(華中農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院,國家大宗淡水魚加工技術研發(fā)分中心(武漢),湖北 武漢 430070)

基于電子鼻和SPME-GC-MS聯(lián)用分析脆肉鯇魚肉的揮發(fā)性風味成分

榮建華,熊 詩,張亮子,謝淑麗,熊善柏

(華中農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院,國家大宗淡水魚加工技術研發(fā)分中心(武漢),湖北 武漢 430070)

以脆肉鯇魚肉為原料，采用不同加熱方式和加熱溫度，利用電子鼻對其揮發(fā)性物質進行識別，并對采集的數(shù)據(jù)進行主成分分析。采用固相微萃取和氣相色譜-質譜聯(lián)用技術，對脆肉鯇魚肉揮發(fā)性風味成分進行檢測。結果表明:脆肉鯇魚肉分別采用蒸、煮和烤3 種方式和不同溫度條件下加熱，電子鼻可以判別出不同加熱方式和不同加熱溫度條件下的魚肉，并達到顯著水平。氣相色譜-質譜聯(lián)用儀分析顯示確定脆肉鯇魚肉揮發(fā)性物質主要是己醇、2-乙基己醇、1-辛烯-3-醇、己醛、壬醛、2,5-辛二酮等化合物。

脆肉鯇；風味；電子鼻；氣相色譜-質譜聯(lián)用儀；主成分分析

脆肉鯇和其他淡水魚一樣不僅具有豐富的蛋白質和低膽固醇等特點，其獨特的口感備受消費者喜愛。然而，人們對它的研究和認識相對于其他淡水魚來說十分少見，關于其熱加工產(chǎn)生的揮發(fā)性成分更是鮮見報道。魚肉的揮發(fā)性物質除本身外，主要來源于加熱引起的反應風味物質，如美拉德反應和脂肪的氧化與降解產(chǎn)物。因此，原料本身、環(huán)境因素（如品種、產(chǎn)地、飼養(yǎng)方式、性別、年齡及生產(chǎn)季節(jié)等）、熱加工方式（蒸、煮、炸、烤、焙、微波等）等都顯著影響魚肉風味。有關魚肉風味的研究主要集中在海水魚和貝類，如沙丁魚[1-2]、烏頰魚[3-4]、石斑魚[5]、蚌[6]等。海水魚與貝類相比，含有更多的1-戊烯-3-醇、2-乙基呋喃和2,3-戊二酮等揮發(fā)性物質，沙丁魚醇類含量高，基圍蝦胺類和含硫化合物多，貝類是醛類、呋喃和含氮化合物（吡啶、吡嗪和吡咯）[7]。淡水魚也有很少報道，如新鮮鰹魚以鮮香味為主（2,4-戊二烯醛、苯甲醛、辛醇、1-辛烯-3-醇、1-戊烯-3-醇），略有腥味（壬醛、庚醛）；95 ℃加熱，腥味減弱，并產(chǎn)生肉香味（2-戊基-呋喃、2,5-二甲基吡嗪、2-乙酰吡咯、2-異丙基呋喃）[8]。野生草魚的醛酮類含量比養(yǎng)殖草魚低，醇類含量高，由醛酮類化合物引起的腥味比養(yǎng)殖草魚小，風味更好[9]。本研究擬采用電子鼻分析和比較脆肉鯇生鮮樣和不同的加熱方式條件下的熟肉樣的揮發(fā)性物質組成的輪廓圖，進一步采用氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用儀鑒定蒸熟脆肉鯇魚肉的揮發(fā)性成分，無疑有助于對脆肉鯇揮發(fā)性成分的形成機制進一步了解，以及判斷加工方式和加工程度。本實驗以期為脆肉鯇加工及品質控制等方面提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

脆肉鯇:個體質量約5 kg，購于武漢白沙洲水產(chǎn)品批發(fā)市場，魚來源于廣東省中山市小欖鎮(zhèn)。將活魚運到實驗室，即用。

1.2 儀器與設備

Fox4000電子鼻 法國Alpha MOS公司；7890A-5975C GC-MS聯(lián)用儀 美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的前處理

