吳雙杰，智錦錦，王德華，任鵬飛，李兆杰，薛長(zhǎng)湖，唐慶娟

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

南美白對(duì)蝦因其高蛋白、低脂肪的特性，受到廣大消費(fèi)者的青睞，產(chǎn)量和消費(fèi)量逐年上升，2022 年產(chǎn)養(yǎng)殖量達(dá)到210 萬(wàn)噸[1]。目前，在運(yùn)輸及貯藏過程中，蝦頭黑變、微生物生長(zhǎng)抑制不充分、營(yíng)養(yǎng)成分流失嚴(yán)重是存在的主要問題[2-3]。為達(dá)到較好的貯藏效果，在低溫條件下，復(fù)合氣調(diào)保鮮、保鮮膜、生物制劑等方法用于保藏南美白對(duì)蝦已逐漸成為趨勢(shì)[4]。

單一成分的食品保鮮膜其功能存在局限性，負(fù)載不同類型的天然活性物質(zhì)可提升薄膜的抑菌性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等[5-6]。以殼聚糖為成膜基質(zhì)，添加姜黃素、花青素等天然成分，開發(fā)具有新的功能、可食用可降解、安全無毒的包裝材料，有取代塑料基保鮮膜的可能性[7-10]。

光動(dòng)力技術(shù)是一種利用可見光、光敏劑、氧氣對(duì)食源性致病菌產(chǎn)生抑菌效果的非熱殺菌技術(shù)[11-12]。已有報(bào)道將此技術(shù)應(yīng)用在縊蟶[13]、蝦仁[14]、牡蠣[15]等水產(chǎn)品的保鮮上，延長(zhǎng)了貯藏期。但是，姜黃素等光敏劑（photosensitizer，Ps）具有較強(qiáng)的著色能力，影響食品的顏色品質(zhì)，限制了此技術(shù)的推廣應(yīng)用[16-17]。將天然光敏劑加入薄膜中并介導(dǎo)光動(dòng)力技術(shù)是一種具有良好發(fā)展前景的食品保鮮新思路。本研究將姜黃素（curcumin，C）、姜黃素/殼聚糖顆粒（curcuminchitosan granule，G）作為功能物質(zhì)，殼聚糖作為成膜基質(zhì)，制備得到兩種復(fù)合膜（PsC/PsG），進(jìn)而構(gòu)建復(fù)合膜-光動(dòng)力殺菌體系，并將其應(yīng)用于南美白對(duì)蝦的保鮮。該研究評(píng)估了兩種光敏性復(fù)合膜的功能特性，以期拓展光動(dòng)力技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用形式，豐富南美白對(duì)蝦的保鮮方案。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

南美白對(duì)蝦 購(gòu)自于青島金海利達(dá)水產(chǎn)市場(chǎng)；姜黃素 純度>98%，西安圣青生物有限公司；殼聚糖 脫乙酰度90%，上海源葉生物科技有限公司；平板計(jì)數(shù)瓊脂 青島海博生物技術(shù)有限公司；氧化鎂 天津光復(fù)科技發(fā)展有限公司；其他化學(xué)試劑 國(guó)產(chǎn)分析純?cè)噭?/p>

NR60CP 型多功能色差儀 深圳三恩時(shí)科技有限公司；HZQ-X100 電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；8400 型全自動(dòng)凱氏定氮儀 美國(guó)福斯公司；ST3100 型pH 計(jì) 美國(guó)奧豪斯儀器有限公司；Model 680 型酶標(biāo)儀 美國(guó) Bio-Rad 公司；TMS-TOUCH 型質(zhì)構(gòu)儀 FTC 公司；L-8900 全自動(dòng)氨基酸分析儀 日本日立公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 姜黃素/殼聚糖顆粒制備 參照鄭育[18]、LI等[19]的方法，稍作改進(jìn)，將2 mL 2 mg/mL 姜黃素溶液（curcumin, CUR）加入8 mL 2.5 mg/mL 殼聚糖（chitosan, CTS）溶液中，磁力攪拌5 min，滴加1%三聚磷酸鈉（TPP）溶液400 μL，使CTS:CUR:TPP=5:1:1（m:m:m），磁力攪拌30 min 后得姜黃素/殼聚糖顆粒溶液。

