加工方法对方格星虫肉营养组分及特征风味的影响

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(1.钦州学院食品工程学院,广西钦州 535011; 2.钦州学院,广西高校北部湾特色海产品资源开发与高值化利用重点实验室,广西钦州 535011; 3.钦州学院海洋学院,广西钦州 535011)

方格星虫(Sipunculusnudus)别名光裸星虫,俗称沙虫,隶属于星虫动物门方格星虫科方格星虫属,广泛分布在我国沿海区域,其中以广西北部湾海域分布量最为丰富[1-3],具有重要的经济价值。据记载,方格星虫味甘、咸,性寒,具有滋阴补虚、养颜补肾、解烦渴、降血压、提高免疫及清肺降火等功效[4-5],可缓解肾虚、肺虚、阴虚、多痰、盗汗、妇女乳汁稀少以及夜尿频繁等症状[6-8],且方格星虫酶解产物具有降血脂、抗肿瘤、提高免疫力、美容养颜、延缓衰老等作用,在溶栓药物、抗凝血药物及抗衰老药物上均有应用[9-11]。因此,科学评定加工过程中方格星虫肉营养成分的变化情况,对方格星虫加工技术的发展具有重要意义。

目前,国内对方格星虫的研究主要集中在其营养成分分析、繁殖生物学及食用功能性等方面[12-14];养殖产地[5]和发育阶段[15]对方格星虫营养成分含量的影响,及不同肉体部位的营养成分含量差异性[16]均已有研究报道,然而,不同加工方式对方格星虫肉营养成分变化的研究鲜有报道。电子鼻多用于测定样品的整体风味信息,能对各样品的整体香气特征进行比较,可从宏观上研究样品的风味;电子鼻技术在水产品鲜度评价、加工风味变化等方面已有广泛应用研究[17],然而,电子鼻对方格星虫加工前后特征风味的变化研究鲜有报道。

目前,我国对方格星虫的工业化加工利用较少,经调研,广西地区多采用水煮、蒸煮两种烹饪方法对方格星虫肉进行加工。因此,实验主要研究水煮或蒸煮加工前后方格星虫肉营养成分含量及特征风味变化情况,进而探索方格星虫肉的最佳加工方式,以期为方格星虫加工技术的开发及相关产品标准制定提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

方格星虫(体长(10±1.6) cm,体宽(1±0.3) cm,体质量(9±1.8) g) 采自钦州茅尾海海域;硫酸、石油醚、氢氧化钠、硫酸铜、硫酸钾、硼酸、乙醇、蒽酮等 均为分析纯。

Kjeltec2300全自动定氮分析仪和Soxtec2050全自动脂肪测定仪 瑞士FOSS公司;L8900氨基酸自动分析仪 日本日立公司;TU-1810紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;PEN3便携式电子鼻 德国Airsense公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备 将方格星虫去内脏、清洗、沥干,备用。未加热处理的方格星虫作为对照组。

水煮方法:称取一定质量(m)的方格星虫和一定体积(V)的水(m∶V=1∶50 g/mL),水沸后加入方格星虫煮3 min,沥干,分别测定水煮后方格星虫肉中水分、灰分、总糖、脂肪、蛋白质和氨基酸的含量。

蒸煮方法:称取一定质量(m)的方格星虫和一定体积(V)的水(m∶V=1∶50 g/mL),水沸后将方格星虫放入蒸笼,隔水蒸煮3 min,沥干,分别测定蒸煮后方格星虫肉中水分、灰分、总糖、脂肪、蛋白质和氨基酸的含量。

1.2.2 测定方法

1.2.2.1 一般营养成分的测定 水分含量测定采用直接干燥法,参考GB/T 5009.3-2016;粗灰分含量测定采用灼烧称重法,参考GB/T 5009.4-2016;粗蛋白含量测定采用凯氏定氮法,参考GB/T 5009.5-2016;粗脂肪含量测定采用索氏抽提法,参考GB/T 5009.6-2016;总糖含量测定采用蒽酮比色法[18-19]。

