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(1.天津農學院食品科學與生物工程學院,天津 300384; 2.天津農學院水產學院,水產生態(tài)及養(yǎng)殖重點實驗室,天津 300384; 3.天津農學院動物科技學院,天津 300384)
在工廠化水產養(yǎng)殖中,養(yǎng)殖密度影響著水產動物的生存生長、福利健康等[1],提高養(yǎng)殖密度,可以增加產量、降低生產成本,但養(yǎng)殖密度過高,水產動物會產生應激生理反應和種內競爭等,影響其生長存活和生理代謝[2]。因此控制合適的養(yǎng)殖密度對水產養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和水產品品質的提高具有重要意義。
目前,關于養(yǎng)殖密度對水產動物影響的研究主要是養(yǎng)殖密度對其生理代謝影響的研究[3-6],Liu等[7]對大菱鲆(Turbot)的研究表明,高密度養(yǎng)殖大菱鲆的特定生長率(specific growth rate,SGR)和平均體重都低于低密度組和中密度組;氧化應激和代謝分析表明,高密度組大菱鲆肝臟內的抗氧化物質在成長過程中均明顯減少。Liu等[8]對大西洋鮭鱒(Atlantic salmon)也進行了研究,研究發(fā)現高密度組大西洋鮭鱒的終體質量、SGR均顯著低于低密度組(p<0.05),飼料消耗比(Feed conversion ratio,FCR)顯著高于低密度組(p<0.05);高密度組的血糖水平、超氧化物歧化酶活性和皮質醇含量均顯著高于低密度組和中密度組(p<0.05);僅少數學者研究了養(yǎng)殖密度對水產動物肌肉基本成分的影響,肖鳴鶴等[9]對克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)的研究發(fā)現,在5種養(yǎng)殖密度下(50、100、300、600、900尾/m2),克氏原螯蝦的水分含量差異較小,粗蛋白隨養(yǎng)殖密度的升高呈增高的趨勢,粗脂肪含量呈降低的趨勢;步艷等[10]以大雜交鱘幼魚(達氏鰉♀×史氏鱘♂)為研究對象,以不同的養(yǎng)殖密度(40、70、93、110尾/m2)經過60 d飼養(yǎng)發(fā)現,水分和灰分含量隨養(yǎng)殖密度的增大呈升高趨勢,粗蛋白和粗脂肪則呈下降趨勢;任源遠等[11]對施氏鱘(Acipenserschrenckii)幼魚進行了研究,養(yǎng)殖密度設置為5.5、8.0、11.0 kg/m2,研究發(fā)現肌肉中的粗蛋白和粗脂肪隨養(yǎng)殖密度的增大而顯著降低(p<0.05),而水分和灰分的變化不明顯。目前尚未檢索到國外關于養(yǎng)殖密度對水產動物肌肉品質影響的報道,國內關于這方面的研究僅局限于對營養(yǎng)組分的比較,且研究結果仍存在較大差異,養(yǎng)殖密度對斑節(jié)對蝦肉質特性和風味的影響鮮有報道。該方面的研究對水產養(yǎng)殖和水產品品質的提高有重要意義,有必要進一步研究。
斑節(jié)對蝦(Penaeusmonodon),聯合國糧農組織通稱大虎蝦,具有廣鹽性、耐高溫、耐低氧、耐儲運和抗病力強等優(yōu)點[12],肉質鮮美,營養(yǎng)豐富。本研究以斑節(jié)對蝦為對象,分析不同養(yǎng)殖密度的斑節(jié)對蝦肌肉的基本營養(yǎng)組成、持水力、感官品質和質構特征的差異,并利用電子鼻和電子舌對其風味差異進行分析,以期為斑節(jié)對蝦選擇合適的養(yǎng)殖密度、提高營養(yǎng)品質提供數據支持。
