贝调味料中关键香气化合物的鉴定

陈美花,吉宏武,钟秋平,蓝尉冰

(1.钦州学院海洋学院,广西钦州 535000;2.广西北部湾海洋生物多样性养护重点实验室,钦州学院,广西钦州 535000;3.广东省水产品加工与安全重点实验室,广东普通高等学校水产品深加工重点实验室,广东海洋大学食品科技学院,广东湛江 524088)



贝调味料中关键香气化合物的鉴定

陈美花1,2,吉宏武3,*,钟秋平1,2,蓝尉冰1,2

(1.钦州学院海洋学院,广西钦州 535000;2.广西北部湾海洋生物多样性养护重点实验室,钦州学院,广西钦州 535000;3.广东省水产品加工与安全重点实验室,广东普通高等学校水产品深加工重点实验室,广东海洋大学食品科技学院,广东湛江 524088)

为了给贝调味料生产过程中的质量控制提供理论依据,应用顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱(HS-SPME-GC-MS)技术对贝调味料的挥发性成分进行定性定量分析,计算各挥发性成分的气味活性值(OAV),结果表明:二甲基硫醚、3-(甲硫基)丙醛、2-甲基丁醛、2-乙基呋喃、3-甲基丁醛、甲硫醇、2-甲基丁酸甲酯、2-甲基丙醛、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、丁酸甲酯、2-戊基呋喃、庚醛、(Z)-4-庚烯醛和2-丙基呋喃是贝调味料的关键香气化合物,共同赋予了贝调味料的整体香气,使贝类的特征香气突出,坚果香、焦糖香浓郁,且具有烘烤香及其他令人愉快的香气。

贝调味料,关键香气化合物,顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱,气味活性值

马氏珠母贝(Pinctadamartensii)是我国南海海水珍珠养殖的主要品种,我国的广东、广西、海南等地均有分布,马氏珠母贝全脏器是海水珍珠生产过程中产生的副产物,其产量多达4000吨/年[1],是我国尚未充分利用的大宗低值蛋白资源。酶解技术是提高蛋白资源利用率和附加值的有效途径,研究表明马氏珠母贝全脏器的酶法提取物含有丰富的风味成分,是生产高档海鲜调味品的优良材料[2]。据报道,以马氏珠母贝(全脏器)酶法提取物为原料,运用美拉德(Maillard)反应可制备得到头香天然圆润、贝类香气突出,体香浓郁丰满,尾香留香持久,整体香气协调统一的贝调味料[3]。

顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱(HS-SPME-GC-MS)技术可萃取挥发性成分,并对挥发性成分进行定性定量分析,已广泛用于食品风味研究中[4],Machiels等人[5]和Garcia-Esteban等人[6]采用50μm DVB/CAR/PDMS萃取头分别对牛肉和火腿的挥发性风味成分进行萃取,均获得了良好的效果。现在业界公认,并非食品中所有的挥发性成分而是仅有有限数目的挥发性成分对食品的气味有贡献,这些挥发性成分称为关键香气化合物(气味活性成分)。关键香气化合物的分析通常是在GC-MS的基础上,采用GC-O法进行的[7]。与GC-O法相比,在定量的基础上测定气味活性值(odor activity value,OAV)的方法具有耗时少的优点,在筛选气味活性成分上很有实用价值(尽管OAV未考虑挥发性成分间及挥发性成分与食品基质间的相互作用),被广泛应用[8-9]。OAV是食品体系中某一特定成分的浓度与其气味阈值(某一挥发性化合物能引起嗅觉反应的最低浓度)的比值,OAV大于1的挥发性成分是气味活性成分,对风味有贡献,OAV越大的成分对食品的风味贡献越大,而OAV小于1的挥发性化合物则可能对风味无贡献[8-9]。

为了给贝调味料生产过程中的质量控制提供理论依据,本研究采用HS-SPME-GC-MS技术对其挥发性成分进行定性定量分析,计算各挥发性成分的OAV,据OAV的大小确定贝调味料中的关键香气化合物。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

