臭氧水處理對冷藏期內草魚魚片揮發性成分的影響

陳思遠,劉 杰

(江南大學食品學院,江蘇無錫 214000)

草魚是我國大宗養殖品種之一,產量位居世界第一[1],其營養豐富且味道鮮美,是優質的食材和蛋白資源。臭氧具有極強的廣譜殺菌作用及氣味去除作用,半衰期短、易分解,是一種環境友好型化學試劑。

草魚通常棲息于水域的中、下層,易受生長環境的影響而導致魚肉呈土腥氣味,且其極易在內源酶和微生物的共同作用下發生腐敗,產生腐臭氣味,這些氣味易被消費者感知,且為之厭惡,是草魚售賣、加工的掣肘。通常,己醛、1-辛烯-3-醇、2,3-辛二酮被認為是魚體土腥氣味的重要貢獻者[2-4]。目前,水產品去腥研究較多聚焦于去腥劑的加入,周若琳等[2]將生姜提取液與魚糜混合,所得去腥效果良好;葛勝晗等[3]研究發現紅茶可有效去除海螺肉所帶腥味,并能夠延緩海螺肉在貯藏期間不良氣味的產生;王振華[4]研究認為面包酵母細胞液法具有最佳去腥效果。同時,臭氧水處理已被證明具有良好滅菌[5]和不良氣味去除效果[6]。

因此,本實驗將對被臭氧水處理的草魚魚片進行電子鼻和氣相色譜-質譜聯用(Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)分析,以期證明臭氧水處理能夠有效去除草魚本身所攜帶的土腥氣味,且能夠延緩或抑制貯藏過程中腐臭氣味的產生。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

活草魚 購于無錫歐尚超市高浪店,每尾重量約為(3.0±0.5) kg;氯化鈉 分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

ARD-W02T-NF動態臭氧水工作站 上?？稻孟炯夹g有限公司;Heracles Ⅱ快速氣相色譜電子鼻 法國Alpha MOS S.A.有限公司;SCIONSQ-456-GC氣質聯用儀 美國布魯克公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 將新鮮草魚用木錘擊暈至無劇烈跳動、宰殺后,切成厚度約為1 cm的魚片,去除表面血污,之后將草魚魚片置于濃度為5.38 mg/L的流動臭氧水中進行處理,分別處理0(不處理)、4、8 min后,置于無菌PE自封袋中,4 ℃下貯藏待測。所得樣品按臭氧水處理時間分為對照組(未進行臭氧水處理)、4 min處理組以及8 min處理組;3個處理組均于貯藏后0(樣品經處理后立即開始檢測)、5和10 d時進行取樣。

1.2.2 電子鼻檢測 將樣品與飽和氯化鈉溶液以1∶2 (m/V)的比例制成勻漿液,取5 g勻漿液置于20 mL頂空進樣瓶中,待測。

電子鼻條件:樣品孵化溫度40 ℃,孵化時間30 min;進樣體積1000 μL,進樣速度125 μL/s,進樣口溫度200 ℃,進樣時間13 s;捕集阱初始溫度30 ℃,不分流;FID檢測器與閥門溫度均為250 ℃。

1.2.3 GC-MS檢測 樣品勻漿液制備方法如1.2.2所示,取10 g勻漿液于20 mL頂空進樣瓶中,待測。采用50/30 μm DVB/CAR on PDMS萃取頭進行頂空固相萃取。樣品經45 ℃水浴輔以磁力攪拌萃取30 min后,迅速將萃取頭移至氣相色譜進樣口,解吸時間5 min,開始檢測。

色譜條件:色譜柱為DB-WAX毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度250 ℃,升溫程序設置為,柱溫40 ℃,保持3 min,以6 ℃/min速度升溫至100 ℃,再以10 ℃/min速度升溫至230 ℃,保持7 min;載氣(He)流速0.8 mL/min;不分流進樣。

