摘要
三文鱼因其营养丰富和口感鲜嫩深受广大消费者喜爱,然而在加工贮藏过程中易被微生物污染导致营养流失和组织结构破坏。本研究以姜黄素为光敏剂,应用光动力技术(Photodynamic technology,PDT)对三文鱼进行保鲜。通过检测PDT处理后三文鱼中微生物的增殖情况探究姜黄素介导光动力的抑菌效率,并从色差、内源酶活性、组织切片和水分迁移等角度对PDT保障三文鱼品质机制进行初步探究。结果表明,150 μmol/L姜黄素配合光照处理1 h可有效杀灭三文鱼中1.6 log10CFU/g微生物。此外,姜黄素介导的PDT显著抑制了三文鱼中ATP酶和脂肪酶的活性,延缓了游离氨基酸和游离脂肪酸的降解,从而保障了三文鱼结构完整性和水分含量,使其货架期延长2 d。本研究可为光动力技术在保障三文鱼品质方面提供数据和理论支持,以期推动其在食品保鲜领域的实际应用。
三文鱼(Salmo salar)是全球重要的经济养殖鱼类之一,它不仅口感较好,同时营养丰富,含有较多的蛋白质以及大量的不饱和脂肪酸,备受消费者喜
光动力技术(Photodynamic technology,PDT)作为一种新型的非热杀菌技术,因其灭菌效果好、环保、安全、成本低等优点在医学领域被广泛使用。与传统食品杀菌方法相比,PDT不会改变食品的品质和降低食品的营养价值,在食品领域有良好的应用前
应用PDT清除食品中的微生物被越来越多的科研工作者关注,目前已有研究证明PDT对副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus
基于此,本文在研究姜黄素介导的PDT对三文鱼中微生物的杀灭效果的同时,还通过检测色差、内源酶活性、组织切片和水分迁移等指标深入探究了4 ℃储存期间PDT保鲜三文鱼品质的内在机制。本研究为PDT保鲜三文鱼储存品质提供了理论基础,推动了PDT在食品保鲜领域的应用。
新鲜三文鱼采购于上海的水产市场,将三文鱼中间部分在超净台中使用经过灭菌处理的刀具将其切成3 cm × 3 cm[(3.0 ± 0.1)g]大小的块状。用吸水纸擦干三文鱼表面水分后,将其放置在无菌培养皿中备用。
将分割好的3.0 g三文鱼分别放置在提前配好不同浓度的姜黄素溶液(50、100、150 μmol/L)中,使用孵育机在黑暗环境中匀速摇晃孵育20 min,确保姜黄素与三文鱼充分结合。将孵育后的三文鱼在黑暗环境中沥干水分,做好标记并移动至对应的无菌培养皿中。调整灯箱内平台的位置,确保平台上的无菌培养皿与蓝色LED灯距离为5 cm,三文鱼在LED照射的中心,然后光照处理1 h。三文鱼经过PDT处理后,使用TSA平板法检测三文鱼中存活的微生物数量,确定PDT处理的最佳条件(辐照剂量、姜黄素浓度等)在4 ℃条件下进行三文鱼保鲜实验。本实验中,L±代表光照处理,C±代表姜黄素处理,C1、C2和C3对应不同浓度的姜黄素溶液(50、100、150 μmol/L),未经光照和姜黄素处理的三文鱼样品作为阴性对照(L-C-)。
在标准品上校准色差计(NR20XE,深圳市三恩时科技有限公司),校准过后,使用色差计对不同处理后的三文鱼颜色变化进行量
(1) |
式中:L0、a0和b0表示对照组三文鱼L、a和b的颜色参数;L*、a*和b* 表示实验组三文鱼L、a和b的颜色参数。所有测试均在6条三文鱼样品上进行,取平均值。
将经过不同处理后的三文鱼放到离心管中,并加入27 mL无菌PBS(pH 7.2~7.6,1×),使用均质机均质5 min,1 000 r/min离心30 s后,取20 μL上清液,加入5 μL缓冲液,震荡使二者充分混匀后,100 ℃水浴加热10 min。SDS-PAGE实验中使用的胶由12%的分离凝胶和3%的浓缩凝胶构成。使用考马斯亮蓝溶液(R-250)对凝胶进行染色,并在含有10%乙酸的乙醇水溶液[V(乙醇)∶V(乙酸)∶V(水) ]=1∶1∶8中脱
