南极磷虾虾糜热加工过程中的风味变化

李苗苗,王 玉,薛 勇,李兆杰,薛长湖

(中国海洋大学食品科学与工程学院,山东青岛 266003)

南极磷虾(Euphausiasuperba)是一类生活在南极的浮游动物,是地球上数量最大的单种生物资源,每年采捕量可达1亿吨,相当于全球海洋鱼类和甲壳类的捕捞总量,目前主要通过远洋捕捞来获得,由于磷虾体内含有高活性的自溶酶,采捕后机体迅速发生自溶,导致南极磷虾的加工价值大大降低。因此,捕捞后的南极磷虾会被迅速加工成为冷冻原料虾、磷虾虾糜或者磷虾粉等,运回陆上,进行加工处理[1-3]。

南极磷虾约含有10%～14%的粗蛋白和0.5%～3.6%的粗脂肪,可作为重要的蛋白质和脂肪来源,是一种生物量和应用潜力都非常大的新型食品原料[4]。随着南极磷虾探捕并统筹发展磷虾产业,南极磷虾经脱壳、喷淋、脱水、冻结等工序生产的南极磷虾虾糜,可以直接作为水产制品的原料或配料高值化利用。在开发的不同时期,其产品形式不断革新:在南极磷虾渔业发展初期,南极磷虾产品主要为冷冻虾,在渔业饲料及肥料原料中具有广泛的应用;通过引入发酵技术,开发了虾酱系列产品等;随着海洋资源精深加工技术的进一步发展,又相继开发了南极磷虾粉和具有高附加值的南极磷虾油,南极磷虾蛋白活性肽、虾青素、甲壳素等产品[5];作为尚未被充分开发利用的巨大的蛋白资源,通过生物技术将其脱氟后成为可食用蛋白,制备更有益于健康的海洋食品[6]。现今推出的各种类型的南极磷虾风味制品大多含有浓郁的南极磷虾的味道,食用后容易使人产生不悦的风味感受。但目前在对南极磷虾风味成分的研究中,多集中在整虾、虾仁、冷藏过程中风味的变化上[7],而对于热加工过程中南极磷虾虾糜的挥发性风味变化以及风味改良尚无确切报道。

本文以未经热处理的生南极磷虾虾糜作为对照组,对南极磷虾虾糜进行蒸煮处理,取蒸煮液和蒸煮后脱水的虾糜,并将部分蒸煮后脱水的虾糜烘炒,采用电子鼻技术区别风味的变化,同时采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术鉴定了样品在不同处理后的风味成分。通过对比风味成分的差异与变化,为南极磷虾虾糜在水产制品中的风味改良提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

南极磷虾虾糜 捕获后在加工船上采肉制作为南极磷虾虾糜,-18 ℃冻结储运至实验室,-30 ℃冻藏备用,由中国水产集团提供。

AB135-S型精密电子分析天平 瑞士梅特勒-托利多公司;DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器 邦西科技有限公司;TDL-5-A 型低速大容量离心机 上海安亭科学仪器厂,50/30 μm二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷(DVB/CAR/PDMS)萃取头、SPME手动进样柄、HP-5MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm) 美国Supelco公司;6890N-5973i型气相色谱-质谱联用仪 美国安捷伦公司;PEN3型电子鼻 德国 Airsense公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备 取-30 ℃冻藏的南极磷虾虾糜,4 ℃解冻4 h,取生南极磷虾样品A。将南极磷虾虾糜置于蒸锅中,蒸15 min。取出蒸熟后的虾糜,静置冷却至室温后,5000 r/min离心15 min,得沉淀物蒸煮南极磷虾虾糜B和蒸煮液C。

将沉淀物蒸煮南极磷虾虾糜在炒锅中烘炒5 min,制得样品烘炒南极磷虾虾糜D。

1.2.2 电子鼻检测条件 测定时间70 s;顶空温度25 ℃;内部流量300 mL/min;进样流量300 mL/min。每个样品重复测定3次。

1.2.3 挥发性风味物质分析

1.2.3.1 固相微萃取方法 称取样品放入20 mL顶空瓶中,水浴60 ℃平衡5 min,将固相微萃取萃取头插入到顶空瓶中顶空60 ℃吸附30 min,萃取完成后气相色谱-质谱(GC-MS)进样口解析。

1.2.3.2 GC-MS分析条件 色谱条件:色谱柱:HP-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);程序升温:初温35 ℃,保持3 min,以8.0 ℃/min升温至250 ℃,保持10 min;进样口和汽化室温度均为250 ℃;载气为He,体积流量 1.3 mL/min,不分流。

1.2.3.3 质谱条件 电子轰击离子源;电子能量70 eV;接口温度280 ℃;离子源温度230 ℃;扫描周期2.84次/s;质量扫描范围m/z 50～500。

