養殖和野生可口革囊星蟲營養評價及揮發性風味物質分析

蔡彬新,周逢芳,黃偉卿,阮少江

(1.寧德師范學院生命科學院,福建寧德 352100; 2.福建省閩東特色生物資源工程研究中心,福建寧德 352100; 3.寧德市鼎誠水產有限公司,福建寧德 352100)

可口革囊星蟲(Phascolosomaesculenta),俗稱“海丁、土筍”[1],多生活于淺海2～4 m水深的沙質海底和潮間帶。我國記錄的可口革囊星蟲有36種,福建沿海潮間帶星蟲11種,寧德產區主要以可口革囊星蟲為主[2]。

可口革囊星蟲肉質脆嫩、味道鮮美,東南沿海地區稱其為“海洋冬蟲夏草”,常做成“土筍凍”食用[3]。由于星蟲味美、營養豐富,市場對星蟲需求持續增長,導致野生種群資源過渡采挖,加之海洋污染物日趨嚴重,使該物種的生存、種群資源保護與消費需求的矛盾日益突出。因此,開展星蟲的人工養殖是恢復野生星蟲資源的當務之急。隨著生活水平的提高,人們對食品風味的要求也越來越高,食品風味物質的研究正逐漸受到科研人員的關注。目前,對可口革囊星蟲的營養成分分析已有報道[4-6],但有關養殖可口革囊星蟲營養及風味的研究未見報道。本試驗對同一地區養殖和野生可口革囊星蟲營養成分及風味物質進行比較分析,旨在評價養殖和野生星蟲營養品質及風味的異同,為提高養殖星蟲可接受度提供一定的科學依據,從而推動星蟲的擴大養殖和高值化利用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

養殖和野生可口革囊星蟲 采集于寧德,選取個體長5～7 cm,體重6～8 g,去除內臟、洗凈、瀝干,-20 ℃凍藏備用;石油醚、乙醇、氯化鈉、硫酸等化學試劑(分析純) 國藥化學試劑公司;甲醇、乙腈(色譜純) 德國默克公司。

Agilent 7980A GC 美國Agilent公司;Agilent1100氨基酸自動分析儀 美國Agilent公司;3-16KL高速冷凍離心機 美國Sigma公司;FDU-2110冷凍干燥機 日本東京理化器械株式會社。

1.2 實驗方法

1.2.1 基本營養成分測定 水分的測定參照GB 5009.3-2016直接干燥法[7];粗蛋白質的測定參照GB 5009.5-2016凱氏定氮法[8];粗脂肪的測定參照GB 5009.6-2016索氏抽提法[9];灰分的測定參照GB 5009.4-2016 550 ℃灼燒法[10];總糖測定參照GB/T 9695.31-2008法[11]。

1.2.2 氨基酸測定及營養評價 氨基酸組成分析參照GB/T 5009.124-2016《食品中氨基酸的測定》[12]。

根據FAO/WHO 1973年建議的氨基酸評分標準模式和中國預防醫學科學院營養與食品衛生研究所提出的雞蛋蛋白質模式進行營養評價,以氨基酸評分(amino acid score,AAS)、化學評分(chemical score,CS)和必需氨基酸指數(essential amino acid index,EAAI)來評定肌肉蛋白質的氨基酸營養價值。

公式如下:

AAS=樣品中某種氨基酸含量(mg/g pro)/FAO/WHO模式中同種氨基酸含量(mg/g pro)×100

CS=樣品中某種氨基酸含量(mg/g pro)/雞蛋蛋白質中同種氨基酸含量(mg/g pro)×100

式中:n為比較的必需氨基酸個數;t為樣品蛋白質的必需氨基酸含量,%;s為全雞蛋蛋白質的必需氨基酸含量,%(均以干質量計)。

1.2.3 脂肪酸測定 參照GB 5009.168-2016《食品中總脂肪酸、飽和脂肪(酸)、不飽和脂肪(酸)的測定》[13]中水解提取氣相色譜儀法。

1.2.4 揮發性成分測定 參考游剛等[14]方法測定星蟲揮發性成分。

1.2.4.1 頂空固相微萃取條件 星蟲樣品粉碎,稱取待測樣品按料液比1∶4加入生理鹽水,取10 mL樣品置于20 mL頂空瓶中,于60 ℃下平衡5 min后,75 μm CAR/PDMS/DVB萃取頭萃取30 min,250 ℃進樣口解吸5 min。

