加热方式对南美白对虾和南极磷虾虾肉糜中的游离氨基酸含量的影响

姜慧娴，张瑞娟，焦 阳，张毛赛，程裕东，金银哲,*

(1.上海海洋大学食品学院,上海 201306;2.上海海洋大学食品热加工工程中心,上海 201306;3.国家级食品科学与工程实验教学示范中心(上海海洋大学),上海 201306)

微波加热是利用物料中的极性分子,在快速变化的电磁场中产生剧烈转动,与临近分子发生摩擦效应,从而使物料升温[1]。与传统加热方式(对流加热、热传导、热辐射)相比,微波加热具有传热速度快、加热时间短、烹饪损失小,营养物质保存性好等优点[2]。因此,微波加热在食品解冻、干燥、杀菌、烹饪等领域得到广泛应用[3-5]。

游离氨基酸又称非蛋白氨基酸,是一类重要的呈味成分,其含量会直接影响食物的鲜美程度[6]。游离氨基酸的结构不同,其滋味也不同,如谷氨酸(Glu)和天冬氨酸(Asp)呈鲜味,苏氨酸(Thr)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)等具有甜味,而组氨酸(His)、甲硫氨酸(Met)、亮氨酸(Leu)等则呈苦味等不良风味[7-8]。鱼类、贝类和虾类等水产动物中各种游离氨基酸含量丰富,其最鲜美的时候正是鲜味氨基酸含量最高的时候[6]。水产品在烹饪过程中会发生一系列复杂的热诱导反应而产生大量的风味化合物,包括游离氨基酸等非挥发性的滋味化合物。目前对于游离氨基酸的研究主要集中在不同品种、不同部位、不同蒸煮时间对游离氨基酸含量的变化[9-11],对于加热方式和加热温度对水产品游离氨基酸含量变化的研究较少。

南美白对虾(Penaeusvannamei)又称凡纳对虾,高蛋白、低脂肪,是世界养殖虾类产量最高的三大种类之一。它具有肉质鲜美、营养丰富、适应性强、抗病力强、适合多种方式养殖、对水盐度要求低等优点,是“海虾淡养”的优质品种[12]。南极磷虾(Euphausiasuperba)又名大磷虾或南极大磷虾,隶属节肢动物门、甲壳纲、磷虾目,广泛分布于南极水域,资源蕴藏量巨大,是地球上数量最大、繁衍最成功的单独生物资源之一[13]。南美白对虾和南极磷虾的营养价值高,其肉含有丰富的不饱和脂肪酸、蛋白质和游离氨基酸,是人类食物的良好来源。李婉君[14]研究了南美白对虾和南极磷虾在冷冻条件下营养与滋味的比较,然而对于南美白对虾和南极磷虾加热处理过程中滋味成分比较的研究较少,尤其是对游离氨基酸含量的影响。

因此,本文以南美白对虾和南极磷虾为研究对象,采用微波加热和水浴加热两种加热方式,观察不同加热温度(55、65、75、85、95 ℃)下游离氨基酸的变化情况。通过研究拟掌握虾肉糜在加热过程中风味物质(特指游离氨基酸)的变化规律,采用滋味强度值(taste active value,TAV)的方法评价两种虾类中游离氨基酸的呈味作用,来确定最优加热条件,以期得到具有最佳风味的虾类产品。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜活的南美白对虾(每尾10～15 g) 上海市临港新城古棕路菜市场,充氧保活后迅速运送至实验室;冷冻的南极磷虾虾砖(每块虾砖150 g) 青岛大康尚品商贸有限公司,贮藏在-20 ℃冰箱中备用,使用前流水解冻;多种氨基酸混合标准溶液 Sigma公司;柠檬酸三钠、氢氧化钠、氯化钠 色谱纯,乙(丙)二醇甲醚、茚三酮、盐酸、柠檬酸、乙醇 优级纯,二水合5-磺基水杨酸 分析纯,国药集团化学试剂有限公司;娃哈哈纯净饮用水 杭州娃哈哈集团。

