基于感官组学解析热加工鹰爪虾关键滋味成分的变化

贾倩男，侯 虎，王 聪，孙 艳，樊 燕

（1.中国海洋大学食品科学与工程学院，山东 青岛 266000；2.中国海洋大学海洋生命学院，山东 青岛 266000）

鹰爪虾（Trachypenaeus curvirostris）隶属节肢动物门、甲壳纲、十足目、对虾科，是一种重要经济虾类[1]，其出肉率高，味道鲜美，深受消费者青睐。热加工是影响产品风味的重要因素，为提高产品品质，对关键滋味成分的研究必不可少。李婉君[2]对南极磷虾与南美白对虾滋味成分进行比较，确定其滋味特征与呈味模式。王芝妍等[3]通过分析中华管鞭虾虾肉挥发性气味成分，确定超高压处理前后虾肉风味物质的变化。国内外对南美白对虾、南极磷虾的滋味成分已做深入系统的研究，但对鹰爪虾的报道较少。虾中重要的滋味成分有游离氨基酸、核苷酸及其衍生物、无机盐和季胺碱等，这些物质往往相互协同作用赋予虾鲜甜的味道[4]，但哪种滋味物质对风味的形成具有决定作用尚未清晰。

分子感官科学可以从分子水平对滋味定性、定量和描述，构建食品的滋味重组模型，从而确定食品中滋味活性成分[5]，现己广泛应用于食品的滋味分析。重组实验是分子感官科学应用中最重要的实验方法[6]。通过滋味重组模型和消除实验，可探究化合物与味觉特征形成的关系，确定样品的关键滋味成分。向晨曦等[7]通过消除、添加和重组实验探究蒸制鲟鱼肉的关键味觉化合物，确定了鲟鱼肉的特征性滋味活性物质。电子舌作为一种人工智能仿生物味觉模式建立的新型检测系统，具有测量方法简单、灵敏度高、重复性和及时性好等优势[8]，现已广泛应用于食品品质分级、感官评定、食品溯源、食品生产过程中的质量监控等方面。

本研究以鹰爪虾为材料，通过滋味活度值（taste activity value，TAV）考察各化合物的呈味强度，探究鹰爪虾在热处理前后游离氨基酸、无机离子、季胺化合物、还原糖、有机酸和核苷酸含量的变化；采用重组、消除和添加实验，结合感官评价和电子舌评价各滋味物质，探讨其整体滋味轮廓及呈味特性，确定关键呈味物质及呈味贡献，旨在为鹰爪虾类产品的开发提供理论依据，也为提高加工贮藏中鹰爪虾的品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜活鹰爪虾购于山东青岛南山水产品批发市场。

5’-鸟苷酸（5’-guanosine monophosphate，5’-GMP）、5’-肌苷酸（5’-inosine monophosphate，5’-IMP）、5’-三磷酸腺苷（5’-adenosine triphosphate，5’-ATP）、5’-二磷酸腺苷（5’-adenosine diphosphate，5’-ADP）、5’-腺苷酸（5’-adenosine monophosphate，5’-AMP）、肌苷（hypoxanthine riboside，HxR）、次黄嘌呤（hypoxanthine，Hx）、酒石酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸、谷胱甘肽、葡萄糖和海藻糖标准品 北京索莱宝科技有限公司；甜菜碱、胆碱标准品（色谱纯）和辛烷磺酸钠 上海源叶生物科技有限公司；乙醇、甲醇、乙腈（色谱纯）美国默克公司；食品级氨基酸（18 种）宁波一诺生物科技有限公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

L-8900型全自动氨基酸分析仪 日本Hitachi公司；6410型三重四极杆串联质谱仪 美国Agilent公司；AA-6800型原子吸收分光光度计 日本Shimadzu公司；TS-5000Z味觉分析系统 日本Insent公司。

1.3 方法

1.3.1 鹰爪虾的热处理

将新鲜鹰爪虾去头、壳，取虾肉，然后将其放入蒸煮袋中，沸水煮制5 min。鹰爪虾生鲜和热处理样品分别标记为TR和TC。

1.3.2 水溶性滋味物质的提取

称取准确质量的虾肉，以1∶2（g/mL）加入体积分数20%甲醇溶液，均质3 min后离心（10000×g、4 ℃、20 min）。重复上述操作3 次，合并上清液。经旋蒸除去甲醇后的样品冻干保存。

