养殖和野生可口革囊星虫营养评价及挥发性风味物质分析

蔡彬新,周逢芳,黄伟卿,阮少江

(1.宁德师范学院生命科学院,福建宁德 352100; 2.福建省闽东特色生物资源工程研究中心,福建宁德 352100; 3.宁德市鼎诚水产有限公司,福建宁德 352100)

可口革囊星虫(Phascolosomaesculenta),俗称“海丁、土笋”[1],多生活于浅海2～4 m水深的沙质海底和潮间带。我国记录的可口革囊星虫有36种,福建沿海潮间带星虫11种,宁德产区主要以可口革囊星虫为主[2]。

可口革囊星虫肉质脆嫩、味道鲜美,东南沿海地区称其为“海洋冬虫夏草”,常做成“土笋冻”食用[3]。由于星虫味美、营养丰富,市场对星虫需求持续增长,导致野生种群资源过渡采挖,加之海洋污染物日趋严重,使该物种的生存、种群资源保护与消费需求的矛盾日益突出。因此,开展星虫的人工养殖是恢复野生星虫资源的当务之急。随着生活水平的提高,人们对食品风味的要求也越来越高,食品风味物质的研究正逐渐受到科研人员的关注。目前,对可口革囊星虫的营养成分分析已有报道[4-6],但有关养殖可口革囊星虫营养及风味的研究未见报道。本试验对同一地区养殖和野生可口革囊星虫营养成分及风味物质进行比较分析,旨在评价养殖和野生星虫营养品质及风味的异同,为提高养殖星虫可接受度提供一定的科学依据,从而推动星虫的扩大养殖和高值化利用。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

养殖和野生可口革囊星虫 采集于宁德,选取个体长5～7 cm,体重6～8 g,去除内脏、洗净、沥干,-20 ℃冻藏备用;石油醚、乙醇、氯化钠、硫酸等化学试剂(分析纯) 国药化学试剂公司;甲醇、乙腈(色谱纯) 德国默克公司。

Agilent 7980A GC 美国Agilent公司;Agilent1100氨基酸自动分析仪 美国Agilent公司;3-16KL高速冷冻离心机 美国Sigma公司;FDU-2110冷冻干燥机 日本东京理化器械株式会社。

1.2 实验方法

1.2.1 基本营养成分测定 水分的测定参照GB 5009.3-2016直接干燥法[7];粗蛋白质的测定参照GB 5009.5-2016凯氏定氮法[8];粗脂肪的测定参照GB 5009.6-2016索氏抽提法[9];灰分的测定参照GB 5009.4-2016 550 ℃灼烧法[10];总糖测定参照GB/T 9695.31-2008法[11]。

1.2.2 氨基酸测定及营养评价 氨基酸组成分析参照GB/T 5009.124-2016《食品中氨基酸的测定》[12]。

根据FAO/WHO 1973年建议的氨基酸评分标准模式和中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所提出的鸡蛋蛋白质模式进行营养评价,以氨基酸评分(amino acid score,AAS)、化学评分(chemical score,CS)和必需氨基酸指数(essential amino acid index,EAAI)来评定肌肉蛋白质的氨基酸营养价值。

公式如下:

AAS=样品中某种氨基酸含量(mg/g pro)/FAO/WHO模式中同种氨基酸含量(mg/g pro)×100

CS=样品中某种氨基酸含量(mg/g pro)/鸡蛋蛋白质中同种氨基酸含量(mg/g pro)×100

式中:n为比较的必需氨基酸个数;t为样品蛋白质的必需氨基酸含量,%;s为全鸡蛋蛋白质的必需氨基酸含量,%(均以干质量计)。

1.2.3 脂肪酸测定 参照GB 5009.168-2016《食品中总脂肪酸、饱和脂肪(酸)、不饱和脂肪(酸)的测定》[13]中水解提取气相色谱仪法。

1.2.4 挥发性成分测定 参考游刚等[14]方法测定星虫挥发性成分。

1.2.4.1 顶空固相微萃取条件 星虫样品粉碎,称取待测样品按料液比1∶4加入生理盐水,取10 mL样品置于20 mL顶空瓶中,于60 ℃下平衡5 min后,75 μm CAR/PDMS/DVB萃取头萃取30 min,250 ℃进样口解吸5 min。

