王玉,王睿迪,薛勇,趙延寧,薛長湖
(中國海洋大學食品科學與工程學院,食品科學與人類健康實驗室,山東青島 266003)
鲅魚又名藍點馬鮫,主要分布于我國渤海、黃海和東海等地,秋汛期間鲅魚常用來制作腌制咸鲅魚。腌制鲅魚是我國沿海地區(qū)最具代表性的咸干魚制品,即以鮮(凍)魚肉為主要原料,采用食鹽腌制工藝和干燥工藝加工而成的傳統(tǒng)水產(chǎn)品[1],每年11月份到1月份,北方沿海市場會利用自然條件腌制傳統(tǒng)鲅魚,咸鲅魚具有獨特的風味,深受消費者歡迎。
咸干魚品質(zhì)優(yōu)劣常用揮發(fā)性風味指標進行評價,電子鼻(electronic nose)作為一種新型人工智能嗅覺裝置,利用氣體傳感器陣列來測定樣品中揮發(fā)性氣體成分的整體信息,達到模擬人鼻子嗅聞樣品,獲得樣品整體綜合信息的效果,最后應(yīng)用化學計量學的統(tǒng)計學方法進行定性定量分析[2,3],白一凡等[4]實驗證明電子鼻系統(tǒng)用于監(jiān)控醬牛肉加工過程中老湯的風味變化是可行的。但電子鼻不能對風味物質(zhì)進行定性定量分析,而GC-MS聯(lián)用法是定性定量分析揮發(fā)性風味成分的有效方法,張家驪等[5]采用氣質(zhì)聯(lián)用儀分析了腌干帶魚初加工過程中揮發(fā)性風味成分,認為醛類、醇類、酮類和酯類等化合物對魚肉的風味貢獻較大。李春萍等[6]通過SPME-GC-MS法分析發(fā)現(xiàn)三甲胺,芳樟醇,壬醛,乙酸,1-辛烯-3-醇辛醛,二甲基二硫,己醛,庚醛,2-甲基丁酸,吲哚以及正丁醇等是臭鱖魚的主體風味成分。SPME-GC-MS與電子鼻技術(shù)進行聯(lián)用能更好地對食品中的揮發(fā)性風味物質(zhì)進行分析。
咸干魚制作方式多樣,僅我國就有各類規(guī)格的腌臘魚達100多種,例如咸帶魚、咸黃魚、咸鱺魚、咸鯡魚和海蟄等,主要來自福建、海南、山東、浙江和湖北等地區(qū)[7]。本研究采用SPME-GC-MS和電子鼻技術(shù),研究北方傳統(tǒng)咸鲅魚從原料到成品的生產(chǎn)加工過程中風味成分變化,探究咸鲅魚風味形成的關(guān)鍵加工步驟,為實現(xiàn)工藝加工、提高咸魚品質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。
鲅魚青島市場購買,鮮鲅魚體長43~45 cm,體重1~1.5 kg;電子鼻PEN3,德國Airsense公司;氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(7980A/5975C),美國Agilent公司;固相微萃取裝置(DVB/CAR/PDMS 50/30 μm),美國Supelco公司。
選定兩種由作坊式商戶以傳統(tǒng)制作工藝加工而成的咸鲅魚,標注為L、J。L、J樣品均是鮮鲅魚采用干腌的方式經(jīng)自然涼曬而成,其中L樣品干腌1 h、J樣品干腌10 h。分別購買L、J兩家的鮮鲅魚、腌制后、干燥1 d、干燥3 d、干燥5 d等階段鲅魚(標記為J1,J2,J3,J4,J5樣品和L1,L2,L3,L4,L5號樣品)。各樣品去頭、去尾、去皮、去刺、去骨后絞碎,于-18 ℃凍藏。
固相微萃取方法:取2 g樣品放入20 mL頂空瓶中,水浴60 ℃平衡5 min,將固相微萃取(SPME)萃取頭插入到頂空瓶中頂空60 ℃吸附30 min,迅速插入GC進樣口中。
色譜條件:色譜柱為HP-5MS(30 m×0.25 mm,0.25 μm);進樣口溫度250 ℃;采用分流模式進樣(分流比10:1);載氣:氦氣,柱流速:1 mL/min,解吸時間:5 min,解吸溫度250 ℃;采用階段式程序升溫模式,初始溫度40 ℃,保持5 min,以10 ℃/min升至250 ℃,保持4 min。
質(zhì)譜條件:電離方式EI,電子能量70 eV,離子源溫度250 ℃,傳輸線溫度250 ℃。掃描質(zhì)量范圍m/z45~300。
