




摘 要:通過高效液相色譜法和紫外分光光度法定性、定量分析克氏原螯蝦中游離氨基酸、呈味核苷酸、有機酸及無機鹽離子等呈味物質,結合滋味活度值(taste activity value,TAV)和感官評價量化滋味貢獻,模擬克氏原螯蝦滋味輪廓,利用減除和添加實驗確定熟制克氏原螯蝦滋味活性組分。結果表明,熟制克氏原螯蝦中共檢測出17 種游離氨基酸和3 種呈味核苷酸,其中,Arg含量(935.19 mg/100 g)最高,占總游離氨基酸含量的35.95%,其次為K+(817.63 mg/100 g)和腺苷一磷酸(adenosine monophosphate,AMP)(778.09 mg/100 g)。此外,Arg、Glu、Ala、His、Val、Gly、Asp、AMP、鳥苷一磷酸、乳酸、琥珀酸、Na+和K+的TAV均大于1,可能是熟制克氏原螯蝦中潛在的滋味活性組分。感官輪廓分析及重組、添加及減除實驗結果表明,游離氨基酸和核苷酸是蝦肉滋味的主要貢獻者,有機酸和部分無機鹽離子具有輔助增鮮作用。蝦肉滋味提取液主要呈現鮮味和濃厚感,其關鍵滋味組分為Glu、Gly、Val、Ile、Leu、Phe、Arg、His、Ala、Tyr、AMP、乳酸、Na+、K+和PO43-。
關鍵詞:克氏原螯蝦;滋味活性組分;滋味重組;添加實驗;減除實驗
Characterization of the Key Taste Components of Cooked Crayfish Based on Molecular Sensory Science
LU Yiting1,2, QIU Wenxing1,3, TAN Hongyuan1,2, QIAO Yu1,4,*, WEI Lingyun2, LI Miyou5, TU Ziyi6
(1. Institute of Agricultural Products Processing and Nuclear Agricultural Technology, Hubei Academy of Agricultural Sciences,
Wuhan 430064, China; 2. College of Environmental Ecology and Bioengineering, Wuhan University of Engineering,
Wuhan 430205, China; 3. School of Bioengineering and Food, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China;
4. Agricultural Products Processing Research Sub-center, Hubei Agricultural Science and Technology Innovation Center,
Wuhan 430064, China; 5. Hubei Green Yiyuan Food Science and Technology Ltd., Qianjiang 433118, China;
6. Hubei Provincial Crawfish Industry Technology Research Institute Ltd., Qianjiang 433199, China)
Abstract: The free amino acids, flavor nucleotides, organic acids and inorganic salts in cooked crayfish were qualitatively and quantitatively analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC) and ultraviolet (UV) spectrophotometry. The taste profile was determined by taste activity value (TAV) and sensory evaluation, and the taste-active components were identified by omission and addition tests. The results showed that a total of 17 free amino acids and three taste nucleotides were detected in cooked crayfish. Among all taste components tested, the content of Arg (935.19 mg/100 g) was the highest, accounting for 35.95% of the total free amino acids, followed by K+ (817.63 mg/100 g) and adenosine monophosphate (AMP, 778.09 mg/100 g). Arg, Glu, Ala, His, Val, Gly, Asp, AMP, guanosine monophosphate, lactic acid, succinic acid, Na+, and K+ had TAV greater than 1, which may be potential taste-active components in cooked crayfish. Sensory profiling analysis and recombination, addition and omission tests showed that free amino acids and nucleotides were the main contributors to crayfish taste, and organic acids and some inorganic salt ions were auxiliary umami enhancers. The main taste characteristics of the hot aqueous extract of cooked crayfish were umami and kokumi, and its key taste components were Glu, Gly, Val, Ile, Leu, Phe, Arg, His, Ala, Tyr, AMP, lactic acid, Na+, K+ and PO43-.