NN-GD568微波炉 松下Panasonic集团有限公司;HSG电热恒温水浴锅 上海华琦科学仪器有限公司;JT-C匀浆仪 漯河市金田试验设备研究所;FSH-2可调高速匀浆机 常州国华电器有限公司;Avanti J-26S系列高效离心机 贝克曼库尔特商贸(中国)有限公司;BS224S电子天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;L-8800氨基酸自动分析仪 日立集团。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理 鲜活的南美白对虾经过挑选(大小、体重相同)后加冰使其猝死,进行简单清洗。再进行去头、去壳、去虾线处理,然后用清水清洗干净后沥干表面水分,冷冻的南极磷虾虾砖直接流水解冻后沥干表面水分。样品每隔1 min手动拌匀一次(为了防止仪器过热对实验产生影响,也为了搅拌更均匀),共搅拌5 min,以上所有操作均在低温(4±1 ℃)下完成。将搅拌后的虾肉糜填入定制的尼龙模具(外径22 mm,内径20 mm,高15 mm)中,用封口膜将其密封。

1.2.2 热处理 将密封后的虾肉糜分成3组,即对照组、微波加热组和水浴加热组。对照组未经加热处理(20±5 ℃);微波加热和水浴加热处理方法如下:

微波加热:将密封好的模具包裹塑料泡膜(防止散热),中心位置钻一小孔放置在微波炉的中心,将光纤插入小孔内,置于样品几何中心进行样品温度的监测,用实验型微波炉工作站(输出功率为150 W)加热,当样品的中心温度分别达到55、65、75、85、95 ℃时,停止加热,立即取出样品,放置4 ℃冰箱内待后续处理。

水浴加热:将密封好的模具包裹塑料袋用橡皮筋扎紧,模具上方中心位置同样钻一小孔,将热电偶插入小孔,内置于样品(几何中心)中,缓慢将样品放进事先加热好的水浴锅中,实时监控样品的中心温度,当虾肉糜的中心温度分别达到55、65、75、85、95 ℃时,停止加热,立即取出样品,放置4 ℃冰箱内待后续处理。

1.2.3 游离氨基酸的测定方法 准确称量2.0 g 处理后的虾肉糜,加入20 mL 0.02 mol/L 的稀盐酸,用均质机均质5 min后,在5000 r/min、4 ℃条件下冷冻离心10 min,收取上清液定容至50 mL。定容后移取2 mL,加入2 mL 5%的磺基水杨酸,在10000 r/min、4 ℃条件下冷冻离心10 min,然后经直径为0.22 μm微孔水相滤膜过滤后进样测定。3组平行实验,测定结果取平均值。缓冲溶液的配制参考王曜等[6]的方法,按照文献中的组分表用电子天平精确称量。反应液R1中的茚三酮为固体试剂,开封后密封避光保存,配制时也需要避光操作。

氨基酸自动分析测试条件:分离柱(4.6 mm×60 mm),分离树脂为阳离子交换树脂,分离柱温度57 ℃,检测波长570 nm,缓冲溶液[6]流速0.35 mL/min,反应液(茚三酮试剂)流量0.35 mL/min,反应单元温度135 ℃,进样量20 μL。用仪器自带的ASM软件进行数据分析。

1.2.4 滋味活性值的计算 滋味活性值(TAV)反映虾肉中滋味活性物质对其滋味的贡献程度,定义为样品中呈味物质的测定值与呈味物质的阈值之比。TAV小于1表示该滋味活性物质对虾肉滋味贡献程度不显著;TAV大于1,表示该滋味活性物质对虾肉滋味贡献程度显著,且数值越大,贡献程度越大。滋味活性值的计算参照Chen等[10]的方法。

1.3 数据处理

本实验用SPSS 13.0软件对试验结果进行统计分析,用Origin 8.0软件进行作图分析。

2 结果与分析

2.1 不同加热处理对虾肉糜中游离氨基酸含量的影响

采用微波加热和水浴加热两种加热方式对南美白对虾和南极磷虾虾肉糜加热后测得的各个温度条件下氨基酸含量的变化如表1、表2所示,本实验共测得18种游离氨基酸,因色氨酸与酸反应损失,未能检测出。由表1可知,无论是微波加热还是水浴加热,南美白对虾虾肉糜中的大量游离氨基酸均为甘氨酸、脯氨酸、精氨酸和丙氨酸,这与Zhou等[15]的结果一致,四种游离氨基酸含量的总和占游离氨基酸总量的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适的甜味,精氨酸是海鲜食物中的一种重要的风味物质[10]。