分別取0.5 g樣品置于50 mL頂空瓶中,加蓋密封,常溫平衡15 min后,依次用PEN3電子鼻進行監(jiān)測,每個樣品測定三次。
表1 電子鼻傳感器及其功能Table 1 Sensory evaluation standard of salted fish
關(guān)鍵風味化合物的確定:采用相對氣味活度值(relative odor activity value,ROAV)法[9],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(yīng)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(yīng)的感覺閾值。
GC-MS采用NIST譜庫和Wiley譜庫對揮發(fā)性成分進行定性分析(匹配度大于80,最大值為100)。通過 Excel數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)統(tǒng)計揮發(fā)性風味成分總面積(扣除硅氧烷類雜峰及其他非嗅感物質(zhì)雜峰),按面積歸一化法求得各揮發(fā)性成分的相對含量百分比。
采用 MeV軟件根據(jù)揮發(fā)性風味成分對樣品進行分級聚類分析(HCA),將具有相似特征的樣品或變量組合在一起,結(jié)果用熱圖展示。
電子鼻采用 Winmuster軟件進行數(shù)據(jù)采集與處理,用Excel進行雷達圖分析。
圖1 L、J樣品加工階段雷達圖分析Fig.1 Analysis of Radar Diagrams during salted processing of L and J Samples
電子鼻是一個新穎的分析、識別和檢測復(fù)雜嗅味和揮發(fā)性成分的傳感器陣列形式的電化學傳感系[10]。和人體嗅覺器官相比,電子鼻分析不受主觀因素的影響,測定結(jié)果加準確、可靠,重現(xiàn)性更好[11]。L、J樣品不同加工階段對電子鼻傳感器的響應(yīng)值雷達圖如圖1所示,從雷達圖中可以看出電子鼻的十根傳感器對咸鲅魚樣品的揮發(fā)性物質(zhì)都有明顯響應(yīng),且不同加工階段傳感器對樣品的響應(yīng)強度各不同。2,5,6,8,9號傳感器響應(yīng)值比較明顯,其中2號傳感器響應(yīng)值最大且變化明顯。結(jié)合表1可知,2號傳感器對氮氧化合物敏感,結(jié)合GC-MS分析(表2)主要是揮發(fā)性含氮化合物三甲胺等物質(zhì)。5,6,8,9號傳感器分別對短鏈烷烴、甲基類、醇醛酮類、有機硫化物敏感。由圖1知,醛類、醇類和烴類是咸鲅魚揮發(fā)性風味物質(zhì)的主要組成成分,結(jié)合GC-MS分析(表2)可知有機硫化物主要有二甲基二硫、二甲基三硫。不同加工階段咸鲅魚的氣味不同,因而電子鼻能將各階段區(qū)分開來,同時也說明腌制和干燥過程使得咸鲅魚氣味發(fā)生改變。因采用GC-MS方法對揮發(fā)性風味物質(zhì)成分進行進一步分析與鑒定明確加工過程中風味成分的變化。
經(jīng)SPME-GC-MS分析(表2),L、J樣品分別檢測出109種和129種揮發(fā)性風味成分,主要有醛類、醇類、酮類和烴類,在5個加工階段各揮發(fā)性風味成分的種類數(shù)量和相對百分比含量見圖2。
由圖2可知,在加工過程中,傳統(tǒng)咸鲅魚主要的揮發(fā)性風味成分的種類和相對含量在不斷變化。L、J樣品在 5個階段主要揮發(fā)性風味成分種類數(shù)分別是19,17,23,21,29種和27,25,23,28,26種。5個階段總相對含量分別為43.48%,72.59%,48.62%,54.47%,50.92%和51.72%,59.04%,69.80%,61.38%,69.21%。腌制后L樣品總相對含量由43.48%增加到72.59%,J樣品由51.72%增加到59.04%,腌制過程中咸鲅魚風味物質(zhì)增加,說明腌制可促進原料魚中揮發(fā)性物質(zhì)及前體向咸魚特征風味物質(zhì)的轉(zhuǎn)化[7]。