斑節(jié)對蝦 于2017年4月購于中國水產科學院南海水產研究院(“南海1號”苗種,長度(1.94±0.06) cm),在天津市恒遷水產養(yǎng)殖有限公司的工廠化養(yǎng)殖車間進行養(yǎng)殖,養(yǎng)殖密度分別為100、200、300尾/m2,編號M1、M2、M3;商品餌料 營養(yǎng)成分為粗蛋白≥42%、粗脂肪≥5.5%、粗灰分≤16%、水分≤11%;氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸、乙酸鎂溶液(240 g/L)、硫酸銅(CuSO4·5H2O)、硫酸鉀、濃硫酸、葡萄糖、亞鐵氰化鉀、已酸鋅、硼酸、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、亞甲基藍指示劑、95%乙醇、磺基水楊酸、高氯酸、氨水、磷酸氫二鈉、磷酸二氫 均為分析純,購自國藥集團化學試劑有限公司。
Z323K型高速冷凍離心機 德國HERMLE公司;TA.XT.plus質構測試儀 英國SMSTA公司;UDK159半微量凱式定氮儀 意大利Velp公司;Astree型電子舌 法國Alpha MOS公司;PEN3便攜式電子鼻系統(tǒng) 德國Airsense公司。
1.2.1 實驗材料養(yǎng)殖及預處理 設置水體溶氧量>5 mg/L、透明度30~40cm、養(yǎng)殖周期84 d,水溫26~28 ℃,鹽度25‰,以人工配合餌料投喂。取樣時,3種密度的蝦分別從3個養(yǎng)殖池塘取樣(設置3個重復,每個重復取樣2 kg,以確保實驗樣品充足),加水充氧?;钸\到實驗室,每組(3個養(yǎng)殖密度,每個密度分3個養(yǎng)殖池取樣,共9組)取活蝦30尾,放入已沸騰的蒸鍋中蒸制3 min后取出,冷卻后立即進行感官評價(20尾)和質構分析(10尾);各組其余蝦加冰猝死后,去頭去殼去腸腺,取其肌肉用自封袋包裝,取一部分立即測其持水力;剩余蝦貯存在-80 ℃超低溫冰箱中,兩周內進行電子鼻和電子舌分析,以及水分含量、總蛋白、總糖、灰分基本營養(yǎng)成分分析。
1.2.2 基本營養(yǎng)成分 水分含量的測定采用GB 5009.3-2016[13]中的直接干燥法;灰分的測定采用GB 5009.4-2016[14]中的第一法;粗蛋白的測定采用GB 5009.5-2016[15]中的凱氏定氮法;總糖的測定采用GB/T 9695.31-2008[16]中的分光光度法。
1.2.3 持水力 稱取2.0 g左右的樣品,用干燥的濾紙包裹樣品放入10 mL離心管中,在2000×g,4 ℃條件下離心15 min,立即去掉濾紙并稱重,根據如下公式計算持水力。
持水力(%)=[肉樣質量×水分含量-(離心前肉樣質量-離心后肉樣質量)]/(肉樣質量×水分含量)×100
1.2.4 感官評價 參考王士穩(wěn)[17]的方法并稍作改動。感官評價小組由12人組成,男女各6人。實驗開始前,先對評價小組人員進行培訓,使每個人掌握蝦肉氣味、滋味和質地特性的區(qū)分及評分方法,形成統(tǒng)一的評價標準(如表1所示),按照標準進行正式感官評價。每一項指標的得分為去掉最高分和最低分后的平均值。
表1 斑節(jié)對蝦的感官品質評價標準Table 1 The sensory evaluation standard of Penaeus monodon
各組分別選取大小一致的斑節(jié)對蝦20尾,放入已沸騰的蒸鍋中蒸制3 min后立即取出,冷卻至室溫后進行感官評價,評分結果采用9分制。
1.2.5 質構分析 各組分別選取大小一致的斑節(jié)對蝦10尾,放入已沸騰的蒸鍋中蒸制3 min后立即取出,冷卻至室溫后,取蝦背部肌肉前兩節(jié)進行質構分析。以TPA模式對硬度、彈性、咀嚼度、緊密性進行測定,選用P/35探頭,直徑35 mm,測試前速度、測試速度、測試后速度均為1 mm/s,樣品壓縮形變量為40%,觸發(fā)力為5 g。每個樣品平行測定10次,結果取其平均值。
