水产品贮藏期间风味劣变机理的研究进展

尹一鸣，徐永霞*，张朝敏，李学鹏，李秋莹，谢晶，励建荣*

1(渤海大学 食品科学与工程学院，生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 锦州，121013) 2(上海海洋大学 食品学院，上海,201306)

我国是水产养殖和生产大国，水产品总产量连续多年位居世界第一，2018年全国水产品总产量为6 457.66万t，比上一年增长0.19%[1]。鱼类等水产品中富含人体所需的蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，相对于哺乳动物的肉质更容易被人体吸收利用，且食用味道鲜美、风味独特，因此深受人们的喜爱。

水产品的风味对其可接受性有着重要的影响。刚捕捞上来的鱼类是没有特殊气味的，通常具有柔和、浅淡和令人愉快的风味，但在死后贮藏过程中，随着新鲜度的下降，水产品中挥发性物质组成及含量发生变化，鱼体特有的风味变淡，开始出现不良气味，腥臭味逐渐增强，感官上不可接受，品质劣变。因此，深入探究鱼类等水产品的风味组成特征及贮藏期间风味劣变机理，可为水产品贮藏期间风味品质调控、提高产品质量提供理论依据。

1 水产品的风味特征

新鲜水产品通常具有柔和、浅淡、令人愉快的风味，鱼类等新鲜水产品中的挥发性风味成分主要包括醛、酮、醇、酸、酯和烃类化合物等。但鱼肉在贮藏过程中逐渐发生腐败变质，气味也会发生相应的变化，主要是由于产生了挥发性含硫化合物、醛、酮、醇、酸类以及胺类化合物等，这些物质共同作用会使鱼肉产生酸臭味、发酵臭味、鱼腥味、硫臭味等腐败气味[2]。

1.1 羰基化合物和醇类

新鲜鱼的气味通常是由挥发性羰基化合物和醇类引起的，这些化合物是通过特定的脂肪氧合酶作用于鱼脂质中的多不饱和脂肪酸衍生而来[3]，如己醛、(E)-2-壬烯醛、(E,Z)-2, 6-壬二烯醛、1-辛烯-3-酮、1,5-辛二烯-3-酮、1-辛烯-3-醇、1,5-辛二烯-3-醇等C6、C8和C9的醛、酮和醇类物质，这些物质能使新鲜鱼产生令人愉快的清香、甜香和类植物香的气味，但新鲜鱼的气味因为品种不同而存在较大的差异[4-5]。

一般来说，羰基化合物对新鲜鱼特有的气味有较大的贡献，如己醛主要表现为青草味、鱼腥味，常与C8、C9的挥发性羰基化合物混合产生重叠的风味效应，C8挥发性醇和羰基化合物能产生特殊的类似植物的新鲜气味[6]。(E)-2-己烯醛、(E)-2-辛烯醛、(Z)-4-庚烯醛、(E)-2-壬烯醛和(E)-2-癸烯醛等单烯醛类化合物阈值较低，呈现出果香、清香和明显的脂肪香气[7]。解万翠等[8]对北极虾虾头的挥发性成分进行研究发现，其中含量较高的3,5-辛二烯-2-酮和3,3-辛二烯-2-酮等具有甜味、新鲜蘑菇风味的物质对虾头呈味有很大贡献。饱和脂肪醇类物质由于阈值一般都较高，对鱼类等水产品的气味贡献不大，而不饱和醇类物质阈值较低，通常表现为蘑菇味、金属味，对水产品的气味贡献较大[9]。张青等[10]对鲢鱼肉的挥发性风味物质进行分析鉴定，认为1-辛烯-3-醇和(Z)-2-戊烯-1-醇对鲢鱼的风味影响较大，其中1-辛烯-3-醇是亚油酸的氢过氧化物的降解产物，呈现鲜蘑菇气味，(Z)-2-戊烯-1-醇则有青香、橡皮的气味。

