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冷藏对草鱼肉超微结构及代谢物的影响

发表时间:2022/12/31 12:59:19  来源:《食品科学》2022年43卷19期  作者:中南林业科技大学付湘晋教授 等  浏览次数:2067  
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低温能抑制鱼体内酶的活性和微生物的生长繁殖,冷藏是草鱼常用的贮存方法。冷藏过程中草鱼肉品质变化是研究热点,如冷藏过程中蛋白质降解、脂肪氧化及挥发性物质、核苷酸、生物胺含量和微生物数量变化等都已有研究报道。相应的研究结果用于解释品质形成、劣化机制及建立品质、新鲜度指标,如硫代巴比酸反应物(TBARS)值、K值(鱼类新鲜度评价指标)、生物胺含量、菌落总数等。

代谢物组学是解析食品品质形成的新工具,可从整体全面分析食品中小分子成分变化。冷藏草鱼肉的代谢组学鲜有研究报道。中南林业科技大学食品科学与工程学院的郭薇丹、周湘人、付湘晋*等采用气相色谱-飞行时间质谱(GC-TOF-MS)法和透射扫描电子显微镜分析草鱼肉冷藏过程中(4 ℃,0、24、72 h)代谢物组和超微结构的变化,通过数据分析筛选,鉴定变化显著的关键代谢产物及途径,以期为冷藏草鱼肉品质形成机制研究提供参考。

1、冷藏对草鱼肉超微结构的影响

新鲜草鱼肉及冷藏24、72 h鱼肉的超微结构见图1。新鲜鱼肉肌节清晰、整齐,肌纤维间隙较小;随着冷藏时间延长,肌纤维间隙变大、排列散乱,部分肌节断裂;与Ge Lihong等的研究结果一致。冷藏过程中,鱼肉肌节断裂,肌纤维间隙变大,主要与蛋白酶(如组织蛋白酶、钙激蛋白酶、Caspase等)降解肌原纤维蛋白有关。随着冷藏时间延长,肌纤维间隙中的线粒体颗粒明显肿胀,在冷藏72 h鱼肉中,部分线粒体颗粒崩解。在冷藏金边鲷(Sparus aurata)鱼肉研究中也发现,随着冷藏时间的延长,线粒体逐渐崩解,线粒体完整性可作为鱼肉新鲜度指标。

2、冷藏草鱼肉代谢物组分析结果

冷藏草鱼肉差异代谢物识别

草鱼肉中含量较高的其他氨基酸有丝氨酸(0.20~0.76 g/kg)、丙氨酸(6.90~12.69 g/kg)、甘氨酸(2.19~4.36 g/kg)、牛磺酸(6.20~9.27 g/kg)、酪氨酸(0.50~1.24 g/kg)、氨基丙二酸(0.47~1.78 g/kg)。鱼肉是膳食中游离态牛磺酸主要来源之一,草鱼肉中牛磺酸含量较高,是其高营养价值的体现,且牛磺酸含量与胆固醇代谢途径密切相关。对冷藏期间草鱼肉代谢物组成进行主成分分析,结果如图2所示,不同贮藏时间的样品分别聚集在不同象限。

如图3所示,冷藏72 h草鱼肉中识别到42 种差异代谢物,其中18 种代谢物含量显著增加,包括氨基酸(缬氨酸、L-半胱氨酸、GABA)、核苷酸(腺苷、尿嘧啶、尿苷、胞苷、HxR和5,6-二氢尿嘧啶)、有机酸(乳酸、葡萄糖二酸)以及苯乙醛、磷酸、3-羟基丁酸、4-HB。其中葡萄糖二酸、苯乙醛、磷酸、5,6-二氢尿嘧啶(数据未列出)在新鲜鱼肉中的含量低于冷藏鱼肉的检出限,是冷藏过程中新产生的代谢物。冷藏72 h草鱼肉中24 种代谢物含量显著减少,主要包括脂肪酸类、糖类、胆固醇激素类等;其中丙酮酸盐、亚麻酸含量变化最大。

冷藏草鱼肉糖酵解途径代谢物及酸类化合物累积

冷藏草鱼肉中糖酵解代谢途径相关代谢物含量变化见图4。冷藏过程中,糖原、蔗糖、葡萄糖、丙酮酸的含量显著降低(P<0.05),乳酸、葡萄糖二酸含量显著增加(P<0.05),但葡萄糖二酸含量远低于乳酸。乳酸水平增加至贮藏初始的2 倍。此外,磷酸含量从低于检出限(2 mg/kg)增加到400 mg/kg(磷酸参与通路较复杂,图4H未列出),在有机酸中含量仅低于乳酸。因此磷酸、乳酸的累积是冷藏草鱼肉pH值下降的主要原因之一。