1.3.3 感官评价

采用定量描述性分析（quantitative descriptive analysis，QDA）方法[9]进行感官评价，包括鲜味、咸味、甜味、酸味、苦味、浓厚味和异味。感官评定小组包括11 位评定员（6 男5 女），年龄均在21～30 岁之间。感官评价前预先对小组成员进行基本滋味培训，熟悉虾水提取液的特性和感官强度，以及与标准感官溶液的对应强度。评分标准为1～5 分。每个样品重复3 次，结果取平均值。

1.3.4 呈味物质的测定

1.3.41 游离氨基酸的测定

参考Chen Wen等[10]的方法并作适当调整，采用全自动氨基酸分析仪测定。

1.3.42 无机离子的测定

Na＋、K＋含量的测定采用原子吸收光谱法，参照GB 5009.91—2017《食品中硒的测定》；PO43-含量的测定采用钼蓝比色法，参照GB 5009.87—2016《食品中磷的测定》；Cl-含量的测定采用硝酸银滴定法，参照GB/T 5009.44—2016《食品中氯化物的测定》。

1.3.43 季胺化合物的测定

采用高效液相色谱-质谱联用法测定季胺化合物的含量[11]。色谱条件：色谱柱ZORBAX SB-Phenyl（250 mm×4.6 mm，5 µm）；柱温30 ℃；流速0.8 mL/min；流动相A为10 mmol/L甲酸铵溶液，流动相B为5 mmol/L甲酸铵-0.1%甲酸-25%甲醇；进样体积5 µL；洗脱梯度程序：0～0.5 min，100% A、0% B；0.5～3.5 min，100%～0% A、0%～100% B；3.5～11.5 min，0% A、100% B；11.5～14.5 min，0%～100% A、100%～0% B。质谱条件：电喷雾电离源，正离子模式，多反应监测模式，干燥气温度350 ℃，干燥气流速10 L/min，雾化气压力50 psi，毛细管电压3500 V，碎裂电压100 V，碰撞能量20 eV。定量离子质荷比（m/z）：甜菜碱（118.1→57.7）、胆碱[12]（104.2→60.2）、氧化三甲胺（76→58）。

1.3.44 还原糖的测定

参照张进杰等[13]的方法并作部分修改。色谱条件：色谱柱Cosmosil Sugar-D（4.6 mm×250 mm，5 µm）；流动相为乙腈-水（75∶25，V/V）；流速1 mL/min；柱温35 ℃；示差折光检测器检测，温度35 ℃；进样量20 µL。

1.3.45 有机酸的测定

参照G B/T 5009.157—2003《食品中有机酸的测定》。色谱条件：色谱柱Hypersil ODS-2 C18（4.6 mm×250 mm，5 µm）；流动相为0.01 mol/L(NH4)2HPO4溶液，用1 mol/L磷酸溶液调pH值至2.75；流速0.8 mL/min；柱温25 ℃；检测波长210 nm；进样量20 µL。

1.3.46 核苷酸及其关联化合物的测定

参照李婉君[2]的方法，并作部分修改。色谱条件：色谱柱Hypersil ODS-2 C18（4.6 mm×250 mm，5 µm）；流动相为0.05 mol/L K2HPO4-KH2PO4（1∶1，V/V）溶液，用1 mol/L磷酸溶液调pH值至6.5；流速0.9 mL/min；柱温25 ℃；紫外检测波长254 nm；进样量20 µL。

1.3.47 谷胱甘肽的测定

参照王爱月等[14]的方法，并作部分修改。色谱条件：色谱柱Zorbax SB-C18（4.6 mm×250 mm，5 µm）；流动相为0.05 mol/L KH2PO4（pH 3，含0.1%辛烷磺酸钠）-乙腈（92∶8，V/V）；柱温为室温；流速1.0 mL/min；检测波长210 nm；进样量20 µL。

1.3.5 TAV测定

TAV按下式计算。

式中：C为滋味物质含量/（mg/100 g）；T为滋味物质的滋味阈值/（mg/100 g）。

1.3.6 重组实验

根据基本滋味物质定量分析的结果，按其“自然”浓度溶解于超纯水中，即为基本滋味重组体，调节pH值使其与天然提取液相同，并通过感官评价比较天然虾水提取液与其基本滋味重组体呈味差异[15]。