圖2 L、J樣品加工過程中主要揮發(fā)性物質(zhì)種類和相對含量Fig.2 Changes in composition and relative content of compound classes during salted processing
干燥過程,咸鲅魚風味物質(zhì)總相對含量呈無規(guī)律波動,干燥5 d后L、J樣品總相對含量分別增加到50.92%和69.21%。有研究表明,咸魚的風味主要由烴類、醛類、酯類、醇類、酮類、酸類、胺類、含氮和含硫化合物等物質(zhì)共同作用形成[12]。經(jīng)GC-MS分析,醛類、醇類、酮類、烴類和胺類是咸鲅魚揮發(fā)性成分的主要組成成分,這些物質(zhì)的變化趨勢反映了加工過程中咸鲅魚風味的形成過程。
圖2表明,醛類、醇類和烴類物質(zhì)在咸鲅魚中含量最為豐富,其總量在L、J成品中分別達38.83%和35.28%,總種類數(shù)分別為29種和26種。醛類物質(zhì)感覺閾值較低,對咸鲅魚的風味貢獻較大。L樣品在腌制過程中,醛類、醇類物質(zhì)的相對含量由 7.01%、18.15%分別增加到20.61%,27.03%,J樣品中反而減少,由18.20%、21.59%分別增加到9.82%,18.63%。這可能與腌制方式不同有關(guān),L樣品采用干腌的方式,J樣品在干腌的基礎(chǔ)上用海水沖洗脫鹽。在這個過程中,脂肪氧化,烷氧基自由基分解,產(chǎn)生醛類物質(zhì)使醛含量增加[13],而海水脫鹽階段有可能醛類物質(zhì)溶解,或者進一步氧化為酮類物質(zhì)使得醛類物質(zhì)減少。干燥階段,L、J樣品醛類相對含量均出現(xiàn)先下降后增加的趨勢,醛類物質(zhì)生成量與參加反應(yīng)損失量間關(guān)系導(dǎo)致趨勢變化。這與丁麗麗等[14]研究結(jié)果不一致,她測得醛的含量在干制階段呈上升趨勢,認為醛類物質(zhì)增加可能與蛋白質(zhì)水解有關(guān),干燥條件促進蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生大量游離氨基酸,氨基酸氧化降解形成醛,使得醛類物質(zhì)增加。郇延軍等[15]的研究結(jié)果顯示醛的含量在干制階段呈下降趨勢,認為在較高溫度下醛類物質(zhì)之間以及它們的降解產(chǎn)物之間反應(yīng)使得醛類物質(zhì)減少,醛類物質(zhì)的生成量大于它參加反應(yīng)損失的量。
醇類物質(zhì)主要來源于脂肪的氧化降解以及糖、氨基酸的還原。由圖A、C(圖2)知,5個階段中L、J樣品醇種類數(shù)均為最多,但其相對含量變化兩樣品不一致。在腌制階段,醇類相對含量在L樣品中增加,J樣品中減少。在干燥過程中,L樣品中醇類相對含量逐漸減少,J樣品中無明顯規(guī)律,但L、J樣品在干燥前后醇相對含量均減少,由 27.03%、18.63%降低到11.32%、10.90%。在加工過程中,醛類物質(zhì)的還原使醇類物質(zhì)增加,隨著加工的進行氧化反應(yīng)和酯化反應(yīng)使的醛類物質(zhì)減少。
烴類物質(zhì)主要來源于脂肪酸烷氧自由基的均裂,但烴類物質(zhì)的閾值較大,一般認為對風味貢獻不大[16,17]。但一些含苯的化合物如苯、甲苯類化合物,是導(dǎo)致魚肉產(chǎn)生令人不愉快風味的物質(zhì)。酮類在加工過程中種類數(shù)和相對含量均較低,對風味貢獻不大。胺類主要為三甲胺,氧化三甲胺在酶的作用下還原生成,是海水魚腥臭味的主要來源[18]。
表2 咸鲅魚加工過程中揮發(fā)性成分及相對含量Table 2 Changes in volatile compounds and their relative contents during salted processing