1.2.2 光敏性復(fù)合膜制備 參照CHEN 等[20]的方法進(jìn)行改進(jìn)，取0.4 mg/mL 姜黃素溶液，加入1%殼聚糖溶液（0.3%甘油）中，使姜黃素濃度為8 μg/mL ，超聲脫氣15 min 后，倒入12×12 cm 模具中，40 ℃干燥8 h，得PsC 膜。取1.2.1 所得顆粒溶液替換姜黃素溶液，其他操作同PsC 膜的制備，得PsG 膜。兩種膜避光干燥處保存。

1.2.3 復(fù)合膜經(jīng)光照后的顏色變化 在光照功率10 W、膜-光間距15 cm 的條件下，照射不同時(shí)間（0、2、5、10、15、20 min），使用色差計(jì)檢測(cè)膜的顏色變化。

1.2.4 樣品處理 購(gòu)買鮮活南美白對(duì)蝦，加冰猝死后，隨機(jī)分為三組（每組36±3 g），在無菌器皿中放入三只蝦，分別用市售PE 保鮮膜（plastic wrap, PW）、PsC、PsG 膜覆蓋器皿，減少膜與樣品的接觸。PsC、PsG 膜覆蓋南美白對(duì)蝦后使用420 nm LED 光源照射（膜-光動(dòng)力參數(shù)：光照功率10 W，膜-光間距15 cm，光照時(shí)間10 min，光功率密度為60 mW/cm2）。處理后各組樣品均置于4 ℃冰箱中保存。在0、1、2、3、4 d 取出貯藏樣品，進(jìn)行各指標(biāo)的檢測(cè)。

1.2.5 菌落總數(shù)的測(cè)定 按照GB 4789.2-2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)-菌落總數(shù)測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定，在每個(gè)取樣日，將樣品絞碎，取5 g 蝦肉置于45 mL 的無菌生理鹽水中，浸泡30 min 后，取每個(gè)樣品1 mL，進(jìn)行梯度稀釋，取三個(gè)合適梯度的稀釋液100 μL 涂布平板，37 ℃培養(yǎng)72 h 后計(jì)數(shù)。

1.2.6 揮發(fā)性鹽基氮、pH 的測(cè)定 參照GB/T 5009.228-2016《食品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》中自動(dòng)凱氏定氮儀法測(cè)定揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N），取10 g 蝦肉在75 mL 去離子水中浸泡30 min 后，上機(jī)測(cè)定。

按照GB 5009.237-2016《食品pH 值的測(cè)定》的方法測(cè)定pH，取2 g 蝦肉與去離子水混合（1:9，m:m），均質(zhì)后靜置30 min，測(cè)定上清液pH。

1.2.7 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定 取三只對(duì)蝦，剪取與蝦頭相近的第二節(jié)肌肉，采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定其質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)，取參數(shù)設(shè)定為：觸發(fā)類型Auto（自動(dòng)）、測(cè)試速率60 mm/min、力量感應(yīng)元量程為100 N、起始力為0.5 N、形變百分量為50%，縱向壓縮，兩次壓縮之間停留時(shí)間為5 s。壓縮探頭為不銹鋼P(yáng)/36R 圓柱形。

1.2.8 游離氨基酸的測(cè)定 取貯藏2 d 的樣品絞碎，準(zhǔn)確稱量2 g 蝦肉于安瓿瓶中，加入15 mL 0.02 mol/L HCl，充分均質(zhì)后超聲5 min，5000 r/min，4 ℃離心10 min，收取上清液。將剩余殘?jiān)尤?0 mL 0.02 mol/L 稀鹽酸后攪拌，5000 r/min，4 ℃離心5 min，合并上清液，定容至50 mL。定容后移取2 mL，加入2 mL體積分?jǐn)?shù)5%磺基水楊酸溶液，10000 r/min，4 ℃離心10 min，上清液過0.22 μm 水系濾膜于液相小瓶中，上機(jī)測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行三次重復(fù)，數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)采用SPSS 25.0 進(jìn)行分析，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，方差分析采用Duncan 的方法，P<0.05 表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 420 nm LED 光源照射對(duì)復(fù)合膜色值影響研究

