2. 上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心, 上海 201306;
3. 农业农村部水产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室, 上海 201306
中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis),又名清水蟹、大闸蟹、河蟹,在我国水产养殖中占有重要的地位。2020年我国养殖的中华绒螯蟹产量达77.6万t[1]。中华绒螯蟹因其鲜美的口感、独特的香气和营养品质而广受消费者的喜爱[2]。渔光一体养殖模式是一种有别于传统池塘养殖的新兴水产养殖模式。渔光一体养殖模式将传统光伏发电和池塘养殖相结合,利用池塘养殖水面上的空间,架设光伏电缆,有效利用立体空间的概念,大幅提高了土地资源利用率,得到光伏发电而产生的经济效益[3-4]。
在不同养殖模式下,水体温度、pH、盐度以及溶解氧等因素都会随之发生改变,以至于对中华绒螯蟹营养品质造成不同的差异[2, 5-7]。研究[3, 8]表明,渔光一体养殖模式有效减弱了池塘的光照强度,使养殖水体的理化性质发生改变。7—8月,水体温度高于30 ℃,会导致中华绒螯蟹的摄食能力和活动能力明显下降,从而对中华绒螯蟹的营养品质造成影响,最适合中华绒螯蟹生长的水温一般为22~28 ℃[9],而渔光一体养殖模式能有效降低水体温度,有利于中华绒螯蟹的生长发育[10-11]。现有研究[3, 8, 12-13]主要集中于探讨渔光一体养殖模式对水体环境及中华绒螯蟹生长状况的影响,对其营养品质研究相对较少。
本研究探讨了渔光一体养殖模式与普通池塘养殖模式对中华绒螯蟹营养成分和滋味品质的影响。选取中华绒螯蟹体肉进行基本营养成分、人工感官、电子舌、游离氨基酸及呈味核苷酸的测定,对两种养殖模式的中华绒螯蟹体肉食用品质进行综合评价,以期为优化中华绒螯蟹绿色养殖提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 材料与仪器2020年11月从江苏南京通威省级精品渔业园渔光一体养殖模式(photovoltaic fishery breeding mode, PM) 和普通池塘养殖模式(common pond breeding mode, CM) 采集雄蟹(以下简称PMM、CMM)和雌蟹(以下简称PFM、CFM)各30只,各抽取3个池塘,混匀后取样,中华绒螯蟹均为同种蟹苗,养殖周期均为4—11月,饲喂同种饲料。中华绒螯蟹捕捞后立即用稻草捆绑降低耗能,放置于低温泡沫箱中立即运回实验室。
主要仪器设备:全自动凯氏定氮仪(丹麦FOSS,Kjeltec 8400);索氏抽提仪(丹麦FOSS,Soxtec);马弗炉(上海精宏,SXL-1002);电子舌(法国Alpha MOS,ASTREE);氨基酸全自动分析仪(日本Hitachi,L-8800);高效液相色谱仪(美国Waters,W2690/5)。
1.2 实验方法 1.2.1 样品制备将不同养殖模式的中华绒螯蟹从箱中取出,用清水洗净中华绒螯蟹表面,再用纸将水分吸干,用电子天平称取体质量(精确到0.1 g),用游标卡尺测量壳长(精确到0.1 mm),根据公式(1)计算中华绒螯蟹的肥满度。解剖时,去除蟹足、蟹钳、蟹壳和内脏,将体肉剥下装入塑封袋中放置于-40 ℃冰箱待后续指标测定。
式中:K为肥满度,g/mm3;W为体质量,g;L为壳长,mm。
