養殖大黃魚揮發性成分分析

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(寧波大學海洋學院，浙江寧波 315211)

大黃魚(Pseudosciaenacrocea),硬骨魚綱,鱸形目,為傳統“四大海產”(大黃魚、小黃魚、帶魚、烏賊)之一,是我國近海主要經濟魚類。魚肉中的揮發性成分受多種因素影響,如魚的品種、生存的環境、食用的飼料、保存方式、保存時間、魚的加工方式等都會影響魚肉中的揮發性成分[1]。大黃魚價格較貴,市場上主要以鮮大黃魚及冰凍大黃魚銷售,目前國內對于大黃魚的研究集中在保鮮與貯藏運輸方面,如張曉艷等[2]探討了低劑量輻照和復合保鮮劑對常溫下淡腌大黃魚有顯著的保鮮效果。有研究表明養殖大黃魚脂肪含量高,腥味大的缺陷[3],影響了消費者對野生大黃魚肉質細嫩鮮美的認知。很少有文獻對大黃魚通過加工來改善其風味進行研究報道,吳靖娜等[4]研究液熏大黃魚前后風味成分的變化發現,液熏前風味成分主要為烴類和酯類化合物,液熏后風味成分主要為酚類和酮類化合物。因此加工溫度和加工方式對養殖大黃魚揮發性成分影響較大。本文利用電子鼻結合HS-SPME-GC-MS技術分析不同溫度下養殖大黃魚背、腹部肌肉的揮發性風味成分,尋找使魚肉產生更多特征性香味成分的溫度,為養殖大黃魚進一步加工提供理論依據。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

新鮮養殖大黃魚舟山市大黃魚養殖公司;丁酸甲酯標準品純度為99%,上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

PEN3型電子鼻德國Airsense公司;7890/M7-80EI氣質聯用儀(GC-MS)美國Agilent公司;65 μm PDMS萃取頭美國Supelco公司。

1.2　實驗方法

1.2.1電子鼻檢測

1.2.1.1樣品前處理將養殖大黃魚解剖,分別取背、腹部肌肉0.50 g于樣品瓶中,壓蓋密封,分別在50、80、110、140、170 ℃加熱15 min,取出待測。另取0.50 g的新鮮養殖大黃魚背、腹部肌肉作為對照。

1.2.1.2電子鼻測定將樣品取出冷卻30 min,待其達到頂空平衡后使用電子鼻檢測。電子鼻數據采集時間300 s,清洗時間300 s,進氣量600 mL/min。取第299～300 s的數據并運用電子鼻配套的WinMuster軟件對數據進行響應分析、載荷(Loadings)分析以及主成分分析(PCA)。PEN3電子鼻包含10個金屬氧化物傳感器陣列,每個傳感器有不同的性能[5]。在PCA分析的散點圖上顯示主要的兩維散點圖,PC1和PC2總貢獻率超過70%～85%[6]的方法即可使用。

1.2.2SPME-GC-MS分析

1.2.2.1樣品前處理稱取5.00 g新鮮的養殖大黃魚背、腹部肌肉分別放入15 mL樣品瓶中密封備用,另取5.00 g上述樣品分別放入恒溫箱中加熱15 min(加熱溫度由電子鼻的分析結果確定),在所有樣品中加入10 μL稀釋1000倍的丁酸甲酯(0.898 g/mL)作為內標物質。將萃取頭在氣相色譜的進樣口250 ℃的條件下老化30 min后,插入樣品瓶中,推出纖維頭,在60 ℃水浴中吸附30 min后取下并插入氣相-質譜聯用儀的氣相色譜進樣口,于250 ℃解吸2 min后用于GC-MS分析檢測。

1.2.2.2GC-MS工作參數氣相色譜條件：VOCOL毛細管色譜柱(60 m×0.32 mm×1.8 μm);載氣為He,恒流模式,流速0.3 mL/min;不分流模式進樣;進樣口溫度與接口溫度均為210 ℃，檢測器為FID,檢測溫度為210 ℃;程序升溫:起始柱溫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。質譜條件:離子源為電子轟擊源(EI);電子能量為70 eV;離子源溫度為200 ℃;掃描質量范圍:45～1000 u。

1.3　數據處理

通過氣質聯用儀配置的NIST和WILEY譜庫計算機檢索并參考有關文獻定性確定化合物,采用面積歸一化法確定各組分的相對含量,根據內標物的量,計算樣品中各揮發性組分的絕對含量[7]。

