陳瑤，朱凱悅，張玉瑩，王書晨，金文剛，姜鵬飛*

1(國(guó)家海洋食品工程技術(shù)研究中心，大連工業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧 大連，116034)2(大連乾日海洋食品有限公司，遼寧 大連，116037)3(陜西理工大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西省資源生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 漢中，723001)

魚子醬又稱魚籽醬，是鱘鰉魚卵、鮭魚卵等的腌制品，是世界三大奢華美食之一，很久以來(lái)都是西方餐桌上的“奢侈品”。鱘魚子醬有淡淡的海洋氣息，回味香醇甘美，不含太高的咸度和腥味，口感極佳；而且鱘魚籽醬中富含蛋白質(zhì)(25.8%～26.9%)、脂肪(15.0%～23.6%)[1-2]、維生素A、復(fù)合維生素B，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及滋潤(rùn)營(yíng)養(yǎng)皮膚的作用，深受消費(fèi)者青睞。目前，魚子醬的研究多集中于營(yíng)養(yǎng)組成、品質(zhì)變化以及貯藏保鮮等方面，黃艷青等[3]通過(guò)比較西伯利亞鱘魚子醬、雜交鱘魚子醬、史氏鱘魚子醬的水分、粗蛋白、粗脂肪、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)這3種魚子醬均含有豐富的營(yíng)養(yǎng)，且營(yíng)養(yǎng)成分差異不大；黃琳琳[4]基于磁共振及成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)魚子醬在腌漬處理期間自由水發(fā)生了遷移，貯藏期在11個(gè)月內(nèi)水分和脂肪含量保持不變，總揮發(fā)性鹽基氮有增加的趨勢(shì)；SHIN等[5]研究發(fā)現(xiàn)較低的冷藏環(huán)境及低濃度的水相鹽含量對(duì)魚子醬中單核增生李斯特菌存活有抑制作用。

目前，水產(chǎn)品揮發(fā)性物質(zhì)分析檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用廣泛且靈敏度高、分離性能強(qiáng)、重復(fù)性好的有GC-MS和氣相色譜質(zhì)譜嗅聞儀聯(lián)用，但該技術(shù)受無(wú)法分析檢測(cè)樣品中微量且關(guān)鍵的風(fēng)味成分，受復(fù)雜的樣品前處理過(guò)程和較長(zhǎng)質(zhì)譜分析時(shí)間等因素限制[6]。氣相-離子遷移譜(GC-ion mobility spectrometer, GC-IMS)是一種新興的可應(yīng)用于食品風(fēng)味檢測(cè)的技術(shù)，其結(jié)合了氣相色譜高分離度和離子遷移譜高靈敏度的優(yōu)勢(shì)，無(wú)需任何特殊的樣品前處理，即可快速檢測(cè)痕量揮發(fā)性有機(jī)化合物，響應(yīng)快、靈敏度高、穩(wěn)定性好。在揮發(fā)性物質(zhì)分析方面，趙萍等[7]通過(guò)感官腥味值結(jié)合GC-IMS對(duì)大鯢肝中脫腥過(guò)程中揮發(fā)性成分進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)醛類、醇類、酮類物質(zhì)相對(duì)含量降低，酯類、烯烴、醚類相對(duì)含量增加，說(shuō)明生姜和料酒可對(duì)大鯢肝腥味有脫除與掩蓋作用；ZHANG等[8]研究了干腌魚在4、25 ℃貯存條件下具有不同主要揮發(fā)性成分，且貯藏前后揮發(fā)性物質(zhì)含量變化顯著，主成分分析(principal component analysis，PCA)可以通過(guò)溫度和時(shí)間清晰地區(qū)分出樣品；余遠(yuǎn)江等[9]采用GC-IMS鑒定出醇類、醛類及芳香族化合物為廣西南美白對(duì)蝦、禾花魚、羅非魚、金絲魚及馬氏珍珠貝的主要揮發(fā)性成分，其中1-辛烯-3-醇和壬醛為共有的優(yōu)勢(shì)揮發(fā)性風(fēng)味成分。

