养殖中华鲟肉质、营养成分及风味分析

徐 柳,范远景,*,王明和,刘培志,杨登玲,代子玲,童今柱,娄鹏祥

(1.合肥工业大学食品科学与工程学院,安徽合肥 230009; 2.安徽刘郎食品有限公司,安徽宣城 242000)

鱼肉富含蛋白质且脂肪含量很低,是膳食中维生素、矿物质的良好来源[1],目前市场上销售的加工水产品种类繁多,有干制品、熏烤制品、发酵制品、鱼糜制品、风味即食小食品、罐头食品等15个品系[2]。其加工原料品种多、形体小,可食部分比例相对较低[3],鲟鱼(AciPenser),也称鲟龙,辐鳍鱼纲,是淡水鱼类中个体最大、寿命最长的鱼类[4],中华鲟肉多刺少且鱼刺较大,与市场上常见的水产品加工原料鲤鱼、鲫鱼、普通草鱼等鱼类相比,中华鲟肌纤维直径和肌纤维密度大小适中、蛋白质含量较高、脂肪含量较低、风味独特,在实践生产中具有广泛的应用价值。

由于人工养殖起步晚,目前以中华鲟为原料的加工产品极为稀少,其消费渠道仍然以鲜鱼烹饪为主。近年来,随着鲟鱼人工繁殖和养殖技术的成功和推广,我国鲟鱼养殖业取得了显著的成绩,鲟鱼的养殖面积和养殖产量逐年递增[5]。宣城地区中华鲟人工养殖的成功就是最好的证明,宣城地区有近10万斤的人工养殖中华鲟,其中有近800条百斤以上的中华鲟,1斤左右的中华鲟数量最多,将近6万条,宣城地区中华鲟的人工养殖周期为1～10年不等。

本实验以具有代表性的当季1年龄中华鲟为原料,研究其肉质、营养成分及风味,可为中华鲟精深加工生产提供工艺设计参考和理论依据,扩大中华鲟资源综合利用范围。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

中华鲟 宣城人工鲟鱼养殖基地,6尾1年龄健康活体,重量为(1803.4±17.9) g,体长为(43.14±2.21) cm,宰杀后现用,剩余部分保存于-40 ℃冰箱中;牛血清白蛋白 上海源聚生物科技有限公司;氢氧化钠 无锡展望化工试剂有限公司;硫酸铜 天津市光复科技发展有限公司;碘化钾 天津市光复科技发展有限公司;磷酸二氢钾、磷酸氢二钾 西陇化工股份有限公司;石油醚(30～60 ℃) 上海苏懿化学试剂有限公司;盐酸 上海振企精细化学品有限公司;所有试剂 均为国产分析纯。

TA-XT2i/50型物性分析仪 英国Stable Micro Systems;SC-80C全自动色差计 北京康光仪器有限公司;pH-10/10笔式酸度计 上海迪也姆仪器有限公司;YB型系列电子天平 上海安亭科学仪器厂;TGC-16C台式离心机 上海安亭科学仪器厂;CT15RT台式高速冷冻离心机 上海天美生化仪器设备工程有限公司;YHG-9202型红外干燥箱 上海三发科学仪器有限公司;752紫外-可见光分光光度计 上海菁华科技仪器有限公司;LGJ-12型冷冻干燥机 北京松源华兴科技发展有限公司;TA-288针式食品中心温度计 郑州市亚信达仪表有限公司;JSM-6490LV扫描电子显微镜 日本电子制造公司;HH-2孔数显水浴锅 江苏金坛市环宇科学仪器厂;Trace MS气相色谱-质谱联用仪 美国Finnigan公司。

1.2 实验方法

1.2.1 肉色的测定 参考Tadeusz等[6]的方法采用色差计进行测定,色差计应配备D65光源,波长400～700 nm,肉样厚度不少于1 cm,垂直肌纤维方向切开,横断面在室温下氧合40 min后测定。氧合过程环境风速小于0.5 m·s-1,每条鱼每个鱼肉部位选取3个肉样重复测定3次后取平均值[7]。

