香辣克氏原螯虾头酱制备及其风味物质研究

冯明会，李兴华，李想

(四川旅游学院，成都 610100)

克氏原螯虾(Procambarusclarkii)，俗称小龙虾，生长迅速，环境适应性强，已成为我国重要的经济养殖品种，但是其在加工过程中占整体质量60%～80%的虾头和虾壳一般被加工成饲料或废弃，利用率低，造成一定的环境污染，但是其粗蛋白含量较高，同时富含虾青素、脂类等物质，虾头酶解产物含有丰富的氨基酸等鲜味物质，可以开发成鲜味调味品[1]。但是因为生长环境的影响，其虾头土腥味较重，影响口味，因此需要进行口味改良。目前常见的改良方法为微生物发酵法，通过不同菌种添加能有效地提高品质，去除异味。

李锐等[2]采用复合发酵法制备克氏原螯虾酱，其产品风味优良。在食品加工领域，常使用香辛料去除异味，李兴华等[3]研究辣椒添加能有效控制虾酱土腥味，增进食欲。如何高效利用克氏原螯虾头、虾壳等废弃物成为研究难点。

基于目前对克氏原螯虾虾头作为原料制备虾头酱的研究较少，本文在综合文献研究的基础上，结合餐饮行业对调味品的要求，以克氏原螯虾为研究对象，通过添加鲜辣椒与复合发酵剂，采用单因素与正交试验对其进行工艺优化，开发一款香辣克氏原螯虾头酱，并对其相应理化指标进行检测，分析其风味物质。为提高克氏原螯虾头、虾壳等副产物的利用率探寻新途径，也为相关研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

鲜指天辣椒、克氏原螯虾、食盐：购于成都市青羊区麦德龙超市；蛋白酶、木糖葡萄球菌、戊糖片球菌、鲁氏酵母菌：购于成都市博雅生物工程有限公司；营养琼脂、MRS培养基、核苷酸标准品(纯度≥99.0%)：购于海博生物技术有限公司；其他试剂：均为国产分析纯。

1.1.2 仪器与设备

WBL26B36多功能料理机 美的集团股份有限公司；HZ600WRT水浴锅 常州市中贝仪器有限公司；SB11-FJ高压均质机 上海申鹿均质机有限公司；MSG.B60灭菌器 山东博科科学仪器有限公司；CTK120C离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司；HX-1800全自动氨基酸分析仪 武汉恒信世纪科技有限公司；GCMS-6900气相色谱-质谱联用仪 南京科捷分析仪器公司；QP50恒温培养箱 广州市汉迪环境设备有限公司；其他实验相关设备：由四川旅游学院实验室提供。

1.2 试验方法

1.2.1 香辣克氏原螯虾头酱制备

1.2.1.1 克氏原螯虾头酶解工艺

将虾头清洗干净，沥干水分，粉碎后添加5%的食盐进行腌制，腌制时间3 h，按料液质量比1∶1加入去离子水均质，均质转速5000 r/min，均质时间15 min，添加0.15%的蛋白酶，恒温45 ℃搅拌均匀，搅拌时间3 h，然后将其置于100 ℃水浴15 min，备用。

1.2.1.2 香辣克氏原螯虾头酱发酵工艺

取新鲜辣椒清洗干净，去蒂，放入多功能料理机中速绞打10 min，按比例加入酶解液、食盐，接种复合发酵剂进行发酵，发酵完成后，香辣克氏原螯虾头酱制备完毕。

1.2.2 复合发酵剂制备

参考李锐等[4]的方法，将木糖葡萄球菌接种到营养琼脂培养基、戊糖片球菌接种到MRS培养基中活化3次，然后在液体培养基扩大培养，在36 ℃环境中培养32 h，将鲁氏酵母菌接种到麦芽汁琼脂培养基中活化3次，在30 ℃环境中培养48 h，培养结束后取各菌种培养液进行离心处理，在4 ℃温度下，以转速3500 r/min离心15 min，然后将沉淀菌体溶入0.85%生理盐水中，调整其浓度为108CFU/mL，将木糖葡萄球菌、戊糖片球菌、鲁氏酵母菌按1∶3∶3的比例进行混合，复合发酵剂制备完成。

1.2.3 单因素试验设计

在预试验基础上，确定了香辣克氏原螯虾头酱制备工艺基础数据(见表1)，在此基础上，以感官评价和氨基酸态氮含量为评价指标，分别研究克氏原螯虾头酶解液500 g添加鲜辣椒和复合发酵剂的量，以及发酵时间、发酵温度对香辣克氏原螯虾头酱品质的影响。

表1 制备工艺基础数据Table 1 Basic data of the preparation process

1.2.4 正交试验

通过单因素试验选择对香辣克氏原螯虾头酱影响较大的鲜辣椒添加量、复合发酵剂添加量、发酵时间、发酵温度4个因素，按照正交试验设计每个因素选取3个水平，采用L9(34)正交试验表进行最佳工艺优化，以感官评价为指标进行正交试验，并结合方差分析，具体因素水平见表2。