冷藏草鱼肉三羧酸循环代谢物含量的变化

冷藏鱼肉中检测到大量TCA相关代谢物,如柠檬酸、琥珀酸、富马酸、马来酸(图5)。其中只有琥珀酸的含量显著降低(P<0.05);同时,4-HB、3-羟基丁酸以及GABA含量显著增加(P<0.05),表明冷藏草鱼肌肉中TCA循环代谢途径基本停止,琥珀酸转化成琥珀酸半醛,致使GABA与4-HB含量显著增加。

冷藏对草鱼肉中脂肪酸、氨基酸含量的影响

草鱼肉富含多不饱和脂肪酸,非常易被氧化,产生异味。冷藏72 h草鱼肉中,十五烷酸、棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、油酸、顺-11-二十碳烯酸、花生酸、亚麻酸、花生四烯酸等脂肪酸及单棕榈酸甘油酯、2-油酸单甘油酯、1-油酸单甘油酯(部分物质含量变化FC在1/1.5~1.5之间,故数据未列出)的含量显著降低(P<0.05),只有壬二酸含量显著增加(P<0.05)(图3)。

如图6所示,亚麻酸、花生四烯酸含量在0~24 h内即显著降低,缬氨酸和L-半胱氨酸含量在24~72 h才显著增加;其可能机制是冷藏草鱼肉中脂肪先发生氧化降解产生ROS,ROS的大量累积导致溶酶体失稳,释放组织蛋白酶,降解鱼肉蛋白。冷藏牦牛肉、白鲢鱼溶酶体的研究也表明,膜脂质氧化、降解是溶酶体失稳的主要原因之一。溶酶体中含有大量低分子质量活性铁,ROS可以在细胞膜上自由扩散,然后与亚铁离子相互作用,发生芬顿反应,从而产生更多的ROS如羟自由基,参与脂质氧化链式反应,加速鱼肉的脂肪氧化进程。

冷藏对草鱼肉中ATP代谢的影响

草鱼肉中ATP含量在冷藏24 h内下降到低于检出限(数据未列出),从图7可看出,AMP含量在冷藏24 h内快速降低(P<0.05),与文献[23]中鱼肉ATP含量较低,一般在宰后1~2 d消耗殆尽的报道一致;冷藏72 h期间,IMP含量在300~450 mg/kg,与文献[29]报道基本一致;HxR含量显著增加(P<0.05),从约2 g/kg增加到约22 g/kg,而Hx含量低于检出限。不同鱼肉宰后HxR和Hx的累积有显著差异,并一般以其中一种为主,如比目鱼、多线鱼主要累积Hx,平鮋和太平洋鳕鱼主要累积HxR,本实验结果表明,草鱼主要累积HxR。

如表1所示,胡椒碱、柚皮素、茉莉酸甲酯、马钱子苷、α-蛔蒿素、枞酸、3,4-二羟基扁桃酸、松香酸与黄嘌呤氧化酶结合能分别是-38.2、-34.4、-23.1、-29.4、-36.5、-36.5、-27.3、-20.2 kJ/mol,一般而言,结合能小于-21 kJ/mol表明配体与受体之间可形成稳定的复合物;特别是马钱子苷、3,4-二羟基扁桃酸与黄嘌呤氧化酶的对接位点位于黄嘌呤催化活性口袋附近;所以,胡椒碱、柚皮素、茉莉酸甲酯、马钱子苷、α-蛔蒿素、枞酸、3,4-二羟基扁桃酸可能对黄嘌呤氧化酶有较强的抑制作用,这可能也是HxR含量较高的原因之一。

结 论

本实验采用GC-TOF-MS和透射扫描显微镜分析了草鱼肉4 ℃冷藏0、24、72 h后代谢物组、超微结构的变化。透射扫描显微镜结果显示新鲜鱼肉肌节清晰、整齐,肌纤维间隙较小;随着冷藏时间延长,肌纤维间隙变大、排列散乱,部分肌节断裂。代谢组学共鉴定到211 种代谢物,识别出42 种差异代谢物;通过分析这些代谢物在冷藏过程中的含量变化发现,冷藏过程中,草鱼肉中琥珀酸含量显著减少,4-HB、GABA含量显著增加,可能是检测冷藏草鱼肉新鲜度的潜在指标;脂肪氧化降解先于蛋白质降解;草鱼肉含有的胡椒碱、柚皮素、马钱子苷等植物次级代谢物可能可通过抑制黄嘌呤氧化酶影响鱼肉核苷酸代谢及鱼肉滋味。

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