基于電子鼻、電子舌和GCMS分析飼料中添加金槍魚蒸煮液對巴馬香豬豬肉氣味和滋味的影響

*李 曄蘇秀榕*陳義方王求娟

(1.寧波大學海洋學院,浙江寧波 315000; 2.寧波今日食品有限公司,浙江寧波 315000)

豬肉是我國人均消費量最高的肉類品種,而滋味鮮美、氣味濃郁的豬肉更加受到消費者的歡迎?？焖儆始夹g(shù)在豬肉規(guī)模化生產(chǎn)中的廣泛應用,雖然提高了豬肉生產(chǎn)效率,但是降低了豬肉風味,使其滋味淡薄、氣味較差且口感一般[1]。巴馬香豬是我國地方優(yōu)良豬種,其胴體皮薄肉細、肉質(zhì)鮮美、營養(yǎng)豐富。傳統(tǒng)的巴馬香豬養(yǎng)殖采用放養(yǎng)模式,飼料以野草為主,養(yǎng)殖效率低;現(xiàn)代化的生豬籠養(yǎng)和圈養(yǎng)模式,由于飼料組成和飼養(yǎng)模式的改變,有效提高了養(yǎng)殖效率,但同時影響了巴馬香豬的豬肉風味[2]。

巴馬香豬規(guī)?；B(yǎng)殖過程中的生長性能和豬肉品質(zhì)把控,是巴馬香豬養(yǎng)殖業(yè)中亟待解決的問題。孔智偉等[3]發(fā)現(xiàn)將甜葉菊廢渣發(fā)酵后添加到飼料中,不影響香豬體重增長,反而明顯降低料重比,同時提高了豬肉營養(yǎng)組分含量;胡小勇等[4]研究飼料中添加富含益生菌的生物草料,可以同時提高巴馬香豬的生長性能和豬肉品質(zhì);乙叢敏等[5]發(fā)現(xiàn)將金槍魚碎肉酶解液作為飼料添加劑,可以顯著改善巴馬香豬豬肉氣味和滋味。因此,將加工副產(chǎn)物開發(fā)成巴馬香豬飼料添加劑,既能夠增加原料附加值,實現(xiàn)廢物利用,又可以促進巴馬香豬養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模化發(fā)展。

金槍魚蒸煮液是金槍魚魚柳和魚罐頭加工過程中產(chǎn)生的廢棄物,價格比金槍魚碎肉更加低廉,無需酶解處理,并且含有大量蛋白質(zhì)、核苷酸、氨基酸等營養(yǎng)成分和風味物質(zhì)[6]。將金槍魚蒸煮液作為飼料添加劑以改善豬肉風味,目前尚未有系統(tǒng)研究。本文研究使用金槍魚蒸煮液喂養(yǎng)巴馬香豬,基于電子鼻、GC-MS和電子舌、HPLC分別檢測豬肉的氣味和滋味的變化,考察其作為飼料添加劑的效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金槍魚蒸煮液 取自寧波今日食品有限公司;普通飼料 購自浙江衢州宏星香豬養(yǎng)殖專業(yè)合作社;巴馬香豬 6頭,2月齡,體重3 kg左右,購自浙江衢州宏星香豬養(yǎng)殖專業(yè)合作社。

PEN3型電子鼻 德國Airsense公司;7890GC型氣相色譜儀 美國安捷倫公司;M7-80Ei型質(zhì)譜儀 北京普析通用儀器有限公司;65 μm聚二甲基硅烷萃取頭 美國Supelco公司;TS-5000Z型電子舌 日本INSENT公司;MARS 5微波消解系統(tǒng) 美國CEM公司;L-8900型全自動氨基酸分析儀 日本日立公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 巴馬香豬飼養(yǎng) 巴馬香豬購回之后于豬舍中適應一周,期間提供普通飼料和正常飲水。一周之后,將巴馬香豬隨機均分為兩組,分別為對照組(CK)和實驗組(PW)。每天定時定量喂食(早晚各1次,每頭每次喂食100 g),自由飲水;其中,對照組喂食普通飼料。實驗組喂食添加10%金槍魚蒸煮液的飼料。6個月之后,對巴馬香豬進行屠宰,取背最長肌于液氮中急凍后置于-40 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 揮發(fā)性風味物質(zhì)的檢測

1.2.2.1 樣品前處理 電子鼻樣品:分別稱取0.5 g豬背最長肌,置于樣品瓶中并旋緊瓶蓋,靜置至瓶中氣體達到平衡。用電子鼻檢測樣品,每組設(shè)置5個平行樣品[7]。

GC-MS樣品:分別稱取1.0 g背最長肌樣品,置于樣品瓶中并旋緊瓶蓋,靜置至樣品瓶中等待氣體達到平衡。將萃取頭置于氣質(zhì)聯(lián)用儀進樣口在250 ℃下老化30 min,插入樣品瓶中,于60 ℃下頂空微萃取30 min,隨后將萃取頭置于氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進樣口解吸2 min,進行GC-MS分析[8]。

