微凍貯藏過程中能量代謝酶活性和蛋白質氧化降解對鱸魚質構特性的影響

胡佳慧，熊光權，喬 宇,*，廖 李，王 俊，汪 蘭

（1.湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所，湖北 武漢 430064；2.華南農業大學食品學院，廣東 廣州 510642）

隨著經濟的發展，人們對魚類新鮮度品質的要求越來越高[1]。全世界每年有大約30%的水產品因腐敗變質而失去食用價值，所以控制水產品的品質、研究保證其質量和安全的方法顯得尤為重要。目前應用最廣泛的水產保鮮方法是低溫保鮮技術。微凍是低溫保鮮技術的一種，又稱部分凍結或過冷卻冷藏，是20世紀60年代中期開始發展起來的在漁船上貯藏海產品的一種低溫保鮮技術。微凍保鮮的基本原理是將水產品溫度降低至初始凍結點以下，通常至低于初始凍結點1～2 ℃[2]。此時水產品中5%～30%的水分凍結成冰，未凍結部分溶液的細胞液汁濃度、滲透壓增加，可有效抑制微生物生長，同時低溫亦可抑制水產品中酶的活力，減少酶對體內有機物質的分解，使產品在較長的時間內保持原有品質及鮮度。微凍保鮮技術已廣泛應用于羅非魚、鱸魚、石斑魚、鰱魚等以及各種魚糜加工產品中，并取得較好的保鮮效果。闕婷婷等[3]對烏鱧各項指標的研究表明：微凍貯藏明顯優于其他3 種低溫冷凍預處理（-80 ℃速凍至-60 ℃中心溫度、液氮速凍、-80 ℃速凍至-18 ℃中心溫度）結合-20 ℃凍藏，能有效延長魚肉貯藏期的同時，還能使肌肉內組織結構的完整性得到保護，使得魚肉品質得到很好的保持。陳思等[4]以白鰱魚為實驗對象，測定了菌落總數、揮發性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量等理化指標，結合感官評價發現，4 ℃冷藏條件下鰱魚片的貨架期為6 d，-2 ℃微凍條件下貨架期為18 d；與冷藏相比，微凍能明顯延長白鰱魚片的貨架期。此外，近年來也有報道微凍保鮮技術與其他保鮮技術如氣調包裝、涂膜保鮮與真空包裝等聯合使用，可顯著提高水產品品質或延長其貨架期[5]。Zhu Yingchun等[6]發現，微凍結合高濃度CO2可很好保持住鯰魚的新鮮度。

乳酸脫氫酶和ATP酶在淡水魚中具有較高活力。乳酸脫氫酶是能量代謝中參與糖酵解的一種主要酶，其活力的改變將直接影響到機體的能量代謝[7]。ATP酶主要以Na+-ATP酶、K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶、Mg2+-ATP酶4 種形式存在，其活力與肌動蛋白的變性程度呈線性正相關，可作為判斷魚肉品質的指標之一[8]。Nambudiri等[9]研究指出，印度鯪、鯔魚、珍珠魚、虱目魚和羅非魚在冷凍貯藏過程中乳酸脫氫酶和ATP酶活力與TVB-N含量、硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）值、過氧化值（peroxide value，POV）呈線性負相關。

目前研究較多的是魚在微凍過程中的理化和微生物品質變化，且主要集中在微凍與其他凍結方式對魚肉感官特性、質構指標等特性的影響，但是對鱸魚的微凍特性鮮有研究，特別是能量代謝酶對魚肉質構特性的影響鮮有研究報道，本實驗以鱸魚為研究對象，通過分析3 種能量代謝酶（乳酸脫氫酶、Ca2+-ATP酶、Mg2+-ATP酶）活力的變化，探討其與蛋白質氧化降解之間的關系，進一步闡明對鱸魚微凍貯藏過程中質構特性的影響，為鱸魚低溫貯藏的品質控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鱸魚，規格（800±50）g，活體，購于武商量販農科城店。

