凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)营养丰富,味道鲜美,深受消费者喜爱。凡纳滨对虾养殖面积广,资源丰富,在我国虾类养殖产业中有着极为重要的地位。干制是对虾主要加工方式之一,虾干制品具有运输便捷、储存方便、风味口感独特等优点。香气是虾干品质优劣的重要评价指标,对于产品的消费体验有重要影响。香气感知是食物消费体验中的重要过程,香气感知过程更是重要,人体中香气感知有2个途径:首先食品中的挥发香气在进食前进入鼻腔,刺激鼻腔嗅觉受体;其次食品在进入口腔后经过口腔加工促进释放刺激鼻腔嗅觉受体,最终刺激大脑中枢感知香气[1]。其中口腔中的香气释放受食物的物理化学性质(颗粒大小、脂肪含量、硬度)[2-4]和受试者的生理特征(唾液流速、吞咽能力)[5-6]等影响。食用虾干时入口到吞咽是一个动态过程,因此详细了解虾干咀嚼过程中香气的释放是开发出符合消费者喜好产品的关键。

由于口腔加工过程中的复杂性,研究人员提出了几种方法分析咀嚼过程中香气释放和感觉的方法,如使用质子转移反应质谱[7]研究肉的质地对口腔加工的影响,发现肉的硬度与咀嚼时间和唾液的掺入量呈正相关;口腔气味捕捉装置[8]研究果仁大小和质地对花生体内外香气化合物的影响,发现小颗粒的花生具有更好的风味;大气压化学电离质谱[9]研究辣椒素对香气释放和感觉的影响,发现辣椒素能刺激香气感知的程度;此外,还有仪器结合主观评价方法的多维动态感觉评估香气感知的过程,例如时间-强度分析法和暂时性感官支配分析法(temporal dominance of sensations, TDS)等与消费者心理学结合的方法。受试者在感官属性列表里,选择不同时间下占据主导地位的属性描述词,可以阐明虾干可感知香味的显著性,更好区分不同样品之间细微差异。多角度的分析方法在虾干制品口腔加工过程中香气释放规律研究将会发挥巨大的作用。

目前分析口腔加工的样品多为芒果[10]、模型食品[11]等,而水产品在口腔过程中香气释放研究鲜有报道,本研究通过采样袋[12]收集热风干制凡纳滨对虾在口腔中呼出的气体,结合固相微萃取-气相色谱-质谱技术(solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry, SPME-GC-MS)对呼出的气体中挥发性物质进行分析,增加了体内香气释放食物类型的研究,为不同食物类型在口腔加工过程中的香气释放动力学提供了方法学基础。研究虾干在不同口腔加工的呼出气体的挥发性成分和动态感官过程,以此探究虾干在口腔加工过程香气感知的过程,为虾干制品提供感官理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

凡纳滨对虾,平均体重(10±0.5) g,湛江市湖光镇市场。N2(纯度99.999%),世纪双龙有限公司。

1.2 仪器与设备

TD-4501型2 L-Tedlar®采样袋,大连德霖气体包装有限公司;DHG-9023A鼓风干燥箱,上海合恒仪器设备有限公司;QP2020型气相色谱-质谱联用仪,日本岛津公司;57318型75 μm CAR/PDMS萃取头,上海楚定分析仪器有限公司;鼻夹,合肥麦冬网络科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

新鲜的凡纳滨对虾清洗、沥干水分,沸水煮3 min,用纸巾吸干水分后,放入恒温鼓风干燥箱(85 ℃)中,期间0.5 h翻动一次虾,干燥至水分含量为20%密封保存。

1.3.2 受试者筛选

参照GB/T 16291.1—2012《感官分析选拔、培训与管理评价员一般导则》筛选受试者和MUOZ-GONZLEZ等[13]的研究,并最终从筛选出的20名参与者中确定2名男生和2名女生参与本次实验。受试者口腔健康、无不良嗜好,咀嚼能力、吞咽能力及唾液分泌正常、风味感知能力正常,记录咀嚼时间、咀嚼次数。