2　結果與分析

2.1　電子鼻分析

2.1.1不同傳感器的響應值分析對不同溫度的大黃魚背、腹部肌肉趨于穩定后的電子鼻檢測結果取平均值,得到不同傳感器對其的響應值。圖1表明,傳感器S2、S6、S7、S8和S9對大黃魚背、腹部肌肉的響應值均較高,而S1、S3、S4、S5和S10這5個傳感器的響應值隨著溫度變化不明顯,始終在1附近,說明這些傳感器對大黃魚的氣味不敏感,需要進行載荷分析來剔除冗余傳感器。

圖1　電子傳感器對養殖大黃魚背、腹部肌肉氣味響應值Fig.1　Effect of electronic sensor on the back and abdomen muscle odor of cultured Pseudosciaena crocea

2.1.2載荷分析經過載荷分析,圖2a與圖2b分別顯示電子鼻的10個傳感器對大黃魚背、腹部肌肉的PCA分析的貢獻率。對于第一主成分,S6、S8、S2傳感器對背部肉的貢獻率較高并依次降低,并且也對腹部肉較為靈敏;而在第二主成分,S7、S6、S9傳感器依次對背部肉氣味的采集起到重要作用,而S7、S9、S5傳感器對腹部肉氣味的貢獻較大。據此可對傳感器進行選擇與優化,使電子鼻檢測達到更優的結果。綜上可知,大黃魚背部肉選擇S6、S7、S8、和S9傳感器,而大黃魚腹部肉選擇S2、S6、S7和S9傳感器對揮發性氣味進行分析。

圖2　電子鼻傳感器對養殖大黃魚響應值的載荷分析Fig.2　Load analysis of response value of electronic nose sensor to cultured Pseudosciaena crocea注:a:背部肌肉,b:腹部肌肉,圖3同。

圖3是對不同加熱溫度下養殖大黃魚背、腹部肌肉的電子鼻PCA分析結果。若橢圓分布越緊密,就說明氣味越相似[8]。經分析可得,圖3a的PC1、PC2的方差貢獻率分別為65.231%和27.406%,PC1、PC2的總貢獻率為92.637%;圖3b的PC1、PC2的方差貢獻率分別為68.655%和20.441%,PC1、PC2的總貢獻率為89.096%,兩者都可較好地反映原始高維矩陣數據的信息,可用于區分不同溫度加熱的養殖大黃魚的氣味。再考慮實際加工工藝的溫度需求,100 ℃是養殖大黃魚蒸煮的溫度,王霞[9]等研究得出的最合理燒烤工藝條件中的燒烤溫度為175 ℃。因此選擇50、110 ℃和本實驗最高溫度170 ℃加熱養殖大黃魚背、腹部肌肉,并對其揮發性成分通過SPME-GC-MS做進一步分析,與新鮮養殖大黃魚的風味物質比較,以探究養殖大黃魚不同部位在不同溫度下揮發性風味物質發生的變化。

表1　背部肉不同加熱溫度下揮發性成分絕對含量Table 1　The absolute content of volatile components of back muscle of cultured Pseudosciaena crocea at different heating temperatures

圖3　不同溫度處理下養殖大黃魚背、腹部肌肉電子鼻數據的PCA圖Fig.3　PCA diagram of electronic nose data of back and abdomen muscle of cultured Pseudosciaena crocea at different temperature treatments注：每個橢圓代表不同溫度加熱養殖大黃魚的數據采集點。

2.2不同部位中揮發性物質的比較由表1、表2可知，新鮮大黃魚肌肉中鑒定出43種揮發性物質,經過50、110和170 ℃加熱的大黃魚肌肉中分別鑒定出50、45和40種揮發性物質。從養殖大黃魚中鑒定出揮發性物質的數量為:新鮮背部肉23種、50 ℃背部肉29種、110 ℃背部肉28種、170 ℃背部肉24種;新鮮腹部肉30種、50 ℃腹部肉35種、110 ℃腹部肉27種、170 ℃腹部肉25種。腹部肉在50、170 ℃溫度下的揮發物質種類均多于背部肉,腹部肉質較為細膩、脂肪含量高、鮮美。其中的揮發性成分主要有酮類、醛類、醇類、酯類、烴類等化合物,Misharina等[10]闡明魚肉的香氣起到重要作用的揮發性成分是酮類、醛類和醇類化合物,尤其是含有8～9個碳原子的不飽和酮、醛和醇類化合物,如3,5-辛二烯-2-酮、辛醛、壬醛、2,6-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇、2-壬烯-1-醇、1,5-辛二烯-3-醇(見表1、表2)。

