2. 中国水产科学研究院长江水产研究所,农业农村部水产品质量安全风险评估实验室,湖北 武汉 430223
2. Yangtze River Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences; Laboratory of Quality & Safety Risk Assessment for Aquatic Product, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430223, China
斑点叉尾鮰(Ictalurus punctatus), 属鲇形目(Siluriformes)、鮰科(Lctaluridae), 是一种淡水温水性鱼类。斑点叉尾鮰具有肉质细嫩、肌间刺少、生长速度快、适温范围广和产量高等特点,现已成为我国重要淡水养殖鱼[1]。斑点叉尾鮰本身肌肉纤维较短,组织结构疏松[2], 池塘养殖作为斑点叉尾鮰最主要的养殖模式,存在水资源浪费、水环境恶化和池塘底泥污染等问题,鱼肉品质下降,可接受性降低[3,4]。
池塘内循环流水养殖(internal-circulation pond aquaculture, IPA)是通过对传统养殖池塘进行工程化改造,建造流水槽设施,与外部生态粗放养殖区相结合的一种现代集约化水产养殖新模式[5], 又称流道养殖、跑道养殖和流水槽养殖等。池塘内循环流水养殖具有水体水质好、水资源利用效率高、节效高能以及环境可控等特点[6], 该模式契合了水生态环境保护的理念。循环水养殖是未来水产养殖业的发展方向[7]。
现有研究表明,通过流水养殖、流水暂养等方式,可有效提升鱼类的肌肉品质和营养价值[6,8,9,10], 与传统池塘养殖模式相比,流水养殖模式下鱼类具有更好的体型和更高的存活率[11], 鱼肉具有高蛋白、低脂肪以及氨基酸的组成更加合理等特点[12]; 且在流水环境中,鱼类具有肌纤维直径小、密度大的特点,肌肉硬度和弹性会提高[13,14]。因此,本研究以池塘内循环流水养殖的斑点叉尾鮰为对象,分析其肌肉的质构特性以及不同部位肌肉的营养成分,从而为提高斑点叉尾鮰的品质提供一定的理论依据。
1 材料与方法 1.1 实验材料试验点位于武汉市蔡甸区张湾白湖农庄,选取传统养殖池塘和设有池塘内循环流水系统的池塘。在两组池塘中放入同一批斑点叉尾鮰鱼苗种,养殖期间投入同一品牌的鮰鱼商品配合饲料,养殖4个月(2019年5—9月)后,取两组池塘中体质健康、规格整齐的斑点叉尾鮰各20尾,鲜活鱼运回实验室分析。池塘内循环流水养殖组(IPA)实验组鱼体重为(731.14±58.36) g, 池塘养殖组(TPA)对照组鱼体重为(690.86±54.43) g。
1.2 实验方法斑点叉尾鮰肌肉不同部位的划分及质构特性分析取样位置如图1所示。
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图1 斑点叉尾鮰肌肉取样部位图A: 质构取样点;B: 背部肌肉;C: 腹部肌肉;D: 尾部肌肉. Fig. 1 The sampling part in muscle of channel catfishA: The sampling part of texture; B: Back muscle; C: Abdominal muscle; D: Tail muscle. |
取斑点叉尾鮰侧线上方靠近背鳍部位的肌肉,切成大小约2.0 cm×1.5 cm×1.0 cm的小块。利用TVT300XP型物性质构仪,采用平底圆柱形探头P-Cy 5S, 对肉样进行2次压缩TPA测试。测定条件为:测试前速率2.0 mm/s, 测试速率1.0 mm/s, 测试后速率2.0 mm/s, 下压程度30%, 停留间隔时间5 s, 触发力10 g, 数据收集率200 pps。样品在室温条件下进行TPA测试,每尾鮰鱼取3个平行肌肉样品进行测定。