向经过不同处理后的三文鱼中加入27 mL无菌PBS,用均质机均质5 min,对均质后的样品用0.85%的无菌生理盐水稀释,每个样品取100 μL稀释液滴加到TSA平板上,使用涂布棒均匀涂抹。放到恒温培养箱中培养24 h,统计存活的细胞数量,并用 log10 CFU/g表达,进行3次重复平行实验。
将不同处理后的三文鱼与27 mL去离子水混匀并用均质机均质5 min。然后取出混合物放置水浴锅中,在85~90 ℃条件下水浴加热30 min。在4 ℃、12 000 r/min的条件下冷藏离心5 min,取上清液用100 mL 0.01 mol/L的盐酸稀释,采用0.22 μm的过滤膜进行过滤,然后使用氨基酸分析仪(L-8900,日本Hitachi)检测。所有的分析重复3次,最后使用每个FAA标准的保留时间和样品的峰面积比进行定量。
向不同处理后的三文鱼中加入40 mL氯仿在提取器中回流4 h,取出后旋转蒸发浓缩近干,加入5 mL V(乙醚)∶V(正己烷)=1∶2溶液,溶解脂肪后,倒入试管中,继续加入5 mL氢氧化钾-甲醇溶液(甲酯化),振摇后加入5 mL正己烷静置10 min后,吸取上层正己烷过滤后放入进样瓶中待测。使用GC-MS分析脂肪酸含量。具体程序设定:开机后,升温至140 ℃,然后以5 ℃/min的速度增加至210 ℃,保持15 min。设定载气恒定流速为1.0 mL/min,载气基质为超纯化的氦。质谱条件:电子碰撞电离(EI)用作离子化能量为70 eV 的离子源,离子源温度为230 ℃;连接器温度为280 ℃,扫描速率为2.84
根据ZANG
(2) |
式中:WWHC为持水力,%。
采用WANG
将三文鱼样品切成小正方形(30 mm×30 mm),并用保鲜膜密封包裹。使用频率为20 MHz 的 LF-NMR 分析仪(上海纽曼科技有限公司)进行三文鱼核磁共振分析。所有实验进行3次平行,计算平均
不同浓度姜黄素介导的PDT处理对三文鱼中微生物的灭活效果如
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图1 姜黄素光动力对三文鱼本底微生物的杀灭效果
Fig.1 The killing effect of curcumin photodynamic therapy on the bottom microorganisms of salmon
根据

图2 姜黄素光动力处理后三文鱼中本底微生物的恢复和增殖情况
Fig.2 Recovery and proliferation of background microorganisms in salmon after photodynamic treatment with curcumin
水产品的菌落总数标准通常为7 log10CFU/
食品颜色作为鉴别食品品质的一项重要指标,也是消费者选购食品的重要依据。

图3 经过不同处理后三文鱼的颜色变化
Fig.3 Photograph of salmon after different treatments
此外,使用色差仪对不同方法处理后的三文鱼颜色进行色差实验,量化颜色变化,如
组别 Group | L* | a* | b* | ΔE |
---|---|---|---|---|
L-C- |
48.4±1. |
20.5±0. |
26.7±0. | 0 |
L+C- |
48.5±0. |
20.1±0. |
26.1±0. | 0.8±0.2 |
L-C+ |
54.8±0. |
17.4±0. |
43.4±1. | 18.1±0.7 |
L+C+ |
51.2±0. |
19.4±0. |
27.6±0. | 3.2±0.3 |
注: 同行不同小写字母表示显著性差异(P <0.05)。
Notes: Different lowercase letters in the same row indicate significant differences(P<0.05 ).
