輻照對中華鱉裙邊和肌肉揮發性成分的影響

王伯華,王晨曦,雷頌,2,3,李清欽

1(湖南文理學院 生命與環境科學學院,湖南 常德,415000) 2(省部共建淡水魚類發育生物學國家重點實驗室魚類健康養殖分中心,湖南 常德,415000) 3(環洞庭湖水產健康養殖及加工湖南省重點實驗室,湖南 常德,415000)

中華鱉(Trionyxsinensis)是我國的特色水產品,具有獨特的清香風味[1-3],深受消費者青睞。在中國分布廣泛,湖南、浙江、江西、湖北等地均有養殖[3]。中華鱉等甲魚不同可食用部位的營養成分[4-6]和風味[2]各不相同。裙邊富含蛋白質,其中一半左右為膠原蛋白[7],鋅、硒等礦物質含量豐富,脂肪含量極低,壬醛、辛醛、2,4-癸二烯醛等為主要揮發性化合物[2]。肌肉蛋白含量比裙邊低,但必需氨基酸和限制性氨基酸含量均高于裙邊[5],主要風味成分有乙酸乙酯、2,3-丁二酮等[2]。

目前,中華鱉仍以鮮銷為主,存在宰殺困難、加工費時等問題,影響了消費人群的積極性,限制了該產業的發展。將其宰殺分割加工成預制菜能針對性解決上述痛點,具有一定的市場潛力。預制菜加工時若高溫滅菌時間過長,食材風味破壞嚴重,時間短則殺菌不充分易發生腐敗變質。為充分保留中華鱉的原有風味,宜采用高溫滅菌結合冷殺菌處理來延長其保質期。輻照處理的食品不會顯著升溫,可降低菌落總數并有效殺滅腐敗菌和病原菌,能較好地保持食材原有品質。研究表明[8],在10 kGy劑量下的輻照食品是安全的,但是輻射分解的離子和自由基會引起蛋白質、碳水化合物、脂類等食品組分的化學變化,進而導致輻照異味的產生。應根據食品原料和工藝選擇合適的輻照劑量,以獲得較佳的產品品質。

目前關于輻照對中華鱉風味的影響報道較少,特別是輻照分別對中華鱉裙邊和肌肉風味的影響鮮有研究。因此,本試驗以中華鱉為研究對象,采用頂空固相微萃取結合氣質聯用儀(headspace solid-phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry, HS-SPME-GC-MS)測定裙邊和肌肉的揮發性化合物,結合氣味活度值(odor activity value, OAV)篩選關鍵化合物,通過偏最小二乘法判別分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis, OPLS-DA)確定不同輻照劑量分別對裙邊和肌肉風味的影響,為中華鱉預制菜的品質保真提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

中華鱉,仿生態養殖,體重1.3～1.5 kg,常德仙湖農業科技有限公司;乙醇、NaCl,均為分析純,國藥集團化學試劑有限公司;2,4,6-三甲基吡啶(≥99%),Sigma公司。

1.2 儀器與設備

AUX120電子天平,日本島津公司;FSH-II高速勻漿機,武漢格萊莫檢測設備有限公司;PL203 型電子天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;7820-5977 GC-MS氣相色譜質譜聯用儀,安捷倫科技有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭,美國Supelco公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

室內暫養3 d后宰殺,去膜、去除內臟和脂肪、剪爪分割、焯水、清洗瀝水、真空包裝、121 ℃,105 kPa高壓蒸煮10 min。冷卻后置4 ℃冰箱保存,當天進行后續輻照處理。

1.3.2 輻照處理

將處理好的樣品冷鏈運至湖南省輻射技術應用研究中心進行輻照處理,放射源為60Co-γ射線(活度為3.14×1016Bq),輻照劑量分別為0、1、3、5、7、9 kGy,其中0 kGy為空白對照,每組設3個平行。采用重鉻酸銀和重鉻酸鉀(銀)劑量計進行劑量跟蹤,劑量計經中國計量科學研究院標定,劑量誤差在±3%以內。