表2 正交试验因素水平表Table 2 The factors and levels of orthogonal experiment

1.2.5 感官评价

感官评价小组由10名具有食品等相关专业背景的人员构成，平均年龄23岁，在评定前开展评价标准培训，评分采用百分制，具体标准见表3。

表3 感官评定标准Table 3 Sensory evaluation criteria

续 表

1.2.6 理化指标测定

氨基酸态氮含量的测定参考王斯维等[5]的方法，采用氨基酸分析仪进行测定；挥发性风味物质含量的测定参考尹超等[6]的方法，采用气相色谱-质谱联用仪进行测定；游离氨基酸含量的测定依据GB 5009.124-2016标准[7]；核苷酸含量的测定参考连鑫[8]的方法，采用气相色谱-质谱联用仪进行测定。

1.3 数据处理

每组试验平行3次，通过Excel 2010与Origin 8.0进行数据统计与制图，P<0.05[9]。

2 结果与分析

2.1 香辣克氏原螯虾头酱工艺优化

2.1.1 单因素试验

2.1.1.1 鲜辣椒添加量对虾头酱品质的影响

图1 鲜辣椒添加量对虾头酱品质的影响Fig.1 Effect of the additive amount of fresh chili on quality of shrimp head sauce

鲜辣椒在发酵过程中，在微生物的作用下，辣度缓和，产生有机酸、维生素C和辣椒红素等物质，影响成品香辣克氏原螯虾头酱的色泽与风味[10]。本文在预试验基础上，分别添加35%、40%、45%、50%、55%的鲜辣椒，由图1可知，随着添加量增加，感官评分呈上升趋势，当添加量达到45%时，其评分最高。随着添加量增加，氨基酸态氮含量趋势平稳，说明鲜辣椒添加对其影响不显著(P>0.05)。综合分析，选择40%、45%、50%添加量进行正交试验。

2.1.1.2 复合发酵剂添加量对虾头酱品质的影响

图2 复合发酵剂添加量对虾头酱品质的影响Fig.2 Effect of the additive amount of compound starter on quality of shrimp head sauce

复合发酵剂可以缩短香辣克氏原螯虾头酱的发酵周期，改善风味[11]。由图2可知，随着复合发酵剂添加量的增加，氨基酸态氮含量呈先上升后平稳的趋势，添加量16%后趋于平稳。感官评分则呈现先上升后下降的趋势，添加量18%时评分最高。综合分析，选择16%、18%、20%添加量进行正交试验。

2.1.1.3 发酵时间对虾头酱品质的影响

图3 发酵时间对虾头酱品质的影响Fig.3 Effect of fermentation time on quality of shrimp head sauce

由图3可知，在发酵过程中，随着发酵时间延长，微生物作用使香辣克氏原螯虾头酱中风味物质含量增加，感官评分呈上升趋势，在发酵23 h时，其感官评分达到89.35分，氨基酸态氮含量达到0.78 g/dL，后期感官评分开始下降，主要是受菌种次级代谢产物乙醇、醋酸等的影响。综合分析，发酵时间选择21，23，25 h进行正交试验。

2.1.1.4 发酵温度对虾头酱品质的影响

图4 发酵温度对虾头酱品质的影响Fig.4 Effect of fermentation temperature on quality of shrimp head sauce

适宜的温度有利于微生物生长，其代谢活跃，产生较多的风味物质，反之抑制代谢产物的生成，影响风味物质含量[12]。由图4可知，随着发酵温度上升，感官评分和氨基酸态氮含量呈现先上升再下降的趋势，发酵温度高于或低于33 ℃，其微生物活动受到抑制，酶和微生物作用降低，感官评分较低，鲜味较差，氨基酸态氮含量也受影响。综合分析，选择32，33，34 ℃进行正交试验。

2.1.2 正交试验

表4 正交试验结果Table 4 Orthogonal test results

表5 方差分析Table 5 Analysis of variance

注：“*”表示显著，P<0.05；“**”表示极显著，P<0.01。

由表4可知，极差越大，则该因素对香辣克氏原螯虾头酱感官品质的影响越大，各因素影响顺序为B>C>A>D，即复合发酵剂添加量>发酵时间>鲜辣椒添加量>发酵温度。结合表5方差分析，复合发酵剂添加量对香辣克氏原螯虾头酱品质的影响极显著(P<0.01)，发酵时间与辣椒添加量影响显著(P<0.05)，复合发酵剂添加量是主要影响因素，其次是发酵时间、鲜辣椒添加量、发酵温度，这与正交试验结果一致。综上，最佳因素组合为A1B3C3D2，即鲜辣椒添加量为40%，复合发酵剂添加量为20%，发酵时间为25 h，发酵温度为33 ℃。

2.2 香辣克氏原螯虾头酱风味物质研究

2.2.1 主要挥发性物质分析

最佳工艺制备的香辣克氏原螯虾头酱共检测出51种挥发性风味物质，具体组成及相对含量见表6，主要包括醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、含硫类、吡嗪类、烯烃类、胺类等化合物。