1.2.4.2 GC条件 TR-35MS色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);进样口温度250 ℃;升温程序:35 ℃保持1 min,以5 ℃/min的速率升温到60 ℃保持1 min,再以6 ℃/min上升到140 ℃保持1 min,最后以8 ℃/min升温到230 ℃,保持5 min;氦气流量1.0 mL/min;采用恒线速率,分流比为1∶20,萃取头解吸15 min后取出。

1.2.4.3 MS条件 离子源温度230 ℃,四极杆温度150 ℃,电子能量70 eV,质量扫描范围m/z 33～500。

1.2.5 关键风味化合物的确定 采用相对气味活度(relative odor active value,ROVA)法评价各挥发性物质对星虫总体风味的贡献[15],定义对样品风味贡献最大的组分。其他挥发性组分ROAV的计算公式为:

式中,Ci、Ti分别为各挥发性物质的相对百分含量和相对应的感觉阈值;Cmax、Tmax分别是对样品总体风味贡献最大组分的相对百分含量和相对应的感觉阈值。

1.3 数据处理

试验中采用SPSS 19.0进行数据分析,以P<0.05作为差异显著性判断标准,每个样品做3个重复。采用NIST3.0谱库数据库检索,辅助以人工解析图谱,峰面积归一化法计算星虫样品中挥发性成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 养殖与野生可口革囊星虫基本营养成分分析

表1 养殖和野生可口革囊星虫基本营养成分(mg/g)Table 1 Nutritional components of cultured and wild P.esculenta(mg/g)

由表1可知,在养殖和野生星虫的基本营养成分中,水分的含量分别占81.77%和77.27%,差异显著(P<0.05),粗蛋白分别占干重的71.85%和74.12%,养殖星虫的粗蛋白含量显著低于野生星虫(P<0.05),但高于海产品干贝66.39%[16],稍低于海参72.70%[17]。养殖和野生星虫粗脂肪含量较低,分别为3.16%和2.47%,差异显著(P<0.05),总糖含量分别为9.51%和9.26%,灰分为10.16%和9.25%,灰分和总糖含量差别不显著(P>0.05)。由此可见,养殖和野生星虫都是“高蛋白、低脂肪”的海鲜食材。养殖和野生星虫粗蛋白和粗脂肪含量差异显著(P<0.05),主要是由于养殖星虫使用饲料喂养,生长较快,使其体壁厚而松,含水多,而野生星虫主要以海水中营养物质为食,生长慢,体壁薄而实,含水少,使其蛋白含量高。且养殖星虫养殖密度大、活动量小,导致脂肪积累,使其脂肪含量较野生星虫的高。