1.3 数据处理

电子鼻数据分析:采用Winmuster软件进行数据采集与处理,取稳定后第65～70 s间的数据信息进行分析,使用Origin 8.1软件作图;GC-MS定性:样品挥发性成分通过气相色谱分离后,采用质谱仪进行分析鉴定,通过NIST标准谱库进行未知化合物检索匹配,当鉴定结果的正反匹配度均大于800(最大值1000)时,匹配出物质名称;GC-MS半定量分析:通过Excel软件进行数据处理,其中色谱图中因为萃取头、顶空瓶隔垫等带来的硅氧烷类杂峰和非嗅感物质杂峰统一扣除,计算挥发性风味物质的总峰面积,采用面积归一化法进行半定量分析。

2 结果与分析

2.1 电子鼻检测结果

不同加工处理的南极磷虾虾糜对传感器的响应值雷达图如图1所示,从雷达图中可以看出，电子鼻的十根传感器对4种样品的挥发性物质都有明显响应,同时对各样品的响应强度各不同。不同样品风味轮廓之间存在明显差异,响应值变化较为明显的传感器分别是R(2)、R(3)、R(6)、R(8)和R(9),且由表1可知它们的敏感物质为氮氧化合物,醇类、醛酮类,含硫有机无机化合物等,说明热加工处理,对南极磷虾虾糜的风味化合物的变化有一定影响。

图1 电子鼻对四种样品的雷达图Fig.1 Radar chart of 4 kinds of samples by electronic nose

表1 电子鼻传感器对物质响应类型[8-9]Table 1 Type of material response of electronic nose sensors

2.2 挥发性成分相对含量

通过GC-MS检测,并经NIST谱库检索分析,得到南极磷虾虾糜挥发性风味成分鉴定结果,见表2。南极磷虾虾糜及其蒸煮液中共分离鉴定出100余种挥发性风味物质,主要由醛类、酮类、酸类、醇类、吡嗪类、烃类及含氮、硫类化合物组成,其中对南极磷虾虾糜风味影响较大的是醛酮类、醇酚类、吡嗪类、含氮化合物及含硫化合物。

表2 挥发性风味成分相对含量和感官描述Table 2 Relative content and sensory discription of volatile compounds

续表

续表

2.2.1 醛酮类化合物的变化 在A、B、C、D四组样品中分别检测到8种、8种、13种,8种醛类物质。蒸煮处理后,正辛醛、癸醛、3-甲硫基丙醛、2-己烯醛等醛类物质,集中出现在蒸煮液中,在蒸煮后的南极磷虾虾糜中未检测到,推测这可能与这些醛类的水溶性及挥发性有关;与此同时,在蒸煮后的南极磷虾虾糜中,检测到了3-甲基丁醛、异戊烯醛、羊脂醛、苯甲醛、苯乙醛等醛类物质。这些醛类化合物主要由氨基酸的脱氨基作用生成,如亮氨酸经脱氨基作用转变成3-甲基丁醛或2-甲基丙醛,氢过氧化物的降解产生烯醛[12]。己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛饱和的直链醛通常会产生一些令人不愉快的、辛辣的刺激性气味[13],在本实验中,这些直链醛大多集中在蒸煮液中,在经烘炒处理的南极磷虾虾糜中含量较低,结合电子鼻实验,热加工处理后,醇类、醛酮类响应值变化较为明显,原因可能是产生青草味、脂肪味、肥皂味、苦味、刺激性气味的直链醛转移在了蒸煮液中。因此推测醛类成分的变化可能是南极磷虾虾糜在热加工处理后有明显的风味变化的主要原因之一。

酮类可能是通过氨基酸的Strecke降解以及不饱和脂肪酸的热氧化或降解作用而产生的[10]。烘炒处理后的南极磷虾虾糜的检测出异戊基丙酮,2-庚酮,2-辛酮,1-戊烯-3-酮,苯乙酮等酮类物质。检出的2-庚酮对南极磷虾虾糜中果香风味有贡献,并且随着碳链的增长会给出更强的花香特征[14],而烯酮类化合物如实验中所确定的1-戊烯-3-酮是在加热期间生成的、脂质氧化的产物,并且有玫瑰香味的气味特征[15]。热处理前后挥发性物质醛酮类成分中2-甲基丙醛、庚醛和3-甲硫基丙醛分别贡献了坚果香、花果香和虾肉香,同时己醛产生的青草味也可能是蒸煮液产生腥味的原因。故醛酮类成分的变化可能是导致南极磷虾虾糜热处理反应前后风味变化的主要原因之一。

2.2.2 醇类化合物的变化 醇类物质,通过羰基化合物还原生成,或由脂肪酸的降解产物氢过氧化物的分解、脂肪的氧化分解和脂质氧化酶对脂肪酸的作用来生成[11]。其中短链醇类物质具有较高的阈值,对风味贡献度不大;而长链醇,如辛醇、庚醇等,因其较低的阈值,对食品的风味有较大的贡献。GC-MS实验检测出多种醇类化合物,在检出的醇类成分中,1-戊烯-3-醇是烘炒后南极磷虾虾糜的有效气味成分,具有烤洋葱的香味,与南极磷虾虾糜虾香味的产生有关[16]。本实验中检测到的戊醇、辛醇等饱和醇多见于一些经蒸煮处理的甲壳类动物及鱼肉的挥发性物质中,这可能是脂肪在加热过程中氧化分解生成的或是羰基化合物还原生成醇的缘故。从表2中可以看出在蒸煮液中饱和醇异辛醇的百分含量为3.39%,所占的浓度比较高,由于异辛醇阈值为0.0093,其阈值较低,对南极磷虾虾糜蒸煮液中的刺激性特征风味有一定的贡献。因此推测采用蒸煮方式处理南极磷虾虾糜后,分离蒸煮液与沉淀物,可能有利于去除南极磷虾虾糜中的刺激性气味。