鹽酸、氫氧化鈉、Tris-base、牛血清白蛋白、CuSO4·5H2O、雙縮脲、茶多酚 國藥集團化學試劑有限公司；Ca2+-ATP酶試劑盒、Mg2+-ATP酶試劑盒、乳酸脫氫酶試劑盒 南京建成生物工程研究所。

1.2 儀器與設備

BS-210型電子天平 德國Sartorius Instruments有限公司；UV-3802紫外-可見分光光度計 上海尤尼科儀器有限公司；TA-XT Plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司；DIN51007差示掃描量熱儀（differential scanning calorimetry，DSC） 耐馳儀器（上海）有限公司；FG2便攜式pH計 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；101B-2型均質機 上海一恒科技有限公司；真空處理機 諸城市昊坤裝備科技有限公司；GL-25MS高速冷凍離心機 上海盧湘儀離心機儀器有限公司；DYY-12電泳儀 北京市六一儀器廠；Eclipse CI正置光學顯微鏡（包含DS-U3成像系統） 日本尼康公司。

1.3 方法

1.3.1 原料處理

將運回實驗室的鮮活鱸魚用碎冰凍死，統一自魚體兩側鰓蓋骨后至尾鰭前取體背部肌肉作為樣品進行測定。取宰殺后清洗干凈魚背鰭附近的白肉，將其切成魚塊（3 cm×3 cm×3 cm），魚塊樣本隨機分成3 個處理組：1）空氣包裝處理組，將魚片直接放入無菌蒸煮袋中封口；2）真空處理組，將魚片放入無菌蒸煮袋中進行抽真空密封（真空度為-0.1 MPa）；3）茶多酚+真空處理組，將切分好的魚肉（約8 g/份）置于質量分數0.2%的茶多酚溶液中浸泡30 min，瀝干后放入無菌袋中抽真空密封。將處理好后的樣品放入-18 ℃冰箱冷卻，至魚體溫度降到0 ℃后，置于-2 ℃條件下貯藏，每隔3 d對鱸魚各項指標進行測定，每個分析平行處理3 次。

1.3.2 剪切力的測定

采用質構儀測定鱸魚剪切力。采用剪切探頭HDP/BS，壓縮測試模式，具體參數：測前探頭下降速率2 mm/s；測中速率2 mm/s；測后探頭回程速率2 mm/s；下降距離30 mm；觸發應力200 g。

1.3.3 微觀結構的觀察

參考魯珺等[10]的方法并作適當修改。將魚肉組織于體積分數4%多聚甲醛溶液中，于-2 ℃固定24 h。然后將其取出置于脫水盒內，采用梯度乙醇進行脫水：體積分數75%乙醇4 h→體積分數85%乙醇2 h→體積分數90%乙醇2 h→體積分數95%乙醇1 h→無水乙醇30 min（重復2 次該步驟）→乙醇-二甲苯（體積比1∶1）5～10 min→二甲苯5～10 min（重復2 次該步驟）→蠟1 h（重復3 次該步驟）。然后進行包埋處理，于-20 ℃凍臺冷卻，將冷卻后的蠟塊進行切片，片厚4 μm。切片漂浮于攤片機40 ℃溫水上將組織展平，用載玻片將組織撈起，并放進60 ℃烘箱內烤片，待水烤干、蠟烤化后取出，常溫保存備用。采用伊紅染液染色后在正置光學顯微鏡下進行拍照。

1.3.4 鱸魚相變溫度和熱焓值的測定

參照魯長新[11]的方法采用DSC儀測定，略作修改。選擇質量相近的鋁坩堝壓封后作參比，實驗分別進行基線測試、標樣測試（藍寶石）和樣品測試。設置溫度程序為：初溫40℃，以3 ℃/min降溫至50 ℃，恒溫10 min，再以3 ℃/min升溫至100 ℃，恒溫10 min。待樣品恢復到室溫后，準確稱量19.0～25.0 mg魚肉樣品，壓封于DSC鋁制坩堝中。冷卻方式為機械制冷，樣品吹掃氣和保護氣（氮氣，純度＞99%）的流速分別為20 mL/min和60 mL/min。為確保實驗數據的準確性，每次實驗都采用相同的溫度程序掃描空白坩堝、標樣坩堝和樣品坩堝，每個樣品按上述方法重復5 次。