1.3.3 風味感官評定標準

樣品由10名(5男5女)食品科學專業師生根據表1中的感官評定標準于室溫下進行感官評分,得分取平均值。

表1 中華鱉風味標準Table 1 Evaluation criteria of Trionyx sinensis smell

1.3.4 揮發性成分分析方法

取不同輻照劑量樣品,剔除骨頭及背殼,分別取裙邊和肌肉用攪拌機打碎。稱取3 g樣品加入15 mL頂空瓶中,添加樣品量5%(質量分數)的NaCl和3.03 μg的2,4,6-三甲基吡啶內標液,混勻后蓋緊瓶蓋。將頂空瓶在80 ℃條件下平衡15 min后插入50/30 μm CAR/PDMS/DVB萃取頭,在80 ℃條件下吸附萃取40 min后迅速取出,進樣后于250 ℃ 解析5 min,然后通過GC-MS進行檢測。

氣相條件:DB-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);初始溫度35 ℃保持3 min,以10 ℃/min升至200 ℃,再以20 ℃/min升至260 ℃保持8 min;進樣口溫度250 ℃;載氣(He)流量1.5 mL/min;不分流進樣。

質譜條件:電子轟擊離子源,接口溫度280 ℃,電子能量70 eV,質量掃描范圍30～500 m/z。

1.3.5 揮發性成分定性和定量方法

風味成分經氣相色譜分離后,利用NIST14.L質譜庫進行檢索,結合保留指數進行定性分析。參照麥銳杰等[9]的方法,以2,4,6-三甲基吡啶為內標進行定量分析,計算如公式(1)所示:

(1)

式中:X為待測組分的絕對含量,μg/g;A待測為待測組分峰面積;A內標為內標物峰面積;m內標為內標物質量,μg;M樣品為樣品質量,g。

1.3.6 OAV評定方法

參照朱文政等[10]的方法,采用OVA評價各化合物對總體風味的貢獻,OAV≥1時,表示該揮發性風味物質對總體風味起主要貢獻;OAV<1的物質對總體風味貢獻不大。計算如公式(2)所示:

(2)

式中:C為各揮發性風味物質的絕對含量,μg/g;T為各揮發性風味物質對應的閾值,μg/g。

1.4 數據統計分析

每組數據結果用3組平行試驗的平均值±標準差表示,采用SPSS 24.0進行數據分析,運用SIMCA-P 14.1 軟件進行OPLS-DA分析及繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同輻照劑量中華鱉的風味評定

輻照可引起食品中的水分、蛋白質、碳水化合物等各組分發生電離作用,進而引起這些物質的許多化學反應,使得食品風味發生變化[8]。不同輻照劑量中華鱉的風味評分見圖1。由圖1可知,與空白組相比,1、3 kGy劑量組的不良氣味略有減輕,且保留了中華鱉固有氣味,5 kGy處理組與空白對照組相比得分沒有顯著變化,輻照劑量增加至7 kGy和9 kGy時,評分顯著下降,說明輻照異味對整體風味的影響較大。

圖1 不同輻照劑量風味評分Fig.1 Flavor score with different irradiate doses注:圖中不同字母表示顯著性差異(P<0.05)。

2.2 不同輻照劑量中華鱉裙邊和肌肉的揮發性成分分析

對不同輻照劑量處理的中華鱉可食用部分進行了揮發性物質檢測,通過HS-SPME-GC-MS 技術從中華鱉裙邊里共鑒定出38種成分,中華鱉肌肉里共鑒定出27種成分,具體物質數量和相對含量見圖2和圖3。

a-中華鱉裙邊;b-中華鱉肌肉圖2 不同輻照劑量中華鱉裙邊和肌肉的揮發性物質數量Fig.2 Number of volatile compounds in Trionyx sinensis calipash and meat irradiated with different doses

a-中華鱉裙邊;b-中華鱉肌肉圖3 不同輻照劑量中華鱉裙邊和肌肉的揮發性物質相對含量Fig.3 Relative contents of volatile compounds in Trionyx sinensis calipash and meat irradiated with different doses

