凍融循環過程中冷凍羅非魚片呈味物質的變化

韓昕苑，樊震宇，從嬌嬌，余婷婷，于立志，周 紛，王錫昌

（上海海洋大學食品學院，上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，農業農村部水產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室，上海 201306）

羅非魚是我國主要的淡水養殖水產品，原產于非洲，有“非洲鯽魚”之稱。2019年全國羅非魚養殖產量達164.17萬 t，僅次于草魚、鰱魚、鳙魚、鯉魚、鯽魚，位列全國淡水魚養殖產量第6位[1]。羅非魚蛋白含量高，可達18%～21%[2-3]，富含8 種必需氨基酸，尤其是甘氨酸（Gly）和谷氨酸（Glu）含量較高[4]，同時羅非魚中呈鮮甜味的游離氨基酸含量也很高，可為滋味作出較大貢獻。

風味是決定消費者對水產品喜好的重要感官指標，風味前體物質經過降解、氧化和其他許多復雜的化學反應生成水產品獨特的風味[5]，包括氣味和滋味。滋味一般由酸、甜、苦、咸、鮮5 種基本味覺構成，由舌頭上的味蕾感知到的一種感官特性[6]，通過一些呈味物質（游離氨基酸、多肽、核苷酸、無機離子、有機酸等）共同呈現，一般可溶性成分更利于味覺的感知[7]。Konosu[8]研究發現氨基酸、5’-核苷酸和無機離子是水產品呈滋味的主要化合物。

羅非魚常被加工成魚片遠銷國外，因此需通過冷凍保持其品質。冷凍可以長途運輸水產品以滿足不同季節和不同地域需求，然而我國的冷鏈流通技術尚不完善，運輸過程中環境溫度波動會造成水產品凍融，已有研究發現反復凍融會造成大量的汁液損失[9]，國內外已有研究表明汁液的損失會造成呈味物質含量的變化[10-11]。因此本研究以冷凍羅非魚片為原料，旨在探究凍融循環過程中冷凍羅非魚片呈味物質的變化，以期為冷鏈流通過程中水產品的品質變化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍羅非魚（Oreochromis niloticus）片，規格為141.78～198.45 g，2019年9月購于通威（海南）水產食品有限公司，冷凍運輸至實驗室，每片羅非魚片有單獨的真空包裝，置于-20 ℃貯藏備用。

濃硫酸、五水合硫酸銅、硫酸鉀、石油醚（69～90 ℃）（均為分析純） 國藥集團花學試劑有限公司；硝酸（分析純） 佛山市華希盛化工有限公司；三氯乙酸（分析純），磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀（均為色譜級） 上海麥克林生化科技有限公司；高氯酸（優級純） 天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

AUY220電子天平 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；ULTRA TURRAX均質機 廣州儀科實驗室技術有限公司；SB25-12D超聲波多頻清洗機 寧波新藝超聲設備有限公司；H1850R高速冷凍離心機 美國貝克曼儀器有限公司；MARS 6微波消解儀 美國CEM公司；ASTREE電子舌 法國Alpha MOS公司；L-8800氨基酸自動分析儀 日本Hitachi公司；2690/5高效液相色譜儀 美國Waters公司；i CAP Qc電感耦合等離子體質譜聯用儀 賽默飛世爾科技（中國）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 凍融循環處理

將冷凍的羅非魚片樣品分成8 組（其中1 組不經過凍融處理，其解凍狀態下作為樣品對照組），每組包括12 片冷凍羅非魚片，在-20 ℃條件下進行冷凍貯藏。樣品取出后于4 ℃恒溫空氣解凍12 h，放回-20 ℃條件下再次進行冷凍貯藏，該過程作為1 次凍融循環處理，每7 d循環1 次，重復上述步驟，進行第2次、第3次、直至第7次凍融循環。

1.3.2 解凍處理

指標測定前解凍均采用流水解凍的解凍方式，將帶包裝的冷凍魚片放在容器一端，用水管向容器另一端注入固定流速的水，且注意不要使水流接觸到魚片，魚片處于始終完全浸泡在流水之中的狀態，直至解凍至魚片中心溫度為4 ℃。

1.3.3 魚碎肉樣制備

每個處理組隨機取3個魚片，解凍后立即去除包裝，拭去表面水分，取背部肌肉，用絞肉機打碎混勻，裝入自封袋，備用。

1.3.4 基本營養成分測定

水分含量測定：參照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》方法（差量法）；粗蛋白含量測定：參照GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》方法（凱氏定氮法）；粗脂肪含量測定：參照GB 1477.2—1993《食品中脂肪的測定》方法（石油醚索氏抽提法）；灰分含量測定：參照GB 5009.4—2010《食品中灰分的測定》方法（差量法）。