水产品死后,随时间推移其蛋白质和结缔组织会被内源性酶催化水解,可以通过检测水产品蛋白质降解程度来观察水产品品质的变化。SDS-PAGE清晰的展示了L-C-组与L+C+组三文鱼在4 ℃条件下贮藏9 d蛋白质的变化情况,通过

图4 姜黄素光动力处理后三文鱼在 4 ℃下贮藏 9 d的蛋白质变化
Fig.4 Changes in SDS-PAGE patterns of salmon stored at 4 ℃ for 9 days after photodynamic treatment with curcumin
M.标准物质;A.未光照处理组;B.光照处理组;0、1、5和9代表三文鱼样品贮藏天数。
M. Standard material; A. Unexposed group; B.Exposed group;0, 1, 5, and 9 represent the number of days of storage for salmon samples.
水产品贮藏过程中发生腐败变质的原因主要由两个方面:第一是水产品中微生物的生长繁殖,产生有异味及毒性等物质,影响水产品品质;另一方面是水产品本身含有的酶,在一定的环境条件下,进行各种酶促反应,分解水产品的成分,加速水产品的腐败变
乳酸脱氢酶(LDH)是糖无氧酵解及糖异生的重要酶系之一,广泛存在于各种动物组织及细胞中。在水产品的贮藏过程中,由于糖酵解反应,产生大量的酸,使水产品的pH下降,品质降低。如

图5 姜黄素光动力处理后,三文鱼体内酶活性的变化
Fig.5 Changes of enzyme activity in salmon after photodynamic treatment with curcumin
ATP酶又称三磷酸腺苷酶,参与释放能量的反应体系,ATP酶的活性与水产品中的生物化学反应密切相关,是评价水产品新鲜度的重要指标之一。
脂肪酶(LPS)又称甘油酯水解酶,能够逐步的将甘油三酯水解成甘油和脂肪酸。
组织蛋白酶D在溶酶体的酸性环境中水解蛋白质,通常被认为是水产品死后溶酶体发生降解作用的重要酶。
氨基酸是影响水产品风味及营养价值的重要因素。由
0 d | 5 d | 9 d | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
L-C- | L+C+ | L-C- | L+C+ | L-C- | L+C+ | |
牛磺酸 Tau |
50.55±2.0 |
51.51±1.6 |
29.56±0.9 |
36.44±1.1 |
20.15±1.0 |
26.49±1.3 |
天冬氨酸 Asp |
10.06±0.1 |
11.09±0.2 |
3.37±0.5 |
4.28±0.7 |
1.28±0.7 |
1.78±0.8 |
苏氨酸 Thr |
10.71±0.9 |
10.61±0.7 |
8.32±0.3 |
9.11±0.5 |
7.15±0.6 |
8.57±0.7 |
丝氨酸 Ser |
14.33±1.1 |
15.83±1.0 |
6.51±2.0 |
9.74±0.8 |
2.24±0.4 |
4.08±0.9 |
谷氨酸 Glu |
14.87±1.6 |
14.64±1.3 |
7.35±0.9 |
9.21±1.4 |
3.59±0.8 |
3.95±0.7 |
甘氨酸 Gly |
18.53±1.2 |
18.56±1.1 |
13.95±0.1 |
14.72±1.5 |
10.10±1.0 |
10.82±0.7 |
丙氨酸 Ala |
52.17±2.4 |
53.53±2.1 |
26.35±1.1 |
45.52±2.8 |
20.24±1.7 |
33.25±2.0 |
γ-氨基丁酸 GABA |
2.32±0.2 |
2.42±0.2 |
1.18±0.2 |
1.01±0.3 |
0.28±0.0 |
0.29±0.1 |
缬氨酸 Val |
16.10±0.6 |
15.08±0.7 |
14.09±0.5 |
13.67±0.8 |
12.51±0.4 |
11.94±0.6 |
甲硫氨酸 Met |
29.62±2.1 |
