崔晨茜,韓姣姣,董麗莎,張紅燕,司開學(xué),王朝陽,周 君,張春丹,蘇秀榕

(寧波大學(xué)海洋學(xué)院,浙江寧波 315211)

溫度與海帶揮發(fā)性成分量效關(guān)系的解析

探討不同溫度處理的海帶揮發(fā)性成分的差異。電子鼻分別檢測不同加熱溫度(100、115、135、150 ℃)的條件下海帶和生鮮海帶間氣味的表征,對所獲得的數(shù)據(jù)進行主成分分析。采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測并分析生鮮、100 ℃加熱以及150 ℃加熱條件下海帶的揮發(fā)性風(fēng)味成分。電子鼻對不同條件下處理的海帶樣品的定性分析快速靈敏。運用GC-MS技術(shù)鑒定出生鮮海帶、100 ℃和150 ℃加熱海帶中分別含有30種、43種、64種揮發(fā)性風(fēng)味成分,主要包括一些烴類化合物、醛類化合物、醇類化合物以及酮類化合物。它們的協(xié)同作用構(gòu)成了海帶的特殊風(fēng)味。己醛、辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛和1-辛烯-3-醇是生鮮海帶的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。經(jīng)過100 ℃加熱的海帶中風(fēng)味的形成主要是十五烷、己醛、辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、反-2-庚烯醛、2,4-癸二烯醛、醛類物質(zhì)以及2-戊基呋喃的共同作用;150 ℃加熱以后除了壬醛、2,4-壬二烯醛、己醛、辛醛和十五烷以外,出現(xiàn)了8-十七烯、糠醛、5-甲基糠醛等物質(zhì),它們對其風(fēng)味的形成起主要作用。

海帶,電子鼻,頂空固相微萃取,氣-質(zhì)聯(lián)用儀,揮發(fā)性成分

海帶(Laminariajaponica)是一種在低溫海水中生長的大型的食用藻類,我國的海帶在自然分類上隸屬于褐藻門(Phaeophta),褐藻綱(Phaeosporeae),海帶目(Laminariales),海帶科(Laminaroaceae),海帶屬(Laminaria)。海帶中富含碘、鉀、鎂、鐵、鈣、鋅、硒等礦物質(zhì)以及胡蘿卜素、VB2等維生素[1],還含有甘露醇、褐藻酸、海帶素等活性物質(zhì),在調(diào)節(jié)血脂、降血糖、降血壓、抗凝血、抗腫瘤、抗突變、防輻射、抗病毒和增強免疫功能等方面有特殊功效,具有極高的食用價值[2]。目前,國內(nèi)外對于海帶的研究主要集中在海帶中多糖[3-5]、膳食纖維[6]、多酚[7-8]等活性物質(zhì)的提取和利用,使得海帶中的生物活性物質(zhì)在化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。同時,海帶作為一種比較受歡迎的健康食品其本身卻具有很濃的藻腥味,近年來,海帶復(fù)合食品的開發(fā)也越來越受到研究者的青睞。在我國,海帶飲料[9]、海帶泡菜[10]、海帶果丹皮[11]、海帶醬油[12]等產(chǎn)品,不僅利用了海帶中豐富的營養(yǎng)成分,也對海帶的腥味在一定程度上進行了掩蓋。國內(nèi)外對于海帶揮發(fā)性風(fēng)味成分研究的報道較少,如果能研究出海帶的主要腥味物質(zhì)以及加熱過程中腥味物質(zhì)的變化,就可以在海帶產(chǎn)品深加工過程中有的放矢地采取一些具體措施來去除海帶的腥味。本文采用電子鼻、頂空固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)技術(shù),對生鮮及熱處理海帶的揮發(fā)性風(fēng)味成分進行了定性定量分析,旨在為海帶的揮發(fā)性風(fēng)味成分的研究和未來海帶產(chǎn)品的進一步開發(fā)利用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

