周蓓蓓,陳小雷,鮑俊杰,胡 王,李正榮

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水產(chǎn)研究所,安徽合肥 230031)

小龍蝦學(xué)名克氏原螯蝦(Procambarus clarkii),又稱為淡水小龍蝦(Freshwater Crawfish),原產(chǎn)于美國(guó)東南部,生長(zhǎng)速度快,僅需2～3個(gè)月即可成熟達(dá)到商品蝦規(guī)格。目前小龍蝦在中國(guó)特別是長(zhǎng)江中下游地區(qū)已經(jīng)成為重要的淡水經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖品種,養(yǎng)殖面積覆蓋皖江流域、淮河流域,養(yǎng)殖大省主要為湖北、江蘇和安徽。截止2016年,全國(guó)小龍蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量已達(dá)到85.2萬(wàn)噸,比2015年增長(zhǎng)17.85%,而2016年小龍蝦的加工量?jī)H為19.2萬(wàn)噸,比上年增長(zhǎng)6%,僅占養(yǎng)殖總量的22.5%[1],而部分發(fā)達(dá)國(guó)家的水產(chǎn)品加工率已達(dá)50-70%。

有數(shù)據(jù)顯示,在全國(guó)3萬(wàn)億元的餐飲市場(chǎng)中,小龍蝦市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)千億元。因其烹飪鮮食能夠最大限度的保持小龍蝦的獨(dú)特風(fēng)味,而揮發(fā)性成分種類、數(shù)量的多樣性對(duì)食品風(fēng)味有著重要的貢獻(xiàn),特定揮發(fā)性成分對(duì)食品整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)是由閾值和濃度共同決定,即通常所采用的指標(biāo):氣味活度值(Qdor Activity Value,OAV)或稱香氣值(Flavor Unit,FU),表達(dá)公式為:OAV=C/T(其中C為揮發(fā)性成分的絕對(duì)濃度,T為閾值)[2-3]。而實(shí)際的揮發(fā)性成分往往包含數(shù)十種甚至上百種嗅感物質(zhì),對(duì)其逐一進(jìn)行定量(絕對(duì)濃度)分析工作量大且成本太高,而揮發(fā)性成分分析的目的是篩選出若干種對(duì)食品風(fēng)味貢獻(xiàn)最大、能夠代表食品風(fēng)味特質(zhì)的化合物,因此可以采用揮發(fā)性成分的相對(duì)百分含量代替絕對(duì)濃度進(jìn)行計(jì)算[2],基于此,劉登勇等[4]提出了相對(duì)氣味活度值法(Relative Odor Activity Value,ROAV)對(duì)揮發(fā)性香氣成分進(jìn)行分析。

超高壓技術(shù)(ultra-high pressure processing,UHP)是指利用液體介質(zhì)使食品在100～1000 Mpa的壓力下發(fā)生酶失活、蛋白質(zhì)變性、微生物滅活等效應(yīng),從而達(dá)到殺菌和改性的物理過程[5-7]。超高壓處理既可以殺滅食品中微生物又可較大限度的保持食品原有的色澤與風(fēng)味;對(duì)維生素、礦質(zhì)元素等小分子化合物的共價(jià)鍵無(wú)明顯影響,能夠保持食品原有的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì);與傳統(tǒng)熱加工處理相比超高壓對(duì)食品質(zhì)構(gòu)的破壞較小,能夠明顯提升食品口感品質(zhì)[8-10]。

本實(shí)驗(yàn)對(duì)超高壓處理前后的小龍蝦仁揮發(fā)性成分進(jìn)行了對(duì)比分析,在ROAV法的基礎(chǔ)上確定了小龍蝦仁的關(guān)鍵風(fēng)味化合物,并考察了不同的超高壓處理方式(施壓壓力、保壓時(shí)間、施壓溫度)對(duì)小龍蝦仁風(fēng)味成分的影響,以期為工業(yè)化超高壓小龍蝦產(chǎn)品的工藝選擇提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小龍蝦仁冷凍品(使用前4 ℃解凍) 巢湖市大鑫食品有限公司。

