加熱方式對南美白對蝦和南極磷蝦蝦肉糜中的游離氨基酸含量的影響

姜慧嫻，張瑞娟，焦 陽，張毛賽，程裕東，金銀哲,*

(1.上海海洋大學食品學院,上海 201306;2.上海海洋大學食品熱加工工程中心,上海 201306;3.國家級食品科學與工程實驗教學示范中心(上海海洋大學),上海 201306)

微波加熱是利用物料中的極性分子,在快速變化的電磁場中產生劇烈轉動,與臨近分子發生摩擦效應,從而使物料升溫[1]。與傳統加熱方式(對流加熱、熱傳導、熱輻射)相比,微波加熱具有傳熱速度快、加熱時間短、烹飪損失小,營養物質保存性好等優點[2]。因此,微波加熱在食品解凍、干燥、殺菌、烹飪等領域得到廣泛應用[3-5]。

游離氨基酸又稱非蛋白氨基酸,是一類重要的呈味成分,其含量會直接影響食物的鮮美程度[6]。游離氨基酸的結構不同,其滋味也不同,如谷氨酸(Glu)和天冬氨酸(Asp)呈鮮味,蘇氨酸(Thr)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)等具有甜味,而組氨酸(His)、甲硫氨酸(Met)、亮氨酸(Leu)等則呈苦味等不良風味[7-8]。魚類、貝類和蝦類等水產動物中各種游離氨基酸含量豐富,其最鮮美的時候正是鮮味氨基酸含量最高的時候[6]。水產品在烹飪過程中會發生一系列復雜的熱誘導反應而產生大量的風味化合物,包括游離氨基酸等非揮發性的滋味化合物。目前對于游離氨基酸的研究主要集中在不同品種、不同部位、不同蒸煮時間對游離氨基酸含量的變化[9-11],對于加熱方式和加熱溫度對水產品游離氨基酸含量變化的研究較少。

南美白對蝦(Penaeusvannamei)又稱凡納對蝦,高蛋白、低脂肪,是世界養殖蝦類產量最高的三大種類之一。它具有肉質鮮美、營養豐富、適應性強、抗病力強、適合多種方式養殖、對水鹽度要求低等優點,是“海蝦淡養”的優質品種[12]。南極磷蝦(Euphausiasuperba)又名大磷蝦或南極大磷蝦,隸屬節肢動物門、甲殼綱、磷蝦目,廣泛分布于南極水域,資源蘊藏量巨大,是地球上數量最大、繁衍最成功的單獨生物資源之一[13]。南美白對蝦和南極磷蝦的營養價值高,其肉含有豐富的不飽和脂肪酸、蛋白質和游離氨基酸,是人類食物的良好來源。李婉君[14]研究了南美白對蝦和南極磷蝦在冷凍條件下營養與滋味的比較,然而對于南美白對蝦和南極磷蝦加熱處理過程中滋味成分比較的研究較少,尤其是對游離氨基酸含量的影響。

因此,本文以南美白對蝦和南極磷蝦為研究對象,采用微波加熱和水浴加熱兩種加熱方式,觀察不同加熱溫度(55、65、75、85、95 ℃)下游離氨基酸的變化情況。通過研究擬掌握蝦肉糜在加熱過程中風味物質(特指游離氨基酸)的變化規律,采用滋味強度值(taste active value,TAV)的方法評價兩種蝦類中游離氨基酸的呈味作用,來確定最優加熱條件,以期得到具有最佳風味的蝦類產品。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活的南美白對蝦(每尾10～15 g) 上海市臨港新城古棕路菜市場,充氧保活后迅速運送至實驗室;冷凍的南極磷蝦蝦磚(每塊蝦磚150 g) 青島大康尚品商貿有限公司,貯藏在-20 ℃冰箱中備用,使用前流水解凍;多種氨基酸混合標準溶液 Sigma公司;檸檬酸三鈉、氫氧化鈉、氯化鈉 色譜純,乙(丙)二醇甲醚、茚三酮、鹽酸、檸檬酸、乙醇 優級純,二水合5-磺基水楊酸 分析純,國藥集團化學試劑有限公司;娃哈哈純凈飲用水 杭州娃哈哈集團。