1.2.2 肌纤维特性测定取斑点叉尾鮰侧线上方靠近背鳍部位的肌肉,切成大小约为0.5 cm3的小方块(取样过程尽量避免挤压肌肉,防至组织变形), 每尾鮰鱼取3个平行样,浸入甲醛固定液中固定,每块肌肉制作3张石蜡切片。用正置荧光显微镜观察肌纤维结构特征,图像采集分析。使用Caseviewer软件对肌纤维图像进行肌纤维直径及密度测量。每张切片随机取约100 条肌纤维测定短径和长径(肌纤维横截面两边界之间距离的最小值和最大值), 随机取10个单位面积的视野进行肌纤维计数,计算肌纤维密度,取平均值。
1.2.3 肌肉营养成分含量测定各营养成分采用食品安全国家标准方法进行测定。水分、粗蛋白和粗脂肪分别参照GB 5009.3-2016[15](直接干燥法)、GB 5009.5-2016[16](凯氏定氮法)和GB 5009.6- 2016[17](索氏抽提法)。常规营养成分含量以鲜质量计。
氨基酸含量的测定:参照GB 5009.124-2016[18], 使用氨基酸自动分析仪L-8900测定斑点叉尾鮰肌肉中17种氨基酸含量。色氨酸在酸水解过程中被破坏,未另测定。氨基酸含量以鲜质量计。
脂肪酸含量的测定:参照GB 5009.168-2016[19], 使用7890A气相色谱仪测定37种脂肪酸的相对含量。脂肪酸含量以鲜质量计。
1.3 数据分析使用Microsoft Excel 2003软件进行数据统计,数据以平均值±标准差形式表示,使用SPSS 19.0软件中的独立样本T检验进行数据分析,P<0.05为差异显著,P<0.01为差异极显著。
2 结果与分析 2.1 常规营养成分IPA组和TPA组养殖斑点叉尾鮰各部位肌肉水分含量无显著差异(P>0.05);
IPA组和TPA组养殖斑点叉尾鮰背部和腹部肌肉粗蛋白含量无显著差异,但IPA组尾部肌肉粗蛋白含量显著高于TPA组(P<0.05);
IPA组和TPA组养殖斑点叉尾鮰粗脂肪含量在腹部无显著差异(P>0.05); IPA组背部和尾部粗脂肪含量显著低于TPA组,且尾部粗脂肪含量为极显著差异(P<0.01)(表1)。
2.2 不同部位肌肉氨基酸组成和含量分析除色氨酸(未检测)以外,IPA组和TPA组养殖斑点叉尾鮰背部、腹部和尾部肌肉测定的17种氨基酸中,包括必需氨基酸(EAA)7种、鲜味氨基酸(DAA)4种、半必需氨基酸(HEAA)2种,其他氨基酸4种。
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表1 IPA组和TPA组斑点叉尾鮰不同部位肌肉营养成分 Tab. 1 The proximate composition of muscles in different parts of channel catfish in the IPA and TPA group n=3; $\bar{x}\pm \text{SE}$; % |
背部肌肉中,IPA组必需氨基酸总量(∑EAA)、鲜味氨基酸总量(∑DAA)以及17种氨基酸总量(∑TAA)均显著高于TPA组(P<0.05); 其中IPA组必需氨基酸中苏氨酸(Thr)、缬氨酸(Val)、异亮氨酸(Ile)、蛋氨酸(Met)和亮氨酸(Leu)的含量显著高于TPA组(P<0.05); IPA组鲜味氨基酸中天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)和丙氨酸(Ala)的含量亦显著高于TPA组(P<0.05)。
腹部肌肉中,鲜味氨基酸总量(∑DAA)和17种氨基酸总量(∑TAA), IPA组均高于TPA组(P< 0.05)。IPA组必需氨基酸中苏氨酸(Thr)、缬氨酸(Val)、异亮氨酸(Ile)和亮氨酸(Leu)的含量显著高于TPA组(P<0.05); IPA组鲜味氨基酸中天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)和丙氨酸(Glu)的含量亦显著高于TPA组(P<0.05)。
尾部肌肉中,17种氨基酸总量(∑TAA), IPA组均高于TPA组(P<0.05); IPA组必需氨基酸总量(∑EAA)和鲜味氨基酸总量(∑DAA)与TPA组无显著差异(P>0.05); IPA组必需氨基酸中苏氨酸(Thr)、异亮氨酸(Ile)和亮氨酸(Leu)的含量显著高于TPA组(P<0.05); IPA组鲜味氨基酸中天冬氨酸(Asp)含量显著高于TPA组(P<0.05)。