1.3.7 消除与添加实验

利用基本滋味重组体进行消除与添加实验[16]。首先进行消除实验，即将基本滋味重组体减除某一种物质或者某一类成分后进行感官评价，通过评价每一种或每一类化合物去除后对整体滋味的影响，排除非关键滋味物质。消除实验的结果可以初步判断出主要滋味物质，设定为x种物质，这些主要滋味物质的混合物称为主成分提取物。再进行添加实验，即添加单个物质或混合物到重组的主成分提取物中再进行感官评价，又得到y种滋味活性物质。通过消除与添加实验，共可以得到（x＋y）种关键滋味物质。

1.3.8 电子舌分析

用超纯水配制50 mg/mL样品溶液，并配制等质量浓度的滋味重组体，参比溶液为30 mmol/L KCl＋0.3 mmol/L酒石酸。样品采集时间120 s，清洗180 s。每个样品3 个平行，每个平行重复测7 次。

1.4 数据处理与分析

2 结果与分析

2.1 鹰爪虾滋味感官评定结果

在鲜味、咸味、甜味和浓厚味方面，热处理样品TC滋味强度均大于生鲜样品TR，表明热处理对滋味具有显著影响，这与Bai Jing等[17]对南美白对虾加热过程中品质变化的研究结果一致。这可能是加热促使虾肉中蛋白质以及多肽水解断裂产生一些呈味物质。鹰爪虾滋味以鲜味和浓厚味为主。

2.2 鹰爪虾滋味组分定量分析结果

2.2.1 游离氨基酸含量变化及其对滋味的影响

游离氨基酸对水产品的滋味具有重要贡献[21]。根据种类和浓度的不同，游离氨基酸可以赋予食品甜味、酸味或苦味[22]，其与核苷酸类物质产生风味协同作用，显著提升水产品滋味品质。由表1可知，TC、TR样品中均检测出18 种游离氨基酸，总量分别为1165.94 mg/100 g和1396.64 mg/100 g，Gly、Arg、Tau、Pro和Ala的含量较高，热处理后这5 种氨基酸含量占总游离氨基酸的74.88%。热处理前后Gly含量均最高，分别为264.57 mg/100 g和346.79 mg/100 g，TAV均大于1，是甘甜味的主要贡献者，这一结果与Jin Yinzhe等[23]测得的南美白对虾中游离氨基酸的结果一致；Arg是一种苦味氨基酸，带有微弱甜味，有增加呈味复杂性和提高鲜度的作用[24]，其在高含量下可与带有甜味的Ala协同作用赋予虾肉特有的适宜滋味；Tau是一种微酸性的氨基酸，尽管它对滋味的贡献尚报道较少，但研究已证明其在调节正常生理功能中具有重要作用[25]；Pro也是甜味氨基酸，不仅可以提供甜味，还可以减少虾肉中的不愉快滋味[26]。尽管Glu含量较低，其热处理前后TAV均大于1，因此对鹰爪虾的鲜味具有重要贡献，发挥改善总体风味的作用；热处理后，游离氨基酸总量增长到1396.64 mg/100 g，增加了19.79%，说明热处理对游离氨基酸含量有显著影响。热处理前后，鲜味氨基酸的含量无显著变化，甜味氨基酸的含量增多，除Arg外，苦味氨基酸的含量均降低。原因可能是，一方面，加热使虾肉中的蛋白质以及多肽水解断裂产生了Gly和Ser等具有甜味的氨基酸[27]；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[28]，从而使其含量降低。Luan Yang等[29]研究发现煮熟的河豚肉比生河豚肉具有更强的鲜味和甜味，这是由于鲜味氨基酸Glu、Asp和甜味氨基酸Gly、Ala的含量增加（P＜0.05)。邱霞琴等[30]研究发现加热后草鱼中游离氨基酸总量减少，但一些鲜味氨基酸如Asp和Glu的含量增加。池岸英[31]研究表明，微波与水煮凡纳滨对虾中的游离氨基酸总量均低于鲜虾，与本实验研究结果相反，这种差异可能与处理样品个体差异或处理条件有关。

表1 鹰爪虾中游离氨基酸的含量、呈味特征、滋味阈值及TAVTable 1 Contents,taste attributes,taste thresholds and TAVs of freeamino acids in T. curvirostris

