养殖密度对斑节对虾肌肉品质的影响

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(1.天津农学院食品科学与生物工程学院,天津 300384; 2.天津农学院水产学院,水产生态及养殖重点实验室,天津 300384; 3.天津农学院动物科技学院,天津 300384)

在工厂化水产养殖中,养殖密度影响着水产动物的生存生长、福利健康等[1],提高养殖密度,可以增加产量、降低生产成本,但养殖密度过高,水产动物会产生应激生理反应和种内竞争等,影响其生长存活和生理代谢[2]。因此控制合适的养殖密度对水产养殖业的发展和水产品品质的提高具有重要意义。

目前,关于养殖密度对水产动物影响的研究主要是养殖密度对其生理代谢影响的研究[3-6],Liu等[7]对大菱鲆(Turbot)的研究表明,高密度养殖大菱鲆的特定生长率(specific growth rate,SGR)和平均体重都低于低密度组和中密度组;氧化应激和代谢分析表明,高密度组大菱鲆肝脏内的抗氧化物质在成长过程中均明显减少。Liu等[8]对大西洋鲑鳟(Atlantic salmon)也进行了研究,研究发现高密度组大西洋鲑鳟的终体质量、SGR均显著低于低密度组(p<0.05),饲料消耗比(Feed conversion ratio,FCR)显著高于低密度组(p<0.05);高密度组的血糖水平、超氧化物歧化酶活性和皮质醇含量均显著高于低密度组和中密度组(p<0.05);仅少数学者研究了养殖密度对水产动物肌肉基本成分的影响,肖鸣鹤等[9]对克氏原螯虾(Procambarusclarkii)的研究发现,在5种养殖密度下(50、100、300、600、900尾/m2),克氏原螯虾的水分含量差异较小,粗蛋白随养殖密度的升高呈增高的趋势,粗脂肪含量呈降低的趋势;步艳等[10]以大杂交鲟幼鱼(达氏鳇♀×史氏鲟♂)为研究对象,以不同的养殖密度(40、70、93、110尾/m2)经过60 d饲养发现,水分和灰分含量随养殖密度的增大呈升高趋势,粗蛋白和粗脂肪则呈下降趋势;任源远等[11]对施氏鲟(Acipenserschrenckii)幼鱼进行了研究,养殖密度设置为5.5、8.0、11.0 kg/m2,研究发现肌肉中的粗蛋白和粗脂肪随养殖密度的增大而显著降低(p<0.05),而水分和灰分的变化不明显。目前尚未检索到国外关于养殖密度对水产动物肌肉品质影响的报道,国内关于这方面的研究仅局限于对营养组分的比较,且研究结果仍存在较大差异,养殖密度对斑节对虾肉质特性和风味的影响鲜有报道。该方面的研究对水产养殖和水产品品质的提高有重要意义,有必要进一步研究。

斑节对虾(Penaeusmonodon),联合国粮农组织通称大虎虾,具有广盐性、耐高温、耐低氧、耐储运和抗病力强等优点[12],肉质鲜美,营养丰富。本研究以斑节对虾为对象,分析不同养殖密度的斑节对虾肌肉的基本营养组成、持水力、感官品质和质构特征的差异,并利用电子鼻和电子舌对其风味差异进行分析,以期为斑节对虾选择合适的养殖密度、提高营养品质提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

斑节对虾 于2017年4月购于中国水产科学院南海水产研究院(“南海1号”苗种，长度(1.94±0.06) cm)，在天津市恒迁水产养殖有限公司的工厂化养殖车间进行养殖，养殖密度分别为100、200、300尾/m2，编号M1、M2、M3；商品饵料 营养成分为粗蛋白≥42%、粗脂肪≥5.5%、粗灰分≤16%、水分≤11%;氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸、乙酸镁溶液(240 g/L)、硫酸铜(CuSO4·5H2O)、硫酸钾、浓硫酸、葡萄糖、亚铁氰化钾、已酸锌、硼酸、甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂、亚甲基蓝指示剂、95%乙醇、磺基水杨酸、高氯酸、氨水、磷酸氢二钠、磷酸二氢 均为分析纯,购自国药集团化学试剂有限公司。

Z323K型高速冷冻离心机 德国HERMLE公司;TA.XT.plus质构测试仪 英国SMSTA公司;UDK159半微量凯式定氮仪 意大利Velp公司;Astree型电子舌 法国Alpha MOS公司;PEN3便携式电子鼻系统 德国Airsense公司。

