膜液樣品進行紅外光譜分析，掃描范圍為 4 000～400 cm-1，以波數(shù)為橫坐標，以透光率為縱坐標繪圖。每個樣品至少掃描32次。

1.3.7 復合膜液抗氧化活性的測定

以DPPH自由基清除率和還原能力為指標，評價各組復合膜液的抗氧化活性，具體參見前期調(diào)整的測試方法[11]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗結果均以平均值±標準差(n≥3)表示，t檢驗進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對復合膜液色差的影響

從圖1可看出，隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)增加，復合膜液色澤逐漸變?yōu)榧t棕色，對其可食膜色澤有一定的影響。利用色差計對各組復合膜液的亮度值L*、紅度值a*和黃度值b*進行測定，結果如表1所示。大鯢皮明膠溶液中引入茶多酚后，L*值顯著下降(P<0.05)，a*值和b*值顯著增加(P<0.05)。這是因為茶多酚在水溶液呈紅棕色，隨著其質(zhì)量分數(shù)的增加，復合膜液L*值下降，a*和b*值增加。各組復合膜液色差值變化規(guī)律，與梁迪等[12]制備的蘋果果膠-多酚復合膜液的色差值隨多酚質(zhì)量濃度變化的規(guī)律基本一致。

表1 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對復合膜液色差的影響Table 1 Color of composite film liquids with different levels of tea polyphenol

注：同一列不同小寫字母代表各組間存在顯著差異(P<0.05)。

2.2 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對復合膜液pH的影響

向大鯢皮明膠溶液中，加入不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚后，復合膜液的pH值變化結果如圖2所示。本研究配制的大鯢皮明膠水溶液(對照)pH值為5.17，加入不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚后，復合膜液的pH值逐漸下降。當茶多酚質(zhì)量分數(shù)達到0.8%(pH值為4.96)，與對照組和0.4%茶多酚組的pH值差異達到顯著水平(P<0.05)。這是因為多酚水溶液通常呈弱酸性，當加入0.4%茶多酚，復合膜液pH值略有下降[7,13]。當茶多酚質(zhì)量分數(shù)達到1.2%時，pH值降至4.55(P<0.05)，并出現(xiàn)少許渾濁沉淀。分析原因可能是高濃度茶多酚導致酸性增加，從而造成pH值降低。另外，高濃度茶多酚與明膠易發(fā)生絮凝，造成復合膜液出現(xiàn)部分沉淀[14]。

圖2 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對復合膜液pH值的影響Fig.2 Effect of tea polyphenols content on pH value of composite film liquids注：柱上方不同小寫字母代表各組間存在顯著差異(P<0.05)。下同。

2.3 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對復合膜液凝膠強度的影響

采用質(zhì)構儀壓縮模式，研究了不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚對大鯢皮明膠復合膜液凝膠性質(zhì)的影響，壓縮過程中各組膜液的負載-時間曲線和凝膠強度結果如圖3所示。大鯢皮明膠中引入不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚對其凝膠性質(zhì)影響較大。對照組凝膠強度為32.15 g，混入質(zhì)量分數(shù)為0.4%茶多酚后復合膜液凝膠強度為41.70 g，較對照組提高了23.90%(P<0.05)。而茶多酚質(zhì)量分數(shù)為0.8%及以上，可使復合膜液凝膠強度下降(P<0.05)，其中含0.8%茶多酚的復合膜液呈弱凝膠狀，含1.2%茶多酚復合膜液沒有凝膠形成，凝膠強度僅為4.78 g。這種凝膠強度變化趨勢，與夏雨等[9]相關研究結果基本一致。茶多酚質(zhì)量分數(shù)較低時(0.4%)，其酚羥基與明膠多肽鏈間易形成氫鍵，導致復合膜液凝膠網(wǎng)狀結構增強；茶多酚質(zhì)量分數(shù)較高時(0.8%及以上)，多酚與明膠有絮凝沉淀現(xiàn)象，從而導致復合膜液渾濁，從而不利于凝膠網(wǎng)狀結構維持[9,12]。

圖3 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對復合膜液凝膠性質(zhì)的影響Fig.3 Effect of tea polyphenols content on gel strength of composite film liquids

