加工方法對方格星蟲肉營養組分及特征風味的影響

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(1.欽州學院食品工程學院,廣西欽州 535011; 2.欽州學院,廣西高校北部灣特色海產品資源開發與高值化利用重點實驗室,廣西欽州 535011; 3.欽州學院海洋學院,廣西欽州 535011)

方格星蟲(Sipunculusnudus)別名光裸星蟲,俗稱沙蟲,隸屬于星蟲動物門方格星蟲科方格星蟲屬,廣泛分布在我國沿海區域,其中以廣西北部灣海域分布量最為豐富[1-3],具有重要的經濟價值。據記載,方格星蟲味甘、咸,性寒,具有滋陰補虛、養顏補腎、解煩渴、降血壓、提高免疫及清肺降火等功效[4-5],可緩解腎虛、肺虛、陰虛、多痰、盜汗、婦女乳汁稀少以及夜尿頻繁等癥狀[6-8],且方格星蟲酶解產物具有降血脂、抗腫瘤、提高免疫力、美容養顏、延緩衰老等作用,在溶栓藥物、抗凝血藥物及抗衰老藥物上均有應用[9-11]。因此,科學評定加工過程中方格星蟲肉營養成分的變化情況,對方格星蟲加工技術的發展具有重要意義。

目前,國內對方格星蟲的研究主要集中在其營養成分分析、繁殖生物學及食用功能性等方面[12-14];養殖產地[5]和發育階段[15]對方格星蟲營養成分含量的影響,及不同肉體部位的營養成分含量差異性[16]均已有研究報道,然而,不同加工方式對方格星蟲肉營養成分變化的研究鮮有報道。電子鼻多用于測定樣品的整體風味信息,能對各樣品的整體香氣特征進行比較,可從宏觀上研究樣品的風味;電子鼻技術在水產品鮮度評價、加工風味變化等方面已有廣泛應用研究[17],然而,電子鼻對方格星蟲加工前后特征風味的變化研究鮮有報道。

目前,我國對方格星蟲的工業化加工利用較少,經調研,廣西地區多采用水煮、蒸煮兩種烹飪方法對方格星蟲肉進行加工。因此,實驗主要研究水煮或蒸煮加工前后方格星蟲肉營養成分含量及特征風味變化情況,進而探索方格星蟲肉的最佳加工方式,以期為方格星蟲加工技術的開發及相關產品標準制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

方格星蟲(體長(10±1.6) cm,體寬(1±0.3) cm,體質量(9±1.8) g) 采自欽州茅尾海海域;硫酸、石油醚、氫氧化鈉、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、乙醇、蒽酮等 均為分析純。

Kjeltec2300全自動定氮分析儀和Soxtec2050全自動脂肪測定儀 瑞士FOSS公司;L8900氨基酸自動分析儀 日本日立公司;TU-1810紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;PEN3便攜式電子鼻 德國Airsense公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 將方格星蟲去內臟、清洗、瀝干,備用。未加熱處理的方格星蟲作為對照組。

水煮方法:稱取一定質量(m)的方格星蟲和一定體積(V)的水(m∶V=1∶50 g/mL),水沸后加入方格星蟲煮3 min,瀝干,分別測定水煮后方格星蟲肉中水分、灰分、總糖、脂肪、蛋白質和氨基酸的含量。

蒸煮方法:稱取一定質量(m)的方格星蟲和一定體積(V)的水(m∶V=1∶50 g/mL),水沸后將方格星蟲放入蒸籠,隔水蒸煮3 min,瀝干,分別測定蒸煮后方格星蟲肉中水分、灰分、總糖、脂肪、蛋白質和氨基酸的含量。

1.2.2 測定方法

1.2.2.1 一般營養成分的測定 水分含量測定采用直接干燥法,參考GB/T 5009.3-2016;粗灰分含量測定采用灼燒稱重法,參考GB/T 5009.4-2016;粗蛋白含量測定采用凱氏定氮法,參考GB/T 5009.5-2016;粗脂肪含量測定采用索氏抽提法,參考GB/T 5009.6-2016;總糖含量測定采用蒽酮比色法[18-19]。

