徐玉雪,陳艷紅,2,3,陳昭華,杜希萍,2,3*,姜澤東,2,3,倪輝,2,3,李清彪,2,3
(1.集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,福建 廈門(mén) 361021;2.福建省食品微生物與酶工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 廈門(mén) 361021;3.廈門(mén)市食品生物工程技術(shù)研究中心,福建 廈門(mén) 361021)
紅毛藻(Bangia fusco-purpurea),又稱(chēng)紅毛菜、紅發(fā)菜,屬紅藻門(mén),是一種可食用的珍貴海洋紅藻,含有豐富的脂肪、蛋白質(zhì)和各類(lèi)氨基酸,具有提高免疫力、降血壓、降血脂和防止動(dòng)脈粥狀硬化等心血管疾病的食、藥用功效[1-3]。近年來(lái),隨著人民生活水平的提高,紅毛藻的養(yǎng)殖及加工受到了越來(lái)越多的關(guān)注,其中福建省莆田市紅毛藻被認(rèn)定為國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品[4]。但由于紅毛藻具有強(qiáng)烈的腥味,影響食品風(fēng)味及其在終端產(chǎn)品中的應(yīng)用。而目前尚缺少有效的紅毛藻脫腥技術(shù),限制了其深加工產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。
相關(guān)研究報(bào)道可以采用物理法、化學(xué)法、生物法和復(fù)合法對(duì)食品進(jìn)行脫腥[5]。其中,物理脫腥法中的加熱脫腥是利用高溫使異味物質(zhì)揮發(fā),從而達(dá)到脫腥效果[6]?;瘜W(xué)脫腥法中采用溶劑浸泡可以去除腥味,其中有機(jī)酸可以消除組胺、螯合金屬離子,有助于減少腥味物質(zhì)的產(chǎn)生[7],常用脫腥的可食用酸有醋酸、檸檬酸、蘋(píng)果酸等。然而,單一脫腥技術(shù)都有其適用范圍和局限性,而采用兩種或兩種以上脫腥技術(shù),利用各方法之間的互補(bǔ)和協(xié)同增效作用,可達(dá)到更好的脫腥效果。因此,通常會(huì)采用多種方法的對(duì)比和聯(lián)合使用,以確定最佳的工藝。尹宗美等發(fā)現(xiàn)復(fù)配藍(lán)莓酵素-薄荷提取物脫腥劑對(duì)裙帶梗的脫腥效果最佳,將藍(lán)莓酵素與薄荷提取物復(fù)配(30∶1的質(zhì)量比),脫腥劑溶液的固形物含量2%,最佳脫腥條件為脫腥劑溶液與裙帶梗的質(zhì)量比12∶1,脫腥時(shí)間3 h,脫腥溫度30℃[8]。張淼等用CaCl2和綠茶質(zhì)量比為1∶1的復(fù)合脫腥劑對(duì)銀鱈魚(yú)進(jìn)行脫腥,結(jié)果表明復(fù)合脫腥劑濃度2.75%、浸泡料液比 1∶11(g/mL),浸泡時(shí)間 48 min、浸泡溫度 38.3 ℃時(shí),銀鱈魚(yú)脫腥效果最優(yōu)[9]。不同的食品由于原料特性及腥味成分的差異,脫腥的工藝并不完全相同。
分析檢測(cè)腥味的方法主要有感官評(píng)價(jià)及儀器分析兩種方法。其中,感官檢驗(yàn)是借助人的嗅覺(jué)器官感知腥味的強(qiáng)度[10],是最直接的宏觀評(píng)價(jià)方法。儀器分析方法中,頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS) 具有操作時(shí)間短、分離能力高、鑒定準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)[11]。
本文以國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品福建莆田紅毛藻為研究對(duì)象,采用復(fù)合法加熱聯(lián)合浸泡脫腥劑對(duì)紅毛藻脫腥,應(yīng)用正交試驗(yàn)優(yōu)化脫腥工藝,并使用感官評(píng)價(jià)結(jié)合GC-MS檢測(cè)分析脫腥前后紅毛藻揮發(fā)性成分的變化,為紅毛藻產(chǎn)品加工和延伸制品的推廣提供技術(shù)參考。
紅毛藻:福建省莆田市南日島;檸檬酸、冰醋酸、無(wú)水碳酸鈉、乙醇:國(guó)藥集團(tuán)上?;瘜W(xué)試劑有限公司。
QP-2010 Plus氣相色譜質(zhì)譜串聯(lián)儀、Rtx-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱:日本島津公司;BC/BD-318A冰箱:青島海爾特種冰柜有限公司;BS233S電子天平:德國(guó)賽多利斯科學(xué)儀器廠;ZXRD-85110定溫恒溫干燥箱:上海智誠(chéng)分析儀器制造有限公司;HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋:國(guó)華電器有限公司。