1.3.5 人工感官評價

感官評定小組由經過專業培訓的感官評定員組成，選定6 男、6 女，年齡在22～26 歲之間，所有小組成員進行獨立評估沒有互動。將冷凍魚片解凍后，去除包裝，輕輕拭去表面水分后，切成3 cm×2 cm×0.5 cm的魚片，待作感官評定。

對羅非魚片的酸、甜、苦、咸、鮮進行感官強度評分，分值為0.0～5.0。

1.3.6 滋味輪廓分析

樣品前處理：參考從嬌嬌等[12]的方法。準確稱取（2.00±0.01）g待測羅非魚碎肉樣，以25 mL純凈水對樣品進行均質，超聲5 min并于4 ℃冰箱中靜置30 min后離心（12 000 r/min、15 min、4 ℃）。離心后上清液采用定性濾紙過濾，沉淀重復以上步驟，最后將2 次濾液合并，定容至100 mL，搖勻。

電子舌上機操作：取5 mL定容好的濾液倒入電子舌專用進樣杯中，加純凈水定容至80 mL，在室溫條件下進行測定。樣品盤奇數位置放置純凈水，偶數位置放置樣品，并進行樣品命名，每個樣品設置測定7個平行，在分析時隨機去掉3個點，主成分分析（principal component analysis，PCA）圖中每個樣品保留4個點。

1.3.7 游離氨基酸測定

樣品前處理：參考Konosu等[13]的方法略作修改。稱取0.5 g（精確到0.000 1 g并準確記錄）羅非魚碎肉樣，以15 mL 5%三氯乙酸均質，超聲15 min并于4 ℃靜置2 h后離心（10 000 r/min、10 min、4 ℃），取上清液5 mL，用NaOH溶液調節pH值至2.0（±0.2），將調節好的溶液定容至10 mL搖勻，過0.22 μm水相濾膜過濾至進樣瓶中，采用全自動氨基酸分析儀測定游離氨基酸并進行分析。整個過程保持在0～4 ℃條件下進行。

全自動氨基酸分析儀參數設定[14]：分離柱（4.6 mm×60 mm），樹脂為陽離子交換樹脂；分離柱溫度為57 ℃；1通道流速為0.4 mL/min；2通道流速為0.35 mL/min；流動相pH值分別為3.2、3.3、4.0、4.9的檸檬酸鈉-檸檬酸混合緩沖液以及質量分數為4%的茚三酮緩沖液。

1.3.8 呈味核苷酸測定

樣品前處理：參考Ma Rui等[15]的方法略作修改，稱取5 g（精確到0.000 1 g并準確記錄）羅非魚碎肉樣，以10 mL 10%的高氯酸溶液均質，超聲5 min后離心（10 000 r/min、15 min、4 ℃），取上清液4 ℃存放，沉淀繼續加入5 mL 5%高氯酸溶液，重復上述操作2 次，將3 次上清液合并，用KOH調節pH值至5.8（±0.02），于4 ℃靜置0.5 h，取上清液用超純水定容至50 mL并搖勻，過0.22 μm水相濾膜過濾至進樣瓶中，采用高效液相色譜儀測定核苷酸并進行分析。整個過程保持在0～4 ℃條件下進行。

高效液相色譜儀參數設定[16]：色譜柱GL-SCIENCE ODS3 C18（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流動相A為純甲醇溶液，流動相B為20 mmol/L磷酸氫二鉀和20 mmol/L磷酸二氫鉀（1∶1，V/V）混合溶液，并用磷酸調節pH值至5.8；柱溫25 ℃；樣品進樣量10 μL；檢測波長254 nm；梯度洗脫程序如表1所示。

表1 高效液相色譜法檢測核苷酸的梯度洗脫程序Table 1 Gradient elution program for nucleotide analysis by HPLC

1.3.9 鮮味評價

1.3.9.1 味道強度值（taste activity value，TAV）計算水溶性滋味物質TAV按式（1）計算：

式中：C為滋味物質的絕對含量/（mg/100 g）；T為滋味物質的閾值/（mg/100 g）。

1.3.9.2 味精當量值（equivalent umami concentration，EUC）計算

EUC按式（2）計算：

式中：ai為鮮味氨基酸（Asp、Glu）含量/（g/100 g）；bi為鮮味氨基酸相對于MSG的相對鮮度系數（Glu為1，Asp為0.077）；aj為呈味核苷酸（GMP、IMP、AMP）含量/（g/100 g）；bj為呈味核苷酸相對于IMP的相對鮮度系數（IMP為1，GMP為2.3，AMP為0.18）；1 218為協同作用系數。