經(jīng)光照射，姜黃素易分解，導(dǎo)致色值發(fā)生變化[21]。PsC 和PsG 膜經(jīng)420 nm LED 光源照射后色值變化如圖1 所示。照射前，PsC 和PsG 膜的L*值分別為44.74±0.31 和46.24±0.21，a*值分別為-1.18±0.13 和-1.64±0.11，b*值分別為8.40±0.09 和7.98±0.06。照射后，兩種膜的L*和a*無明顯變化，b*的變化趨勢(shì)不同。PsC 和PsG 膜的L*值分別為45.21±0.38 和47.07±0.21；a*值分別為-1.09±0.06 和-1.50±0.02；PsC 膜的b*值在8.29～8.58 范圍內(nèi)波動(dòng)，b*變化與光照時(shí)間無明顯關(guān)系；PsG 膜的b*值明顯下降，隨光照時(shí)間延長(zhǎng)，b*由7.98±0.06 下降到6.89±0.07。結(jié)果表明，PsC和PsG 膜初始b*不同，這可能與兩種膜中游離姜黃素的含量不同有關(guān)[22]。通過離子交聯(lián)法，姜黃素被包封在殼聚糖與三聚磷酸鈉形成的體系中，導(dǎo)致PsG膜中的游離姜黃素含量減少。此外，PsG 膜相較PsC膜更易在420 nm 光源的照射下發(fā)生色值變化，這種不同的色度變化說明兩種膜介導(dǎo)光動(dòng)力的能力及光敏特性可能具有差異。

圖1 復(fù)合膜經(jīng)光照20 min 內(nèi)顏色的變化Fig.1 Color change of PsC and PsG over 20 min of illumination

2.2 復(fù)合膜介導(dǎo)光動(dòng)力對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦品質(zhì)的影響

2.2.1 不同處理方式對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦菌落總數(shù)的影響 南美白對(duì)蝦在冷藏期間，伴隨著微生物的滋生，腐敗希瓦氏菌、氣單胞菌等腐敗菌的生長(zhǎng)易引起蝦肉的腐敗[23]，從而產(chǎn)生食品安全問題[4]。復(fù)合膜介導(dǎo)光動(dòng)力對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦的菌落總數(shù)的影響如圖2 所示。各組菌落總數(shù)在4 d 內(nèi)均未超過限值6 lg（CFU/g）。在貯藏過程中，PW 組菌落總數(shù)前期增長(zhǎng)較快，且整體菌落總數(shù)值較高。PW、PsG-L 組在第4 d 有菌落總數(shù)較高，分別為5.87±0.02、5.95±0.00 lg（CFU/g），PsC-L 組在第3 d 的菌落總數(shù)值最高，為5.88±0.04 lg（CFU/g）。結(jié)果表明，相較PW，PsC-L、PsG-L 處理可顯著抑制貯藏前期南美白對(duì)蝦菌落總數(shù)的生長(zhǎng)，且PsG-L 延緩菌落總數(shù)生長(zhǎng)的效果較優(yōu)。保鮮膜無抑菌活性，所以在1 d 的貯藏時(shí)間內(nèi)，其菌落總數(shù)急劇上升，而由于其阻隔性能較好，貯藏環(huán)境中氣體成分變化可能造成其菌落總數(shù)在1 d后先下降后持續(xù)上升[24]。PsC-L 和PsG-L 膜依靠殼聚糖、姜黃素及光動(dòng)力的抑菌活性可延緩菌落總數(shù)的增長(zhǎng)[25-26]，PsC 膜中殼聚糖、姜黃素在南美白對(duì)蝦表面的釋放可能使其菌落總數(shù)在4 d 下降[27]，而PsG 膜較為穩(wěn)定，活性成分遷移較少。