2.2.3 酸类化合物的变化 南极磷虾虾糜中的酸类化合物可能由以下两种途径产生:一种是脂质氧化引起;另一种途径是虾死后体内微生物无氧呼吸产生的酸类物质。南极磷虾虾糜热处理前酸类物质含量较高,相对峰面积达到11%,蒸煮后酸类物质主要集中在蒸煮液中,相对峰面积约10%,烘炒后酸类物质相对含量明显降低。热加工处理前后出现明显变化的有机酸主要为肉豆蔻酸和乙酸。烘炒后,酸类物质化合物含量较低,推测酸类成分对烘炒后的南极磷虾虾糜风味贡献较小[17]。

2.2.4 吡嗪类化合物的变化 从GC-MS结果可以看出,在烘炒的南极磷虾虾糜中检测到多种吡嗪类物质,可能来源于氨基酸或氨与二羰基化合物之间的缩合反应[18],也可能来自烘炒中的美拉德反应[19]。吡嗪类化合物是一种非常重要的风味成分,风味阈值相对较低[20],一般具有烤香、坚果香、爆玉米花、咖啡等香味特征;尽管它不具有肉香味特征,但却是肉味香精和调味基料配方中常用的香料,能使食品呈现烧烤香味且整体香味更饱满,赋予食品浓郁的肉香味[21]。经过烘炒处理后,南极磷虾虾糜样品中检测出多种的吡嗪类化合物,反应前挥发性成分中几乎不含吡嗪类物质,推测虾糜在高温下通过美拉德反应,产生2,5-二甲基吡嗪,2,3-二甲基吡嗪,2-乙基-5-甲基吡嗪,2,3,5-三甲基吡嗪,2-甲基吡嗪,2-乙基-3,5-二甲基吡嗪等吡嗪类化合物,对产物中烤香味、坚果香味贡献显著。因此,赋予产品烤香味的吡嗪类化合物的产生对烘炒处理后南极磷虾虾糜的风味变化可能有较大贡献,这一变化可能是导致热加工处理前后风味不同的重要原因。

2.2.5 胺类(含氮化合物)的变化 含氮化合物中,三甲胺是热加工处理后含量相对较多的种物质。水产品中的三甲胺由氧化三甲胺在酶和微生物的作用下产生,水产品的新鲜度越低,含量越高,三甲胺与鱼贝虾等腥味的产生有关。其挥发性与pH和温度有关,pH在5.8～6.4时挥发率为0.2%～0.5%,温度越高,挥发性也随之提高[22]。从表2可以看出,经过热加工处理,与未热处理的生南极磷虾虾糜相比,蒸煮南极磷虾虾糜、蒸煮液以及烘炒后的南极磷虾虾糜中三甲胺的挥发性程度均有较大幅度升高,这一结果与电子鼻实验保持一致。

2.2.6 呋喃类化合物的变化 呋喃类化合物,由脂肪酸的氧化作用生成,也可以通过Heyns化合物(或 Amadori化合物)通过1,2-烯醇化途径产生[23],是肉类食品加工过程中重要的添加剂。一般呈现出甜香、坚果香、焦糖香和水果香,对食品风味的形成有重要贡献,另外含硫呋喃类化合物呈现肉香,呋喃类化合物阈值非常低[24],对烘炒后南极磷虾虾糜的风味形成有重要影响作用。

3 结论

南极磷虾虾糜热处理前后挥发性成分组成复杂:主要有醛类、酮类、酯类、醇类、酚类、酸类、呋喃类、含氮化合物、烃类及吡嗪类等。未经热处理的生南极磷虾虾糜直接用于食品的生产加工,会给产品带来令人不悦的风味。经热加工处理后,青草味、肥皂味、脂肪味、刺激性风味骤减,并通过烘炒处理产生烘烤香味和肉香味风味物质。实验认为蒸煮和烘炒等热加工预处理方式在一定程度上可以去除南极磷虾虾糜的不良风味:挤压蒸煮后南极磷虾虾糜的水分得到的样品,可去除青草味、肥皂味、脂肪味、刺激性气味;烘炒蒸熟的南极磷虾虾糜,会产生大量的吡嗪类物质,赋予南极磷虾虾糜浓郁的烘烤香味和肉香味,克服南极磷虾虾糜在加工过程中的不良风味影响。在未来的南极磷虾风味制品加工中,可考虑先将南极磷虾虾糜进行蒸煮并去除水分,再进行烘炒等预处理操作,可以为制品提供烘烤香味、肉香味等风味,改善制品的风味。