目前，對(duì)魚子醬風(fēng)味物質(zhì)的檢測(cè)主要依靠GC-MS技術(shù)，如馬雙等[10]對(duì)6種魚子醬中的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，共鑒定出7類63種揮發(fā)性成分，發(fā)現(xiàn)不同種類的魚子醬揮發(fā)性成分種類及含量存在明顯差異，醛類為魚子醬風(fēng)味的主要貢獻(xiàn)物，鄰苯二甲酸、癸基異丁酯、α-柏木烯等物質(zhì)是區(qū)分魚子醬的特征性成分；LOPEZ等[11]對(duì)白鱘魚子醬5個(gè)不同成熟階段的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行鑒定和評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)隨著成熟時(shí)間的延長(zhǎng)，魚子醬中總?cè)┖吭?9.64～121.96 ng/g范圍內(nèi)增加，3-羥基-2-丁酮大量產(chǎn)生。本研究利用新興的GC-IMS 技術(shù)，對(duì)西伯利亞鱘魚子醬、施氏鱘魚子醬、海博瑞鱘魚子醬、俄羅斯鱘魚子醬、達(dá)氏鰉魚子醬、歐洲鰉魚子醬進(jìn)行風(fēng)味成分分析，并建立揮發(fā)性指紋圖譜，利用PCA對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，旨在為利用揮發(fā)性組分區(qū)分魚子醬種類提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

西伯利亞鱘魚子醬(編號(hào)A)、施氏鱘魚子醬(編號(hào)B)、海博瑞鱘魚子醬(編號(hào)C)、俄羅斯鱘魚子醬(編號(hào)D)、達(dá)氏鰉魚子醬(編號(hào)E)、歐洲鰉魚子醬(編號(hào)F)，均為鹽腌魚子醬，杭州千島湖鱘龍科技股份有限公司。

1.2 GC-IMS測(cè)試方法

頂空進(jìn)樣：稱取2.0 g魚子醬樣品，裝入20.0 mL頂空瓶中，于60 ℃孵化溫度、500 r/min孵化轉(zhuǎn)速下孵化20 min，設(shè)置進(jìn)樣針溫度為85 ℃，以99.999%純度的氮?dú)鉃檩d氣，不分流模式下進(jìn)樣500.0 μL，清洗時(shí)間為30 s。

GC-IMS條件：MXT-5色譜柱(15 m×0.53 mm×1 μm，美國(guó)RESTEK公司)，溫度60 ℃；分析時(shí)間為25 min；漂移氣為高純氮?dú)?純度≥99.99%)；流速：初始2.0 mL/min，保持2 min后在10 min內(nèi)線性增至10 mL/min，之后在20 min 內(nèi)線性增至100 mL/min，接著在25 min 內(nèi)線性增至150 mL/min；IMS溫度為45 ℃，解析時(shí)間25 min[7]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

在FlavourSpec?風(fēng)味儀上，調(diào)用配套軟件查看分析譜圖和數(shù)據(jù)的定性定量，調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析；Reporter插件對(duì)比樣品間的譜圖差異；Gallery Plot插件形成指紋圖譜，對(duì)比樣品間揮發(fā)性有機(jī)物差異；Dynamic PCA插件進(jìn)行動(dòng)態(tài)PCA[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 六種魚子醬GC-IMS 揮發(fā)性氣味成分譜圖分析

利用GC-IMS自帶風(fēng)味分析儀，對(duì)西伯利亞鱘魚子醬、施氏鱘魚子醬、海博瑞鱘魚子醬、俄羅斯鱘魚子醬、達(dá)氏鰉魚子醬、歐洲鰉魚子醬進(jìn)行揮發(fā)性成分分析。圖1是6種魚子醬揮發(fā)性有機(jī)物的GC-IMS三維譜圖，X軸表示漂移時(shí)間，Y軸表示遷移時(shí)間，Z軸表示離子峰，譜圖中每個(gè)點(diǎn)表示1種揮發(fā)性化合物，紅色代表濃度高，白色代表濃度低。離子峰可以區(qū)分同種物質(zhì)的單體、二聚體、多聚體，這取決于物質(zhì)的含量與性質(zhì)[12-13]。由圖1可知，采用GC-IMS 儀器LAV分析軟件中的 Reporter 插件程序生成的三維譜圖很難將6種魚子醬揮發(fā)性成分進(jìn)行區(qū)分。