(Z)-2-戊烯-1-醇 9.70 - - 1.95 1.03 1.16 1.67 - 1.16 0.71 1.37 2-甲基-3-戊醇 9.91 - - - - - - - - - -3-戊醇 9.94 - - - - - - 0.53 - - -己醇 10.34 3.07 1.48 2.19 2.18 0.85 2.32 3.27 - 2.21 -葉醇 10.89 - - - - - - 0.30 - - -(E)-2-己烯-1-醇 11.32 - - - - - - - - 0.10 -1-辛烯-3-醇 12.13 3.07 1.67 1.25 1.03 0.76 2.28 2.52 0.86 - 0.76 2-乙基己醇 12.79 - - - - 0.22 - - - - -庚醇 12.19 0.87 0.57 - - - 1.15 - - - -1-辛醇 13.86 0.27 - 0.12 0.25 0.22 - - - 0.29 -2,3-丁二醇 14.34 - - - - - - - - 0.19 -芐醇 18.32 - - - - 0.22 - - - - -苯乙醇 18.76 0.54 1.52 0.23 0.51 0.41 0.14 0.16 0.28 1.96 0.29酮類3-己酮 3.06 - - - - - - 2.38 - - 1.76 2-庚酮 6.23 - - - - - - - - 0.35 -3-羥基-2-丁酮 8.74 - - - - 2.13 - - 4.26 - 2.64 2,3-辛二酮 9.80 - - - - - - 1.35 - - -2-壬酮 10.87 0.23 - 0.34 - 0.22 - - - 0.34 -3,5-辛二烯-2-酮 13.94 - - - - - 1.22 - 0.45 - 0.80甲基壬基甲酮 14.40 0.30 0.51 - - - - - - - -烷烯烴正辛烷 1.04 - - - - - - - - 3.04 -雙戊烯 6.35 - - - - - - - - 0.17 -右旋萜二烯 6.28 1.30 0.51 - - 0.77 - 1.03 - - -十五烷 12.90 5.54 3.95 2.78 1.79 3.30 1.65 2.94 5.69 1.25 2.13 2,6,10,14-四甲基十五烷 15.61 - 0.79 - - 1.31 2.09 5.14 2.66 0.52 1.18環(huán)辛二烯 15.76 - - - - 0.91 - - - - -十七烷 15.98 2.04 1.67 3.20 1.69 1.02 1.97 1.18 1.68 2.35 1.19二十一烷 18.69 - - - - - - - - - 0.12芳香烴苯 1.63 - - - - - 1.25 - - - -甲苯 2.62 1.95 - - - - 2.66 1.43 2.93 2.29 1.69對二甲苯 4.32 - - 0.33 0.45 0.13 - - 0.35 0.27 0.21間二甲苯 4.61 - - - - 0.19 - - - 0.22 -1,2-二甲苯 4.68 - - - - - 0.59 - 0.53 - -苯乙烯 7.99 1.23 0.85 1.20 1.22 1.01 1.26 1.16 1.85 0.66 0.90含氮含硫化合物三甲胺 0.82 3.33 16.30 4.95 11.72 9.11 6.00 6.39 23.01 18.43 24.38 2,5-二甲基哌嗪 1.03 - - - - - - - - - 3.43二甲基二硫 3.15 - - 0.13 - 0.14 0.34 - - 0.27 -2-哌嗪酮 8.91 2.31 - 0.18 - 0.27 0.23 0.26 - - -二甲基三硫 10.54 - - - - 0.23 - - - 1.19 0.92
