奚春蕊，包海蓉，劉 琴，繆函霖

（上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海201306）

金槍魚是大洋暖水性洄游魚類，肌肉強(qiáng)勁，肉質(zhì)柔軟鮮美，蛋白質(zhì)含量高，氨基酸配合優(yōu)越，富含DHA、EPA等具有生物活性的多不飽和脂肪酸，是國際營養(yǎng)協(xié)會推薦的綠色無污染健康美食[1]。為了維持金槍魚的優(yōu)良品質(zhì)，魚從海上捕獲直至人們的餐桌上，需放置在-50℃的低溫條件下冷凍保藏[2]。在加工過程中，通常以生魚片的加工方式來維持金槍魚的品質(zhì)、營養(yǎng)和風(fēng)味。為了維持金槍魚的優(yōu)良品質(zhì)，魚從海上捕獲直至人們的餐桌上，需放置在-50℃的低溫條件下冷凍保藏[2]。然而根據(jù)日式料理店的現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，料理店對生魚片的貯存、解凍，再加工的具體驟操作模糊，沒有良好的溫度控制，對原料不同階段的新鮮度和判斷生食依據(jù)僅僅局限在傳統(tǒng)的感官檢測，不能系統(tǒng)準(zhǔn)確地了解生魚片的品質(zhì)情況。傳統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)包括pH、持水力、感官評價等都不能較準(zhǔn)確的反應(yīng)生魚片在冷藏過程中的品質(zhì)下降程度。通過這一技術(shù)的開發(fā)可以在各個環(huán)節(jié)的節(jié)點進(jìn)行快速檢測，方便企業(yè)品控人員以及質(zhì)檢機(jī)構(gòu)及時了解產(chǎn)品品質(zhì)。近年來已對一般魚肉鮮度快速評價有所研究，主要在微生物、揮發(fā)性物質(zhì)、ATP降解產(chǎn)物等，快速檢測方法包括圖像分析、色差測量、近紅外光譜測量、揮發(fā)性物質(zhì)測量、物性（質(zhì)地）分析[3-8]。國內(nèi)外專家就生物傳感器在魚肉鮮度檢測方面的研究也日益深入。干寧等[9]通過安培法檢測，利用三種以二茂鐵甲酸（FCA）為媒介體的導(dǎo)電聚吡咯酶電極，分別固定黃嘌呤氧化酶（XO）、核苷磷酸化酶（NP）和核苷酸酶（NT），定量檢測HX、INO、IMP，用來檢測淡水魚的鮮度。Hirokazu Okuma[10]以及Youko Nanjyo等[11]國外學(xué)者又在氧電極后連接轉(zhuǎn)換器和計算機(jī)，實現(xiàn)了自動化數(shù)據(jù)處理。普通的快速檢測方法，對于金槍魚等品質(zhì)變化極快的生魚片無法準(zhǔn)確快速的檢測，同時由于復(fù)雜設(shè)備受限，一般快速檢測方法無法運(yùn)用于普通消費者。其次生魚片原料成本價格昂貴，一般傳統(tǒng)檢測取樣量大，而造成不同的經(jīng)濟(jì)效益損失。因此研究一種快速的無損傷的品質(zhì)檢測方法尤為重要。本研究基于金槍魚在低溫貯藏過程中K值變化，以黃嘌呤氧化酶（XOD）、MTT噻唑藍(lán)及Hx黃嘌呤的反應(yīng)，通過反應(yīng)產(chǎn)物的濃度及顏色變化與K值的變化建立相關(guān)性，采用響應(yīng)面的實驗方法，對MTT傳感器的反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，建立能夠與K值變化基本相同的反應(yīng)模型。通過傳感器顏色即可快速準(zhǔn)確評價金槍魚的品質(zhì)。為金槍魚下游消費的品質(zhì)控制提供理論依據(jù)和快速檢測技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃鰭金槍魚 中水集團(tuán)遠(yuǎn)洋股份有限公司，于斐濟(jì)島捕獲后直接凍藏-60℃冷庫中，將-60℃凍存的魚肉，體積約120mm×63mm×18mm（長×寬×厚），用零度3%的冰鹽水浸漬，形成冰衣后置于4℃冷藏室，直至完全解凍，每隔4h取出魚樣測定K值；甲醇 色譜純；高氯酸、氫氧化鉀、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、無水乙醇、鹽酸、Tris-Base 分析純，國藥上海公司提供；ATP關(guān)聯(lián)物：5’-腺苷三磷酸二鈉鹽，高純（98%）、5’-腺苷二磷酸二鈉鹽，高純（98%）、5’-腺苷一磷酸二鈉鹽，高純（95%）、5’-肌苷一磷酸二鈉鹽，超純（99%）、肌苷，超純（99%）、黃嘌呤，高純（98%） 上海楷洋生物技術(shù)有限公司；黃嘌呤氧化酶，BR 90U/mg 500U 上海源葉生物技術(shù)有限公司；噻唑藍(lán)（MTT）Sigma公司。

