殼聚糖分子質(zhì)量對原位改性納米CaCO3-殼聚糖涂膜食品保鮮性能的影響

王 明 郝文婷 楊麗麗 張 璇 韓 英 孫 彤* 謝 晶 勵建榮

（1 生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心 遼寧錦州121013 2 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實驗室 遼寧錦州121013 3 河北省衡水市武邑縣委宣傳部 河北衡水053400 4 上海海洋大學(xué)食品學(xué)院 上海201306）

甲殼質(zhì)（Chitin）又稱甲殼素、幾丁質(zhì)，具有生物降解性、 低免疫原性、 無毒和生物相容性等優(yōu)點， 是僅次于纖維素的第二大類生物高分子聚合物[1]。甲殼質(zhì)及其衍生物日益成為很受歡迎的生物材料。 殼聚糖[（C6H11NO4）n]是甲殼質(zhì)（C8H13NO5）的脫乙酰產(chǎn)物， 是一種含有多個單體的陽離子聚合物，不僅易生物降解，無毒副作用，而且具有較好的成膜性、生物相容性、潤濕性、保濕性和可食用性。 此外，殼聚糖是帶有正電荷的聚合陽離子，作為一種抗菌物質(zhì)廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)領(lǐng)域[2-3]。 有研究表明，殼聚糖涂膜液已應(yīng)用于檳榔[4]、絲瓜[5]、鯰魚[6]和大黃魚[7]等食物保鮮中，它的保鮮效果顯著優(yōu)于其它保鮮方式。 單一殼聚糖涂膜的機械強度較差、透水率大、溶解性差且韌性不夠[8-9]。 在殼聚糖等聚合物材質(zhì)中添加納米蒙脫土[10]、納米氧化鋅[11]、納米銀[12]和納米二氧化鈦[13]等粒子，可顯著提高復(fù)合涂膜的穩(wěn)定性，控制氣體透過性，提高抑菌殺菌性和抗氧化性， 進(jìn)而提高食品保鮮性能[14]。 RAMEZANI 等[15]研究表明，與單一殼聚糖涂膜相比，納米三聚磷酸鈉-殼聚糖復(fù)合涂膜的致密性更好，抗菌性能更優(yōu)，對銀鯉魚片的保鮮效果更好。

納米CaCO3是食品保鮮材料中應(yīng)用廣泛的無機納米材料之一，因其無毒害，來源途徑多，且制作成本低廉，而被廣泛應(yīng)用于保鮮材料中[16]。 徐曉玲等[17]研究指出，納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合涂膜顯著延長了鮮切山藥和枇杷的貨架期， 且其保鮮效果優(yōu)于未改性殼聚糖涂膜。然而，納米CaCO3自身粒徑小，表面能較大，團(tuán)聚現(xiàn)象明顯，導(dǎo)致該材料在復(fù)合涂膜中分散性較差。 為了增加納米CaCO3與其它聚合物界面的表面結(jié)合力， 提高分子的分散能力，需對納米CaCO3進(jìn)行表面改性。主要通過降低分子粒子表面的能態(tài)， 消除物質(zhì)表面電荷作用， 提高納米粒子間有機相的親和力以及減弱其粒子的表面極性等方式降低納米CaCO3粒子的易團(tuán)聚現(xiàn)象，從而提高高聚物制品的物理性能[18]。

殼聚糖的分子質(zhì)量從數(shù)十萬至數(shù)百萬不等，且分子質(zhì)量是影響其物化性質(zhì)及功用的重要因素之一。 如低分子質(zhì)量的殼聚糖表現(xiàn)出較好的抗菌活性，在植物調(diào)節(jié)劑、抑菌劑和食品防腐劑等應(yīng)用方面具有得天獨厚的優(yōu)勢[19-21]。為了獲得保鮮性能優(yōu)良的原位改性納米CaCO3-殼聚糖涂膜，本文研究殼聚糖分子質(zhì)量對納米CaCO3復(fù)合涂膜理化性能的影響，并以美國紅魚為保鮮對象，測定其保鮮性能， 以期為殼聚糖復(fù)合保鮮涂膜的深入研究提供重要參考，為其應(yīng)用推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活美國紅魚，購自遼寧省錦州市水產(chǎn)市場。殼聚糖（脫乙酰度≥95%，食品級），上海晶純試劑有限公司；營養(yǎng)瓊脂、LB 肉湯，北京奧博星生物試劑有限公司；硅油，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；酚酞，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；其它試劑均為分析純級。