1.2.2 基本营养成分测定水分采用GB 5009. 3—2016《食品中水分的测定》直接干燥法;粗蛋白采用GB 5009. 5—2016《食品中蛋白质的测定》凯氏定氮法;粗脂肪采用GB 5009. 6—2016《食品中脂肪的测定》索氏提取法;灰分采用GB 5009. 4—2016《食品中灰分的测定》高温灼烧法。
1.2.3 人工感官评价参照从娇娇等[14-15]的方法,选取10名(5男5女)经验丰富的感官评定人员,对中华绒螯蟹鲜味、甜味、苦味及咸味4个呈味特征进行感官评定。评分为5分制,0=不存在; 1=很弱;2=弱;3=中等;4=强;5=很强。
1.2.4 电子舌感官评价结合张晶晶等[16]和张家奇等[17]的方法稍加改动。称取体肉熟样2.00 g(精确到0.000 1 g) 于离心管中,加入30 mL超纯水,匀浆30 s×3次,冰浴条件超声5 min,放置于4 ℃冰箱中静置30 min后离心(12 000 r/min,15 min,4 ℃),取上清液过滤,沉淀重复以上步骤,两次滤液合并后定容至100 mL,取5 mL至电子舌专用进样杯中,加入超纯水定容至80 mL,室温条件下进行上机测定。每个样品的数据以1 s一个数据采集时间为120 s,选取7根传感器上第120秒的响应值作为电子舌的原始数据进行后续分析。
1.2.5 游离氨基酸测定称取体肉熟样1.000 0 g于离心管中,加入15 mL 5%的三氯乙酸溶液,匀浆30 s×3次,冰浴条件下超声15 min,在4 ℃冰箱中静置2 h离心(10 000 r/min,10 min,4 ℃),取5 mL上清液,将pH调至2.00 ± 0.02后定容至25 mL,充分摇匀,0.22 μm水相滤膜打入进样瓶后用氨基酸全自动分析进行测定分析。
1.2.6 呈味核苷酸测定称取体肉熟样4.00 g(精确到0.000 1 g)于离心管中,加10 mL 10% 的高氯酸溶液(PCA),匀浆30 s×3次,冰浴条件下进行超声5 min,离心(10 000 r/min,15 min,4 ℃)后收集上清液,将沉淀用5 mL 5%的PCA混匀后重复以上步骤,合并2次上清液后将pH调至5.80 ± 0.02,放于4 ℃冰箱中静置30 min,取上清液定容至50 mL,摇匀,用0.22 μm水相滤膜打入进样瓶后上机测定。
HPLC条件:250 mm × 4.6 mm,5 μm的GL-Inertsil ODS-3色谱柱;柱温30 ℃;流速1 mL/min;进样量10 μL;紫外检测器检测波长: 245 nm。流动相A为甲醇,B为pH 5.8的0.02 mol/L磷酸氢二钾与磷酸二氢钾的混合溶液。
1.2.7 滋味活度值(TAV) 及味精当量(EUC)滋味物质的滋味活度值(Taste Activity Value,TAV)[18]的计算公式:
式中: TAV为滋味活度值; C为滋味物质的绝对浓度值,mg/100 g;T为滋味物质的阈值,mg/100 g。
味精当量(equivalent umami concentration,EUC) [19]的计算公式:
式中: EUC为味精当量, g MSG /100 g;ai为鲜味氨基酸[谷氨酸(Glutamic acid,Glu)、天冬氨酸(Aspartate,Asp)]的含量, g /100 g;bi为鲜味氨基酸相对于MSG的相对鲜度系数(其中Glu为1,Asp为0.077);aj为呈味核苷酸[5′-腺苷酸(5′-Adenylic Acid,AMP)、5′-鸟苷酸(5′-Guanylic Acid,GMP)、5′-肌苷酸(5′-Inosinic Acid,IMP)]的含量, g /100 g;bj为呈味核苷酸相对于IMP的相对鲜度系数(其中IMP为1,GMP为2.3,AMP为0.18);1 218为协同作用系数。