質譜條件:電子轟擊離子源,離子源溫度200 ℃;電子能量70 eV;質量掃描范圍35～450 amu。

1.3 數據處理

電子鼻檢測數據由Alphasoft軟件進行主成分分析(principal components analysis,PCA)與判別因子分析(discriminant factor analysis,DFA);GC-MS檢測數據由Xcalibur軟件分析處理,將檢測所得物質于NIST譜庫和Willey譜庫進行檢索,以匹配度確認檢測結果。采用Origin 9.5軟件繪圖,SPSS 21.0軟件對實驗數據進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 電子鼻檢測結果分析

PCA是常見的數據分析方法,可快捷有效地分析不同樣品內揮發性成分的相似程度[7]。如圖1a所示,PC1與PC2分別為樣品中第一主成分和第二主成分的方差貢獻率,兩者的值分別為87.995%和8.779%,累計貢獻率達96.774%,同時,圖1a中判別指數(discrimination index,DI)為89,顯示此圖譜能夠較完整地反映各個樣品的揮發性成分,且各個樣品之間的區別效果較佳。此外,在圖1a中,各樣品所形成的散點無重疊情況,說明各個樣品整體氣味差異明顯。0 d時,3個處理組之間,8 min處理組樣品較4 min處理組樣品與對照組樣品距離更遠,表明臭氧水處理可有效改變樣品氣味,且其處理效果隨處理時間的延長而愈發顯著。

DFA是常見的定性判別統計方法,較PCA而言,此方法區分不同樣品效果更佳,且各樣品組內離散度更小[8]。由圖1b可知,分析所得累計判別因子為95.983%,表明各樣品氣味數據能夠通過DFA得到有效的區分,各樣品被區別情況與PCA結果較為一致。分析圖1兩張圖譜,可發現臭氧水處理組樣品在貯藏期內更加接近于新鮮樣品(0 d-Control),顯示臭氧水處理組樣品氣味變化程度小于對照組。

圖1 不同貯藏期各處理組草魚魚片PCA(a)與DFA(b)圖譜Fig.1 PCA(a)and DFA(b)plots of grass carp fillets from different treatment groups during different storage

2.2 揮發性成分的GC-MS檢測結果分析

草魚魚片揮發性成分檢測結果如表1所示。在貯藏期間內,3個處理組中所有樣品共檢出43種主要揮發性物質,包括醛類(8種)、醇類(9種)、酮類(7種)、酯類(7種)、其它類(12種)。此外,樣品所含揮發性物質中包括大量的烴類物質,但烴類物質閾值較高[9],對樣品風味影響較小,故不作分析。

表1 不同貯藏期各處理組草魚魚片揮發性成分變化Table 1 The changes in VOCs of grass carp fillets from different treatment groups during storage

2.2.1 臭氧水處理對草魚魚片揮發性成分的影響

2.2.1.1 臭氧水處理前(新鮮)草魚魚片揮發性成分的組成分析 將0 d的對照組草魚魚片視為新鮮樣品。對其進行揮發性成分分析可得知,其主要揮發性成分為醛類、醇類、酮類、少量酯類以及其它物質。

如表1所示,新鮮樣品中醛、醇類物質含量較大。醛類物質閾值較低,且該類物質之間具有協同疊加效應,是影響魚類氣味的重要成分[9];醇類物質一般呈芳香氣息,閾值較醛類物質更高,通常為脂肪酸氫過氧化物降解或羰基化合物還原產物[10]。在檢出的醛、醇類物質中,己醛呈青草味、酸腐味,可由脂肪酸氧化產生[11],被認為是魚腥味的重要貢獻者,占檢出醛類物質的71.41%,與楊晶[12]研究結果相似;戊醛與癸醛富含于水產品餌料之中,可影響水產品的特征風味,是水產品重要腥味物質[13];己醇呈水果香味,占已檢出醇類物質的66.42%,廣泛存在于水產品中[12];1-辛烯-3-醇呈泥土味,閾值極低,是廣泛存在于多數水產品的揮發性物質,為草魚土腥味的重要貢獻者[14]。此外,庚醛、辛醛、壬醛、苯甲醛、1-戊烯-3-醇、戊醇、庚醇、壬醇等物質也被檢出,并呈現出不同氣味[15-19]。

