温度与海带挥发性成分量效关系的解析

崔晨茜,韩姣姣,董丽莎,张红燕,司开学,王朝阳,周 君,张春丹,苏秀榕

(宁波大学海洋学院,浙江宁波 315211)

温度与海带挥发性成分量效关系的解析

探讨不同温度处理的海带挥发性成分的差异。电子鼻分别检测不同加热温度(100、115、135、150 ℃)的条件下海带和生鲜海带间气味的表征,对所获得的数据进行主成分分析。采用顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用仪检测并分析生鲜、100 ℃加热以及150 ℃加热条件下海带的挥发性风味成分。电子鼻对不同条件下处理的海带样品的定性分析快速灵敏。运用GC-MS技术鉴定出生鲜海带、100 ℃和150 ℃加热海带中分别含有30种、43种、64种挥发性风味成分,主要包括一些烃类化合物、醛类化合物、醇类化合物以及酮类化合物。它们的协同作用构成了海带的特殊风味。己醛、辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛和1-辛烯-3-醇是生鲜海带的主要挥发性风味物质。经过100 ℃加热的海带中风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、醛类物质以及2-戊基呋喃的共同作用;150 ℃加热以后除了壬醛、2,4-壬二烯醛、己醛、辛醛和十五烷以外,出现了8-十七烯、糠醛、5-甲基糠醛等物质,它们对其风味的形成起主要作用。

海带,电子鼻,顶空固相微萃取,气-质联用仪,挥发性成分

海带(Laminariajaponica)是一种在低温海水中生长的大型的食用藻类,我国的海带在自然分类上隶属于褐藻门(Phaeophta),褐藻纲(Phaeosporeae),海带目(Laminariales),海带科(Laminaroaceae),海带属(Laminaria)。海带中富含碘、钾、镁、铁、钙、锌、硒等矿物质以及胡萝卜素、VB2等维生素[1],还含有甘露醇、褐藻酸、海带素等活性物质,在调节血脂、降血糖、降血压、抗凝血、抗肿瘤、抗突变、防辐射、抗病毒和增强免疫功能等方面有特殊功效,具有极高的食用价值[2]。目前,国内外对于海带的研究主要集中在海带中多糖[3-5]、膳食纤维[6]、多酚[7-8]等活性物质的提取和利用,使得海带中的生物活性物质在化工、医药等领域具有广阔的应用前景。同时,海带作为一种比较受欢迎的健康食品其本身却具有很浓的藻腥味,近年来,海带复合食品的开发也越来越受到研究者的青睐。在我国,海带饮料[9]、海带泡菜[10]、海带果丹皮[11]、海带酱油[12]等产品,不仅利用了海带中丰富的营养成分,也对海带的腥味在一定程度上进行了掩盖。国内外对于海带挥发性风味成分研究的报道较少,如果能研究出海带的主要腥味物质以及加热过程中腥味物质的变化,就可以在海带产品深加工过程中有的放矢地采取一些具体措施来去除海带的腥味。本文采用电子鼻、顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)技术,对生鲜及热处理海带的挥发性风味成分进行了定性定量分析,旨在为海带的挥发性风味成分的研究和未来海带产品的进一步开发利用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

生鲜海带 由象山县海带养殖公司提供;丁酸乙酯(分析标准品,纯度为99%) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

萃取头(65 μm PDMS) 美国Supelco公司;电子鼻(PEN3,配备WinMuster 数据处理系统) 德国Airsence公司;Gas Chromatography and Mass Spectrometry简称GC-MS(7890/M7-80EI) 美国Agilent公司、北京普析通用仪器有限责任公司;15 mL螺旋塞样品瓶 上海安普科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的制备 电子鼻样品:称取0.5 g生鲜海带于15 mL样品瓶中,压盖密封,分别在100、115、135、150 ℃条件下加热1 h,用于电子鼻检测。

GC-MS样品:称取0.5 g生鲜海带并迅速放入15 mL的样品瓶中密封备用,另取0.5 g上述海带置于15 mL的样品瓶中分别在100、150 ℃条件下保温1 h,在样品中加入0.5 mL稀释过的丁酸乙酯溶液(0.95 μg/g)作为内标物质。将萃取头在气相色谱的进样口250 ℃的条件下老化30 min后,插入含有丁酸乙酯溶液(0.95 μg/g)内标物质的样品瓶中,经过顶空固相微萃取后,置于气质联用仪的气相色谱进样口250 ℃解吸2 min,用于GC-MS分析检测[13]。