1.2.2.2 檢測條件 電子鼻:檢測時間200 s,傳感器清洗時間300～500 s,數(shù)據(jù)采集時間為199～200 s。

氣相色譜條件:VOCOL毛細管色譜柱(60 m×0.32 mm×1.8 μm);載氣為He,恒流模式,流速為0.3 mL/min;不分流模式進樣;進樣口溫度與接口溫度均為210 ℃;程序升溫:起始柱溫35 ℃保持2 min,以3 ℃/min升至40 ℃,保持1 min,再以5 ℃/min升至210 ℃,保持25 min。

質(zhì)譜:離子源為電子轟擊源(EI),電子能量70 eV,離子源溫度200 ℃,掃描質(zhì)量范圍45～450 u。

GC-MS數(shù)據(jù)分析:利用譜庫WILEY和NIST08進行數(shù)據(jù)檢索,相似度低于80(最大值為100)的化合物視為未檢出[8]。

1.2.3 非揮發(fā)性風味物質(zhì)的檢測

1.2.3.1 樣品前處理 電子舌樣品:將適量背最長肌用攪拌機打成勻漿后水浴加熱至40 ℃,稱取20 g樣品勻漿按1∶4比例用超純水稀釋至100 mL,3000 r/min離心10 min后取上清液80 mL用于電子舌檢測[9]。

樣品微波消解:準確稱取0.1 g樣品,置于消解罐中,加入6 mol/L鹽酸10 mL,充入氮氣后密封放入微波消解儀中,160 ℃下反應30 min后,冷卻至室溫并用0.1 mol/L鹽酸定容至25 mL。取500 μL樣品經(jīng)氮吹儀吹干并用0.02 mol/L鹽酸重新溶解,經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后備用[10]。

1.2.3.2 檢測條件 電子舌條件:用30 mmol/L KCl溶液與0.3 mmol/L 酒石酸溶液配成RefSol參比溶液。將傳感器置于參比溶液中歸零30 s,隨后開始進行鮮味測定。測試時間為30 s,測試完畢后用參比溶液清洗3 s,再次進行回味測定,測試時間30 s。為了測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定性,每個樣品重復4次,取后3次作為測試結(jié)果。根據(jù)傳感器采集的原始數(shù)據(jù),采用味道強度值(TAV)法對氨基酸的組成進行分析[9]。

氨基酸分析儀測定條件:用外標法測定樣品中氨基酸含量。緩沖液流速0.40 mL/min,茚三酮溶液流速0.35 mL/min;檢測波長570 nm(其中脯氨酸檢測波長為440 nm);保護柱溫度57 ℃;反應柱溫度135 ℃;進樣量20 μL[10]。氨基酸標準溶液稀釋成5個濃度梯度,相同條件下檢測后繪制峰面積-濃度標準曲線,用于樣品中氨基酸定量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

PEN3-Win Muster數(shù)據(jù)處理軟件用于電子鼻數(shù)據(jù)的主成分分析(PCA)[7]。Matlab軟件中的Z-score命令用于電子舌數(shù)據(jù)PCA分析之前的標準化處理。數(shù)據(jù)用SPSS 19.0 軟件進行分析,結(jié)果以平均值±標準差形式表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 揮發(fā)性風味物質(zhì)

2.1.1 巴馬香豬豬肉的電子鼻檢測結(jié)果 由圖1可知,第一主成分(PC1)貢獻率為92.79%,第二主成分(PC2)貢獻率為6.62%,總貢獻率為99.41%。PC1和PC2一共涵蓋了傳感器99.41%的原始信息,能夠用于反應豬肉氣味的變化。本研究中,同組樣品的數(shù)據(jù)采集點聚集在同一區(qū)域,不同組樣品(實驗組和對照組)數(shù)據(jù)采集點則分散于不同區(qū)域,說明不同飼料喂養(yǎng)下的巴馬香豬豬肉揮發(fā)性氣味在PC1和PC2上具有顯著差異(圖1)。

圖1 電子鼻的PCA分析Fig.1 PCA analysis of electronic nose注,CK:對照組;PW:實驗組。

2.1.2 巴馬香豬豬肉的GC-MS檢測結(jié)果 由表1可知,對照組豬肉中含有4種烷烴類物質(zhì),總含量為6.864%,其中含量最高的是十九烷,而實驗組中4種烷烴類化合物含量均為零(表1)。雖然烷烴類化合物含量存在顯著變化,但是因為其閾值比較高,所以對豬肉的風味貢獻較少[11]。與烷烴類物質(zhì)相比,醛類、醇類、酯類和酮類是豬肉風味的主要特征化合物[12]。辛醛和反式-2,4-癸二烯醛僅在對照組中檢出,其中辛醛具有腥味而反式-2,4-癸二烯醛表現(xiàn)出青草脂肪味[13],說明實驗組豬肉揮發(fā)性風味組成的改善。此外,何亮宏等[14]研究發(fā)現(xiàn),在育肥豬飼料中添加桑葉粉可以改善豬肉風味,其主要影響了醛類、醇類、酯類和酮類化合物的含量。因此本實驗對這些化合物進行進一步的分析。