1.2.4.2 GC條件 TR-35MS色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);進樣口溫度250 ℃;升溫程序:35 ℃保持1 min,以5 ℃/min的速率升溫到60 ℃保持1 min,再以6 ℃/min上升到140 ℃保持1 min,最后以8 ℃/min升溫到230 ℃,保持5 min;氦氣流量1.0 mL/min;采用恒線速率,分流比為1∶20,萃取頭解吸15 min后取出。

1.2.4.3 MS條件 離子源溫度230 ℃,四極桿溫度150 ℃,電子能量70 eV,質量掃描范圍m/z 33～500。

1.2.5 關鍵風味化合物的確定 采用相對氣味活度(relative odor active value,ROVA)法評價各揮發性物質對星蟲總體風味的貢獻[15],定義對樣品風味貢獻最大的組分。其他揮發性組分ROAV的計算公式為:

式中,Ci、Ti分別為各揮發性物質的相對百分含量和相對應的感覺閾值;Cmax、Tmax分別是對樣品總體風味貢獻最大組分的相對百分含量和相對應的感覺閾值。

1.3 數據處理

試驗中采用SPSS 19.0進行數據分析,以P<0.05作為差異顯著性判斷標準,每個樣品做3個重復。采用NIST3.0譜庫數據庫檢索,輔助以人工解析圖譜,峰面積歸一化法計算星蟲樣品中揮發性成分的相對含量。

2 結果與分析

2.1 養殖與野生可口革囊星蟲基本營養成分分析

表1 養殖和野生可口革囊星蟲基本營養成分(mg/g)Table 1 Nutritional components of cultured and wild P.esculenta(mg/g)

由表1可知,在養殖和野生星蟲的基本營養成分中,水分的含量分別占81.77%和77.27%,差異顯著(P<0.05),粗蛋白分別占干重的71.85%和74.12%,養殖星蟲的粗蛋白含量顯著低于野生星蟲(P<0.05),但高于海產品干貝66.39%[16],稍低于海參72.70%[17]。養殖和野生星蟲粗脂肪含量較低,分別為3.16%和2.47%,差異顯著(P<0.05),總糖含量分別為9.51%和9.26%,灰分為10.16%和9.25%,灰分和總糖含量差別不顯著(P>0.05)。由此可見,養殖和野生星蟲都是“高蛋白、低脂肪”的海鮮食材。養殖和野生星蟲粗蛋白和粗脂肪含量差異顯著(P<0.05),主要是由于養殖星蟲使用飼料喂養,生長較快,使其體壁厚而松,含水多,而野生星蟲主要以海水中營養物質為食,生長慢,體壁薄而實,含水少,使其蛋白含量高。且養殖星蟲養殖密度大、活動量小,導致脂肪積累,使其脂肪含量較野生星蟲的高。