冷凍離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；XHF-1組織粉碎機(jī) 上海金達(dá)生化儀器；LC-10AT高效液相色譜、SPD-10A紫外檢測器 日本島津；紫外分光光度計（T6世紀(jì)） 北京普析通用；低溫恒溫箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；pH計SG2、電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.2 K值測定方法

ATP及其降解產(chǎn)物的提取和測定主要參考文獻(xiàn)[12]，稍作調(diào)整，精確稱量約5g魚肉，加10% PCA（高氯酸）溶液15mL均質(zhì)，冷凍離心機(jī)4℃3000r/min離心3min，上清液用濾紙過濾，濾液再加入5% PCA（高氯酸）溶液10mL均質(zhì)，冷凍離心機(jī)4℃3000r/min離心3min，上清液再次過濾，重復(fù)上述操作2次，過濾后用10mol/L KOH和1mol/L KOH調(diào)整濾液pH至6.35～6.4之間，用去離子水定容至50mL，上述溶液用孔徑為0.45μm的濾膜過濾，于-50℃下用小離心管凍藏，解凍后用于HPLC測定，整個過程冰浴操作，并保持環(huán)境溫度在4℃左右。

HPLC條件[13]：使用紫外檢測器，流速1.0mL/min，進(jìn)樣量10μL，檢出波長260nm。色譜柱：ZORBAX SBC18（250mm×46mm×5μm），流動相：0.07mol/L KH2PO4：0.03mol/L K2HPO4（V∶V=1∶1，pH6.45），采用外標(biāo)法定量。

1.3 噻唑藍(lán)MTT傳感器

1.3.1 緩沖溶液的選擇 將2.5mL 含2mg 噻唑藍(lán)（MTT）的90%乙醇-1mol/L的Tris-HCl緩沖液，和2mL含2mg黃嘌呤（Hx）的相同緩沖液混合于比色管中，混勻，使藥品充分溶解后，加入0.4U的黃嘌呤氧化酶（XOD）。

HCL調(diào)節(jié)90%乙醇-1mol/L的Tris-HCl緩沖液緩沖溶液pH分別為7.4、7.6、7.8、8.0、8.2，24h后在565nm處測定吸光度。確定傳感器緩沖溶液最適pH。

1.3.2 單因素實驗

1.3.2.1 噻唑藍(lán)（MTT）添加量 將2mL含有2mg黃嘌呤（Hx）、pH為7.8的緩沖溶液與2.5mL分別含1、1.5、2、2.5、3mg的MTT相同緩沖溶液混合均勻，加入0.4當(dāng)量的黃嘌呤氧化酶（XOD），置于4℃冷藏室中，經(jīng)歷魚樣相同的時間，每隔4h，取出在565nm處測得吸光度。測得傳感器吸光度的變化與K值的變化進(jìn)行配對檢驗及相關(guān)性分析。

1.3.2.2 Hx含量 將2mL分別含有1、1.5、2、2.5、3mg黃嘌呤（Hx）、pH為7.8的緩沖溶液與2.5mL分別含2mg噻唑藍(lán)（MTT）相同緩沖溶液混合均勻，加入0.4當(dāng)量的黃嘌呤氧化酶（XOD），測定方法同MTT單因素實驗。

1.3.2.2 XOD添加量 將2.5mL含2mg噻唑藍(lán)（MTT）的緩沖液，和2mL含2mg黃嘌呤（Hx）的相同緩沖液混勻，分別加入0.2、0.3、0.4、0.5、0.6U的黃嘌呤氧化酶（XOD）。測定方法同MTT單因素實驗。

1.3.3 傳感器實驗方法與設(shè)計

1.3.3.1 MTT傳感器設(shè)計 MTT[3-（4，5-dimethylthiazo-l2-yl）-2，5-diphenyl tetrazoliumbromide]噻唑藍(lán)是一種四唑鹽，活細(xì)胞線粒體呼吸鏈上的脫氫酶（如：琥珀酸脫氫酶和心肌黃酶等）能將黃色的噻唑藍(lán)還（MTT）原成藍(lán)紫色的甲臜（FMZ），且FMZ生成量與活細(xì)胞量成正比[14]。其反應(yīng)式如下：