HPP600MPa3-5L高靜壓處理裝置系統(tǒng) 包頭科發(fā)高壓科技有限責(zé)任公司;7890A/5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)安捷倫科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 小龍蝦仁超高壓處理的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 小龍蝦仁的超高壓處理?xiàng)l件采用Box-Behnken響應(yīng)面(response surface methodology,RSM)進(jìn)行設(shè)計(jì),以關(guān)鍵風(fēng)味化合物峰面積總和為評(píng)價(jià)指標(biāo),以前期單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ),自變量因素編碼及水平見表1。以未經(jīng)超高壓處理的樣品作為空白對(duì)比樣。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表Table 1 Factors and levels in the response surface design

GC-MS揮發(fā)性成分對(duì)比分析則取6號(hào)和18號(hào)樣品(需要經(jīng)過對(duì)1～17組樣品的粗略分析,超高壓不同條件下處理的樣品其揮發(fā)性成分種類及數(shù)量有一定的差別,但如果考慮ROAV值,其差別不顯著,6號(hào)樣品基本能夠代表超高壓處理后揮發(fā)性成分的變化),實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取平均值。

表2 響應(yīng)面樣品設(shè)計(jì)表Table 2 Sample design of response surface methodology

1.2.2 揮發(fā)性風(fēng)味成分GC-MS測(cè)定 樣品揮發(fā)性成分收集:樣品小龍蝦仁剪碎至直徑約1 mm大小顆粒,用研缽研磨。取4 g樣品于20 mL樣品瓶中,選用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭,90 ℃條件下萃取40 min。

氣相色譜條件:DB-5MS彈性石英毛細(xì)管柱(60 m×0.32 mm,1 μm);進(jìn)樣口溫度250 ℃,解吸5 min;升溫程序:初溫40 ℃保持2 min,然后以8 ℃/min的速度升溫到100 ℃保持2 min,以3 ℃/min的速度升溫到到200 ℃保持1 min,然后以15 ℃/min的速度升溫到 280 ℃保持10 min;載氣為氦氣,載氣流量為1 mL/min,不分流模式進(jìn)樣。

質(zhì)譜條件:電子轟擊(EI)離子源;電子能量70 eV;離子源溫度230 ℃;四極桿溫度150 ℃;質(zhì)量掃描范圍m/z 35～400。

數(shù)據(jù)收集:將得到的18個(gè)樣品未知揮發(fā)性化合物的質(zhì)譜數(shù)據(jù)與NIST11.L 標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)對(duì)照相匹配,取匹配度大于80(最大為100)的化合物予以保留及分析,用于定性;定量分析采用峰面積歸一化法計(jì)算各成分相對(duì)百分含量。

1.2.3 揮發(fā)性成分ROAV分析方法 采用劉登勇等[4]提出的ROAV法(相對(duì)氣味活度值法)對(duì)小龍蝦仁關(guān)鍵性風(fēng)味化合物進(jìn)行分析,首先定義對(duì)樣品整體香味貢獻(xiàn)最大的物質(zhì):ROAVs=100,則對(duì)其他揮發(fā)性化合物ROAV值計(jì)算公式如下:

其中:C%i 和Ti分別為各揮發(fā)性化合物的相對(duì)百分含量和感覺閾值;C%s 和Ts分別為對(duì)樣品整體風(fēng)味貢獻(xiàn)最大揮發(fā)性化合物的相對(duì)百分含量和感覺閾值[11]。

顯然所有組分的ROAV≤100,本方法認(rèn)為1≤ROAV≤100的化合物為關(guān)鍵風(fēng)味化合物,0.1≤ROAV<1的化合物對(duì)樣品的總體風(fēng)味具有重要的修飾作用[12]。

1.2.4 關(guān)鍵風(fēng)味化合物響應(yīng)面分析 對(duì)1.2.1設(shè)計(jì)的17組樣品進(jìn)行GC-MS分析,取1≤ROAV≤100的成分(關(guān)鍵風(fēng)味化合物)峰面積總和為Y1,建立Y1與X1(壓力)、X2(保壓時(shí)間)、X3(施壓溫度)的方程,進(jìn)行響應(yīng)面分析3因素對(duì)樣品風(fēng)味的影響。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本文實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理采用軟件Design-Expert.V8.0.6和IBM SPSS Statistics 19進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 超高壓處理樣品(6)與空白樣(18)GC-MS對(duì)比分析