贝调味料 自制,运用Maillard反应改良马氏珠母贝酶法提取物制备而来[3];3-辛醇(特纯)、甲醇(GC-分析纯) 均购自日本东京化成工业株式会社。

50μmDVB/CAR/PDMS SPME萃取头 上海安谱科学仪器有限公司;Agilent GC6890N/MS5973气质联用仪(带HS100型顶空自动进样装置) 美国Agilent公司。

1.2 实验方法

1.2.1 HS-SPME捕集挥发性成分 量取5mL样品放入样品瓶(77.5mm×22.5mm)中,加入1μL 3-辛醇(40.9μg/100mL甲醇)作为内标物[10],用于定量计算。将样品瓶放入样品盘待自动顶空进样装置完成平衡、萃取和进样操作。平衡温度60℃,平衡时间30min;萃取温度60℃,萃取时间40min(SPME萃取头预先于250℃下老化30min);萃取完成后由自动顶空进样装置将萃取头自动插入气相色谱进样口中,于250℃下解吸2min。

1.2.2 GC-MS色谱分析条件 色谱柱:DB-5弹性石英毛细管柱,柱长30m,口径0.25mm、膜厚0.25μm;载气及流量:He,1.0mL/min,不分流;程序升温:初始温度40℃,保持4min;然后以3℃/min的升温速率升至50℃,再以5℃/min的速率升温至160℃,最后以8℃/min的速率升温到230℃,保持8min。

1.2.3 GC-MS质谱分析条件 电离方式为EI,电子能量70eV;发射电流:350μA;接口温度250℃;离子源温度230℃;扫描质量范围为33～450amu。

1.2.4 挥发性化合物的定性鉴定 根据GC-MS分析对挥发性化合物进行鉴定。未知化合物经计算机检索同时与Wiley谱图库(320k Compounds,version 6.0)和NIST谱图库(107k Compounds)相匹配,仅当正反匹配度均大于800的鉴定结果才予以报道。

1.2.5 挥发性化合物的定量分析 采用内标法计算香气成分的浓度,其计算方法如下:

挥发性化合物的含量(μg/100mL)=挥发性化合物的峰面积/内标的峰面积×内标浓度

1.2.6 关键香气化合物(气味活性成分)的确定 根据GC-MS分析的定量结果及各挥发性成分的气味阈值,计算OAV(OAV=某一特定成分的浓度/某一特定成分相应的气味阈值)。

2 结果与讨论

采用HS-SPME捕集贝调味料的挥发性成分,经GC-MS分析所得的总离子流图如图1所示。经质谱数据库检索,并以3-辛醇为内标进行定量,所得结果如表1所示。

表1 贝调味料中的挥发性成分含量Table1 Concentrations of volatiles in the shellfish flavorings

续表

图1 贝调味料挥发性成分的总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram(TIC) of volatiles in the shellfish flavorings

从表1可知,从贝调味料中共检出9类共44种成分,碳氢类5种、醇类4种、醛类10种、酮类3种、酸类4种、酯类3种、含氮类5种、呋喃类6种、含硫类4种;其中,呋喃类(33.16%)、酸类(28.60%)和醛类三种化合物(19.53%)的相对含量达79.29%。

根据GC-MS分析的定量结果及各挥发性成分的气味阈值,计算贝调味料中检出的除气味阈值未见报道的2-甲基-5-乙基呋喃外的43种挥发性成分的OAV,OAV大于1的结果见表2。

由表2可知,贝调味料的挥发性成分中,OAV大于1的共14种,这些化合物是贝调味料中真正对风味有重要贡献的关键气味成分(即气味活性成分)。

从气味特征来考虑,这14种化合物可分成贡献“贝肉香”、“坚果香”、“烘烤香”、“焦糖香”、“甜的果香”及“其他气味特征”的六类。从OAV来看,“贝肉香”、“ 坚果香”、“焦糖香” 在贝调味料的香气中占重要地位;二甲基硫醚、3-(甲硫基)丙醛、2-甲基丁醛、2-乙基呋喃、3-甲基丁醛是贝调味料气味活性成分中最重要的5种香味活性化合物。