1.2.2.2 氨基酸的測定 采用氨基酸自動分析儀法[20],參照GB/T 5009.124-2016。

1.2.2.3 電子鼻的分析測定 PEN3便攜式電子鼻含有10個不同的金屬氧化物傳感器,用于分析不同揮發性組分。分別稱取攪碎后的新鮮、水煮、蒸煮樣品2.00 g,置于20 mL頂空瓶中,加蓋密封,于50 ℃水浴中加熱10 min后進行電子鼻分析,檢測時間60 s。采用Winmuster軟件進行數據采集、主成分分析(principal component analysis,PCA)和傳感器負荷加載分析(Loadings)[21]。

1.3 數據統計分析

2 結果與分析

2.1 不同加工方式對方格星蟲肉營養成分含量的影響

不同加工方式對方格星蟲肉一般營養成分含量的影響如表1所示。新鮮方格星蟲肉水分含量為76.72%,蛋白質含量為22.04%。水煮、蒸煮處理均使新鮮方格星蟲肉營養成分含量降低,其中,水分、灰分、總糖與蛋白質含量顯著降低(p<0.05),而脂肪含量變化無顯著性差異(p>0.05)。

表1 不同加工方式對方格星蟲肉營養成分含量的影響(g/100 g,濕基)Table 1 Effects of different processing methods on the contents of nutritional components for Sipunculus nudus(g/100 g)

水煮或蒸煮處理均降低了方格星蟲肉水分含量,這是因為兩種處理均使方格星蟲肌肉受熱收縮產生壓力差,迫使肌球蛋白和肌動蛋白次級鍵作用結合的水分、肌纖維間隙的自由水排出,這種脫水現象導致方格星蟲肌肉含水率降低[22-24]。蒸煮和水煮處理均降低了方格星蟲肉灰分含量,其中水煮導致的灰分損失量顯著大于蒸煮加工方式(p<0.05),表明不同加工方式均可促進一些可溶性鹽等灰分成分溶于水,而減少了肉中的灰分含量[25],且水煮引起的鹽溶出率高于蒸煮。方格星蟲肉脂肪含量較低,且水煮和蒸煮處理對脂肪含量無顯著影響。方格星蟲肉總糖含量較低,在蒸煮或水煮加工過程中,水溶性總糖溶出,顯著降低了肉中總糖含量(p<0.05),但加工方式對其總糖含量無顯著影響。方格星蟲肉蛋白質含量較高,且水煮、蒸煮處理顯著降低了蛋白質含量(p<0.05),主要是因為方格星蟲肉中的水溶性蛋白和鹽溶性蛋白在水煮或蒸煮過程中溶出,造成總氮損耗較大[23-26]。其中,蒸煮處理引起的方格星蟲蛋白質損失量顯著大于水煮處理(p<0.05),可能是因為蒸煮過程中的水蒸汽熱量高于水煮過程中的沸水熱量,導致部分蛋白質熱降解而溶于水中,進而減少了肉中蛋白質含量。

2.2 不同加工方式對方格星蟲肉氨基酸組成與含量的影響

不同加工方式對方格星蟲肉氨基酸組成及含量分布情況如表2所示。新鮮方格星蟲肉含有17種氨基酸,其中必需氨基酸7種,鮮味氨基酸5種,與董蘭芳等[16]研究結果一致;新鮮方格星蟲肉中總氨基酸含量(∑AA)為7.02 g/100 g鮮重,必需氨基酸含量(∑EAA)為0.94 g/100 g,鮮味氨基酸含量(∑UAA)為4.76 g/100 g,且∑EAA/∑AA 為13.42%,∑UAA/∑AA 為67.91%,與張桂和等[12]報道的方格星蟲鮮味氨基酸含量較高的結論一致。然而,張桂和等[14]檢測到方格星蟲肉含有18種氨基酸,這種結果差異主要是因為樣品處理方法不同,本實驗采用酸水解法破壞了色氨酸,因此在氨基酸評價時不包括色氨酸。從表2可知,兩種加工方式對必需氨基酸、總氨基酸與鮮味氨基酸含量變化均有一定程度的影響,其中,水煮引起的總氨基酸損失量3.43 g/100 g，小于蒸煮處理引起的總損失量3.59 g/100 g;水煮和蒸煮處理均使∑EAA/∑AA與∑EAA/∑NEAA降低,但∑UAA/∑AA比例增加,說明在加工過程中,雖氨基酸總量降低,但鮮味氨基酸占總氨基酸的比例卻顯著提高,增強了肉的鮮味。