Keywords: Procambarus clarkii; taste-active components; taste reconstitution; addition test; omission test
DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240607-138
中圖分類號:TS254.4 文獻標志碼:A 文章編號:1001-8123(2024)09-0008-07
引文格式:
魯怡婷, 邱文興, 譚宏淵, 等. 基于分子感官科學表征熟制克氏原螯蝦關鍵滋味組分[J]. 肉類研究, 2024, 38(9): 8-14. DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240607-138. http://www.rlyj.net.cn
LU Yiting, QIU Wenxing, TAN Hongyuan, et al. Characterization of the key taste components of cooked crayfish based on molecular sensory science[J]. Meat Research, 2024, 38(9): 8-14. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240607-138. http://www.rlyj.net.cn
克氏原螯蝦(Procambarus clarkii),俗名小龍蝦,隸屬于節肢動物門、軟甲綱、十足目、龍蝦科,其氨基酸組成合理,富含鮮味氨基酸和不飽和脂肪酸,具有良好的風味和營養價值[1]。熟制后克氏原螯蝦肉質鮮嫩,風味獨特,深受消費者喜愛[2]。風味主要由氣味和滋味組成,其中克氏原螯蝦的揮發性風味化合物已有廣泛研究[3-5],目前揮發性滋味化合物的組成和呈味行為表征研究主要集中在魚類、甲殼類和貝類[6-7],克氏原螯蝦的呈味研究較少。姚靜玉等[8]通過1H核磁共振從克氏原螯蝦中檢出33 種滋味化合物,其中滋味活度值(taste activity value,TAV)大于1的為Arg、His、Glu、Ala、Lys、Gly、腺苷一磷酸(adenosine monophosphate,AMP)、肌苷一磷酸(inosine monophosphate,IMP)、琥珀酸和乳酸。李鵬鵬等[9]探究不同養殖模式下克氏原螯蝦游離氨基酸的呈味特性,發現克氏原螯蝦主要呈現鮮味和甜味。但克氏原螯蝦熱加工后關鍵呈味機制及蝦肉鮮甜味的來源尚未明確。
非揮發性滋味化合物組分間相互作用關系復雜,可能對其滋味產生協同增效、掩蔽和變調等影響,無法定量分析單個呈味組分來評估整體滋味特征[10]。滋味感官組學是通過量化呈味組分、合成重組液以模擬滋味輪廓,并通過減除和添加實驗減少組分協同作用影響,從分子水平確定關鍵滋味成分[11]。Gong Jun等[12]對長江刀魚進行重組、減除實驗,合成的簡化滋味液與天然提取液相似。
賈倩男等[13]通過分子感官科學定性、定量鷹爪蝦滋味成分,并構建了滋味重組模型確定其關鍵滋味成分。
本研究以克氏原螯蝦蝦尾為原料,通過高效液相色譜法定性、定量熱加工后克氏原螯蝦的基本滋味組分,依據天然滋味液的組分比例配制簡化滋味重組液(simplified taste recombinant,STR)和完全滋味重組液(complete taste recombinant,CTR),模擬克氏原螯蝦滋味輪廓進行減除和添加實驗,從而確定熟制后克氏原螯蝦關鍵滋味組分,以期為深入研究克氏原螯蝦風味品質提供一定參考。
1 材料與方法
1.1 材料與試劑
