不同养殖模式罗非鱼的挥发性成分分析

郝淑贤，叶鸽，李来好，黄卉，魏涯，杨贤庆，林婉玲，袁晓敏

(中国水产科学研究院 南海水产研究所；农业部水产品加工重点实验室；国家水产品加工技术研发中心，广东 广州，510300)



不同养殖模式罗非鱼的挥发性成分分析

郝淑贤*，叶鸽，李来好，黄卉，魏涯，杨贤庆，林婉玲，袁晓敏

(中国水产科学研究院 南海水产研究所；农业部水产品加工重点实验室；国家水产品加工技术研发中心，广东 广州，510300)

摘要采用固相微萃取(SPME)和气相色谱—质谱(GC-MS)联用技术对2种养殖模式罗非鱼的挥发性成分进行分析鉴定。结果显示：鱼菜共生混养模式和纯投料混养模式罗非鱼的主要挥发性风味成分分别为51种和59种，其中主要挥发性成分为醛类、醇类、酯类以及烃类物质，总量分别占2种鱼总挥发性成分的70.69%和83.46%。其中鱼菜共生混养模式罗非鱼的主体风味成分由己醛、庚醛、辛醛、2-辛烯醛、壬醛、2-壬烯醛、癸醛、2,4-壬二烯醛、2-十一烯醛构成，纯投料混养模式罗非鱼的主体风味成分除上述成分外，还有2-癸烯醛和2,4-癸二烯醛和十二醛。2种养殖模式所得罗非鱼的特征气味都以鱼腥味、哈喇味、青草味和清香味为主，两者的哈喇味强度相似，纯投料混养罗非鱼的鱼腥味比鱼菜共生强，而鱼菜共生混养的青草味、清香味更突出。

关键词养殖模式；罗非鱼；挥发性物质；主体风味；特征气味

罗非鱼(Oreochromismossambila)，俗称非洲鲫鱼，隶属于鲈形目、鲈形亚目、丽鱼科、罗非鱼属，其蛋白质含量高且容易被人体消化吸收、营养价值很高，享有“白肉三文鱼”的美誉。目前全球有100多个国家和地区开展罗非鱼养殖，其中中国是罗非鱼养殖大国，在广东、广西、福建及海南等地大面积养殖，罗非鱼片已是中国出口农产品中的一个品牌产品[1-2]。因各地环境条件差异，养殖模式也各不相同，其中包括鱼-鱼混养模式、鱼-猪立体养殖模式、鱼-鸭立体养殖模式、鱼菜共生养殖模式、鱼-贝立体养殖模式等。然而，养殖环境、摄食习性、鱼的品种等因素对鱼类的风味特征影响力存在一定的差异。风味是食品的香气、味道和入口获得的香味的统称，其中挥发性风味成分对鱼肉的整体风味起着至关重要的作用，是影响产品质量及经济效应的重要因素之一[3]。

目前，国内外有大量水产品挥发性成分的研究报道，同时SPME-GC-MS技术也受到广泛应用[4]。郝淑贤等[5]采用GC-MS从鲟鱼腹肉、背肉、尾肉、皮、鳃、肝中共检出60 余种挥发性物质。IGLESIASJ等[6]利用SPME-GC-MS技术对比新鲜和冷冻海鲷鱼的挥发性成分差异，认为1-辛烯-3-醇、1-戊烯-3-醇，z-4庚烯可以做为新鲜及解冻鱼的指示物。ROSE等[7]利用气相色谱分析认为烟熏三文鱼异味物质中以3甲基丁醛和-3羟基丁酮的强度最大。CHEN等[8]利用SPME-GC-MS从中华绒螯蟹熟肉中共检出7类48种挥发性物质。但关于不同养殖模式对罗非鱼挥发性气味成分影响的研究报道还比较少见。文章以鱼菜共生混养模式罗非鱼和纯投料混养模式罗非鱼样品为研究对象，采用SPME和GC-MS分析鉴定鱼肉中的挥发性风味成分，结合感觉阈值，根据相对气味活度值确定罗非鱼肉的主体风味成分，并对主要的挥发性组分的气味特征及其来源进行了分析，旨在为罗非鱼风味的研究和产业发展提供一定参考依据。

1材料与方法

1.1原料

罗非鱼由惠州市某养殖场提供，鱼体重(500±50) g。鱼菜共生养殖模式样品：在水面种植台湾枸杞，在池塘中混养有鳙鱼、鲳鱼、鲢鱼、鲫鱼，未投喂饲料。纯投料养殖模式样品：在池塘中混养有青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼，定期向池中投喂一定饲料。