圖1 MTT在酶作用下的反應(yīng)過程Fig.1 MTT reaction equation by enzymes

黃嘌呤氧化酶（xanthine oxidase）簡稱XOD（EC.1232），是生物體內(nèi)核酸代謝過程中的重要酶類[15]。黃嘌呤氧化酶廣泛存在于動物的組織中，是一種氧化還原酶類，可以把黃嘌呤、次黃嘌呤氧化成尿酸；把脂肪族、芳香族醛氧化成羧酸；還能氧化嘧啶類、嘌呤類、蝶啶類物質(zhì)及NADPH。

黃嘌呤氧化酶可把次黃嘌呤、黃嘌呤氧化成尿酸，當(dāng)有嘌呤存在時，催化反應(yīng)表現(xiàn)為底物的羥基化，而醛則被氧化成羧酸，見圖2[16]。

MTT傳感器是基于XOD酶的作用下有Hx和MTT進(jìn)行反應(yīng)生成FMZ含量隨時間溫度變化而發(fā)生改變，通過吸光度的測試來反應(yīng)實驗過程。

圖2 酶催化反應(yīng)方程Fig.2 Enzyme catalytic reaction equation

1.3.3.2 傳感器實驗方法 根據(jù)單因素實驗，采用Minitab 16軟件建立Box-Behnken模型，實驗因素水平編碼見表1。實驗以XOD添加量、Hx含量和MTT含量為因素，以傳感器反應(yīng)化學(xué)產(chǎn)物FMZ生成速率，即反應(yīng)體系顏色變化，通過測得反應(yīng)體系的吸光度與相同條件下K值進(jìn)行的計算相關(guān)性，以相關(guān)性為響應(yīng)值，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。蔡智澄等[17]在相關(guān)性分析原理中提出相關(guān)系數(shù)，它是由英國統(tǒng)計學(xué)家卡爾·皮爾遜提出的，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中，X和Y為兩個待研究變量。

表1 Box-Behnken實驗設(shè)計因素水平編碼Table 1 Factors，levels and coding table of Box-Behnken design test

1.4 實驗數(shù)據(jù)處理

實驗進(jìn)行三次平行實驗，使用Origin 8.0、Minitab 16、Excel 2007軟件分析計算。

2 結(jié)果與討論

2.1 4℃冷藏條件下金槍魚K值變化

ATP分解過程中，以HxR和Hx濃度的總和與ATP關(guān)聯(lián)物濃度的總和的比值，即為K值。是魚肉鮮度的重要指標(biāo)，就金槍魚而言，當(dāng)K值小于20%，即為良好鮮度的金槍魚，當(dāng)K值大于50%時，達(dá)到保鮮的最大上限。K值可有效反映魚體在僵硬期至自溶期的不同鮮度。

金槍魚在4℃冷藏過程中，隨著時間的延長魚肉中肌苷和黃嘌呤的含量不斷增加，K值也不斷上升，經(jīng)過解凍后的初始K值為6.512，經(jīng)過32h后變化為20.111，上升至初始值的三倍。當(dāng)K值在20%以下時，金槍魚魚肉的品質(zhì)能夠達(dá)到生產(chǎn)生魚片的優(yōu)良等級，因此以K值20%為生食終點為標(biāo)準(zhǔn)[18]。4℃貯藏終點約為32h左右。同時根據(jù)一級動力學(xué)方程A=A0×e-kt[19-20]，計算出K值變化的速率常數(shù)為0.1463。

圖3 金槍魚K值4℃冷藏期間的變化Fig.3 Changes in K value in Tuna during storage at 4℃

2.2 MTT傳感器研究與響應(yīng)面優(yōu)化

在MTT化學(xué)傳感器中，由于黃嘌呤在黃嘌呤氧化酶的作用下，在生成尿酸的同時產(chǎn)生呼吸鏈上的脫氫酶，還原黃色噻唑藍(lán)，生成藍(lán)紫色的甲臜（FMZ），通過測定吸光度來確定生成甲臜（FMZ）的含量，通過傳感器顏色表征為從黃色變?yōu)樗{(lán)紫色，F(xiàn)MZ含量越高，傳感器顏色越深[21-22]。通過吸光度的顏色變化與相同條件下K值變化進(jìn)行相關(guān)分析，即可確定傳感器的各項條件，間接的評價金槍魚的品質(zhì)。