將紅毛藻置于15倍~20倍體積的清水中,浸泡1 h后,清水洗至紅毛藻表面無(wú)泥沙等雜質(zhì),撈出瀝干后放置于烘箱,40℃烘干備用。
1.4.1 加熱溫度的優(yōu)化
將紅毛藻放置在不同溫度(30、50、70、90、110 ℃)的烘箱處理1 h,分別稱(chēng)取加熱處理后紅毛藻0.1 g,加入30 mL蒸餾水,60℃水浴30 min,以紅毛藻腥味強(qiáng)度為指標(biāo),進(jìn)行感官評(píng)分,研究加熱溫度對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響,每組樣品處理設(shè)3次平行。
1.4.2 加熱時(shí)間的優(yōu)化
在最優(yōu)加熱溫度的條件下,將紅毛藻放置于烘箱分別處理 1、2、3、4、5 h,稱(chēng)取加熱處理后紅毛藻 0.1 g,分別加入30 mL蒸餾水,60℃水浴30 min,以紅毛藻腥味強(qiáng)度為指標(biāo),進(jìn)行感官評(píng)價(jià),研究加熱時(shí)間對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響,每組樣品處理設(shè)3次平行。
1.4.3 浸泡脫腥劑種類(lèi)的優(yōu)化
參考相關(guān)脫腥文獻(xiàn)[12-13],選取5%檸檬酸溶液、5%乙醇溶液、5%碳酸鈉溶液和5%醋酸溶液為浸泡脫腥劑。將紅毛藻置于燒杯中,分別加入等量的水和不同浸泡脫腥劑,處理30 min,洗凈烘干;分別稱(chēng)取浸泡處理后的紅毛藻0.1 g,加入30 mL蒸餾水,60℃水浴30 min,以紅毛藻腥味強(qiáng)度為指標(biāo),進(jìn)行感官評(píng)價(jià),研究浸泡脫腥劑種類(lèi)對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響,每組樣品處理設(shè)3次平行。
1.4.4 浸泡脫腥劑濃度的優(yōu)化
在最優(yōu)加熱溫度、加熱時(shí)間及浸泡脫腥劑的條件下,將紅毛藻分別置于等量、濃度為1%、3%、5%、7%、9%的浸泡脫腥劑中,處理30 min,洗凈烘干;分別稱(chēng)取浸泡處理后的紅毛藻0.1 g,加入30 mL蒸餾水,60℃水浴30 min,以紅毛藻腥味強(qiáng)度為指標(biāo),進(jìn)行感官評(píng)價(jià),研究浸泡脫腥劑濃度對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響,每組樣品處理設(shè)3次平行。
1.4.5 浸泡脫腥劑處理時(shí)間的優(yōu)化
在最優(yōu)加熱溫度、加熱時(shí)間及浸泡脫腥劑的條件下,將紅毛藻置于最優(yōu)濃度的浸泡脫腥劑,分別處理0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h,洗凈烘干;分別稱(chēng)取浸泡處理后的紅毛藻0.1 g,加入30 mL蒸餾水,60℃水浴30 min,以紅毛藻腥味強(qiáng)度為指標(biāo),進(jìn)行感官評(píng)價(jià),研究浸泡脫腥劑處理時(shí)間對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響,每組樣品處理設(shè)3次平行。
在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,選取加熱溫度(A)、加熱時(shí)間(B)、醋酸濃度(C)和處理時(shí)間(D)4個(gè)因素,采用四因素三水平的正交試驗(yàn)分析方法,以紅毛藻復(fù)合脫腥感官評(píng)分結(jié)果為指標(biāo),優(yōu)選出紅毛藻復(fù)合脫腥的最優(yōu)工藝參數(shù),正交試驗(yàn)的因素和水平見(jiàn)表1。
表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels used in orthogonal experimental design
1.6.1 紅毛藻腥味強(qiáng)度的評(píng)價(jià)
根據(jù)文獻(xiàn)[14-15]并稍作修改,召集10名(5男5女,23歲~30歲)具有食品感官評(píng)定經(jīng)驗(yàn)的人員組成評(píng)定小組。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為:基本無(wú)腥味,1分~3分;腥味一般,4分~6分;腥味重,7分~9分;腥味很重難以接受,10分。評(píng)定結(jié)果以10名評(píng)價(jià)員打分的平均值表示。
1.6.2 紅毛藻揮發(fā)性成分分析