表1 不同加热条件下南美白对虾游离氨基酸含量的变化(mg/g)

表2 不同加热条件下南极磷虾游离氨基酸含量的变化(mg/g)

南美白对虾虾肉糜对照组中游离氨基酸总量为42.932 mg/g,微波和水浴加热南美白对虾虾肉糜随着加热温度的升高,游离氨基酸总量都呈现波动变化的趋势,但变化并不明显。原因可能是加热处理会导致含氮物质的成分变化[16],一方面,随着温度和时间的增加，蛋白质会发生降解导致游离氨基酸含量增加[17-18];另一方面,游离氨基酸会发生脱氨、脱羧等反应而转化为烃、醛、胺等[19],从而使其含量降低。除了加热温度75 ℃,微波加热南美白对虾虾肉糜游离氨基酸总量略低于水浴加热,在其他温度条件下,微波加热南美白对虾游离氨基酸总量都要明显高于水浴加热,而且微波加热65 ℃游离氨基酸总量达到最大值(43.122 mg/g),说明微波加热能较好地保持虾类等水产品的营养风味品质。

由表2可知,南极磷虾虾肉糜中的大量游离氨基酸为脯氨酸和精氨酸,两者之和占游离氨基酸总量的58%±2%。南极磷虾虾肉糜对照组中游离氨基酸总量为12.446 mg/g,微波加热的南极磷虾虾肉糜随着加热温度的增加，游离氨基酸总量呈先增加后减少的趋势,在85 ℃达到最大值(15.995 mg/g);水浴加热的南极磷虾虾肉糜随着加热温度的增加，游离氨基酸总量呈先减少后增加的趋势,在95 ℃达到最大值(15.128 mg/g),这可能与加热反应过程中蛋白质和氨基酸发生复杂的化学反应有关[21]。微波加热虾肉糜中游离氨基酸的总量要高于水浴加热,再次说明微波加热是一种较好的加热方式。就必需氨基酸的含量而言,随着加热温度的升高呈波动变化,微波加热南极磷虾虾肉糜中心温度达到85 ℃,必需氨基酸的含量和比例是最高的,为1.951 mg/g(12.21%);水浴加热南极磷虾虾肉糜中心温度达到75 ℃,必需氨基酸的含量和比例是最高的,为1.784 mg/g(13.25%)。不管是微波加热还是水浴加热,南极磷虾虾肉糜中的18种游离氨基酸含量都明显低于南美白对虾虾肉糜,一方面是由于种类、生长环境等不同,另一方面是由于本研究采用的南极磷虾是冷冻虾砖,可能会由于生化反应、汁液流失等原因导致游离氨基酸含量较低。

2.2 不同加热处理对虾肉糜中呈味氨基酸含量的影响

游离氨基酸是重要的滋味呈味和香味前体物质,除游离氨基酸的绝对含量外,各种游离氨基酸之间的相对平衡也是决定肉类滋味的因素[22]。将游离氨基酸分成鲜、甜和苦3类[7-8],鲜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、丝氨酸、苏氨酸和脯氨酸,苦味氨基酸包括精氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、半胱氨酸、缬氨酸和酪氨酸。由图1可知,不管采用何种加热方式,在南美白对虾或者南极磷虾虾肉糜中3类呈味氨基酸的含量大小顺序都为:甜味>苦味>鲜味,说明虾肉糜中甜味比例较大,能产生令人愉快的风味。无论微波加热还是水浴加热,随着温度的增加,南美白对虾虾肉糜中的甜味氨基酸呈先增加后减少的趋势,苦味氨基酸呈略微增加趋势,说明加热过程中主要是甜味和苦味氨基酸在变化。随着温度的增加,微波加热南极磷虾虾肉糜甜味氨基酸呈增加趋势,苦味氨基酸增加到85 ℃开始下降,鲜味氨基酸变化不大;而水浴加热南极磷虾虾肉糜除了65 ℃甜味和苦味氨基酸含量有下降,其他变化趋势与微波加热的变化趋势相类似。

