低温等离子体处理对冰鲜鱿鱼品质特性的影响

陈家盛，宫玉婷，董依雪，农梦琪，应晓国，邓尚贵

1. 浙江海洋大学食品与药学学院（舟山 316022）；2. 海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心（舟山 316022）

鱿鱼，又名柔鱼或者枪乌贼，属于软体动物门头足纲管鱿目开眼亚目，是世界海洋渔业资源中未充分利用且具有较大潜力的海洋生物之一，全球海洋中鱿鱼总资源约4.28×108～6.5×108t，中国鱿鱼年捕捞量约50万 t[1]。研究发现，鱿鱼是典型的高蛋白低脂肪海产品，一般营养成分堪比鲍鱼，优于野生大黄鱼[2]；且鲜味氨基酸含量较高，不饱和脂肪酸总量及DHA含量都较高。但一方面鱿鱼体内存在许多降解营养物质的酶，在适宜的环境中极易引发腐坏变质；另一方面，鱿鱼体内水分多、肌肉组织细嫩，是微生物生长的温床，处理不当极易造成鱿鱼腐败变质[3]。因此，做好鱿鱼品质的保障既有利于提高鱿鱼资源利用率、减少经济损失，又能保障鱿鱼的有效供给。

作为食品加工领域的新技术——低温等离子体技术因其具有安全、温和、经济等优点[4]，在水产品杀菌和保鲜方面的研究也越来越多。Miao等[5]研究发现，低温等离子体在10～60 kV处理10 min，显著提高热诱导肌原纤维蛋白凝胶的持水性、质构特性和色泽特性，随着处理电压升高，游离巯基含量显著降低。另外，等离子体被认为是固体、液体和气体以外的第4种物质状态[6]，离子化产生的紫外光辐射直接诱导微生物的DNA损伤，低温等离子体产生的羟自由基引起膜蛋白发生化学修饰和降解，活性氧、活性氮可有效造成生物大分子（蛋白质、脂质）的氧化变性[7]，多种等离子体活性物质共同协同作用造成微生物的快速死亡，从而达到杀菌保鲜目的[8]。

因此，以冰鲜鱿鱼为研究对象，通过低温等离子体技术处理后鱿鱼的色泽、pH、肌原纤维蛋白质量浓度、总巯基浓度、Ca2+-ATPase活性等变化，分析低温等离子体对鱿鱼冷藏过程中品质的影响，为改善鱿鱼保鲜效果、提高鱿鱼资源的利用率提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

冰鲜鱿鱼（浙江舟山水产码头）。

1.2 仪器与设备

Phenix BK130/3低温等离子体处理仪（Phenix Technologies有限公司）；FSH-2高速可调匀浆机（武汉格莱莫检测设备有限公司）；pH计（上海虹益仪器仪表有限公司）；紫外可见分光光度计（上海第三分析仪器厂）。

1.3 方法

1.3.1 原料处理

将鱿鱼去皮去内脏，沿体轴切成约长、宽、高为3 cm×3 cm×1 cm的鱿鱼片，采用PE包装将样品随机分为2组，每组15个样品。一组用低温等离子体处理，处理条件为50 kV、30 s；另一组不经低温等离子体处理作为空白对照，将样品同时置于4 ℃贮藏，在第0，第2，第4，第6和第8天分别抽取3袋测定各项指标。

1.3.2 水分测定

采用GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》进行测定，每组重复3次取平均值。

1.3.3 pH的测定

准确称取2.0 g鱿鱼肉糜于烧杯中，加入20 mL蒸馏水，高速均质1 min，于4 ℃浸泡20 min，滤纸过滤后利用PHS-3C型酸度计测定，每组重复3次取平均值。

1.3.4 色差的测定

打开包装袋取出样品，将样品置于光源下，色差计经白板校准后，测定样品的色差值L*（亮度值），a*（红度值），b*（黄度值），每组重复3次并取平均值，参考谭明堂等[9]的方法计算白度值，每组重复3次取平均值。

1.3.5 肌原纤维蛋白质量浓度测定

参考宦海珍[10]的方法提取肌原纤维蛋白，取上清液，利用考马斯亮蓝法测定肌原纤维蛋白质量浓度，每组重复3次取平均值。

1.3.6 肌原纤维蛋白总巯基浓度测定

参照1.3.5的纤维蛋白提取法提取，参照试剂盒的方肌原法依次加入样本和试剂，混匀后室温静置10min，在波长412 nm处用双蒸水调零，测定各管的吸光度，每组重复3次取平均值。总巯基浓度计算如式（1）所示。

式中：A***为412 nm处的吸光度差值；ε*为分子吸光系数13 600/（mol·cm·L-1）。

1.3.7 肌原纤维蛋白Ca2+-ATPase活性测定

参照1.3.5的肌原纤维蛋白提取法提取，参照试剂盒的方法依次加入样本和试剂，混匀后室温静置10min，在波长636 nm处用双蒸水调零，测定各管的吸光度，每组重复3次取平均值。Ca2+-ATPase活性计算如（2）所示。