为研究虾干在口腔加工过程中的香气释放情况,在实验开始前收集空白口腔的气体作为对照,选取吞咽前阶段即20%口腔加工阶段、40%口腔加工阶段、60%口腔加工阶段、80%口腔加工阶段;吞咽点100%口腔加工阶段:吞咽后阶段即120%口腔加工阶段、160%口腔加工阶段、200%口腔加工阶段;收集这8个阶段呼出气体进行分析,分析吞咽前后挥发性物质的差异,其中不同口腔加工阶段时间通过计算得出[14]。受试者在每个口腔加工阶段的实验过程中只吞咽1次,且时间≤1 min,总共的采样时间<90 min。

1.3.3 实验前的准备与培训

在实验开始前,将收集气体的采气袋用高纯N2进行清洗,放入恒温箱进行老化处理,减少本底基质的影响。采样前,通过模拟气体收集过程,让受试者了解整个过程。了解TDS的基本理论和SensoMaker软件的使用。小组成员在2周内接受了4次TDS培训部分,为动态感官评估做准备,重复3次。安排受试者记录主要感受到的感官属性,最后选取了6个不同的感官属性描述词,参考ZHANG等[15]选择甜香味、肉香味、腥味、焦糖味、烤香味以及烟熏味作为虾干在TDS分析感官评价过程中的感官属性。

1.3.4 挥发性物质的收集

小组成员在吃完早餐后刷牙,为了确保饥饿或食品消化不影响受试者的咀嚼和吞咽能力,受试者在感官进行前90 min内不进食,在前30 min内不喝水,饮食限制的目的是使小组成员减少人体内存在别的食物带来的气体。采气前开窗通风,样本采集时间固定(9:00～10:30),在同一个环境下收集不同口腔加工阶段呼出气体,避免周边环境气体对实验结果造成影响。受试者先用温水漱口,30 min后先收集受试者的空腔气体后,受试者再按照不同阶段咀嚼虾干,在口腔加工过程中嘴巴始终保持闭合,用鼻夹夹住鼻子;咀嚼结束后,打开采气袋缓慢吹气,呼气结束关闭采气袋阀门。受试者温水漱口、休息5 min后,按照上述步骤继续呼气直到气体收集到采气袋的80%。共需收集8个不同阶段的气体样本,每个阶段需要反复进行3次,即受试者需在相同地点、相同时间段进行试验连续3 d。采集的气体在室温保存,需在12 h内进行分析,避免气体流失影响实验结果。参考刘登勇等[12]的方法,萃取前,先将固相微萃取头老化30 min,后将针管伸入Tedlar®采样袋中,放入恒温箱(40 ℃)萃取1 h,然后取出萃取头,迅速转移至GC-MS进行解吸5 min。

1.3.5 GC-MS检测

GC条件和MS条件:参考周莹等[16]的方法。

1.3.6 TDS法评价虾干

受试者将样品放入口中并点击软件中的“开始”,直到设定的时间结束。评价的过程中受试者选择感受到感官属性,受试者可以多次选择某种属性或不选择;受试者在评价样品中休息时间为1 min,用清水漱口,避免出现味觉疲劳,重复评价3次。

1.3.7 定性定量分析

检测到的挥发性物质由Wiley07和NIST 05谱库检索,对虾干样品口腔加工过程中呼出气体的主要挥发性物质采用人工谱图进行解析,并采用峰面积归一化法定量分析。

1.4 相对气味活度值(relative odor activity value, ROAV)

参考关继华等[17]的方法进行计算,根据ROAV定义,对样品风味贡献最大的挥发性风味物质的气味活度值(ROAVstan)为100,其他挥发性成分的ROAV的计算如公式(1)所示:

(1)

式中:CA,各挥发性成分相对含量,%;Cstan,样品中贡献最大挥发性成分相对含量,%;TA,各挥发性成分感觉阈值;Tstan,贡献最大挥发性成分感觉阈值,μg/kg。相对含量为GC-MS检测分析获得。

1.5 数据处理

TDS分析采用sensomaker采集和处理,通过SPSS 26.0软件统计分析,以平均值±标准差表示结果。选用肯德尔和谐系数检验一致性,P<0.05,差异显著。通过Origin 2023软件进行香气释放曲线图形处理和其他图形绘制。