新鮮克氏原螯蝦,體質量為20~25 g,購于湖北武商超市。
AMP、鳥苷一磷酸(guanosine monophosphate,GMP)、IMP、Asp、Glu、Ser、Gly、Thr、Ala、Pro、Lys、Val、His、Tyr、Phe、Leu、Met、Ile、乳酸、氯化鈉、蔗糖、檸檬酸(純度≥99%)、Cys(純度≥97%)、Arg(純度≥99.5%)、琥珀酸(純度≥99.5%)標準品 上海源葉生物科技有限公司;異硫氰酸苯酯、三乙胺、無水乙酸鈉、氫氧化鈉(均為優級純) 國藥集團化學試劑有限公司;冰醋酸(純度≥99.5%) 上海麥克林生化科技有限公司;甲醇、乙醇、乙腈(均為色譜純) 美國默克公司。
1.2 儀器與設備
UltiMate 3000高效液相色譜儀 賽默飛世爾科技公司;KS-7200DE液晶超聲波清洗器 昆山潔力美超聲儀器有限公司;A360紫外-可見分光光度計 上海柏欣儀器設備廠;L12-P128高速破壁料理機 北京合千潤科貿有限公司;FD5-series冷凍干燥機 深圳市三莉科技有限公司;3K15臺式高速冷凍離心機 德國Sigma公司;KDF-08消化爐 上海華睿儀器有限公司;SHZ-D(III)循環水式真空泵 鞏義市予華儀器有限責任公司;AL204電子分析天平 上海衡平儀器儀表廠;C22-CS01電磁爐 浙江蘇泊爾股份有限公司。
1.3 方法
1.3.1 克氏原螯蝦樣品的處理
將新鮮克氏原螯蝦洗凈,去頭、殼、蝦線,置于沸水中蒸制280 s,使蝦的中心溫度達到90 ℃,冷卻至室溫后于-80 ℃冰箱保存待測。取一定質量的蝦尾與超純水以1∶4(g/mL)混合,均質機15 000 r/min勻漿2 min后熱水浸提30 min,冷卻并離心(10 000 r/min、4 ℃、2 min),上清液即為蝦肉滋味提取液(shrimp meat extract,SE)。
1.3.2 基本滋味組分的定量分析
1.3.2.1 游離氨基酸的測定
參照李發田等[14]方法并稍作修改,取1 mL SE,加入100 μL衍生液(V乙醇∶V異硫氰酸苯酯∶V水∶V三乙胺=7∶1∶1∶1),衍生30 min。然后加入0.9 mL流動相B并混勻。儀器條件:檢測波長254 nm;烘箱溫度40 ℃;進樣量10 μL;流動相A:80%乙腈水溶液,流動相B:0.1 mol/L無水醋酸鈉-乙腈(97∶3,V/V);洗脫程序見表1;流速1 mL/min。使用已知濃度的氨基酸標準混合溶液(包括Met、Asp、Ser、Gly、Glu、Thr、Ala、Lys、Tyr、Pro、Val、Leu、Phe、Ile、His、Arg和Cys)進行外標法定量。
1.3.2.2 呈味核苷酸的測定
參照Liu Ya等[15]方法并稍作修改,取1 mL SE,用1 mol/L NaOH溶液調節至中性,通過0.22 μm微孔濾膜過濾后用于高效液相色譜測定。色譜條件:流動相A:0.05 mol/L KH2PO4-K2HPO4(1∶1,V/V),pH 6.5;流動相B:90%甲醇水溶液。流速0.7 mL/min,柱溫25 ℃,檢測波長254 nm,進樣量20 μL。梯度洗脫程序:0~14 min,100% A;14.01~18 min,100%~25% A;18.01~22 min,25%~10% A;22.01~25 min,10%~0% A;25.01~47 min,0% A。使用外標法進行定量分析。
1.3.2.3 有機酸的測定
參照GB 5009.157—2016《食品安全國家標準 食品中有機酸的測定》進行測定。
1.3.2.4 無機鹽離子的測定
