养殖大黄鱼挥发性成分分析

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(宁波大学海洋学院，浙江宁波 315211)

大黄鱼(Pseudosciaenacrocea),硬骨鱼纲,鲈形目,为传统“四大海产”(大黄鱼、小黄鱼、带鱼、乌贼)之一,是我国近海主要经济鱼类。鱼肉中的挥发性成分受多种因素影响,如鱼的品种、生存的环境、食用的饲料、保存方式、保存时间、鱼的加工方式等都会影响鱼肉中的挥发性成分[1]。大黄鱼价格较贵,市场上主要以鲜大黄鱼及冰冻大黄鱼销售,目前国内对于大黄鱼的研究集中在保鲜与贮藏运输方面,如张晓艳等[2]探讨了低剂量辐照和复合保鲜剂对常温下淡腌大黄鱼有显著的保鲜效果。有研究表明养殖大黄鱼脂肪含量高,腥味大的缺陷[3],影响了消费者对野生大黄鱼肉质细嫩鲜美的认知。很少有文献对大黄鱼通过加工来改善其风味进行研究报道,吴靖娜等[4]研究液熏大黄鱼前后风味成分的变化发现,液熏前风味成分主要为烃类和酯类化合物,液熏后风味成分主要为酚类和酮类化合物。因此加工温度和加工方式对养殖大黄鱼挥发性成分影响较大。本文利用电子鼻结合HS-SPME-GC-MS技术分析不同温度下养殖大黄鱼背、腹部肌肉的挥发性风味成分,寻找使鱼肉产生更多特征性香味成分的温度,为养殖大黄鱼进一步加工提供理论依据。

1　材料与方法

1.1　材料与仪器

新鲜养殖大黄鱼舟山市大黄鱼养殖公司;丁酸甲酯标准品纯度为99%,上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

PEN3型电子鼻德国Airsense公司;7890/M7-80EI气质联用仪(GC-MS)美国Agilent公司;65 μm PDMS萃取头美国Supelco公司。

1.2　实验方法

1.2.1电子鼻检测

1.2.1.1样品前处理将养殖大黄鱼解剖,分别取背、腹部肌肉0.50 g于样品瓶中,压盖密封,分别在50、80、110、140、170 ℃加热15 min,取出待测。另取0.50 g的新鲜养殖大黄鱼背、腹部肌肉作为对照。

1.2.1.2电子鼻测定将样品取出冷却30 min,待其达到顶空平衡后使用电子鼻检测。电子鼻数据采集时间300 s,清洗时间300 s,进气量600 mL/min。取第299～300 s的数据并运用电子鼻配套的WinMuster软件对数据进行响应分析、载荷(Loadings)分析以及主成分分析(PCA)。PEN3电子鼻包含10个金属氧化物传感器阵列,每个传感器有不同的性能[5]。在PCA分析的散点图上显示主要的两维散点图,PC1和PC2总贡献率超过70%～85%[6]的方法即可使用。

1.2.2SPME-GC-MS分析

1.2.2.1样品前处理称取5.00 g新鲜的养殖大黄鱼背、腹部肌肉分别放入15 mL样品瓶中密封备用,另取5.00 g上述样品分别放入恒温箱中加热15 min(加热温度由电子鼻的分析结果确定),在所有样品中加入10 μL稀释1000倍的丁酸甲酯(0.898 g/mL)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,插入样品瓶中,推出纤维头,在60 ℃水浴中吸附30 min后取下并插入气相-质谱联用仪的气相色谱进样口,于250 ℃解吸2 min后用于GC-MS分析检测。

1.2.2.2GC-MS工作参数气相色谱条件：VOCOL毛细管色谱柱(60 m×0.32 mm×1.8 μm);载气为He,恒流模式,流速0.3 mL/min;不分流模式进样;进样口温度与接口温度均为210 ℃，检测器为FID,检测温度为210 ℃;程序升温:起始柱温35 ℃,保持2 min,以3 ℃/min升至40 ℃保持1 min,再以5 ℃/min升至210 ℃保持25 min。质谱条件:离子源为电子轰击源(EI);电子能量为70 eV;离子源温度为200 ℃;扫描质量范围:45～1000 u。