2 结果与分析

2.1 四名受试者咀嚼参数变化

受试者的咀嚼模式可以改变食团的物理性质,进而影响食物基质释放挥发性物质的释放动力学,因此研究咀嚼时间及次数对虾干的香气释放规律十分重要。由表2得出,随着咀嚼阶段的不断深入,受试者的咀嚼时间和次数均显著增加,口腔加工每个阶段咀嚼时间和咀嚼次数均存在显著差异。

2.2 感官评价

通过TDS表征整体香气的感知过程,其中显著水平线和偶然水平线可区分占据主导的属性,感官属性曲线高于显著水平线被认为为优势感官属性[18]。如图1所示,在食用虾干期间的香气特征的变化,在吞咽前期,“烟熏味”和“腥味”高于显著性水平线,属于优势感官属性。在吞咽后“肉香味”和“甜香味”属性占据主导。在这段时间内,除了这2种属性,偶尔能感受到“焦糖味”“烤香味”香气。总之,在虾干食用期间,“烟熏味”和“腥味”随着咀嚼时逐渐减弱,而在吞咽后期“肉香味”逐渐增强。

2.3 方法重复性和稳定性分析

通过比较每名受试者呼出气体重复样本中的挥发性化合物质谱图,主要挥发性化合物的出峰时间和面积大致相同,说明本实验用于分析虾干口腔加工过程呼出气体中挥发性物质的重复性较好,结果可靠,采气袋收集呼出气体的方法具有重复性和稳定性,可进行总体香气释放、个体香气释放等相关性分析。

2.3.1 总体香气释放

采用肯德尔和谐系数[19]W检验一致性,其中W越接近于1,说明结果越趋于一致,结果就越可靠。从表3可知,虽然在不同阶段的香气相对释放量存在个体差异,但分析小组平均排序与4名受试者每个阶段的相对释放量排序有一致性,允许进行小组归纳[20-21]。香气释放曲线常用来分析食物在口腔加工过程中香气浓度的变化[22],通过小组归纳,总体香气释放曲线如图2所示,可以分析4名受试者的平均相对释放量变化趋势。

通过图2可知,在口腔加工0%～40%阶段,香气释放量逐渐增多。虾肉经牙齿咀嚼而破碎,肉块变小,增大了表面/体积比,导致挥发性物质向唾液与口腔气体转移[8]。而在口腔加工40%～60%阶段,香气释放量减少。随着咀嚼的深入,产生的唾液更多,唾液的成分与香气化合物相互作用,特别是与蛋白质中黏蛋白的相互作用——黏蛋白减少了挥发性化合物的产生[23]。在口腔加工60%～80%阶段,香气释放量增多,该原因可能是唾液与虾肉形成了均匀的食团,增大口腔中的空间,挥发性物质传质增大[12]。在吞咽点时,香气释放量在整个口腔加工阶段中最少,归因于吞咽时舌膜边缘打开,挥发性物质从口腔运输到鼻腔[24]。在吞咽后阶段仍旧释放,而且呈现上升的趋势,吞咽的食团部分残留在口腔等部位,当吞咽后,空间突然扩大,增加了剩余的食团在气相传质的转移。在吞咽阶段发现吞咽前香气释放量大于吞咽点的香气释放量,这与FRANK等[21]结果较为一致。

2.3.2 个体香气释放对比

个体差异主要在于受试者特定的咀嚼方式和生理参数,每个受试者的咀嚼参数和香气释放总量(图3)以及香气释放曲线(图4)都有各自特点。对受试者的咀嚼时间次数与香气释放总量进行相关性分析,得出香气释放总量与咀嚼时间(r=0.983,P<0.05)和咀嚼次数(r=0.976,P<0.05)存在显著正相关性,即咀嚼时间和咀嚼次数越长,感知香气释放的强度越强,这与GUICHARD等[25]研究唾液组分和口腔加工参数对模型干酪体内香气影响结果一致。从图3可知,受试者3的香气释放总量最少,而受试者4的香气释放总量最多。相比之下受试者1和4的咀嚼时间和次数最大,这是因为食团在口腔中反应的时间变久,使得挥发性物质有更好的食团在气相的传质转移,从而受试者1、4的香气释放总量都高于受试者2、3的香气释放总量。结合4名受试者的平均香气释放总量图3得出,受试者2和3具有相似的咀嚼参数,从而具有相同的释放总量,而另外2名受试者表现出不同的特征,这体现了个体差异性的作用;4名受试者在吞咽阶段均有相同的释放模式,即在吞咽阶段,吞咽早期香气释放量大于吞咽点香气释放量,与总香气释放曲线一致。结合总体香气释放曲线发现,受试者2、3和4香气释放曲线与总体释放特征相似,而受试者1则有不同的特征,这体现了个体的差异性。