3-甲硫基丙醇 16.17 - 0.38 - - - - - - - -N,N-二丁基甲酰胺 16.81 - - - 0.11 - - - - - -其他2-乙基呋喃 1.74 2.84 - 3.73 2.21 1.86 3.19 2.91 - 2.29 1.97 2-正戊基呋喃 7.41 - 0.51 0.15 - - - - - - -乙二醇單丁醚 11.16 4.91 - 2.76 2.66 - 4.11 2.58 1.69 1.47 2.41乙酸 12.16 - - - - 1.72 - - - 2.47 1.09丙酸異戊酯 12.30 0.18 - - - - - - - - -丙酸 13.59 - 0.38 - - - - - - 1.17 -甲酸辛酯 13.87 - - - - - 0.21 0.18 - - -異丁酸 14.06 - - - - - - - - - -丁酸 14.96 - - - - 1.14 - - - 2.62 0.80異戊酸 15.57 - - - - - - - - - -己酸 17.98 - - - - - - - - - 0.90辛酸 20.65 - - - - - - - - - -磷酸三丁酯 21.36 - - - - 0.15 0.37 0.49 0.46 0.11 0.90棕櫚酸甲酯 22.45 - - - - - - - - - -酞酸二甲酯 23.27 - - - - - - - - - 0.11酞酸二乙酯 24.05 - - - - - - - - - -鄰苯二甲酸二異丁酯 25.83 - - - - - 0.22 - - 0.21 -棕櫚酸 29.32 - - - - - - - - 0.19 -
表3 咸鲅魚的特征風味及其相對氣味活度值Table 3 Characteristic flavor compounds and ROAV during salted processing
揮發(fā)性物質(zhì)在風味體系中的濃度與感覺閾值共同決定其對總體風味的貢獻度,為進一步描述傳統(tǒng)咸鲅魚主體風味成分變化,通過對揮發(fā)性物質(zhì)的相對含量和感覺閾值進行分析,利用相對氣味活度值分析傳統(tǒng)咸鲅魚主體風味成分變化。結(jié)果如表3所示,定義三甲胺的相對氣味活度值 ROAVstan=100,其他揮發(fā)性風味物質(zhì)的相對氣味活度值(ROAV)可由公式(1)計算得到,從而分析加工過程中傳統(tǒng)咸鲅魚主體風味構(gòu)成,并對其氣味特征進行描述。
一般認為,當ROAV≥1的物質(zhì)為所分析樣品的主體風味成分,且ROVA值越大對樣品總體風味的貢獻也就越大,另外0.1≤ROVA≤1的物質(zhì)對樣品總體風味也有比較重要的影響[20]。由表3可知,咸鲅魚的主體風味由三甲胺、己醛、庚醛、(Z)-4-庚烯醛、正辛醛、壬醛、2-乙基呋喃、1-戊烯-3-醇、1-戊醇、(Z)-2-戊烯-1-醇、己醇、1-辛烯-3-醇等構(gòu)成。總的來說,醛類和醇類構(gòu)成了咸鲅魚的主體風味。
研究發(fā)現(xiàn)脂肪族醛類如己醛、庚醛、壬醛辛醛等主要是通過脂質(zhì)降解和氧化產(chǎn)生[21]。壬醛、己醛、庚醛、正辛醛在L、J樣品干燥階段均被檢出且ROAV≥1,表明對樣品風味有較大貢獻。己醛具有青草香氣,在鮮魚中含量較多,賦予鲅魚特有的清香氣味。L樣品中,己醛相對含量在腌制階段迅速增加,說明腌制過程中鲅魚中的長鏈脂肪酸在酶的作用下發(fā)生氧化使得己醛含量增加[5],在干燥過程中由于水分、溫度的變化抑制脂肪酶的作用,魚肉中脂肪酸氧化分解減慢使己醛含量減少。J鮮魚樣品中己醛含量較少,其腌制方式與L樣品不同,長時間的腌制以及海水脫鹽抑制脂肪酶作用使得己醛含量減少,在干制初期由于魚肉中脂肪酸迅速氧化分解使得已醛含量迅速增加,但在干燥后期可能受干燥條件、水分活度等影響,使得已醛含量開始下降。