1.2 儀器與設(shè)備

S-4800 型場發(fā)射掃描電子顯微鏡，日本日立公司；Jem-2100F 型場發(fā)射透射電子顯微鏡，日本電子株式會社；Scimitar 2000 Near FT-IR Spectrometer 型傅里葉變換紅外光譜儀，美國安捷倫公司；Rigaku Ultima IV 型X 射線粉末衍射儀，日本理學(xué)；TA-XT-PLUS 型質(zhì)構(gòu)儀， 英國Stable Micro Systems 公司；FA2104C 型電子天平， 上海越平科學(xué)儀器有限公司；CYES-Ⅱ型O2/CO2氣體測定儀，上海嘉定學(xué)聯(lián)實業(yè)有限公司；UV-2550 型紫外-可見分光光度計，尤尼柯（上海）儀器有限公司；FE20型pH 計，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；HPLC1200 型高效液相色譜儀，美國Agilent 公司；LZB-3 型轉(zhuǎn)子流量計， 南京隆順儀器儀表有限公司；CJJ79-1 型磁力加熱攪拌器， 山東鄄城威瑞科教儀器有限公司；SK6210HP 型超聲波清洗器，上海科導(dǎo)超聲儀器有限公司；DGG-9053AD 型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司；T25 型數(shù)顯型均質(zhì)機， 上海珂淮儀器有限公司；MLS-3030CH 型立式高壓蒸汽滅菌鍋，日本三洋電機有限公司；THZ-D 型臺式恒溫振蕩箱， 太倉市實驗設(shè)備廠；LRH-150 型生化培養(yǎng)箱， 上海恒科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合保鮮涂膜的制備 參照韓英等[22]的方法制備原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合保鮮涂膜。

1.3.2 原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合保鮮涂膜的表征分析 采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察涂膜斷面的微觀形貌； 采用場發(fā)射透射電子顯微鏡觀察染色切片處理后涂膜內(nèi)納米粒子的分布狀態(tài)； 采用傅里葉變換紅外光譜儀測定涂膜的FTIR 光譜（KBr 壓片法，波數(shù)范圍為4 000～400 cm-1）；采用X 射線粉末衍射儀對涂膜進(jìn)行X 射線衍射分析（40 kV，50 mA，CuKα 輻射，步寬0.02°，掃描范圍5°～70°）。

1.3.3 原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合保鮮涂膜理化性能測定

1）參照韓英等[22]的方法并做適當(dāng)修改。 采用質(zhì)構(gòu)儀測量涂膜的拉伸強度 （Ts）和斷裂伸長率（EB），測試條件：夾距40 mm，測試前速度10 mm/s，測試中速度2 mm/s。

2）參照郝文婷等[23]的方法，采用失重法測量涂膜的水蒸氣透過量（WVTR）。

3）參照GB/T 1038-2000 《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法 壓差法》，采用O2/CO2氣體測定儀測定CO2和O2濃度， 計算CO2透過率（CDP）和O2透過率（OP）。

4）參照韓英等[22]的方法測定原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合保鮮涂膜的透光率。

1.3.4 美國紅魚保鮮性能測定 美國紅魚樣品處理參照孫彤等[24]的方法。 分別測定不同貯藏時間美國紅魚的各項性能指標(biāo)。

1）參照MANJU 等[25]的方法稍做修改。 5 人組成感官評分小組， 對美國紅魚進(jìn)行感官性質(zhì)評分。

2）參照王明等[26]的方法測定樣品pH 值。 稱取5.00 g 絞碎的魚肉，加入50 mL 蒸餾水，均質(zhì)，靜置，過濾，并測定濾液pH 值。

3）參照于林等[27]的方法測定美國紅魚樣品菌落總數(shù)。 取10.00 g 魚肉，加入90 mL 無菌生理鹽水，拍打，均質(zhì)，靜置，稀釋，并進(jìn)行微生物培養(yǎng)和計數(shù)測定。