生鮮海帶 由象山縣海帶養(yǎng)殖公司提供;丁酸乙酯(分析標準品,純度為99%) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

萃取頭(65 μm PDMS) 美國Supelco公司;電子鼻(PEN3,配備WinMuster 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)) 德國Airsence公司;Gas Chromatography and Mass Spectrometry簡稱GC-MS(7890/M7-80EI) 美國Agilent公司、北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;15 mL螺旋塞樣品瓶 上海安普科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的制備 電子鼻樣品:稱取0.5 g生鮮海帶于15 mL樣品瓶中,壓蓋密封,分別在100、115、135、150 ℃條件下加熱1 h,用于電子鼻檢測。

GC-MS樣品:稱取0.5 g生鮮海帶并迅速放入15 mL的樣品瓶中密封備用,另取0.5 g上述海帶置于15 mL的樣品瓶中分別在100、150 ℃條件下保溫1 h,在樣品中加入0.5 mL稀釋過的丁酸乙酯溶液(0.95 μg/g)作為內(nèi)標物質(zhì)。將萃取頭在氣相色譜的進樣口250 ℃的條件下老化30 min后,插入含有丁酸乙酯溶液(0.95 μg/g)內(nèi)標物質(zhì)的樣品瓶中,經(jīng)過頂空固相微萃取后,置于氣質(zhì)聯(lián)用儀的氣相色譜進樣口250 ℃解吸2 min,用于GC-MS分析檢測[13]。

1.2.2 色譜條件 VOCOL毛細管色譜柱(60 m×0.32 mm,1.8 μm);載氣He,流速為0.3 mL/min;采用不分流模式進樣,時間為0.5 min,恒壓35 kPa;進樣口溫度與接口溫度均為210 ℃,檢測溫度為210 ℃,檢測器為FID;采用程序升溫方法:起始柱溫為35 ℃并保持2 min,以3 ℃/min 的速度升至40 ℃,保持1 min,再以5 ℃/min速度升至210 ℃,保持30 min。

1.2.3 質(zhì)譜條件 離子源溫度為200 ℃,電離方式為電子轟擊(electron impact,EI)模式,電子能量70 eV,掃描質(zhì)量范圍為45～1000 u。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析 電子鼻信號采集時間為200 s,取穩(wěn)定后的第199～200 s的數(shù)據(jù)并運用配套的WinMuster 軟件進行線性判別分析(Linear Discriminant Analysis,LDA)。LDA分析更加注重樣品在空間中的分布狀態(tài)及彼此間的距離[14]。將所提取傳感器的多指標信息進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和降維,并對降維后的特征向量進行線性分類,最后在LDA分析的散點圖上顯示出主要的兩維散點圖。一般情況下,總貢獻率超過70%的方法即可使用。

GC-MS數(shù)據(jù)利用計算機檢索,同時通過NIST 08和WILEY 09譜庫相互匹配進行定性分析。譜庫中化合物相似度低于80(最大值為100)的組分標為未鑒定出。各組分相對含量按照峰面積歸一化法計算,然后根據(jù)內(nèi)標物的量,計算樣品中各揮發(fā)性組分的絕對含量(丁酸乙酯μg/g)=ΩAi/(A×m)式中:Ω為添加入檢測樣品的丁酸乙酯內(nèi)標的質(zhì)量(μg);Ai為各揮發(fā)性組分的峰面積;A 為內(nèi)標物質(zhì)的峰面積;m為被測樣品的質(zhì)量(g)。

用Excel 2016和SPSS 13.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。所有實驗均作三次重復(fù),測定結(jié)果以均值±標準差表示。實驗數(shù)據(jù)采用ANOVA進行鄧肯(Duncan)差異分析,以p<0.05為顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子鼻檢測