2.2.1 pH對MTT傳感器的影響 黃嘌呤氧化酶XOD的等電點是5.3～5.4，最適pH在8.3左右，當(dāng)pH在酸性范圍內(nèi)時，酶活性隨pH的下降而降低，當(dāng)pH高于10.15時，則酶活性隨pH 的升高而急劇下降[23]。而MTT水溶液在pH7.0以下穩(wěn)定，3～5周內(nèi)不變性，在pH7.0以上溶液中不太穩(wěn)定。因此考察了pH對傳感器緩沖液的影響[21]。

傳感器4℃環(huán)境下，不同pH緩沖液，放置24h測得吸光度值見圖4。

圖4 不同pH緩沖液MTT傳感器吸光度值Fig.4 Absorbance value of MTT sensor at different pH

根據(jù)圖4可以看到，在pH在8.2的緩沖溶液中，MTT傳感器的吸光度最大，且通過統(tǒng)計分析各pH的吸光度有極顯著性差異（p＜0.01）。這可能是因為XOD對pH的敏感程度大于MTT，MTT在24h內(nèi)，緩沖體系較穩(wěn)定。pH緩沖體系的pH較接近XOD的最適pH。因此固定MTT傳感器緩沖液體系的pH為8.2。

2.2.2 單因素實驗與K值的相關(guān)性結(jié)果

2.2.2.1 Hx含量單因素結(jié)果 表2為Hx含量對傳感器吸光度與K值相關(guān)性的影響，可以看出不同Hx的添加量對傳感器吸光度的變化與同樣條件下K值變化具有相關(guān)性差異。添加量為2.5mg的水平數(shù)時，相關(guān)系數(shù)最大，同時不同的Hx添加量反應(yīng)過程基本符合一級反應(yīng)動力學(xué)模型，其中2.5mg的水平數(shù)對K值擬合程度最高。因此可以確定Hx含量的水平數(shù)為2、2.5、3mg。

表2 Hx含量對傳感器吸光度與K值相關(guān)性的影響Table 2 Effect of Hx content on the correlation between sensor absorbance and K value

2.2.2.2 MTT含量單因素結(jié)果 表3為MTT含量對傳感器吸光度與K值相關(guān)性的影響，與Hx含量對傳感器吸光度對K值變化相同，同樣具有顯著相關(guān)性，且不同的添加量相關(guān)性差異顯著。其中2mg的水平數(shù)，相關(guān)系數(shù)最大，從擬合系數(shù)看，最符合一級反應(yīng)動力學(xué)模型，同時從表3中可以看出，高濃度的MTT含量的擬合度要明顯高于低濃度的MTT含量。因此確定MTT含量的水平數(shù)為2、2.5、3mg。

表3 MTT含量對傳感器吸光度與K值相關(guān)性的影響Table 3 Effect of MTT content on the correlation between sensor absorbance and K value

2.2.2.3 XOD添加量單因素結(jié)果 表4為XOD添加量對反應(yīng)體系吸光度與K值相關(guān)性的影響。不同當(dāng)量的XOD對反應(yīng)體系吸光度與K值變化的相關(guān)性有顯著影響。添加量為0.2U的相關(guān)系數(shù)最大，但與一級反應(yīng)動力學(xué)模型的擬合程度不高，與K值變化規(guī)律不符。因此確定XOD添加量的水平數(shù)位0.3、0.4、0.5U。

表4 XOD添加量對傳感器吸光度與K值相關(guān)性的影響Table 4 Effect of XOD content on the correlation between sensor absorbance and K value

2.2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化MTT傳感器結(jié)果 根據(jù)Box-Behnken實驗設(shè)計原理，用XOD含量X1、Hx含量X2、XOD添加量X3，3個因素水平進(jìn)行實驗，表5為響應(yīng)面實驗設(shè)計與實驗結(jié)果[24]。

表5 響應(yīng)面法設(shè)計與實驗結(jié)果Table 5 Design and experimental results of RSM

采用Box-Behnken對金槍魚K值變化與MTT傳感器吸光度變化相關(guān)性進(jìn)行MTT傳感器各因素水平進(jìn)行優(yōu)化，考察MTT含量、Hx含量、XOD添加量對相關(guān)性的影響，進(jìn)行了12個分析因?qū)嶒灪?個中心實驗，表5給出各實驗的數(shù)據(jù)。對響應(yīng)值與各因素進(jìn)行回歸擬合后，得到回歸方程：