1.3.5 十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳

十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）參考Laemmli[12]的方法，稍作修改。吸取前處理后的上清液10 μL進行點樣，濃縮膠質量分數為4%，分離膠質量分數為12%。樣品在濃縮膠中電壓為60 V，進入分離膠后電壓改為120 V。

1.3.6 總巰基含量的測定

參考Ellman[13]的方法。取1 mL蛋白溶液稀釋至0.4 mg/mL，加入9 mL 0.2 mol/L Tris-HCl緩沖液（含8 mol/L尿素、10 mmol/L乙二酸四乙胺、質量分數2% SDS，pH 7.0），混勻后在室溫下放置30 min，取4 mL，加入0.4 mL質量分數0.1% 5,5’-二硫代雙（2-硝基苯甲酸）（5,5’-dithiobis-(2-nitrobenzoic acid)，DTNB）（溶解在Tris-HCl溶液中，pH 8.0），在40 ℃反應25 min后，測定412 nm波長處的吸光度（A），以0.2 mol/L磷酸鹽緩沖液為空白對照。計算公式如下：

式中：X為總巰基含量/（mol/105g）；ρ0為蛋白質量濃度（0.4 mg/mL）；D為稀釋倍數；?為摩爾消光系數（13 600 L/（mol·cm））。

1.3.7 乳酸脫氫酶、Ca2+-ATP酶、Mg2+-ATP酶活力的測定

肌原纖維蛋白的標準方程建立：準確稱取3 g絞碎魚肉于50 mL離心管中，加入30 mL提取液A（準確稱取2.422 8 g Tris、7.455 g KCl，加入800 mL蒸餾水，攪拌溶解，用鹽酸溶液調pH值至7.5，然后倒入1 000 mL容量瓶中并用蒸餾水定容至刻度線），勻漿液經4 ℃、10 000×g離心20 min，去上清液后在得到的沉淀中加入30 mL提取液B（準確稱取2.422 8 g Tris、44.73 g KCl，加入800 mL蒸餾水，攪拌溶解，用鹽酸溶液調pH值至7.0，然后倒入1 000 mL容量瓶中并用蒸餾水定容至刻度線），勻漿后離心取上清液，即為肌原纖維蛋白溶液。取6 支試管，分別加入0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL牛血清白蛋白溶液（10 mg/mL），加蒸餾水至1 mL，即得質量濃度分別為0、2、4、6、8、10 mg/mL牛血清白蛋白溶液，加入4 mL雙縮脲試劑，漩渦混勻，25 ℃下放置30 min，取出，用酶標儀測定560 nm波長處的吸光度，以蒸餾水作參比。以牛血清白蛋白質量濃度為橫坐標，以吸光度為縱坐標，繪制出的標準曲線，其方程為y＝0.005x+0.006 7，R2＝0.998 1。

乳酸脫氫酶、Ca2+-ATP酶、Mg2+-ATP酶活力采用試劑盒測定，具體步驟參照測試盒說明書。

1.4 數據處理

采用SPSS軟件進行數據分析，Origin 8.0軟件繪圖，多重比較采用Duncan檢驗，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同處理對鱸魚微凍貯藏過程中剪切力的影響

圖1 不同處理對鱸魚微凍貯藏過程中剪切力的影響Fig.1 Effects of different treatments on shear force of perch during superchilled storage

如圖1所示，在微凍貯藏期間不同處理組鱸魚的剪切力均顯著下降（P＜0.05）；在貯藏第21天時，空氣包裝處理組剪切力顯著低于真空處理組和茶多酚+真空處理組（P＜0.05）。魚肉的剪切力下降，可能是由于微生物和酶的作用致使魚肌肉蛋白發生降解，導致肌纖維遭到破壞，汁液流失增加，使組織結構變得較疏松。茶多酚+真空處理對鱸魚剪切力的變化影響最小，可能是茶多酚的抗氧化性抑制了魚肉蛋白質的降解，對肌原纖維蛋白有一定的保護作用。Li Tingting等[14]也發現茶多酚處理過的鯽魚硬度要高于未經茶多酚處理組，Duun等[16]發現，在微凍貯藏過程中真空包裝的鱈魚比空氣包裝組的持水力更好。闕婷婷等[15]對烏鱧進行研究發現，相對于低溫凍藏，微凍貯藏魚肉失水率低，具有較好的持水力，質構特性較好。此次實驗結果也表明，在微凍貯藏過程中茶多酚+真空包裝處理組鱸魚剪切力變化最小。