由圖2可以看出,中華鱉裙邊中檢出的38種揮發性物質中含醇類物質7種,醛類物質12種,酮類物質4種,烷烴類物質4種,酸類物質1種,芳香烴物質3種,烯烴類物質3種,酯類物質4種。中華鱉肌肉中檢出的27種揮發性物質中含醇類物質2種,醛類物質8種,酮類物質3種,烷烴類物質7種,芳香烴類物質2種,烯烴類物質4種,酯類物質1種。輻照后,裙邊和肌肉中均新產生了烯烴類物質,輻照劑量達到7 kGy后,裙邊中新產生了酸類物質。在9 kGy及以下時,其余化合物數量與輻照劑量之間無明顯規律。

由圖3可以看出,不同輻照劑量的中華鱉裙邊和肌肉中醛類物質含量較多。輻照處理后烯烴類物質的相對含量增加,可能是因為脂肪酸C—C鍵經輻照處理,斷裂產生正烷類化合物,再通過次級反應轉化為烯烴類物質[8]。輻照劑量達到5 kGy后,中華鱉肌肉中烷烴類物質相對含量明顯增多。

2.3 輻照劑量對中華鱉裙邊和肌肉揮發性物質的影響

2.3.1 醛類物質

醛類化合物的閾值較低,主要源于不飽和脂肪酸和氨基酸的降解[11],構成了水產品的重要特征性風味。由表2可知,隨著輻照劑量的提高,中華鱉裙邊中的醛類物質總含量先降低再升高,在3 kGy輻照劑量時含量最低。其中十一醛和具有油脂味的癸醛在輻照后徹底脫除,具有清香氣味的β-環檸檬醛經輻照后含量明顯下降,當輻照劑量達到9 kGy 時,新產生了具有脂肪氣息的(E,E)-2,4-癸二烯醛和(E)-2-壬烯醛。原因可能是輻照劑量大于3 kGy會明顯促進脂質氧化[12],導致了醛類物質的含量增加,促進了輻照異味的產生。

由表3可知,中華鱉肌肉中的醛類物質總含量隨輻照劑量的提高呈先降低再升高趨勢,在3 kGy輻照劑量時含量最低,與中華鱉裙邊中的規律一致。具有清香氣味的β-環檸檬醛經輻照后全部脫除,當輻照劑量達到7 kGy 及以上時,具有魚腥味和青草味的已醛含量顯著增加,并新產生了具有甜香、蠟香的(E)-2-十二烯醛,輻照劑量達到9 kGy時,新產生了十一醛。結合表2和表3來看,7 kGy和9kGy輻照劑量處理對中華鱉裙邊和肌肉醛類化合物成分和含量均產生了影響,是導致其產生輻照異味的原因之一。

表3 不同輻照劑量中華鱉肌肉的揮發性風味物質 單位:μg/g

2.3.2 醇類物質

揮發性醇類物質主要由多不飽和脂肪酸氧化產生[13],或由醛酮類等羰基化合物還原而來[14],閾值較低,對中華鱉總體風味有一定貢獻。由表2可以看出,輻照劑量為1 kGy的處理組中,中華鱉裙邊中醇類物質含量最低。隨著輻照劑量的提高,產生了1-十四醇、2-十六醇、2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氫-2H-呋喃-3-醇、3,7,11-三甲基-1-十二烷醇和叔十六硫醇等新的醇類物質。經輻照處理,中華鱉裙邊中具丁香香韻的α-松油醇被完全脫除,具有玫瑰香氣的苯乙醇的含量降低,使得裙邊的清香味減弱。由表3可以看出,中華鱉肌肉中的醇類物質只有2種,輻照劑量達到9 kGy時,新產生了環戊醇。結合表2和表3可知,輻照氧化產生的醇類物質主要來源于裙邊,對整體風味產生了一定的影響。