1.2.7 電子鼻分析 本實驗電子鼻檢測采用德國Airsense公司PEN3便攜式電子鼻系統(tǒng),該電子鼻含有10個不同的金屬氧化物傳感器(如表2所示),組成傳感器陣列。
表2 10種傳感器性能描述Table 2 Performance description of ten sensors
取-80 ℃凍樣,4 ℃緩慢解凍后,稱取10 g蝦肉置于125 mL的一次性樣品杯中,雙層保鮮膜封口,室溫下靜置2 min后采用直接頂空吸氣法進行測試,直接將進樣針頭插入含樣品的一次性樣品杯中進行測定。測定條件:采樣時間為1 s/組;傳感器自清洗時間為100 s;傳感器歸零時間為10 s;樣品準備時間為5 s;進樣流量為400 mL/min;分析采樣時間為100 s。采用內置軟件進行數據的采集與處理,并進行PCA和荷載分析(Loading analysis)。
除感官評價和質構分析兩個指標外,營養(yǎng)成分、持水力兩個指標平行實驗3次。結果都采用SPSS17.0軟件進行數據計算和統(tǒng)計分析,保留兩位小數,數據表示為平均值±標準差,數據表中同一列或同一行上標不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05),不同大寫字母表示差異極顯著(p<0.01),相同字母表示差異不顯著(p>0.05)。
3種養(yǎng)殖密度下斑節(jié)對蝦的基本營養(yǎng)組成及持水力測定結果見表3。由表3可知,在本研究設置的養(yǎng)殖密度范圍內,隨著養(yǎng)殖密度的增高,斑節(jié)對蝦肌肉中水分含量呈增高的趨勢,其中,M3與M2、M1之間的差異分別達到了顯著(p<0.05)和極顯著(p<0.01)水平,M2與M1之間的差異達到了顯著水平(p<0.05);灰分含量在M1和M2之間變化不顯著(p>0.05),M3分別與M1、M2相比,均有顯著增高的趨勢(p<0.05);不同組間的粗蛋白含量呈逐漸降低的趨勢,但差異不顯著(p>0.05);總糖含量亦呈逐漸降低的趨勢,其中,M1與M3之間差異顯著(p<0.05),M1與M2、M2與M3之間的差異均不顯著(p>0.05)。
表3 3種養(yǎng)殖密度下斑節(jié)對蝦的基本營養(yǎng)組成及持水力對比Table 3 Comparison of basic nutrition and water holding capacity of Penaeus monodon of three stocking densities
持水力是指肌肉在貯存或者加工過程中,對自身水分的保持能力和對外加水分的水合能力,持水 力的高低直接關系到肉及其制品的質地、彈性、嫩度、口感以及出品率等。
由表3可知,隨著養(yǎng)殖密度的增高,斑節(jié)對蝦肌肉的持水力呈逐漸降低的趨勢,且3組之間的差異均達到了極顯著水平(p<0.01),表明養(yǎng)殖密度對斑節(jié)對蝦肉質的形成有極大的影響??赡苁且驗檫^高的養(yǎng)殖密度影響了斑節(jié)對蝦的生理機能和生長狀態(tài),影響了肌原纖維的生長和肌肉組織的形成,導致其肌肉保水能力有所下降。
3種養(yǎng)殖密度的斑節(jié)對蝦的感官品質評價結果見表4。由表4可知,M1和M2的總體得分相同,僅在咀嚼度上兩者差異達極顯著水平(p<0.01),說明在100尾/m2、200尾/m2條件下養(yǎng)殖的斑節(jié)對蝦總體上受歡迎程度相當(p>0.05),而M3與M1、M2在總體接受程度上的差異分別達到了極顯著水平(p<0.01),說明養(yǎng)殖密度的升高對斑節(jié)對蝦的整體感官品質有明顯影響。在鮮味上,M3顯著低于M1和 M2(p<0.05);在甜味和土腥味上,M3低于M1和 M2,但差異不顯著(p>0.05);在硬度、彈性和咀嚼度方面,M3均極顯著地低于M1和M2(p<0.01)。綜合以上分析來看,當養(yǎng)殖密度由100尾/m2升高到200尾/m2時,對斑節(jié)對蝦的感官品質影響并不大,但當養(yǎng)殖密度升高到300尾/m2時,對斑節(jié)對蝦肌肉的鮮味、硬度、彈性、咀嚼度和總體接受度影響很大,特別是對硬度、彈性、咀嚼度這3個指標,表明養(yǎng)殖密度對斑節(jié)對蝦肌肉質構特征影響較大,結合持水力(見表3)的變化證實了這一點。