1.2.2 pH的测定 参考刘文营等[8]的方法进行测定,在6条中华鲟背部和腹部用手术刀分别切取3份肌肉组织各10.0 g,置于小烧杯内,加入50 mL蒸馏水混合,静置10 min,用pH计测定pH后取平均值。

1.2.3 嫩度的测定 参考NY/T1180-2006[9]测定,在6条中华鲟背部和腹部用手术刀各切取3份4 cm×1 cm×1 cm整块肉样,将肉样煮至中心温度达到70 ℃时,冷却至室温后用物性仪测定剪切力,每个肉样做3次重复,取平均值。

1.2.4 持水力的测定 参考曹玲等[10]的方法,利用远红外水分测定仪测定鱼肉样品含水量,另外,称取1 g同等条件下的不同部位鱼肉样品各3份剁碎,置于离心管中,称重后放在冷冻离心机中离心(温度18～20 ℃、转速7800 r/min、分离因数23300,时间30 min),取出离心管,将离心出的水倒出并用滤纸将其表面的水分吸干,将样品及离心管一起称重,持水力计算公式如下:

式中:WHC为样品持水力;W为样品含水量;m1为离心前样品和离心管质量;m2为离心后样品和离心管质量;m0为样品质量。

1.2.5 失水率的测定 参考戴四发等[11]的方法,在每条中华鲟背部和腹部各称取3份约0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的正方体肉样,称质量(m1/g),然后置于上下各16层滤纸中间,压力仪施压75 N,保持5 min,撤压后称肉样重(m2/g),失水率(D)的计算公式如下:

1.2.6 滴水损失的测定 参考王莉等[12]的方法,在每条中华鲟背部和腹部各称取3份5 cm×1 cm×1 cm的肉样,在天平上称其质量(m1/g)后,把样品悬挂在挂钩上,然后装在塑料袋中,确保塑料袋不会接触到样品,将其吊挂在湿度、气流、温度(通常是2～4 ℃)恒定的环境中。24 h后,从钩上取下样品,再称质量(m2/g)。重复测定3次取平均值。滴水损失计算公式如下:

式中:DL为滴水损失;m1为测定前肉样质量;m2为测定后肉样质量。

1.2.7 蒸煮损失的测定 参考王莉等[12]的方法,在每条中华鲟背部和腹部分别称取3份5 cm×1 cm×0.3 cm的整块肉样,称质量(m1/g),放入80 ℃的恒温水浴锅中加热,用TA-288针式食品中心温度计测定肉样的中心温度,待肉样中心温度达到70 ℃时,将肉样取出冷却至室温,用滤纸吸去肉样表面的水分后,称质量(m2/g),蒸煮损失计算公式如下:

式中:CL为蒸煮损失;m1为测定前肉样质量;m2为测定后肉样质量。

1.2.8 肌纤维 参考岑剑伟等[13]的方法,将鱼肉样品应用扫描电子显微镜(SEM)进行超微结构观察。将6条中华鲟不同部位新鲜鱼肉切成1 cm×1 cm×0.5 cm的肉块后,冷冻备用。

扫描电镜样品制备与观察流程为:将冷冻后的肉块取出后沿垂直于肌纤维方向进行切片,切片厚度小于1 mm,然后冷冻干燥24 h,取出后进行喷金,用扫描电镜观察;分别放大150,500,2500 倍进行总体结构、肌束膜和肌内膜观察;另外在150 倍和1000 倍下分别拍摄4 张图片用于肌纤维密度和肌纤维直径的测量,使用Digimizer软件,每张图片随机挑选各10 个测量点取平均值。

1.2.9 水分含量的测定 参考GB 5009.3-2010《食品中水分的测定》[14]进行操作。

1.2.10 粗脂肪含量的测定 采用索氏抽提法,参照GB/T9695.7-2008[15]。

1.2.11 可溶性蛋白含量的测定 参考Joo[16]等的方法并稍做修改,采用双缩脲试剂法测定可溶性蛋白的含量,分别精确称取肉样0.5 g,放入50 mL离心管中,加入10 mL冰浴碘化钾提取液(1.1 mol/L碘化钾溶于0.1 mol/L磷酸钾缓冲液,pH7.2),低速匀浆(6500 r/min)2次,每次30 s,每次间隔30 s。将匀浆液置于摇床上,4 °C条件下抽提12 h,对抽提液进行分装,离心分离,吸取上清液,采用双缩脲方法测定上清液中蛋白浓度。