马氏珠母贝酶法提取物在Maillard反应过程中发生了复杂的化学变化,形成了大量的风味物质,赋予贝调味料独特的风味。如:二甲基硫醚可能是由二甲基-β-胱氨酸(由浮游植物合成,通过食物链转移至其他生物体中)的热分解形成的,二甲基硫醚是产生类似海滨气味的重要物质,在浓度较低时(<100μg/kg)产生令人愉快的类蟹香,在浓度较高时产生异味[11]；据报道,二甲基硫醚是煮蛤和牡蛎的特征风味化合物,产生头香[15],故贝调味料的头香极有可能是由二甲基硫醚赋予的。3-(甲硫基)丙醛是由甲硫氨酸Strecker降解产生的[8],有肉味和煮土豆味[8];2-甲基丁醛可能来自异亮氨酸的Strecker降解[8],3-甲基丁醛可能由亮氨酸经脱氨基作用转变成4-甲基-2-氧代戊酸(α-Ketoisocaproic acid),4-甲基-2-氧代戊酸进一步产生,它们能赋予贝调味料以坚果香。呋喃类物质可由Heyns化合物(或Amadori化合物)通过1,2-烯醇化途径产生[16],也可由脂肪酸的氧化产生[8];呋喃型化合物是非常重要的风味成分,不含硫的呋喃型化合物(如贝调味料中检出的2-乙基呋喃、2-丙基呋喃、2-戊基呋喃)不具有肉香特征,主要是甜香、水果香、坚果香与焦香,但它们对煮熟或烤熟的肉的整体风味有贡献[12];其中2位上有甲基取代基的呋喃是Maillard反应形成的最为重要的肉类风味化合物之一[16],贝调味料中检出了较高含量的2-甲基-5-乙基呋喃,但其阈值未见报道,故2-甲基-5-乙基呋喃可能是能赋予贝调味料肉类风味的一种重要气味活性成分。烷基吡嗪(如贝调味料中检出的3-乙基-2,5-二甲基吡嗪)产生的可能机制是:α-双酮与氨基酸通过Strecker降解缩合形成α-氨基酮,这些α-氨基酮与其他α-氨基酮缩合产生杂环化合物,杂环化合物再经氧化产生吡嗪类化合物[17],3-乙基-2,5-二甲基吡嗪对贝调味料的烘烤香有贡献。

3 结论

贝调味料气味成分含量丰富,香气突出,坚果香、焦糖香浓郁,且具烘烤香及其他令人愉快的香气。贝调味料的特征香气至少是由二甲基硫醚、3-(甲硫基)丙醛、2-甲基丁醛、2-乙基呋喃、3-甲基丁醛、甲硫醇、2-甲基丁酸甲酯、2-甲基丙醛、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、丁酸甲酯、2-戊基呋喃、庚醛、(Z)-4-庚烯醛、2-丙基呋喃这14种气味活性成分贡献的,任何单一一种化合物都不能赋予贝调味料以特征香气。

表2 贝调味料关键挥发性成分的气味特征、气味阈值及气味活性值(OAV)Table2 Odour descriptions,threshold values,OAV of key volatiles in the shellfish flavorings

[1]李晓天.马氏珠母贝肉的天然抽出物[J].中国水产,2005(9):69-74.

[2]吴燕燕,李来好,陈培基,等.马氏珍珠贝肉营养液的研制及营养评价[J].上海水产大学学报,2000,9(4):313-318.

[3]陈美花,励建荣,吉宏武,等.马氏珠母贝酶法抽提物美拉德增香工艺研究[J].食品工业科技,2010,31(5):289-292.

[4]Plutowska B,Wardencki W. Aromagrams-Aromatic profiles in the appreciation of food quality[J]. Food Chemistry,2007,101(2):845-872.

[5]Machiels D,Van Ruth S M,Posthumus M A,et al. Gas chromatography-olfactometry analysis of the volatile compounds of two commercial Irish beef meats[J]. Talanta,2003,60(4):755-764.