图1 不同加热条件下游离氨基酸的含量的变化

由图2a可知,南美白对虾虾肉糜经加热鲜甜味氨基酸含量会减少,加热过程中随着加热温度的升高,鲜甜味氨基酸含量会先减少后增加,在65 ℃达到最大值;南极磷虾虾肉糜鲜甜味氨基酸含量呈增加的趋势,在95 ℃达到最大值。无论南美白对虾还是南极磷虾,微波加热鲜甜味氨基酸含量最大值要大于水浴加热,所以微波加热可以得到更多含量的鲜甜味氨基酸。由于风味(鲜甜味)氨基酸含量增加的同时,不良风味(苦味)氨基酸的含量也增加,所以本研究采用风味氨基酸与不良风味氨基酸比值的方式来确定最佳的加热条件(图2b)。对于南美白对虾虾肉糜来说,微波加热略优于水浴加热,在75 ℃达到最大值(2.546);而对于南极磷虾虾肉糜水浴加热优于微波加热,但在95 ℃该比值(风味氨基酸与不良风味氨基酸的比值)是相同的(1.528),而且两种加热方式都是在95 ℃达到最大值,但是在此温度下微波加热南极磷虾虾肉糜鲜甜味氨基酸的含量(9.219 mg/g)是高于水浴加热的(8.850 mg/g)。

图2 不同加热方式对虾肉糜风味的影响

本研究所测的18种游离氨基酸中已分类的有17种,还有一种氨基酸是条件必需氨基酸,那就是牛磺酸。牛磺酸具有广泛的生理学效应,包括组织修复、抗氧化、解毒、渗透调节、细胞膜稳定和神经调节等,是调节正常生理功能的重要物质[23-25]。随着温度的增加,南美白对虾虾肉糜中的牛磺酸含量呈先增加后减少的趋势,在65 ℃达到最大值(表1),微波加热与水浴加热牛磺酸含量相当(分别为0.420和0.427 mg/g);南极磷虾虾肉糜中的牛磺酸同样呈先增加后减少的趋势,在85 ℃达到最大值(表2),微波加热的牛磺酸含量要高于水浴加热的(0.611 mg/g>0.568 mg/g),所以从游离氨基酸风味和功能角度上来看,微波加热都要优于水浴加热,更有利于风味氨基酸和功能氨基酸的释放。

2.3 不同加热处理对虾肉糜中游离氨基酸TAV值的影响

氨基酸在食品体系中的贡献值大小是由TAV值决定的,某些游离氨基酸在虾肉中的含量比较低,但是其阈值也较低,所以对虾肉的味道具有一定的贡献。为了更客观地评价氨基酸对虾肉糜滋味的贡献,本研究计算了15种氨基酸的TAV值(半胱氨酸、酪氨酸和牛磺酸的阈值无法查到,不能计算其TAV值)。南美白对虾虾肉糜中TAV大于1的氨基酸有8种,包括谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、赖氨酸、组氨酸、精氨酸和脯氨酸,精氨酸TAV最高,精氨酸是一种苦味氨基酸,也是半必需氨基酸,有增加呈味复杂性和提高鲜度的作用[27]。其次是甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸和脯氨酸,除谷氨酸为呈鲜味的氨基酸,其余氨基酸均为呈甜味的氨基酸,组氨酸、缬氨酸和赖氨酸呈苦味氨基酸TAV较小,对滋味贡献度较小。所以,南美白对虾虾肉糜主要呈鲜甜味。南极磷虾虾肉糜中TAV大于1的氨基酸有甘氨酸、丙氨酸、精氨酸和脯氨酸4种,相比精氨酸,甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸这些呈甜味氨基酸的TAV较小,精氨酸对样品滋味的贡献度最大。

为了更好地认识加热过程中南美白对虾和南极磷虾的滋味情况,本文只列出了对样品滋味有显著影响的氨基酸的变化,如图3所示。由图3可以看出,加热会引起游离氨基酸的TAV发生一定的变化,但对滋味有贡献(TAV>1)的游离氨基酸种类并没有改变。不管是南美白对虾还是南极磷虾,对滋味贡献度最大的精氨酸来说,微波加热85 ℃时TAV最大(南美:20.108±0.556,南极:9.139±0.191),水浴加热95 ℃时TAV最大(南美:20.250±0.864,南极:8.421±0.433),说明微波加热在较低的温度下就能使精氨酸达到最大值。南美白对虾虾肉糜中鲜甜味氨基酸除丙氨酸的TAV在高温(微波85 ℃、水浴95 ℃)下达到最大值,其余氨基酸(谷、甘、脯氨酸)的TAVs均在低温(55、65 ℃)下就达到最大值;而南极磷虾虾肉糜中甜味氨基酸的TAVs均在高温(丙氨酸:85 ℃;甘、脯氨酸:95 ℃)下就达到最大值,这可能与南美白对虾和南极磷虾的生长环境和内部组成成分有关[14]。