双缩脲标准曲线的绘制:分别吸取0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mL浓度为10 mg/mL的牛血清白蛋白标准溶液,用蒸馏水补至1 mL后加入4 mL双缩脲试剂,混匀,室温(20～25 ℃)下静置30 min后于540 nm波长条件下进行比色测定。同时做空白对照液。以吸光度值为纵座标,蛋白质的含量为横座标,绘制标准曲线,即y=0.0415x+0.077,决定系数R2=0.9982。

1.2.12 总蛋白质含量的测定 参考GB/T 5009.5-2016《食品中蛋白质的测定》[17]进行操作。

1.2.13 灰分的测定 参考GB 5009.4-2016《食品中灰分的测定》[18]进行操作。

1.2.14 矿物质含量的测定 主要采用AAS原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法以及高效液相色谱法进行检测。

1.2.15 风味 参照沈君臣[19]的方法:采用DB-5MS毛细管色谱柱对中华鲟背部鱼肉样品风味物质进行提取、分离,气相色谱仪解吸温度为 250 ℃,解析时间为2 min,采用不分流模式,解吸炉温为40 ℃。进样口温度250 ℃,接口温度250 ℃;起始柱温40 ℃,保持2 min,以5 ℃·min-1升温至60 ℃,且无保留,再以10 ℃·min-1升温至230 ℃,且保留10 min。根据GC-MS检测到的挥发性风味物质的质谱数据经计算机检索与MAINLIB、NISTDEMO、REPLIB和WILLEY标准谱库进行匹配及比对,一般选择匹配度大于800的鉴定结果(最大值为1000)为可取结果。

1.3 数据处理

每个样品设3个平行,用Microsoft Excel 2010整理数据,运用SPSS 16.0统计分析软件进行方差分析和显著性检验,p<0.05时,差异显著,p<0.01时,差异极显著。测定结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 肉质比较分析

中华鲟背部的L*值、a*值和肌纤维直径分别较腹部高1.04、0.48、1.66 μm,pH较腹部低0.06,且不同部位无显著差异(p>0.05),中华鲟背部剪切力、失水率、蒸煮损失分别为2.26×103g、38.05%、27.32%,分别较中华鲟腹部显著高0.37×103g、7.02%、7.91%(p<0.05),中华鲟背部b*值、持水力、滴水损失、肌纤维密度分别为12.96、62.21%、41.76%、112.89 N·(mm2)-1,分别较中华鲟腹部显著低1.30、4.11%、4.45%、60.79 N·(mm2)-1(p<0.05)。

L*值、a*值和b*值分别代表肉色的亮度、红度和黄度,L*值和a*值越高肉色越好,而b*值越低肉色越好,中华鲟背部鱼肉色泽的亮度和红度高于腹部,而黄度低于腹部,故背部鱼肉色泽较腹部好；中华鲟背部pH略低于腹部,pH直接反映鱼肉酸碱性,是用于评价鱼肉品质特别是鲜肉品质的一项常规指标,在同等条件下,中华鲟背部鲜度略高于腹部；嫩度是肉品质的一个重要方面，是肉质和蛋白质结构特性的反映[20]。中华鲟背部嫩度低于腹部,中华鲟肌纤维和微观结构差异,也正好验证了这一点；肌肉持水力直接影响到肌肉产品的口感、多汁性、贮存性、加工性以及咀嚼性等方面,是一项重要的评价指标[21]。本实验中华鲟背部持水力显著低于腹部(p<0.05);蒸煮损失用于评价肌肉在热加工过程中的损失情况,中华鲟背部蒸煮损失显著高于腹部(p<0.05),反映背部的抗热处理程度较腹部低。

表1 中华鲟肉质指标的比较分析Table 1 Comparative analysis of meat quality indexes of Chinese sturgeon