1.2.2 色谱条件 VOCOL毛细管色谱柱(60 m×0.32 mm,1.8 μm);载气He,流速为0.3 mL/min;采用不分流模式进样,时间为0.5 min,恒压35 kPa;进样口温度与接口温度均为210 ℃,检测温度为210 ℃,检测器为FID;采用程序升温方法:起始柱温为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 质谱条件 离子源温度为200 ℃,电离方式为电子轰击(electron impact,EI)模式,电子能量70 eV,扫描质量范围为45～1000 u。

1.2.4 数据分析 电子鼻信号采集时间为200 s,取稳定后的第199～200 s的数据并运用配套的WinMuster 软件进行线性判别分析(Linear Discriminant Analysis,LDA)。LDA分析更加注重样品在空间中的分布状态及彼此间的距离[14]。将所提取传感器的多指标信息进行数据转换和降维,并对降维后的特征向量进行线性分类,最后在LDA分析的散点图上显示出主要的两维散点图。一般情况下,总贡献率超过70%的方法即可使用。

GC-MS数据利用计算机检索,同时通过NIST 08和WILEY 09谱库相互匹配进行定性分析。谱库中化合物相似度低于80(最大值为100)的组分标为未鉴定出。各组分相对含量按照峰面积归一化法计算,然后根据内标物的量,计算样品中各挥发性组分的绝对含量(丁酸乙酯μg/g)=ΩAi/(A×m)式中:Ω为添加入检测样品的丁酸乙酯内标的质量(μg);Ai为各挥发性组分的峰面积;A 为内标物质的峰面积;m为被测样品的质量(g)。

用Excel 2016和SPSS 13.0软件进行数据分析。所有实验均作三次重复,测定结果以均值±标准差表示。实验数据采用ANOVA进行邓肯(Duncan)差异分析,以p<0.05为显著性差异。

2 结果与分析

2.1 电子鼻检测

从LDA分析图可以看出,5个海带样品被明显地区分开来。第一主成分LD1(89.76%)和第二主成分LD2(6.48%)的累计贡献率达到96.24%,能够代表海带的整体风味信息。随着温度的变化,海带挥发性气味的分布呈现出一定的聚类现象,且数据的分布越紧密,采集到的气味就越相似。其中100 ℃和115 ℃海带的整体风味、135 ℃和150 ℃海带的整体风味比较接近,因此选择100 ℃和最高温度150 ℃处理海带,并与生鲜海带进行比较。生鲜海带与这两组相比差异较大。这说明温度对海带风味的影响较大。

图1 不同温度处理下海带电子鼻数据的LDA图Fig.1 LDA plots of e-nose data for the different temperature treatment of Laminaria japonica

2.2 挥发性物质的种类

通过GC-MS检测从生鲜海带、100 ℃加热海带、150 ℃加热海带中鉴定出的挥发性物质分别为30种、43种、64种。并通过与内标物质(丁酸乙酯)进行了定量分析。从挥发性成分看,主要包括烃类、醛类、酮类、醇类、酯类以及一些其它类别的化合物。

表1 不同温度处理海带样品的GC-MS分析结果

续表

注:a,b,c不同小写字母表示相同指标内的差异显著(p<0.05);“-”表示未检出。2.2.1 生鲜海带的挥发性成分 生鲜的海带中具有一种强烈的腥味和特殊的藻香味,陈婉珠[15]等在对海带腥味物质的HS-SPME-GC-MS分析中得出:一些烯醛类及烯醇类等不饱和挥发性物质可能对海带特殊藻香味有特殊的贡献,而对海带的藻腥味贡献最大的物质则可能是羧酸类、烷烃类及芳香环基类等物质。本文通过GC-MS检测出生鲜的海带中烃类物质的绝对含量为1.28 μg丁酸乙酯/g样品,其中十五烷是天然鱼香的主要香气物质[16]。乙苯是腐败大马哈鱼的标记物[17]。生鲜海带中醛类物质的绝对含量为4.42 μg丁酸乙酯/g样品,高于其他几种物质且多数醛类物质的感官阈值较低。其中,壬醛含量最高,感觉阈值为1[18],具有脂肪香味[19]。己醛含量次之,感觉阈值为4.5[20],有青草味[21]。反-2-辛烯醛感觉阈值为1[22],也具有青草气味。反-2-癸烯醛的感觉阈值为0.3[23],对海带的腥味贡献较大。苯甲醛的感觉阈值为350[18]且具有杏仁香和坚果的香味[19],被广泛应用于香料工业。酮类物质的感觉阈值高于醛类,酮类是生鲜鱼类的风味物质[24]。生鲜海带中的酮类物质主要是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-紫罗兰酮。酮类对腥味物质起到增强作用,尤其是烯酮类化合物,如3,5-辛二烯-2-酮[25]。醇类物质中1-辛烯-3-醇的含量明显高于其他醇类,且1-辛烯-3-醇的感觉阈值为1[26],有蘑菇味和泥土味[17],故认为其对生鲜海带的风味有重要贡献。所以认为己醛、辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛等一些醛类以及1-辛烯-3-醇对生鲜海带风味的形成起主要作用。