圖1 六種魚子醬揮發(fā)性有機(jī)物的GC-IMS三維譜圖Fig.1 Six GC-IMS three-dimensional spectra of caviar volatility organics

將6種魚子醬樣品風(fēng)味成分的的三維譜圖投射，得到魚子醬揮發(fā)性物質(zhì)的二維譜圖，如圖2所示，西伯利亞鱘魚子醬、施氏鱘魚子醬、海博瑞鱘魚子醬、俄羅斯鱘魚子醬、達(dá)氏鰉魚子醬、歐洲鰉魚子醬的特征譜信息有一定差異，且不同樣品部分揮發(fā)性成分含量出現(xiàn)升高或降低，如框中所示，顯示出明顯差異。馬雙等[10]通過(guò)頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)得三文魚魚子醬、大黃魚魚子醬、西伯利亞鱘魚子醬、俄羅斯鱘魚子醬、施氏鱘魚子醬、達(dá)氏鰉魚子醬的揮發(fā)性物質(zhì)的種類與比例存在一定差異，利用PCA可以區(qū)分出6種魚子醬。GC-IMS具有樣品前處理簡(jiǎn)單快速的特點(diǎn)，如CHEN等[14]、金文剛等[15]、趙萍等[7]報(bào)道利用GC-IMS可對(duì)水產(chǎn)品中風(fēng)味成分進(jìn)行檢測(cè)與定性分析。本研究利用GC-IMS技術(shù)分析了6種不同魚子醬的揮發(fā)性成分，結(jié)果表明不同魚子醬樣品的特征譜呈現(xiàn)一定差異，可能是由親體產(chǎn)地、品種及年齡、水體環(huán)境等因素不同造成種類樣品揮發(fā)性風(fēng)味成分的不同[16-17]。

圖2 六種魚子醬揮發(fā)性有機(jī)物的GC-IMS二維譜圖Fig.2 GC-IMS 2D spectrum of six inds of caviar volatility organics

2.2 六種魚子醬GC-IMS 揮發(fā)性氣味成分分析

通過(guò)GC-IMS數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比特征風(fēng)味的保留時(shí)間和遷移時(shí)間對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定性分析，測(cè)得魚子醬中的揮發(fā)性有機(jī)物37種(單體及部分物質(zhì)的二聚體)，其中已定性物質(zhì)28種，未知9種。由表1可知，鑒定出的已知揮發(fā)性有機(jī)物主要包括呈現(xiàn)青草味、脂肪味、苦杏仁味等的醛類，呈現(xiàn)芳香味和泥土味的醇類，呈現(xiàn)脂肪味、辛辣甜味的酮類，呈現(xiàn)樹脂味和松節(jié)油味的烯烴類和呈現(xiàn)菠蘿味的酯類化合物。同種物質(zhì)的單體和二聚體形態(tài)不同，CAS號(hào)和化學(xué)式均相同[18]，表1中數(shù)字與圖3中數(shù)字相對(duì)應(yīng)。

圖3 魚子醬揮發(fā)性成分離子遷移譜定性分析Fig.3 Characteristic analysis of volatility ion mobility in six caviar

表1 六種魚子醬揮發(fā)性成分定性分析Table 1 Qualitative analysis of volatility ingredients in six caviar