1.2.2.2 氨基酸的测定 采用氨基酸自动分析仪法[20],参照GB/T 5009.124-2016。

1.2.2.3 电子鼻的分析测定 PEN3便携式电子鼻含有10个不同的金属氧化物传感器,用于分析不同挥发性组分。分别称取搅碎后的新鲜、水煮、蒸煮样品2.00 g,置于20 mL顶空瓶中,加盖密封,于50 ℃水浴中加热10 min后进行电子鼻分析,检测时间60 s。采用Winmuster软件进行数据采集、主成分分析(principal component analysis,PCA)和传感器负荷加载分析(Loadings)[21]。

1.3 数据统计分析

2 结果与分析

2.1 不同加工方式对方格星虫肉营养成分含量的影响

不同加工方式对方格星虫肉一般营养成分含量的影响如表1所示。新鲜方格星虫肉水分含量为76.72%,蛋白质含量为22.04%。水煮、蒸煮处理均使新鲜方格星虫肉营养成分含量降低,其中,水分、灰分、总糖与蛋白质含量显著降低(p<0.05),而脂肪含量变化无显著性差异(p>0.05)。

表1 不同加工方式对方格星虫肉营养成分含量的影响(g/100 g,湿基)Table 1 Effects of different processing methods on the contents of nutritional components for Sipunculus nudus(g/100 g)

水煮或蒸煮处理均降低了方格星虫肉水分含量,这是因为两种处理均使方格星虫肌肉受热收缩产生压力差,迫使肌球蛋白和肌动蛋白次级键作用结合的水分、肌纤维间隙的自由水排出,这种脱水现象导致方格星虫肌肉含水率降低[22-24]。蒸煮和水煮处理均降低了方格星虫肉灰分含量,其中水煮导致的灰分损失量显著大于蒸煮加工方式(p<0.05),表明不同加工方式均可促进一些可溶性盐等灰分成分溶于水,而减少了肉中的灰分含量[25],且水煮引起的盐溶出率高于蒸煮。方格星虫肉脂肪含量较低,且水煮和蒸煮处理对脂肪含量无显著影响。方格星虫肉总糖含量较低,在蒸煮或水煮加工过程中,水溶性总糖溶出,显著降低了肉中总糖含量(p<0.05),但加工方式对其总糖含量无显著影响。方格星虫肉蛋白质含量较高,且水煮、蒸煮处理显著降低了蛋白质含量(p<0.05),主要是因为方格星虫肉中的水溶性蛋白和盐溶性蛋白在水煮或蒸煮过程中溶出,造成总氮损耗较大[23-26]。其中,蒸煮处理引起的方格星虫蛋白质损失量显著大于水煮处理(p<0.05),可能是因为蒸煮过程中的水蒸汽热量高于水煮过程中的沸水热量,导致部分蛋白质热降解而溶于水中,进而减少了肉中蛋白质含量。

2.2 不同加工方式对方格星虫肉氨基酸组成与含量的影响

不同加工方式对方格星虫肉氨基酸组成及含量分布情况如表2所示。新鲜方格星虫肉含有17种氨基酸,其中必需氨基酸7种,鲜味氨基酸5种,与董兰芳等[16]研究结果一致;新鲜方格星虫肉中总氨基酸含量(∑AA)为7.02 g/100 g鲜重,必需氨基酸含量(∑EAA)为0.94 g/100 g,鲜味氨基酸含量(∑UAA)为4.76 g/100 g,且∑EAA/∑AA 为13.42%,∑UAA/∑AA 为67.91%,与张桂和等[12]报道的方格星虫鲜味氨基酸含量较高的结论一致。然而,张桂和等[14]检测到方格星虫肉含有18种氨基酸,这种结果差异主要是因为样品处理方法不同,本实验采用酸水解法破坏了色氨酸,因此在氨基酸评价时不包括色氨酸。从表2可知,两种加工方式对必需氨基酸、总氨基酸与鲜味氨基酸含量变化均有一定程度的影响,其中,水煮引起的总氨基酸损失量3.43 g/100 g，小于蒸煮处理引起的总损失量3.59 g/100 g;水煮和蒸煮处理均使∑EAA/∑AA与∑EAA/∑NEAA降低,但∑UAA/∑AA比例增加,说明在加工过程中,虽氨基酸总量降低,但鲜味氨基酸占总氨基酸的比例却显著提高,增强了肉的鲜味。