表1 巴馬香豬背最長肌的揮發(fā)性物質(zhì)組成(%)Table 1 Composition of volatile substances of Bama longissimus dorsum(%)

醛類是本研究中最主要的揮發(fā)性化合物類型,也是構(gòu)成豬肉特征風味的主要化合物[15]。本實驗共檢測到醛類化合物11種,其中對照組和實驗組中均檢測出7種,總含量分別為28.028%和41.322%。辛醛、甲硫基丙醛、庚醛和反式-2,4-癸二烯醛只在對照組中檢出,而壬醛、十一醛、3-甲基丁醛/異戊醛和庚醛只在實驗組中檢出。兩組中均檢出的醛類化合物中,與對照組相比,苯甲醛和苯乙醛含量顯著升高而己醛含量顯著降低(P<0.05)。潘見等[16]認為十一醛和壬醛含量是導致土豬肉風味優(yōu)于普通瘦肉型豬肉的重要原因,十一醛具有果香,壬醛具有清香青草氣味。實驗組中十一醛和壬醛含量分別達到5.501%和15.718%,而對照組中均未檢出,這兩種特有的醛類化合物對豬肉良好風味貢獻較大。

此外,實驗組中的酯類化合物(2-乙酰丁酸乙酯和二乙基二硫代氨基甲酸甲酯)、酸類化合物(甲酸和乙酸)以及醇類化合物(1-辛烯-3-醇)含量均較對照組顯著升高(P<0.05),而酮類化合物(1-醇-2-烯酮)和其他化合物(甲酰胺、甲氧基苯基肟、2-戊基-呋喃和2-乙?；邕?含量較對照組降低。酯類是由脂質(zhì)氧化所產(chǎn)生的醇和游離脂肪酸相互作用所產(chǎn)生,一般具有果香、奶油、脂肪氣味等良好的香味,其中檢測到的2-乙酰丁酸乙酯和二乙基二硫代氨基甲酸甲酯在實驗組中的含量均顯著高于對照組(P<0.05),推測其對豬肉香味具有提升作用[17]。醇類物質(zhì)是豬肉中一類重要的揮發(fā)性化合物,多為不飽和醇,對豬肉油脂氣味具有較大貢獻[18]。本研究中唯一檢測到的醇類化合物是1-辛烯-3-醇,它在實驗組中含量顯著升高(P<0.05)。1-辛烯-3-醇具有熟蘑菇氣味,是花生四烯酸熱降解的產(chǎn)物,對豬肉氣味有重要貢獻,鄒英子[19]認為1-辛烯-3-醇是土豬肉氣味正相關(guān)高載荷物質(zhì)之一。酮類化合物一般由不飽和脂肪酸氧化或者降解產(chǎn)生,是后續(xù)豬肉加工過程中形成肉湯香氣的主要化合物。但是,本研究中僅在對照組中檢測到1-醇-2-烯酮。

2.2 非揮發(fā)性風味物質(zhì)

2.2.1 數(shù)據(jù)穩(wěn)定性分析 每個樣品重復測定4次,取后3次作為測試結(jié)果。從圖2中可以看出,3次循環(huán)測試的響應折線基本保持一致,說明傳感器響應穩(wěn)定,有較好的重現(xiàn)性,可以認為測量數(shù)據(jù)有效。

圖2 樣品響應折線圖Fig.2 Line chart of samples

2.2.2 巴馬香豬豬肉電子舌檢測結(jié)果 由圖3可知,本實驗中酸味、澀味、苦味回味、澀味回味、豐富性和咸味均在無味點以下,而鮮味和苦味均在無味點以上,可以作為有效的評價指標。

圖3 巴馬香豬背最長肌的味覺特征雷達圖Fig.3 Taste characteristics radar chart of Bama longissimus dorsum

對照組和實驗組的巴馬香豬豬肉味覺差異主要體現(xiàn)在鮮味和苦味上。由圖4可知,與對照組相比,實驗組樣品鮮味增加0.3而苦味降低0.4。此外,與對照組相比,實驗組豬肉的苦味回味、澀味回味基本無變化,酸味增加,澀味與咸味降低(圖5)。綜上所述,在飼料中添加金槍魚蒸煮液使巴馬香豬豬肉滋味得到改善。