4）參照孫彤等[24]和李穎暢等[28]的方法測定并計算美國紅魚樣品的TBA 值。

5）參照GB 5009. 228-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中揮發(fā)性鹽基氮》，測定美國紅魚TVBN。

6）參照CHENG 等[29]的方法處理，測定并計算美國紅魚樣品的K 值。

式中，HxR——次黃嘌呤核苷的質(zhì)量摩爾濃度，μmol/g；HxR、Hx、ATP、ADP、AMP 和IMP 分別為次黃嘌呤核苷、次黃嘌呤、三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、腺苷酸和肌苷酸的質(zhì)量摩爾濃度，μmol/g。

7）參照王明等[26]的方法處理并測定美國紅魚樣品的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)。

以上測定指標(biāo)均做3 次平行試驗， 測定結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 殼聚糖分子質(zhì)量對原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合保鮮涂膜微結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1 不同分子質(zhì)量殼聚糖的原位改性納米Ca-CO3-殼聚糖復(fù)合保鮮涂膜的微觀形貌 不同分子質(zhì)量殼聚糖涂膜液中加入原位改性納米CaCO3制備的復(fù)合涂膜，斷面微觀形貌如圖1 所示。殼聚糖分子質(zhì)量為60 kU 時，涂膜斷面平整光滑。 殼聚糖分子質(zhì)量為100 kU 時，涂膜斷面不平整，有較多裂紋和寬度約100 nm 的氣孔。分子質(zhì)量增至160 kU 時，涂膜斷面的裂紋和氣孔減少。 當(dāng)殼聚糖分子質(zhì)量為230 kU 時，涂膜斷面的裂紋和氣孔進(jìn)一步減少，斷面更加平整，又出現(xiàn)寬度大于10 nm 的裂痕。復(fù)合涂膜染色切片的TEM 檢測結(jié)果反映涂膜內(nèi)部納米粒子的粒徑及分散狀態(tài)。由圖2 可知，殼聚糖分子質(zhì)量為60 kU 時，涂膜內(nèi)分散著5～20 nm 的納米粒子，并有少量大顆粒團(tuán)簇狀粒子。 殼聚糖分子質(zhì)量為100 kU 時，涂膜內(nèi)納米粒子粒徑小于10 nm，分散不均，并有較多呈鏈狀和簇狀團(tuán)聚。 殼聚糖分子質(zhì)量為160 kU 時，涂膜內(nèi)均勻分散著粒徑20 nm 以上的納米粒子， 基本無團(tuán)聚現(xiàn)象。 殼聚糖分子質(zhì)量為230 kU 時，涂膜內(nèi)納米粒子分散均勻，平均粒徑約5 nm，無團(tuán)聚現(xiàn)象。

圖1 不同分子質(zhì)量殼聚糖的原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合涂膜斷面的SEM 圖Fig.1 The SEM images of in-situ modified nano CaCO3-chitosan composite coatings with different molecular weight of chitosan

圖2 不同分子質(zhì)量殼聚糖的原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合涂膜的TEM 圖Fig.2 The TEM images of in-situ modified nano CaCO3-chitosan composite coatings with different molecular weight of chitosan

殼聚糖的分子質(zhì)量影響復(fù)合涂膜的斷面微觀形貌及其中原位改性納米CaCO3粒子的分散狀態(tài)， 這可能是由于殼聚糖分子質(zhì)量影響涂膜的脫水過程。當(dāng)殼聚糖分子質(zhì)量較小時，對納米粒子的分散有顯著影響。 適當(dāng)分子質(zhì)量的殼聚糖分子與CaCO3分子間作用力均勻， 在脫水過程中有序排列，因而對粒子的分散起促進(jìn)作用。而殼聚糖的分子質(zhì)量過小時，由于分子鏈太短，與CaCO3粒子的相容性差，使涂膜脫水后出現(xiàn)較大裂痕，因而會造成納米粒子間團(tuán)聚，不利于膜性能提高。當(dāng)殼聚糖分子質(zhì)量過大時，分子鏈長度增加，殼聚糖分子間可能發(fā)生纏繞，影響其與CaCO3的相互作用，進(jìn)而使涂膜的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生改變。