IPA组背部肌肉中氨基酸总量(∑TAA)、必需氨基酸总量(∑EAA)和鲜味氨基酸总量(∑DAA)为所有肌肉部位中最高,分别为20.63 g/100g、7.44 g/100g和8.53 g/100g。TPA组组背部肌肉中氨基酸总量(∑TAA)、必需氨基酸总量(∑EAA)和鲜味氨基酸总量(∑DAA)为所有肌肉部位中最低,分别为17.62 g/100 g、6.13 g/100 g和7.19 g/ 100 g (表2)。
2.3 不同部位肌肉脂肪酸组成和含量分析IPA组和TPA组养殖斑点叉尾鮰的背部、腹部和尾部肌肉中均测定出了17种脂肪酸,包括饱和脂肪酸(SFA)6种,单不饱和脂肪酸(MUFA)3种,多不饱和脂肪酸(PUFA)8种。背部肌肉中,IPA组豆蔻酸(C14:0)和α-亚麻酸(C18:3n-3)的相对含量显著低于TPA组(P<0.05), 而IPA组二十五碳烯酸(EPA)的相对含量显著高于TPA组(P<0.05); 腹部肌肉中,IPA组豆蔻酸(C14:0)和α-亚麻酸(C18:3n-3)的相对含量显著低于TPA组(P<0.05), 而IPA组二十碳烷酸(C20:0)和二十五碳烯酸(EPA)的相对含量显著高于TPA组(P<0.05); 尾部肌肉中,IPA组豆蔻酸(C14:0)和α-亚麻酸(C18:3n-3)的相对含量显著低于TPA组,且α-亚麻酸(C18:3n-3)为极显著差异(P<0.01), 而IPA组十七碳烷酸(C17:0)和亚油酸(C18:2)的相对含量显著高于TPA组,其中亚油酸(C18:2)为极显著差异(P<0.01); IPA组背部和腹部肌肉中多不饱和脂肪酸(PUFA)的总量显著高于TPA组(P<0.05), 而尾部肌肉中的PUFA总量,两组无显著差异(表3)。
2.4 肌肉质构特性IPA组和TPA组肌肉质构特性分析见图2, 选取其背部肌肉,从图中发现IPA组斑点叉尾鮰肌肉硬度、弹性、咀嚼性和回复性均显著高于TPA组,其中硬度、咀嚼性和回复性为差异极显著(P< 0.01)。与TPA组相比,IPA组斑点叉尾鮰肌肉硬度、弹性、咀嚼性和回复性分别提高了17.72%、16.67%、76.24%和25.93%。
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表2 IPA组和TPA组养殖斑点叉尾鮰不同部位肌肉氨基酸含量 Tab. 2 The amino acid content of muscles in different parts of channel catfish in the IPA and TPA group n=3; $\bar{x}\pm \text{SE}$; % |
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表3 IPA组和TPA组养殖斑点叉尾鮰不同部位肌肉脂肪酸含量 Tab. 3 The fatty acid content of muscles in different parts of channel catfish in the IPA and TPA group n=3; $\bar{x}\pm \text{SE}$; % |
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图2 IPA组与TPA组斑点叉尾鮰肌肉硬度、弹性、咀嚼性和回复性*表示差异显著(P<0.05), **表示差异极显著(P<0.01). Fig. 2 The hardness, springiness, chewiness and resilience of channel catfish in IPA and TPA group* indicates significant difference (P<0.05). ** indicates extremely significant difference (P<0.01). |
IPA组斑点叉尾鮰肌纤维短径与长径显著低于TPA组(P<0.05); 而斑点叉尾鮰肌纤维密度,IPA组(137.79 n/mm2)高于TPA组(123.53 n/mm2), 但无显著差异(P>0.05)(表4)。IPA组与TPA组斑点叉尾鮰肌肉横切图见图3。