圖2 復(fù)合膜介導(dǎo)光動(dòng)力對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦的菌落總數(shù)的影響Fig.2 Effect of composite membrane-mediated photodynamics on total numbers of colonies in refrigerated shrimp

2.2.2 不同處理方式對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）、酸堿值（pH）的影響 南美白對(duì)蝦是一種高蛋白低脂肪的水產(chǎn)品，通過TVB-N、pH 指標(biāo)可反映蝦肉的新鮮度[28]。在對(duì)蝦鮮度的評(píng)定中，TVBN 值不超過15 mg/100 g 為一級(jí)鮮度，15～20 mg/100 g為二級(jí)鮮度[29]。復(fù)合膜介導(dǎo)光動(dòng)力對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦的揮發(fā)性鹽基氮的影響如圖3 所示，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，各組南美白對(duì)蝦的TVB-N 值均呈上升趨勢(shì)。在4 d，PW、PsC-L、PsG-L 組TVB-N 值分別14.31±0.19、17.80±0.12、12.50±1.25 mg/100 g。結(jié)果提示，4 ℃貯藏南美白對(duì)蝦4 d 后，PW、PsG-L 組對(duì)蝦仍為一級(jí)鮮度，PsC-L 組對(duì)蝦已為二級(jí)鮮度。PsG-L 處理可顯著的延緩TVB-N 的產(chǎn)生，優(yōu)于PW 和PsCL 保鮮模式，LU 等[30]發(fā)現(xiàn)光動(dòng)力技術(shù)可以抑制絲氨酸蛋白酶和天冬氨酸蛋白酶的活性，從而抑制揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）、多肽氮（PeN）等的產(chǎn)生，延緩了蛋白質(zhì)的降解。這說明PsG 膜介導(dǎo)光動(dòng)力的效果要顯著優(yōu)于PsC 膜，與2.1 中兩種膜經(jīng)光照后顏色變化不同的結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，膜顏色變化的程度可能與其介導(dǎo)光動(dòng)力的能力相關(guān)。

圖3 復(fù)合膜介導(dǎo)光動(dòng)力對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦的揮發(fā)性鹽基氮的影響Fig.3 Effect of composite membrane-mediated photodynamics on TVB-N in refrigerated shrimp

復(fù)合膜介導(dǎo)光動(dòng)力對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦的pH 的影響如圖4 所示，貯藏過程中，三組對(duì)蝦pH 均呈上升趨勢(shì)。在1、2 d，PsC-L、PsG-L 處理可有效延緩蝦肉pH 的上升，優(yōu)于PW 組，但PsC-L 組樣品在貯藏后期pH 長(zhǎng)較快。三組樣品pH 在第4 d 分別達(dá)到7.94±0.00、7.93±0.00、7.71±0.01。這與菌落總數(shù)、TVB-N 的變化趨勢(shì)相似，故PsG-L 處理后可能能夠延緩蝦肉蛋白質(zhì)氧化等生化反應(yīng)的發(fā)生，使蝦肉pH 升高較慢。

圖4 復(fù)合膜介導(dǎo)光動(dòng)力對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦的酸堿值的影響Fig.4 Effect of composite membrane-mediated photodynamics on pH in refrigerated shrimp

2.2.3 不同處理方式對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦質(zhì)構(gòu)的影響南美白對(duì)蝦在貯藏過程中，肌肉組成及結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致蝦體軟化、彈性和食用口感下降[31]。復(fù)合膜介導(dǎo)光動(dòng)力對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦的質(zhì)構(gòu)特性的影響如圖5 所示，各組蝦的硬度變化趨勢(shì)大致相同，均為先上升后下降， PW、PsC-L、PsG-L 組分別在第1、3、3 d 達(dá)到最高值，分別為26.96±6.04、31.87±5.53、29.55±8.43 N。而彈性的變化趨勢(shì)與硬度有所不同，為先下降后上升，PW、PsC-L、PsG-L 組均在1 d達(dá)到彈性最低點(diǎn)，分別為2.56±0.21、2.52±0.46、2.53±0.32 mm。結(jié)果說明，在貯藏期間，PsC-L，PsG-L 兩組對(duì)蝦的硬度和彈性整體高于PW 組的對(duì)蝦。在南美白對(duì)蝦貯藏期間，由于蛋白質(zhì)的持水力下降，蝦體會(huì)出現(xiàn)汁液流失以及水分的散失[32]，而保鮮膜較兩種光敏膜有更好的阻隔效果，來自于蝦體的水分的釋放會(huì)提升貯藏環(huán)境的濕度，這為微生物的生長(zhǎng)繁殖提供了條件，這可能造成PW 組蝦體硬度下降較早。PsC、PsG 膜以殼聚糖為基質(zhì)，而殼聚糖膜其阻水性較為差[33]，可能造成蝦體水分散失，組織變得粗糙，硬度增大，彈性也隨之有提升。