2.1.2 不同分子質(zhì)量殼聚糖的原位改性納米Ca-CO3復(fù)合保鮮涂膜的XRD、FT-IR 分析 由圖3a可知， 原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合涂膜的XRD 譜圖在2θ 分別為8°，11°，15°，18°，22°附近有明顯的衍射峰， 說明殼聚糖經(jīng)處理后出現(xiàn)3 種晶型結(jié)構(gòu)，包括在2θ=8°和2θ=11°附近的水合態(tài)，2θ=16°附近的非水合態(tài)和2θ 在20°～22°范圍的無定形態(tài)，這與武嬌等[27]和OGAWA 等[30]的研究結(jié)果一致。 當(dāng)殼聚糖分子質(zhì)量從60 kU 升至160 kU時，殼聚糖的特征衍射峰強度基本無變化，而其衍射角度略有偏移， 說明形成的水合態(tài)及非水合態(tài)殼聚糖晶體的結(jié)構(gòu)略有差異。 當(dāng)殼聚糖分子質(zhì)量為230 kU 時，殼聚糖水合態(tài)和非水合態(tài)晶體的特征峰明顯減弱， 說明高分子質(zhì)量的殼聚糖脫水后不易形成晶體。 在XRD 衍射圖譜中未發(fā)現(xiàn)CaCO3的特征衍射峰， 這可能是由于納米CaCO3在殼聚糖溶液中以非晶態(tài)形式存在或因其含量過少，故衍射峰未能檢出。

由圖3b 可知，3 500～3 300 cm-1處的吸收峰是由-OH 和-NH2的伸縮振動引起的。殼聚糖分子中的甲基和次甲基引起2 927 cm-1和2 859 cm-1處吸收振動峰形成。 2 359 cm-1和2 334 cm-1處的顯著吸收峰是因二氧化碳存在形成的。1 645 cm-1，1 555 cm-1，1 336 cm-1的吸收峰為殼聚糖酰胺I、酰胺II 和酰胺III 的特征峰[24，31]。 1 536 cm-1和1 154 cm-1處為殼聚糖糖苷鍵的特征吸收峰[32]。1 050 cm-1處的寬吸收峰為非晶態(tài)CaCO3的吸收峰。 669 cm-1處為殼聚糖結(jié)晶敏感吸收峰[33]。 當(dāng)殼聚糖分子質(zhì)量為60 kU 時，吸收峰強度較弱；殼聚糖分子質(zhì)量增加后，吸收峰強度增加。隨著殼聚糖分子質(zhì)量的變化，其特征吸收峰發(fā)生不同程度的偏移，說明殼聚糖分子質(zhì)量影響涂膜脫水過程及其結(jié)晶狀態(tài)，與XRD 分析結(jié)果一致。 同樣，非晶態(tài)CaCO3的吸收峰強度變化說明殼聚糖分子質(zhì)量影響其與原位改性CaCO3納米表面改性基團(tuán)的鍵合方式， 進(jìn)而影響納米粒子在涂膜中的分布。

圖3 不同分子質(zhì)量殼聚糖的原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合涂膜的XRD（1）和FT-IR（2）譜圖Fig.3 The XRD （1）and FT-IR （2）patterns of in-situ modified nano CaCO3-chitosan composite coatings with different molecular weight of chitosan

2.2 殼聚糖分子質(zhì)量對原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合保鮮涂膜理化性能的影響

