吉林大学食品科学与工程学院、吉林省营养与功能食品重点实验室、深圳大学第一附属医院、深圳市第二人民医院生物样本库、深圳大学医学部生物医学工程学院、广东省生物医学信息检测与超声成像重点实验室、超声医学工程国家重点实验室、香港大学生物医学学院的刘静波教授(第一作者)和张德举博士、张婷教授(通信作者)等将壳聚糖(chitosan,CS)与ε-聚赖氨酸盐酸盐(ε-polylysine hydrochloride,ε-PLH)、乳酸链球菌素、茶多酚(tea polyphenols,TP)、抗坏血酸等抗氧化剂复配,设计出CS-NH-TC可食用涂膜,并将其应用于卤蛋表面,探究其对卤蛋品质、蛋白质氧化及结构变化的影响。测定蛋白质氧化和蛋白质结构相关指标,利用分子间作用力和傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FTIR)光谱评估蛋白质分子间相互作用力的变化,利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察卤蛋微观结构变化,并测定卤蛋的色泽、质构和感官特性。
Introduction
卤蛋是一种加工蛋制品,因其诱人的风味和营养价值在研究和日常生活中受到极大关注。在制作卤蛋过程中,腌制的鸡蛋暴露在空气一段时间后可能受蛋白质氧化和结构变化的影响。此外,由于微生物的生长和代谢,导致蛋白质分解和异味,可能导致卤蛋变质。
可食用涂膜含多种活性物质,包括香料、抗氧化剂和抗菌剂,其可在产品表面形成一层膜,从而起到减缓蛋白质氧化、抑制微生物生长繁殖的作用,防止食物中蛋白质结构发生变化。多项研究表明,CS对羟自由基和病原体具有抗菌和抗氧化作用。ε-PLH对微生物、酵母和霉菌具有广谱抗菌能力。乳酸链球菌素能有效抑制革兰氏阳性菌和单核细胞增生李斯特菌的生长和代谢。TP具有抗氧化、抗菌和抗炎活性等。抗坏血酸可以有效清除自由基,从而防止脂质和蛋白质等损失。因此,将ε-PLH、乳酸链球菌素、TP、抗坏血酸结合到CS可食用涂层中,可以充分利用抗氧化和抗微生物的协同作用,从而最大限度减少卤蛋在贮藏过程中的品质劣化。
贮藏过程中,蛋白质由于自由基的攻击和氧化过程中形成的多种次级副产物而发生氧化,从而引起蛋白质氧化程度和结构的变化,最终影响蛋白质和富含蛋白质食物的品质。目前,与可食用涂膜保护作用相关的蛋白质氧化和结构变化及鸡蛋加工制品贮藏的研究较少。
1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基和2,2'-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid),ABTS)阳离子自由基依次为CS-NH-TC>CS-TP-VC>CS-N-PLH>CS。
CS处理后大肠杆菌抑制圈直径为7.99 mm,金黄色葡萄球菌抑制圈直径为6.18 mm。与CS处理相比,联合优化后的可食用涂膜表现出更高的抑菌活性,CS-TP-VC处理后大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为9.04、7.76 mm,CS-N-PLH处理后大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为10.10、9.10 mm,CS-NH-TC处理后大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为9.43、10.29 mm。
卤蛋的总活菌数(total viable count,TVC)均逐渐升高,其中以CK组显著。所有卤蛋初始TVC均为0 (lg(CFU/g))。4 ℃贮藏12 d后,CK、CS、CS-NH-TC组TVC分别达到5.03、4.71、3.93 (lg(CFU/g))。CS-NH-TC组卤蛋具有更好的抗菌活性和更长的保质期。
不同涂膜处理的总巯基含量均显著下降(P<0.05)。CK组总巯基含量由38.10 μmol/g降至12.02 μmol/g,CS组由38.11 μmol/g降至22.20 μmol/g,CS-NH-TC由38.10 μmol/g降至30.92 μmol/g。
腌蛋蛋白中二酪氨酸含量随着冷藏时间的延长而增加。在相同贮藏时间下,CK组的二酪氨酸含量最高。然而,使用CS、CS-NH-TC处理后,二酪氨酸含量上升受抑制。
贮藏20 d内,CK组和CS组腌蛋蛋白的溶解度降低,其中CK组降低幅度更大,为20.07%。而CS-NH-TC组在贮藏过程中蛋白质溶解度保持稳定。
贮藏初期,由于蛋白质结构有序,所有卤蛋均表现出相对较低的表面疏水性。经可食用涂膜处理后,卤蛋的表面疏水性为CK>CS>CS-NH-TC。
分子间力的比例随贮藏时间延长而显著变化。第0天,二硫键在不同处理卤蛋的分子间作用力均起主导作用,其次是离子键>疏水相互作用>氢键。随着贮藏时间的延长,离子键和氢键含量增加。而随着贮藏时间的延长,二硫键含量下降。
与CS、CS-NH-TC组相比,CK组粒径显著增加(P<0.05)。第0天所有卤蛋的粒径均约227 nm,第20天CK组的粒径为(342.13±13.96) nm,CS组为(292.06±13.96) nm,CS-NH-TC组为(256.57±22.38) nm。
被可食用涂膜包裹的卤蛋,特别是CS-NH-TC处理组,其浊度比CK组卤蛋低。CK、CS和CS-NH-TC组卤蛋在第0~8天蛋白质浊度略有增加。第12天,CK组卤蛋蛋白质浊度突然升高,超过CS、CK-NH-TC组。此外,CS-NH-TC组在贮藏20 d内浊度增加103.92%,CK组增加698.10%,CS组增加277.65%。
所有卤蛋的FTIR光谱中,在3300 cm-1附近观察到较宽的峰。CK在第0天的峰(3288.70 cm-1)在第12天CK、CS、CS-NH-TC分别移至3288.43、3286.71、3284.77 cm-1,第20天分别移至3284.77、3286.70、3288.63 cm-1。CS和CS-NH-TC处理能够抑制卤蛋蛋白因贮藏而引起的二级结构变化。CS、CS-NH-TC组β-折叠略微减少,无规卷曲相对含量略微增加。