表2 不同加工方式对方格星虫肉氨基酸的组成及含量的影响(g/100 g,湿基)Table 2 Effects of different processing methods on the composition and contents of amino acids for Sipunculus nudus(g/100 g)

相关文献[27-29]报道了热处理可使多糖裂解形成还原糖,并与氨基酸发生美拉德反应,从而显著减少氨基酸种类和含量。水煮或蒸煮处理3 min后,方格星虫肉中氨基酸种类减少,且含量明显降低。经水煮加工后,方格星虫肉中可检测到的氨基酸种类由17种减少至9种,其中Ter、Ala、Tyr、Cys、Val、Met、Phe、Ile 8种氨基酸(包含5种EAA)未检出(含量低于本方法检测阈值),可能在水煮加工过程中蛋白质溶出或与美拉德反应导致氨基酸种类和含量减少有关[27-29];水煮后方格星虫肉∑EAA为0.27 g/100 g,∑AA为3.59 g/100 g,∑UAA为2.74 g/100 g;其中∑EAA/∑AA为7.59%,与新鲜方格星虫肉相比降低43.44%,而∑UAA/∑AA为76.46%,与新鲜方格星虫肉相比显著升高,这是因为水煮处理后肉中鲜味氨基酸含量的减少率(42.44%)小于总氨基酸减少率(48.86%)。经蒸煮加工后,方格星虫肉中氨基酸种类减少至10种,其中Ala、Tyr、Cys、Val、Met、Phe、Ile 7种氨基酸(包含4种EAA)未检出(含量低于本方法检测阈值),可能与蒸煮过程中的蛋白质溶出或与美拉德反应导致氨基酸种类和含量减少有关[27-29];蒸煮处理后方格星虫肉∑EAA为0.31 g/100 g,∑AA为3.43 g/100 g,∑UAA为2.54 g/100 g;其中∑EAA/∑AA为8.92%,与新鲜方格星虫肉相比降低33.53%,而∑UAA/∑AA为73.96%,高于新鲜方格星虫肉,低于水煮处理的方格星虫肉,说明水煮加工方式相对于蒸煮加工方式,能够增加肉中的鲜味氨基酸相对含量(∑UAA/∑AA)。

2.3 电子鼻分析

2.3.1 传感器的G/G0响应值分析 电子鼻检测主要是根据传感器接触到样品挥发物后,电导率G发生变化,与初始电导率G0的比值(G/G0)随之变化[21]。响应值G/G0越偏离1(小于或者大于1),表示响应气体浓度越大,G/G0值接近甚至等于1表示没有感应气体或气体浓度低于检测线。水煮或蒸煮处理后方格星虫肉整体风味的变化,可通过电子鼻的不同传感器在56 s处的响应值及其变化来表示。由表3和图1可知,S1、S3、S4、S5与S8传感器响应值均在1左右,且G/G0值变化不大,说明加工前后方格星虫肉均含有较少的芳香苯类、氨类、氢气、烷烃和乙醇类气体;而S2、S6、S7、S9与S10传感器G/G0值增大,且均大于1,说明水煮或蒸煮处理均使方格星虫肉中氨氧化物、甲烷、硫化氢、芳香烷烃类挥发性成分含量增加,其中氨氧化物与硫化氢类物质含量增加明显。

表3 不同加工方式对方格星虫肉气味响应值的影响Table 3 Effects of different processing methods on response values of odor for Sipunculus nudus