續(xù)表1

2.3 六種魚子醬揮發(fā)性成分指紋圖譜

為更好地的凸顯6種不同魚子醬揮發(fā)性成分的差異，對(duì)每種魚子醬樣品揮發(fā)性成分平行測(cè)試 3 次獲得 GC-IMS 二維圖譜中所有待鑒定信號(hào)峰，依據(jù)特征峰選取原則，將GC-IMS測(cè)的西伯利亞鱘魚子醬、施氏鱘魚子醬、海博瑞鱘魚子醬、俄羅斯鱘魚子醬、達(dá)氏鰉魚子醬、歐洲鰉魚子醬特征峰進(jìn)行排序?qū)φ?，得?種魚子醬揮發(fā)性成分指紋圖譜，如圖4所示，每個(gè)點(diǎn)代表1種揮發(fā)性有機(jī)物，顏色的深淺表示含量的多少，每種魚子醬平行測(cè)定3次。通過(guò)GC-IMS分析得到的指紋圖譜，可以直觀地看出37種揮發(fā)性有機(jī)物在6種不同魚子醬中的分布差異。如圖4可知，西伯利亞鱘魚子醬中揮發(fā)性有機(jī)物含量較高的是辛烷醛、3-羥基-2-丁酮、正壬醛(單體、二聚體)、2-甲基丁醛(單體)和3-甲基丁醛(單體)，以及庚醛和乙酸乙酯等；施氏鱘魚子醬中揮發(fā)性物質(zhì)含量較高的是α-蒎烯、2-丁酮、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛(單體、二聚體)，以及β-蒎烯，乙醇，戊醛等；海博瑞鱘魚子醬中2-丁酮(單聚體、二聚體)、2-甲基丁醛和3-甲基丁醛(單體)、苯甲醛等揮發(fā)性成分含量較高；俄羅斯鱘魚子醬中揮發(fā)性物質(zhì)的含量均較小，其中較高的是E-2-戊烯醛等；達(dá)氏鰉魚子醬中2-甲基丁醛(單體)、3-甲基丁醛(單體)、2-丙酮等物質(zhì)的含量較高；歐洲鰉魚子醬中E-2-戊烯醛、(E)-2-己烯醛、己醛(單體、二聚體)、2-甲基丁醛(單體)、3-甲基丁醛(單體)、丁醛等揮發(fā)性成分的含量相對(duì)較高。從指紋譜圖總體上看，施氏鱘魚子醬揮發(fā)性有機(jī)物含量最高，西伯利亞鱘魚子醬、海博瑞鱘魚子醬、歐洲鰉魚子醬次之，俄羅斯鱘魚子醬和達(dá)氏鰉魚子醬揮發(fā)性有機(jī)物含量最低。

圖4 六種魚子醬揮發(fā)性成分指紋圖譜Fig.4 Six kinds of caviar volatility ingredient fingerprint注：每個(gè)斑點(diǎn)代表1種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，圖下方為已定性的化合物名稱，數(shù)字表示未定性化合物

根據(jù)化合物在指紋圖譜上的信號(hào)強(qiáng)度換算得到6種魚子醬揮發(fā)性成分含量主要以醛類、酮類為主，醇類含量次之，烯烴類和酯類含量最少，可利用不同種類揮發(fā)性成分對(duì)魚子醬進(jìn)行區(qū)分[10]。如圖5所示，其中歐洲鰉魚子醬中醛類和酮類物質(zhì)相對(duì)含量最高為62.43%和23.81%，是其主要的揮發(fā)性物質(zhì)，醛酮類物質(zhì)主要與脂肪氧化及氨基酸降解有關(guān)，因此歐洲鰉魚子醬主要以魚腥味、脂肪味和青草味為主；西伯利亞鱘魚子醬和海博瑞鱘魚子醬中醇類物質(zhì)含量較高，為11.82%和11.67%，醇類主要是由酶類對(duì)脂肪酸氧化及羰基化合物還原產(chǎn)生，因此其芳香味和泥土味較重；施氏鱘魚子醬中烯烴類物質(zhì)的相對(duì)含量較高，烴類來(lái)自烷氧自由基均裂，導(dǎo)致施氏鱘魚子醬中松節(jié)油和樹脂味較重；俄羅斯鱘魚子醬中醛酮類和醇類物質(zhì)相對(duì)含量略高于達(dá)氏鰉魚子醬，而烯烴類和酯類物質(zhì)的相對(duì)含量低，酯類主要是由脂肪代謝及醇類酯化產(chǎn)生，可通過(guò)酯類物質(zhì)呈現(xiàn)的芳香味進(jìn)行區(qū)分[6]。

圖5 六種魚子醬揮發(fā)性組分相對(duì)含量變化Fig.5 Changes of relative content of volatile components in six kinds of caviar

本研究測(cè)得6種魚子醬揮發(fā)性成分主要包括醛類、醇類、酮類、烯烴類和酯類，未檢測(cè)到烷烴類，未檢測(cè)鑒定到的物質(zhì)可能是由于GC-IMS風(fēng)味成分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)不完善，今后尚需進(jìn)一步定性，這是 GC-IMS 技術(shù)在食品揮發(fā)性成分分析中存在的共同局限性[13,19]。