2.2 不同處理對鱸魚微凍貯藏過程中組織結構變化的影響

圖2 不同處理對鱸魚微凍貯藏過程中組織結構變化的影響Fig.2 Effects of different treatments on microstructure of perch during superchilled storage

魚肉組織結構的變化是判斷肉類品質的重要因素，同時也能夠反映出肌肉蛋白質分解與腐敗程度。其中肌原纖維越細，排列越致密，肉質就越新鮮[17-18]。如圖2所示，新鮮的魚肉組織結構較為完整，且分布清晰均勻，肌內膜間隙較小但仍然豐滿；這可能是魚體死亡后魚肉結締組織發生輕微裂解所致。隨著貯藏時間的延長，所有處理組魚肉樣品的肌纖維不斷發生斷裂，產生了許多小片狀結構；與此同時肌纖維之間的間隙也逐漸增大，結構組織變得較為疏松。在-2 ℃貯藏條件下空氣包裝處理組在第15天時肌節間隙突然增大，肌纖維不斷發生裂解，結構組織變得較為模糊。真空包裝處理組中的魚肉在第18天時的結構組織狀態仍然好于空氣包裝處理組。而在貯藏末期（第21天）時茶多酚+真空處理組中的魚肉肌纖維仍然較為清晰，組織結構仍然較為緊密，其組織結構狀態顯著優于其他兩組；表明真空結合茶多酚處理對鱸魚在貯藏期間肌原纖維結構的降解和組織質地的裂化具有較好的抑制作用，這與汪金林[19]研究茶多酚對冷藏養殖大黃魚品質影響的結果一致。此外，Feng Lifang等[20]研究發現，茶多酚涂層結合臭氧水預洗黑鯛，對組織結構完整性的維持明顯優于其他處理方式。

2.3 不同處理對鱸魚微凍貯藏過程中熱流率變化的影響

圖3 不同處理對鱸魚微凍貯藏過程中熱流率變化的影響Fig.3 Effects of different treatments on DSC curves of perch during superchilled storage

任麗娜[21]的研究表明，新鮮白鰱魚肉肌球蛋白和肌動蛋白的變性溫度分別為49 ℃和74 ℃。Tironi等[22]通過DSC分析發現大馬哈魚肌原纖維蛋白有3 個焓變點，分別為43.4、52.6 ℃和68.7 ℃，其中前2 個焓變點與肌球蛋白的變性相關，最后1 個與肌動蛋白的變性有關；因此圖3中峰1和峰2分別對應于肌球蛋白和肌動蛋白。通過熱分析軟件Proteus Thermal Analysis 6.1.0計算圖3相變溫度和熱焓值[23]，發現在微凍貯藏過程中肌球蛋白所對應吸熱峰的相變溫度向低值方向移動，相變溫度的減小是因為蛋白質熱穩定性的損失，可見肌球蛋白在微凍貯藏過程中發生了變性；在空氣對照組中肌球蛋白的相變溫度和熱焓值分別從第0天的51.9 ℃和1.299 J/g下降到了貯藏末期的50.8 ℃和1.007 J/g，分別下降了2.12%和22.48%。而真空和茶多酚+真空處理組肌球蛋白的相變溫度和熱焓值在貯藏末期第21天時分別為51.0、51.2 ℃和1.261、1.208 J/g，分別下降了1.73%、1.35%和2.93%、7.00%。與0 d相比，在21 d時茶多酚+真空處理組的肌球蛋白相變溫度變化最小，說明此處理下肌球蛋白的變性程度最小；而在整個貯藏過程中肌動蛋白所對應的吸熱峰2無顯著變化，說明在微凍藏過程中，肌球蛋白比肌動蛋白更容易變性。Tironi等[22]也指出大馬哈魚在-11 ℃凍藏時，隨著貯藏時間的延長，大馬哈魚肌球蛋白變性溫度和變性熱焓的變化十分顯著，而肌動蛋白沒有發生明顯變化。