2.3.3 吞咽前后香气释放

吞咽过程大致分为3个连续阶段,口腔阶段期、吞咽期、食道期,在吞咽过程中个体间也存在显著差异,而通过统计学分析,吞咽前后可以进行小组归纳。由图5-a吞咽前后小组平均释放量看出,小组平均吞咽前和吞咽后挥发性物质的相对释放量存在显著差异,吞咽前释放量大于吞咽后释放量,该结果与虾干样品在口腔加工过程中释放的挥发性化合物不同口腔加工阶段的结果较为一致;吞咽前挥发性化合物含量和数量较多,吞咽后挥发性物质含量和数量减少。如图4-b所示,个别受试者在吞咽前、后的释放量变化较大,且个体间也存在较大差异。总体来说,所有受试者吞咽前释放量都大于吞咽后释放量,与小组总释放情况相对应。

2.4 呼气分析

2.4.1 虾干在不同阶段的主要挥发性成分

通过采气袋收集每名受试者在不同口腔加工阶段呼出的气体,采用GC-MS检测和谱图检索分析得到呼气中挥发性化合物色谱峰的峰面积,之后归一化处理数据。结果表明,受试者在不同口腔加工阶段呼气中共鉴定出37种挥发性化合物,0%～200%口腔加工阶段化合物数量分别为23种、18种、17种、18种、14种、17种、15种、15种。在GC-MS中在色谱条件固定的情况下,样品峰面积与样品浓度成正比。不同结构的化合物,虽然各自出峰的响应值(峰面积)不同,但其比值(相对校正因子)固定不变,因此通过比较峰面积能一定程度反应化合物浓度的大小。在0%～200%口腔加工阶段,其中60%口腔加工阶段检出化合物峰面积总量最高,表明此阶段样品在口腔中释放的挥发性化合物含量最高,其中吡嗪类化合物含量占总含量4.6%,酯类为(13.90%)、醛类(47.52%)和酮类(14.56%)。其次为80%口腔加工阶段,其中吡嗪类化合物峰面积占比为1.8%,其次酯类为(18.55%)、醛类(15.50%)和酮类(29.66%)。根据课题组前期研究,虾干制品中关键香气化合物主要为吡嗪类、醛类、酮类、胺类、杂环类化合物,通过观测这些关键化合物的含量变化,可以判断口腔加工过程中关键香气成分的变化情况。而吡嗪类是虾类产品中的关键香气化合物,主要呈烤香味、肉香味的香气特点,在口腔加工过程中共检测出有2,3,5-三甲基吡嗪、2-乙酰基-3-5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪3种。在不同口腔加工阶段中,吡嗪类化合物峰面积总量呈先升高后降低的规律性变化,其中在200%口腔加工阶段,吡嗪类峰面积总量最大,这表明该阶段释放的挥发性化合物对于虾类样品肉香味的香气特征感知影响最大,这也与感官评价中后期主要以“肉香味”为主结果一致。醛类和酮类在虾类产品中主要呈现花香味、青草味等香气特征,对于虾类干制品口腔加工过程中香气感知有重要影响,在口腔加工过程中检测出共有异戊醛、壬醛、己醛等11种挥发性物质。胺类通常具有难闻的气味,其中共检测出正戊胺和异戊胺2种,在TDS分析中前期主要感受到烟熏味和腥味可能就是这2种物质造成的影响。在不同口腔加工阶段中,吡嗪类化合物峰面积总量先升高后降低与HUANG等[26]吡嗪类物质的释放量先上升后回落结果一致。其中在60%口腔加工阶段,醛类和酮类化合物峰面积总量最大,其次为120%、40%、80%口腔加工阶段,在100%口腔加工阶段,即吞咽点,总体香气释放曲线发现吞咽点的香气释放量小于吞咽前期,通过研究虾干在口腔过程中释放的挥发性化合物,在100%口腔加工阶段醛类和酮类化合物峰面积总量最小,刘登勇等[27]在研究口腔加工过程中水分含量的变化:在100%口腔加工过程,水分含量达到动态平衡,此时唾液中含有黏蛋白或芳香酶与醛酮类进行相互作用导致含量降低[28]。