原料的預處理:采用敲擊頭部的方式將魚擊斃，宰殺后，清洗，去腹部排刺，去皮和紅肉，切成5 mm寬的魚片，4 ℃冰箱冷藏，當天備用。

3 種加熱方式:每次樣品約（200±5） g；蒸:向帶有蒸板隔層的不銹鋼鍋內(nèi)裝入1 L水，用電磁爐蒸煮檔1 600 W加熱，水沸騰后，樣品置于隔板上，蓋上蓋子沸水蒸10 min，取出，冷卻；煮:不銹鋼鍋中裝入1 L水，用電磁爐蒸煮檔1 600 W加熱，水沸騰后，樣品置于沸水中，蓋上蓋子沸水煮10 min，取出冷卻；烤:樣品置于烤架上，家用烤箱設置模式溫度210 ℃，兩面加熱，烤箱預先預熱，樣品置于烤箱中，烤制10 min，取出，冷卻。冷卻后的樣品絞碎，4 ℃冰箱冷藏，當天備用。

電子鼻測試樣品:準確稱取絞碎的冷卻樣品3.5 g，置于20 mL頂空瓶中，待測，每個樣品平行3 次。

GC-MS測試樣品:生鮮樣品是生鮮的魚片絞碎，蒸熟樣品是采用上面的蒸制工藝。

1.3.2 電子鼻分析條件

載氣:合成干燥空氣；流速:150 mL/min；頂空產(chǎn)生參數(shù):產(chǎn)生時間600 s，產(chǎn)生溫度90 ℃；攪動速率500 r/min；頂空注射參數(shù):注射體積2 500 μL，注射速率2 500 μL/s；獲得參數(shù):獲得時間120 s，延滯時間600 s。

研究加熱溫度對魚肉的影響，采用頂空產(chǎn)生參數(shù)中產(chǎn)生的溫度分別為40、60、80、90 ℃。蒸、煮、烤采用的頂空產(chǎn)生參數(shù)中產(chǎn)生的溫度為90 ℃。

1.3.3 GC-MS測定揮發(fā)性成分的條件

1.3.3.1 固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）條件

準確稱取5.00 g樣品和1 mL飽和食鹽水置于20 mL頂空樣品瓶中，密封瓶口，穿過瓶口頂端的橡膠密封塞插入萃取裝置，調節(jié)二乙基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/ CAR/PDMS）萃取頭的高度，萃取頭頂端距樣品5 mm左右，然后于40 ℃水浴條件下，頂空萃取40 min后取出萃取頭，并迅速插入GC進樣口中，解吸5 min后，將SPME手柄連同萃取頭取出。

1.3.3.2 GC-MS聯(lián)用儀分析條件

參考付娜[10]、楊玉平[11]和盧春霞[12]等的實驗方法。

GC條件:DB-5毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 ?m）；解吸時間5 min；進樣口溫度250 ℃；升溫程序:柱溫40 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升至250 ℃，保持5 min；載氣（He）流量1.0 mL/min；解吸溫度250 ℃；不分流模式進樣。

MS條件:電子電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；質量掃描范圍m/z 45～400。

1.3.3.3 定性和定量

定性:實驗數(shù)據(jù)通過GC-MSD化學工作站處理，未知化合物與NIST譜庫和Wiley譜庫進行匹配定性，且僅當正反匹配度均大于80（最大值為100）的鑒定結果才予以報道。

定量:通過Excel數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，按面積歸一化法求得各揮發(fā)性成分在魚肉氣味物質中的相對含量。

關鍵風味化合物的確定:采用相對氣味活度值（relative odor activity value，ROAV）法[13]，定義對樣品風味貢獻最大的組分:ROAVstan=100，對其他揮發(fā)性成分按下式計算:

式中:Cri、Ti是各揮發(fā)性組分的相對含量和相對應的感覺閾值；Crstan、Tstan分別是對樣品總體風味貢獻最大的組分的相對含量和相對應的感覺閾值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