Na+、K+含量參照GB 5009.91—2017《食品安全國家標準 食品中鉀、鈉的測定》進行測定;Cl-含量參照美國分析化學家協會(Association of Official Analytical Chemists,AOAC)標準方法進行測定;PO43-含量參照GB 5009.87—2016《食品安全國家標準 食品中磷的測定》中的鉬藍分光光度法進行測定。
1.3.2.5 TAV的測定
參考Zhang Ninglong等[16]的方法進行測定。
1.3.3 基本滋味組分的感官分析
1.3.3.1 感官培訓
在湖北省農業科學院已成立的感官評估小組中選出30 名至少有2 年感官評定經驗的評估員(男女各15 人,22~30 歲)進行感官培訓。本研究首先確定以純凈水(pH 6.5)為溶劑時,下列標準化合物的滋味:味精(8 mmol/L)代表鮮味,蔗糖(50 mmol/L)代表甜味,檸檬酸(20 mmol/L)代表酸味,氯化鈉(20 mmol/L)
代表咸味,咖啡因(1 mmol/L)代表苦味。根據ISO 4120:2021中的三角檢驗(triangle test,TS)法對評估人員進行培訓,濃厚感評價依照Meyer等[17]的方法,鮮味標度實驗依照張寧龍[18]的方法。小組成員對所有參考溶液的味覺強度進行多次討論并達成共識后,設計一系列標準化合物的濃度梯度,用于提高其味覺靈敏度,如味精(0、2、4、6、8 mmol/L)的鮮味強度訓練。強度評估采用五點評分法(0:無味;1:滋味較弱;2:滋味適中;3:滋味較強;4:滋味極強)[19],純凈水的強度設為0 分。當小組的數據穩定后即可進行滋味特征分析。
1.3.3.2 感官輪廓分析
根據1.3.2節分析結果,將所有呈味組分按照天然濃度溶解于超純水中配制CTR,取TAV>1的呈味組分配制STR,使用KOH或HCl溶液(0.1 mmol/L)調節2 種重組液pH值至與SE相同。將SE(1.3.1節制備)、CTR和STR樣品分別裝入隨機編號的塑料杯中呈遞給感官小組成員。樣品和漱口水(純凈水)均保持在25 ℃,采用鼻夾防止小組成員味覺與嗅覺發生跨模態交互作用,每次品嘗樣品時需“抿-吐”10 s,并漱口30 s后方可進行后續樣品評價。感官小組成員在完成評估后需對5 種滋味強度進行評分,評分標準為0~4 分。
1.3.4 減除實驗
通過在CTR中逐一省略單組或單個滋味化合物,共制備31 種不完全滋味重組液。要求小組成員用TS法從3 組重組液(1 個不完全重組液和2 個CTR)中找出1 個與其他2 個不同的重組液[20]。判斷正確的小組成員需要描述與CTR相比所感知到的差異,并按照五點評分法對味覺屬性進行評分。
1.3.5 添加實驗
取TAV>1但在減除實驗中無味覺貢獻的成分(共14 種),按天然濃度逐一添加到模型溶液(按照1.3.4節減除實驗中確定的滋味活性組分按天然濃度配制而成)中。每種成分添加溶液均由感官小組成員通過TS法與模型溶液進行比較,具體方式同1.3.4節。
1.4 數據處理及分析
實驗數據使用Excel 2010進行處理,所有數據均重復測定3 次。采用ISO 4120:2021標準描述的顯著性差異(P<0.05、P<0.01、P<0.001)對結果進行分析,P值越小,表明其顯著性越強。采用Origin 2024繪圖。
2 結果與分析
2.1 克氏原螯蝦中主要滋味活性組分
為闡明克氏原螯蝦的主要滋味活性化合物,明確單個化合物對滋味的影響,并進一步模擬SE的滋味輪廓,對SE中各滋味組分進行定量分析。游離氨基酸是蝦肉中重要的呈味物質,大多呈現出苦味、甜味和鮮味[21]。
由表2的組I可知,克氏原螯蝦天然滋味液中共檢出17 種游離氨基酸,其中Arg含量最高,占總游離氨基酸含量的35.95%,其次是Ala、Gly和Glu。Arg主要呈現苦味,高含量時可增加蝦肉風味的復雜性,提高鮮度[22],且高含量時可與帶有甜味的Ala產生協同作用,賦予蝦肉特有的適宜滋味[13]。由于各呈味物質的味覺閾值不同,需通過TAV判斷呈味組分對樣品整體滋味的貢獻,