從LDA分析圖可以看出,5個海帶樣品被明顯地區(qū)分開來。第一主成分LD1(89.76%)和第二主成分LD2(6.48%)的累計貢獻率達到96.24%,能夠代表海帶的整體風(fēng)味信息。隨著溫度的變化,海帶揮發(fā)性氣味的分布呈現(xiàn)出一定的聚類現(xiàn)象,且數(shù)據(jù)的分布越緊密,采集到的氣味就越相似。其中100 ℃和115 ℃海帶的整體風(fēng)味、135 ℃和150 ℃海帶的整體風(fēng)味比較接近,因此選擇100 ℃和最高溫度150 ℃處理海帶,并與生鮮海帶進行比較。生鮮海帶與這兩組相比差異較大。這說明溫度對海帶風(fēng)味的影響較大。

圖1 不同溫度處理下海帶電子鼻數(shù)據(jù)的LDA圖Fig.1 LDA plots of e-nose data for the different temperature treatment of Laminaria japonica

2.2 揮發(fā)性物質(zhì)的種類

通過GC-MS檢測從生鮮海帶、100 ℃加熱海帶、150 ℃加熱海帶中鑒定出的揮發(fā)性物質(zhì)分別為30種、43種、64種。并通過與內(nèi)標物質(zhì)(丁酸乙酯)進行了定量分析。從揮發(fā)性成分看,主要包括烴類、醛類、酮類、醇類、酯類以及一些其它類別的化合物。

表1 不同溫度處理海帶樣品的GC-MS分析結(jié)果

續(xù)表

注:a,b,c不同小寫字母表示相同指標內(nèi)的差異顯著(p<0.05);“-”表示未檢出。2.2.1 生鮮海帶的揮發(fā)性成分 生鮮的海帶中具有一種強烈的腥味和特殊的藻香味,陳婉珠[15]等在對海帶腥味物質(zhì)的HS-SPME-GC-MS分析中得出:一些烯醛類及烯醇類等不飽和揮發(fā)性物質(zhì)可能對海帶特殊藻香味有特殊的貢獻,而對海帶的藻腥味貢獻最大的物質(zhì)則可能是羧酸類、烷烴類及芳香環(huán)基類等物質(zhì)。本文通過GC-MS檢測出生鮮的海帶中烴類物質(zhì)的絕對含量為1.28 μg丁酸乙酯/g樣品,其中十五烷是天然魚香的主要香氣物質(zhì)[16]。乙苯是腐敗大馬哈魚的標記物[17]。生鮮海帶中醛類物質(zhì)的絕對含量為4.42 μg丁酸乙酯/g樣品,高于其他幾種物質(zhì)且多數(shù)醛類物質(zhì)的感官閾值較低。其中,壬醛含量最高,感覺閾值為1[18],具有脂肪香味[19]。己醛含量次之,感覺閾值為4.5[20],有青草味[21]。反-2-辛烯醛感覺閾值為1[22],也具有青草氣味。反-2-癸烯醛的感覺閾值為0.3[23],對海帶的腥味貢獻較大。苯甲醛的感覺閾值為350[18]且具有杏仁香和堅果的香味[19],被廣泛應(yīng)用于香料工業(yè)。酮類物質(zhì)的感覺閾值高于醛類,酮類是生鮮魚類的風(fēng)味物質(zhì)[24]。生鮮海帶中的酮類物質(zhì)主要是1-辛烯-3-酮、2-甲基-5-庚烯-酮、2-壬酮、6,10-二甲基-5,9-十一烷烯-2-酮和反-β-紫羅蘭酮。酮類對腥味物質(zhì)起到增強作用,尤其是烯酮類化合物,如3,5-辛二烯-2-酮[25]。醇類物質(zhì)中1-辛烯-3-醇的含量明顯高于其他醇類,且1-辛烯-3-醇的感覺閾值為1[26],有蘑菇味和泥土味[17],故認為其對生鮮海帶的風(fēng)味有重要貢獻。所以認為己醛、辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛等一些醛類以及1-辛烯-3-醇對生鮮海帶風(fēng)味的形成起主要作用。