[6]Garcia-Esteban M,Ansorena D,Astiasarán I,et al. Study of the effect of different fiber coatings and extraction conditions on dry cured ham volatile compounds extracted by solid-phase microextraction(SPME)[J]. Talanta,2004,64(2):458-466.

[7]Van Ruth S M. Methods for gas chromatography-olfactometry:a review[J]. Biomolecular Engineering,2001,17(4):121-128.

[8]Giri A,Osako K,Ohshima T. Identification and characterisation of headspace volatiles of fish miso,a Japanese fish meat based fermented paste,with special emphasis on effect of fish species and meat washing[J]. Food Chemistry,2010,120(2):621-631.

[9]Nuzzi M,Scalzo R L,Testoni A,et al. Evaluation of fruit aroma quality:Comparison between gas chromatography-olfactometry(GC-O)and odour activity value(OAV)aroma patterns of strawberries[J]. Food analytical methods,2008,1(4):270-282.

[10]何忻.贻贝蒸煮液调味品香气成分及其酿造工艺的研究[D].杭州:浙江工商大学,2007.

[11]Shahidi F,李洁,朱国斌译. 肉制品与水产品的风味[M].北京:中国轻工业出版社,2001:120-175.

[12]Fors S. Sensory Properties of Volatile Maillard Reaction Products and Related Compounds[The Maillard Reaction in Foods and Nutrition(ACS Symposium Series 215)][C]. Washington:ACS Publications,1983:185-286.

[13]Online Database,The LRI and Odour Database[DB]. http://www.odour.org.uk

[14]Hansen M,Buttery R G,Stern D J,et al. Broccoli storage under low-oxygen atmosphere:identification of higher boilingvolatiles[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1992,40(5):850-852.

[15]宋焕禄.食品风味化学[M].北京:化学工业出版社,2008:225-226.

[16]夏延斌.食品风味化学[M].北京:化学工业出版社,2008:93-95.

[17]G Reineccius. Flavor chemistry and technology[M]. Boca Raton:CRC Press,2006:103-137.

Identification of key odorant compounds of shellfish flavorings

CHEN Mei-hua1,2,JI Hong-wu3,*,ZHONG Qiu-ping1,2,LAN Wei-bing1,2

(1. College of Ocean,Qinzhou University,Qinzhou 535000,China;2. Guangxi Key Laboratory of Beibu Gulf Marine Biodiversity Conservation,Qinzhou University,Qinzhou 535000,China;3. Guangdong Provincial Key Laboratory of Aquatic Product Processing and Safety,Key Laboratory of Advanced Processing of Aquatic Products of Guangdong Higher Education Institution,College of Food Science and Technology,Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088,China)

In order to provide a theoretical basis for the quality control during shellfish flavorings production,the qualitative and quantitative analysis of the volatiles in the shellfish flavorings were carried out using headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry(HS-SPME-GC-MS)method,and then their odour active value(OAV)were calculated. The results showed that Dimethyl sulfide,3-(Methylthio)-propanal,2-Methyl-butyraldehyde,2-Ethyl-furan,3-Methyl-butyraldehyde,Methanethiol,2-Methylbutanoic acid methyl ester,2-Methyl-propanal,3-Ethyl-2,5-dimethyl-pyrazine,Methyl butyrate,2-Pentyl-furan,Heptanal,(Z)-4-Heptenal and 2-Propyl-furan were the key aroma compounds of the shellfish flavorings which contributed to its overall aroma,made it be characteristic of clear shellfish flavor and with full-bodied nutty and caramel aroma,roast aroma and other pleasant aroma.

shellfish flavorings;key aroma compounds;HS-SPME-GC-MS;OAV

2014-08-05

陈美花(1983-),女,硕士,讲师,研究方向:食品资源开发利用。

*通讯作者:吉宏武(1962-),男,博士,教授,研究方向:南海低值水产原料化学成分及其高值化利用。

TS207.3

A

:1002-0306(2015)09-0292-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.09.055