樣品數(shù)據(jù)經(jīng)Fox型電子鼻附帶的Alphasoft V11統(tǒng)計分析軟件分析得出傳感器信號強度圖，將經(jīng)過優(yōu)化后的傳感器響應特征值進行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 結果與分析

2.1 不同加熱溫度條件下脆肉鯇魚肉揮發(fā)性物質的PCA

對加熱魚肉的電子鼻檢測數(shù)據(jù)進行PCA，結果見圖1。脆肉鯇和草魚PC1和PC2的累計方差貢獻率分別為99.303%，大于90%，說明PC1和PC2已經(jīng)包含大量的信息量，能夠反映樣品的整體信息。從圖1可以看出，不同加熱溫度的魚肉揮發(fā)性氣味差異明顯，而此差異能在PC1、PC2構建的平面上充分展示。并且在平面上分布很有規(guī)律性，隨著溫度的升高，樣品沿第1主成分軸向左分布。

判別指數(shù)（discrimination index，DI），是電子鼻數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行PCA時提供的樣品區(qū)分程度的表征值，DI在80～100之間表明區(qū)分有效，該值越大，區(qū)分效果越好。圖1顯示的判別指數(shù)為90，說明不同加熱溫度的魚肉，即不同的熟制程度的魚肉可以用電子鼻區(qū)分開來。從圖1可以看出，與初始溫度相比，加熱溫度越高的魚肉數(shù)據(jù)點間距逐漸增大，故分析不同加熱溫度的魚肉樣數(shù)據(jù)點分別趨勢可了解魚肉受熱溫度的變化規(guī)律，這與形成揮發(fā)性成分魚肉蛋白質的組成和結構有關。

表1為不同加熱溫度條件下?lián)]發(fā)性成分響應值兩兩間的距離。從圖1可以看出，60 ℃和80 ℃的魚肉樣品間的距離最小，說明兩者風味的差異最小，40 ℃與90 ℃的魚肉樣品間的距離最大，印證了生肉和熟肉是風味差異顯著。故距離越大表明差別越大，可以進一步說明不同加熱溫度條件下?lián)]發(fā)性成分差別的大小。

2.2 不同烹調方式條件下脆肉鯇魚肉揮發(fā)性物質的PC A

由圖2可知，對脆肉鯇魚肉數(shù)據(jù)進行PCA后得到PC1和PC2的累積方差貢獻率為97.156%，表明不同烹飪方式的魚肉揮發(fā)性成分有差異。圖2中脆肉鯇的DI為79，接近80～100的有效區(qū)間，因此，不同烹飪方式的脆肉鯇魚肉能基本區(qū)別，這主要是因為蒸、煮的數(shù)據(jù)點相對集中，其整體風味輪廓較為相似，烤的烹飪方式香氣濃郁，其數(shù)據(jù)點與蒸、煮的數(shù)據(jù)點距離較遠，差異主要體現(xiàn)在第1主成分軸上。

表2表示不同烹飪方式條件下脆肉鯇魚肉揮發(fā)性成分響應值兩兩間的距離，蒸、煮之間的距離明顯小于兩者與烤的距離，進一步說明蒸煮的烹飪方式的揮發(fā)性風味比較接近，與魚肉烤的方式差異較大。