表6 挥发性物质相对含量Table 6 Relative content of volatile components

续 表

醇类化合物是主要的挥发性物质之一，共11种，占总成分的32.69%，主要是多不饱和脂肪酸被氧化酶作用衍生，主要赋予香辣克氏原螯虾头酱肉香和油脂味[13]。醛类化合物阈值较低，对酱料风味特征起重要作用，其含量占总成分的10.48%，主要赋予虾头酱杏仁香、水果香和肉香等香味。酮类化合物具有独特的清香和果香，增强虾头酱风味特征，本次共检测出酮类物质7种，占总成分的6.49%。酸类检测出4种，占总成分的4.31%，主要是乙酸、丁酸、棕榈酸等，主要是在发酵过程中，微生物分解乙醇等物质而生成，过多的酸类物质会影响香辣克氏原螯虾头酱的品质[14]。酯类与含硫类化合物也是虾头酱主要的风味物质，含量分别为1.04%和6.21%，是特征风味物质。脂肪氧化产物参与美拉德反应生成吡嗪类物质，赋予虾头酱肉香和烧烤香味，本次共检测出4种，占总成分的5.87%。另外，烯烃类物质检测出4种，占总成分的2.94%，胺类物质检测出2种，占总成分的0.97%，其他类3种，占总成分的29%，其中2,4,6-三甲基吡啶和吲哚含量较高，分别占23.28%和5.36%，主要是其阈值较低，对香辣克氏原螯虾头酱风味贡献较大。

2.2.2 游离氨基酸含量分析

表7 游离氨基酸含量Table 7 The content of free amino acids mg/kg

游离氨基酸是鲜辣椒和克氏原螯虾头酶解产物中重要的呈鲜味物质，其含量直接影响成品的鲜度[15]。由表7可知，优化工艺制备的香辣克氏原螯虾头酱共含有16种游离氨基酸，总量为8219.71 mg/kg。其中呈鲜味氨基酸4种，分别是丙氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸、甘氨酸，鲜味氨基酸共计1983.75 mg/kg，占游离氨基酸总量的24.13%。所有氨基酸中，略带苦味的精氨酸含量最高，为1032.69 mg/kg，占游离氨基酸总量的12.56%，可以与其他氨基酸互补，协调滋味，增加香辣克氏原螯虾头酱的醇厚感，另对提高鲜度也有一定积极作用。带有特殊香甜味的苯丙氨酸与酪氨酸含量分别为789.19 mg/kg和412.39 mg/kg，可以缓解辣椒的辣味，协调滋味，增加回味感。鲜味氨基酸中的甘氨酸不仅可以增加鲜味，还能有效地缓解发酵产生的酸味，遮掩酱中的苦涩味，增强酱料的醇厚度[16]。总体分析，游离氨基酸总量较高，对香辣克氏原螯虾头酱的鲜味起积极作用。

2.2.3 核苷酸以及关联化合物含量分析

表8 核苷酸以及关联化合物含量Table 8 The content of nucleotide and related compound mg/kg

核苷酸以及关联化合物含量是影响香辣克氏原螯虾头酱风味的另一关键因素，其主要影响鲜味[17]。由表8可知，具有突出鲜味的鸟苷酸与肌苷酸含量分别为3.69 mg/kg和36.21 mg/kg，是食品加工中常用的鲜味剂，能有效地增加香辣克氏原螯虾头酱的鲜味。腺苷酸含量为2.31 mg/kg，能有效地压制苦味，协调整体滋味，增强醇厚度。次黄嘌呤含量为81.23 mg/kg，其会产生苦味，影响整体滋味。肌苷含量最高，达到261.32 mg/kg，能缓解次黄嘌呤产生的苦味。三磷酸腺苷与二磷酸腺苷含量分别为5.21 mg/kg和9.61 mg/kg，对整体风味提升有重要作用。综上，核苷酸以及关联化合物含量丰富，能有效地提升香辣克氏原螯虾头酱的风味品质。

3 结论

以克氏原螯虾头与鲜辣椒为原料，添加复合发酵剂，通过单因素与正交试验确定其最佳工艺为：克氏原螯虾头酶解液500 g，添加鲜辣椒40%，添加复合发酵剂20%，发酵时间25 h，发酵温度33 ℃。该工艺制备的香辣克氏原螯虾头酱工艺简单，发酵周期短，感官品质佳。通过理化指标对其风味物质进行分析，研究结果表明：共检测出51种挥发性风味物质，主要包括醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、含硫类、吡嗪类、烯烃类、胺类等化合物；游离氨基酸共有16种，总量为8219.71 mg/kg，其中呈鲜味氨基酸4种，占游离氨基酸总量的24.13%；核苷酸以及关联化合物含量丰富，具有突出鲜味的鸟苷酸与肌苷酸含量分别为3.69 mg/kg和36.21 mg/kg，相对含量较高。

综上，通过添加复合发酵剂制备的香辣克氏原螯虾头酱工艺简单，发酵周期短，感官品质佳，风味物质含量丰富，可以作为一款美味的调味品使用。本研究为克氏原螯虾加工副产物的精深加工拓展了渠道，为香辣风味虾头酱发酵研究与生产提供了理论基础。