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表4 IPA组与TPA组斑点叉尾鮰肌纤维长径、短径与密度 Tab. 4 The long diameter, short diameter, and density of muscle fiber of channel catfish in IPA and TPA group n=3; $\bar{x}\pm \text{SE}$; % |
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图3 IPA组与TPA组斑点叉尾鮰肌纤维横切微观图a、b: IPA组;c、d: TPA组. Fig. 3 Muscle cross section of channel catfish in IPA and TPA groupa, b: IPA group; c, d: TPA group. |
肌肉是鱼体的主要食用部位和营养部位,肌肉中的水分、蛋白、脂肪等营养成分含量和组成,对评价鱼类肌肉品质的评价起重要作用[20]。研究表明,适宜的运动训练能够提高鱼类肌肉中蛋白质的含量,同时能促进脂代谢[21,22]。本研究中,IPA组斑点叉尾鮰全鱼肌肉粗蛋白含量显著高于TPA组(P<0.05), 粗脂肪含量无显著差异(P>0.05)。在不同部位肌肉中,IPA组斑点叉尾鮰尾部肌肉粗蛋白含量显著高于TPA组(P<0.05), 而IPA组斑点叉尾鮰背部和尾部肌肉粗脂肪含量显著低于TPA组(P<0.05)。池塘内循环流水养殖模式中,由于水流的作用,斑点叉尾鮰在池塘内循环流水养殖过程中需释放更多的能量来维持生命活动,导致运动能力提高[23], 运动训练可以促进鱼类的生长,提高食物转化率和增加肌肉蛋白质含量[24]。同时,水流导致斑点叉尾鮰的运动量增加,其代谢速率加快,需要提供更多能量,因此肌肉中的脂肪被分解利用[6]。最终导致鱼肉脂肪含量降低,蛋白含量增加。尾鳍是鱼类重要的运动器官,研究表明,在一定的范围内,鱼类摆尾频率、耗氧率与游泳速度呈正相关[25,26,27]。这可能是导致池塘内循环流水养殖斑点叉尾鮰尾部肌肉高蛋白、低脂肪特点最为重要的原因。
3.2 斑点叉尾鮰不同部位肌肉氨基酸鱼肉中蛋白质的营养价值取决于氨基酸的含量、种类及比例。必需氨基酸是人体生长发育所必需的氨基酸,其组成与含量是鱼肉营养价值评价的重要指标[28]。赖氨酸(Lys)能够促进大脑发育,促进脂肪代谢,是肝及胆的组成成分;缬氨酸(Val)和异亮氨酸(Ile), 能降低胆固醇、保护肝脏等;蛋氨酸(Met)能参与组成血红蛋白、组织与血清,促进脾脏、胰脏及淋巴的功能[29,30]; 苏氨酸(Thr)和亮氨酸(Leu)可作用于氨基酸的平衡转化。本研究中,IPA组斑点叉尾鮰三个部位肌肉中苏氨酸(Thr)、缬氨酸(Val)、异亮氨酸(Ile)和亮氨酸(Leu)的相对含量均显著高于TPA组(P<0.05)。
鲜味氨基酸的组成和含量决定着鱼肉的鲜美程度[31], 鲜味氨基酸包括鲜味特征性氨基酸:天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu); 以及甘味特征性氨基酸:甘氨酸(Gly)和丙氨酸(Ala)[32]。IPA组和TPA组养殖的斑点叉尾鮰腹部肌肉中,四种鲜味氨基酸相对含量存在差异,且均为IPA组显著高于TPA组(P<0.05)。氨基酸总量、必需氨基酸总量和鲜味氨基酸总量在背部肌肉均为IPA组显著高于TPA组(P<0.05); 在腹部肌肉中,IPA组的必需氨基酸总量和鲜味氨基酸总量显著高于TPA组(P<0.05); 而尾部肌肉中的三类氨基酸总量,IPA组与TPA组无显著差异(P>0.05)。运动训练能提高鱼肉中必需氨基酸和鲜味氨基酸含量[33,34], 适宜的运动训练增强了鱼类肠道功能,提高了对饲料的消化吸收[6]。因此,IPA组肌肉中必需氨基酸和鲜味氨基酸含量增加。与TPA组相比,IPA组养殖斑点叉尾鮰肌肉具有更高的营养以及更好的风味。