1.3.10 水溶性呈味無機離子

樣品前處理：稱取0.2 g（精確到0.000 1 g并準確記錄）羅非魚碎肉樣于消解管內，盡量將樣品置于底部，立即加入5 mL濃硝酸浸泡樣品過夜，樣品參考GB 5009.268—2016《食品中多元素的測定》中的條件進行消解，冷卻后進行排酸，待排酸完成后將澄清透明的溶液定容至50 mL，即可上機測定。

電感耦合等離子體質譜聯用儀參數[17]：內標：取內標多元素標準貯備液以2%硝酸稀釋成50 μg/mL溶液；混標：取多元素混合標準貯備液以2%硝酸分別稀釋成0.01、0.05、0.1、0.5、1、2、5、10、25、50、100、250、500 ng/mL以及1、2.5、5、10、20 μg/mL的系列混合溶液；儀器工作條件：冷卻氣體流速15 L/min，輔助氣體流速0.8 L/min，氮氣流速1.15 L/min，正向功率1 560 W。

1.4 數據處理

所有數據采用SPSS 20.0軟件進行統計學分析，結果均以（n=3）表示，P＜0.05，差異顯著。采用Origin 8.6軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 基本營養成分

如表2所示，隨著凍融次數的增加，水分含量呈降低趨勢，水分降低會造成羅非魚口感變差，硬度增加，1 次凍融后水分顯著降低（P＜0.05），這與Manabu等[18]的研究結果一致，與0 次凍融樣品相比，7 次凍融樣品水分含量降低了3.19%，這歸因于反復凍融過程中細胞內外水分融化再凍結發生了冰晶的聚集，冰晶數量變少但體積變大，且胞外冰晶增多，壓迫肌肉組織使其結構遭到破壞，保水能力下降，汁液流失造成水分含量降低[19-21]。隨著凍融次數增加，蛋白含量呈顯著升高趨勢，但鑒于水分含量降低，因此將粗蛋白含量換算為干基，發現蛋白質干基呈降低趨勢，但差異并不顯著（P＞0.05），與0 次凍融樣品相比，7 次凍融樣品的粗蛋白干基含量降低了1.07%，這可能是由于水溶性蛋白隨汁液損失而流失，也有研究發現蛋白質在反復凍融過程中會發生變性，變性后的蛋白易被魚體內所含蛋白酶水解，這些都可能促使粗蛋白含量降低[22-24]。隨著凍融次數的增加，粗脂肪干基含量呈降低趨勢但不顯著（P＞0.05），與0 次凍融樣品相比，7 次凍融樣品粗脂肪含量降低了1.07%；灰分含量呈顯著上升趨勢（P＜0.05），將其換算成干基后，依然呈現顯著上升趨勢（P＜0.05），與0 次凍融樣品相比，7 次凍融樣品的灰分含量升高了19.49%，這一現象目前機理尚不明確，但這種趨勢與蔡勇等[25]的研究結果一致。

表2 凍融次數對冷凍羅非魚片基本營養成分的影響Table 2 Effects of freeze-thaw cycles on basic nutrients of frozen tilapia fillets

2.2 人工感官評價

如圖1所示，酸味和咸味強度較低、隨凍融次數的變化較小；甜味強度也較低但其評分隨凍融次數的增加而降低；鮮味在0 次凍融時呈現最高值4.2，隨凍融次數的增加持續降低，在7 次凍融時降至最低值2.3；苦味在0 次凍融時為最低值1.5，隨凍融次數的增加持續升高，在7 次凍融時升至最高值3.2。這說明鮮味和苦味是羅非魚中呈味強度較大的味道，且受凍融次數的影響較大，具體呈味物質及其含量變化要根據游離氨基酸和呈味核苷酸的變化說明。

圖1 不同凍融次數的羅非魚片感官評分圖Fig. 1 Sensory evaluation of tilapia fillets with different freeze-thaw cycles

2.3 滋味輪廓分析

如圖2所示，PC1為89.512%，PC2為7.9%，PC累計貢獻率為97.412%，超過85%，說明PCA可以較好反映原本由6個主成分組成的多指標信息，實現降維的目的，PCA判別指數為96，即各組分之間可以達到很好的區分效果，滋味輪廓被很好地區分開[26]。