酮類物質可能由脂肪酸氧化、氨基酸降解或微生物繁殖產生,被認為可增加腥味[20]。如表1所示,新鮮草魚魚片中含量最大的酮類物質是2,3-辛二酮,該物質在多數水產品中均有存在,且能夠對產品風味做出較大的貢獻[10]。有研究認為2,3-戊二酮可增強腥味,可能是酮酸脫羧或脂肪氧化的產物[21]。乳酸乙酯具有果香,可能由草魚體內糖原代謝所得乳酸酯化而成。此外,還有微量3-辛酮、甲基庚烯酮、2-丁酮、2-戊基呋喃被檢測到,有機酸類和硫化物并未在新鮮樣品中檢測到。另外,在檢測結果中還存在甲苯、對二甲苯、萘以及1-甲基萘等具有不愉快氣味的物質,苯系物可由脂肪酸或氨基酸氧化產生,但以上物質更多被認為存在于水產品生長環境,繼而被水產品吸收[22]。

2.2.1.2 臭氧水處理后草魚魚片揮發性成分的組成分析 由表1可知,第0 d時,新鮮草魚魚片經臭氧水處理后,絕大部分揮發性物質均有減少,癸醛、1-戊烯-3-醇和3-辛酮等相對含量較少的物質甚至完全被除去。作為土腥氣味重要貢獻者,新鮮魚片中己醛、1-辛烯-3-醇和戊醛經臭氧水處理4 min后被去除率分別可達25.47%、66.40%以及20.12%,處理8 min后被去除率分別可達53.38%、63.24%以及60.95%。此外,己醇、戊醇以及2,3-辛二酮等含量較多的揮發性物質也均有大幅下降,經處理8 min后被去除率均超過50%,證明臭氧處理對草魚魚片揮發性成分的去除效果良好,可有效去除魚片所帶土腥氣味,與電子鼻所得結果一致。

此外,對比分析4 min處理組與8 min處理組的揮發性物質含量可知,部分物質于兩組間含量差異顯著(P<0.05),如后者中己醛、己醇和戊醛含量分別僅為前者中的62.55%、78.80%以及48.89%。在過往的研究中,Zhang等[23]用臭氧水處理鳙魚5、10和15 min,得到特征揮發性物質去除率分別為42.09%、53.84%以及54.28%,表明一定范圍內的臭氧水處理時間對揮發性物質的去除具有較大影響。

2.2.2 貯藏期間草魚魚片揮發性成分變化分析 由表1可知,在10 d的貯藏期內,各組樣品所含揮發性物質的含量均有所變化,且變化趨勢基本一致。在貯藏末期時,各處理組均被檢出新鮮草魚魚片中未檢出的成分,如硫代乙酸甲酯、吲哚以及胺類等物質,這些物質可能是造成樣品腐敗異味的原因。貯藏期達5、10 d時,3組間的部分揮發性物質仍有顯著(P<0.05)差異,說明臭氧水處理對樣品氣味的影響依然存在,證明臭氧水處理可有效延緩貯藏期間樣品腐臭氣味的產生。

2.2.2.1 醛類物質變化分析 如表1所示,大部分醛類物質含量呈下降趨勢,如第10 d時,對照組、4 min處理組和8 min處理組所含己醛值,分別僅為其對應初始值的4.79%、3.28%以及10.89%;戊醛、庚醛、苯甲醛在貯藏末期甚至完全消失。高沛[24]認為,醛類物質含量下降可能與其自身降解反應,或其與氨基酸等物質反應有關。此外,在貯藏末期有異戊醛產生,這可能與微生物繁殖或其他物質降解有關[25]。通常魚體中醛類物質含量的多少被認為與魚體腥味程度有關,該類物質含量降低可能會表現為樣品腥味的減弱。