圖5 復(fù)合膜介導(dǎo)光動(dòng)力對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦的質(zhì)構(gòu)特性的影響Fig.5 Effect of composite membrane-mediated photodynamics on structure characteristics in refrigerated shrimp

2.2.4 不同處理方式對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦呈味氨基酸的影響 游離氨基酸是水產(chǎn)品中呈味的基礎(chǔ)物質(zhì)，不同氨基酸呈現(xiàn)不同風(fēng)味特征，對(duì)南美白對(duì)蝦的風(fēng)味有較大的影響[34]。呈味強(qiáng)度值（taste activity values,TAV）為食物基質(zhì)中單個(gè)化合物的濃度與其對(duì)應(yīng)的味覺閾值的比值，當(dāng)TAV>1 時(shí)，表明該呈味成分能獨(dú)立對(duì)食品的滋味產(chǎn)生重要貢獻(xiàn)，TAV 值越高，該化合物對(duì)食物整體口味的貢獻(xiàn)越大[35]。本研究中對(duì)貯藏2 d 的南美白對(duì)蝦的游離氨基酸含量進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如表1 所示。在三組中檢測(cè)到11 種游離氨基酸，除甘氨酸外，PsC-L 組樣品的游離氨基酸含量高于其他兩組，PsG-L 組與PW 組差異較小。由游離氨基酸含量計(jì)算得TAV 值，結(jié)果如表2 所示，其中，谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸和精氨酸的TAV>1，在PsC-L 組中谷氨酸、丙氨酸的TAV 極顯著高于另兩組（P<0.01），PsG-L 組谷氨酸的TAV 顯著高于PW組（P<0.05），這對(duì)樣品的鮮味影響較大。結(jié)果提示，在貯藏2 d 后，PsC-L 組樣品的蛋白質(zhì)降解較多，游離氨基酸含量增加。而相較PW 組，PsG-L 處理可延緩鮮/甜味游離氨基酸的降解及苦味氨基酸的生成。

表1 復(fù)合膜介導(dǎo)光動(dòng)力對(duì)冷藏南美白對(duì)蝦的游離氨基酸含量的影響Table 1 Effect of composite membrane-mediated photodynamics on the content of free amino acids in refrigerated shrimp

3 結(jié)論

對(duì)比市售保鮮膜，在2 d 的貯藏時(shí)間內(nèi)，PsC-L處理可以產(chǎn)生更好的保鮮效果，而貯藏后期，保鮮效果變差。在4 d 的貯藏時(shí)間內(nèi)，PsG-L 處理可以影響菌落總數(shù)的生長(zhǎng)，顯著延緩TVB-N、pH 的上升，延緩蝦的質(zhì)地軟化。在2 d 的貯藏時(shí)間內(nèi)，相較PW 處理，PsG-L 處理可延緩鮮味氨基酸的降解，減少苦味氨基酸的生成。總之，PsG-L 處理可有效延緩南美白對(duì)蝦的品質(zhì)劣化，將姜黃素/殼聚糖顆粒添加到殼聚糖膜中介導(dǎo)光動(dòng)力相比姜黃素與殼聚糖混合后介導(dǎo)光動(dòng)力在保鮮效果上有顯著提升。薄膜保鮮與光動(dòng)力復(fù)合應(yīng)用在水產(chǎn)品保鮮是可行的。