2.4 不同處理對鱸魚微凍過程中SDS-PAGE圖譜變化的影響

圖4 不同處理對鱸魚微凍過程中SDS-PAGE圖譜變化的影響Fig.4 Effects of different treatments on SDS-PAGE patterns of perch during superchilled storage

如圖4所示，鱸魚的肌原纖維蛋白包含肌球蛋白重鏈、肌動蛋白、原肌球蛋白和肌球蛋白輕鏈，是一個較為復雜的蛋白體系。其中肌球蛋白重鏈和肌動蛋白是最主要的蛋白質條帶[24]。肌球蛋白重鏈、肌動蛋白和肌球蛋白輕鏈的分子質量分別為200、43 kDa和25 kDa，原肌球蛋白在SDS-PAGE中可分出2 條帶，分子質量分別為34 kDa和36 kDa。

蛋白質分子降解的外在表現包括高分子質量條帶的模糊、弱化、消失、擴展以及低分子質量條帶的出現或濃度加強[25]。由圖4可知，隨著貯藏時間的延長，空氣包裝和真空包裝處理組原肌球蛋白電泳條帶變淺；在靠近肌動蛋白、原肌球蛋白處有新的小分子條帶出現，說明在微凍貯藏過程中肌原纖維蛋白發生了變性。由圖4還可發現，不同處理條件下的鱸魚肌原纖維蛋白條帶有差異，真空結合茶多酚包裝處理組的圖譜條帶在貯藏過程中變化不明顯，只在貯藏末期可看到肌原蛋白和肌球蛋白輕鏈間出現小分子質量條帶，說明茶多酚對蛋白質有保護作用，可延緩肌原纖維蛋白的降解。Liu Dasong等[26]對草魚蛋白質SDS-PAGE圖譜進行分析也發現，草魚片在3 ℃和0 ℃貯藏過程中，其電泳條帶未出現明顯變淺，這并不意味著蛋白質未分解，而是小分子質量蛋白質碎片太小而不能被檢測到。

2.5 不同處理對鱸魚微凍過程中總巰基含量變化的影響

圖5 不同處理對鱸魚微凍過程中總巰基含量變化的影響Fig.5 Effects of different treatments on total sulfhydryl content of perch during superchilled storage

由圖5可以看出，隨著貯藏時間延長，不同處理組樣品的總巰基含量均呈現顯著下降趨勢，這可能與肌原纖維蛋白空間結構的變化有關。在低溫藏過程中蛋白質分子內部結構的巰基氧化成二硫鍵[27]，導致肌原纖維蛋白的空間結構遭到破壞，肌原纖維蛋白的總巰基含量相應減少[28]。總巰基在第0天含量為8.5 mol/105g，空氣包裝、真空處理和茶多酚+真空處理組在第21天時總巰基含量分別下降到0.45、0.81 mol/105g和1.10 mol/105g；茶多酚+真空處理組肌原纖維蛋白的總巰基含量下降速率顯著低于空氣包裝和真空包裝處理組（P＜0.05），表明茶多酚可以很好地抑制總巰基含量的下降和肌原纖維蛋白的氧化，朱迎春等[25]研究也發現鯰魚片經保鮮液處理后，在微凍貯藏中總巰基和羰基含量的下降受到了抑制。

2.6 不同處理對鱸魚微凍過程中乳酸脫氫酶、Ca2+-ATP酶、Mg2+-ATP酶活力變化的影響

乳酸脫氫酶和ATP酶的活力變化可作為檢測魚肉變質，特別是早期變質程度的指標。乳酸脫氫酶是體內能量代謝過程中的一個重要的酶。不同處理方式對鱸魚乳酸脫氫酶活力的影響如圖6A所示，新鮮鱸魚隨貯藏時間的延長，乳酸脫氫酶活力明顯下降。第0天乳酸脫氫酶活力為3 569 U/g，貯藏第21天，包裝處理組、真空處理組、茶多酚+真空處理組的酶活力分別降低至803.6、928.6、1 182 U/g，其中真空結合茶多酚處理組乳酸脫氫酶活力顯著高于其他2 種處理方式（P＜0.05）。