2.4 不同加热处理对虾肉糜中必需氨基酸含量的影响

从营养学方面将氨基酸分为必需氨基酸、半必需氨基酸和条件必需氨基酸三类。其中必需氨基酸是人体所需但自身不能合成或合成速度不能满足机体的需要,必须由食物供给的氨基酸。比起其他两类,必需氨基酸对人不可或缺,为了更好地认识加热过程中南美白对虾和南极磷虾的营养情况,由于必需氨基酸之一色氨酸,在本次实验中无法检测出,因此本文只列出剩下七种必需氨基酸的含量变化,包括赖氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。由表1～表2得,南美白对虾对照组中的必需氨基酸含量为3.283 mg/g,占游离氨基酸总量的7.65%。南极磷虾对照组中的必需氨基酸含量为1.511 mg/g,占游离氨基酸总量的12.14%。微波加热南美白对虾虾肉糜中心温度达到55 ℃时必需氨基酸含量较低,其他温度条件下必需氨基酸含量无明显差异;水浴加热南美白对虾虾肉糜中心温度达到95 ℃,必需氨基酸含量较低,其他温度条件下必需氨基酸含量无明显差异。微波加热南极磷虾虾肉糜中心温度达到55 ℃时必需氨基酸含量较低,其他温度条件下必需氨基酸含量无明显差异;水浴加热南极磷虾虾肉糜中心温度达到65 ℃,必需氨基酸含量较低,其他温度条件下必需氨基酸含量无明显差异。这可能是由于微波加热速度快、温度低，并不利于氨基酸的生成,水浴加热热传导速度慢,加热时间长(由表3可知),高温等条件导致氨基酸的分解[20]。无论微波加热还是水浴加热,南美白对虾虾肉糜中心温度加热到85 ℃,必需氨基酸的含量和比例都是最高的,分别为3.948 mg/g(9.21%)和3.578 mg/g(8.94%)。

表3 虾肉糜中心温度与不同加热方式下加热时间的关系

加热方式对南美白对虾的必需氨基酸含量影响较大,但对南极磷虾影响不大。微波加热比水浴加热能更好地保存其中的必需氨基酸。且南极磷虾的必需氨基酸含量普遍高于南美白对虾。所以从营养学方面考虑,选择食用微波加热,温度保持在75～85 ℃间的南极磷虾。但可能会缺乏缬氨酸导致神经系统发生紊乱,需要加强缬氨酸的摄入。

3 结论

加热过程中,南极磷虾中的18种游离氨基酸含量都明显低于南美白对虾,不管是微波加热还是水浴加热。微波和水浴加热虾肉糜游离氨基酸总量会发生不规则的变化,与其中发生的蛋白质降解和美拉德反应等一系列反应相关。微波加热较水浴加热可以得到更高含量的游离氨基酸、必需氨基酸和鲜甜味氨基酸,无论是南美白对虾还是南极磷虾。

风味氨基酸与不良风味氨基酸比值的方式可确定虾肉糜中游离氨基酸在加热过程中的最佳条件。南美白对虾虾肉糜微波加热75 ℃条件最佳,南极磷虾虾肉糜微波或水浴加热95 ℃条件最佳,微波加热更有利于风味氨基酸和功能氨基酸(牛磺酸)的释放。由于南美白对虾和南极磷虾的生长环境和内部组成成分不同,南美白对虾虾肉糜中绝大多数鲜甜味氨基酸的TAVs在低温下就达到最大值,而南极磷虾虾肉糜中的鲜甜味氨基酸TAVs在高温下才达到最大值。所测得的游离氨基酸中TAV最大的是精氨酸,微波加热可以使滋味贡献度最大的精氨酸在较低的温度下达到最大值。总之,微波加热比水浴加热更有利于虾肉糜滋味的形成,南美白对虾虾肉糜的最佳加热温度比南极磷虾虾肉糜的低。

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