28.35±2.4 |
12.57±1.7 |
18.16±1.0 |
4.80±1.4 |
4.12±1.3 |
半胱氨酸 Cys |
1.16±0.2 |
1.51±0.0 |
0.56±0.1 |
0.73±0.0 |
0.05±0.0 |
0.09±0.0 |
异亮氨酸 Ile |
20.36±1.8 |
20.95±2.0 |
10.57±1.5 |
13.38±2.0 |
3.85±1.0 |
3.91±0.9 |
亮氨酸 Leu |
15.45±1.2 |
15.56±1.3 |
12.23±1.5 |
13.82±0.7 |
10.27±1.0 |
11.24±1.1 |
络氨酸 Tyr |
9.96±1.0 |
9.40±0.9 |
7.58±0.9 |
8.27±0.6 |
6.13±0.6 |
5.98±0.5 |
苯丙氨酸 Phe |
28.56±2.7 |
27.90±2.6 |
18.37±1.7 |
20.89±2.2 |
10.02±1.0 |
9.86±0.9 |
鸟氨基酸 Orn |
8.05±0.7 |
7.82±0.6 |
2.94±1.1 |
4.42±1.5 |
0.39±0.1 |
0.48±0.1 |
赖氨酸 Lys |
25.20±2.2 |
24.98±1.9 |
19.45±1.3 |
21.57±0.6 |
13.84±0.7 |
19.49±0.9 |
组氨酸 His |
23.42±1.7 |
24.06±1.6 |
13.78±0.9 |
16.33±1.6 |
2.18±0.2 |
8.97±0.5 |
精氨酸 Arg |
6.01±0.7 |
5.71±0.6 |
2.12±0.9 |
3.37±0.5 |
0.24±0.0 |
0.61±0.1 |
注: 同行不同小写字母表示显著性差异(P <0.05)。
Notes: Different lowercase letters in the same row indicate significant differences(P<0.05).
三文鱼富含多不饱和脂肪酸,游离脂肪酸是脂质水解的产物,与脂质氧化反应密切相关,因此,通常通过检测游离脂肪酸来评估脂质氧化程度和水产品新鲜度。
0D | 5D | 9D | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
L-C- | L+C+ | L-C- | L+C+ | L-C- | L+C+ | |
月桂酸C12∶0 |
1.75±0.2 |
1.79±0.3 |
1.06±0.1 |
1.27±0.2 |
0.42±0.0 |
0.58±0.1 |
十三烷酸C13∶0 |
0.34±0.0 |
0.41±0.0 |
0.40±0.1 |
0.41±0.0 |
0.38±0.0 |
0.43±0.0 |
肉蔻酸C14∶0 | 0 | 0 |
0.05±0.0 |
0.15±0.0 |
0.12±0.0 |
0.22±0.0 |
十五烷酸C15∶0 |
2.41±0.1 |
2.53±0.0 |
2.37±0.0 |
2.41±0.1 |
2.32±0.1 |
2.43±0.0 |
十六烷酸C16∶0 |
341.35±7.5 |
343.61±6.6 |
297.53±5.8 |
315.62±4.9 |
263.14±7.7 |
284.98±6.6 |
棕榈油酸C16∶1(n-7) |
53.64±4.6 |
55.91±3.3 |
29.79±2.9 |
36.54±3.8 |
14.21±2.0 |
20.09±1.9 |
硬脂酸C18∶0 |
230.37±5.5 |
228.45±4.7 |
201.62±3.8 |
213.77±2.5 |
178.79±3.2 |
193.90±2.8 |
油酸C18∶1(n-9) |
298.79±6.8 |
303.38±5.5 |
223.51±7.1 |
237.48±5.3 |
159.93±4.3 |
170.51±5.2 |
亚油酸C18∶2(n-6) |
64.64±3.2 |
63.66±1.0 |
38.29±1.7 |