NN-GD568微波爐 松下Panasonic集團有限公司;HSG電熱恒溫水浴鍋 上海華琦科學儀器有限公司;JT-C勻漿儀 漯河市金田試驗設備研究所;FSH-2可調高速勻漿機 常州國華電器有限公司;Avanti J-26S系列高效離心機 貝克曼庫爾特商貿(中國)有限公司;BS224S電子天平 賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;L-8800氨基酸自動分析儀 日立集團。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理 鮮活的南美白對蝦經過挑選(大小、體重相同)后加冰使其猝死,進行簡單清洗。再進行去頭、去殼、去蝦線處理,然后用清水清洗干凈后瀝干表面水分,冷凍的南極磷蝦蝦磚直接流水解凍后瀝干表面水分。樣品每隔1 min手動拌勻一次(為了防止儀器過熱對實驗產生影響,也為了攪拌更均勻),共攪拌5 min,以上所有操作均在低溫(4±1 ℃)下完成。將攪拌后的蝦肉糜填入定制的尼龍模具(外徑22 mm,內徑20 mm,高15 mm)中,用封口膜將其密封。

1.2.2 熱處理 將密封后的蝦肉糜分成3組,即對照組、微波加熱組和水浴加熱組。對照組未經加熱處理(20±5 ℃);微波加熱和水浴加熱處理方法如下:

微波加熱:將密封好的模具包裹塑料泡膜(防止散熱),中心位置鉆一小孔放置在微波爐的中心,將光纖插入小孔內,置于樣品幾何中心進行樣品溫度的監測,用實驗型微波爐工作站(輸出功率為150 W)加熱,當樣品的中心溫度分別達到55、65、75、85、95 ℃時,停止加熱,立即取出樣品,放置4 ℃冰箱內待后續處理。

水浴加熱:將密封好的模具包裹塑料袋用橡皮筋扎緊,模具上方中心位置同樣鉆一小孔,將熱電偶插入小孔,內置于樣品(幾何中心)中,緩慢將樣品放進事先加熱好的水浴鍋中,實時監控樣品的中心溫度,當蝦肉糜的中心溫度分別達到55、65、75、85、95 ℃時,停止加熱,立即取出樣品,放置4 ℃冰箱內待后續處理。

1.2.3 游離氨基酸的測定方法 準確稱量2.0 g 處理后的蝦肉糜,加入20 mL 0.02 mol/L 的稀鹽酸,用均質機均質5 min后,在5000 r/min、4 ℃條件下冷凍離心10 min,收取上清液定容至50 mL。定容后移取2 mL,加入2 mL 5%的磺基水楊酸,在10000 r/min、4 ℃條件下冷凍離心10 min,然后經直徑為0.22 μm微孔水相濾膜過濾后進樣測定。3組平行實驗,測定結果取平均值。緩沖溶液的配制參考王曜等[6]的方法,按照文獻中的組分表用電子天平精確稱量。反應液R1中的茚三酮為固體試劑,開封后密封避光保存,配制時也需要避光操作。

氨基酸自動分析測試條件:分離柱(4.6 mm×60 mm),分離樹脂為陽離子交換樹脂,分離柱溫度57 ℃,檢測波長570 nm,緩沖溶液[6]流速0.35 mL/min,反應液(茚三酮試劑)流量0.35 mL/min,反應單元溫度135 ℃,進樣量20 μL。用儀器自帶的ASM軟件進行數據分析。

1.2.4 滋味活性值的計算 滋味活性值(TAV)反映蝦肉中滋味活性物質對其滋味的貢獻程度,定義為樣品中呈味物質的測定值與呈味物質的閾值之比。TAV小于1表示該滋味活性物質對蝦肉滋味貢獻程度不顯著;TAV大于1,表示該滋味活性物質對蝦肉滋味貢獻程度顯著,且數值越大,貢獻程度越大。滋味活性值的計算參照Chen等[10]的方法。

1.3 數據處理

本實驗用SPSS 13.0軟件對試驗結果進行統計分析,用Origin 8.0軟件進行作圖分析。

2 結果與分析

2.1 不同加熱處理對蝦肉糜中游離氨基酸含量的影響

采用微波加熱和水浴加熱兩種加熱方式對南美白對蝦和南極磷蝦蝦肉糜加熱后測得的各個溫度條件下氨基酸含量的變化如表1、表2所示,本實驗共測得18種游離氨基酸,因色氨酸與酸反應損失,未能檢測出。由表1可知,無論是微波加熱還是水浴加熱,南美白對蝦蝦肉糜中的大量游離氨基酸均為甘氨酸、脯氨酸、精氨酸和丙氨酸,這與Zhou等[15]的結果一致,四種游離氨基酸含量的總和占游離氨基酸總量的85%±2%。甘氨酸、脯氨酸、精氨酸和丙氨酸都是美味氨基酸,甘氨酸和丙氨酸具有舒適的甜味,精氨酸是海鮮食物中的一種重要的風味物質[10]。

