卡拉胶寡糖对反复冻融南美白对虾肌肉品质及微生物多样性的影响

发布时间：2020-05-26 22:23

【摘要】：南美白对虾高蛋白高水分含量的特点使其深受消费者喜爱的同时极易在贮藏期间发生品质劣变。冷冻贮藏是水产品中常用的保鲜手段,而贮运流通过程中冷链的不完善会造成虾肉反复冻融,加剧其品质劣变。因此,如何在不可避免的反复冻融过程中保护南美白对虾的肌肉品质与营养价值成为南美白对虾保鲜丞待解决的问题之一。本研究在明确南美白对虾反复冻融过程中品质变化规律的基础上,以三聚磷酸钠与山梨醇蔗糖混合物为对照,研究卡拉胶寡糖对反复冻融南美白对虾肌肉营养价值、风味、水分、蛋白质及微生物多样性的影响,初步探讨其作为抗冻保水剂对虾肉蛋白的保护机制,为开发健康高效的抗冻剂及南美白对虾的保鲜提供理论参考。本研究主要从五个方面开展,具体如下:第一部分,对南美白对虾进行不同次数的冻融循环处理,通过LF-NMR及SEM,辅以SDS-PAGE,结合TPA分析、PPO活性、色差、TVB-N值、菌落总数TVC及感官评价,观察不同次数冻融循环下南美白对虾肌肉中水分迁移、蛋白降解、组织微观结构及品质变化情况。结果显示,横向弛豫时间T_(22)和T_(23)(分别表征不易流动水和自由水)在3-4次冻融循环后明显增加,MRI质子密度伪彩图亮度降低,即冻融3-4次后,南美白对虾肌肉内水分流动性增加,不易流动水向自由水转化,水分流失加剧。同时,虾肉组织的质构特性在前两次冻融循环便发生明显劣变。在3次冻融循环后,虾体亮度值(L~*)由于PPO活性的急剧增强而显著下降,红度值(a~*)上升。此外,SDS-PAGE结果显示,虾肉蛋白变化在4次冻融循环前主要以蛋白聚集为主,之后则以蛋白降解变性为主。反复冻融加剧了贮藏期间南美白对虾肌肉微观结构、水分分布、蛋白变化与品质劣变,TVB-N值、TVC及感官评分结果表明4次冻融循环后虾肉品质开始明显劣变,6次冻融循环后品质已不可接受。第二部分,针对不同抗冻剂对反复冻融南美白对虾的抗冻保水效果进行评估,探究反复冻融及不同抗冻剂对虾肉营养价值和风味影响,明确两种常用抗冻剂与卡拉胶寡糖的优缺点,揭示卡拉胶寡糖的优势。设置对照组CK(无菌水处理)和实验组SS、ST、CO(分别蔗糖+山梨醇混合物、三聚磷酸钠及卡拉胶寡糖处理),模拟南美白对虾贮运流通过程中的反复冻融循环,通过WHC、Ca~(2+)-ATPase活性结合LF-NMR成像及FTIRI技术评估各抗冻剂抗冻保水效果;同时进行传统营养成分分析,并辅以氨基酸自动分析仪、电子鼻及电子舌研究其营养价值和风味变化。结果发现,四组样品的WHC、Ca~(2+)-ATPase活性及水分、粗蛋白、粗脂肪含量均在反复冻融过程中出现不同程度降低,说明反复冻融加剧了蛋白冷冻变性及水分流失,促进了脂肪氧化,而不同抗冻剂对肌肉蛋白及品质的保护程度不一,其中,卡拉胶寡糖作用尤为明显,其次为蔗糖山梨醇混合物。此外,LF-NMR伪彩图结合FTIRI更直观反映不同处理下水分及蛋白质含量的变化,且结果与传统理化指标相一致。氨基酸分析得出,四组样品的氨基酸总量、必需氨基酸及呈鲜味氨基酸含量在冻融过程中呈下降趋势,同时苦味氨基酸含量上升;这种变化在SS及CO组不明显,两组中Thr与Ser含量有轻微上升趋势。电子舌与电子鼻PCA分析图显示冻融次数增加使虾肉滋味与气味成分较新鲜样品差异增大,CO组无明显影响,ST组在冻融四次后差异显著,而SS组处理则使其风味与新鲜样差异明显。因此,就抗冻效果,CO组样品极显著其次为SS组、ST组;对其营养成分及氨基酸的影响,CO组及SS组更优;而从对感官滋味及气味影响上看,CO组最优,其次为ST组,SS组则对其有显著影响。第三部分,为进一步研究卡拉胶寡糖对反复冻融过程中南美白对虾脂质氧化、蛋白质氧化降解变性及水分迁移的影响,分别用无菌水(CK),三聚磷酸钠(ST)和卡拉胶寡糖(CO)处理南美白对虾后进行不同次数反复冻融,通过脂肪含量、TBARS值、FFA含量与PV值反映脂质氧化,通过羰基和总巯基含量、表面疏水性结合SDS-PAGE、DSC及动态流变学分析蛋白质氧化降解与变性情况,同时,利用LF-NMR反映水分迁移情况。结果显示,随冻融次数增加,样品中脂肪、总巯基及细胞内水分含量降低,TBARS值、FFA含量、PV值、羰基含量与表面疏水性明显升高,而这种变化在CK与ST组较明显。DSC、动态流变学及SDS-PAGE结果显示,卡拉胶寡糖可显著保护肌球蛋白的结构和完整性,延缓肌浆蛋白在反复冻融期间的降解和变性。同时,在三组中脂肪氧化指标的变化与蛋白质氧化、水分流失情况均紧密相关,三者间存在一定的相互影响作用。卡拉胶寡糖作为抗冻保水剂,在控制反复冻融期间虾的质量变化更有效,主要体现在对蛋白质功能特性保护。第四部分,将拉曼光谱与FT-MIR互补结合,分别对经0、2、4、6次冻融循环后三种预处理方式(无菌水、三聚磷酸钠、卡拉胶寡糖)下的南美白对虾肌原纤维蛋白进行光谱采集,深入研究反复冻融及卡拉胶寡糖对南美白对虾肌肉蛋白的影响机制。FT-IR和拉曼一阶谱图中各特征峰强度变化可表征冻融次数的增加加剧了南美白对虾肌肉蛋白损失和结构破坏。针对表征蛋白二级结构主链构象的酰胺I带(1600~1700 cm~(-1))高斯拟合后谱图,FT-MIR结果说明新鲜虾肉蛋白二级结构以β-转角为主,其次为β-折叠。结合拉曼光谱结果可知,二级结构在冻融过程中的变化主要是α-螺旋结构的减少与无规卷曲结构的增加,而卡拉胶寡糖预处理能明显抑制冻融过程中虾肉蛋白α-螺旋结构的损失。拉曼光谱中850 cm~(-1)和830 cm~(-1)处峰强比表征酪氨酸的暴露程度,在冻融期间呈增长趋势;1448 cm~(-1)和2935 cm~(-1)处峰强变化表征脂肪族侧链氨基酸残基暴露程度即侧链氨基酸疏水相互作用强弱,在冻融过程中逐渐增强。拉曼光谱中蛋白侧链的特征谱带变化表明反复冻融使虾肉蛋白中分子内、分子间氢键断裂和侧链酪氨酸、脂肪族氨基酸残基暴露,而卡拉胶寡糖可延缓反复冻融虾肉蛋白中氢键断裂、侧链疏水基暴露,进一步稳定蛋白二级结构,维持其蛋白功能特性,从而起到对反复冻融南美白对虾肌肉品质的保护作用。第五部分,分析了南美白对虾在无菌水处理(CK)与卡拉胶寡糖处理(CO)反复冻融过程中的微生物多样性变化。通过TVB-N值、K值、ACP与ADA活性变化、生物胺与菌落总数、假单胞菌数、希瓦氏菌数等表征其品质变化及微生物与ATP降解间相关性,通过高通量测序研究反复冻融及卡拉胶寡糖对微生物菌群变化影响。结果得出,在反复冻融期间,CO组样品通过更低的TVB-N值,延缓腐胺、尸胺、酪胺的增加与ATP、色胺、精胺降解、减少微生物生长来保持良好质量。同时,ADA及ACP活性变化表明卡拉胶寡糖对ACP活性影响明显,进而影响ATP降解过程。高通量测序结果表明,卡拉胶寡糖显著抑制了莫拉氏菌和假单胞菌生长,对希瓦氏菌和李斯特菌有轻微影响。总之,结合相关微生物种属水平丰度变化,卡拉胶寡糖在反复冻融过程中改变了南美白对虾菌群结构,并延迟南美白对虾的品质劣化。
【图文】：