2.2 肌纤维的形态学观察

从横截面观察到,中华鲟背部肌纤维较腹部更紧密,推测出中华鲟腹部嫩度更高,从肌束膜、肌内膜超微结构可知不同部位肌束膜和肌内膜结构无明显差异。鱼类肌纤维的直径和肌纤维密度被认为是决定质地的一个重要指标[22],由图1测量可得,中华鲟肌纤维直径在35～40 μm之间,高于鲤鱼和鲫鱼(10～15 μm),低于普通草鱼(110 μm左右),略低于脆肉鲩(65～70 μm),中华鲟肌纤维密度在100～200 N·(mm2)-1之间,高于鲤鱼和鲫鱼(70～85 N·(mm2)-1),与普通草鱼(120 N·(mm2)-1)相近,低于脆肉鲩(250 N·(mm2)-1左右)[23-24],中华鲟肌纤维直径和密度适中,嫩度适中,肌肉品质较好。

图1 中华鲟不同部位肌纤维横截面、 肌束膜和肌内膜超微结构图Fig.1 Ultrastructures of muscle fiber cross-section,perimysium and endomysium in different Parts of Chinese sturgeon注：a.背部肌纤维横截面(150×);b.腹部肌纤维横截面

2.3 中华鲟营养成分和矿物质元素含量分析

由表2可知,中华鲟背部与腹部平均水分含量和灰分分别为76.89%和0.93%,且不同部位差异不显著(p>0.05),中华鲟背部与腹部平均粗脂肪、可溶性蛋白质和总蛋白含量分别为1.47%、19.86%和20.78%,其中，中华鲟背部较中华鲟腹部粗脂肪含量显著低2.11%(p<0.05),而可溶性蛋白和总蛋白含量分别较中华鲟腹部显著高6.12%和4.78%(p<0.05)。比较可溶性蛋白含量和总蛋白含量可知,中华鲟背部和腹部的可溶性蛋白含量分别较总蛋白含量低0.25%和1.59%。对于可溶性蛋白含量与总蛋白含量的比值,中华鲟背部和腹部的比值分别为98.92%和91.35%,即中华鲟背部的比值较腹部高7.57%；对于总蛋白含量,中华鲟总蛋白含量为15%～25%,略高于草鱼(15%～20%)和北京地区养殖杂交鲟及施氏鲟(19.46%～20.23%),高于罗非鱼(13%～17%)、北京地区养殖中华鲟(16.68%)和贵州地区养殖鲟鱼(16%～18%)[25-26]；对于脂肪含量,中华鲟脂肪含量为0.4%～2.5%,低于草鱼(1%～6%),低于罗非鱼(3%～7%)；对于水分含量,中华鲟水分含量为76%～78%,与草鱼(75%～79%)和罗非鱼(75%～78%)相近[27-28]。由此可知，中华鲟水分含量适中并具有高蛋白低脂肪的特点。

表2 中华鲟常规营养成分比较分析Table 2 Comparative analysis of conventional nutrients in different Parts of Chinese sturgeon

由矿物质元素含量可知,中华鲟肌肉中含有丰富的Na、K、Ca、Mg和P等宏量元素,还含有Fe、Zn、Cu和Se等微量元素,其中背部的K、Ca和Fe含量分别较腹部显著低15.22、3.77、0.64 mg/kg(p<0.05),而Mg和P含量较腹部显著高6.31、4.48 mg/kg(p<0.05)。不同部位矿物质含量由高到底分别为K、P、Ca、Na、Mg、Fe、Zn、Se和Cu。其中，K、Na、Ca、Mg是维持神经肌肉兴奋性和细胞膜通透性的必要条件,而微量元素Fe、Zn、Se是我国居民膳食中较易缺乏的矿物质。Fe是血红蛋白的组成成分,参与氧气和二氧化碳的运载和交换；Zn是体内200多种酶以及DNA、RNA的组成成分,是生长发育的必需物质；Se具有抗氧化活性,可保护机体免受自由基和致癌物的侵害[29],中华鲟肌肉中Fe、Zn和Se的含量分别高达5.67、3.68、0.26 mg/kg。