2.4 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對復合膜液流變性的影響

利用流變儀，對含不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚的大鯢皮明膠復合膜液的剪切流變學性質(zhì)進行分析。圖4顯示了不同剪切率下各組復合膜液黏度和剪切應力的變化規(guī)律，可以看出各組復合膜液黏度均隨著剪切速率的增加而降低，表現(xiàn)出剪切稀變流體的特征，說明各組膜液均為非牛頓流體。分析其原因可能是由各組膜液體系中分子間的摩擦力隨著剪切速率的增加而降低造成的[12]。

圖4 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對復合膜液流變性質(zhì)的影響Fig.4 Effect of tea polyphenols content on rheological properties of composite film liquids

由圖4還可知，對照組表觀黏度為0.06 Pa·s,添加含0.4%、0.8%和1.2%茶多酚后，復合膜液表觀黏度分別為0.1、0.04 和0.03 Pa·s。隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)增加，各組復合膜液的表觀黏度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。引入低濃度茶多酚(0.4%)后，復合膜液表觀黏度增加，可能是由于大鯢皮明膠分子與茶多酚形成氫鍵作用的緣故；而隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)繼續(xù)增加，復合膜液表觀黏度呈下降趨勢，可能與高濃度茶多酚造成明膠溶液開始絮凝沉淀有關[9,12，15]。

此外，由圖4還可知，隨著剪切速率的增加，各組復合膜液剪切應力均呈現(xiàn)增加的趨勢。當剪切速率為3 000 s-1時，對照組剪切應力為13.57 Pa,含0.4%、0.8%和1.2%茶多酚復合膜液剪切應力分別為14.07、15.08和11.06 Pa,遠遠小于蘋果果膠-多酚復合膜液的剪切應力值(3 500 Pa以上)[12,16]。剪切應力可反映復合膜液的黏稠度，這一結果說明大鯢皮明膠與不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚相互作用會引起復合膜液稠度的變化。綜合分析，各組復合膜液表觀黏度和剪切應力的變化，與本研究得到凝膠強度的變化規(guī)律基本一致，均隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)增加，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。

2.5 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對復合膜液紅外光譜的影響

圖5 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對復合膜液紅外光譜的影響Fig.5 Effect of tea polyphenols content on infrared spectra of composite film liquids

表2 復合膜液紅外光譜特征吸收峰位置Table 2 Absorption peak position of the complex film liquids

2.6 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對復合膜液抗氧化活性的影響

以DPPH自由基清除率為指標，對各組膜液抗氧化活性進行評價，結果如圖6所示。

圖6 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對復合膜液抗氧化活性的影響Fig.6 Effect of tea plolyphenol percentage on antioxidant activities of composite film liquids

可以看出，大鯢皮明膠溶液(對照組)具有一定的DPPH自由基清除能力和還原能力，其DPPH自由基清除率和還原能力(OD700 nm)分別為(46.58±1.43)%和0.27±0.04。當引入不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚時，復合膜液的DPPH自由基清除能力和還原能力顯著提高(P<0.05)，但是茶多酚質(zhì)量分數(shù)超過0.8%以上時，復合膜液對DPPH自由基清除能力增加不明顯(P>0.05)。與對照組相比，0.4%、0.8%和1.2%茶多酚復合膜液對DPPH自由基清除率分別提高了49.01%、54.12%和54.83%；對還原能力分別提高了61.87%、77.84%和79.93%。各組復合膜液具有較強的抗氧化活性，其原因是茶多酚本身具有很強的抗氧化活性，引入到大鯢明膠溶液后致使復合膜液對DPPH自由基清除能力和還原能力得到了提升。

3 結論

引入不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚，導致大鯢皮明膠復合膜液L*值(亮度)和pH值下降，a*值(紅度)和b*值(黃度)增加。與對照組相比，含0.4%茶多酚復合膜液凝膠強度明顯提高，但是茶多酚質(zhì)量分數(shù)超過0.8%時，會造成復合膜液凝膠強度下降。剪切流變分析表明，與對照組相比，各組復合膜液表觀黏度和最終剪切應力呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。紅外光譜分析表明，引入不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚，大鯢皮明膠復合膜液酰胺A、I、Ⅱ帶吸收峰向低波數(shù)發(fā)生不同程度偏移，可能是由于明膠多肽鏈與茶多酚羥基之間氫鍵作用變化引起。此外，引入不同質(zhì)量分數(shù)茶多酚后，各組復合膜液的DPPH自由基清除能力和還原能力得到顯著提升。綜合考慮，含0.4%茶多酚的明膠復合膜液具有較好的理化和功能性質(zhì)，具有一定應用價值，今后可進行食品復合保鮮液及可食膜性能的深入研究。