2.2 养殖与野生可口革囊星虫氨基酸组成及营养评价

由表2可知,养殖星虫和野生星虫都检出18种氨基酸,包括8种必需氨基酸(essential amino acids,EAA)、4种呈味氨基酸(delicious amino acid,DAA)。氨基酸总量(total amino acid,TAA)分别为597.13和712.44 mg/g,养殖星虫的氨基酸总量显著低于野生星虫(P<0.05)。动物性食品良好的风味主要依赖于呈味氨基酸的含量,在这18种氨基酸中,谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸和丙氨酸为呈味氨基酸,养殖星虫呈味氨基酸为263.50 mg/g,显著低于野生星虫322.15 mg/g(P<0.05)。呈味氨基酸使得可口革囊星虫具有浓郁的海鲜风味,其中谷氨酸是鲜味最强的氨基酸,养殖星虫和野生星虫的谷氨酸含量分别为96.29和124.26 mg/g。养殖星虫的氨基酸总量及呈味氨基酸比野生低,可能与星虫的食物和生长环境有关。现代药理表明精氨酸具有很多功效[18],养殖和野生星虫中精氨酸含量分别占10.23%和9.85%。赖氨酸作为人乳中第一限制性氨基酸,在养殖和野生星虫中含量较丰富,分别36.85和42.33 mg/g,这证明了可口革囊星虫是比较优质的催乳食品。评价水产品的营养价值及其肉质品质,不仅要从其氨基酸的总量和呈味氨基酸含量进行分析,也要对其组成以及之间的比例进行比较,从而获得更为优质的食品蛋白源。养殖星虫和野生星虫EAA/NEAA比值分别为46.94%和46.47%,接近FAO/WHO的理想模式[19]。

食物蛋白质营养价值的高低,主要取决于所含必需氨基酸的种类、数量及组成比例。由表3可知,养殖星虫中AAS和CS相对野生星虫偏低,第一限制性氨基酸均为蛋氨酸+半胱氨酸,第二限制性氨基酸均为缬氨酸。EAAI是评价食物营养价值的常用指标之一,其值越大,营养价值越高[20],养殖和野生星虫的EAAI分别为59.51和68.25,说明野生星虫营养价值略高于养殖星虫。

表2 养殖与野生可口革囊星虫的氨基酸组成及含量(mg/g)Table 2 Amino acid composition and contents ofcultured and wild P.esculenta(mg/g)

表3 养殖和野生可口革囊星虫必需氨基酸组成评价Table 3 Evaluation of essential amino acid composition of cultivated and wild P.esculenta

表4 养殖和野生可口革囊星虫脂肪酸组成及分析含量(%)Table 4 Comparison of fatty acid composition of cultivated and wild P. esculenta(%)

2.3 养殖与野生可口革囊星虫脂肪酸的组成及分析

由表4可知,养殖星虫和野生星虫中均检测到18种脂肪酸,饱和脂肪酸(saturated fatty acid,SFA)5种,单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acid,MUFA)6种,多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)7种。从脂肪酸含量来分析,养殖星虫和野生星虫均含SFA、PUFA、MUFA,养殖星虫PUFA(48.60%)低于野生星虫(53.04%),分别是亚油酸、亚麻酸、二十碳二烯酸、二十碳三烯酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸;PUFA以C20∶4 n6含量最高,养殖星虫和野生星虫分别达31.45%和27.22%。

PUFA是机体生命活动过程中一类具有多种活性的重要物质,研究表明食物中高n-3/n-6 PUFA比值对人体健康有益,FAO/WHO建议食物中n-3/n-6 PUFA比值应高于20%[20]。养殖和野生星虫中n-3/n-6 PUFA分别达27.10%和20.09%,明显高于仿刺参15.83%[21]。野生星虫具有较高的二十碳五烯酸(EPA),可能与其食藻类的食性有关,自然界中硅藻、红藻和褐藻等藻类能自身合成EPA。

2.4 养殖与野生可口革囊星虫风味成分分析

图1 养殖可口革囊星虫挥发性物质总离子流图Fig.1 Total ion current chromatograms ofvolatile compounds extracted from cultured P. esculenta

图2 野生可口革囊星虫挥发性物质总离子图Fig.2 Total ion current chromatograms ofvolatile compounds extracted from wild P. esculenta

