基于电子鼻、电子舌和GCMS分析饲料中添加金枪鱼蒸煮液对巴马香猪猪肉气味和滋味的影响

*李 晔苏秀榕*陈义方王求娟

(1.宁波大学海洋学院,浙江宁波 315000; 2.宁波今日食品有限公司,浙江宁波 315000)

猪肉是我国人均消费量最高的肉类品种,而滋味鲜美、气味浓郁的猪肉更加受到消费者的欢迎。快速育肥技术在猪肉规模化生产中的广泛应用,虽然提高了猪肉生产效率,但是降低了猪肉风味,使其滋味淡薄、气味较差且口感一般[1]。巴马香猪是我国地方优良猪种,其胴体皮薄肉细、肉质鲜美、营养丰富。传统的巴马香猪养殖采用放养模式,饲料以野草为主,养殖效率低;现代化的生猪笼养和圈养模式,由于饲料组成和饲养模式的改变,有效提高了养殖效率,但同时影响了巴马香猪的猪肉风味[2]。

巴马香猪规模化养殖过程中的生长性能和猪肉品质把控,是巴马香猪养殖业中亟待解决的问题。孔智伟等[3]发现将甜叶菊废渣发酵后添加到饲料中,不影响香猪体重增长,反而明显降低料重比,同时提高了猪肉营养组分含量;胡小勇等[4]研究饲料中添加富含益生菌的生物草料,可以同时提高巴马香猪的生长性能和猪肉品质;乙丛敏等[5]发现将金枪鱼碎肉酶解液作为饲料添加剂,可以显著改善巴马香猪猪肉气味和滋味。因此,将加工副产物开发成巴马香猪饲料添加剂,既能够增加原料附加值,实现废物利用,又可以促进巴马香猪养殖业规模化发展。

金枪鱼蒸煮液是金枪鱼鱼柳和鱼罐头加工过程中产生的废弃物,价格比金枪鱼碎肉更加低廉,无需酶解处理,并且含有大量蛋白质、核苷酸、氨基酸等营养成分和风味物质[6]。将金枪鱼蒸煮液作为饲料添加剂以改善猪肉风味,目前尚未有系统研究。本文研究使用金枪鱼蒸煮液喂养巴马香猪,基于电子鼻、GC-MS和电子舌、HPLC分别检测猪肉的气味和滋味的变化,考察其作为饲料添加剂的效果。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

金枪鱼蒸煮液 取自宁波今日食品有限公司;普通饲料 购自浙江衢州宏星香猪养殖专业合作社;巴马香猪 6头,2月龄,体重3 kg左右,购自浙江衢州宏星香猪养殖专业合作社。

PEN3型电子鼻 德国Airsense公司;7890GC型气相色谱仪 美国安捷伦公司;M7-80Ei型质谱仪 北京普析通用仪器有限公司;65 μm聚二甲基硅烷萃取头 美国Supelco公司;TS-5000Z型电子舌 日本INSENT公司;MARS 5微波消解系统 美国CEM公司;L-8900型全自动氨基酸分析仪 日本日立公司。

1.2 实验方法

1.2.1 巴马香猪饲养 巴马香猪购回之后于猪舍中适应一周,期间提供普通饲料和正常饮水。一周之后,将巴马香猪随机均分为两组,分别为对照组(CK)和实验组(PW)。每天定时定量喂食(早晚各1次,每头每次喂食100 g),自由饮水;其中,对照组喂食普通饲料。实验组喂食添加10%金枪鱼蒸煮液的饲料。6个月之后,对巴马香猪进行屠宰,取背最长肌于液氮中急冻后置于-40 ℃保存备用。

1.2.2 挥发性风味物质的检测

1.2.2.1 样品前处理 电子鼻样品:分别称取0.5 g猪背最长肌,置于样品瓶中并旋紧瓶盖,静置至瓶中气体达到平衡。用电子鼻检测样品,每组设置5个平行样品[7]。

GC-MS样品:分别称取1.0 g背最长肌样品,置于样品瓶中并旋紧瓶盖,静置至样品瓶中等待气体达到平衡。将萃取头置于气质联用仪进样口在250 ℃下老化30 min,插入样品瓶中,于60 ℃下顶空微萃取30 min,随后将萃取头置于气相色谱-质谱联用仪进样口解吸2 min,进行GC-MS分析[8]。