由表1 可見， 當(dāng)殼聚糖分子質(zhì)量為160 kU時，納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合涂膜的拉伸強度和斷裂伸長率值最大，此時復(fù)合涂膜的機械性能最強，這與韓英等[22]研究結(jié)果一致。 分析認(rèn)為，適當(dāng)分子質(zhì)量的殼聚糖分子排列有利于殼聚糖分子與納米CaCO3粒子表面活性基團(tuán)形成氫鍵， 其分子間氫鍵相互作用力越強，二者結(jié)合越緊密，膜的機械強度越高。當(dāng)殼聚糖分子質(zhì)量過低或過高時，均不利于復(fù)合涂膜機械性能的提升。脫水成膜后，復(fù)合涂膜內(nèi)部的斷裂和孔隙表明納米CaCO3在殼聚糖涂膜中分散不均，兩者的結(jié)合強度較差，涂膜機械性能較差。 涂膜的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)及分子間的相互作用決定涂膜透氣性能的高低。 良好的涂膜微氣調(diào)環(huán)境由較低的氧氣透過率和較高的二氧化碳透過率組成，抑制需氧微生物的繁殖和生長。由表1 可知，當(dāng)殼聚糖分子質(zhì)量為160 kU 時，復(fù)合涂膜的氧氣透過率較小，而二氧化碳透過率較大，說明該復(fù)合涂膜能夠形成抑制微生物活動的微氣調(diào)環(huán)境，這與涂膜的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。納米復(fù)合涂膜的透光性與分子間的相容性相關(guān)。透光性越大，分子間的相容性越好，反之越差。 由表1 可知，隨著殼聚糖分子質(zhì)量的增加，納米復(fù)合涂膜的透光性增大。當(dāng)殼聚糖分子質(zhì)量為160 kU 和230 kU 時， 納米復(fù)合涂膜的透光性較大， 說明殼聚糖與CaCO3的分子間相容性較好。綜上所述，當(dāng)殼聚糖分子質(zhì)量為160 kU 時， 復(fù)合涂膜的機械性能及透光性較好，并且能夠形成良好的微氣調(diào)環(huán)境。

表1 不同分子質(zhì)量殼聚糖的原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合涂膜的理化性能分析Table 1 The physicochemical properties of in-situ modified nano CaCO3-chitosan composite coatings with different molecular weight of chitosan