續表

續表

注：“-”表示未檢出。

表2　腹部肉不同加熱溫度下揮發性成分絕對含量Table 2　The absolute content of volatile components of abdomen muscle of cultured Pseudosciaena crocea at different heating temperatures

續表

注：“-”表示未檢出。

2.2.1酮類化合物及風味特征酮類化合物閾值較低,高于醛類,是由氨基酸降解或多個不飽和脂肪酸熱氧化產生,多數呈現出脂肪香和焦燃味[11-12]。3,5-辛二烯-2-酮是新鮮和50 ℃的背、腹部肉中的典型物質,在新鮮背、腹部肉中含量分別為67.60、47.39 μg/100 g,其對腥味物質起到增強作用,隨溫度升高呈現下降趨勢。僅在背部肉檢出的2,3-戊二酮具有奶油、焦糖和堅果香氣,并帶有醌的微甜氣味,于50 ℃下含量最高,賦予大黃魚較好風味。通過GC-MS共鑒定出10種酮類物質,腹部肉中占有9種,其中6-溴-2-己酮與(E)-3-烯-2-酮是170 ℃的腹部肉的主要酮類物質;并且具有果香味的2-庚酮在50 ℃時含量最高,為26.56 μg/100 g,是大多數魚肉中共有的揮發性成分[13],對養殖大黃魚整體風味有貢獻。

2.2.2醛類化合物及風味特征醛類化合物閾值通常比其他化合物低,并且還能與許多其他物質產生很強的風味協同效應,對整體風味有重要作用,其是脂類化合物在酶和微生物作用下氧化生成[14]。Misharina等[15]認為己醛等飽和直鏈醛會產生令人不愉快的、刺激性的、辛辣的氣味,而單烯醛類化合物有脂香、果香和堅果香。背、腹部肉在不同溫度下均檢測出己醛、庚醛和辛醛,這三種物質于腹部肉中的含量均高于背部肉,且認為是魚肉呈腥味的主要原因[16]。吳靖娜等[17]已表明己醛在新鮮大黃魚魚肉中的相對百分含量最高(14.474%),這與本實驗結果一致,己醛于背、腹部肉中分別為84.55、238.89 μg/100 g,隨溫度上升其含量減少。苯甲醛由斯特克雷爾氨基酸反應生成[18],在170 ℃時含量最高,于背、腹部中分別為58.97、238.29 μg/100 g,是烤花生仁中的主要單羰基化合物,有令人愉快的杏仁香味[19]。在50 ℃時,壬醛含量最高,背、腹部肉分別為145.21、95.20μg/100 g,隨溫度上升,該物質整體呈下降趨勢,具有強烈的甜橙氣息[14],己醛和苯甲醛這兩種物質均對魚肉氣味產生重要影響。有研究烯醛類化合物對氣味有加成作用[20],存在于腹部肉中的(E,E)-2,4-癸二烯醛在170 ℃時含量最高,有油炸過的脂香[21];(E,Z)-2,6-壬二烯醛具有似黃瓜香氣[22],僅存在于50和110 ℃的腹部肉;(E)-4-庚烯醛在170 ℃含量達到最高,呈青草香和脂香,認為其與(E)-2-庚烯醛等烯醛是香魚香氣的主要來源[23],該物質可能與烤魚香味有關。