1.2.2.2 检测条件 电子鼻:检测时间200 s,传感器清洗时间300～500 s,数据采集时间为199～200 s。

气相色谱条件:VOCOL毛细管色谱柱(60 m×0.32 mm×1.8 μm);载气为He,恒流模式,流速为0.3 mL/min;不分流模式进样;进样口温度与接口温度均为210 ℃;程序升温:起始柱温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。

质谱:离子源为电子轰击源(EI),电子能量70 eV,离子源温度200 ℃,扫描质量范围45～450 u。

GC-MS数据分析:利用谱库WILEY和NIST08进行数据检索,相似度低于80(最大值为100)的化合物视为未检出[8]。

1.2.3 非挥发性风味物质的检测

1.2.3.1 样品前处理 电子舌样品:将适量背最长肌用搅拌机打成匀浆后水浴加热至40 ℃,称取20 g样品匀浆按1∶4比例用超纯水稀释至100 mL,3000 r/min离心10 min后取上清液80 mL用于电子舌检测[9]。

样品微波消解:准确称取0.1 g样品,置于消解罐中,加入6 mol/L盐酸10 mL,充入氮气后密封放入微波消解仪中,160 ℃下反应30 min后,冷却至室温并用0.1 mol/L盐酸定容至25 mL。取500 μL样品经氮吹仪吹干并用0.02 mol/L盐酸重新溶解,经0.22 μm滤膜过滤后备用[10]。

1.2.3.2 检测条件 电子舌条件:用30 mmol/L KCl溶液与0.3 mmol/L 酒石酸溶液配成RefSol参比溶液。将传感器置于参比溶液中归零30 s,随后开始进行鲜味测定。测试时间为30 s,测试完毕后用参比溶液清洗3 s,再次进行回味测定,测试时间30 s。为了测试数据稳定性,每个样品重复4次,取后3次作为测试结果。根据传感器采集的原始数据,采用味道强度值(TAV)法对氨基酸的组成进行分析[9]。

氨基酸分析仪测定条件:用外标法测定样品中氨基酸含量。缓冲液流速0.40 mL/min,茚三酮溶液流速0.35 mL/min;检测波长570 nm(其中脯氨酸检测波长为440 nm);保护柱温度57 ℃;反应柱温度135 ℃;进样量20 μL[10]。氨基酸标准溶液稀释成5个浓度梯度,相同条件下检测后绘制峰面积-浓度标准曲线,用于样品中氨基酸定量。

1.3 数据分析

PEN3-Win Muster数据处理软件用于电子鼻数据的主成分分析(PCA)[7]。Matlab软件中的Z-score命令用于电子舌数据PCA分析之前的标准化处理。数据用SPSS 19.0 软件进行分析,结果以平均值±标准差形式表示。

2 结果与分析

2.1 挥发性风味物质

2.1.1 巴马香猪猪肉的电子鼻检测结果 由图1可知,第一主成分(PC1)贡献率为92.79%,第二主成分(PC2)贡献率为6.62%,总贡献率为99.41%。PC1和PC2一共涵盖了传感器99.41%的原始信息,能够用于反应猪肉气味的变化。本研究中,同组样品的数据采集点聚集在同一区域,不同组样品(实验组和对照组)数据采集点则分散于不同区域,说明不同饲料喂养下的巴马香猪猪肉挥发性气味在PC1和PC2上具有显著差异(图1)。

图1 电子鼻的PCA分析Fig.1 PCA analysis of electronic nose注,CK:对照组;PW:实验组。

2.1.2 巴马香猪猪肉的GC-MS检测结果 由表1可知,对照组猪肉中含有4种烷烃类物质,总含量为6.864%,其中含量最高的是十九烷,而实验组中4种烷烃类化合物含量均为零(表1)。虽然烷烃类化合物含量存在显著变化,但是因为其阈值比较高,所以对猪肉的风味贡献较少[11]。与烷烃类物质相比,醛类、醇类、酯类和酮类是猪肉风味的主要特征化合物[12]。辛醛和反式-2,4-癸二烯醛仅在对照组中检出,其中辛醛具有腥味而反式-2,4-癸二烯醛表现出青草脂肪味[13],说明实验组猪肉挥发性风味组成的改善。此外,何亮宏等[14]研究发现,在育肥猪饲料中添加桑叶粉可以改善猪肉风味,其主要影响了醛类、醇类、酯类和酮类化合物的含量。因此本实验对这些化合物进行进一步的分析。