表1 不同加熱條件下南美白對蝦游離氨基酸含量的變化(mg/g)

表2 不同加熱條件下南極磷蝦游離氨基酸含量的變化(mg/g)

南美白對蝦蝦肉糜對照組中游離氨基酸總量為42.932 mg/g,微波和水浴加熱南美白對蝦蝦肉糜隨著加熱溫度的升高,游離氨基酸總量都呈現波動變化的趨勢,但變化并不明顯。原因可能是加熱處理會導致含氮物質的成分變化[16],一方面,隨著溫度和時間的增加，蛋白質會發生降解導致游離氨基酸含量增加[17-18];另一方面,游離氨基酸會發生脫氨、脫羧等反應而轉化為烴、醛、胺等[19],從而使其含量降低。除了加熱溫度75 ℃,微波加熱南美白對蝦蝦肉糜游離氨基酸總量略低于水浴加熱,在其他溫度條件下,微波加熱南美白對蝦游離氨基酸總量都要明顯高于水浴加熱,而且微波加熱65 ℃游離氨基酸總量達到最大值(43.122 mg/g),說明微波加熱能較好地保持蝦類等水產品的營養風味品質。

由表2可知,南極磷蝦蝦肉糜中的大量游離氨基酸為脯氨酸和精氨酸,兩者之和占游離氨基酸總量的58%±2%。南極磷蝦蝦肉糜對照組中游離氨基酸總量為12.446 mg/g,微波加熱的南極磷蝦蝦肉糜隨著加熱溫度的增加，游離氨基酸總量呈先增加后減少的趨勢,在85 ℃達到最大值(15.995 mg/g);水浴加熱的南極磷蝦蝦肉糜隨著加熱溫度的增加，游離氨基酸總量呈先減少后增加的趨勢,在95 ℃達到最大值(15.128 mg/g),這可能與加熱反應過程中蛋白質和氨基酸發生復雜的化學反應有關[21]。微波加熱蝦肉糜中游離氨基酸的總量要高于水浴加熱,再次說明微波加熱是一種較好的加熱方式。就必需氨基酸的含量而言,隨著加熱溫度的升高呈波動變化,微波加熱南極磷蝦蝦肉糜中心溫度達到85 ℃,必需氨基酸的含量和比例是最高的,為1.951 mg/g(12.21%);水浴加熱南極磷蝦蝦肉糜中心溫度達到75 ℃,必需氨基酸的含量和比例是最高的,為1.784 mg/g(13.25%)。不管是微波加熱還是水浴加熱,南極磷蝦蝦肉糜中的18種游離氨基酸含量都明顯低于南美白對蝦蝦肉糜,一方面是由于種類、生長環境等不同,另一方面是由于本研究采用的南極磷蝦是冷凍蝦磚,可能會由于生化反應、汁液流失等原因導致游離氨基酸含量較低。

2.2 不同加熱處理對蝦肉糜中呈味氨基酸含量的影響

游離氨基酸是重要的滋味呈味和香味前體物質,除游離氨基酸的絕對含量外,各種游離氨基酸之間的相對平衡也是決定肉類滋味的因素[22]。將游離氨基酸分成鮮、甜和苦3類[7-8],鮮味氨基酸包括天冬氨酸和谷氨酸,甜味氨基酸包括丙氨酸、甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸和脯氨酸,苦味氨基酸包括精氨酸、組氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、半胱氨酸、纈氨酸和酪氨酸。由圖1可知,不管采用何種加熱方式,在南美白對蝦或者南極磷蝦蝦肉糜中3類呈味氨基酸的含量大小順序都為:甜味>苦味>鮮味,說明蝦肉糜中甜味比例較大,能產生令人愉快的風味。無論微波加熱還是水浴加熱,隨著溫度的增加,南美白對蝦蝦肉糜中的甜味氨基酸呈先增加后減少的趨勢,苦味氨基酸呈略微增加趨勢,說明加熱過程中主要是甜味和苦味氨基酸在變化。隨著溫度的增加,微波加熱南極磷蝦蝦肉糜甜味氨基酸呈增加趨勢,苦味氨基酸增加到85 ℃開始下降,鮮味氨基酸變化不大;而水浴加熱南極磷蝦蝦肉糜除了65 ℃甜味和苦味氨基酸含量有下降,其他變化趨勢與微波加熱的變化趨勢相類似。