1.3 数据处理本实验所有数据使用SPSS 20.0软件进行统计分析,结果均以平均值±标准偏差(Mean ± SD,n=3)表示,采用ANOVA分析,数据进行正态分布检验,符合正态分布的多重比较采用Duncan’s法,不符合正态分布的用Kruskal-Wallis检验,差异显著性为P<0.05。主成分分析使用电子舌仪器自带Alpha M.O.S. 软件进行相关统计学分析。
2 结果与分析 2.1 基本营养成分分析 2.1.1 生长性状由表 1可知:PM组的平均质量为雄蟹(157.17±8.75)g、雌蟹(134.31±11.96)g,CM组的平均质量为雄蟹(155.87±10.65)g、雌蟹(133.71±10.02)g,PM组的中华绒螯蟹平均质量都比CM组的高,但无显著性差异(P>0.05)。不同性别的中华绒螯蟹肥满度具有显著性差异(P<0.05),但在两种养殖模式中同种性别的河蟹之间并无显著性差异(P>0.05)。
PMM的水分含量(80.47%±0.72%) 显著高于CMM (78.89%±0.25%) (P<0.05),粗蛋白、粗脂肪及灰分在雄蟹中无显著性差异(P>0.05)。PFM的粗蛋白及粗脂肪含量显著高于CFM (P<0.05),水分和灰分在雌蟹中无显著性差异(P>0.05)。见表 1。
2.2 感官评价分析由图 1可知:两组体肉的感官滋味体现为强的甜味(3.7~4.6)及较强鲜味(2.9~3.3)、咸味(2.6~3.3),苦味最弱(0.4~0.9)。在雌蟹中,PMM的苦味强度为0.4,低于CFM (0.7),鲜味、甜味和咸味则无差异。在雄蟹中,两种养殖模式的差异主要体现在咸味,PMM的咸味强度为3.3,CMM的咸味强度为2.6,但在鲜味和甜味强度上,PMM比CMM要更高。感官评价结果分析表明,渔光一体的雌蟹滋味比普通池塘养殖模式的强度更高,而雄蟹则是普通池塘养殖模式的强度更高。
电子舌通过记录各传感器的电压值表达响应信号[18],从而对样品整体滋味轮廓进行描述。本研究选取7根传感器第120秒的响应值作为电子舌的原始数据。图 2为两种养殖模式中华绒螯蟹体肉的滋味轮廓PCA图,第一主成分(PC1) 与第二主成分(PC2) 之和越大,表示样本整体差异性信息遗失得越少[16, 20],其中雌蟹和雄蟹的第一主成分(PC1) 与第二主成分(PC2) 的贡献率之和分别为97.204%和99.777%,均高于97.000%。判别指数(Discrimination index, DI)体现了不同类别的样品滋味轮廓区分度,DI值为50~100时,表示区分有效,并且数值越大表明不同类别样品的区分越明显[16],两种养殖模式的中华绒螯蟹的DI值均大于90,表明两种养殖模式对体肉整体滋味轮廓的影响很大,雌蟹体肉区分度高达99。由图 2可以看出,两种养殖模式的数据采集点均能被电子舌较好区分。雄蟹体肉的差异主要在PC2上,雌蟹体肉的差异主要在PC1上,PC1的贡献率大于PC2,说明两种养殖模式的雌蟹体肉在滋味轮廓上的区别更大。
游离氨基酸(free amino acid, FAA) 是蟹类等甲壳类水产品的主要呈味物质,其组成和含量的不同会导致食物鲜美程度有很大的区别[6, 21-22]。由表 2可知:无论是雌蟹或雄蟹,PM组的总游离氨基酸含量均比CM组的高(P<0.05)。体肉中主要的FAAs为甘氨酸Gly、丙氨酸Ala、精氨酸Arg、脯氨酸Pro,占总FAAs的90%左右,说明这4种FAAs对蟹肉风味形成起着至关重要的作用,且这4种FAAs在PM组的含量显著比CM组高(P<0.05)。Gly是一种重要的甜味氨基酸,对虾、蟹等水产品的鲜甜味有重要的影响,它能提供香甜味、减少苦味、拮抗腥味[23],PM组中含有较多的Gly,在一定程度上减弱了体肉的苦味,这与人工感官结果一致。呈鲜味FAAs为天冬氨酸Asp和谷氨酸Glu,这两种FAAs能与呈味核苷酸产生协同作用,提升水产品的鲜味[24],PFM的Asp、Glu含量均显著高于CFM (P<0.05)。