表1 巴马香猪背最长肌的挥发性物质组成(%)Table 1 Composition of volatile substances of Bama longissimus dorsum(%)

醛类是本研究中最主要的挥发性化合物类型,也是构成猪肉特征风味的主要化合物[15]。本实验共检测到醛类化合物11种,其中对照组和实验组中均检测出7种,总含量分别为28.028%和41.322%。辛醛、甲硫基丙醛、庚醛和反式-2,4-癸二烯醛只在对照组中检出,而壬醛、十一醛、3-甲基丁醛/异戊醛和庚醛只在实验组中检出。两组中均检出的醛类化合物中,与对照组相比,苯甲醛和苯乙醛含量显著升高而己醛含量显著降低(P<0.05)。潘见等[16]认为十一醛和壬醛含量是导致土猪肉风味优于普通瘦肉型猪肉的重要原因,十一醛具有果香,壬醛具有清香青草气味。实验组中十一醛和壬醛含量分别达到5.501%和15.718%,而对照组中均未检出,这两种特有的醛类化合物对猪肉良好风味贡献较大。

此外,实验组中的酯类化合物(2-乙酰丁酸乙酯和二乙基二硫代氨基甲酸甲酯)、酸类化合物(甲酸和乙酸)以及醇类化合物(1-辛烯-3-醇)含量均较对照组显著升高(P<0.05),而酮类化合物(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-乙酰基噻唑)含量较对照组降低。酯类是由脂质氧化所产生的醇和游离脂肪酸相互作用所产生,一般具有果香、奶油、脂肪气味等良好的香味,其中检测到的2-乙酰丁酸乙酯和二乙基二硫代氨基甲酸甲酯在实验组中的含量均显著高于对照组(P<0.05),推测其对猪肉香味具有提升作用[17]。醇类物质是猪肉中一类重要的挥发性化合物,多为不饱和醇,对猪肉油脂气味具有较大贡献[18]。本研究中唯一检测到的醇类化合物是1-辛烯-3-醇,它在实验组中含量显著升高(P<0.05)。1-辛烯-3-醇具有熟蘑菇气味,是花生四烯酸热降解的产物,对猪肉气味有重要贡献,邹英子[19]认为1-辛烯-3-醇是土猪肉气味正相关高载荷物质之一。酮类化合物一般由不饱和脂肪酸氧化或者降解产生,是后续猪肉加工过程中形成肉汤香气的主要化合物。但是,本研究中仅在对照组中检测到1-醇-2-烯酮。

2.2 非挥发性风味物质

2.2.1 数据稳定性分析 每个样品重复测定4次,取后3次作为测试结果。从图2中可以看出,3次循环测试的响应折线基本保持一致,说明传感器响应稳定,有较好的重现性,可以认为测量数据有效。

图2 样品响应折线图Fig.2 Line chart of samples

2.2.2 巴马香猪猪肉电子舌检测结果 由图3可知,本实验中酸味、涩味、苦味回味、涩味回味、丰富性和咸味均在无味点以下,而鲜味和苦味均在无味点以上,可以作为有效的评价指标。

图3 巴马香猪背最长肌的味觉特征雷达图Fig.3 Taste characteristics radar chart of Bama longissimus dorsum

对照组和实验组的巴马香猪猪肉味觉差异主要体现在鲜味和苦味上。由图4可知,与对照组相比,实验组样品鲜味增加0.3而苦味降低0.4。此外,与对照组相比,实验组猪肉的苦味回味、涩味回味基本无变化,酸味增加,涩味与咸味降低(图5)。综上所述,在饲料中添加金枪鱼蒸煮液使巴马香猪猪肉滋味得到改善。

图4 巴马香猪背最长肌的鲜味与苦味Fig.4 Umami and bitterness of Bama longissimus dorsum

图5 巴马香猪背最长肌的酸味、涩味、咸味、苦味回味、涩味回味和丰富性Fig.5 Sourness,Astringency,Saltiness,Aftertaste-B,Aftertaste-A and Richness of Bama longissimus dorsum