辛醛是油酸氧化的產(chǎn)物,在 L、J成品中相對氣味活度值均為最大,具有脂肪香味,丁麗麗等[14]研究表明對辛醛對腌制帶魚良好風味的形成有很好的調(diào)和作用。(Z)-4-庚烯醛對特殊的魚類風味沒有貢獻,但它能夠加強 2,4,7-癸三烯醛所產(chǎn)生的陳腐味、焦香或魚香和魚肝油香。在魚貯藏過程中會形成各種揮發(fā)性酸,如在魚肉中會形成甲酸、乙酸、丙酸、正和異戊酸等[22],可能產(chǎn)生不愉快的氣味。庚醛與魚腥味的產(chǎn)生有關(guān)[12],這些醛類變化趨勢與己醛基本一致,說明腌制與干燥階段是脂肪酸氧化的主要階段,干燥條件對酶活力有抑制作用。
醇類化合物來源于脂肪的氧化、氨基酸的還原和碳水化合物的代謝,不飽和醇類閾值較低,具有花香味、蘑菇味、土腥味或酸敗味,對于風味貢獻較大[23]。1-戊稀-3-醇是咸魚的有效氣味成分,能產(chǎn)生烤洋蔥的香味,與魚腥味的產(chǎn)生有關(guān)[24]。1-辛烯-3-醇是魚體中比較常見的醇類[25],吳海燕等[26]研究表明 1-辛烯-3-醇是金絲魚的特征香氣成分,Giri等[9]研究發(fā)現(xiàn) 1-辛烯-3-醇等支鏈醇類由酵母發(fā)酵中的兩條途徑生成:碳水化合物的EMP途徑和氨基酸的Ehrlich途徑。己醇、1-戊醇等與其他醇類變化趨勢類似,在腌制過程中ROAV值增加,干制過程中減少,說明腌制過程促進揮發(fā)性物質(zhì)及前體向咸魚特征風味物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,干燥過程因脂質(zhì)氧化、蛋白質(zhì)分解、微生物作用、糖類還原等使得醇類含量變化,咸鲅魚風味逐漸形成。
呋喃類化合物大都具有很強的肉香味以及極低的香氣閾值,幾乎存在于所有的食品香味中,從產(chǎn)品中鑒定出的2-乙基呋喃具有強烈的焦香氣味[27]。此外,在咸鲅魚中檢測到的胺類主要是三甲胺,其是海水魚的主要腥味物質(zhì),三甲胺在水產(chǎn)制品中常見報道,如Giri等[9]在發(fā)酵魚醬中發(fā)現(xiàn),三甲胺是最主要的含氮化合物,且對產(chǎn)品整體的魚腥味起作用。
圖3 L、J樣品加工階段聚類熱圖Fig.3 Hierarchical cluster analysis during salted processing
為增強分類的可視性,將測得揮發(fā)性風味成分進行分級聚類分析(HCA),并通過產(chǎn)生的熱圖呈現(xiàn)揮發(fā)性成分豐度的改變,結(jié)果如圖3所示。HCA分析是基于距離計算的數(shù)據(jù)的自然分類的一種方法[28],熱圖用于可視化分析樣品中揮發(fā)性風味物質(zhì)的相對含量變化。HCA分析得到一個樹狀圖,其中類似的樣品被分組,且這種相似性是樣品之間距離的函數(shù)。如圖3所示,經(jīng)聚類分析后,L、J樣品均明顯分為兩大類,L1、L2及J1、J2之間具有高度相似性,L3、L4、L5及J3、J4、J5之間具有高度相似性,說明腌制和干燥階段使得咸鲅魚風味改變,與電子鼻結(jié)果一致。
通過電子鼻和 SPME-GC-MS技術(shù)對北方傳統(tǒng)咸鲅魚加工過程中揮發(fā)性成分變化進行研究,表明醛類和醇類構(gòu)成了咸鲅魚的主體風味,其中壬醛、己醛、庚醛、(Z)-4-庚烯醛、正辛醛、1-戊烯-3-醇、1-戊醇、(Z)-2-戊烯-1-醇、己醇、1-辛烯-3-醇、1-辛醇、2-乙基呋喃是咸鲅魚風味的主要成分。腌制可促進原料魚中揮發(fā)性物質(zhì)及前體向咸魚特征風味物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,干燥過程是咸鲅魚風味形成的主要過程。研究傳統(tǒng)咸魚在加工過程中主體風味變化,為進一步實現(xiàn)工藝化加工、提高咸魚品質(zhì)提供理論指導(dǎo)。