1.3　数据处理

通过气质联用仪配置的NIST和WILEY谱库计算机检索并参考有关文献定性确定化合物,采用面积归一化法确定各组分的相对含量,根据内标物的量,计算样品中各挥发性组分的绝对含量[7]。

2　结果与分析

2.1　电子鼻分析

2.1.1不同传感器的响应值分析对不同温度的大黄鱼背、腹部肌肉趋于稳定后的电子鼻检测结果取平均值,得到不同传感器对其的响应值。图1表明,传感器S2、S6、S7、S8和S9对大黄鱼背、腹部肌肉的响应值均较高,而S1、S3、S4、S5和S10这5个传感器的响应值随着温度变化不明显,始终在1附近,说明这些传感器对大黄鱼的气味不敏感,需要进行载荷分析来剔除冗余传感器。

图1　电子传感器对养殖大黄鱼背、腹部肌肉气味响应值Fig.1　Effect of electronic sensor on the back and abdomen muscle odor of cultured Pseudosciaena crocea

2.1.2载荷分析经过载荷分析,图2a与图2b分别显示电子鼻的10个传感器对大黄鱼背、腹部肌肉的PCA分析的贡献率。对于第一主成分,S6、S8、S2传感器对背部肉的贡献率较高并依次降低,并且也对腹部肉较为灵敏;而在第二主成分,S7、S6、S9传感器依次对背部肉气味的采集起到重要作用,而S7、S9、S5传感器对腹部肉气味的贡献较大。据此可对传感器进行选择与优化,使电子鼻检测达到更优的结果。综上可知,大黄鱼背部肉选择S6、S7、S8、和S9传感器,而大黄鱼腹部肉选择S2、S6、S7和S9传感器对挥发性气味进行分析。

图2　电子鼻传感器对养殖大黄鱼响应值的载荷分析Fig.2　Load analysis of response value of electronic nose sensor to cultured Pseudosciaena crocea注:a:背部肌肉,b:腹部肌肉,图3同。

图3是对不同加热温度下养殖大黄鱼背、腹部肌肉的电子鼻PCA分析结果。若椭圆分布越紧密,就说明气味越相似[8]。经分析可得,图3a的PC1、PC2的方差贡献率分别为65.231%和27.406%,PC1、PC2的总贡献率为92.637%;图3b的PC1、PC2的方差贡献率分别为68.655%和20.441%,PC1、PC2的总贡献率为89.096%,两者都可较好地反映原始高维矩阵数据的信息,可用于区分不同温度加热的养殖大黄鱼的气味。再考虑实际加工工艺的温度需求,100 ℃是养殖大黄鱼蒸煮的温度,王霞[9]等研究得出的最合理烧烤工艺条件中的烧烤温度为175 ℃。因此选择50、110 ℃和本实验最高温度170 ℃加热养殖大黄鱼背、腹部肌肉,并对其挥发性成分通过SPME-GC-MS做进一步分析,与新鲜养殖大黄鱼的风味物质比较,以探究养殖大黄鱼不同部位在不同温度下挥发性风味物质发生的变化。

表1　背部肉不同加热温度下挥发性成分绝对含量Table 1　The absolute content of volatile components of back muscle of cultured Pseudosciaena crocea at different heating temperatures

图3　不同温度处理下养殖大黄鱼背、腹部肌肉电子鼻数据的PCA图Fig.3　PCA diagram of electronic nose data of back and abdomen muscle of cultured Pseudosciaena crocea at different temperature treatments注：每个椭圆代表不同温度加热养殖大黄鱼的数据采集点。

2.2不同部位中挥发性物质的比较由表1、表2可知，新鲜大黄鱼肌肉中鉴定出43种挥发性物质,经过50、110和170 ℃加热的大黄鱼肌肉中分别鉴定出50、45和40种挥发性物质。从养殖大黄鱼中鉴定出挥发性物质的数量为:新鲜背部肉23种、50 ℃背部肉29种、110 ℃背部肉28种、170 ℃背部肉24种;新鲜腹部肉30种、50 ℃腹部肉35种、110 ℃腹部肉27种、170 ℃腹部肉25种。腹部肉在50、170 ℃温度下的挥发物质种类均多于背部肉,腹部肉质较为细腻、脂肪含量高、鲜美。其中的挥发性成分主要有酮类、醛类、醇类、酯类、烃类等化合物,Misharina等[10]阐明鱼肉的香气起到重要作用的挥发性成分是酮类、醛类和醇类化合物,尤其是含有8～9个碳原子的不饱和酮、醛和醇类化合物,如3,5-辛二烯-2-酮、辛醛、壬醛、2,6-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇、2-壬烯-1-醇、1,5-辛二烯-3-醇(见表1、表2)。