圖2 凍融次數對冷凍羅非魚片滋味輪廓的影響Fig. 2 Effects of freeze-thaw cycles on the flavor profile of frozen tilapia fillets

1 次凍融后的樣品與0 次凍融的樣品滋味輪廓最為接近，2、3、4 次凍融的樣品滋味輪廓較為接近，5、6、7 次凍融的樣品滋味輪廓較為接近，且2、3、4 次凍融的樣品與新鮮樣品之間在PC1坐標軸上的截距小于5、6、7 次凍融的樣品，因此與0 次凍融組相比，1 次凍融后滋味輪廓與其相近，2～4 次凍融后樣品滋味輪廓距離變化較大，5～7 次凍融樣品滋味輪廓變化最大。

2.4 游離氨基酸及其味道強度值

游離氨基酸是水產品主要的呈味物質之一，主要呈現鮮、甜、苦3種味道，游離氨基酸的種類和各游離氨基酸含量的不同會使水產品呈現出不同滋味，此外，游離氨基酸也會與水產品中其他呈味物質加成或消減而呈現出不同滋味。

如表3所示，游離氨基酸總量呈下降趨勢，在4 次凍融后顯著下降；天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、精氨酸、脯氨酸對滋味呈積極貢獻的鮮甜味或微苦味氨基酸的含量隨凍融次數的增加而下降。與0 次凍融樣品相比，1 次凍融后絲氨酸、谷氨酸、脯氨酸含量顯著降低（P＜0.05），蘇氨酸含量在2 次凍融時顯著降低（P＜0.05），其余對滋味呈積極貢獻的氨基酸含量均在4～7 次凍融后開始降低且有顯著差異；而纈氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、組氨酸對滋味呈消極貢獻的呈苦味、硫味、略帶甜味的氨基酸含量隨凍融次數的增加而上升。與0 次凍融樣品相比，組氨酸含量在3 次凍融時顯著增加（P＜0.05），其余對滋味呈消極貢獻的氨基酸含量均在4～7 次凍融后開始增加且有顯著差異，其中異亮氨酸、苯丙氨酸含量雖然增加但無顯著差異。

表3 凍融次數對冷凍羅非魚片游離氨基酸含量和TAV的影響Table 3 Effects of freeze-thaw cycles on free amino acid contents and TAV of frozen tilapia fillets

綜上，凍融循環前期，鮮甜味氨基酸降低較顯著，對羅非魚片的甜味影響較大呈現降低的趨勢；凍融循環后期，苦味氨基酸增加較顯著，對羅非魚片的苦味的影響加大呈現增長的趨勢，這與感官評分的趨勢相同。這些變化可能是由于在凍融過程中蛋白質發生變性，其中主要為次級鍵發生變化甚至斷裂，使蛋白質降解為氨基酸，對羅非魚片游離氨基酸含量造成影響[27]，Gao Wenhong等[28]研究發現在凍融循環下的蛋白質冷凍變性過程中色酪氨酸和色氨酸暴露于極性微環境中，導致該氨基酸游離，是其含量增加的原因之一。

當TAV大于1時表示該物質對樣品的呈味具有重要貢獻，且該數值越大，該物質對樣品的呈味貢獻越顯著。由表3可知，在0 次凍融樣品中，甘氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸對羅非魚肉呈味有重要貢獻，其中對呈味貢獻最大的是呈苦味的組氨酸。經歷4、5 次凍融后，精氨酸和甘氨酸TAV小于1，呈甜味物質減少造成羅非魚滋味品質下降。

2.5 呈味核苷酸及其TAV、EUC

三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）是生物體內最直接的能量來源。一旦魚體死亡后，肌肉中ATP會迅速發生降解，首先降解成二磷酸腺苷（adenosine disphosphate，ADP），然后降解為呈鮮味的腺嘌呤核苷酸（adenosine monophosphate，AMP）、次黃嘌呤核苷酸（inosine-5′-monophosphate，IMP），這2 種核苷酸因其6 位上的羰基而呈現很強的增鮮效果[29-30]，同時在增鮮方面這2 種核苷酸存在協同效應[31]。當IMP含量開始逐漸降低時，魚類的鮮味也開始降低，逐漸變得不再鮮美甚至令消費者難以接受，且其持續降解將會得到次黃嘌呤核苷（hypoxanthine riboside，HxR）、次黃嘌呤（hypoxanthine，Hx），其中Hx呈現一種令消費者無法接受的苦味。