對模型式（2）進(jìn)行方差分析和回歸系數(shù)顯著性檢驗，結(jié)果見表6。方差分析表明，該二次響應(yīng)面模型F值為7.23＞F0.05（9，4）=6.00，p＜0.05，表明所選用的二次多項式模型具有顯著性（p＜0.05）。失擬項F值＜F0.05（9，3）=8.81，p=0.105＞0.05，表明失擬不顯著?；貧w模型的確定系數(shù)R2=0.9287，說明該模型能解釋92.87%響應(yīng)面的變化，該模型的擬合程度良好，實驗誤差較小。因此可以用該模型對MTT傳感器吸光度變化與K值變化的相關(guān)性進(jìn)行分析和預(yù)測。

表6 回歸模型方差分析Table 6 Variance analysis for the regression model

系數(shù)顯著性檢驗可知，如果模型檢驗項p值小于0.05，則該項是顯著的，否則該項不顯著，因此由表6可知：一次項X1（p=0.015）、X3（p=0.026）顯著，即XOD添加量和MTT含量對相關(guān)性結(jié)果有顯著影響，二次項X22（p=0.002）顯著，交互項均不顯著。根據(jù)模型各因素的回歸系數(shù)式（1）絕對值大小，可以得到各因素的對傳感器吸光度與K值變化的相關(guān)性影響的主次順序為：X1＞X3＞X2，即XOD黃嘌呤氧化酶的添加量＞MTT噻唑藍(lán)的含量＞Hx黃嘌呤的含量。

2.2.4 MTT傳感器吸光度變化與K值變化相關(guān)性最優(yōu)條件的確定及模型驗證 根據(jù)回歸方程，得到各因素交互作用的響應(yīng)面圖和等高線圖如圖5～圖7。從響應(yīng)曲面的最高點可以看出，在所選范圍內(nèi)存在極值，響應(yīng)面的最高點同時也是等值線最小橢圓的中心點，由圖5～圖7可知，該回歸方程存在穩(wěn)定點，即有極大值點，與方差分析的結(jié)果一致。

圖5 XOD添加量、Hx含量對K值和傳感器吸光度變化相關(guān)系數(shù)的曲面圖Fig.5 Surface of mutual-influence of XOD content and Hx content on the correlation between sensor absorbance and K value

圖6 XOD添加量、MTT含量對K值和傳感器吸光度變化相關(guān)系數(shù)的曲面圖Fig.6 Surface of mutual-influence of XOD content and MTT content on the correlation between sensor absorbance and K value

圖7 Hx含量、MTT含量對K值和傳感器吸光度變化相關(guān)系數(shù)的曲面圖Fig.7 Surface of mutual-influence of Hx content and MTT content on the correlation between sensor absorbance and K value

用Minitab軟件通過對回歸方程模型進(jìn)行優(yōu)化求解，得到MTT傳感器最優(yōu)條件參數(shù)為X1=0.7980，XOD的添加量為0.4798U，X2=-0.1111，Hx 的含量為2.4445mg，X3=0.5152，MTT含量為2.7576mg，此時得到最大相關(guān)性值為0.9924。考慮到實際可操作性，將三個值進(jìn)行修正：XOD添加量為0.5U，Hx含量2.4mg，MTT的含量為2.77mg，進(jìn)行三次驗證實驗，相關(guān)系數(shù)平均值為0.9882，相對誤差0.42%，與理論計算值基本吻合。因此，利用響應(yīng)面法得到的MTT傳感器的最優(yōu)條件與K值變化相關(guān)性最高。

3 結(jié)論

基于金槍魚在冷藏過程中K值的變化，以MTT噻唑藍(lán)、Hx黃嘌呤、XOD黃嘌呤氧化酶的反應(yīng)所研發(fā)的K值即鮮度的的化學(xué)傳感器，在冷藏溫度為4℃，K值終點為20%時，研究了時間、K值變化與傳感器吸光值的相關(guān)性。

3.1 金槍魚在4℃冷藏過程中，隨著時間的延長魚肉中肌苷和黃嘌呤的含量不斷增加，K值也不斷上升，32h后K值為21.111，達(dá)到貯藏終點。

3.2 根據(jù)響應(yīng)面Box-Behnken實驗設(shè)計理論進(jìn)行MTT傳感器吸光度和K值變化相關(guān)性的實驗結(jié)果表明二次響應(yīng)面模型擬合度較高，適合于對MTT傳感器條件的優(yōu)化，使其余K值變化的相關(guān)性提高。得到的優(yōu)化結(jié)果為：XOD添加量為0.5U，Hx含量2.4mg，MTT的含量為2.77mg。

3.3 通過實驗分析MTT傳感器在冷藏條件下吸光度的變化，與相同條件下金槍魚K值的變化具有很大的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在0.9以上，因此該傳感器可以運(yùn)用于對于金槍魚品質(zhì)鮮度的快速檢測。

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