表2 不同加工方式對方格星蟲肉氨基酸的組成及含量的影響(g/100 g,濕基)Table 2 Effects of different processing methods on the composition and contents of amino acids for Sipunculus nudus(g/100 g)

相關文獻[27-29]報道了熱處理可使多糖裂解形成還原糖,并與氨基酸發生美拉德反應,從而顯著減少氨基酸種類和含量。水煮或蒸煮處理3 min后,方格星蟲肉中氨基酸種類減少,且含量明顯降低。經水煮加工后,方格星蟲肉中可檢測到的氨基酸種類由17種減少至9種,其中Ter、Ala、Tyr、Cys、Val、Met、Phe、Ile 8種氨基酸(包含5種EAA)未檢出(含量低于本方法檢測閾值),可能在水煮加工過程中蛋白質溶出或與美拉德反應導致氨基酸種類和含量減少有關[27-29];水煮后方格星蟲肉∑EAA為0.27 g/100 g,∑AA為3.59 g/100 g,∑UAA為2.74 g/100 g;其中∑EAA/∑AA為7.59%,與新鮮方格星蟲肉相比降低43.44%,而∑UAA/∑AA為76.46%,與新鮮方格星蟲肉相比顯著升高,這是因為水煮處理后肉中鮮味氨基酸含量的減少率(42.44%)小于總氨基酸減少率(48.86%)。經蒸煮加工后,方格星蟲肉中氨基酸種類減少至10種,其中Ala、Tyr、Cys、Val、Met、Phe、Ile 7種氨基酸(包含4種EAA)未檢出(含量低于本方法檢測閾值),可能與蒸煮過程中的蛋白質溶出或與美拉德反應導致氨基酸種類和含量減少有關[27-29];蒸煮處理后方格星蟲肉∑EAA為0.31 g/100 g,∑AA為3.43 g/100 g,∑UAA為2.54 g/100 g;其中∑EAA/∑AA為8.92%,與新鮮方格星蟲肉相比降低33.53%,而∑UAA/∑AA為73.96%,高于新鮮方格星蟲肉,低于水煮處理的方格星蟲肉,說明水煮加工方式相對于蒸煮加工方式,能夠增加肉中的鮮味氨基酸相對含量(∑UAA/∑AA)。

2.3 電子鼻分析

2.3.1 傳感器的G/G0響應值分析 電子鼻檢測主要是根據傳感器接觸到樣品揮發物后,電導率G發生變化,與初始電導率G0的比值(G/G0)隨之變化[21]。響應值G/G0越偏離1(小于或者大于1),表示響應氣體濃度越大,G/G0值接近甚至等于1表示沒有感應氣體或氣體濃度低于檢測線。水煮或蒸煮處理后方格星蟲肉整體風味的變化,可通過電子鼻的不同傳感器在56 s處的響應值及其變化來表示。由表3和圖1可知,S1、S3、S4、S5與S8傳感器響應值均在1左右,且G/G0值變化不大,說明加工前后方格星蟲肉均含有較少的芳香苯類、氨類、氫氣、烷烴和乙醇類氣體;而S2、S6、S7、S9與S10傳感器G/G0值增大,且均大于1,說明水煮或蒸煮處理均使方格星蟲肉中氨氧化物、甲烷、硫化氫、芳香烷烴類揮發性成分含量增加,其中氨氧化物與硫化氫類物質含量增加明顯。

表3 不同加工方式對方格星蟲肉氣味響應值的影響Table 3 Effects of different processing methods on response values of odor for Sipunculus nudus