TAV>1表現為有重要貢獻。表2中共有7 個游離氨基酸的含量高于其味覺閾值,分別為Arg(TAV=11.16)、Glu(TAV=6.05)、Ala(TAV=5.45)、His(TAV=4.42)、Val(TAV=4.12)、Gly(TAV=1.71)和Asp(TAV=1.31)。Arg是蝦肉滋味的主要貢獻者,這與王曜等[23]的研究結果一致。呈鮮味的Asp和呈甜味的Val含量較低,但對蝦肉滋味仍有重要貢獻。Ala、Gly均為甜味氨基酸,且Gly可減少蝦肉的苦味[24]。Glu是一種鮮味氨基酸,其酸性二肽Ala-Glu和Glu-Leu均具有鮮味特性,且Val-Glu具有緩沖作用[25]。
呈味核苷酸是水產品中重要的含氮物質,對水產品特殊風味有重要影響[26],組II中,AMP含量及TAV均較高,AMP是SE的主要呈味核苷酸,具有增加鮮味及減少苦味的作用。其次是GMP,其TAV為4.31。組III中,乳酸和琥珀酸TAV>1,其中琥珀酸具有更高的TAV(3.01),可為蝦肉提供鮮味,增加蝦肉滋味的復雜性。組IV中Na+和K+的TAV>1,而Cl-和PO43-在SE中無突出滋味貢獻,起改善風味的作用。
綜上所述,Arg、Glu、Ala、His、Val、Gly、Asp、AMP、GMP、乳酸、琥珀酸、Na+和K+可能是SE中潛在的呈味組分(TAV>1)。然而考慮到組分間存在相互作用,Tyr和Phe等游離氨基酸雖在溶液中具有較低的味覺閾值,但仍可增強其他呈味氨基酸的鮮味和甜味[27],即部分滋味化合物在低于閾值濃度下同樣對食品滋味具有促進作用,因此必須通過感官分析明確各呈味組分對整體滋味的影響。Wu Shujian等[28]發現,凡納濱對蝦頭部蛋白質質量分數高達10.32%,其中風味氨基酸(鮮味氨基酸和甜味氨基酸)和功能氨基酸分別占總氨基酸含量的57%和37%,游離氨基酸在蝦肉呈味上起重要作用,且蝦頭自溶過程中部分游離氨基酸會與IMP相互作用產生苦味。Zhou Fen等[29]也發現呈味氨基酸和呈味核苷酸可產生協同效應顯著改善鮮味。這些研究均表明滋味的呈現是多種化合物協同作用的結果。Liu Zhenyang等[30]發現對溫度敏感的Glu、Asp、Gly和IMP是海鮮滋味的關鍵貢獻物質,對賦予鮮味的豐富度和甜味至關重meyryUhY8rOBG3a8eHfdJg==要,也是凡納濱對蝦蝦頭的主要滋味成分,該結果與本研究具有一定相似性。
2.2 克氏原螯蝦的感官輪廓
部分分子質量為300~1 500 Da的寡肽能與口腔中對應的風味受體結合,呈現出鮮味、咸味、酸味、苦味、甜味及濃厚感,其中濃厚感是一種具有連續性、醇厚、有回味的味道[31]。由圖1可知,SE中鮮味和濃厚感的評分較高,分別為3.6 分和3.2 分。因此可認為鮮味和濃厚感是克氏原螯蝦的主體味覺特征,其次是甜味和咸味,其他味覺特征強度較低,可忽略不計。韋磊[32]從南極磷蝦中檢出16 種游離氨基酸,AMP含量遠高于其他呈味核苷酸,蝦肉呈鮮甜味。這與本研究結果一致。
CTR和STR的滋味輪廓與SE相似,除咸味外,CTR的滋味強度均高于STR,由此可見,存在TAV<1的呈味組分在SE中有滋味貢獻。在以SE中主要滋味成分為模板構建的CTR中,其鮮味、濃厚感、甜味和鮮味相較于SE僅分別降低5.6%、3.1%、11.5%和20.0%,因此可認為該體系能夠在減除實驗中再現SE的典型滋味。
2.3 減除實驗結果分析
減除實驗可進一步表征食品中單個呈味組分對整體滋味的貢獻,從而揭示SE中關鍵滋味活性組分。依據