2.3 殼聚糖分子質(zhì)量對冷藏過程中美國紅魚保鮮性能的影響

2.3.1 美國紅魚在貯藏過程中感官評分及相關(guān)生化指標(biāo)變化 感官評分是評價水產(chǎn)品新鮮度的一種重要手段，也是決定消費者購買欲的主要因素。用不同分子質(zhì)量的殼聚糖復(fù)合涂膜對美國紅魚保鮮處理，從外觀、氣味、肌肉色澤3 個方面對其感官評分，其中，9 分為滿分，6 分為可接受限值。 由圖4a 可知，各組美國紅魚的感官評分隨著貯藏時間延長，均呈現(xiàn)下降趨勢。這可能是美國紅魚自身體內(nèi)酶和微生物的共同作用，使魚體在外觀、氣味和色澤上都變差。 從第9 天起， 分子質(zhì)量為160 kU 的殼聚糖組魚肉感官評分下降緩慢，與其它組呈現(xiàn)出顯著性差異?？瞻捉M、分子質(zhì)量為60 KU 和160 KU 的殼聚糖組的美國紅魚對應(yīng)的感官評分分別在第10 天、 第12 天和第15 天達(dá)到可接受限值下限。pH 值是評價肉類產(chǎn)品新鮮程度的重要指標(biāo)。由圖4b 可知，隨著貯藏時間延長，美國紅魚的pH 值逐漸降低，并在第6 天達(dá)到最小值。 這是因為魚死后，魚體肌肉中的糖原發(fā)生糖酵解作用，生成乳酸類物質(zhì)，引起美國紅魚pH 值降低。 隨著美國紅魚貯藏時間延長，其pH 值又呈顯著上升趨勢?？赡苁且驗轸~體自身酶和微生物的共同作用，促使魚肉中蛋白質(zhì)和氨基酸等含氮物質(zhì)被降解為氨、 三甲胺和吲哚等堿性物質(zhì)， 導(dǎo)致美國紅魚肉pH 值升高，這與武嬌等[27]研究結(jié)果一致。 分子質(zhì)量為160 kU 的殼聚糖組美國紅魚貯藏6 d 后，pH值較空白組和分子質(zhì)量為60 kU 的殼聚糖組升高趨勢緩慢， 說明該涂膜有效抑制美國紅魚魚肉中蛋白質(zhì)和氨基酸的分解。因魚肉具有高水分含量、高脂肪和高蛋白等特點，加之魚體內(nèi)、外大量微生物和自身酶作用，引起脂肪氧化，蛋白質(zhì)降解，并產(chǎn)生不良?xì)馕逗托螒B(tài)， 這些是導(dǎo)致魚類變質(zhì)的直接原因[34]。由圖4c-4f 可知，隨著貯藏時間延長，美國紅魚的菌落總數(shù)、TBA、TVB-N 和K 值都呈逐漸升高趨勢。其中，經(jīng)復(fù)合涂膜處理的美國紅魚各指標(biāo)上升緩慢，均低于同期空白組，且分子質(zhì)量為160 kU 的殼聚糖組保鮮性能更優(yōu)。 菌落總數(shù)（TVC）是反映微生物生長情況的重要指標(biāo)之一，而微生物的生長狀況可以用來衡量水產(chǎn)品的腐敗程度。 按照國家海水魚類衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)菌落總數(shù)（TVC）小于4 lg（CFU/g）為1 級鮮度，TVC 小于6lg（CFU/g）為2 級鮮度的標(biāo)準(zhǔn)，空白組、分子質(zhì)量分別為60 kU 和160 kU 殼聚糖組魚肉分別在第8，10，12 天達(dá)到2 級鮮度下限值。 肉類產(chǎn)品中不飽和脂肪酸含量較高，且易氧化，其氧化產(chǎn)生的丙二醛在一定條件下可與硫代巴比妥酸（TBA）反應(yīng)生成穩(wěn)定的顯色化合物，即TBA 值越高，肉類脂肪的氧化程度越高， 導(dǎo)致生成的醛酮類等小分子的物質(zhì)也隨之增加，說明肉類的酸敗程度越大[26]。TBA 可作為水產(chǎn)品中衡量魚肉脂肪氧化程度的一個重要指標(biāo)。由圖4d 可知道，隨著貯藏時間延長，美國紅魚的TBA 值逐漸上升，并且空白組增加較為顯著，分子質(zhì)量為60 kU 和160 kU 殼聚糖組增加緩慢。 從第6 天起，分子質(zhì)量為160 kU 的殼聚糖組TBA 值增加速度低于分子質(zhì)量為60 kU 的殼聚糖組。 揮發(fā)性鹽基氮是評價水產(chǎn)品鮮度的一個重要指標(biāo)。 在魚體自身內(nèi)源酶及微生物的共同作用下，魚肉中蛋白質(zhì)降解，產(chǎn)生胺類等揮發(fā)性物質(zhì)。 TVB-N 與感官評分有很高的相關(guān)性。 TVB-N含量低于13 mg/100 g 時為1 級新鮮度； 低于30 mg/100 g 時為2 級新鮮度， 同時也作為水產(chǎn)品品質(zhì)被消費者接受的最低限度[35]。 由圖4e 可知，隨著貯藏時間延長， 空白組TVB-N 含量顯著增加，在第13 天達(dá)到限值；分子質(zhì)量為60 kU 的殼聚糖組在第15 天達(dá)到限值； 而分子質(zhì)量為160 kU 的殼聚糖組在第15 天仍處于2 級鮮度。K 值作為衡量水產(chǎn)品鮮度的重要指標(biāo)， 被廣泛應(yīng)用。 魚體死后，機體細(xì)胞等物質(zhì)仍保持較高活性，細(xì)胞內(nèi)ATP在含Mg2+的ATP 酶的作用下，分解成ADP、AMP、IMP、HxR 和Hx。 一般認(rèn)為K 值低于10%，該魚處于1 級鮮度狀態(tài)； 當(dāng)K 值在20%～40%范圍時，該魚屬于2 級鮮度；K 值在60%～80%范圍時， 可判定魚開始腐敗[36]。 由圖4f 可知，隨著貯藏時間延長，空白組、殼聚糖分子質(zhì)量分別為60 kU 和160 kU 時各組魚肉分別在第11，12，15 天達(dá)到2 級鮮度下限。