图 3为两种养殖模式下中华绒螯蟹体肉总游离氨基酸(包括测检出的16种游离氨基酸)以及鲜味游离氨基酸(以天冬氨酸和谷氨酸计)、甜味游离氨基酸(以丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸、精氨酸和脯氨酸计) 和苦味游离氨基酸(以缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和组氨酸计) 的含量[21]。结果表明,在中华绒螯蟹体肉中甜味FAAs含量最多,鲜味FAAs含量最少,甜味FAAs在体肉中含量占总游离氨基酸的88% ~ 92%,且其阈值较低(0.50 ~ 3.00 mg/g),所以对滋味贡献最大[21]。PMM的鲜味FAAs含量显著低于CMM (P<0.05)。甜味FAAs及总FAAs也是PM组显著高于CM组(P<0.05),说明渔光一体养殖模式使中华绒螯蟹具有更好的鲜甜滋味,降低苦味,这与上述感官评价的结果一致。
表 3为两种养殖模式下中华绒螯蟹体肉游离氨基酸的TAV值,当TAV>1时,表明该物质对整体滋味具有较大的贡献[25]。PFM中TAV>1的FAAs有Glu、Gly、Ala、Met、Lys、Arg、His及Pro,其中PFM的Glu、Gly、Ala、His和Arg的TAV高于CFM。PMM中TAV>1的FAAs有Glu、Gly、Ala、His、Arg、Pro,其中PMM组Gly、His、Arg和Pro的TAV高于CMM。因为Gly能够能减少苦味且其甜味会被Glu和Ala抑制[26],因此这几种游离氨基酸对PFM中鲜味和苦味特征的贡献更显著。在苦味氨基酸中,Arg的TAV最高,其中PM组Arg的TAV大于CM组,虽然Arg的呈味特征表现为苦味,但大量研究表明,Arg对中华绒螯蟹滋味贡献较大[27],所以其对整体滋味表现为极正相关[28]。另外据研究[29]表明,也是苦味氨基酸的His可以增强水产品的风味,使水产品“肉香”特征更明显。因此虽然Arg和His对体肉的苦味特征有显著影响,但这几种氨基酸共同对体肉鲜甜滋味有所贡献。
蟹类等水产品中含有一些天然的核苷酸,这些核苷酸是生物体内的低分子化合物之一,具有许多特殊生理功能[30],其中的呈味核苷酸主要表现为呈鲜味的5′-腺苷酸(AMP)、5′-肌苷酸(IMP)和5′-鸟苷酸(GMP),以及呈苦味的肌苷(HxR)和次黄嘌呤(Hx)[19]。
从表 4可知,中华绒螯蟹体肉中的呈味核苷酸总含量为(115.12±5.01)~(130.51±8.10) mg/100 g,两种养殖模式并无显著性差异(P>0.05),3种呈味核苷酸中含量最高的是AMP(占总呈味核苷酸的90%以上),GMP的含量最少。AMP可以抑制蟹肉的苦味,增强甜味、咸味,还能与IMP相结合,提高水产品的鲜味强度[31-32]。此外,水产品的鲜美程度与AMP的浓度高低密切相关,当AMP的含量低于100 mg/100 g时,水产品呈甜味,但含量大于100 mg/100 g时,鲜味更明显而甜味减弱[33]。两种养殖模式的中华绒螯蟹体肉中AMP的浓度均小于100 mg/100 g,说明其呈味滋味表现为甜味增强而鲜味减弱。在雌蟹体肉中,AMP和IMP含量在两种养殖模式下并无显著差异(P>0.05),PFM的GMP含量显著高于CFM组(P<0.05)。在雄蟹体肉中,除AMP外,PMM的IMP和GMP含量显著高于CMM (P<0.05)。