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上海海洋大学硕士学位论文，为南美白对虾的保鲜提供理论参考。为验证将卡拉胶寡糖应用于南美白对虾融循环的合理性，将LF-NMR、FTIRI与传统营养成分分析相结合对其抗冻效果行肯定，并通过氨基酸分析、电子鼻结合电子舌技术，比较几种常用抗冻剂对美白对虾营养价值及风味的影响。在明确卡拉胶寡糖的独特优势后，除LF-NMR，借助DSC和动态流变学方法，辅以脂肪和蛋白质氧化传统指标，，进一步验证在反复冻融过程中对南美白对虾脂肪及蛋白质的作用。同时，利用拉曼光谱与-IR从蛋白二级结构和空间构象层面深入探讨卡拉胶寡糖对反复冻融过程中南白对虾蛋白保护机制。最后利用高通量测序结合ATP降解、生物胺、TVC等指分析冻融循环及卡拉胶寡糖对南美白对虾微生物多样性及品质的影响，初步探卡拉胶寡糖的抑菌性。

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尤以 3 次冻融循环后更明显。在整个冻融周期与 A22相反的趋势，而 A21的变化并不显著。由此表明，随肉组织中水分发生迁移，不易流动水逐渐向自由水转化，力减弱，这种水分的迁移和损失在冻融第 3 次后更明显。非致密的肌肉组织，组织内水分更难被保留。在反复冻融融循环时的重复形成且大小和位置不同会破坏组织细胞肉蛋白质网络结构的破坏，进而肌肉保水性下降，细胞内，水分发生迁移和流失[38,117-119]。此外，冻融循环造成的蛋侧链与水分子结合的大分子的减少也在一定程度上加剧了的释放和转化[120]。由此可见，水再结晶引起的肌肉组织机性是肌肉内水分迁移和流失的主要原因，与鲜虾相比，冻环后会加剧虾肉中水分的迁移和损失。展示了南美白对虾不同冻融次数下1H MRI 质子密度加权成，伪彩图图像越趋于红色，即图像越亮，则表明水质子信含量越高[105]。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS254.1

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