1.2 实验方法

1.2.1 实验材料养殖及预处理 设置水体溶氧量>5 mg/L、透明度30～40cm、养殖周期84 d,水温26～28 ℃,盐度25‰,以人工配合饵料投喂。取样时,3种密度的虾分别从3个养殖池塘取样(设置3个重复,每个重复取样2 kg,以确保实验样品充足),加水充氧保活运到实验室,每组(3个养殖密度,每个密度分3个养殖池取样,共9组)取活虾30尾,放入已沸腾的蒸锅中蒸制3 min后取出,冷却后立即进行感官评价(20尾)和质构分析(10尾);各组其余虾加冰猝死后,去头去壳去肠腺,取其肌肉用自封袋包装,取一部分立即测其持水力;剩余虾贮存在-80 ℃超低温冰箱中,两周内进行电子鼻和电子舌分析,以及水分含量、总蛋白、总糖、灰分基本营养成分分析。

1.2.2 基本营养成分 水分含量的测定采用GB 5009.3-2016[13]中的直接干燥法;灰分的测定采用GB 5009.4-2016[14]中的第一法;粗蛋白的测定采用GB 5009.5-2016[15]中的凯氏定氮法;总糖的测定采用GB/T 9695.31-2008[16]中的分光光度法。

1.2.3 持水力 称取2.0 g左右的样品,用干燥的滤纸包裹样品放入10 mL离心管中,在2000×g,4 ℃条件下离心15 min,立即去掉滤纸并称重,根据如下公式计算持水力。

持水力(%)=[肉样质量×水分含量-(离心前肉样质量-离心后肉样质量)]/(肉样质量×水分含量)×100

1.2.4 感官评价 参考王士稳[17]的方法并稍作改动。感官评价小组由12人组成,男女各6人。实验开始前,先对评价小组人员进行培训,使每个人掌握虾肉气味、滋味和质地特性的区分及评分方法,形成统一的评价标准(如表1所示),按照标准进行正式感官评价。每一项指标的得分为去掉最高分和最低分后的平均值。

表1 斑节对虾的感官品质评价标准Table 1 The sensory evaluation standard of Penaeus monodon

各组分别选取大小一致的斑节对虾20尾,放入已沸腾的蒸锅中蒸制3 min后立即取出,冷却至室温后进行感官评价,评分结果采用9分制。

1.2.5 质构分析 各组分别选取大小一致的斑节对虾10尾,放入已沸腾的蒸锅中蒸制3 min后立即取出,冷却至室温后,取虾背部肌肉前两节进行质构分析。以TPA模式对硬度、弹性、咀嚼度、紧密性进行测定,选用P/35探头,直径35 mm,测试前速度、测试速度、测试后速度均为1 mm/s,样品压缩形变量为40%,触发力为5 g。每个样品平行测定10次,结果取其平均值。

1.2.7 电子鼻分析 本实验电子鼻检测采用德国Airsense公司PEN3便携式电子鼻系统,该电子鼻含有10个不同的金属氧化物传感器(如表2所示),组成传感器阵列。

表2 10种传感器性能描述Table 2 Performance description of ten sensors

取-80 ℃冻样,4 ℃缓慢解冻后,称取10 g虾肉置于125 mL的一次性样品杯中,双层保鲜膜封口,室温下静置2 min后采用直接顶空吸气法进行测试,直接将进样针头插入含样品的一次性样品杯中进行测定。测定条件:采样时间为1 s/组;传感器自清洗时间为100 s;传感器归零时间为10 s;样品准备时间为5 s;进样流量为400 mL/min;分析采样时间为100 s。采用内置软件进行数据的采集与处理,并进行PCA和荷载分析(Loading analysis)。

1.3 数据处理与统计分析

除感官评价和质构分析两个指标外,营养成分、持水力两个指标平行实验3次。结果都采用SPSS17.0软件进行数据计算和统计分析,保留两位小数,数据表示为平均值±标准差,数据表中同一列或同一行上标不同小写字母表示差异显著(p<0.05),不同大写字母表示差异极显著(p<0.01),相同字母表示差异不显著(p>0.05)。