小龍蝦仁經(jīng)過超高壓處理樣品(6號(hào))與空白樣(18號(hào))分別檢出48種和54種揮發(fā)性成分,其中共同檢出的揮發(fā)性成分37種,其種類、名稱、峰面積、保留時(shí)間、閾值、風(fēng)味特征、相對(duì)百分含量、數(shù)量等參數(shù)見表3和表4。小龍蝦仁經(jīng)過超高壓處理之后,原有的一些揮發(fā)性化合物消失,包括:肉豆蔻醛、金合歡基乙醛、甲基庚烯酮、環(huán)已烷丙醇、葉綠醇、1,3,8-p-孟三烯、鄰苯二甲酸二丁酯等;同時(shí)出現(xiàn)了一些新的揮發(fā)性化合物,包括:7-癸烯-2-酮、2-十一酮等。

表3 超高壓處理樣品(6)與空白樣(18)揮發(fā)性成分GC-MS對(duì)比分析結(jié)果Table 3 The contrast analysis of volatile components from sample 6 and 18

續(xù)表

表4 超高壓處理樣品(6)與空白樣(18)揮發(fā)性成分?jǐn)?shù)量及相對(duì)百分含量Table 4 The quantity and relative percentage of volatile components from sample 6 and 18

醛類化合物通常認(rèn)為是亞麻酸、亞油酸和花生四烯酸等不飽和脂肪酸在脂肪氧合酶的作用下,形成的氫過氧化物裂解而成,C6-C9醛類一般具有水果、蔬菜類似的清新味道,由于其閾值很低,因此對(duì)風(fēng)味的影響很大[13-15]。經(jīng)過超高壓處理的小龍蝦仁由原先的11種醛類物質(zhì)減少為9種,保留了大部分的醛類物質(zhì)。

酮類化合物同樣是不飽和脂肪酸氧化降解的產(chǎn)物,具有花香、果香、甜香、奶酪香、木香等較為濃郁的芳香[16]。經(jīng)過超高壓處理的小龍蝦仁由酮類物質(zhì)消失了1種,生成了2種新的酮類物質(zhì),由6種增加為7種,賦予了產(chǎn)品較為濃郁的芳香。

新鮮的水產(chǎn)品具有柔和、淺淡、令人愉快的清新氣味,這種氣味通常是由揮發(fā)性羰基化合物(醛、酮)和醇類化合物共同引起的[17-18]。經(jīng)過超高壓處理的小龍蝦仁原先具有的2種醇類物質(zhì)消失,說明超高壓對(duì)新鮮小龍蝦的清淡香味有一定的影響。

另有一些烷烴類化合物的消失和出現(xiàn),C6-C19烷烴一般存在于魚類和甲殼類的揮發(fā)性成分里,而由于其閾值較高,因此對(duì)整體風(fēng)味影響不大[19-20]。

綜上所述,在一定的超高壓條件下進(jìn)行處理保留了絕大部分小龍蝦原有的風(fēng)味物質(zhì),醛類、酮類、醇類、酯類和烷烴類雖然有一定程度的增減,但總體上變化不大。

2.2 超高壓處理樣品(6)與空白樣(18)關(guān)鍵風(fēng)味化合物的ROAV分析

6號(hào)與18號(hào)樣品的計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 超高壓處理樣(6)與空白樣(18)的ROAV值Table 5 ROAV value of sample 6 and 18

計(jì)算結(jié)果表明,超高壓處理6號(hào)樣品的關(guān)鍵風(fēng)味化合物為:己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、十二醛、2-癸酮、2-十一酮和2-正戊基呋喃等9種;空白(18號(hào))樣品的關(guān)鍵風(fēng)味化合物為:己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、十二醛、2-癸酮和2-正戊基呋喃等8種,比之超高壓處理樣品缺少2-十一酮。而2-十一酮具有果香、玫瑰香和牛脂香等較為濃郁的芳香氣,賦予了超高壓小龍蝦仁新的風(fēng)味,根據(jù)ROAV計(jì)算方法,超高壓處理并未損害小龍蝦原有的關(guān)鍵風(fēng)味化合物(a),對(duì)小龍蝦風(fēng)味修飾化合物(b)影響不大,并增添了新的風(fēng)味(a)。