2.3.3 其他揮發性物質

結合表2和表3可知,中華鱉裙邊和肌肉中均檢出了香葉基丙酮、4-[2,2,6-三甲基-7-氧雜二環[4.1.0]庚-1-基]-3-丁烯-2-酮和β-二氫紫羅蘭酮3種酮類物質。上述物質與文獻[2]指出的2,3-丁二酮、2,3-戊二酮等是對中華鱉風味貢獻較大的酮類物質有所不同,徐遠芳等[15]在不同輻照劑量處理的甲魚預制菜中也未檢出2,3-丁二酮等物質,可能是由養殖方式和生長環境等差異造成。輻照劑量為3 kGy時,4-[2,2,6-三甲基-7-氧雜二環[4.1.0]庚-1-基]-3-丁烯-2-酮被降解脫除。輻照后的裙邊中新產生了環十六烯酮。輻照劑量達到7 kGy及以上時,裙邊中新增加了17-十八炔酸。

經過輻照,肌肉中烷烴類物質含量明顯增加,且新增加了十二烷、十三烷、十五烷、環十二烷、環癸烷;裙邊中烷烴類物質含量變化不顯著。輻照后,裙邊和肌肉中均新產生了烯烴類物質,裙邊中增加了苯乙烯、環辛四烯、1-十四烯,肌肉中增加了環辛四烯、1-十四烯、1,13-十四二烯、(Z,Z)-十七碳-1,8,11-三烯。輻照后產生了較多烷烴類、烯烴類物質,可能源于脂肪的氧化,因烴類物質閾值較高,對主體風味影響不大,但可能作為醇類物質等的前體進而影響整體風味[13]。

輻照后,裙邊和肌肉中的芳香烴類物質含量顯著增加,新產生了鄰二甲苯、聯三甲苯、1,3-二叔丁基苯等物質。含苯環物質一般呈不良氣味,可能是輻照異味產生的原因之一,這與徐遠芳等[15]對中華鱉預制菜揮發性風味成分的分析結果一致。

2.4 不同輻照劑量中華鱉裙邊和肌肉的關鍵揮發性成分分析

已檢出揮發性物質對整體風味的影響,需要綜合其種類、含量和閾值來確定,常用OAV值來評估各化合物對總體風味的貢獻程度,OAV值越大對總體風味貢獻越大,起主要作用的物質稱為關鍵揮發性成分。

由表4可知,輻照前,中華鱉裙邊中有10種物質的OAV大于1,包括2種醇類物質,7種醛類物質和1種酮類物質。其中,壬醛、癸醛、辛醛、苯乙醛、香葉基丙酮、β-環檸檬醛、十一醛等7種物質OAV較大,為中華鱉裙邊的關鍵揮發性成分,決定了其具有油脂氣味、魚腥味,帶有清香的整體風味。這與徐遠芳等[15]文獻中壬醛、癸醛、辛醛、苯甲醛、苯乙醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛等物質對中華鱉風味貢獻較大,裙邊主要揮發性物質[2]為乙酸乙酯、壬醛、2,4-癸二烯醛和辛醛的結果有所差異,說明壬醛、辛醛等物質為中華鱉共有的主要風味物質,其余物質可能為不同產地中華鱉的特征性風味物質。經輻照后,具油脂味的癸醛被脫除,具有油膩味、魚腥味的壬醛和辛醛OAV不同程度降低,具有清香的香葉基丙酮、β-環檸檬醛、十一醛經過輻照處理,OAV也降低了。同時注意到,輻照劑量達到9 kGy時,新增了具有脂肪氣味、魚腥味的(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛和己醛,構成了中華鱉裙邊輻照異味的主體特征。

表4 不同輻照劑量中華鱉裙邊揮發性風味物質的的閾值及OAVTable 4 Threshold and OAV of volatile flavor compounds identified from Trionyx sinensis calipash irradiated with different doses