2.4 中华鲟背部挥发性成分分析

生鲜中华鲟鱼肉挥发性风味物质HS-SPME-GC-MS检测总离子流色谱图如下图2所示,挥发性成分如表3所示,在生鲜中华鲟鱼肉中共检测出包括醛类(3种)、醇类(8种)、酮类(2种)、烃类(17种)、酸类(1种)、酯类(4种)和含硫、含氮、含氧及杂环化合物(7种)等42种挥发性香气成分。其中,醛类(20.65%)、烃类(62.41%)、酯类(5.50%)和含硫、含氮、含氧及杂环化合物(6.59%)等31中化合物约占总香气成分的95%,成为中华鲟样品的主要香气贡献的化合物。

图2 中华鲟挥发性风味物质 HS-SPME-GC-MS检测总离子图Fig.2 Chinese sturgeon volatile flavor HS-SPME/GC-MS detection of total ionFigure

表3 中华鲟的挥发性成分表Table 3 Volatile compounds in Chinese sturgeon

通常认为,肉的特征性风味主要来自脂肪[30]。醛类是脂肪降解的主要产物,一般阈值很低,具有脂肪香味,构成肉品的特征性风味,醛类中含量最高的化合物为壬醛,占总挥发性物质的17.61%,而壬醛阈值仅有1 μg·kg-1,具有蜡香、柑橘香、脂肪香、花香,其次是2.36%的十二醛和0.69%的庚醛,分别有皂香、蜡香和鱼腥风味,其阈值较低,对香气有极其重要作用。烃类化合物一般存在于水产品中,大多具有较高的阈值,对食品整体风味贡献较小,从含量上来看,烃类是鱼肉挥发性化合物中最多的成分,其中含量最高的苯乙烯具有树脂、花香香气,其阈值为730 μg·kg-1。酯类含量最高的化合物为邻苯二甲酸二甲酯,具有芳香味,另外,也在鱼肉样品中检测到的含量较多的酸类和醇类化合物2-己烯-1-醇和延胡索酸,两者都具有水果香气,可能来自于脂肪氧化。

对于主体风味成分,对养殖中华鲟风味贡献最大的是壬醛(油脂气味),而对养殖大黄鱼的总体风味贡献最大的是阈值较低,为10.7 μg·kg-1的辛醛(水果香味)[31]。对于风味贡献含量,中华鲟挥发性成分含量由高到低分别为烃类(62.41%)、醛类(20.65%)、酯类(5.50%)和含硫、含氮、含氧及杂环化合物(6.59%),而养殖大黄鱼挥发性成分含量由高到低分别为烃类(34.61%)、醛类(17.9%)、醇类(8.41%)、含硫、含氮、含氧及杂环化合物(5.78%)[31]。总的来说,挥发性羰基化合物产生原生的、浓郁的香味,而挥发性的醇则产生品质较为柔和的气味[32],与养殖大黄鱼相比[31],养殖中华鲟的羰基化合物含量(1.67%)高于养殖大黄鱼(0.53%),而醇类含量(2.82%)低于养殖大黄鱼(8.41%),因此与养殖大黄鱼相比中华鲟风味更为浓郁强烈。

3 结论

中华鲟背部色泽偏红偏亮,腹部偏黄,中华鲟背部的失水率、蒸煮损失、肌纤维直径、水分含量和可溶性蛋白含量高于腹部,而pH、嫩度、滴水损失、肌纤维密度、粗脂肪和灰分含量低于腹部。中华鲟肌肉矿物质含量丰富,其中K的含量最高,此外还含有丰富的微量元素。通过HS-SPME-GC-MS法对中华鲟的风味物质进行分析,结果表明,中华鲟中共有42种挥发性成分,包括醛类、酮类、烃类、醇类、酸类、酯类以及含硫、含氮、含氧及杂环化合物,其中醛类化合物、烃类化合物、酯类和含硫、含氮、含氧及杂环化合物是构成中华鲟风味物质的主要成分,既是中华鲟腥味形成的主要物质,也是其独特风味的主要贡献者。以上结果可为中华鲟速冻调理产品、开袋即食产品和保健功能食品的精深加工生产提供工艺设计参考和理论依据。