2.4.2 ROAV分析

随着ROAV增大,样品总体风味的贡献程度也变大。其中ROAV≥1的挥发性成分为关键香气成分,0.1≤ROAV<1的挥发性成分具有重要的修饰作用样品总体风味。如表5所示,在不同口腔加工过程中0.1≤ROAV<1的化合物分别为7种、6种、6种、4种、4种、6种、5种、5种。由表5可知,在20%口腔加工阶段癸醛是风味贡献最大的物质,关键香气成分还有异戊醛、己醛、辛醛、壬醛、辛酸乙酯、辛醇、2-戊酮。在40%口腔加工阶段异戊醛是风味贡献最大的物质,关键风味物质还有2,5-二甲基吡嗪、壬醛、十一醛、辛醛,对风味起修饰作用的物质有辛酸乙酯。在60%口腔加工阶段异戊醛是风味贡献最大的物质,关键风味物质还有2,5-二甲基吡嗪、己醛、辛醛、癸醛,对风味起修饰作用的物质有辛酸乙酯、2-戊酮。在80%口腔加工阶段癸醛是风味贡献最大的物质,关键风味物质还有2-戊酮、己醛、异戊醛,对风味起修饰作用的物质有3-辛醇、乙酸丁酯、苯乙酮。在100%口腔加工阶段异戊醛是风味贡献最大的物质,关键风味物质还有2,5-二甲基吡嗪、壬醛,对风味起修饰作用的物质有乙酸丁酯、3-辛醇、2-戊酮。在120%口腔加工阶段异戊醛是风味贡献最大的物质,关键风味物质还有2,5-二甲基吡嗪、壬醛、辛醛、十一醛、2-戊酮,对风味起修饰作用的物质有3-辛醇、辛酸乙酯。在160%口腔加工阶段癸醛是风味贡献最大的物质,关键风味物质还有2,5-二甲基吡嗪、异戊醛、十一醛、壬醛,对风味起修饰作用的物质有3-辛醇。在200%口腔加工阶段异戊醛是风味贡献最大的物质,关键风味物质还有2,5-二甲基吡嗪、壬醛、辛醛、辛酸乙酯、辛醇,对风味起修饰作用的物质有3-辛醇。虾干样品在口腔加工过程中主要香气化合物含量和数量发生变化。与SUN等[29]研究的结果相比,本研究收集的口腔加工呼气鉴定出中挥发性物质种类较少,这可能是由于口腔加工过程中唾液会吸附一部分香气物质,同时食团与唾液相互作用也会产生新的挥发性物质,因此食物经过口腔加工过程所产生的挥发性成分会有所差异。

本课题组前期采用风味组学技术分析了热风干制凡纳滨对虾的关键香气成分,鉴定出有2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪等18种鉴关键香气化合物。SUN等[29]研究不同干燥方式对凡纳滨对虾香气感知的影响,共鉴定出15种关键香气化合物其中吡嗪类5种、醛类6种、酮类1种、醇类2种、胺类1种。这些研究表明,吡嗪类、杂环类和醛酮类物质对于虾干制品烤香味、肉香味和甜香味等感官属性上有着重要贡献。在20%口腔加工阶段总ROAV是整个口腔加工阶段数值最大的,但大部分为醛酮类物质,主要呈现青草味、腥味、刺激性气味,尚未表现出虾干制品的特征香气;在120%口腔加工阶段,吡嗪类物质ROAV总值最大,该结果与TDS优势曲线后期呈现“肉香味”较为一致,同时醛类物质ROAV在120%口腔加工阶段中贡献最大,这也是TDS 优势曲线呈现出现“甜香味”的原因。综上,通过ROAV分析120%口腔加工阶段是虾干制品口腔加工过程中香气感知的重要阶段。