1.2主要仪器设备

固相微萃取(DVB-PDMS65 μm)，美国Supelco公司；GCMS-QP2010岛津气质联用仪，日本岛津公司。

1.3实验方法

1.3.1样品气味成分的顶空采样

采用HAO等[9]的方法进行挥发性成分分析。采取混合采样法，各模式罗非鱼取样3条，混匀后捣碎，取4 g样品，加入饱和食盐水[盐∶水=1∶3(g∶mL)]，迅速倒入15 mL顶空瓶中，置于磁力搅拌台上，调整固定萃取头的位置并水浴加热。将65 μm DVB-PDMS萃取头插入样品瓶顶空部分，于60 ℃下萃取30 min后取出，迅速插入到气相色谱仪的进样口进行下一步分析。

1.3.2气质联用仪分析鉴定

将萃取头插入气相色谱仪的进样口，进样口温度为250 ℃，解析6 min后，取出。

气相色谱条件：采用DB-5MS(30 mm×0.25 mm, 0.25 μm)色谱柱；程序升温条件：柱初温35 ℃，保持1 min，以5 ℃/min的速度升温到60 ℃保持1 min，再以6 ℃/min上升到140 ℃保持1 min，最后以8 ℃/min升温到230 ℃，保持5 min；载气：氦气；流量为1.0 mL/min；采用恒线速度，分流比为1∶20。

质谱分析条件：离子源温度为200 ℃；电子能量70 ev；质量扫描范围m/z 35～350，无溶剂切除时间。

1.3.3数据处理与质谱检索

利用计算机NIST普库数据库检索，通过对质谱图库中的标准谱图进行比较，并结合有关文献进行人工谱图解析来确认罗非鱼中的挥发性成分，此外通过Excel数据处理系统，按面积归一化法进行分析，得到各成分的相对百分含量，检测的数据用平均值表示。

1.4关键风味化合物的确定方法

参考刘登勇等[10]的方法，采用相对气味活度值法，确定对样品风味贡献最大的组分：ROAVstan=100，对其他挥发性成分则有：

气味贡献值=Cri/Tstan

(1)

(2)

其中：Cri、Ti是各挥发性组分的相对百分含量和相对应的感觉阈值；Crstan、Tstan分别是对样品总体风味贡献最大的组分的相对百分含量和相对应的感觉阈值。ROAV值越大，则该组分对样品总体风味贡献越大，ROAV1的组分均为分析样品的关键风味化合物，0.1ROAV1的组分对样品的总体风味具有重要的修饰作用。

2结果与讨论

2.1不同养殖模式罗非鱼挥发性成分分析

分别对鱼菜共生和纯投料模式两种罗非鱼进行GC-MS分析，得到了2种模式所养罗非鱼样品的总离子流色谱图(图1～图2)。经计算机谱库NIST 05a.L检索及分析，鉴定出不同养殖模式罗非鱼的挥发性成分，鱼菜共生和纯投料模式所养罗非鱼相似度大于80%的挥发性风味物质分别为51种和59种。

图1　鱼菜共生混养模式罗非鱼挥发性物质总离子流图Fig.1　The ion-flow graph of the volatile compounds in fish-vegetable symbiosis fish

图2　纯投料混养模式罗非鱼挥发性物质总离子流图Fig.2　The ion-flow graph of the volatile compounds in pure feeding fish

从表1可以看出，醛类、醇类、酯类和烃类是罗非鱼的主要风味物质，总的含量分别占这2种罗非鱼总挥发性风味成分的70.69 %(鱼菜共生混养模式)和83.46%(纯投料混养模式)。这2种养殖模式的罗非鱼风味物质组成有一定的相似性，共有风味成分有40种。但2种养殖模式所得罗非鱼的挥发性风味成分也存在一定的差异性，这些差异是造成罗非鱼不同风味的重要原因。大量研究表明，水产动物挥发性物质组成受其生存的水域养殖环境影响较大[11]。鱼菜共生模式可通过鱼、植物及微生物的协同共生作用起到池塘的原位生态修复的功效，是净化养殖水体环境的一种新方式[12]，不但达到鱼菜双收的目的，还可有效改善养殖鱼肉的品质。叶鸽等通过研究证实鱼菜共生养殖模式可明显提高罗非鱼鲜味水平[13]。