圖1 不同加熱條件下游離氨基酸的含量的變化

由圖2a可知,南美白對蝦蝦肉糜經加熱鮮甜味氨基酸含量會減少,加熱過程中隨著加熱溫度的升高,鮮甜味氨基酸含量會先減少后增加,在65 ℃達到最大值;南極磷蝦蝦肉糜鮮甜味氨基酸含量呈增加的趨勢,在95 ℃達到最大值。無論南美白對蝦還是南極磷蝦,微波加熱鮮甜味氨基酸含量最大值要大于水浴加熱,所以微波加熱可以得到更多含量的鮮甜味氨基酸。由于風味(鮮甜味)氨基酸含量增加的同時,不良風味(苦味)氨基酸的含量也增加,所以本研究采用風味氨基酸與不良風味氨基酸比值的方式來確定最佳的加熱條件(圖2b)。對于南美白對蝦蝦肉糜來說,微波加熱略優于水浴加熱,在75 ℃達到最大值(2.546);而對于南極磷蝦蝦肉糜水浴加熱優于微波加熱,但在95 ℃該比值(風味氨基酸與不良風味氨基酸的比值)是相同的(1.528),而且兩種加熱方式都是在95 ℃達到最大值,但是在此溫度下微波加熱南極磷蝦蝦肉糜鮮甜味氨基酸的含量(9.219 mg/g)是高于水浴加熱的(8.850 mg/g)。

圖2 不同加熱方式對蝦肉糜風味的影響

本研究所測的18種游離氨基酸中已分類的有17種,還有一種氨基酸是條件必需氨基酸,那就是牛磺酸。牛磺酸具有廣泛的生理學效應,包括組織修復、抗氧化、解毒、滲透調節、細胞膜穩定和神經調節等,是調節正常生理功能的重要物質[23-25]。隨著溫度的增加,南美白對蝦蝦肉糜中的牛磺酸含量呈先增加后減少的趨勢,在65 ℃達到最大值(表1),微波加熱與水浴加熱牛磺酸含量相當(分別為0.420和0.427 mg/g);南極磷蝦蝦肉糜中的牛磺酸同樣呈先增加后減少的趨勢,在85 ℃達到最大值(表2),微波加熱的牛磺酸含量要高于水浴加熱的(0.611 mg/g>0.568 mg/g),所以從游離氨基酸風味和功能角度上來看,微波加熱都要優于水浴加熱,更有利于風味氨基酸和功能氨基酸的釋放。

2.3 不同加熱處理對蝦肉糜中游離氨基酸TAV值的影響

氨基酸在食品體系中的貢獻值大小是由TAV值決定的,某些游離氨基酸在蝦肉中的含量比較低,但是其閾值也較低,所以對蝦肉的味道具有一定的貢獻。為了更客觀地評價氨基酸對蝦肉糜滋味的貢獻,本研究計算了15種氨基酸的TAV值(半胱氨酸、酪氨酸和牛磺酸的閾值無法查到,不能計算其TAV值)。南美白對蝦蝦肉糜中TAV大于1的氨基酸有8種,包括谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、賴氨酸、組氨酸、精氨酸和脯氨酸,精氨酸TAV最高,精氨酸是一種苦味氨基酸,也是半必需氨基酸,有增加呈味復雜性和提高鮮度的作用[27]。其次是甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸和脯氨酸,除谷氨酸為呈鮮味的氨基酸,其余氨基酸均為呈甜味的氨基酸,組氨酸、纈氨酸和賴氨酸呈苦味氨基酸TAV較小,對滋味貢獻度較小。所以,南美白對蝦蝦肉糜主要呈鮮甜味。南極磷蝦蝦肉糜中TAV大于1的氨基酸有甘氨酸、丙氨酸、精氨酸和脯氨酸4種,相比精氨酸,甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸這些呈甜味氨基酸的TAV較小,精氨酸對樣品滋味的貢獻度最大。

為了更好地認識加熱過程中南美白對蝦和南極磷蝦的滋味情況,本文只列出了對樣品滋味有顯著影響的氨基酸的變化,如圖3所示。由圖3可以看出,加熱會引起游離氨基酸的TAV發生一定的變化,但對滋味有貢獻(TAV>1)的游離氨基酸種類并沒有改變。不管是南美白對蝦還是南極磷蝦,對滋味貢獻度最大的精氨酸來說,微波加熱85 ℃時TAV最大(南美:20.108±0.556,南極:9.139±0.191),水浴加熱95 ℃時TAV最大(南美:20.250±0.864,南極:8.421±0.433),說明微波加熱在較低的溫度下就能使精氨酸達到最大值。南美白對蝦蝦肉糜中鮮甜味氨基酸除丙氨酸的TAV在高溫(微波85 ℃、水浴95 ℃)下達到最大值,其余氨基酸(谷、甘、脯氨酸)的TAVs均在低溫(55、65 ℃)下就達到最大值;而南極磷蝦蝦肉糜中甜味氨基酸的TAVs均在高溫(丙氨酸:85 ℃;甘、脯氨酸:95 ℃)下就達到最大值,這可能與南美白對蝦和南極磷蝦的生長環境和內部組成成分有關[14]。