2.2.2 加熱100 ℃海帶的揮發(fā)性成分 海帶加熱100 ℃以后,可能由于高溫使脂肪酸烷氧基發(fā)生裂解導(dǎo)致烴類化合物的含量顯著增加,具有天然魚香、硅藻香的十五烷含量增加尤為顯著,由0.43增加至37.3,認為其對100 ℃加熱海帶風(fēng)味的形成有重要作用。加熱后生成的十一烷、十七烷、十九烷、合金歡烯等一些烴類物質(zhì)可能對100 ℃加熱海帶風(fēng)味的形成產(chǎn)生一定的影響,己醛、辛醛、壬醛、癸醛、反-2-庚烯醛、2,4-癸二烯醛等醛類的含量顯著增加,新生成的反-2-庚烯醛的感官閾值為0.8,具有青草香味[26],而2,4-癸二烯醛是很多魚類的腥味物質(zhì)。加熱后醇類物質(zhì)的總量變化不大,但是具有泥土味和蘑菇香氣的1-辛烯-3-醇含量顯著降低。和生鮮海帶相比,100 ℃加熱海帶中酮類物質(zhì)的總量顯著減少。經(jīng)過海帶加熱100 ℃后生成了2-丙基呋喃、2-戊基呋喃等一些呋喃類物質(zhì),它可能來自于亞油酸的氧化,氣味閾值為6[28],是風(fēng)味形成的重要揮發(fā)性物質(zhì)。

2.2.3 加熱150 ℃海帶感的揮發(fā)性成分 生鮮海帶經(jīng)過150 ℃加熱后,十五烷的含量減少,但其在烴類物質(zhì)中依然占有較大比重,生成的檸檬烯感覺閾值為10,具有檸檬香和橘香味[22]。8-十七烯是紅毛菜屬藻類的特征性揮發(fā)成分之一[29],Antonio等在龍須菜和滸苔粉中均發(fā)現(xiàn)有該物質(zhì)。醛類化合物在加熱過程中,種類和數(shù)量顯著增加[30]。其原因是海帶中含有豐富的脂肪、碳水化合物和蛋白質(zhì),加熱以后這些物質(zhì)發(fā)生了不同程度的降解,產(chǎn)生許多對海帶風(fēng)味物質(zhì)的形成有重大影響的壬醛、反-2-庚烯醛、2,4-壬二烯醛、己醛、辛醛等。庚醛感覺閾值為3具有魚腥味,十一醛感覺閾值為5[31]具有脂蠟味和甜橙玫瑰樣花香;2.4-庚二烯醛感覺閾值較高具有甜香、杏仁香、堅果香[32]。醇類物質(zhì)中含量最高的是1-辛烯-3-醇,可能對150 ℃加熱海帶風(fēng)味的形成起一定的影響。酮類物質(zhì)先減少后增加,酯類物質(zhì)從無到有,賦予加熱海帶特殊的酯香味。呋喃類物質(zhì)在加熱后大量產(chǎn)生,糠醛具有苦杏仁氣味[32],多數(shù)呋喃類物質(zhì)具有焦香氣味且感覺閾值較低,與150 ℃加熱海帶風(fēng)味的形成密切相關(guān)。