图1 气味响应雷达图Fig.1 Radar chart of response values of odor

2.3.2 PCA分析 加工前后方格星虫肉电子鼻响应值的PCA分析结果如图2所示。第一主成分PC1的贡献率为97.77%,PC1与PC2的贡献率之和为99.84%,表明PCA分析能较好地反映原始高维矩阵数据的信息,可有效区分加工前后方格星虫肉特征风味的变化。从不同处理的方格星虫肉样品与新鲜的方格星虫肉原样之间的距离上来看,新鲜与水煮处理的数据点相对集中,其整体风味轮廓较为相似,蒸煮处理的数据点与新鲜、水煮的数据点距离较远,差异主要体现在第1主成分轴上，说明蒸煮处理后方格星虫肉的气味成分差异显著,而水煮处理的方格星虫肉的气味成分差异不显著。为明确不同加工处理前后风味成分及含量的变化,后续将采用GC-MS对挥发性风味物质进行进一步定性和定量分析。

图2 不同加工方式方格星虫肉电子鼻PCA图Fig.2 Principal component analysis of different processing methods for Sipunculus nudus

2.3.3 Loadings分析 由图3可知,S1、S3、S4、S5传感器的响应值在横纵坐标均接近于零,说明其信号变化较弱,贡献率较小,即芳香苯类、氨类、氢气、烷烃对PCA的贡献率较小。S2、S7、S9传感器在第1、第2主成分上贡献率均较大,是区别加工前后方格星虫肉气味的主要传感器,说明氨氧化物、硫化氢类是方格星虫肉加工处理后产生的最主要挥发性成分,这与前文不同传感器响应值的研究结果相吻合。

图3 不同传感器第1主成分和第2主成分的载荷分析 Fig.3 Loadings analysis related to the PC1 and PC2 responed by different sensors

3 讨论

不同加工方式(水煮和蒸煮)均降低了方格星虫肉水分含量和蛋白质含量,相关研究报道了蒸煮处理太平洋柔鱼[23]、金枪鱼肉[24]和水煮处理细点圆趾蟹[25]、南极磷虾[26]后,水分含量和蛋白质含量均显著降低,与本研究结果一致。不同加工方式对方格星虫肉脂肪含量无显著影响,这与卜俊芝等[25]发现水煮对细点圆趾蟹肉脂肪含量影响较小的结论一致。另外,不同加工方式影响方格星虫肉营养成分含量(蛋白质、水分含量等),导致蛋白质变性、肉质水分流失,进而影响肉体质地、营养及特征风味物质形成。孙丽[24]发现蒸煮影响金枪鱼肉蛋白质组分及水分含量,分析了蛋白质组分变化与质构特性间的关系;荣建华[30]的研究结果表明热加工影响脆肉鲩质构特性,改变了肉质挥发性风味成分;所以实验需进一步探讨不同加工方式下，方格星虫肉蛋白质组分及水分含量变化与质构特性之间的关系,并采用GC-MS结合嗅闻技术定性定量分析挥发性风味成分变化,为方格星虫加工技术的开发提供理论参考。

两种加工方式均减少了方格星虫肉氨基酸含量,但蒸煮引起的氨基酸损失量大于水煮,因此,选取水煮加工可减少方格星虫氨基酸损失量。此外,方格星虫经水煮或蒸煮后,由于肉质营养成分溶出而使水煮液和蒸煮液均含有一定量的营养成分,例如蛋白质、多糖和灰分等,且含有必需氨基酸和鲜味氨基酸,因此,实验需进一步回收水煮液和蒸煮液蛋白质用于开发海鲜调味品或功能性饮料等产品。

4 结论

水煮或蒸煮处理均显著降低了新鲜方格星虫肉的水分、灰分、总糖、蛋白质和氨基酸含量,其中,必需氨基酸占总氨基酸的比例显著降低,而鲜味氨基酸占总氨基酸的比例显著升高,增强了方格星虫的鲜味。电子鼻分析能够区分加工前后方格星虫肉的整体风味,且水煮或蒸煮处理均使方格星虫肉中氨氧化物、甲烷、硫化氢、芳香烷烃类挥发性成分含量增加,其中氨氧化物与硫化氢类物质含量明显增加。后续将进一步考察不同加工方式下，方格星虫肉蛋白质组分变化与质构特性的关系，以及定性定量分析挥发性风味成分变化,为进一步高效利用和开发方格星虫产品提供理论参考。