圖6 不同處理對鱸魚微凍過程中乳酸脫氫酶（A）、Ca2＋-ATP酶（B）、Mg2＋-ATP酶（C）活力變化的影響Fig.6 Changes in lactate dehydrogenase (A)，Ca2+-ATPase (B) and Mg2+-ATPase (C) activities of perch during superchilled storage

Ca2+-ATP酶活力可表征肌球蛋白頭部性質[29]，其活力越高，說明魚肉蛋白質性質越穩定，變性程度越小，品質也越好。如圖6B所示，隨著貯藏時間的延長，Ca2+-ATP酶活力也出現明顯下降，包裝處理組Ca2+-ATP酶活力由初始5.44 μmol/mg下降至0.24 μmol/mg（21 d）；真空處理組到第21天時下降至0.53 μmol/mg；茶多酚+真空處理組下降至0.70 μmol/mg，3 種不同包裝處理下的鱸魚Ca2+-ATP酶活力均有顯著差異（P＜0.05）。魚類肌原纖維蛋白中的肌球蛋白分子包含的巰基位于肌球蛋白的球狀頭部，對Ca2+-ATP酶活力的維持起了重要作用，其氧化或聚集可能導致肌球蛋白頭部構象發生改變，進而引起Ca2+-ATP酶活力的下降。

由圖6C可知，Mg2+-ATP酶活力第0天為14.56 μmol/mg，空氣包裝處理組、真空處理組和茶多酚+真空處理組在第21天Mg2+-ATP酶活力分別為0.31、0.74 μmol/mg和1.29 μmol/mg。不同的處理方式對Mg2+-ATP酶活力變化均有一定影響，真空處理和茶多酚+真空處理組Ca2+、Mg2+-ATP酶活力變化速率顯著低于空氣包裝處理（P＜0.05）。低溫下魚肉肌漿網狀結構的鈣吸收能力下降，導致肌漿內Ca2+濃度增加，Ca2+具有激活Mg2+-ATP酶的作用，所以在前6 d Mg2+-ATP酶活力下降較為緩慢；而隨著貯藏時間的延長，魚肉肌漿網狀結構被破壞，Ca2+濃度逐漸下降，對Mg2+-ATP酶的激活作用減弱，導致9 d后酶活力下降加快。

2.7 鱸魚微凍過程中各指標的相關性分析

表1 能量代謝相關酶活力與品質變化的皮爾遜相關系數Table1 Pearson's correlation coefficients between enzyme activities associated with energy metabolism and quality changes

如表1所示，微凍貯藏下鱸魚的3 種能量代謝酶活力均與總巰基含量呈現極顯著相關性（P＜0.01，r＝0.99），表明ATP酶和乳酸脫氫酶活力與肌原纖維蛋白的降解相關，可以反映蛋白質的變性程度；可能是由于巰基的變化能影響酶活力中心上必需基團及底物與輔酶的解離程度，從而影響酶與底物之間的催化和結合特性[30]。剪切力與總巰基含量和ATP酶活力均呈現顯著正相關，表明鱸魚肌原纖維蛋白的變性會直接影響魚肉的質構特性。

3 結 論

隨著貯藏時間的延長，空氣處理組鱸魚剪切力、乳酸脫氫酶活力、ATP酶活力和總巰基含量下降，肌纖維松散，肌原纖維蛋白氧化加劇；乳酸脫氫酶和ATP酶活力會顯著影響鱸魚在微凍貯藏過程中蛋白質的氧化，蛋白質氧化進而使得鱸魚質構特性劣化；與空氣包裝和真空包裝組相比，茶多酚+真空處理可以更好地減緩鱸魚在微凍貯藏過程中質構的劣化和蛋白質的變性，并抑制能量代謝酶活力的下降。