圖4 巴馬香豬背最長肌的鮮味與苦味Fig.4 Umami and bitterness of Bama longissimus dorsum

圖5 巴馬香豬背最長肌的酸味、澀味、咸味、苦味回味、澀味回味和豐富性Fig.5 Sourness,Astringency,Saltiness,Aftertaste-B,Aftertaste-A and Richness of Bama longissimus dorsum

2.2.3 巴馬香豬豬肉電子舌結(jié)合氨基酸分析儀檢測結(jié)果 巴馬香豬豬肉中呈味氨基酸種類豐富,而呈味氨基酸在豬肉滋味形成過程中扮演重要角色。一般認為,人類對味道的感知取決于呈味物質(zhì)的含量以及其味道閾值[20]。由表2可知,實驗組和對照組中均檢出14種常見的呈味氨基酸,其中含量較高的氨基酸為亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、精氨酸、谷氨酸和蘇氨酸,這6種氨基酸在對照組和實驗組中的總含量分別達到74.47%和75.13%。

氨基酸與滋味之間的關(guān)系并不簡單取決于氨基酸的含量。因此,本實驗進一步計算了各種氨基酸的呈味強度(TAV)(表2)。其中,呈味強度大于1的氨基酸味道可以被人體感知,對豬肉的滋味具有顯著性貢獻,包括:天冬氨酸、丙氨酸、谷氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、精氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸。呈味強度值小于1的氨基酸味道不能被人體所感知,包括:甘氨酸、纈氨酸、絲氨酸和脯氨酸。值得注意的是,呈味強度值小于1并不代表該氨基酸對豬肉的滋味沒有貢獻,因為豬肉的滋味是由不同呈味物質(zhì)共同作用產(chǎn)生,而豬肉中各呈味物質(zhì)之間存在協(xié)同作用[21]。

表2 氨基酸味道強度值和相對質(zhì)量分數(shù)Table 2 Taste active value of amino acid

在肉類所含的氨基酸中,天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸和甘氨酸呈鮮味,屬于鮮味氨基酸。其中,谷氨酸是最常見的鮮味氨基酸,它的閾值較低且能與丙氨酸、鳥苷酸、肌苷酸等產(chǎn)生鮮味協(xié)同作用,還可引出肉類、魚貝類等食材的鮮味成分[22];絲氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、甘氨酸和丙氨酸等具有舒適的甜味,屬于甜味氨基酸[23]。其中,丙氨酸和甘氨酸同時兼具鮮味和甜味,本文中將其歸為甜味氨基酸。前期研究表明,呈鮮味和甜味的兩類氨基酸是肉類重要的滋味呈味和香味前體,屬于主要的呈味氨基酸,在后續(xù)豬肉加工過程中也非常重要[24]。與對照組相比,實驗組豬肉的鮮味氨基酸和甜味氨基酸含量分別顯著提高(P<0.05)了3.48%和3.29%,說明飼料中添加金槍魚蒸煮液后巴馬香豬豬肉鮮味和甜味均得到增強。此外,纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、賴氨酸和精氨酸等均產(chǎn)生苦味,屬于苦味氨基酸,其中精氨酸的苦味具有提鮮的作用[25]。對照組中苦味氨基酸種類較多、含量較高,且除了纈氨酸外其他苦味氨基酸的呈味強度值均大于1。飼料中添加金槍魚蒸煮液后,豬肉中除了賴氨酸外的所有苦味氨基酸含量均降低,總含量顯著降低(P<0.05)了4.27%,有效減少了巴馬香豬豬肉的苦味。

3 結(jié)論

金槍魚蒸煮液在金槍魚加工工業(yè)中產(chǎn)生,其營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富,但是缺乏有效的利用手段。本研究利用金槍魚蒸煮液作為飼料添加劑喂養(yǎng)巴馬香豬,利用電子鼻和GC-MS監(jiān)測豬肉揮發(fā)性風味物質(zhì)變化,利用電子舌與HPLC監(jiān)測豬肉非揮發(fā)性風味物質(zhì)變化。結(jié)果表明,飼料中添加金槍魚蒸煮液之后,醛類、醇類和酯類物質(zhì)含量顯著增加(P<0.05),產(chǎn)生比對照組更加顯著(P<0.05)的油脂氣味、果香和清香青草氣味,同時減少了腥味;此外,鮮味氨基酸和甜味氨基酸作為豬肉中主要的呈味氨基酸,在實驗組中含量均顯著提高(P<0.05),而苦味氨基酸含量顯著降低(P<0.05)。這些氣味和滋味參數(shù)的變化,說明飼料中添加金槍魚蒸煮液可以有效提升巴馬香豬豬肉的氣味和滋味品質(zhì)。本研究為巴馬香豬工業(yè)化養(yǎng)殖和金槍魚加工廢棄物再利用提供了重要參考。