2.2罗非鱼中羰基类化合物的风味特征

羰基类化合物包括醛类和酮类化合物，其中，因醛类化合物的阈值较低，因而对风味的贡献较大。2种养殖模式罗非鱼肉中醛类化合物相对含量分别占其风味成分的56.85%(鱼菜共生混养模式)和42.06%(纯投料混养模式)。其中以饱和醛类所占比例居多，特别是已醛含量占21%～32%。醛类化合物由脂质氧化形成，与其他物质具有很强的风味叠加效应。饱和醛类和C6-C9不饱和醛类物质具有青草味、酸败味和水果香的气味，它们具体的气味描述与浓度密切相关。在罗非鱼肉中检测到的己醛、庚醛、辛醛和壬醛主要来源于油酸、亚油酸以及花生四烯酸等不饱和脂肪酸的分解，己醛可能来源于n-6不饱和脂肪酸[14]，也可能来源于n-9脂肪酸[15]，它在高浓度时具有油脂的腐败味，在低浓度时具有青草和蔬菜的气味。2-庚烯醛、2-辛烯醛、2-壬烯醛、2-癸烯醛等单烯醛化合物阈值较低。酮类化合物在鱼肉中检出情况无论是种类还是相对含量都不多，2种酮类化合物占鱼肉风味成分的比例不足1%。酮类化合物可能是由于多不饱和脂肪酸的热氧化或降解、氨基酸降解或微生物氧化所产生的[16]。实验样品是新鲜的罗非鱼肉，未经过加热处理，可能是使得酮类物质含量较低的原因。酮类具有独特的清香和果香风味，并且花香随着碳链的增长而更强[17]。

续表1

化合物种类化合物名称相对含量/%鱼菜共生混养模式纯投料混养模式其他己酸乙烯酯*6.093.962-乙基-1-己酸己酯0.47—二氯乙酸-4-十六酯*0.240.17丙酸-2-甲基-1,3二丙酯*0.670.67邻苯二甲酸二乙酯*3.5211.58邻苯二甲酸二异丁基酯*0.210.653-环己烯-1-甲腈*1.481.15十四腈*2.341.30十七腈*0.850.70二丁基羟基甲苯0.34—N,N-二丁基甲酰胺*0.470.24十氢-4,8,8-三甲基-9-亚甲基-1,4-环己甲醇甘菊蓝*0.460.24癸醚—0.58十四烷基环氧乙烷—0.18八甲基环四聚硅氧烷*1.440.76十二甲基环己硅氧烷*1.411.24十四甲基环庚硅氧烷*6.539.443-异丙氧基-1,1,1,7,7,7-六甲基-3,5,5-三羟甲基甲烷四硅氧烷—7.071,1,1,3,5,7,9,11,11,11-十甲基-5-三甲基硅氧基六硅氧烷*2.502.13

注：*几种养殖模式罗非鱼的共有成分；—未检出。

2.3罗非鱼中醇类化合物的风味特征

一般认为醇类物质是由糖、氨基酸以及醛类物质的还原作用而生成，其中饱和醇类可能是脂肪经氧化分解生成的或是含羰基化合物还原而生成的，因其阈值比较高，除非以高浓度存在，否则对气味贡献不大[18]。这2种养殖模式罗非鱼的饱和醇的相对百分含量较低(表1)，分别为2.92%和2.12%，因此对鱼肉的特征风味没有多大贡献。有研究认为1-辛烯-3-醇、1-戊烯-3-醇可以作为鱼肉鲜度的衡量指标[5]，但这2种物质在罗非鱼样品中并未检出。

2.4罗非鱼中烃类及其他物质的风味特征

烃类物质在很多水产品中都有检出报道。2种养殖模式鱼肉中烃类物质种类丰富，共检出26种(表1)，但每种物质的检出比例并不高。大量研究表明，烃类物质是鱼类普遍存在的挥发性物质，可能源自脂肪酸烷氧自由基的均裂，因其阈值较高，对鱼肉风味的直接贡献不大。2,6,10,14-四甲基十五烷具有清新香甜的气味，来源于烷基自由基的脂质自动氧化或类胡萝卜素分解[19]。酯类物质中以己酸乙烯酯及邻苯二甲酸二乙酯相对含量居多，虽然单一酯类对鱼肉风味影响不大，但可能通过风味叠加效应提高鱼肉的整体香味效果。此外，某些含苯的化合物如邻二甲苯，是造成鱼肉中令人不愉快的风味物质。石竹烯具有温和的丁香香气。

2.5不同养殖模式罗非鱼主体风味成分的确定

食品的风味特征并非简单地由挥发性风味化合物的含量决定，而是取决于挥发性物质的气味强度，气味强度与化合物在样品中的含量及其感官域值息息相关，在同种浓度下，化合物感官域值越低，气味强度就越大，对食品总体风味的贡献也就越大。为进一步确定不同养殖模式罗非鱼的主体风味成分，结合表2所示的气味贡献值，定义鱼菜共生混养模式中癸醛的相对气味活度值ROAVstan=100，定义纯投料混养模式中2,4-壬二烯醛的相对气味活度值ROAVstan=100。其他挥发性风味化合物的相对气味活度值(ROAV)可由公式(2)计算得到，从而分析得出不同养殖模式罗非鱼的主体风味成分，并对重要的风味化合物的气味特征进行了描述，结果见表2。