2.4 不同加熱處理對蝦肉糜中必需氨基酸含量的影響

從營養學方面將氨基酸分為必需氨基酸、半必需氨基酸和條件必需氨基酸三類。其中必需氨基酸是人體所需但自身不能合成或合成速度不能滿足機體的需要,必須由食物供給的氨基酸。比起其他兩類,必需氨基酸對人不可或缺,為了更好地認識加熱過程中南美白對蝦和南極磷蝦的營養情況,由于必需氨基酸之一色氨酸,在本次實驗中無法檢測出,因此本文只列出剩下七種必需氨基酸的含量變化,包括賴氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸。由表1～表2得,南美白對蝦對照組中的必需氨基酸含量為3.283 mg/g,占游離氨基酸總量的7.65%。南極磷蝦對照組中的必需氨基酸含量為1.511 mg/g,占游離氨基酸總量的12.14%。微波加熱南美白對蝦蝦肉糜中心溫度達到55 ℃時必需氨基酸含量較低,其他溫度條件下必需氨基酸含量無明顯差異;水浴加熱南美白對蝦蝦肉糜中心溫度達到95 ℃,必需氨基酸含量較低,其他溫度條件下必需氨基酸含量無明顯差異。微波加熱南極磷蝦蝦肉糜中心溫度達到55 ℃時必需氨基酸含量較低,其他溫度條件下必需氨基酸含量無明顯差異;水浴加熱南極磷蝦蝦肉糜中心溫度達到65 ℃,必需氨基酸含量較低,其他溫度條件下必需氨基酸含量無明顯差異。這可能是由于微波加熱速度快、溫度低，并不利于氨基酸的生成,水浴加熱熱傳導速度慢,加熱時間長(由表3可知),高溫等條件導致氨基酸的分解[20]。無論微波加熱還是水浴加熱,南美白對蝦蝦肉糜中心溫度加熱到85 ℃,必需氨基酸的含量和比例都是最高的,分別為3.948 mg/g(9.21%)和3.578 mg/g(8.94%)。

表3 蝦肉糜中心溫度與不同加熱方式下加熱時間的關系

加熱方式對南美白對蝦的必需氨基酸含量影響較大,但對南極磷蝦影響不大。微波加熱比水浴加熱能更好地保存其中的必需氨基酸。且南極磷蝦的必需氨基酸含量普遍高于南美白對蝦。所以從營養學方面考慮,選擇食用微波加熱,溫度保持在75～85 ℃間的南極磷蝦。但可能會缺乏纈氨酸導致神經系統發生紊亂,需要加強纈氨酸的攝入。

3 結論

加熱過程中,南極磷蝦中的18種游離氨基酸含量都明顯低于南美白對蝦,不管是微波加熱還是水浴加熱。微波和水浴加熱蝦肉糜游離氨基酸總量會發生不規則的變化,與其中發生的蛋白質降解和美拉德反應等一系列反應相關。微波加熱較水浴加熱可以得到更高含量的游離氨基酸、必需氨基酸和鮮甜味氨基酸,無論是南美白對蝦還是南極磷蝦。

風味氨基酸與不良風味氨基酸比值的方式可確定蝦肉糜中游離氨基酸在加熱過程中的最佳條件。南美白對蝦蝦肉糜微波加熱75 ℃條件最佳,南極磷蝦蝦肉糜微波或水浴加熱95 ℃條件最佳,微波加熱更有利于風味氨基酸和功能氨基酸(牛磺酸)的釋放。由于南美白對蝦和南極磷蝦的生長環境和內部組成成分不同,南美白對蝦蝦肉糜中絕大多數鮮甜味氨基酸的TAVs在低溫下就達到最大值,而南極磷蝦蝦肉糜中的鮮甜味氨基酸TAVs在高溫下才達到最大值。所測得的游離氨基酸中TAV最大的是精氨酸,微波加熱可以使滋味貢獻度最大的精氨酸在較低的溫度下達到最大值。總之,微波加熱比水浴加熱更有利于蝦肉糜滋味的形成,南美白對蝦蝦肉糜的最佳加熱溫度比南極磷蝦蝦肉糜的低。

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