由表5可知,未經輻照的中華鱉肌肉中有7種物質的OAV大于1,包括1種醇類物質,5種醛類物質和1種酮類物質。其中壬醛、辛醛、己醛、β-環檸檬醛、香葉基丙酮等5種物質OAV較大,為中華鱉肌肉的關鍵揮發性成分,使其主要呈魚腥味、脂肪味,略帶清香。文獻[2]中指出乙酸乙酯、2,3-丁二酮和2,3-戊二酮等物質對中華鱉肌肉風味貢獻較大,與本文結果不同,可能由飼養條件、水體環境差異等因素造成。經輻照處理,具魚腥味、油膩味的壬醛和辛醛OAV隨輻照強度的不同發生改變,均在3 kGy時降至最低值。具清香氣息的β-環檸檬醛在3 kGy及以上時被脫除。輻照劑量達7 kGy及以上時新出現了具蠟香、清香的(E)-2-十二烯醛和十一醛。

表5 不同輻照劑量中華鱉肌肉揮發性風味物質的的閾值及OAVTable 5 Threshold and OAV of volatile flavor compounds identified from Trionyx sinensis meat irradiated with different doses

綜合表4和表5可知,輻照劑量在3 kGy左右時,典型水產品腥味物質壬醛、辛醛、癸醛等OAV降至較低,輻照劑量提高到7 kGy及以上時,新增了具脂肪氣味、蠟香味等輻照異味,且輻照異味主要由中華鱉裙邊產生。可見輻照劑量控制在一定范圍內可改善中華鱉風味,劑量過大反而不利于產品風味。楊文鴿等[13]研究發現低于5 kGy 劑量輻照的美國紅魚肉能較好保持其原有風味,更高輻照劑量會導致異味產生。盧佳芳等[21]研究了不同輻照劑量對花鱸魚肉風味的影響,發現輻照異味隨輻照劑量升高而增強,采用3 kGy 劑量有利于保持花鱸魚肉的良好嗅感,與本試驗結果規律類似。

2.5 基于關鍵揮發性成分的OPLS-DA分析

對不同輻照劑量中華鱉裙邊中的關鍵揮發性物質進行OPLS-DA分析,結果如圖4所示。由圖4-a可看出,經OPLS-DA分析大致可分成未輻照處理組、輻照劑量1～7 kGy組、9 kGy處理組三大類,說明輻照可改變裙邊揮發性物質特征,劑量在1～7 kGy時揮發性成分較接近,劑量達9 kGy時風味變化明顯。這與陳東清等[22]研究發現蒸煮小龍蝦經8 kGy以上劑量處理后異味明顯增加的結果類似。

a-OPLS-DA得分圖;b-OPLS-DA載荷圖圖4 不同輻照劑量中華鱉裙邊的OPLS-DA得分圖和載荷圖Fig.4 OPLS-DA score scatter plot and loading scatter plot of Trionyx sinensis calipash irradiated with different doses

圖4-b顯示,未經輻照裙邊與癸醛、壬醛、十一醛、α-松油醇、β-環檸檬醛等物質相關性較高,9 kGy處理組裙邊與已醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-2-十二烯醛等物質相關性較高。模型中變量重要性(variable influence on projection,VIP值)大于1的風味特征標志物共有5種,分別是壬醛、苯甲醛、苯乙烯、苯乙醇和β-環檸檬醛。

對不同輻照劑量中華鱉肌肉中的關鍵揮發性物質進行OPLS-DA分析,結果如圖5所示。由圖5-a可看出,經OPLS-DA分析大致可分成0～3 kGy處理組、5～7 kGy處理組和9 kGy處理組三大類,說明1～3 kGy劑量處理組與未輻照處理的肌肉風味特征區別不大,5～7 kGy處理組風味發生了改變,而劑量達9 kGy時風味差異顯著。梅卡琳等[23]發現蟹肉經5 kGy及以下輻照劑量處理能較好地保持其嗅感,而7 kGy 以上會產生異味,瞿桂香等[24]研究也發現7 kGy處理小龍蝦時產生了輻照味,與本試驗結果類似。從圖5-b可知,0～3 kGy劑量處理組與苯乙醇和β-環檸檬醛的相關性較高,5～7 kGy處理組與苯甲醛相關性較高,9 kGy處理組與十一醛、已醛、辛醛、壬醛和(E)-2-十二烯醛等物質相關性較高。模型中VIP>1的風味特征標志物共有5種,分別是苯甲醛、(E)-2-十二烯醛、β-環檸檬醛、苯乙醇和壬醛。