2.2.2.2 醇類物質變化分析 己醇、戊醇、庚醇以及辛醇的含量隨貯藏時間的延長而逐漸下降,這些物質在新鮮樣品中含量較大,但在貯藏末期僅以痕量存在,或者完全消失。與之相反,異戊醇、1-辛烯-3-醇以及反式-2-辛烯-1-醇含量隨貯藏時間而增加,對照組中的異戊醇和1-辛烯-3-醇含量在貯藏期內增長率分別為1787.88%與33.20%,造成這些物質含量增加的原因可能是微生物的繁殖代謝,或脂肪酸氧化降解[26]。鑒于異戊醇、1-辛烯-3-醇以及反式-2-辛烯-1-醇含量的增加,樣品在貯藏期間可能呈現出腐臭、泥土氣味的增強。

2.2.2.3 酮類物質變化分析 在新鮮樣品中含量較高的2,3-辛二酮和2,3-戊二酮在貯藏過程中逐漸減少,2-丁酮、甲基庚烯酮也僅在貯藏前期出現,其原因可能是這些酮類物質與樣品內其余物質發生反應,或自身發生了氧化降解。相反的是,3-羥基-2-丁酮及2-壬酮的含量在貯藏期內逐漸增加,可能是由微生物代謝產生[27]?？傮w而言,在貯藏末期檢出的酮類物質含量較低,對樣品氣味的貢獻可能較小。

2.2.2.4 酯類物質變化分析 貯藏期間,醇類和羧酸類物質易在微生物酶的作用下發生酯化反應[28]。如表1所示,酯類物質在貯藏后期的種類、含量均高于貯藏前期,如新鮮樣品中不含的乙酸乙酯、丙酸乙酯、硫代乙酸甲酯、正己酸乙酯、棕櫚酸乙酯以及4-羥基磷酸苯酯在貯藏期間被檢出,或者含量逐漸上升。其中,貯藏末期含量最高的硫代乙酸甲酯,是肉制品腐敗特征揮發性物質,可能是因為貯藏末期大量微生物繁殖而導致其含量急劇增大,使樣品呈腐臭氣味[29]。

2.2.2.5 其它類物質變化分析 在貯藏后期,丙酸和2-甲基丁酸開始被檢測到,這些小分子有機酸可能來源于草魚魚片內碳水化合物等物質的分解[24]。硫化物二甲基二硫、二甲基三硫、吲哚以及胺類物質也在貯藏后期出現,表明樣品已經發生腐敗,呈現出腐臭氣息[30-31]。此外,貯藏早期中出現的苯系物質、萘以及檸檬烯在貯藏后期仍有存在。相反的是,2-戊基呋喃與1-甲基萘隨貯藏時間的延長而消失。

3 結論

本實驗采用電子鼻及頂空固相微萃取結合GC-MS的方法對不同臭氧水處理時間、不同貯藏天數的草魚魚片進行了揮發性成分檢測分析。檢測結果顯示,臭氧水處理可有效改變草魚魚片的揮發性成分,且貯藏期間草魚魚片氣味成分變化明顯;從貯藏期間內所有樣品中共檢測出43種主要揮發性物質,新鮮樣品中己醇、己醛、1-辛烯-3-醇、2,3-辛二酮、乳酸乙酯等物質含量較大;此外,在貯藏期內,醛類物質總體含量呈下降趨勢,具有發酵、腐敗氣味的異戊醇、1-辛烯-3-醇、硫代乙酸甲酯、二甲基二硫、吲哚以及胺類物質隨貯藏時間而逐漸累積。對比3組檢測結果可知,臭氧水處理可有效去除己醛、戊醛、1-辛烯-3-醇、2,3-辛二酮等土腥氣味物質;且在貯藏過程中,臭氧水處理組所含異戊醇、1-辛烯-3-醇、硫代乙酸甲酯等物質的含量仍顯著(P<0.05)低于對照組,證明臭氧水處理可有效去除草魚魚片的土腥氣味并具有延緩儲藏期內樣品腐臭氣味產生的作用。