2.2.2 无机盐离子、季胺化合物、还原糖、有机酸、核苷酸含量变化及其对滋味的影响

Na＋、K＋、Cl-和是评价水产品滋味的重要指标[32]，Na＋和K＋一般产生咸味，Cl-和PO34-本身无味，往往起到修饰风味的作用。由表2可知，鹰爪虾中Na＋含量最高（39.12～49.15 mg/100 g），其次是Cl-（38.11～44.13 mg/100 g），TAV均大于1，表明无机离子对热诱导虾样品的滋味具有重要贡献。Wen Xinyi等[33]的研究发现K＋、Na＋和是调控煮制文蛤风味的重要因素。

表2 鹰爪虾中无机离子、季胺化合物、还原糖、有机酸、核苷酸的含量、滋味阈值及TAVTable 2 Contents,taste thresholds and TAVs of inorganic salts,quaternary amine compounds,reducing sugars,organic acids and nucleotides in T. curvirostris

甜菜碱、氧化三甲胺和胆碱是存在于水产品中的重要季胺化合物。氧化三甲胺是一种呈味物质，可赋予水产品独特的鲜味。甜菜碱具有甜味和一定的鲜味，能增强浓厚味[34]。由表2可知，TC样品的甜菜碱和氧化三甲胺含量均高于TR样品，胆碱含量无显著变化，这可能是热处理后鹰爪虾浓厚味强的一个重要因素。同时，三者的TAV均小于1，表明甜菜碱、氧化三甲胺和胆碱对鹰爪虾的浓厚味具有不同程度的辅助作用。鹰爪虾中仅检出较低含量的葡萄糖（3.50～10.52 mg/100 g），感官评价中鹰爪虾甜味较弱，可能与此结果密切相关。姚静玉等[18]在小龙虾中也检测到较低含量的葡萄糖。

乳酸和琥珀酸是水产品重要的呈味物质之一，琥珀酸与谷氨酸存在一定的协同增味效应[2]。由表2可知，鹰爪虾中只检测到乳酸、未检测到琥珀酸，热处理后乳酸含量由（205.63±3.53）mg/100 g降低为（127.47±8.03）mg/100 g，其TAV＞1表明乳酸是鹰爪虾滋味的重要贡献者。研究表明，乳酸在中华绒螯蟹的呈味中也具有重要作用[35]。

5’-IMP和5’-AMP赋予水产品强烈的鲜味[36]。由表2可知，TC样品的核苷酸及其关联化合物总量高于TR样品，说明虾在煮制后有更多滋味物质溶出。热处理后5’-IMP的TAV（5.94）高于热处理前（5.00），谷文静[37]研究发现，经通电加热的凡纳滨对虾其IMP和GMP含量较高，有助于保持虾肉的鲜味且不会产生明显的苦味。

2.3 天然提取液与滋味重组模型的呈味差异

由图1可知，鹰爪虾滋味重组模型与天然提取液有相似的滋味轮廓，滋味重组模型除酸味外，其他5 种滋味强度均低于天然提取液。刘天天等[34]构建沙蟹汁滋味重组物，发现重组物虽然可以再现沙蟹汁的滋味，但在温和性、收敛性和后味方面，天然提取物优于滋味重组模型。

图1 鹰爪虾水提取液及其滋味重组模型的滋味轮廓Fig.1 Taste profiles of T. curvirostris water extract and its taste recombination model

2.4 滋味化合物的消除实验

采用电子舌分析比较天然水提取液和相应滋味重组模型的呈味差异。由表3可知，TR样品的甜味、鲜味和咸味强度值分别为5.56、13.45和9.98，TC样品分别为8.05、13.83和10.39，强度较高，基本无酸味和苦味；滋味重组模型的甜味、鲜味和咸味强度值普遍低于天然水提取液，而苦味和酸味略高于原样，与感官评价结果一致。滋味重组模型与天然水提取液存在一定差异，未能完整地再现原样的呈味表现，这可能与滋味重组模型中缺乏某些关键呈味物质有关。类似研究表明，12 种关键滋味成分构成的滋味重组液不能完整再现河鲀的滋味轮廓[38]。

表3 鹰爪虾水提取液及其滋味重组模型的滋味强度值Table 3 Taste intensity values of T. curvirostris water extract and its taste recombination model