2.3 超高壓處理?xiàng)l件對(duì)小龍蝦風(fēng)味的影響

取Box-Behnken設(shè)計(jì)17組不同超高壓處理?xiàng)l件的樣品9種關(guān)鍵風(fēng)味化合物峰面積總和為指標(biāo)Y1,響應(yīng)面分析3因素 X1(壓力)、X2(保壓時(shí)間)、X3(施壓溫度)對(duì)樣品風(fēng)味的影響。超高壓處理對(duì)關(guān)鍵風(fēng)味化合物峰面積總和的影響結(jié)果見表6,回歸分析結(jié)果見表7。

表6 17組樣品9種共有關(guān)鍵風(fēng)味化合物峰面積總和Table 6 Sum of nine key flavor compounds’ peak area of 17 samples in common

表7 以9種共有關(guān)鍵風(fēng)味化合物峰面積總和為響應(yīng)值的回歸分析結(jié)果Table 7 Analysis of variance for sum of nine key flavor compounds’ peak area in common

利用Design-Expert軟件對(duì)表6數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到關(guān)鍵風(fēng)味化合物峰面積總和(Y1×106)的數(shù)學(xué)模型為:Y1=36.94-2.05X1-7.12X2-3.84X3-1.75X1X2-0.29X1X3-0.15X2X3+4.29X12+6.20 X22+2.85X32

由表7可以得出,方程Y1模型顯著(p=0.0007<0.05),失擬項(xiàng)不顯著(p=0.3311>0.05),R2=0.9537,說明此模型擬合程度良好,實(shí)驗(yàn)誤差較小,可以用于對(duì)關(guān)鍵風(fēng)味化合物峰面積之和進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。根據(jù)回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果,對(duì)于關(guān)鍵風(fēng)味化合物峰面積之和Y1而言:一次項(xiàng)X2(保壓時(shí)間,p<0.0001)、X3(施壓溫度,p=0.0031)影響顯著,其他系數(shù)項(xiàng)均不顯著。

根據(jù)響應(yīng)面分析,各因素間交互作用對(duì)揮發(fā)性香氣成分影響不顯著,只需考慮單因素影響效果,數(shù)據(jù)表明:施壓溫度越低,保壓時(shí)間越短,小龍蝦仁的關(guān)鍵風(fēng)味化合物峰面積之和越大,風(fēng)味保持越好。說明在實(shí)際生產(chǎn)過程中,在保持小龍蝦產(chǎn)品衛(wèi)生條件的基礎(chǔ)上,應(yīng)盡量降低保壓時(shí)間和施壓溫度。

3 結(jié)論

小龍蝦仁在一定的超高壓條件下(壓力500 MPa、保壓時(shí)間35 min、溫度50 ℃)處理前后分別檢出揮發(fā)性成分48和54種,其中同時(shí)檢出的揮發(fā)性成分有37種,經(jīng)過超高壓處理的小龍蝦仁損失了新鮮水產(chǎn)品的一些清淡香味(醇類),同時(shí)賦予了新的濃郁香味(酯類),超高壓處理對(duì)小龍蝦的風(fēng)味影響不大。

經(jīng)過ROAV計(jì)算,經(jīng)過特定超高壓條件處理的小龍蝦仁關(guān)鍵風(fēng)味化合物為:己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、十二醛、2-癸酮、2-十一酮和2-正戊基呋喃等9種,而空白未處理小龍蝦仁關(guān)鍵風(fēng)味化合物為8種(缺少2-十一酮),說明小龍蝦仁經(jīng)過超高壓處理具有更為豐富的香味。

響應(yīng)面回歸分析及回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明,保壓時(shí)間和施壓溫度對(duì)小龍蝦仁風(fēng)味影響顯著(呈負(fù)相關(guān)),應(yīng)當(dāng)在工業(yè)生產(chǎn)中保證商品品質(zhì)的基礎(chǔ)上,盡量降低保壓時(shí)間和施壓溫度,才能獲得風(fēng)味較好的產(chǎn)品,這也與規(guī)模化生產(chǎn)節(jié)能降耗、控制成本的目標(biāo)相一致。

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