表4 3種養(yǎng)殖密度下斑節(jié)對蝦的感官評分結果(分)Table 4 Sensory evaluation scores of Penaeus monodon of three stocking densities(score)
3種養(yǎng)殖密度的斑節(jié)對蝦的質構分析結果見表5。由表5可知,隨著養(yǎng)殖密度的增大,斑節(jié)對蝦肌肉的硬度、彈性、緊密性和咀嚼度四個指標都呈現出降低的趨勢,表明斑節(jié)對蝦肌肉的質構特性隨養(yǎng)殖密度的增大而下降。M1、M2在硬度上的差異達到了顯著水平(p<0.05),而M3與M1、M2之間的差異均分別達到了極顯著水平(p<0.01);對于彈性,M1和M2之間無顯著差異(p>0.05),而M3與M1、M2之間的差異均分別達到了極顯著水平(p<0.01);三者在緊密性和咀嚼度上的差異均達到了極顯著水平(p<0.01)。通過以上分析可以發(fā)現,對于硬度、彈性和咀嚼度3個指標,感官評價得到的結果與質構分析儀測定的結果相一致;在本研究中咀嚼度是硬度、彈性和緊密性三者的乘積,而三者的緊密性存在極顯著的差異(p<0.01),這就驗證了在感官評價中三者的咀嚼度也存在著極顯著的差異(p<0.01)。
表5 3種養(yǎng)殖密度下斑節(jié)對蝦的質構分析結果Table 5 Texture of Penaeus monodon of three stocking densities
2.5.1 PCA分析 圖1是三種養(yǎng)殖密度下斑節(jié)對蝦的電子舌主成分分析圖。從圖1中可以看出,第一主成分(PC1)與第二主成分(PC2)的貢獻率之和達到了98.508%,能夠很好地反映3種養(yǎng)殖密度的斑節(jié)對蝦的實際情況,且PCA識別指數(Discrimination index)為93,表明這3種養(yǎng)殖密度的斑節(jié)對蝦在滋味上差異明顯。在PCA圖中,樣品間的相對距離越小,表示樣品間滋味的差異越小。經分析,M1與M3、M2與M3、M1與M2之間相對距離分別為256.20、143.76、115.47,因此M1與M3間的滋味差異最大,其次是M2與M3,最后是M1與M2。
圖1 3種養(yǎng)殖密度下斑節(jié)對蝦的電子舌主成分分析Fig.1 Principal component analysis of the electronic tongue to Penaeus monodon of three stocking densities
2.5.2 味覺分析 表6是3種養(yǎng)殖密度的斑節(jié)對蝦各種滋味的相對強度值,電子舌通過軟件對信號值的分析,能夠在0到12的刻度上比較樣品間各種滋味的相對強度。由表6可知,3種養(yǎng)殖密度下的斑節(jié)對蝦均無酸味(SRS)和苦味(BRS);均檢測出輕微的咸味(STS),咸味在感官評價中并沒有品嘗出,表明電子舌可以彌補人體感官的不足;鮮味(UMS)與感官評價中得到的結果呈現出相同的趨勢;在甜味(SWS)上,檢測結果顯示M2的甜味相對強度值最高,M1次之,M3最低,與感官評價中的結果稍有差異。
表6 3種養(yǎng)殖密度下斑節(jié)對蝦的各種滋味的相對強度值Table 6 Relative intensity of the different tastes ofPenaeus monodon of three stocking densities