可口革囊星虫挥发性成分的总离子流色谱见图1、图2,挥发性组分及其相对含量见表5。由表5可知,从养殖和野生星虫中分别检出40、41种有效挥发性风味化合物,包括醛类、醇类、酮类、烃类、酯类、酸类、烃类等。研究表明,醛类物质成分具有强烈的果香、花香味,且风味阈值较低,对风味贡献较大[22]。养殖和野生星虫醛类物质分别为10和11种,含量占30.10%和31.53%,醛类中含量较高直链醛为辛醛、乙醛、庚醛,其中辛醛含量最高,主要呈现脂肪香、辛辣香[22]。庚醛具有强烈的鱼腥味[8],野生星虫庚醛含量明显高于养殖星虫。一般低相对分子质量烯醛类对特征香味有贡献,养殖星虫和野生星虫中检测到反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、反式-2,4-癸二烯醛,养殖星虫中烯醛类含量低于野生星虫。此外,养殖和野生星虫中还检出苯甲醛,苯甲醛主要呈现清香、脂肪气息味[23],也是星虫的重要风味组成成分。

与醛类相比,醇类具有较高的阈值,对风味的贡献较小,除非以高浓度存在或者是不饱和的醇类[24]。由表5可知,养殖星虫和野生星虫中均检出9种醇类挥发性物质,占18.19%和18.50%,主要以饱和醇为主。酮类化合物具有独特的清香和果香风味[25],本实验中,养殖星虫和野生星虫中酮类物质分别是4、5种,其中1-辛烯-3酮、3-羟基-2-丁酮和3-辛酮含量差异较大,且1-辛烯-3酮阈值低,呈现蘑菇、泥土香味,这可能是造成二者风味差异的主要原因之一。

表5 养殖和和野生可口革囊星虫挥发性成分和相对气味活度值Table 5 Volatile components and ROAV of cultivated and wild P. esculenta

续表

养殖星虫和野生星虫中分别检出7、3种烃类化合物,3、4种酯类物质,由于其阈值较高,对直接风味贡献不大,但它们可能会提高星虫的整体香味效果。野生星虫中检出邻二甲苯、间二甲苯等芳香化合物,它们一般由环境污染物转入星虫体内。此外,星虫肌肉中还检出二甲基二硫、二甲基三硫、辛酸等物质。

2.5 可口革囊星虫关键风味成分的确定

由表5可知,1-辛烯-3酮对星虫风味的贡献最大,故定其ROVA值为100,其他挥发性风味化合物的ROAV可计算得到,ROAV越大的组分对样品总体风味的贡献也越大,一般认为ROAV≥1的物质为所分析样品的关键风味成分,0.1≤ROAV<1的物质则对样品总体风味具有重要修饰作用[26]。由表5可知,星虫的关键风味成分主要是:辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、1-辛烯-3酮和β-紫罗兰酮,而庚醛、乙醛、苯乙醛和乙酸乙酯物质对星虫的总体风味具有重要的修饰作用。

3 结论

从营养成分组成上来分析,养殖星虫是一种高蛋白、低脂肪的海产品。养殖星虫与野生星虫均含有高比例的蛋白质(71.85%和74.12%)和低比例的脂肪(3.16%和2.47%),而养殖星虫粗蛋白含量显著低于野生星虫(P<0.05),脂肪含量显著高于野生星虫(P<0.05)。星虫氨基酸种类丰富,含量高,养殖星虫TAA(597.13 mg/g)显著低于野生星虫(712.44 mg/g)(P<0.05)。养殖与野生星虫中高含量的DAA(44.12%和45.22%),使星虫具有浓郁的海鲜风味。星虫中高含量的精氨酸和赖氨酸可能为星虫提供了某些药理功效,因此可养殖和野生星虫PUFA分别为48.60%和53.04%,其中n-3/n-6 PUFA分别达27.10%和20.09%。养殖星虫和野生星虫中分别检测出40、41种挥发性成分,包括醛类、醇类、酮类、烃类、芳香类等,其关键风味物质是辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、1-辛烯-3酮和β-紫罗兰酮。综上所述,与野生星虫相比,养殖星虫营养品质及风味质略低,但也是一种营养价值较高、风味独特的海洋食品,符合现代人追求健康味美的饮食观念。