续表

续表

注：“-”表示未检出。

表2　腹部肉不同加热温度下挥发性成分绝对含量Table 2　The absolute content of volatile components of abdomen muscle of cultured Pseudosciaena crocea at different heating temperatures

续表

注：“-”表示未检出。

2.2.1酮类化合物及风味特征酮类化合物阈值较低,高于醛类,是由氨基酸降解或多个不饱和脂肪酸热氧化产生,多数呈现出脂肪香和焦燃味[11-12]。3,5-辛二烯-2-酮是新鲜和50 ℃的背、腹部肉中的典型物质,在新鲜背、腹部肉中含量分别为67.60、47.39 μg/100 g,其对腥味物质起到增强作用,随温度升高呈现下降趋势。仅在背部肉检出的2,3-戊二酮具有奶油、焦糖和坚果香气,并带有醌的微甜气味,于50 ℃下含量最高,赋予大黄鱼较好风味。通过GC-MS共鉴定出10种酮类物质,腹部肉中占有9种,其中6-溴-2-己酮与(E)-3-烯-2-酮是170 ℃的腹部肉的主要酮类物质;并且具有果香味的2-庚酮在50 ℃时含量最高,为26.56 μg/100 g,是大多数鱼肉中共有的挥发性成分[13],对养殖大黄鱼整体风味有贡献。

2.2.2醛类化合物及风味特征醛类化合物阈值通常比其他化合物低,并且还能与许多其他物质产生很强的风味协同效应,对整体风味有重要作用,其是脂类化合物在酶和微生物作用下氧化生成[14]。Misharina等[15]认为己醛等饱和直链醛会产生令人不愉快的、刺激性的、辛辣的气味,而单烯醛类化合物有脂香、果香和坚果香。背、腹部肉在不同温度下均检测出己醛、庚醛和辛醛,这三种物质于腹部肉中的含量均高于背部肉,且认为是鱼肉呈腥味的主要原因[16]。吴靖娜等[17]已表明己醛在新鲜大黄鱼鱼肉中的相对百分含量最高(14.474%),这与本实验结果一致,己醛于背、腹部肉中分别为84.55、238.89 μg/100 g,随温度上升其含量减少。苯甲醛由斯特克雷尔氨基酸反应生成[18],在170 ℃时含量最高,于背、腹部中分别为58.97、238.29 μg/100 g,是烤花生仁中的主要单羰基化合物,有令人愉快的杏仁香味[19]。在50 ℃时,壬醛含量最高,背、腹部肉分别为145.21、95.20μg/100 g,随温度上升,该物质整体呈下降趋势,具有强烈的甜橙气息[14],己醛和苯甲醛这两种物质均对鱼肉气味产生重要影响。有研究烯醛类化合物对气味有加成作用[20],存在于腹部肉中的(E,E)-2,4-癸二烯醛在170 ℃时含量最高,有油炸过的脂香[21];(E,Z)-2,6-壬二烯醛具有似黄瓜香气[22],仅存在于50和110 ℃的腹部肉;(E)-4-庚烯醛在170 ℃含量达到最高,呈青草香和脂香,认为其与(E)-2-庚烯醛等烯醛是香鱼香气的主要来源[23],该物质可能与烤鱼香味有关。