由表2可以看出，鱼菜共生混养模式罗非鱼的主体风味成分由9种物质组成，分别为己醛、庚醛、辛醛、2-辛烯醛、壬醛、2-壬烯醛、癸醛、2,4-壬二烯醛、2-十一烯醛，纯投料混养模式罗非鱼的主体风味成分由12种物质组成，除上述9种物质外，还有2-癸烯醛、2,4-癸二烯醛、十二醛。总体来说，2种养殖模式罗非鱼的风味物质种类大体一致，但占主导地位的风味物质和含量存在差异，从而导致不同养殖模式的罗非鱼呈现不同的风味特征，进而导致感官接受程度的差异，鱼菜共生和纯投料组罗非鱼肉挥发性贡献值最大的物质分别为葵醛和2,4壬二烯醛，而鱼腥味活度值较高的组分在纯投料组反应更明显。

表2　罗非鱼肉主要挥发性成分气味贡献值和相对气味活度值

根据气味活度值，利用Excel软件构建这两种罗非鱼的风味轮，直观显示了不同养殖模式罗非鱼风味的异同(图3)。从图3可以看出，2种养殖模式罗非鱼气味特征基本相似，以鱼腥味、哈喇味、青草味和清香为主，两者的哈喇味强度相似，纯投料混养模式的鱼腥味较重，而鱼菜共生混养模式的清香和青草味较强，这可能与不同养殖模式环境下，浮游植物种类和数量有关。根据李丹丹等人的报道，鱼菜共生池塘中绿藻的含量明显高于纯投料池塘，而蓝藻数量明显少于纯投料池塘[20]，另有报道蓝藻是新鲜水产品腥味物质产生的首要因素[21]。

图3　不同养殖模式罗非鱼风味轮Fig.3　Sensory profile of Tilapia under different culture mode

3结论

(1)实验中2种养殖模式罗非鱼的风味物质组成有一定的相似性，主要风味物质均为醛类、醇类、酯类和烃类，二者共有40种相同的风味物质，且对风味贡献最大的都是醛类。这两种养殖模式罗非鱼的饱和醇的相对百分含量较低，且ROAV低，因此对鱼肉的特征风味没有多大贡献。同时这2种养殖模式所得罗非鱼的挥发性风味成分也存在一定的差异性，这些差异是造成这2种罗非鱼不同风味的重要原因。

(2)2种模式养殖的罗非鱼气味特征基本相似，以鱼腥味、哈喇味、青草味和清香为主，两者的哈喇味强度相似，纯投料混养模式的鱼腥味较重，而鱼菜共生模式的清香和青草味较强，推测可能是受鱼菜共生混养模式环境中的浮游植物群落结构影响。

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Volatile component analysis of Tilapia under different cultivating system

HAO Shu-xian*，YE Ge，LI Lai-hao， HUANG Hui，WEI Ya，YANG Xian-qing，LIN Wan-ling， YUAN Xiao-min

(South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences；National R&D Center For Aquatic Product Processing；Key Laboratory of Aquatic Product Processing,Ministry of Agriculture，Guangzhou 510300, China)

ABSTRACTVolatile compounds in Tilapia of different cultivating were analyzed by solid phase microextraction (SPME) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The results showed that 51 kinds of volatile component were obtained in fish-vegetable symbiosis cultivating system, and 59 kinds were in the pure feeding system. The main volatile species were aldehydes, alcohols, esters and hydrocarbons, and the total content were 70.69% (fish-vegetable symbiosis) and 83.46% (pure feeding) respectively. The main flavor compounds in fish-vegetable symbiosis were hexanal, heptanal, octanal, 2-octenal, nonanal, 2-nonenal, decanal, 2, 4-nonadienal and 2-undecenal. In pure feeding system, other substance, such as 2-decenal, 2, 4-decadienal and dodecanal were also detected. The main characteristic odor of the two cultivating system were fishy, rancid, grassy and fragrance. Both have similar rancid smell, and the fishy in pure feeding was thicker than fish-vegetable symbiosis raising system, the grassy and fragrance were thicker in fish-vegetable symbiosis system.

Key wordsculture mode; Tilapia; volatile component; main flavor; characteristic odor

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201606026

基金项目：国家现代农业产业技术体系(CARS-49)；国家自然科学基金(No. 31271957, No.31401563)资助

收稿日期：2015-09-28，改回日期：2015-12-14

第一作者：博士，研究员(本文通讯作者，E-mail:susanbao@163.com)。