2.6.1 電子鼻對斑節(jié)對蝦揮發(fā)性氣味的響應 圖2是用電子鼻對三種養(yǎng)殖密度的斑節(jié)對蝦肌肉的揮發(fā)性氣味的響應值做成的檢測信號雷達圖,圖中每一條線代表一個傳感器對斑節(jié)對蝦肌肉揮發(fā)性成分的響應值,從圖中可以看出,6、7、8、9號傳感器對斑節(jié)對蝦肌肉的揮發(fā)性氣味的響應比其他傳感器更為顯著,這表明甲烷等短鏈烷烴(6)、無機硫化物(7)、醇醚醛酮類(8)、有機硫化物和芳香成分(9)是三種養(yǎng)殖密度下的斑節(jié)對蝦肌肉主要的揮發(fā)性風味物質。
圖2 電子鼻對三種養(yǎng)殖密度下斑節(jié)對蝦肌肉的檢測信號雷達圖Fig.2 Radar map of detection signal of electronic nose to Penaeus monodon of three stocking densities
從雷達圖中可以看出,M2和M3的6號傳感器響應值顯著高于M1;M2和M3的7號傳感器響應值顯著低于M1;M1、M2、M3的8號傳感器響應值相差不大;M1和M2的9號傳感器響應值顯著高于M3。
2.6.2 PCA分析 圖3(a)是三種養(yǎng)殖密度下斑節(jié)對蝦的電子鼻主成分分析圖,從圖中可以看出,第一主成分(1 main axis,89.50%)和第二主成分(2 main axis,10.50%)的貢獻率之和達到了100%,基本涵蓋了樣品的全部信息,表明電子鼻可以有效區(qū)分三種養(yǎng)殖密度下斑節(jié)對蝦的揮發(fā)性風味;在第一主成分和第二主成分上,M1、M2、M3三者之間均距離較遠,均有顯著差異,說明養(yǎng)殖密度對斑節(jié)對蝦肌肉的氣味具有明顯的影響。
圖3 3種養(yǎng)殖密度下斑節(jié)對蝦的電子鼻主成分分析圖和Loadings分析圖Fig.3 Principal component analysis and loading analysis of the electronic nose to Penaeus monodon of three stocking densities
2.6.3 Loadings分析 圖3(b)是三種養(yǎng)殖密度斑節(jié)對蝦的Loadings分析圖,總貢獻率為100%。在Loadings分析圖中,如果某一個傳感器的響應值(橫縱坐標對應值)接近于零,則表示該傳感器的識別作用可以忽略不計;如果越偏離于零,則表示該傳感器在對樣品的識別過程中起主要作用。從圖中可以看出,在第一主成分上,7號和9號傳感器相對偏離零的距離大,貢獻較大;在第二主成分上,6號和8號傳感器相對偏離零的距離大,貢獻較大。結合PCA分析可知,在電子鼻對M1、M2、M3的氣味成分區(qū)分過程中,6、7、8和9號傳感器起主要作用,分別對甲烷等短鏈烷烴、無機硫化物、醇醚醛酮類、有機硫化物和芳香成分響應信號較強。
在水產養(yǎng)殖中,水產動物從飼料中獲取營養(yǎng)物質,以滿足自身生長代謝的需要。研究發(fā)現,在高密度的放養(yǎng)狀態(tài)下,由于擁擠脅迫的作用,水產動物為了適應種內競爭和生長環(huán)境,其代謝水平會顯著提高[18],耗能增加[19],從而影響了營養(yǎng)物質在機體內的積累。Shrivastava等[3]和Shakir等[1]分別研究了養(yǎng)殖密度對墨吉明對蝦(Fenneropenaeusmerguinensis)和斑節(jié)對蝦生長和存活的影響,發(fā)現養(yǎng)殖密度越高,其FCR越高,說明在高密度養(yǎng)殖條件下,水產動物將一部分的能量用于適應擠壓脅迫,從而影響到自身的生長和營養(yǎng)物質的積累。薛寶貴等[20]對黃姑魚(Nibeaalbiflora)進行了研究,認為在高密度脅迫下,當魚體血液中血糖含量較低時,機體會消耗蛋白質和脂肪,通過糖異生作用增加血液中血糖含量,為機體提供能量,從而影響魚體的生長和營養(yǎng)物質的積累。在本研究中發(fā)現,隨養(yǎng)殖密度的增高,斑節(jié)對蝦肌肉中的蛋白質含量和總糖含量呈降低的趨勢,而水分和灰分含量呈增高的趨勢,研究結果與以上學者的研究結果一致。