1.4 数据分析与处理

数据处理及作图采用Origin 8.1，SPSS 13.0统计分析软件，结果为平均值±标准偏差（采用SNK法分析测验显著性水平，p＜0.05）。

2 结果与讨论

2.1 冷藏过程中水分变化

鱿鱼水分为75%～81%，其中肌肉中的水分为结合水、不易流动水和自由水3个部分，与蛋白质链距离越远的水越容易流失。结合水主要通过氢键与蛋白质的极性基团相结合，这部分水性质稳定，基本不变。不易流动水约占肌肉总水分的85%，大部分分布于肌原纤维网络结构中，不易流动水是生产加工中需要尽可能保持的水分，也是影响肌肉保水性的决定因素。除了结合水与不易流动水外，还有存在于毛细血管中的自由水，这部分水能被轻易除去，也是肉汁液流失的直接来源和影响肌肉保水性的重要因素。由图1可知，随着贮藏时间延长，样品水分一直呈现下降趋势，处理组和对照组的降低程度分别为4.7%和7.0%，这可能是由于冷藏期间蛋白质等物质的氧化、肌原纤维横向收缩等导致鱿鱼的保水性降低进而导致鱿鱼的水分降低。在冷藏前4 d，低温等离子体处理组的水分显著低于对照组（p＜0.05），这应该是在高电压下高度电离产生包含正、负电荷的离子，自由电子、自由基等多种活性物质，发生多种化学反应和紫外线辐射[11]，在此处理过程中分解消耗了鱿鱼表面部分自由水。冷藏4 d后，处理组的水分开始高于对照组，并且处理组的下降趋势要明显缓于对照组，这说明低温等离子体处理能够有效防止蛋白质等物质的氧化及肌原纤维结构变化，改善冷藏过程中鱿鱼的保水性。

2.2 冷藏过程中pH的变化

图2为低温等离子体处理鱿鱼之后鱿鱼pH冷藏时间发生的变化情况。从整体变化情况来看，鱿鱼的pH随冷藏时间增长呈现出先减小后增大趋势。刚开始冷藏时，处理组与对照组之间pH的差距不大，到第2天时，pH开始下降并且降到整个冷藏过程中最低点，前2 d鱿鱼pH下降的主要原因应该是鱿鱼体内的肌糖元发生分解与氧化从而产生乳酸。在此之后鱿鱼开始进入“自溶”阶段，在该阶段中，鱿鱼的品质劣变会产生一些氨和胺类物质等碱性腐败物质，这些物质会导致pH增加，尤其是在第6天，2组的数值均显著增加，对照组pH上升幅度显著高于处理组（p＜0.05）。另外，酸性较强的环境有利于微生物体内酶活性的增强，增加鱿鱼体内蛋白质的分解速度，从而使鱿鱼更快地走向腐败变质。通过这一现象可以说明，低温等离子体处理能够有效地抑制鱿鱼体内微生物的生长和酶的活性，从而降低蛋白质的氧化、分解速度，减少挥发性物质，如胺和三甲胺等的产生，从而证明等离子体处理能够有效提高鱿鱼的保鲜效果。

图1 冷藏过程中水分的变化

图2 冷藏过程中pH的变化

2.3 冷藏过程中色泽的变化

鱿鱼的色泽会影响消费者对产品的接受度，消费者在挑选水产品时，产品的色泽是最直观的因素之一[12]。色泽也是鱿鱼肌肉生理、生化和微生物变化的外部表现与鱿鱼肉感官品质的重要指标，鱿鱼及其制品在贮藏和加工过程中，因受到光照、温度、氧气等环境条件的影响，颜色会逐渐由白色变成黄色和褐色[13]。虽然试验过程中获得的L*（亮度值）、a*（红度值）、b*（黄度值）没有表现出显著的变化趋势，但是鱿鱼的白度值（W）具有一定的变化趋势。通过图3可以看出，处理组的白度值显著高于对照组（p＜0.05），并整体呈现出下降趋势。姜晴晴等[14]在冻融循环对秘鲁鱿鱼蛋白及肌肉品质的影响研究中发现，氧化形成的羰基化合物与胺、氨基酸等氨基化合物发生反应会生成深色的物质，此外鱼类中的铁、铜等催化氧化后也可促进颜色的加深。这说明低温等离子体处理能够降低鱿鱼中的有机大分子如蛋白质和脂质的氧化速率，抑制肌肉蛋白质发生交联、变性和降解，使鱿鱼保持较好品质。