圖1 氣味響應雷達圖Fig.1 Radar chart of response values of odor

2.3.2 PCA分析 加工前后方格星蟲肉電子鼻響應值的PCA分析結果如圖2所示。第一主成分PC1的貢獻率為97.77%,PC1與PC2的貢獻率之和為99.84%,表明PCA分析能較好地反映原始高維矩陣數據的信息,可有效區分加工前后方格星蟲肉特征風味的變化。從不同處理的方格星蟲肉樣品與新鮮的方格星蟲肉原樣之間的距離上來看,新鮮與水煮處理的數據點相對集中,其整體風味輪廓較為相似,蒸煮處理的數據點與新鮮、水煮的數據點距離較遠,差異主要體現在第1主成分軸上，說明蒸煮處理后方格星蟲肉的氣味成分差異顯著,而水煮處理的方格星蟲肉的氣味成分差異不顯著。為明確不同加工處理前后風味成分及含量的變化,后續將采用GC-MS對揮發性風味物質進行進一步定性和定量分析。

圖2 不同加工方式方格星蟲肉電子鼻PCA圖Fig.2 Principal component analysis of different processing methods for Sipunculus nudus

2.3.3 Loadings分析 由圖3可知,S1、S3、S4、S5傳感器的響應值在橫縱坐標均接近于零,說明其信號變化較弱,貢獻率較小,即芳香苯類、氨類、氫氣、烷烴對PCA的貢獻率較小。S2、S7、S9傳感器在第1、第2主成分上貢獻率均較大,是區別加工前后方格星蟲肉氣味的主要傳感器,說明氨氧化物、硫化氫類是方格星蟲肉加工處理后產生的最主要揮發性成分,這與前文不同傳感器響應值的研究結果相吻合。

圖3 不同傳感器第1主成分和第2主成分的載荷分析 Fig.3 Loadings analysis related to the PC1 and PC2 responed by different sensors

3 討論

不同加工方式(水煮和蒸煮)均降低了方格星蟲肉水分含量和蛋白質含量,相關研究報道了蒸煮處理太平洋柔魚[23]、金槍魚肉[24]和水煮處理細點圓趾蟹[25]、南極磷蝦[26]后,水分含量和蛋白質含量均顯著降低,與本研究結果一致。不同加工方式對方格星蟲肉脂肪含量無顯著影響,這與卜俊芝等[25]發現水煮對細點圓趾蟹肉脂肪含量影響較小的結論一致。另外,不同加工方式影響方格星蟲肉營養成分含量(蛋白質、水分含量等),導致蛋白質變性、肉質水分流失,進而影響肉體質地、營養及特征風味物質形成。孫麗[24]發現蒸煮影響金槍魚肉蛋白質組分及水分含量,分析了蛋白質組分變化與質構特性間的關系;榮建華[30]的研究結果表明熱加工影響脆肉鯇質構特性,改變了肉質揮發性風味成分;所以實驗需進一步探討不同加工方式下，方格星蟲肉蛋白質組分及水分含量變化與質構特性之間的關系,并采用GC-MS結合嗅聞技術定性定量分析揮發性風味成分變化,為方格星蟲加工技術的開發提供理論參考。

兩種加工方式均減少了方格星蟲肉氨基酸含量,但蒸煮引起的氨基酸損失量大于水煮,因此,選取水煮加工可減少方格星蟲氨基酸損失量。此外,方格星蟲經水煮或蒸煮后,由于肉質營養成分溶出而使水煮液和蒸煮液均含有一定量的營養成分,例如蛋白質、多糖和灰分等,且含有必需氨基酸和鮮味氨基酸,因此,實驗需進一步回收水煮液和蒸煮液蛋白質用于開發海鮮調味品或功能性飲料等產品。

4 結論

水煮或蒸煮處理均顯著降低了新鮮方格星蟲肉的水分、灰分、總糖、蛋白質和氨基酸含量,其中,必需氨基酸占總氨基酸的比例顯著降低,而鮮味氨基酸占總氨基酸的比例顯著升高,增強了方格星蟲的鮮味。電子鼻分析能夠區分加工前后方格星蟲肉的整體風味,且水煮或蒸煮處理均使方格星蟲肉中氨氧化物、甲烷、硫化氫、芳香烷烴類揮發性成分含量增加,其中氨氧化物與硫化氫類物質含量明顯增加。后續將進一步考察不同加工方式下，方格星蟲肉蛋白質組分變化與質構特性的關系，以及定性定量分析揮發性風味成分變化,為進一步高效利用和開發方格星蟲產品提供理論參考。