2.2 養殖與野生可口革囊星蟲氨基酸組成及營養評價

由表2可知,養殖星蟲和野生星蟲都檢出18種氨基酸,包括8種必需氨基酸(essential amino acids,EAA)、4種呈味氨基酸(delicious amino acid,DAA)。氨基酸總量(total amino acid,TAA)分別為597.13和712.44 mg/g,養殖星蟲的氨基酸總量顯著低于野生星蟲(P<0.05)。動物性食品良好的風味主要依賴于呈味氨基酸的含量,在這18種氨基酸中,谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸和丙氨酸為呈味氨基酸,養殖星蟲呈味氨基酸為263.50 mg/g,顯著低于野生星蟲322.15 mg/g(P<0.05)。呈味氨基酸使得可口革囊星蟲具有濃郁的海鮮風味,其中谷氨酸是鮮味最強的氨基酸,養殖星蟲和野生星蟲的谷氨酸含量分別為96.29和124.26 mg/g。養殖星蟲的氨基酸總量及呈味氨基酸比野生低,可能與星蟲的食物和生長環境有關。現代藥理表明精氨酸具有很多功效[18],養殖和野生星蟲中精氨酸含量分別占10.23%和9.85%。賴氨酸作為人乳中第一限制性氨基酸,在養殖和野生星蟲中含量較豐富,分別36.85和42.33 mg/g,這證明了可口革囊星蟲是比較優質的催乳食品。評價水產品的營養價值及其肉質品質,不僅要從其氨基酸的總量和呈味氨基酸含量進行分析,也要對其組成以及之間的比例進行比較,從而獲得更為優質的食品蛋白源。養殖星蟲和野生星蟲EAA/NEAA比值分別為46.94%和46.47%,接近FAO/WHO的理想模式[19]。

食物蛋白質營養價值的高低,主要取決于所含必需氨基酸的種類、數量及組成比例。由表3可知,養殖星蟲中AAS和CS相對野生星蟲偏低,第一限制性氨基酸均為蛋氨酸+半胱氨酸,第二限制性氨基酸均為纈氨酸。EAAI是評價食物營養價值的常用指標之一,其值越大,營養價值越高[20],養殖和野生星蟲的EAAI分別為59.51和68.25,說明野生星蟲營養價值略高于養殖星蟲。

表2 養殖與野生可口革囊星蟲的氨基酸組成及含量(mg/g)Table 2 Amino acid composition and contents ofcultured and wild P.esculenta(mg/g)

表3 養殖和野生可口革囊星蟲必需氨基酸組成評價Table 3 Evaluation of essential amino acid composition of cultivated and wild P.esculenta

表4 養殖和野生可口革囊星蟲脂肪酸組成及分析含量(%)Table 4 Comparison of fatty acid composition of cultivated and wild P. esculenta(%)

2.3 養殖與野生可口革囊星蟲脂肪酸的組成及分析

由表4可知,養殖星蟲和野生星蟲中均檢測到18種脂肪酸,飽和脂肪酸(saturated fatty acid,SFA)5種,單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acid,MUFA)6種,多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)7種。從脂肪酸含量來分析,養殖星蟲和野生星蟲均含SFA、PUFA、MUFA,養殖星蟲PUFA(48.60%)低于野生星蟲(53.04%),分別是亞油酸、亞麻酸、二十碳二烯酸、二十碳三烯酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸;PUFA以C20∶4 n6含量最高,養殖星蟲和野生星蟲分別達31.45%和27.22%。

PUFA是機體生命活動過程中一類具有多種活性的重要物質,研究表明食物中高n-3/n-6 PUFA比值對人體健康有益,FAO/WHO建議食物中n-3/n-6 PUFA比值應高于20%[20]。養殖和野生星蟲中n-3/n-6 PUFA分別達27.10%和20.09%,明顯高于仿刺參15.83%[21]。野生星蟲具有較高的二十碳五烯酸(EPA),可能與其食藻類的食性有關,自然界中硅藻、紅藻和褐藻等藻類能自身合成EPA。

2.4 養殖與野生可口革囊星蟲風味成分分析

圖1 養殖可口革囊星蟲揮發性物質總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatograms ofvolatile compounds extracted from cultured P. esculenta

圖2 野生可口革囊星蟲揮發性物質總離子圖Fig.2 Total ion current chromatograms ofvolatile compounds extracted from wild P. esculenta