就TAV而言,AMP的TAV均大于1,且PM组的TAV大于CM组,说明AMP对PM组的鲜味贡献最大。雄蟹IMP中,PMM的TAV为1.33,而CMM的为0.70,表明PMM具有更好的鲜甜味。
EUC表示鲜味氨基酸与呈味核苷酸混合物协同作用所产生的鲜味强度相当于多少浓度的单一味精(MSG)所产生的鲜味强度[34]。结果显示,雌蟹和雄蟹中EUC均为PM组大于CM组。味精呈味阈值为0.03 g/100 g[35-36],本研究中蟹肉的鲜味分别相当于5.31、4.66、6.76和5.18 g味精产生的鲜味,均大于0.03 g。呈味核苷酸结果分析表明,渔光一体养殖模式可以使中华绒螯蟹具有更好的鲜甜滋味。
2.6 基本营养成分与滋味物质相关性分析图 4a的PCA结果表明,两种养殖模式的中华绒螯蟹体肉均能区分开,养殖模式的差异体现在PC2上,而不同性别的差异则是在PC1上,且雄蟹在养殖模式上的区分度大于雌蟹的区分度。图 4 b为偏最小二乘法判别分析结果,AMP、Asp和Cys分布在第二象限上,说明位于同一象限上的样品CMM具有鲜味和苦味,PMM则是与呈鲜味、甜味的Gly、Ala、Glu、Arg、IMP相接近。PFM于CFM分布为PC1右侧,Val、Ile、Phe、Met均为呈苦味的游离氨基酸,CFM的样品表现为更明显的苦味,这与感官结果相一致,而PFM则与GMP、Pro相关。另外,粗蛋白、粗脂肪与PMM的相关性最高,在体肉的基本营养成分中,粗蛋白含量是最高的,这也是中华绒螯蟹体肉具有高含量的游离氨基酸原因。图 4 c为聚类分析热图,结果表明,His与AMP呈极显著相关,Arg与IMP也呈极显著相关,AMP和IMP为呈鲜味的核苷酸,前文提到His虽然是呈苦味的游离氨基酸,但其存在可以增加中华绒螯蟹的肉香味,故两种物质对中华绒螯蟹呈味起到至关重要的作用。另外,GMP与Arg、Ser、Ile、Met、His、Tyr呈显著相关,说明GMP与体肉中的呈苦味物质有相关性。
中华绒螯蟹的基本营养成分主要受养殖环境和饲料影响较大[37],本研究结果表明,渔光一体养殖模式并未对河蟹生长造成负面影响。渔光一体养殖模式下的雌蟹体肉具有更高的粗脂肪及粗蛋白含量,但对雄蟹体肉影响较小。在其他关于渔光一体的研究中也呈现相似的结果,钱华政等[38]研究表明,渔光一体养殖模式不会对草鱼的生长性能产生显著不利影响,适宜的遮光条件还能改善水质,有利于草鱼的养殖。牛超等[3]研究表明,与渔光一体养殖模式能使中华绒螯蟹雌蟹的体重、体长以及体宽显著增加,有利于雌蟹的生长发育。
电子舌结果表明两种养殖模式下的中华绒螯蟹各部位均能被很好的区分,即渔光一体组对中华绒螯蟹的滋味品质有显著影响,与感官评价结果相符,渔光一体组雌蟹体肉中主要以鲜甜味为主,而雄蟹则是普通池塘组的感官滋味更好。游离氨基酸结果表明渔光一体组的体肉中总游离氨基酸、甜味游离氨基酸含量均显著高于普通池塘组(P<0.05),与感官评价结果一致。虽然渔光一体组雌蟹的Asp和Glu含量比普通池塘组低,但其呈味核苷酸IMP及GMP的含量更高,两者产生协同作用,增强了渔光一体组体肉的鲜味,也导致其EUC高于普通池塘组。
渔光一体养殖模式能使中华绒螯蟹体肉具有更好的营养及鲜甜滋味,且渔光一体养殖模式可充分利用普通池塘养殖所浪费的水面资源,还能提高养殖的经济效益,不失为一种可靠的新兴水产养殖手段。
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