2 结果与分析

2.1 基本营养成分分析

3种养殖密度下斑节对虾的基本营养组成及持水力测定结果见表3。由表3可知,在本研究设置的养殖密度范围内,随着养殖密度的增高,斑节对虾肌肉中水分含量呈增高的趋势,其中,M3与M2、M1之间的差异分别达到了显著(p<0.05)和极显著(p<0.01)水平,M2与M1之间的差异达到了显著水平(p<0.05);灰分含量在M1和M2之间变化不显著(p>0.05),M3分别与M1、M2相比,均有显著增高的趋势(p<0.05);不同组间的粗蛋白含量呈逐渐降低的趋势,但差异不显著(p>0.05);总糖含量亦呈逐渐降低的趋势,其中,M1与M3之间差异显著(p<0.05),M1与M2、M2与M3之间的差异均不显著(p>0.05)。

表3 3种养殖密度下斑节对虾的基本营养组成及持水力对比Table 3 Comparison of basic nutrition and water holding capacity of Penaeus monodon of three stocking densities

2.2 持水力分析

持水力是指肌肉在贮存或者加工过程中,对自身水分的保持能力和对外加水分的水合能力,持水 力的高低直接关系到肉及其制品的质地、弹性、嫩度、口感以及出品率等。

由表3可知,随着养殖密度的增高,斑节对虾肌肉的持水力呈逐渐降低的趋势,且3组之间的差异均达到了极显著水平(p<0.01),表明养殖密度对斑节对虾肉质的形成有极大的影响。可能是因为过高的养殖密度影响了斑节对虾的生理机能和生长状态,影响了肌原纤维的生长和肌肉组织的形成,导致其肌肉保水能力有所下降。

2.3 感官品质分析

3种养殖密度的斑节对虾的感官品质评价结果见表4。由表4可知,M1和M2的总体得分相同,仅在咀嚼度上两者差异达极显著水平(p<0.01),说明在100尾/m2、200尾/m2条件下养殖的斑节对虾总体上受欢迎程度相当(p>0.05),而M3与M1、M2在总体接受程度上的差异分别达到了极显著水平(p<0.01),说明养殖密度的升高对斑节对虾的整体感官品质有明显影响。在鲜味上,M3显著低于M1和 M2(p<0.05);在甜味和土腥味上,M3低于M1和 M2,但差异不显著(p>0.05);在硬度、弹性和咀嚼度方面,M3均极显著地低于M1和M2(p<0.01)。综合以上分析来看,当养殖密度由100尾/m2升高到200尾/m2时,对斑节对虾的感官品质影响并不大,但当养殖密度升高到300尾/m2时,对斑节对虾肌肉的鲜味、硬度、弹性、咀嚼度和总体接受度影响很大,特别是对硬度、弹性、咀嚼度这3个指标,表明养殖密度对斑节对虾肌肉质构特征影响较大,结合持水力(见表3)的变化证实了这一点。

表4 3种养殖密度下斑节对虾的感官评分结果(分)Table 4 Sensory evaluation scores of Penaeus monodon of three stocking densities(score)

2.4 质构分析

3种养殖密度的斑节对虾的质构分析结果见表5。由表5可知,随着养殖密度的增大,斑节对虾肌肉的硬度、弹性、紧密性和咀嚼度四个指标都呈现出降低的趋势,表明斑节对虾肌肉的质构特性随养殖密度的增大而下降。M1、M2在硬度上的差异达到了显著水平(p<0.05),而M3与M1、M2之间的差异均分别达到了极显著水平(p<0.01);对于弹性,M1和M2之间无显著差异(p>0.05),而M3与M1、M2之间的差异均分别达到了极显著水平(p<0.01);三者在紧密性和咀嚼度上的差异均达到了极显著水平(p<0.01)。通过以上分析可以发现,对于硬度、弹性和咀嚼度3个指标,感官评价得到的结果与质构分析仪测定的结果相一致;在本研究中咀嚼度是硬度、弹性和紧密性三者的乘积,而三者的紧密性存在极显著的差异(p<0.01),这就验证了在感官评价中三者的咀嚼度也存在着极显著的差异(p<0.01)。

表5 3种养殖密度下斑节对虾的质构分析结果Table 5 Texture of Penaeus monodon of three stocking densities

2.5 电子舌分析

2.5.1 PCA分析 图1是三种养殖密度下斑节对虾的电子舌主成分分析图。从图1中可以看出,第一主成分(PC1)与第二主成分(PC2)的贡献率之和达到了98.508%,能够很好地反映3种养殖密度的斑节对虾的实际情况,且PCA识别指数(Discrimination index)为93,表明这3种养殖密度的斑节对虾在滋味上差异明显。在PCA图中,样品间的相对距离越小,表示样品间滋味的差异越小。经分析,M1与M3、M2与M3、M1与M2之间相对距离分别为256.20、143.76、115.47,因此M1与M3间的滋味差异最大,其次是M2与M3,最后是M1与M2。