3 结论

通过TDS法分析口腔加工前期主要是“烟熏味”和“腥味”属性占据主导,吞咽后“甜香味”和“肉香味”属性占据主导,分析虾干样品在口腔加工过程中释放的挥发性化合物,在60%口腔加工阶段检出化合物峰面积总量最高,通过ROAV分析在120%口腔加工阶段香气释放对虾干香气感知有重要影响。香气释放曲线(总体和个体)在不同口腔加工过程中的香气释放始终处于动态变化,个体间具有差异性。通过相关性分析,咀嚼时间和次数与香气释放量存在显著的正相关关系;吞咽前与吞咽后相比香气释放量大,个体间吞咽前后香气释放量也存在差异。本研究采用TDS法和现代仪器分析技术,探究个体间香气感知的差异,为食品口腔加工阶段香气释放和感官感知规律研究提供科学基础。唾液释放与食团中香气物质的相互作用会产生新的挥发性成分,关于这些挥发性物质的形成机理还有待进一步探究。

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Aroma perception properties during oral processing of hot air-dried shrimp (Litopenaeus vannamei)

HE Jing1, QIU Lixia1, ZHANG Di1*, JI Hongwu1*, LIU Shucheng1,2, SU Weiming1

1(College of Food Science and Technology, Guangdong Ocean University, Guangdong Provincial Key Laboratory of Aquatic Products Processing and Safety, Guangdong Province Engineering Laboratory for Marine Biological Products, Guangdong Provincial Engineering Technology Research Center of Seafood, Key Laboratory of Advanced Processing of Aquatic Product of Guangdong Higher Education Institution, Zhanjiang 524088, China)2(Collaborative Innovation Center of Seafood Deep Processing, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China)

ABSTRACT To investigate the pattern of change in aroma perception characteristics during oral processing of hot-air-dried shrimp (Litopenaeus vannamei), a gas collection bag combined with solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry and temporary sensory dominance analysis was used to study the changing law of exhaled components, mastication parameters, and sensory attributes of the subjects at different oral processing stages, and the relative odour activity value was an indicator for the screening of the major aroma components in the process of aroma perception.Results showed that “smoky flavour” and “fishy flavour” dominated in the early stage of oral processing, while the characteristic aroma perception of shrimps mainly occurred in the late stage of oral processing, and “sweet flavour” and “meaty flavour” dominated in the late stage of oral processing, after swallowing, the attributes of “sweet” and “meaty” flavour dominated.Aroma release curves showed that aroma release was always dynamic during different oral processing and had individual variability.Significant positive correlation between chewing time and the number of chews and aroma release and the pre-swallowing phase was associated with a higher rate of aroma release compared to the post-swallowing phase.120% of the aroma release during the oral processing stage had an essential effect on the aroma perception, and the main aroma substances were 2,5-dimethylpyrazine, isovaleraldehyde, octanal, undecanal, 2-pentanone, and 3-octanol and ethyl octanoate as flavour modifiers.In summary, the characteristic aroma perception of dried shrimp mainly occurred in the 120% oral processing stage.The study provides a scientific basis and theoretical reference for the development and quality improvement of dried shrimp products.

Key words Litopenaeus vannamei; oral processing;aroma perception;hot air drying;swallowing

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.036626

引用格式：何晶,邱丽霞,张迪,等.热风干制凡纳滨对虾口腔加工过程中香气感知特性的研究[J].食品与发酵工业,2024,50(13):223-231.HE Jing, QIU Lixia, ZHANG Di, et al.Aroma perception properties during oral processing of hot air-dried shrimp (Litopenaeus vannamei)[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(13):223-231.

第一作者：硕士研究生(吉宏武教授和张迪讲师为共同通信作者,E-mail:Jihw62318@163.com;zjs578180838@sina.com)

基金项目：国家自然科学基金项目(32072340);国家虾蟹产业技术体系项目(CARs-48);广东海洋大学博士启动项目(060302042107)

收稿日期：2023-06-30,改回日期:2023-08-10