首先对鹰爪虾重组模型进行第1次消除实验，将重组模型中的滋味物质分成11 个大组，具体分组情况如表4所示。当消除C、H、I和K组时，滋味变化不显著，但当缺失另外7 组呈味组分时能感觉到显著的滋味差异。消除A组、B组、D组和E组时，正确区分度高，甜味和鲜味显著降低，Manninen等[39]的研究也表明游离氨基酸和呈味核苷酸可协同增强食物的鲜味；消除F组和G组时，TR样品的正确区分度分别为19和16，TC样品的正确区分度均为18，显著影响了咸味、鲜味、甜味和浓厚味，苦味增加；消除J组时，甜味和浓厚味降低。因此，鹰爪虾第1次消除实验排除C、H、I和K组。将第1次消除时滋味产生显著变化的混合组细分为包含单一或多个成分的子组，进行第2次消除实验，进一步揭示每种组分对滋味的贡献程度。

表4 鹰爪虾滋味化合物第1次消除实验Table 4 First omission tests of taste compounds in T. curvirostris

将A组、F组、G组和J组中每一种物质单独进行消除实验。B组细分为B1（Orn、Met）和B2（Leu、Tyr、Arg）两个子群，E组细分为E1（5’-GMP）、E2（5’-AMP）和E3（5’-ATP、Hx、HxR）三个子群。由表5可知，Glu、Gly和Ala的消除均导致甜味显著减弱。据报道，Glu是具有鲜味活性的化合物，Gly的TAV大于1，是甘甜味的主要贡献者，Ala是甜味氨基酸，显著影响鹰爪虾的滋味。Pro和B1组的消除导致甜味稍减弱，B2组的消除对整体滋味无显著影响，消除EI组后，甜味和鲜味均降低，E2和E3组的消除滋味无显著变化。Na＋和Cl-的消除导致甜味、咸味、鲜味和浓厚味降低，苦味升高，消除K＋和正确区分度均小于3，对滋味无显著影响，研究表明，Na＋、K＋、Cl-和也是河鲀鱼的关键滋味组分[20]。甜菜碱具有甜味调节作用[40]，消除甜菜碱和氧化三甲胺，甜味和浓厚味降低。因此，结合两次消除实验，初步确定鹰爪虾中关键呈味活性物质为Glu、Gly、Ala、5’-IMP、5’-GMP、Na＋、Cl-、甜菜碱和氧化三甲胺。

表5 鹰爪虾滋味化合物第2次消除实验Table 5 Second omission tests of taste compounds in T. curvirostris

2.5 滋味化合物的添加实验

准备若干份由消除实验确定的呈味活性物质，按其“自然的”浓度配制混合物，将消除实验判定为非呈味活性的物质逐一添加到重组液中，进行感官评价。一些化合物本身对滋味无显著影响，但组分间的相互作用可能会对滋味产生未知的影响。由表6可知，加入Tyr和Arg后区分度均大于10，滋味发生显著变化，造成重组液甜味和鲜味增强，苦味减弱。因此Tyr和Arg在鹰爪虾中也具有呈味活性。Kani等[16]在添加实验中判断Glu和甘氨酸甜菜碱也具有味觉活性，是鱿鱼关键的滋味成分。

表6 鹰爪虾滋味化合物添加实验Table 6 Addition tests of flavor compounds in T. curvirostris

多重消除与添加实验的结果表明，鹰爪虾呈味活性物质为Glu、Gly、Ala、Tyr、Arg、5’-IMP、5’-GMP、Na＋、Cl-、甜菜碱和氧化三甲胺。对比TAV的结果，乳酸的TAV大于1，但缺少乳酸时对滋味无显著影响；Tyr和Arg在样品中的TAV均小于1，但通过添加实验证明这两种化合物也是虾的滋味活性物质。由于影响食品滋味的机制和因素十分复杂，各成分间协同作用对食品滋味贡献等方面的研究有待于进一步拓展和深入。

3 结论

本研究在热处理前后的鹰爪虾中均检测到18 种游离氨基酸，高含量氨基酸主要有Gly、Arg、Tau、Pro和Ala；含量最高的核苷酸为IMP，其次是Hx和HxR；有机酸只检出乳酸；无机离子以Na＋和Cl-为主；还检测出较高含量的甜菜碱和较低含量的葡萄糖。其中，Glu、Gly、Na＋、Cl-、乳酸与5’-IMP的TAV大于1，是虾肉滋味的主要贡献者。通过构建滋味重组模型，确定鹰爪虾的关键滋味活性化合物为Glu、Gly、Ala、Tyr、Arg、5’-IMP、5’-GMP、Na＋、Cl-、甜菜碱和氧化三甲胺，从而为鹰爪虾类产品的开发提供理论依据。