2.3 SPME-GC-MS法分析脆肉鯇魚肉的揮發(fā)性成分

由表3可知，脆肉鯇生鮮、蒸熟魚肉分別檢測出25 種和52 種揮發(fā)性風味成分，主要由醇類、醛類、酮類、酸類、烴類、酯類等組成。生鮮脆肉鯇魚肉的揮發(fā)性成分中相對含量較高的化合物分別是己醇（2.87%）、2-乙基己醇（3.28%）、1-辛烯-3-醇（1.38%）、己醛（2.77%）、壬醛（2.36%）、戊酸異丁酯（2.36%）等化合物。蒸熟脆肉鯇魚肉的揮發(fā)性成分中相對含量較高的化合物分別是己醇（1.17%）、2-乙基己醇（2.72%）、1-辛烯-3-醇（2.54%）、己醛（3.00%）、壬醛（6.14%）、2,5-辛二酮（1.39%）、甲基環(huán)戊烷（1.37%）等化合物。其中己醇、2-乙基己醇、1-辛烯-3-醇、己醛和壬醛是生鮮和蒸熟的脆肉鯇魚肉共同的主要揮發(fā)性物質。而生魚肉的揮發(fā)性成分遠低于熟魚肉?？梢婔~肉熟制過程中發(fā)生了許多化學反應，主要是美拉德反應和脂類氧化，這些反應導致了大量對魚肉香味有貢獻的香氣化合物的形成。由于魚肉是熟制后檢測的風味，并不是在線檢測，會造成實測值與真實值之間存在一定的差異，本實驗測試的結果與其他魚風味物質之間有一些差異，可能是品種、環(huán)境、提取方法、儀器性能等造成的影響。

由于揮發(fā)性化合物相對含量與風味特征并沒有直接的關系，其對總體風味的貢獻由揮發(fā)性組分在風味體系中的濃度和感覺閾值共同決定。因此，為進一步確定脆肉鯇魚肉的主體風味成分，結合表3所示的揮發(fā)性成分的相對含量和感覺閾值，其中壬醛在生鮮和蒸熟的脆肉鯇魚肉中的相對含量較高，分別是2.36%和6.14%，且其閾值較小，為1 μg/kg，綜合分析其對脆肉鯇魚類的總體風味貢獻最大，所以定義壬醛ROAVstan=100，在分析美國紅魚、大黃魚和鱸魚的主體風味時，也是定義壬醛的ROAV為100[12]。其他揮發(fā)性風味化合物的ROAV可由公式（1）計算得到，從而分析出脆肉鯇魚肉的主體風味成分構成，并對重要的風味化合物的氣味特征進行描述，結果見表4。顯然，所有組分均滿足0≤ROAV≤100，且ROAV越大的組分對樣品總體風味的貢獻也越大。一般認為，當ROAV不小于1的物質為所分析樣品的主體風味成分[13]，但ROAV不小于0.1且不大于1的物質對樣品總體風味也有比較重要的影響。

由表4可知，生鮮脆肉鯇魚肉的主體風味成分是壬醛、戊酸異丁酯、己醛、1-辛烯-3-醇等化合物構成。蒸熟脆肉鯇魚肉的主體風味成分是壬醛、癸醛、己醛、1-辛烯-3-醇等構成?？偟膩碚f，脆肉鯇魚肉的主體風味是由醛類和烯醇類構成，其他成分對風味的貢獻較小。

醇類大多數(shù)是由脂質氧化分解而來的，一般認為，飽和醇的風味閾值較高，對魚肉風味的整體貢獻較小。如己醇在脆肉鯇魚肉中的相對含量較高，但其閾值也較高為250 μg/kg，ROAV＜1，對魚肉的風味貢獻不大。但有些不飽和醇閾值較低，可能會對風味有較大貢獻，如1-辛烯-3-醇在生、熟脆肉鯇魚肉中的含量分別是1.38%、2.54%，其閾值為10 μg/kg，對應的ROAV分別5.85和4.14，對脆肉鯇魚肉的風味貢獻都較大。1-辛烯-3-醇是一種亞油酸的氫過氧化物的降解產(chǎn)物，表現(xiàn)為土腥味[14]、蘑菇味[15]，普遍存在于淡水魚及海水魚的揮發(fā)性物質中。

醛類物質由于其閾值較低，在脆肉鯇魚肉中分離鑒定比較多的揮發(fā)性化合物，對魚肉總體風味具有重要的貢獻。烷基醛和烯醛可能是由多不飽和脂肪酸如亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸氧化形成的氫過氧化物的裂解產(chǎn)物[16]。己醛是亞油酸自動氧化產(chǎn)生的13-氫過氧化物斷裂后生成的產(chǎn)物[17]。飽和直鏈醛如己醛（青草味）[18]、庚醛（魚腥味）[19]、壬醛（魚腥味、脂肪香氣）[18,20]、癸醛對脆肉鯇魚肉的風味均有較大的貢獻，這些飽和直鏈醛對美國紅魚、大黃魚和鱸魚的風味也均有較大貢獻[12]，飽和直鏈醛通常呈現(xiàn)出一些令人不愉快的、辛辣的、刺激性氣味，普遍存在于淡水魚中[21]。