樣品制備:取30 mL超純水于50 mL萃取瓶中,加入1 g復(fù)合脫腥后的紅毛藻,再加入10 μL 1 mg/mL的環(huán)己酮作為內(nèi)標(biāo)物,擰緊瓶蓋,搖勻,置于60℃恒溫水浴鍋中平衡30 min。采用老化后的50/30 μm DVB/CAR/PDMS的萃取頭吸附30 min,進(jìn)行GC-MS分析。每組樣品處理設(shè)3次平行。未經(jīng)復(fù)合脫腥紅毛藻作為空白對(duì)照,處理同上。
色譜條件為色譜柱:Rtx-5MS石英毛細(xì)柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);升溫程序:進(jìn)樣口溫度為 230℃;最初溫度為50℃并保持5min,以3℃/min升溫至200℃,在200℃保持1 min。用高純氦氣(純度99.999%)作為載氣,柱流量為3 mL/min,不分流進(jìn)樣。
質(zhì)譜條件:電子轟擊(electron impact,EI)離子源;電子能量70eV;離子源溫度200℃;接口溫度為250℃;掃描方式選擇SCAN模式進(jìn)行定性分析;質(zhì)量掃描范圍m/z 35~500。溶劑延遲時(shí)間為3 min。
定性定量分析:運(yùn)用質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)(NIST08、NIST08s、FFNSC1.3)進(jìn)行相似度檢索,根據(jù)不同物質(zhì)的基峰、質(zhì)荷比和相對(duì)峰度做串連檢索與人工解析,質(zhì)譜匹配度大于80%作為物質(zhì)鑒定標(biāo)準(zhǔn);計(jì)算待測(cè)組分的保留指數(shù),與文獻(xiàn)報(bào)道的保留指數(shù)進(jìn)行對(duì)比定性。
式中:RIx為待測(cè)定成分的保留指數(shù);t(i)為待測(cè)成分的調(diào)整保留時(shí)間,min;t(n)為具有n個(gè)碳原子數(shù)的正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留時(shí)間,min;t(n+1)為具有n+1個(gè)碳原子數(shù)的正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留時(shí)間,min。
此外,采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量,按公式(2)進(jìn)行計(jì)算。
通過(guò)Microsoft Office Excel 2010軟件與SPSS軟件計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差并進(jìn)行顯著性分析(Duncan檢驗(yàn),p<0.05),并繪柱狀圖。通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)(orthogonal experimental design)軟件進(jìn)行正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)及結(jié)果分析。
加熱溫度對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響見(jiàn)圖1。
圖1 加熱溫度對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響Fig.1 Effect of heating temperature on the fishy odor of B.fuscopurpurea
如圖1所示,在30℃~90℃范圍內(nèi),隨著溫度升高腥味感官評(píng)分逐漸降低,并存在顯著性差異;90℃~110℃范圍內(nèi),隨著溫度升高腥味感官評(píng)分稍有下降但無(wú)顯著性差異,原因可能是加熱溫度超過(guò)一定界限繼續(xù)升高時(shí),紅毛藻中揮發(fā)性氣體成分的濃度及種類(lèi)開(kāi)始增大,減弱了溫度對(duì)紅毛藻腥味的影響。王琳等[16]研究表明,隨著加熱溫度增加,螺旋藻腥味越來(lái)越淡,當(dāng)溫度大于60℃時(shí),脫腥變化趨于平穩(wěn),本試驗(yàn)結(jié)果與其具有相似性。此外,由于溫度高于70℃時(shí),紅毛藻的顏色逐漸變淺,表明紅毛藻色素可能被破壞,因此選擇70℃為紅毛藻最佳脫腥溫度。
加熱時(shí)間對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響見(jiàn)圖2。
圖2 加熱時(shí)間對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響Fig.2 Effect of heating time on the fishy odor of B.fusco-purpurea