由表4可知，IMP在3種呈味核苷酸（IMP、AMP、Hx）中占比最高，0 次凍融樣品中其含量占比可達88.00%；IMP和AMP的含量隨凍融次數的增加均呈現先升高后降低的趨勢，IMP含量在2 次凍融后達到最高，AMP含量在3 次凍融后達到最高，這可能是因為凍融循環前期ATP或ADP含量較高，發生降解后生成較多IMP和AMP，同時，本身存在的IMP和AMP雖有降解，但降解速度緩慢，從而累計了IMP和AMP的含量；而3 次凍融后，隨著凍融次數的增加，IMP和AMP含量開始發生顯著（P＜0.05）降低；隨著凍融次數的增加，Hx含量始終呈現顯著上升（P＜0.05）趨勢，這是由于Hx幾乎是ATP關聯化合物的終產物，因此會逐漸累積，因其呈現苦味，因此在凍融循環過程中，隨著凍融次數的增加，冷凍羅非魚的苦味會逐漸增加。

表4 凍融次數對冷凍羅非魚片呈味核苷酸含量、TAV和EUC的影響Table 4 Effects of freeze-thaw cycles on taste nucleotide contents, TAV and EUC of frozen tilapia fillets

根據表4中羅非魚各凍融次數下的TAV可知，IMP對冷凍羅非魚的鮮味貢獻最顯著，這與其在魚類肌肉中積蓄的含量最高有關。

由表4可知，呈味核苷酸的總量呈先升高后降低的趨勢，且在1 次凍融后達到最高值，但單一的呈味核苷酸總量無法直接表示其鮮味強度，呈味核苷酸與呈味的游離氨基酸對魚類鮮味的呈現具有協同效應，因此為更全面地評價凍融循環過程中羅非魚鮮味的變化，可采用EUC進行比較分析。EUC值主要根據呈鮮味的游離氨基酸（Asp和Glu）以及呈鮮味的核苷酸（AMP和IMP）含量及其相對鮮度系數計算得出，從公式可以看出這是一種協同效應。由表4可知，隨著凍融次數的增加，EUC值呈逐漸降低趨勢，這說明在凍融循環過程中，羅非魚的鮮味強度逐漸降低。滋味的變化主要是由于其汁液的損失導致其水溶性呈味物質有所損失，尤其是水溶性較高的物質。

2.6 水溶性呈味無機離子

水溶性呈味無機離子在水產品中對滋味起到呈味輔助劑和鮮味增強劑的作用，尤其是正離子（Na+、K+）屬于定位基并且易被味覺感受器吸附而呈現出咸味，因此無機離子作為增鮮物質對食品滋味形成尤其是鮮味呈現有關鍵的輔助作用[32-33]。如表5所示，隨著凍融次數的增加，K+含量呈上升趨勢，Na+含量呈下降趨勢，與0 次凍融樣品相比，K+和Na+含量分別在4 次凍融時發生顯著上升（P＜0.05）和顯著下降（P＜0.05），有研究表明，在增鮮方面，Na+＞K+[33-34]，同時結果也顯示，與0 次凍融樣品相比，7 次凍融樣品的K+含量僅增加了3%，而Na+含量降低了47.62%，這可能是由于生物體細胞內K+含量多，而細胞外Na+含量多，因此Na+更容易隨汁液流失從而含量降低，而汁液損失則總質量減小從而造成K+含量的升高[35-36]。因此反復凍融會導致增鮮物質含量降低，這也為鮮味的減弱提供了部分理論依據。

表5 凍融次數對冷凍羅非魚片水溶性呈味無機離子的影響Table 5 Effects of freeze-thaw cycles on water-soluble inorganic ion contents of frozen tilapia fillets μg/100 g

3 結 論

隨著凍融次數的增加，冷凍羅非魚片整體滋味輪廓與原樣品相差越來越大；游離氨基酸總量呈下降趨勢，在4 次凍融后下降顯著（P＜0.05），對滋味呈積極貢獻的鮮甜味或微苦味氨基酸的含量隨凍融次數的增加而下降，對滋味呈消極貢獻的呈苦味、硫味、略帶甜味的氨基酸含量隨凍融次數的增加而上升， EUC值則隨凍融次數的增加呈下降趨勢，對鮮味有輔助作用的Na+含量降低。

綜上，隨著凍融次數的增加，冷凍羅非魚片中的呈鮮味物質的含量下降，呈苦味物質的含量上升，其整體滋味逐漸變差，綜合感官評價可知在4 次凍融時令消費者無法接受。該結論可為冷鏈流通過程中呈味物質的變化提供參考，并可根據該階段性結論為冷鏈流通過程后續的品質調控研究提供理論依據。