烴類化合物可能是通過烷基自由基的脂質自氧化過程或類胡蘿卜素的分解產(chǎn)物，其閾值較高，因此對魚肉風味的形成貢獻很小，但它們可能有助于提高魚肉的整體香味效果。

此外，魚肉的風味也可能因環(huán)境的污染物質而受到影響。其中一些含苯化合物如苯、甲苯類化合物就是造成魚肉中令人不愉快的風味物質，本實驗中檢測出比較多的二甲苯及苯的衍生物等化合物。實驗中檢出的萘和甲基萘也可能是從環(huán)境污染物轉移到魚體內(nèi)而被鑒定出的。而這些物質可在魚類發(fā)生生物累積而不斷富集。本實驗中檢測出含苯和萘的化合物，與盧春霞[12]、王錫昌[22]等的研究結果類似，說明現(xiàn)在很多魚受到環(huán)境的污染。

3 結 論

不同加熱溫度（40、60、80 ℃和90 ℃）條件下脆肉鯇魚肉，即不同的熟制程度，可以用電子鼻判別出來。脆肉鯇魚肉采用蒸、煮和烤3 種常見的熱加工方式來進行熟制，電子鼻可以很好地區(qū)別3 種加熱方式，為判別魚肉的加工方式提供了快速檢測的依據(jù)。

采用SPME和GC-MS聯(lián)用，確定脆肉鯇魚肉主要的揮發(fā)性化合物組成。其主要由醇類和醛類等組成。生鮮脆肉鯇魚肉的揮發(fā)性成分中相對含量較高的化合物分別是己醇、2-乙基己醇、1-辛烯-3-醇、己醛、壬醛、戊酸異丁酯等化合物。蒸熟脆肉鯇魚肉的揮發(fā)性成分中相對含量較高的化合物分別是己醇、2-乙基己醇、1-辛烯-3-醇、己醛、壬醛、2,5-辛二酮、甲基環(huán)戊烷等化合物。魚肉蒸熟后，對風味貢獻較大的己醛、壬醛、奎醛的相對含量顯著增加，而戊酸異丁基酯則檢測不到。熟魚肉的揮發(fā)性風味成分遠高于生鮮魚肉。脆肉鯇魚肉的主體風味成分主要是壬醛、己醛、1-辛烯-3-醇等化合物構成。

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Analysis of Volatile Flavor Components in Crisp Grass Carp Muscle by Electronic Nose and SPME-GC-MS

RONG Jianhua, XIONG Shi, ZHANG Liangzi, XIE Shuli, XIONG Shanbai
(National R & D Branch Center for Conventional Freshwater Fish Processing (Wuhan), College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

Electronic nose was used to identify the volatile odor of crisp grass carp meat cooked by different methods at temperatures. Principal component analysis was employed to analyze the electronic nose signal. The volatile components of crisp grass carp were confirmed by solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC-MS). The results showed that electronic nose could significantly distinguish among the crisp grass carp meat samples cooked at different temperatures by different heating methods including steaming, boiling and roasting. The main volatile substances were hexanol, 2-ethyl hexanol, 1-octene-3-alcohol, hexanal, nonyl aldehyde and 2,5-symplectic diketone, analyzed by SPME-GC-MS.

crisp grass carp; flavor; electronic nose; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); principal component analysis (PCA)

TS254.4

A

10.7506/spkx1002-6630-201510025

2014-10-14

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項(CARS-46-23)

榮建華(1972—),女,副教授,碩士,研究方向為淡水魚加工與保鮮。E-mail：rong@mail.hzau.edu.cn