图1 3种养殖密度下斑节对虾的电子舌主成分分析Fig.1 Principal component analysis of the electronic tongue to Penaeus monodon of three stocking densities

2.5.2 味觉分析 表6是3种养殖密度的斑节对虾各种滋味的相对强度值,电子舌通过软件对信号值的分析,能够在0到12的刻度上比较样品间各种滋味的相对强度。由表6可知,3种养殖密度下的斑节对虾均无酸味(SRS)和苦味(BRS);均检测出轻微的咸味(STS),咸味在感官评价中并没有品尝出,表明电子舌可以弥补人体感官的不足;鲜味(UMS)与感官评价中得到的结果呈现出相同的趋势;在甜味(SWS)上,检测结果显示M2的甜味相对强度值最高,M1次之,M3最低,与感官评价中的结果稍有差异。

表6 3种养殖密度下斑节对虾的各种滋味的相对强度值Table 6 Relative intensity of the different tastes ofPenaeus monodon of three stocking densities

2.6 电子鼻分析

2.6.1 电子鼻对斑节对虾挥发性气味的响应 图2是用电子鼻对三种养殖密度的斑节对虾肌肉的挥发性气味的响应值做成的检测信号雷达图,图中每一条线代表一个传感器对斑节对虾肌肉挥发性成分的响应值,从图中可以看出,6、7、8、9号传感器对斑节对虾肌肉的挥发性气味的响应比其他传感器更为显著,这表明甲烷等短链烷烃(6)、无机硫化物(7)、醇醚醛酮类(8)、有机硫化物和芳香成分(9)是三种养殖密度下的斑节对虾肌肉主要的挥发性风味物质。

图2 电子鼻对三种养殖密度下斑节对虾肌肉的检测信号雷达图Fig.2 Radar map of detection signal of electronic nose to Penaeus monodon of three stocking densities

从雷达图中可以看出,M2和M3的6号传感器响应值显著高于M1;M2和M3的7号传感器响应值显著低于M1;M1、M2、M3的8号传感器响应值相差不大;M1和M2的9号传感器响应值显著高于M3。

2.6.2 PCA分析 图3(a)是三种养殖密度下斑节对虾的电子鼻主成分分析图,从图中可以看出,第一主成分(1 main axis,89.50%)和第二主成分(2 main axis,10.50%)的贡献率之和达到了100%,基本涵盖了样品的全部信息,表明电子鼻可以有效区分三种养殖密度下斑节对虾的挥发性风味;在第一主成分和第二主成分上,M1、M2、M3三者之间均距离较远,均有显著差异,说明养殖密度对斑节对虾肌肉的气味具有明显的影响。

图3 3种养殖密度下斑节对虾的电子鼻主成分分析图和Loadings分析图Fig.3 Principal component analysis and loading analysis of the electronic nose to Penaeus monodon of three stocking densities

2.6.3 Loadings分析 图3(b)是三种养殖密度斑节对虾的Loadings分析图,总贡献率为100%。在Loadings分析图中,如果某一个传感器的响应值(横纵坐标对应值)接近于零,则表示该传感器的识别作用可以忽略不计;如果越偏离于零,则表示该传感器在对样品的识别过程中起主要作用。从图中可以看出,在第一主成分上,7号和9号传感器相对偏离零的距离大,贡献较大;在第二主成分上,6号和8号传感器相对偏离零的距离大,贡献较大。结合PCA分析可知,在电子鼻对M1、M2、M3的气味成分区分过程中,6、7、8和9号传感器起主要作用,分别对甲烷等短链烷烃、无机硫化物、醇醚醛酮类、有机硫化物和芳香成分响应信号较强。