由圖2可知,在加熱時(shí)間1 h~4 h范圍內(nèi),隨著時(shí)間延長(zhǎng),腥味感官評(píng)分從8分降到5分,并存在顯著性差異;4 h~5 h范圍內(nèi),隨著時(shí)間增加腥味感官評(píng)分稍有下降但無(wú)顯著性差異。陽(yáng)暉等[17]利用加熱法對(duì)螺旋藻脫腥,發(fā)現(xiàn)加熱時(shí)間變化對(duì)脫腥效果影響較小,隨著時(shí)間延長(zhǎng)其顏色會(huì)發(fā)生變化。而本研究結(jié)果表明加熱時(shí)間對(duì)紅毛藻腥味具有一定的影響,綜合考慮脫腥效果和節(jié)省時(shí)間,選擇4 h為最佳加熱時(shí)間。
浸泡脫腥劑對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響見(jiàn)圖3。
圖3 浸泡脫腥劑對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響Fig.3 Effect of soaking deodorant on the fishy odor of B.fuscopurpurea
從圖3可以看出,通過(guò)浸泡脫腥劑處理紅毛藻后,各種脫腥劑對(duì)紅毛藻有顯著脫腥效果,其中乙醇與醋酸脫腥效果最好。俞靜芬等[12]用5%檸檬酸和5%醋酸分別處理海帶60 min,醋酸脫腥效果優(yōu)于檸檬酸。江潔等[13]研究發(fā)現(xiàn)酸法和乙醇脫腥效果相當(dāng),堿法效果最差。本研究結(jié)果與以上學(xué)者研究的脫腥規(guī)律具有相似性。此外,由于乙醇和碳酸鈉處理會(huì)引起紅毛藻顏色發(fā)生變化,因此選擇醋酸為最優(yōu)的浸泡脫腥劑。
醋酸濃度對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響見(jiàn)圖4。
圖4 醋酸濃度對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響Fig.4 Effect of acetic acid concentration on the fishy odor of B.fusco-purpurea
由圖4可知,在1%~9%濃度的范圍內(nèi),隨醋酸濃度的增加,紅毛藻腥味逐漸降低;其中3%與5%濃度的醋酸處理紅毛藻,其感官評(píng)分無(wú)顯著性差異;7%與9%濃度的醋酸處理紅毛藻,其感官評(píng)分無(wú)顯著性差異。由于隨著醋酸濃度增加,其酸味逐漸增強(qiáng),故選擇3%為最佳醋酸濃度。
醋酸處理時(shí)間對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響見(jiàn)圖5。
圖5 醋酸處理時(shí)間對(duì)紅毛藻脫腥效果的影響Fig.5 Effect of acetic acid treatment time on the fishy odor of B.fusco-purpurea
如圖5所示,隨著醋酸處理時(shí)間的增加,其感官評(píng)分逐漸降低,其中處理時(shí)間為2.0 h~2.5 h時(shí),感官評(píng)分雖有降低但無(wú)顯著性差異,從節(jié)省時(shí)間考慮,選擇2.0 h為最優(yōu)處理時(shí)間。
運(yùn)用正交試驗(yàn)法研究紅毛藻復(fù)合脫腥的最優(yōu)工藝,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal experimental results
由表2可以看出,各因素對(duì)提取率影響大小次序?yàn)椋篋>A>B>C,即醋酸處理時(shí)間>加熱溫度>加熱時(shí)間>醋酸濃度。根據(jù)k值最優(yōu)組合為A3B3C1D2和A3B2C1D2,即加熱溫度90℃,加熱時(shí)間4 h(或3h),醋酸濃度3%,醋酸處理時(shí)間2.0h,正交試驗(yàn)最優(yōu)組合為A2B3C1D2,此時(shí)感官評(píng)分最低為1.5,由于加熱后紅毛藻的顏色變淺,表明紅毛藻色素被破壞,故不選擇加熱溫度90℃。故選擇A2B3C1D2為最優(yōu)脫腥工藝。
選擇最優(yōu)脫腥工藝處理的樣品和未處理樣品進(jìn)行紅毛藻脫腥前后揮發(fā)性成分的對(duì)比,紅毛藻復(fù)合脫腥前后揮發(fā)性物質(zhì)的總離子流結(jié)果如圖6所示。
圖6 復(fù)合脫腥紅毛藻前后總離子流圖Fig.6 Total ion chromatogram(TIC)of the volatiles in the B.fusco-purpurea before and after compound deodorization