2.2.3醇類化合物及風味特征醇類化合物閾值較高,對魚肉風味影響較小,除非以較高濃度形式出現,而不飽和脂肪醇是由脂肪酸衍生而來或羰基化合物還原而來[1],閾值較低,具有芳香味和植物香。在背部肉中的醇類物質主要有1,5-辛二烯-3-醇、1-戊烯-3-醇、1-庚-3-醇、2-亞甲基-環戊烷丙醇和(Z)-4-,(Z)-6-辛二烯醇等。腹部肉中主要的醇類物質為1-辛烯-3-醇、2-癸炔-1-醇和2-丙基-1-庚醇。隨著溫度升高,不飽和醇的組成產生顯著變化,如1,5-辛二烯-3-醇、1-戊烯-3-醇和1-辛烯-3-醇在溫度為50 ℃以后就已檢測不出。1-庚-3-醇分別為110 ℃背部肉與170 ℃腹部肉中主要物質;而170 ℃背部肉的典型物質為2-亞甲基-環戊烷丙醇,110 ℃腹部肉中的主要物質是2-丙基-1-庚醇。其中1-辛烯-3-醇是新鮮與50 ℃大黃魚肌肉中主要醇類,是亞油酸氧化產生的氫過氧化物的降解物,呈蘑菇香和青草香,是魚肉中比較常見的醇[24]。1-戊烯-3-醇是由15-脂加氧酶和脂氫過氧化物裂解酶共同催化EPA產生的,有清淡的金屬味道,其僅在新鮮的背部肉中,含量為3.41 μg/100 g,雖然極低但對風味有貢獻[25]。另外產生了很多飽和醇和雜環醇。

2.2.4酯類化合物及風味特征酯類化合物是發酵或脂質代謝生成的羧酸醇酯化的產物,使魚肉呈果香味并帶一絲甜味[26]。背部肉中的十六酸乙酯、2,8-二甲基十一烷酸甲酯和乙酸叔丁酯是其酯類的主要物質,均在110 ℃加熱后產生,其中十六酸乙酯則會帶來蠟香和奶油香氣[27]。酯類化合物在腹部肉中鑒定出最高的兩種物質是亞油酸乙酯(130.70 μg/100 g)和(E,E)-9,12-十八碳二烯酸甲酯(109.91 μg/100 g),但都在加熱后消失。

2.2.5烴類化合物及風味特征烴類化合物閾值一般較高,由脂肪酸中烷氧基的裂解產生,其中飽和烴類氣味溫和,無刺激的腥味[28]。在養殖大黃魚中檢出烴類化合物共25種,包括烷烴8種、烯烴11種、炔烴3種及3種芳香烴。在背部肉中主要的烴類物質有甲苯、十一烷和十五烷,其中甲苯是魚肉中產生的典型香味,可能由類胡蘿卜素降解產生,也可能是糖或者氨基酸的熱降解形成的[29]。天然魚香的主要物質十五烷在背部肉中,含量由新鮮狀態下的60.13 μg/100 g增加到170 ℃的385.33 μg/100 g;在腹部肉中是由高溫加熱后產生。1,4,9-癸三烯、1-十一炔和3-乙基-1,4-己二烯是腹部肉中主要烴類物質。背部肉和腹部肉在不同溫度下烴類化合物含量的差別很大,但隨著溫度升高,種類和絕對含量總體上增多。

2.2.6其他化合物及風味特征呋喃類化合物具有很強烤堅果和烤肉的焦香以及極低的香氣閾值,這些風味物質是由氨基酸與還原糖之間發生美拉德反應生成的。養殖大黃魚檢測出了2-戊基-呋喃、2-乙基-呋喃和反式-2-(2-戊烯基)-呋喃。當溫度從110 ℃升至170 ℃,腹部肉中的2-乙基-呋喃從10.90 μg/100 g增加到47.06 μg/100 g,是一種典型的油脂氧化產物,因其閾值較小,為6 μg/kg,貢獻了一定的蔬菜香和泥土味[30]。

3　結論

新鮮的大黃魚肌肉中鑒定出43種揮發性物質,經過50 ℃、110 ℃和170 ℃加熱的大黃魚肌肉中分別鑒定出50、45和40種揮發性物質。新鮮養殖大黃魚中的醛類物質含量最高,主要貢獻物質為己醛、庚醛和辛醛,使其產生濃厚的腥味;經過50 ℃加熱的魚肉中的揮發性物質的種類最多,主要物質有3,5-辛二烯-2-酮、辛醛、壬醛、2,6-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇、2-壬烯-1-醇、1,5-辛二烯-3-醇,使腥味減少并賦有輕微的魚香味;經過110 ℃加熱的魚肉中的主要物質為烴類,如甲苯、十一烷和十五烷,使魚肉呈甜香,魚腥味很大程度的減弱;經過170 ℃加熱的魚肉呈現較濃的焦香和烤肉味,其主要揮發性物質為烴類和雜環化合物,呋喃類化合物為主要差異物質。通過控制溫度的變化,使大黃魚呈現出預設的氣味,對大黃魚進一步加工提供理論依據。

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