3 讨论

3.1 养殖密度对斑节对虾肌肉基本营养成分的影响

在水产养殖中,水产动物从饲料中获取营养物质,以满足自身生长代谢的需要。研究发现,在高密度的放养状态下,由于拥挤胁迫的作用,水产动物为了适应种内竞争和生长环境,其代谢水平会显著提高[18],耗能增加[19],从而影响了营养物质在机体内的积累。Shrivastava等[3]和Shakir等[1]分别研究了养殖密度对墨吉明对虾(Fenneropenaeusmerguinensis)和斑节对虾生长和存活的影响,发现养殖密度越高,其FCR越高,说明在高密度养殖条件下,水产动物将一部分的能量用于适应挤压胁迫,从而影响到自身的生长和营养物质的积累。薛宝贵等[20]对黄姑鱼(Nibeaalbiflora)进行了研究,认为在高密度胁迫下,当鱼体血液中血糖含量较低时,机体会消耗蛋白质和脂肪,通过糖异生作用增加血液中血糖含量,为机体提供能量,从而影响鱼体的生长和营养物质的积累。在本研究中发现,随养殖密度的增高,斑节对虾肌肉中的蛋白质含量和总糖含量呈降低的趋势,而水分和灰分含量呈增高的趋势,研究结果与以上学者的研究结果一致。

3.2 养殖密度对斑节对虾肌肉风味的影响

本研究通过电子舌主成分分析发现3种养殖密度的斑节对虾在滋味上差异明显,其中M1与M3间的滋味差异最大,其次是M2与M3,最后是M1与M2。通过感官评价并结合电子舌分析发现,养殖密度对斑节对虾滋味的影响主要表现在鲜味上,而甜味和土腥味均没有显著影响。研究表明[21],呈味核苷酸和呈味氨基酸是水产动物中普遍存在的重要滋味物质,且呈味核苷酸和鲜味氨基酸共同存在时,对鲜味具有协同增强的效果,其效果强于等量的任何一种单物质,在以后的研究中,可以检测斑节对虾肌肉中的呈味物质如游离氨基酸和核苷酸等,研究3种养殖密度斑节对虾的具体呈味差异。

通过电子鼻分析发现,这3种养殖密度下的斑节对虾在气味上的差异主要通过甲烷等短链烷烃、无机硫化物、醇醚醛酮类、有机硫化物和芳香成分这几类气味成分来区分,且这几类物质也是斑节对虾肌肉的主要挥发性气味物质。有学者也报道了在虾肉中检测出这几种主要的挥发性气味成分,其中,烃类化合物赋予虾肉清香和甜香的气味[22];含硫化合物使虾肉呈现出新鲜的海味特征[23];醇醚醛酮类化合物通常是由一系列生化反应形成,醇类物质使虾肉呈现出柔和的气味[24],酮类化合物赋予虾肉甜花香和果香[25],醛类化合物提供对虾甜香味和坚果味[26]。在以后的研究中可以利用气质联用仪(Gas chromatograph-mass spectromete,GC-MS)来测定其中的挥发性气味成分。

3.3 养殖密度对斑节对虾肌肉质构特性的影响

本研究发现,斑节对虾肌肉的持水力随养殖密度的增大呈极显著降低的趋势(p<0.01),结合质构分析发现,其硬度、弹性、紧密性和咀嚼度都呈现出下降的趋势,其中紧密性和咀嚼度达到了极显著水平(p<0.01),说明养殖密度对斑节对虾肌肉的质构影响极大。有研究发现,肌肉硬度与水分含量成反比[27],在本研究中,随着养殖密度的增大,肌肉中的水分含量越高,则肌肉的硬度就越低,硬度的降低也影响了弹性、紧密性和咀嚼度三个指标。在以后的研究中可以利用扫描电镜和透射电镜直观地观察这3种养殖密度的斑节对虾肌肉的微观结构变化。

4 结论

在本研究中,通过对3种养殖密度的斑节对虾肌肉品质进行分析发现,随着养殖密度的增大,水分和灰分含量逐渐升高,粗蛋白和总糖含量逐渐降低;持水力呈极显著降低趋势。通过感官评价和质构分析发现,随着养殖密度的增加,硬度、弹性、紧密性和咀嚼度都呈现出明显的降低趋势;经感官评价和电子舌分析发现,3种养殖密度的斑节对虾在滋味上差异明显,主要表现在鲜味上,M3的鲜味最差;经电子鼻分析发现在气味上的差异可以通过6(W1S,甲烷等短链烷烃)、7(W1W,无机硫化物)、8(W2S,醇醚醛酮类)、9(W2W,有机硫化物和芳香成分)这几个传感器来区分,且这几类物质也是斑节对虾肌肉的主要挥发性气味物质。养殖密度为100尾/m2时,斑节对虾肌肉的品质最好,但结合养殖成本和养殖产量等因素来说,养殖密度为200尾/m2时,既可以保证斑节对虾的品质,又可以提高其养殖产量和经济效益。这一研究为斑节对虾的养殖选择合适的养殖密度提供了数据支持。