未經(jīng)復(fù)合脫腥紅毛藻樣品中共鑒定出7大類(lèi)46種揮發(fā)性成分,其中醇類(lèi)4種,烯烴7種,醛類(lèi)12種,酮類(lèi)13種,酯類(lèi)2種,烷烴類(lèi)3種和其它類(lèi)5種;復(fù)合脫腥紅毛藻樣品中共鑒定出6大類(lèi)26種揮發(fā)性成分,其中醛類(lèi)8種,酮類(lèi)2種,烷烴類(lèi)7種,烯烴類(lèi)2種,酯類(lèi)1種,其它類(lèi)6種。相關(guān)研究報(bào)道,烷烴類(lèi)化合物的氣味閾值較高,對(duì)藻類(lèi)腥味貢獻(xiàn)不大;醛類(lèi)、醇類(lèi)化合物氣味閾值一般較低,通常會(huì)產(chǎn)生一些令人不愉快、辛辣的刺激性氣味,其中庚醛、2,4-庚二烯醛、2-辛烯醛、2,4-辛二烯醛、2,4-癸二烯醛、壬醛、2-壬烯醛、2,4-辛二烯、1-辛烯-3-醇、3,5-辛二烯-2-酮等是腥味的主要貢獻(xiàn)者[18-22]。部分化合物由于含量少,無(wú)法確定其化學(xué)結(jié)構(gòu),部分為色譜柱成分流失產(chǎn)生的雜峰,將這些成分扣除后,依據(jù)相似度檢索、特征離子碎片分析以及參照相關(guān)文獻(xiàn),對(duì)揮發(fā)性成分進(jìn)行定性定量,結(jié)果如表3所示。
表3 紅毛藻復(fù)合脫腥揮發(fā)性成分定性定量表Table 3 Identification and content of the volatiles of the B.fusco-purpurea compound deodorization
續(xù)表3 紅毛藻復(fù)合脫腥揮發(fā)性成分定性定量表Continue table 3 Identification and content of the volatiles of the B.fusco-purpurea compound deodorization
由表3可知,紅毛藻空白對(duì)照樣品的揮發(fā)性成分中,醇類(lèi)主要有 1-辛烯-3-醇(88.38 μg/g)、2-癸烯-1-醇(55.81 μg/g),醛類(lèi)主要有壬醛(44.40 μg/g)、癸醛(2.81 μg/g)、2-壬烯醛 (0.96 μg/g)、2,4-癸二烯醛(0.23 μg/g),酮類(lèi)主要有 3,5-辛二烯-2-酮(2.53 μg/g)。其中揮發(fā)性成分1-辛烯-3-醇、壬醛、2-壬烯醛、2,4-癸二烯醛和3,5-辛二烯-2-酮為文獻(xiàn)[18-22]報(bào)道的腥味成分,是造成紅毛藻腥味主要物質(zhì)。
紅毛藻經(jīng)過(guò)復(fù)合脫腥后,其揮發(fā)性成分由46種變?yōu)?6種,醇類(lèi)、醛類(lèi)和酮類(lèi)物質(zhì)明顯減少,烷烴類(lèi)和其它類(lèi)物質(zhì)明顯增多,其中腥味成分1-辛烯-3-醇、2-壬烯醛、2,4-癸二烯醛、3,5-辛二烯-2-酮的含量降為 0,壬醛由44.40 μg/g降為37.89 μg/g,是造成紅毛藻腥味下降的主要原因。β-紫羅蘭酮由44.52 μg/g增為88.89 μg/g,β-環(huán)檸檬醛由 3.00 μg/g 增為 9.42 μg/g,其中α-紫羅蘭酮和β-紫羅蘭酮主要呈木香和花香等,β-環(huán)檸檬醛主要呈薄荷香、果香等[23],對(duì)脫腥后的紅毛藻氣味具有一定的貢獻(xiàn)。顧賽麒等[24]研究發(fā)現(xiàn),海帶脫腥后醛類(lèi)、酮類(lèi)、醇類(lèi)等揮發(fā)性成分有效降低,庚醛、辛醛和癸醛等直鏈醛的濃度發(fā)生了顯著下降,1-辛烯-3-醇和2-辛烯-1-醇脫除率分別為25.87%和100%,脫腥效果明顯。本研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合脫腥后紅毛藻的主要腥味成分消失,與顧賽麒等研究結(jié)果一致。
本文采用加熱聯(lián)用浸泡脫腥劑對(duì)紅毛藻脫腥,結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)合脫腥可顯著降低紅毛藻的腥味,最優(yōu)脫腥工藝為加熱溫度70℃,加熱時(shí)間4 h,醋酸濃度3%,醋酸處理時(shí)間2.0 h。GC-MS分析紅毛藻脫腥前后揮發(fā)性成分,結(jié)果表明,脫腥前紅毛藻含有醇類(lèi)、烯烴、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酯類(lèi)、烷烴類(lèi)和其它類(lèi)共7大類(lèi)46種揮發(fā)性成分,其中 1-辛烯-3-醇、壬醛、2-壬烯醛、2,4-癸二烯醛和3,5-辛二烯-2-酮為腥味成分;復(fù)合脫腥后,揮發(fā)性成分由46種變?yōu)?6種,醇類(lèi)、醛類(lèi)和酮類(lèi)物質(zhì)明顯減少,腥味成分 1-辛烯-3-醇、壬醛、2-壬烯醛、2,4-癸二烯醛和3,5-辛二烯-2-酮降為0,壬醛由44.40 μg/g降為37.89 μg/g。本研究結(jié)果為紅毛藻的精深加工提供了技術(shù)支持。