可口革囊星蟲揮發性成分的總離子流色譜見圖1、圖2,揮發性組分及其相對含量見表5。由表5可知,從養殖和野生星蟲中分別檢出40、41種有效揮發性風味化合物,包括醛類、醇類、酮類、烴類、酯類、酸類、烴類等。研究表明,醛類物質成分具有強烈的果香、花香味,且風味閾值較低,對風味貢獻較大[22]。養殖和野生星蟲醛類物質分別為10和11種,含量占30.10%和31.53%,醛類中含量較高直鏈醛為辛醛、乙醛、庚醛,其中辛醛含量最高,主要呈現脂肪香、辛辣香[22]。庚醛具有強烈的魚腥味[8],野生星蟲庚醛含量明顯高于養殖星蟲。一般低相對分子質量烯醛類對特征香味有貢獻,養殖星蟲和野生星蟲中檢測到反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、反式-2,4-癸二烯醛,養殖星蟲中烯醛類含量低于野生星蟲。此外,養殖和野生星蟲中還檢出苯甲醛,苯甲醛主要呈現清香、脂肪氣息味[23],也是星蟲的重要風味組成成分。

與醛類相比,醇類具有較高的閾值,對風味的貢獻較小,除非以高濃度存在或者是不飽和的醇類[24]。由表5可知,養殖星蟲和野生星蟲中均檢出9種醇類揮發性物質,占18.19%和18.50%,主要以飽和醇為主。酮類化合物具有獨特的清香和果香風味[25],本實驗中,養殖星蟲和野生星蟲中酮類物質分別是4、5種,其中1-辛烯-3酮、3-羥基-2-丁酮和3-辛酮含量差異較大,且1-辛烯-3酮閾值低,呈現蘑菇、泥土香味,這可能是造成二者風味差異的主要原因之一。

表5 養殖和和野生可口革囊星蟲揮發性成分和相對氣味活度值Table 5 Volatile components and ROAV of cultivated and wild P. esculenta

續表

養殖星蟲和野生星蟲中分別檢出7、3種烴類化合物,3、4種酯類物質,由于其閾值較高,對直接風味貢獻不大,但它們可能會提高星蟲的整體香味效果。野生星蟲中檢出鄰二甲苯、間二甲苯等芳香化合物,它們一般由環境污染物轉入星蟲體內。此外,星蟲肌肉中還檢出二甲基二硫、二甲基三硫、辛酸等物質。

2.5 可口革囊星蟲關鍵風味成分的確定

由表5可知,1-辛烯-3酮對星蟲風味的貢獻最大,故定其ROVA值為100,其他揮發性風味化合物的ROAV可計算得到,ROAV越大的組分對樣品總體風味的貢獻也越大,一般認為ROAV≥1的物質為所分析樣品的關鍵風味成分,0.1≤ROAV<1的物質則對樣品總體風味具有重要修飾作用[26]。由表5可知,星蟲的關鍵風味成分主要是:辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、1-辛烯-3酮和β-紫羅蘭酮,而庚醛、乙醛、苯乙醛和乙酸乙酯物質對星蟲的總體風味具有重要的修飾作用。

3 結論

從營養成分組成上來分析,養殖星蟲是一種高蛋白、低脂肪的海產品。養殖星蟲與野生星蟲均含有高比例的蛋白質(71.85%和74.12%)和低比例的脂肪(3.16%和2.47%),而養殖星蟲粗蛋白含量顯著低于野生星蟲(P<0.05),脂肪含量顯著高于野生星蟲(P<0.05)。星蟲氨基酸種類豐富,含量高,養殖星蟲TAA(597.13 mg/g)顯著低于野生星蟲(712.44 mg/g)(P<0.05)。養殖與野生星蟲中高含量的DAA(44.12%和45.22%),使星蟲具有濃郁的海鮮風味。星蟲中高含量的精氨酸和賴氨酸可能為星蟲提供了某些藥理功效,因此可養殖和野生星蟲PUFA分別為48.60%和53.04%,其中n-3/n-6 PUFA分別達27.10%和20.09%。養殖星蟲和野生星蟲中分別檢測出40、41種揮發性成分,包括醛類、醇類、酮類、烴類、芳香類等,其關鍵風味物質是辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、1-辛烯-3酮和β-紫羅蘭酮。綜上所述,與野生星蟲相比,養殖星蟲營養品質及風味質略低,但也是一種營養價值較高、風味獨特的海洋食品,符合現代人追求健康味美的飲食觀念。