2.4 六種魚子醬揮發(fā)性成分統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

PCA是非監(jiān)督模式下的一種重要的降維分類方法，用包含主要信息的主成分指標(biāo)代替多個(gè)原始變量的多元統(tǒng)計(jì)分析方法[20]，該方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品指紋圖譜研究。有研究利用 GC-IMS 圖譜數(shù)據(jù)結(jié)合PCA，可以根據(jù)揮發(fā)性成分實(shí)現(xiàn)對(duì)不同貯藏時(shí)間大菱鲆、不同產(chǎn)地羊肉、不同材料的熏制雞腿肉、不同生長(zhǎng)速度肉雞肌肉的區(qū)分[8,21-23]。本研究運(yùn)用LAV與Dynamic PCA插件對(duì)37種揮發(fā)性成分進(jìn)行PCA，如圖6所示，PC1的貢獻(xiàn)率為38.2%，PC2 的貢獻(xiàn)率為 27.1%，PC3的貢獻(xiàn)率為16.6%，三者累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)81.9%，由此說(shuō)明測(cè)得的魚子醬中揮發(fā)性物質(zhì)可以基本代表了絕大部分信息，也說(shuō)明這些物質(zhì)對(duì)魚子醬的風(fēng)味有重要貢獻(xiàn)。

圖6 六種魚子醬揮發(fā)性成分主成分分析(三維)Fig.6 PCA of components in six caviar (3D)

6種不同魚子醬的揮發(fā)性成分指紋圖譜數(shù)據(jù)匯集在一起，其中海博瑞鱘魚子醬和達(dá)氏鰉魚子醬中的揮發(fā)性有機(jī)物比較相似，而西伯利亞鱘魚子醬、施氏魚子醬、俄羅斯鱘魚子醬、歐洲鰉魚子醬中的揮發(fā)性有機(jī)物均存在明顯差異?？傮w來(lái)看，6種魚子醬揮發(fā)性物質(zhì)沒(méi)有明顯重疊區(qū)域，說(shuō)明采用GC-IMS技術(shù)結(jié)合PCA，可以實(shí)現(xiàn)6種不同魚子醬揮發(fā)性成分的較好區(qū)分。

3 結(jié)論

采用GC-IMS對(duì)6種魚子醬的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行分析，共檢測(cè)出37種揮發(fā)性成分，包括一些物質(zhì)的單體和二聚體。其中檢測(cè)到醛類16種、酮類5種、醇類3種、烯烴類3種、酯類1種。西伯利亞鱘魚子醬中3-羥基-2-丁酮、3-甲基丁醛、正壬醛、辛烷醛含量相對(duì)較高；施氏鱘魚子醬中3-羥基-2-丁酮、2-丁酮、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、乙醇、己醛含量相對(duì)較高；海博瑞鱘魚子醬中2-丁酮、3-甲基丁醛、正壬醛、2-甲基丁醛、2-乙基-1-己醇含量相對(duì)較高；俄羅斯鱘魚子醬中己醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、2-丁酮、2-丙酮的含量相對(duì)較高；達(dá)氏鰉魚子醬中3-羥基-2-丁酮、3-甲基丁醛、2-丁酮、2-丙酮、2-甲基丁醛的含量相對(duì)較高；歐洲鰉魚子醬中3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、3-羥基-2-丁酮、己醛、2-甲基丁醛、2-丁酮的含量相對(duì)較高；這些揮發(fā)性化合物是魚子醬風(fēng)味的主要貢獻(xiàn)者。6種魚子醬揮發(fā)性成分經(jīng)GC-IMS檢測(cè)呈現(xiàn)明顯的差異，通過(guò)PCA可以實(shí)現(xiàn)較好區(qū)分。本研究建立了西伯利亞鱘魚子醬、施氏鱘魚子醬、海博瑞鱘魚子醬、俄羅斯鱘魚子醬、達(dá)氏鰉魚子醬、歐洲鰉魚子醬揮發(fā)性氣味物質(zhì)指紋圖譜，可視化呈現(xiàn)了魚子醬揮發(fā)性物質(zhì)輪廓，對(duì)區(qū)分魚子醬種類提供了參考依據(jù)。