3.3 斑点叉尾鮰不同部位肌肉脂肪酸鱼体中含有丰富的脂肪酸,饱和脂肪酸(SFA)是机体首要的能量来源。SFA中豆蔻酸(C14:0)、棕榈酸(C16:0)等易导致血胆固醇的升高,引起心脏病的危害[35]。本研究中,斑点叉尾鮰背部、腹部和尾部肌肉中,IPA组豆蔻酸(C14:0)的相对含量显著低于TPA组(P<0.05)。在维持运动的过程中,鱼类会倾向于优先利用SFA进行氧化供能[36]。
单不饱和脂肪酸(MUFA)中具有代表性的是油酸(C18:1), 可以降低低密度脂蛋白胆固醇的效果,预防动脉硬化[35]。本研究中主要检测的3种MUFA(C16:1、C18:1和C20:1)在不同部位肌肉中的相对含量,IPA组与TPA组无显著差异(P> 0.05)。
多不饱和脂肪酸(PUFA)具有特殊的生物活性,在生物系统中有着广泛的功能[35], 主要包括n-6和n-3系列脂肪酸。n-6脂肪酸包括亚油酸 (C18:2)、γ-亚麻酸(C18:3)、和花生四烯酸(C20:4)。n-3脂肪酸包括α-亚麻酸(C18:3)、EPA(C20:5)和DHA (C22:6)。肌肉中含有较高的不饱和脂肪酸,尤其是高度不饱和脂肪酸,能显著增加肌肉多汁性和香味[37]。本研究中发现,α-亚麻酸和EPA的相对含量,IPA组尾部肌肉中亚油酸的相对含量显著高于池塘(P<0.05); IPA组背部和腹部肌肉中EPA的相对含量显著高于TPA组(P<0.05); 而α-亚麻酸(C18:3)的相对含量,在3个部位的肌肉中均存在显著差异,且都为IPA组显著高于TPA组(P<0.05)。肌肉中含有较高的多不饱和脂肪酸,能显著增加肌肉多汁性和香味[37]。鱼类在运动过程中存在脂肪酸的消耗和能量的传递[38,39]。持续的运动训练会导致脂肪酸由白肌向红肌转运[21]。鱼体内多余的脂肪酸通过酯化作用形成脂肪,导致脂肪在体内沉积[40]。这可能是导致IPA组和TPA组养殖的斑点叉尾鮰不同部位的肌肉中脂肪酸含量存在差异的原因。
3.4 斑点叉尾鮰肌肉质构特性质构特性作为食品四大品质(外观、风味、营养、质构)要素之一,是肌肉品质评价的重要依 据[41,42]。对鱼类来说,肌肉硬度和弹性是反映肌肉品质的主要特质[43]。本实验中,IPA组养殖斑点叉尾鮰肌肉硬度、弹性、咀嚼性以及回复性显著高于TPA组(P<0.05)。鱼肉的质构特性一般与脂肪含量和肌纤维特性有关[44,45], 鱼肉中脂肪含量过高会导致肌肉机械强度降低[46,47], 池塘内循环流水养殖模式中,在水流的作用下,斑点叉尾鮰运动量增加,其背部肌肉具有脂肪含量低的特点,IPA组斑点叉尾鮰肌肉硬度显著高于TPA组。高弹性、高硬度的肌肉具有更好的口感[48,49]。因此,两种模式下,池塘内循环流水养殖的斑点叉尾鮰肌肉口感更佳。
3.5 斑点叉尾鮰肌纤维特性鱼类肌纤维特性主要包括肌纤维直径和密度,它们决定着鱼肉的品质[50]。鱼类的生长至成熟的过程中,鱼肉肌纤维直径会增加,单位面积内肌纤维数目会减少,密度也就降低。研究表明,鱼肉硬度与肌纤维直径呈负相关,鱼肉硬度和咀嚼性与肌纤维密度呈正相关[47,51], 因此,鱼肉肌纤维直径越小、密度越大,鱼肉口感越好。养殖环境的不同也会影响鱼类肌纤维的特性,水库放养或网箱养殖等流水条件下的鱼类,生存环境更贴近自然环境,运动能力更强,其肌纤维具有直径小且排列紧密的特点[45]。本实验中,IPA组斑点叉尾鮰肌纤维长径与短径均显著低于TPA组(P<0.05), 肌纤维密度则高于TPA组。与前文IPA组斑点叉尾鮰肌肉硬度和弹性的质构特性高的结果相符。因此,与池塘养殖模式相比,池塘内循环流水养殖斑点叉尾鮰肌肉更细嫩、口感更好。
4 结论与传统池塘养殖相比,池塘内循环流水养殖的斑点叉尾鮰在尾部肌肉中具有明显的高蛋白、低脂肪的特点。综合3个部位的肌肉来看,池塘内循环流水养殖的斑点叉尾鮰必需氨基酸和鲜味氨基酸的含量更高,其肌肉中含有更多EPA和PUFA。从肌肉质构特性方面,池塘内循环流水养殖的斑点叉尾鮰肌纤维具有直径小、密度大的特点,肌肉具有较高的弹性和硬度,其肉质更为细腻,口感更佳。因此,池塘内循环流水养殖的斑点叉尾鮰具有更高的营养价值和肌肉品质。通过池塘内循环流水养殖模式,斑点叉尾鮰肌肉品质与营养成分将有较大的改善。
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