2.2.2 加热100 ℃海带的挥发性成分 海带加热100 ℃以后,可能由于高温使脂肪酸烷氧基发生裂解导致烃类化合物的含量显著增加,具有天然鱼香、硅藻香的十五烷含量增加尤为显著,由0.43增加至37.3,认为其对100 ℃加热海带风味的形成有重要作用。加热后生成的十一烷、十七烷、十九烷、合金欢烯等一些烃类物质可能对100 ℃加热海带风味的形成产生一定的影响,己醛、辛醛、壬醛、癸醛、反-2-庚烯醛、2,4-癸二烯醛等醛类的含量显著增加,新生成的反-2-庚烯醛的感官阈值为0.8,具有青草香味[26],而2,4-癸二烯醛是很多鱼类的腥味物质。加热后醇类物质的总量变化不大,但是具有泥土味和蘑菇香气的1-辛烯-3-醇含量显著降低。和生鲜海带相比,100 ℃加热海带中酮类物质的总量显著减少。经过海带加热100 ℃后生成了2-丙基呋喃、2-戊基呋喃等一些呋喃类物质,它可能来自于亚油酸的氧化,气味阈值为6[28],是风味形成的重要挥发性物质。

2.2.3 加热150 ℃海带感的挥发性成分 生鲜海带经过150 ℃加热后,十五烷的含量减少,但其在烃类物质中依然占有较大比重,生成的柠檬烯感觉阈值为10,具有柠檬香和橘香味[22]。8-十七烯是红毛菜属藻类的特征性挥发成分之一[29],Antonio等在龙须菜和浒苔粉中均发现有该物质。醛类化合物在加热过程中,种类和数量显著增加[30]。其原因是海带中含有丰富的脂肪、碳水化合物和蛋白质,加热以后这些物质发生了不同程度的降解,产生许多对海带风味物质的形成有重大影响的壬醛、反-2-庚烯醛、2,4-壬二烯醛、己醛、辛醛等。庚醛感觉阈值为3具有鱼腥味,十一醛感觉阈值为5[31]具有脂蜡味和甜橙玫瑰样花香;2.4-庚二烯醛感觉阈值较高具有甜香、杏仁香、坚果香[32]。醇类物质中含量最高的是1-辛烯-3-醇,可能对150 ℃加热海带风味的形成起一定的影响。酮类物质先减少后增加,酯类物质从无到有,赋予加热海带特殊的酯香味。呋喃类物质在加热后大量产生,糠醛具有苦杏仁气味[32],多数呋喃类物质具有焦香气味且感觉阈值较低,与150 ℃加热海带风味的形成密切相关。

3 结论

利用电子鼻系统可以快速、有效地区分不同温度处理的海带风味变化,并且结合HS-SPME-GC-MS联用仪对海带的挥发性成分进行分离鉴定。从海带中分离出烃类、醛类、酮类、醇类、杂环类等挥发性风味成分,这些成分的组成和相对含量随温度变化而变化,从而赋予不同温度下海带的特征风味。生鲜海带与100 ℃、150 ℃加热海带的挥发性风味成分有很大的差异,通过初步探究认为己醛、辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛、等一些醛类以及1-辛烯-3-醇对生鲜海带风味的形成起主要作用。100 ℃加热海带的腥味减弱,其挥发性风味物质主要是十五烷等烃类物质,己醛、辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、2,4-癸二烯醛、反-2-庚烯醛等醛类物质以及2-戊基呋喃等一些呋喃类物质。壬醛、2,4-壬二烯醛、己醛、辛醛等醛类物质,十五烷、8-十七烯等烃类物质,糠醛、5-甲基糠醛等呋喃类物质共同构成了150 ℃加热海带的风味。但是评价一种物质对海带整体风味的贡献不能够仅仅看其含量,不同的风味物质由于其感觉阈值以及在样品基质中浓度的不同,对海带风味的贡献会有所差异,因此需要对海带中的特征风味物质进行进一步的研究。

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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,硕士研究生,研究方向:水产品加工及贮藏,E-mail:cuichenxi93@126.com。

*通讯作者:苏秀榕(1956-),女,教授,研究方向:食品安全/生物与分子生物学,E-mail:suxiurong@nbu.edu.cn。

浙江省重大科技专项重点社会发展项目(2009C03017-1)。

崔晨茜,韩姣姣,董丽莎,张红燕,司开学,王朝阳,周 君,张春丹,苏秀榕*

(宁波大学海洋学院,浙江宁波 315211)

TS207.3

A

1002-0306(2016)24-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.24.000