2.2.3醇类化合物及风味特征醇类化合物阈值较高,对鱼肉风味影响较小,除非以较高浓度形式出现,而不饱和脂肪醇是由脂肪酸衍生而来或羰基化合物还原而来[1],阈值较低,具有芳香味和植物香。在背部肉中的醇类物质主要有1,5-辛二烯-3-醇、1-戊烯-3-醇、1-庚-3-醇、2-亚甲基-环戊烷丙醇和(Z)-4-,(Z)-6-辛二烯醇等。腹部肉中主要的醇类物质为1-辛烯-3-醇、2-癸炔-1-醇和2-丙基-1-庚醇。随着温度升高,不饱和醇的组成产生显著变化,如1,5-辛二烯-3-醇、1-戊烯-3-醇和1-辛烯-3-醇在温度为50 ℃以后就已检测不出。1-庚-3-醇分别为110 ℃背部肉与170 ℃腹部肉中主要物质;而170 ℃背部肉的典型物质为2-亚甲基-环戊烷丙醇,110 ℃腹部肉中的主要物质是2-丙基-1-庚醇。其中1-辛烯-3-醇是新鲜与50 ℃大黄鱼肌肉中主要醇类,是亚油酸氧化产生的氢过氧化物的降解物,呈蘑菇香和青草香,是鱼肉中比较常见的醇[24]。1-戊烯-3-醇是由15-脂加氧酶和脂氢过氧化物裂解酶共同催化EPA产生的,有清淡的金属味道,其仅在新鲜的背部肉中,含量为3.41 μg/100 g,虽然极低但对风味有贡献[25]。另外产生了很多饱和醇和杂环醇。

2.2.4酯类化合物及风味特征酯类化合物是发酵或脂质代谢生成的羧酸醇酯化的产物,使鱼肉呈果香味并带一丝甜味[26]。背部肉中的十六酸乙酯、2,8-二甲基十一烷酸甲酯和乙酸叔丁酯是其酯类的主要物质,均在110 ℃加热后产生,其中十六酸乙酯则会带来蜡香和奶油香气[27]。酯类化合物在腹部肉中鉴定出最高的两种物质是亚油酸乙酯(130.70 μg/100 g)和(E,E)-9,12-十八碳二烯酸甲酯(109.91 μg/100 g),但都在加热后消失。

2.2.5烃类化合物及风味特征烃类化合物阈值一般较高,由脂肪酸中烷氧基的裂解产生,其中饱和烃类气味温和,无刺激的腥味[28]。在养殖大黄鱼中检出烃类化合物共25种,包括烷烃8种、烯烃11种、炔烃3种及3种芳香烃。在背部肉中主要的烃类物质有甲苯、十一烷和十五烷,其中甲苯是鱼肉中产生的典型香味,可能由类胡萝卜素降解产生,也可能是糖或者氨基酸的热降解形成的[29]。天然鱼香的主要物质十五烷在背部肉中,含量由新鲜状态下的60.13 μg/100 g增加到170 ℃的385.33 μg/100 g;在腹部肉中是由高温加热后产生。1,4,9-癸三烯、1-十一炔和3-乙基-1,4-己二烯是腹部肉中主要烃类物质。背部肉和腹部肉在不同温度下烃类化合物含量的差别很大,但随着温度升高,种类和绝对含量总体上增多。

2.2.6其他化合物及风味特征呋喃类化合物具有很强烤坚果和烤肉的焦香以及极低的香气阈值,这些风味物质是由氨基酸与还原糖之间发生美拉德反应生成的。养殖大黄鱼检测出了2-戊基-呋喃、2-乙基-呋喃和反式-2-(2-戊烯基)-呋喃。当温度从110 ℃升至170 ℃,腹部肉中的2-乙基-呋喃从10.90 μg/100 g增加到47.06 μg/100 g,是一种典型的油脂氧化产物,因其阈值较小,为6 μg/kg,贡献了一定的蔬菜香和泥土味[30]。

3　结论

新鲜的大黄鱼肌肉中鉴定出43种挥发性物质,经过50 ℃、110 ℃和170 ℃加热的大黄鱼肌肉中分别鉴定出50、45和40种挥发性物质。新鲜养殖大黄鱼中的醛类物质含量最高,主要贡献物质为己醛、庚醛和辛醛,使其产生浓厚的腥味;经过50 ℃加热的鱼肉中的挥发性物质的种类最多,主要物质有3,5-辛二烯-2-酮、辛醛、壬醛、2,6-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇、2-壬烯-1-醇、1,5-辛二烯-3-醇,使腥味减少并赋有轻微的鱼香味;经过110 ℃加热的鱼肉中的主要物质为烃类,如甲苯、十一烷和十五烷,使鱼肉呈甜香,鱼腥味很大程度的减弱;经过170 ℃加热的鱼肉呈现较浓的焦香和烤肉味,其主要挥发性物质为烃类和杂环化合物,呋喃类化合物为主要差异物质。通过控制温度的变化,使大黄鱼呈现出预设的气味,对大黄鱼进一步加工提供理论依据。

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