图3 冷藏过程中白度值的变化

2.4 冷藏过程中肌原纤维蛋白质量浓度的变化

肌原纤维蛋白是肌纤维的重要组成部分，也是肌肉蛋白质中最多的蛋白，具有重要的功能特性，占肌肉总蛋白的55%～60%，赋予肌肉食品许多令人满意的物理、化学和感官特性。通过图4可以看出，随着冷藏时间延长，肌原纤维蛋白质量浓度整体呈现下降趋势，处理组和对照组的降低程度分别为39%和46%，并且在第2和第6天时下降明显。究其原因应该是低温贮藏期间鱿鱼蛋白质物理、化学性质的变化及由此引起的蛋白质变性导致，主要集中在肌原纤维蛋白质空间结构、溶解性、Ca2+-ATPase活性、总巯基浓度及表面疏水性变化等方面。另外，鱿鱼的肌原纤维蛋白与其他鱼类和哺乳动物的肌原纤维蛋白不同，更易溶于水、更容易氧化，蛋白质的氧化使蛋白质发生交联、降解及变性，导致蛋白质的微观结构被破坏，更多的肌原纤维束被撕开导致鱿鱼肌肉细胞和肌束之间形成间隙，使得肌纤维结构遭到破坏。经低温等离子体处理后的鱿鱼在冷藏期间的肌原纤维蛋白质量浓度显著高于对照组，说明低温等离子体处理能够降低肌原纤维蛋白的氧化，以及热变性、保护蛋白质的微观结构，延缓鱿鱼的品质劣变。

图4 冷藏过程中肌原纤维蛋白质量浓度的变化

2.5 冷藏过程中肌原纤维蛋白总巯基浓度的变化

巯基具有较强的亲核性和还原性，对于维持肌原纤维蛋白空间结构稳定、保持理化和功能性质具有重要意义[15]。蛋白质发生氧化可使巯基（—SH）形成二硫键（—S—S—），在蛋白质氧化过程中总巯基浓度减少，因此总巯基浓度可以作为蛋白氧化的一个重要指标。通过图5可以看出，随着冷藏时间延长，肌原纤维蛋白总巯基浓度整体呈现出下降趋势，处理组和对照组的降低程度分别为27%和32%，并且在前2 d下降幅度最大，其原因可能是大部分的冰鲜鱿鱼是由冻藏鱿鱼解冻而成，随着鱿鱼胴体温度升高，化学反应速率加快，肌原纤维蛋白空间结构发生改变，使隐藏在分子内部的巯基活性基团暴露出来，氧化形成二硫键。另外，除0 d外，在其他4个冷藏时间节点，低温等离子体处理组的总巯基浓度明显高于对照组，下降趋势也略缓，说明低温等离子体处理在降低蛋白质氧化、保护肌原纤维蛋白空间结构方面具有重要意义，原因可能是低温等离子体激发过程中产生的大量ROS和RNS等活性物质，可与鱿鱼处理体系中的蛋白质发生化学变化，对其进行化学修饰，改性与功能优化，甚至提高其抗氧化能力。

图5 冷藏过程中肌原纤维蛋白总巯基浓度的变化

2.6 冷藏过程中肌原纤维蛋白Ca2+-ATPase活性的变化

肌原纤维蛋白Ca2+-ATPase活性源于肌球蛋白的球状头部，其活性大小与头部区域结构稳定性和完整性密切相关。Ca2+-ATPase活性是评价肌球蛋白分子的良好指标，可反映肌肉中肌球蛋白的变性程度，因而被广泛用作为蛋白质变性的评价指标。通过图6可以看出，随着冷藏时间延长，肌原纤维蛋白Ca2+-ATPase活性呈现下降趋势，并且其变化趋势与总巯基浓度的变化趋势相一致，这可能是由于蛋白质之间相互作用导致蛋白质分子重排，而分子聚合是由肌球蛋白活性部位的巯基氧化成为二硫键导致，引起肌球蛋白Ca2+-ATPase活性下降[16]。另外，处理组的数值要显著高于对照组，说明低温等离子处理能够减缓酶解程度的加深，降低肌球蛋白分子的破坏程度，其原因应该是低温等离子体改变了酶蛋白分子的二级结构（α-螺旋减少，β-折叠增加），从而导致酶活下降，抑制酶的活动，减缓Ca2+-ATPase活性的下降。

图6 冷藏过程中肌原纤维蛋白Ca2+-ATPase活性的变化

3 结论

以冰鲜鱿鱼为研究对象，通过低温等离子体技术处理后鱿鱼的色泽、pH、肌原纤维蛋白质量浓度、总巯基浓度、Ca2+-ATPase活性等变化，分析低温等离子体对鱿鱼冷藏过程中品质的影响。研究得出，低温等离子体处理组在色泽、理化等方面均优于对照组，尤其是在肌原纤维蛋白相关指标中表现出较大的优势，其中处理组的肌原纤维蛋白质量浓度、总巯基浓度的下降趋势均缓于对照组，并且下降数值较对照组较小。另外，通过Ca2+-ATPase活性的变化可以反映低温等离子体处理能减缓酶解程度加深，降低肌球蛋白分子的破坏程度，抑制酶活动。这说明低温等离子体处理能够有效降低鱿鱼中的有机大分子如蛋白质和脂质的氧化速率及肌原纤维蛋白结构的变化，抑制鱿鱼肌肉蛋白质发生交联、变性和降解，改善冷藏过程中鱿鱼的保水性，使鱿鱼保持较好的品质，能够为改善冰鲜鱿鱼的保鲜效果、提高冰鲜鱿鱼资源的利用率、实现冰鲜鱿鱼的高值化利用奠定理论基础。