a-OPLS-DA得分圖;b-OPLS-DA載荷圖圖5 不同輻照劑量中華鱉肌肉的OPLS-DA得分圖和載荷圖Fig.5 OPLS-DA score scatter plot and loading scatter plot of Trionyx sinensis meat irradiated with different doses

綜合圖4和圖5可知,輻照對中華鱉裙邊和肌肉風味均有影響,其中裙邊對輻照處理更敏感,1 kGy處理即可改變裙邊特征風味,輻照劑量在3 kGy以下時對肌肉整體風味影響較小。但輻照劑量達9 kGy則對裙邊和肌肉風味改變均較明顯,產生了以脂肪氣味、油膩味、魚腥味為主要特征的輻照異味。

2.6 不同輻照劑量中華鱉裙邊和肌肉揮發性成分聚類分析

根據不同輻照劑量裙邊和肌肉的特征揮發物質分別繪制了聚類熱圖。由圖6可知,不同輻照劑量處理的裙邊和肌肉風味特征差異明顯,裙邊中各揮發性物質種類更為豐富。裙邊和肌肉未經輻照處理和輻照劑量9 kGy處理組中,辛醛、壬醛、已醛、(E)-2-十

a-中華鱉裙邊;b-中華鱉肌肉圖6 不同輻照劑量中華鱉裙邊和肌肉特征揮發性物質聚類熱圖Fig.6 Clustering heatmap of characteristic volatile organic compounds of Trionyx sinensis calipash and meat irradiated with different doses

二烯醛等不良風味物質較多,輻照劑量在1～7 kGy時,可有效減少部分油膩味、腥味物質。選用3 kGy劑量對中華鱉進行輻照處理,能較大程度減少不愉快風味物質,同時較好地保留其良好風味。

3 結論

采用HS-SPME-GC-MS技術分別分析了不同輻照劑量對中華鱉裙邊和肌肉風味的影響,在裙邊中檢出了38種揮發性物質,包括醇類7種,醛類12種,酮類4種,烷烴類4種,酸類1種,芳香烴類3種,烯烴類3種,酯類4種。其中壬醛、癸醛、辛醛、苯乙醛、香葉基丙酮、β-環檸檬醛、十一醛等7種物質OAV值較大,為裙邊的關鍵揮發性成分,構成了其油脂氣味、魚腥味,帶有清香的風味特征。肌肉中檢出了27種揮發性物質,醇類2種,醛類8種,酮類3種,烷烴類7種,芳香烴類2種,烯烴類4種,酯類1種。壬醛、辛醛、己醛、β-環檸檬醛、香葉基丙酮等5種物質OAV值較大,為肌肉的關鍵揮發性成分,使其主要呈魚腥味、脂肪味,略帶清香。

適當輻照劑量(3 kGy左右)處理后,裙邊和肌肉中的腥味物質壬醛、辛醛、癸醛等OAV值降至較低,對整體風味有改善作用,當輻照劑量提高至7 kGy及以上時,會產生具有脂肪氣味、蠟味的(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-2-十二烯醛等異味物質。經OPLS-DA在裙邊中篩選到壬醛、苯甲醛、苯乙烯、苯乙醇和β-環檸檬醛5種風味特征標志物(VIP>1),在肌肉中篩選到的5種風味標志物分別是苯甲醛、(E)-2-十二烯醛、β-環檸檬醛、苯乙醇和壬醛。結合聚類分析看出,輻照能改變中華鱉裙邊和肌肉的整體風味,輻照劑量為3 kGy時,裙邊和肌肉風味接近未輻照樣品,且油脂味、魚腥味等不愉快風味較少,輻照劑量達7 kGy及以上時,輻照異味較明顯。