经可食用涂膜处理或未经可食用涂膜处理的鲜蛋由于蛋白质的拉伸,其微观结构呈连续有序的网状结构。然而,贮藏第12天,未经可食用涂膜处理的卤蛋的表面形态呈现出大量聚集的无序结构,并增加了涂膜表面的粗糙度。此外,CK组卤蛋蛋白在贮藏20天后形成层状表面,具有束状聚集。可食用涂膜处理后,CS、CS-NT-TC组的蛋白质结构较为有序。
CK组亮度值(L*)随贮藏时间的延长而显著增加(P<0.05),贮藏结束时L*最大。CS、CS-NH-TC食用涂膜均能减缓L*增加。CS-NH-TC处理后红度值(a*)和黄度值(b*)分别下降6.13%和19.95%。
不同涂膜处理卤蛋的硬度在贮藏前期均呈上升趋势,贮藏后期呈下降趋势。在贮藏初期,CS-NH-TC组样品的硬度变化最小。贮藏12 d后,CS-NH-TC组的硬度显著高于CS、CK组。
随着贮藏时间的延长,所有卤蛋的感官指标(气味、质构、色泽、滋味和总体可接受性)均下降。
CS-NH-TC对DPPH自由基、ABTS阳离子自由基清除率以及对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌能力均显著高于其他涂膜处理。相比之下,CS-NH-TC可食性涂膜更能抑制卤蛋蛋白的氧化交联和聚集,且与卤蛋中稳定的分子间作用力呈正相关,表明卤蛋蛋白样品的结构稳定性提高。FTIR分析表明,贮藏时间和可食性膜对蛋白质二级结构有交互影响,CS-NH-TC可食性膜对蛋白质二级结构的保护效果优于CS处理。结果表明,CS-NH-TC涂膜处理的卤蛋微观结构无序性和聚集性较低,色泽、质构和感官评分均较好。
Abstract
Egg processing products lose their attraction due to protein oxidation and degradation, while the edible coating incorporating antioxidant and antimicrobial agents can address this deficit. In this work, chitosan (CS) in combination with ε-polylysine hydrochloride, tea polyphenols, nisin, and vitamin C (CS-NH-TC) was applied as a novel edible coating material for preserving marinated eggs for 20 days and its effects on egg quality, and protein oxidation and structure were determined. The CS-NH-TC coating exhibited the highest antioxidant and anti-bacterial activities among all coatings. Compared to uncoated marinated eggs (Sulfhydryl: 12.02 μmol/g, dityrosine: 6251.8, protein hydrophobicity: 3691, turbidity: 0.13 mg/mL, particle size: 342.13 nm), CS- and CS-NH–TC-coated eggs exhibited improved protein stability, as evidenced by a higher sulfhydryl (22.20 and 30.92 μmol/g) and lower dityrosine content (4722 and 4216), protein hydrophobicity (2891.72 and 865.75), turbidity (0.06 and 0.03 mg/mL), and particle size (292.06 and 256.57 nm). Additionally, edible coatings, especially CS-NH-TC coatings, were positively correlated with smaller intermolecular force changes in mari-nated eggs, corresponding to suppressed protein oxidation and conformational changes. Furthermore, CS-NH-TC-coated samples showed more stable protein secondary structures and less disorderly and aggregated protein microstructure, and better color, texture, and sensory scores. Our study could provide a theoretical basis for stabilizing the protein structure of egg processing products.
刘静波 教授
为进一步促进未来食品科学的发展,全面践行“大食物观”的指导思想,持续提升食品科技创新和战略安全。由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办,北京工商大学食品与健康学院、北京联合大学生物化学工程学院、西华大学食品与生物工程学院、大连民族大学生命科学学院、齐齐哈尔大学食品与生物工程学院、河北科技大学食品与生物学院共同主办,北京盈盛恒泰科技有限责任公司、古井集团等企业赞助的“第一届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2024年5月16-17日在中国北京召开。