研究結(jié)果表明， 殼聚糖分子質(zhì)量為160 kU時，原位合成納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合涂膜保鮮性能更優(yōu)。 分析認(rèn)為， 復(fù)合涂膜中殼聚糖分子與CaCO3粒子相容性較好， 氫鍵作用較強且分子排列整齊，涂膜斷面無裂痕。 又因其機械性能優(yōu)良，水蒸氣透過量和氧氣透過率值較低， 在保鮮貯藏過程中，涂膜的阻隔性能較高。 此外，殼聚糖在酸性條件下，氨基質(zhì)子化程度較高，帶正電荷的殼聚糖分子與菌體內(nèi)帶負(fù)電荷的核酸類物質(zhì)結(jié)合，能有效防止外界微生物的入侵， 抑制微生物的生長和繁殖，降低蛋白質(zhì)和脂肪的分解速度，進(jìn)而減緩魚體腐敗。

圖4 不同分子質(zhì)量殼聚糖復(fù)合涂膜處理的美國紅魚在貯藏過程中的感官評分及生化指標(biāo)Fig.4 The sensory and biochemical indicators of Sciaenops ocellatus in the storage process treated by the composite coatings with different molecular weight of chitosan

2.3.2 美國紅魚冷藏保鮮過程中質(zhì)構(gòu)指標(biāo)變化 水產(chǎn)品死后，在內(nèi)源酶和外界微生物的作用下，魚體肌原纖維分解，肌肉的硬度、彈性和回復(fù)性等質(zhì)構(gòu)性能變差。 由圖5 可知道，隨著貯藏時間延長，美國紅魚的硬度、彈性、咀嚼度和回復(fù)性降低，原位合成納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合涂膜處理組魚肉的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)下降速度比空白組慢， 且分子質(zhì)量為160 kU 的殼聚糖組下降速度最慢。從第9 天起，空白組的美國紅魚硬度值急劇下降， 而經(jīng)過復(fù)合涂膜處理的美國紅魚的硬度值變化緩慢。在前6 天，魚肉的彈性和回復(fù)性變化緩慢。分析認(rèn)為，貯藏前6 天魚體內(nèi)糖原分解，處于僵直期，此期間雖然魚體的肌肉組織彈性和回復(fù)性較大， 但是變化不顯著，這與pH 值一致。 隨著貯藏時間延長，復(fù)合殼聚糖涂膜處理的美國紅魚各項質(zhì)構(gòu)指標(biāo)顯著優(yōu)于空白組，當(dāng)分子質(zhì)量為160 kU 時，復(fù)合涂膜保鮮效果更優(yōu)，這與其微觀結(jié)構(gòu)和理化性能有關(guān)。

3 結(jié)論

殼聚糖分子質(zhì)量為160 kU 時，原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合涂膜的微觀結(jié)構(gòu)和理化性能較好。與其它分子質(zhì)量的殼聚糖復(fù)合涂膜相比，該復(fù)合涂膜中納米粒子粒徑均勻、大小合適，并且均勻分散，粒子間相容性高，拉伸強度、斷裂伸長率和二氧化碳透過率值提高，氧氣透過率值降低。

圖5 不同分子質(zhì)量殼聚糖復(fù)合涂膜保鮮的美國紅魚在貯藏過程中的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)Fig.5 The texture of Sciaenops ocellatus in the storage process treated by the composite coatings with different molecular weight of chitosan

不同分子質(zhì)量的原位改性納米CaCO3-殼聚糖復(fù)合涂膜對美國紅魚均有保鮮作用。其中，分子質(zhì)量為160 kU 的殼聚糖組處理的美國紅魚的感官評分與同期其它處理組相比較高， 微生物被較好地抑制，pH、TBA、TVB-N 和K 值變化緩慢，魚肉質(zhì)構(gòu)指標(biāo)下降速度緩慢， 說明該涂膜可延長貨架期，保持美國紅魚優(yōu)良的品質(zhì)并節(jié)約成本。