2.2.3 巴马香猪猪肉电子舌结合氨基酸分析仪检测结果 巴马香猪猪肉中呈味氨基酸种类丰富,而呈味氨基酸在猪肉滋味形成过程中扮演重要角色。一般认为,人类对味道的感知取决于呈味物质的含量以及其味道阈值[20]。由表2可知,实验组和对照组中均检出14种常见的呈味氨基酸,其中含量较高的氨基酸为亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、精氨酸、谷氨酸和苏氨酸,这6种氨基酸在对照组和实验组中的总含量分别达到74.47%和75.13%。

氨基酸与滋味之间的关系并不简单取决于氨基酸的含量。因此,本实验进一步计算了各种氨基酸的呈味强度(TAV)(表2)。其中,呈味强度大于1的氨基酸味道可以被人体感知,对猪肉的滋味具有显著性贡献,包括:天冬氨酸、丙氨酸、谷氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、精氨酸、蛋氨酸和苏氨酸。呈味强度值小于1的氨基酸味道不能被人体所感知,包括:甘氨酸、缬氨酸、丝氨酸和脯氨酸。值得注意的是,呈味强度值小于1并不代表该氨基酸对猪肉的滋味没有贡献,因为猪肉的滋味是由不同呈味物质共同作用产生,而猪肉中各呈味物质之间存在协同作用[21]。

表2 氨基酸味道强度值和相对质量分数Table 2 Taste active value of amino acid

在肉类所含的氨基酸中,天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸和甘氨酸呈鲜味,属于鲜味氨基酸。其中,谷氨酸是最常见的鲜味氨基酸,它的阈值较低且能与丙氨酸、鸟苷酸、肌苷酸等产生鲜味协同作用,还可引出肉类、鱼贝类等食材的鲜味成分[22];丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸、甘氨酸和丙氨酸等具有舒适的甜味,属于甜味氨基酸[23]。其中,丙氨酸和甘氨酸同时兼具鲜味和甜味,本文中将其归为甜味氨基酸。前期研究表明,呈鲜味和甜味的两类氨基酸是肉类重要的滋味呈味和香味前体,属于主要的呈味氨基酸,在后续猪肉加工过程中也非常重要[24]。与对照组相比,实验组猪肉的鲜味氨基酸和甜味氨基酸含量分别显著提高(P<0.05)了3.48%和3.29%,说明饲料中添加金枪鱼蒸煮液后巴马香猪猪肉鲜味和甜味均得到增强。此外,缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、赖氨酸和精氨酸等均产生苦味,属于苦味氨基酸,其中精氨酸的苦味具有提鲜的作用[25]。对照组中苦味氨基酸种类较多、含量较高,且除了缬氨酸外其他苦味氨基酸的呈味强度值均大于1。饲料中添加金枪鱼蒸煮液后,猪肉中除了赖氨酸外的所有苦味氨基酸含量均降低,总含量显著降低(P<0.05)了4.27%,有效减少了巴马香猪猪肉的苦味。

3 结论

金枪鱼蒸煮液在金枪鱼加工工业中产生,其营养物质含量丰富,但是缺乏有效的利用手段。本研究利用金枪鱼蒸煮液作为饲料添加剂喂养巴马香猪,利用电子鼻和GC-MS监测猪肉挥发性风味物质变化,利用电子舌与HPLC监测猪肉非挥发性风味物质变化。结果表明,饲料中添加金枪鱼蒸煮液之后,醛类、醇类和酯类物质含量显著增加(P<0.05),产生比对照组更加显著(P<0.05)的油脂气味、果香和清香青草气味,同时减少了腥味;此外,鲜味氨基酸和甜味氨基酸作为猪肉中主要的呈味氨基酸,在实验组中含量均显著提高(P<0.05),而苦味氨基酸含量显著降低(P<0.05)。这些气味和滋味参数的变化,说明饲料中添加金枪鱼蒸煮液可以有效提升巴马香猪猪肉的气味和滋味品质。本研究为巴马香猪工业化养殖和金枪鱼加工废弃物再利用提供了重要参考。