3 結(jié)論

利用電子鼻系統(tǒng)可以快速、有效地區(qū)分不同溫度處理的海帶風(fēng)味變化,并且結(jié)合HS-SPME-GC-MS聯(lián)用儀對海帶的揮發(fā)性成分進行分離鑒定。從海帶中分離出烴類、醛類、酮類、醇類、雜環(huán)類等揮發(fā)性風(fēng)味成分,這些成分的組成和相對含量隨溫度變化而變化,從而賦予不同溫度下海帶的特征風(fēng)味。生鮮海帶與100 ℃、150 ℃加熱海帶的揮發(fā)性風(fēng)味成分有很大的差異,通過初步探究認為己醛、辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛、等一些醛類以及1-辛烯-3-醇對生鮮海帶風(fēng)味的形成起主要作用。100 ℃加熱海帶的腥味減弱,其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要是十五烷等烴類物質(zhì),己醛、辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、2,4-癸二烯醛、反-2-庚烯醛等醛類物質(zhì)以及2-戊基呋喃等一些呋喃類物質(zhì)。壬醛、2,4-壬二烯醛、己醛、辛醛等醛類物質(zhì),十五烷、8-十七烯等烴類物質(zhì),糠醛、5-甲基糠醛等呋喃類物質(zhì)共同構(gòu)成了150 ℃加熱海帶的風(fēng)味。但是評價一種物質(zhì)對海帶整體風(fēng)味的貢獻不能夠僅僅看其含量,不同的風(fēng)味物質(zhì)由于其感覺閾值以及在樣品基質(zhì)中濃度的不同,對海帶風(fēng)味的貢獻會有所差異,因此需要對海帶中的特征風(fēng)味物質(zhì)進行進一步的研究。

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Effects of processing temperature on volatile compouds inLaminariajaponica

CUI Chen-xi,HAN Jiao-jiao,DONG Li-sha,ZHANG Hong-yan, SI Kai-xue,WANG Zhao-yang,ZHOU Jun,ZHANG Chun-dan,SU Xiu-rong*

(School of Marine Sciences,Ningbo University,Ning Bo 315211,China)

Investigations were carried out to explore the effect of tempertaure on volatile compounds ofLaminariajaponica.Flavor ofLaminariajaponicain fresh and at 100,115,135,150 ℃,was distinguished from each other,using electronic nose. Headspace solid-phase microextraction(HS-SPME)and gas chromatography mass spectrometry(GC-MS)were adopted to determine the composition of volatilecompounds ofLaminariajaponicain fresh and at 95,150 ℃. It showed that electronic nose was rapid and sensitive enough to make a qualitative analysis on volatile compounds. It could be known from GC-MS analysis that totally 30,43and64 volatile compounds were detected from fresh,100 ℃ and 150 ℃ heating kelp. These compounds Mainly include some hydrocarbon compounds,aldehyde compounds,alcohols and ketones compounds. The synergy of them constitutes the special flavor of seaweed. Hexanal,caprylic aldehyde,nonyl aldehyde,anti-2-octene aldehyde and 1-octene-3-alcohol are the main volatile flavor of fresh seaweed. After 100 ℃ heating of kelp in the formation of flavor is mainly pentadecane,hexanal,octyl aldehyde,anti-2-octene aldehyde,nonyl aldehyde,decanal,anti-2-heptene aldehyde and 2,4-sebacic olefine aldehyde and 2-amyl aldehyde material such as combination of furan;After 150 ℃ heating besides nonyl aldehyde and 2,4-nonyl diene aldehyde,hexanal,octyl aldehyde and pentadecane,the 8-17 ene,furfural,5-methyl furfural and other substances,which plays a main role in the formation of its flavor.

Laminariajaponica;electronic nose;solid phase microextraction;GC-MS;volatile flavor compounds

2016-05-20

崔晨茜(1993-),女,碩士研究生,研究方向:水產(chǎn)品加工及貯藏,E-mail:cuichenxi93@126.com。

*通訊作者:蘇秀榕(1956-),女,教授,研究方向:食品安全/生物與分子生物學(xué),E-mail:suxiurong@nbu.edu.cn。

浙江省重大科技專項重點社會發(fā)展項目(2009C03017-1)。

崔晨茜,韓姣姣,董麗莎,張紅燕,司開學(xué),王朝陽,周 君,張春丹,蘇秀榕*

(寧波大學(xué)海洋學(xué)院,浙江寧波 315211)

TS207.3

A

1002-0306(2016)24-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.24.000