本研究通過電子舌主成分分析發(fā)現3種養(yǎng)殖密度的斑節(jié)對蝦在滋味上差異明顯,其中M1與M3間的滋味差異最大,其次是M2與M3,最后是M1與M2。通過感官評價并結合電子舌分析發(fā)現,養(yǎng)殖密度對斑節(jié)對蝦滋味的影響主要表現在鮮味上,而甜味和土腥味均沒有顯著影響。研究表明[21],呈味核苷酸和呈味氨基酸是水產動物中普遍存在的重要滋味物質,且呈味核苷酸和鮮味氨基酸共同存在時,對鮮味具有協(xié)同增強的效果,其效果強于等量的任何一種單物質,在以后的研究中,可以檢測斑節(jié)對蝦肌肉中的呈味物質如游離氨基酸和核苷酸等,研究3種養(yǎng)殖密度斑節(jié)對蝦的具體呈味差異。
通過電子鼻分析發(fā)現,這3種養(yǎng)殖密度下的斑節(jié)對蝦在氣味上的差異主要通過甲烷等短鏈烷烴、無機硫化物、醇醚醛酮類、有機硫化物和芳香成分這幾類氣味成分來區(qū)分,且這幾類物質也是斑節(jié)對蝦肌肉的主要揮發(fā)性氣味物質。有學者也報道了在蝦肉中檢測出這幾種主要的揮發(fā)性氣味成分,其中,烴類化合物賦予蝦肉清香和甜香的氣味[22];含硫化合物使蝦肉呈現出新鮮的海味特征[23];醇醚醛酮類化合物通常是由一系列生化反應形成,醇類物質使蝦肉呈現出柔和的氣味[24],酮類化合物賦予蝦肉甜花香和果香[25],醛類化合物提供對蝦甜香味和堅果味[26]。在以后的研究中可以利用氣質聯用儀(Gas chromatograph-mass spectromete,GC-MS)來測定其中的揮發(fā)性氣味成分。
本研究發(fā)現,斑節(jié)對蝦肌肉的持水力隨養(yǎng)殖密度的增大呈極顯著降低的趨勢(p<0.01),結合質構分析發(fā)現,其硬度、彈性、緊密性和咀嚼度都呈現出下降的趨勢,其中緊密性和咀嚼度達到了極顯著水平(p<0.01),說明養(yǎng)殖密度對斑節(jié)對蝦肌肉的質構影響極大。有研究發(fā)現,肌肉硬度與水分含量成反比[27],在本研究中,隨著養(yǎng)殖密度的增大,肌肉中的水分含量越高,則肌肉的硬度就越低,硬度的降低也影響了彈性、緊密性和咀嚼度三個指標。在以后的研究中可以利用掃描電鏡和透射電鏡直觀地觀察這3種養(yǎng)殖密度的斑節(jié)對蝦肌肉的微觀結構變化。
在本研究中,通過對3種養(yǎng)殖密度的斑節(jié)對蝦肌肉品質進行分析發(fā)現,隨著養(yǎng)殖密度的增大,水分和灰分含量逐漸升高,粗蛋白和總糖含量逐漸降低;持水力呈極顯著降低趨勢。通過感官評價和質構分析發(fā)現,隨著養(yǎng)殖密度的增加,硬度、彈性、緊密性和咀嚼度都呈現出明顯的降低趨勢;經感官評價和電子舌分析發(fā)現,3種養(yǎng)殖密度的斑節(jié)對蝦在滋味上差異明顯,主要表現在鮮味上,M3的鮮味最差;經電子鼻分析發(fā)現在氣味上的差異可以通過6(W1S,甲烷等短鏈烷烴)、7(W1W,無機硫化物)、8(W2S,醇醚醛酮類)、9(W2W,有機硫化物和芳香成分)這幾個傳感器來區(qū)分,且這幾類物質也是斑節(jié)對蝦肌肉的主要揮發(fā)性氣味物質。養(yǎng)殖密度為100尾/m2時,斑節(jié)對蝦肌肉的品質最好,但結合養(yǎng)殖成本和養(yǎng)殖產量等因素來說,養(yǎng)殖密度為200尾/m2時,既可以保證斑節(jié)對蝦的品質,又可以提高其養(yǎng)殖產量和經濟效益。這一研究為斑節(jié)對蝦的養(yǎng)殖選擇合適的養(yǎng)殖密度提供了數據支持。