2.1節將呈味組分分成4 組進行組間減除。由表3可知,分別消除組I游離氨基酸和組II呈味核苷酸時,重組液中濃厚感和鮮味均顯著降低,其中消除游離氨基酸對濃厚感的影響更顯著(P<0.001)。Manninen等[33]研究表明,氨基酸和核苷酸存在協同增鮮作用。消除組III有機酸時,甜味極顯著降低(P<0.01),消除組IV無機鹽離子時,咸味極顯著降低(P<0.01),因此,2 組呈味物質均能豐富SE滋味。
對組內單一呈味物質進行組內減除。組I減除Glu和Arg時,滋味均與CTR有高度顯著差異(P<0.001),可認為Arg和Glu是蝦肉滋味的主要貢獻者,其中減除Glu時,鮮味高度顯著下降(P<0.001),甜味、酸味、濃厚感均下降。組II減除AMP時,滋味與CTR有顯著差異(P<0.05),結合2.1節可得AMP為主要呈味物質,且將3 種呈味核苷酸從CTR中減除時,鮮味極顯著下降(P<0.01),可認為GMP和IMP存在協同增鮮作用。組III減除乳酸時,鮮味和濃厚感均下降,苦味有所增加,乳酸在SE中具有增鮮(濃厚)降苦的雙重功效。無機鹽離子輔助水產呈鮮[34],組IV減除Na+和K+時,滋味均同CTR存在高度顯著差異(P<0.001),重組液鮮甜味下降,其中減除K+時,下降高度顯著(P<0.001)。而減除PO43-時,滋味與CTR存在顯著差異(P<0.05),甜味有所增加。無機鹽離子能夠在一定程度上掩蔽樣品的咸味,且通過與其他呈味組分發生相互作用,能極顯著提升SE整體滋味。
通過減除實驗初步確定,克氏原螯蝦蝦肉的主要呈味物質為Glu、Gly、Val、Ile、Leu、Phe、Arg、AMP、乳酸、Na+、K+、PO43-,為避免遺漏潛在的滋味活性組分,排除組分間協同作用造成味覺特性的改變,對部分在減除實驗中不具備顯著性的滋味組分進行添加實驗。
2.4 添加實驗結果分析
將2.3節確定的滋味組分按天然濃度配制重組液,逐一分別添加無顯著性滋味組分,結果如表4所示。添加His后重組液滋味與模型溶液有高度顯著差異(P<0.001),咸味下降。張玲等[35]發現,His可與乳酸、PO43-等形成緩沖體系,增加食品滋味。添加Ala和Tyr會導致產物鮮味、甜味下降,而添加乳酸則對滋味具有積極影響,這與2.3節結論一致。
綜上所述,可確定克氏原螯蝦關鍵滋味組分為Glu、Gly、Val、Ile、Leu、Phe、Arg、His、Ala、Tyr、AMP、乳酸、Na+、K+和PO43-。然而,由2.1節可知,Asp、GMP的TAV>1,但減除和添加實驗均未見兩者對滋味強度的顯著影響,這可能是因為存在協同和掩蔽作用。克氏原螯蝦的呈味特性極其復雜,存在多重作用影響,仍需進一步探究。
3 結 論
本研究在熟制克氏原螯蝦中共檢測出17 種游離氨基酸和3 種呈味核苷酸,高含量氨基酸主要為Arg、Ala、Gly和Glu,其中Arg含量最高,占總游離氨基酸含量的35.95%,而呈味核苷酸中含量最高的為AMP。有機酸含量均較低,無機鹽離子主要為Na+和K+。其中,Arg、Glu、Ala、His、Val、Gly、Asp、AMP、GMP、乳酸、琥珀酸、Na+和K+的TAV均大于1,是熟制克氏原螯蝦滋味的貢獻者。熟制克氏原螯蝦的滋味主要由游離氨基酸、呈味核苷酸、有機酸和部分無機鹽離子共同呈現,其中游離氨基酸和呈味核苷酸是滋味的主要貢獻者,而有機酸和部分無機鹽離子具有輔助增鮮作用。熟制蝦肉提取液主要呈現鮮味和濃厚感,其關鍵滋味組分為Glu、Gly、Val、Ile、Leu、Phe、Arg、His、Ala、Tyr、AMP、乳酸、Na+、K+和PO43-。本研究可為克氏原螯蝦產品的創新發展提供理論依據。
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