42.96±2.1 |
17.48±1.1 |
20.22±2.0 |
亚麻酸C18∶3(n-3) |
48.45±1.0 |
47.72±0.9 |
44.62±0.9 |
45.23±1.2 |
41.54±0.7 |
40.30±0.8 |
花生酸C20∶0 |
3.74±0.7 |
3.77±0.5 |
2.53±0.6 |
2.85±0.7 |
1.99±0.3 |
2.04±0.5 |
二十碳烯酸C20∶1(n-9) |
7.78±0.4 |
7.66±0.3 |
6.57±0.6 |
6.92±0.3 |
5.64±0.7 |
6.28±0.6 |
廿碳五烯酸C20∶5(n-3) |
41.08±3.3 |
39.14±5.5 |
34.43±2.2 |
36.74±3.5 |
28.09±2.2 |
33.70±2.8 |
二十二碳五烯酸C22∶5(n-3) |
4.25±0.0 |
4.23±0.0 |
3.98±0.0 |
4.14±0.0 |
3.72±0.0 |
3.98±0.0 |
二十二碳六烯酸C22∶6(n-6) |
37.62±1.8 |
37.56±2.0 |
33.72±0.5 |
36.29±0.9 |
30.92±1.9 |
35.17±0.7 |
注: 同行不同小写字母表示显著性差异(P <0.05)。
Notes: Different lowercase letters in the same row indicate significant differences(P<0.05).
持水力可以反映肌间纤维截留不易流动水流失的能力,通过检测三文鱼的持水力性能可以反映三文鱼肌原蛋白的完整性和三文鱼的变质程

图6 姜黄素光动力对三文鱼在 4 ℃下贮藏 9 d的持水力和组织切片的影响
Fig.6 The effect of curcumin photodynamic therapy on the water holding capacity and tissue sectioning of salmon stored at 4 ℃ for 9 days
姜黄素介导的PDT通过减少三文鱼中微生物的数量,降低了三文鱼中肌原蛋白等大分子物质的降解速度,保障了三文鱼结构完整性,延缓肌纤维间隙的增加,延缓了三文鱼持水力下降的速度。
低场核磁共振技术(LF-NMR)可以向我们揭示三文鱼中水分的存在状态,水在三文鱼中的变化规律,是评估三文鱼新鲜度的重要指标。如

图7 姜黄素光动力对三文鱼的 T2 水群和核磁共振成像影响
Fig.7 Effect of curcumin photodynamic therapy on T2 water group and magnetic resonance imaging of salmon
磁共振成像(MRI)技术作为LF-NMR技术的一项补充,可以直观展示水分子在食品基质中的空间分布情
在本研究中,姜黄素介导PDT成功延长了三文鱼的货架期,对于三文鱼的贮藏起到了积极作用。使用成本低廉的姜黄素联合LED光源可以有效的保障三文鱼在储存期间的品质。本研究通过色差分析、蛋白质凝胶电泳以及游离氨基酸和脂肪酸变化,证明了姜黄素介导的PDT处理不会对三文鱼色泽和成分等原有品质造成负面影响。此外,本文还从微生物和内源酶活性的角度深入分析了姜黄素介导PDT对三文鱼的保鲜机制,即姜黄素在PDT处理过程中产生大量ROS,这些ROS攻击三文鱼上的微生物、ATP酶和脂肪酶,对微生物和酶中的蛋白质、脂质和核酸等大分子物质造成氧化损伤,破坏它们的结构完整性、降低其活性,从而延缓贮藏期间三文鱼肉中与风味相关的氨基酸的游离氨基酸的降解速率和脂质氧化分解速率,达到保鲜的效果。通过对三文鱼组织结构探究发现,姜黄素介导PDT有利于维持三文鱼的肌肉完整性,保持三文鱼的持水能力,通过延缓三文鱼水分的流失达到保鲜的目的。因此,本研究对姜黄素光动力在细菌灭活和水产品保鲜方面的作用提供了新的认识,为其在食品工业中的潜在应用奠定了基础。
利益冲突
作者声明本文无利益冲突
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