然而，随着水产品贮藏时间的延长和新鲜度的下降，脂肪自动氧化加剧，脂肪酸氧化分解产生的醛、酮、醇等小分子化合物在体内不断积累，最终使其产生哈喇味、酸臭味等不良风味，其中ω-3多不饱和脂肪酸发生自动氧化产生的羰基化合物对鱼腥味有重要影响[11]。IGLESIAS等[12]研究了金头鲷冷藏过程中的挥发性风味变化，发现己醛、庚醛、辛醛、壬醛、2, 4-庚二烯醛、4-庚烯醛、2,4-己二烯醛、3,5-辛二烯-2-酮、2,3-戊二酮、2,6-壬二烯醛和2,4-癸二烯醛等羰基化合物在冷藏一段时间后含量明显上升，且1-辛烯-3-醇、1-戊烯-3-醇和2-辛烯-1-醇等物质含量也明显升高，认为它们可作为鱼肉贮藏期间脂肪氧化的标志性挥发化合物。MIYASAKI等[13]研究发现，己烯醛、辛烯醛、庚二烯醛、4-庚烯醛和2,4-己二烯醛等醛类化合物在竹荚鱼和鲐鱼冷藏期间含量迅速增加，由于此类挥发性羰基化合物的阈值较低，常被认为是鱼肉腐败的特征挥发性标志物。DUFLOS等[14]研究表明，2,3-丁二酮、3-羟基-2-丁酮、(Z)-4-庚烯醛、2,4-庚二烯醛和3-甲基丁醛可作为牙鳕腐败的标志物，正丁醇、乙醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇等可作为鲑鱼肉的腐败标志物。JIA等[15]研究发现，1-丙醇、2-己酮、2-丁酮、甲基异丁酮等可作为鲢鱼在贮藏过程中的腐败标志物。

1.2 胺类物质

氧化三甲胺是水产动物中广泛存在的一类含氮化合物，达到一定含量时具有呈味的效果，是鱼贝类甜味的来源之一[16]。氧化三甲胺本身没有气味，但在内源酶或微生物的作用下会分解产生三甲胺、二甲胺等胺类物质。三甲胺和二甲胺的形成通常与水产品贮藏过程中因逐渐腐败变质而产生的气味联系在一起，其中三甲胺在新鲜水产品中基本不含有，其阈值很低，能增强鱼腥气味。单纯的三甲胺仅有氨味和鱼腥味，当其和δ-氨基戊醛、六氢吡啶等化合物相互作用时会产生强烈的腥臭味[17]。此外，氨基酸在微生物酶的作用下进一步发生脱羧反应，会生成尸氨、腐胺以及组胺等物质[18]。有些鱼体中含有大量尿素，可与氧化三甲胺共同调节鱼体渗透压，在微生物作用下分解生成氨，使鱼体产生强烈的氨臭味[16]。

1.3 酸类物质

新鲜鱼肉中检测出醋酸、丙酸、丙酮酸、草酸、苹果酸、琥珀酸、乳酸、柠檬酸等有机酸[16]，由于大多数酸类物质阈值较低，且具有挥发性，因此使鱼肉带有轻微的酸味。其中甲酸、乙酸、丁酸、戊酸常被认为是鱼肉中挥发性酸类物质的代表，当鱼肉中挥发性酸的含量超过25 mg/100g就会产生异味。WIERDA等[19]研究表明，鲑鱼在储藏过程中乙酸、丁酸、3-甲基丁酸和戊酸的含量显著增加，进一步阐明挥发性酸类物质的增加与水产品腐败变质有极大的相关性。鱼体中各种酸类物质的增加在一定程度上促使了腐败味的形成。MACÉ等[20]在探究微生物对鱼肉腐败作用时发现乙酸的生成对风味变酸起着重要的作用。吴薇等[4]在鱼肉特征气味的研究中得出乙酸、丁酸、异丁酸、3-乙基-2-丁烯酸的增加会导致酸败味的产生。综上，水产品贮藏过程中，随着新鲜度的下降，各种挥发性酸的含量显著增加，主要是由于微生物的脱氨基酸作用产生的，也可能是通过脂肪酸分解物醛类物质的酸化产生的。

1.4 含硫化合物

含硫化合物通常与腐败变质的海味联系在一起，但一些含硫化合物同样存在于新鲜水产品中，并在适宜浓度下可能会促进新鲜水产品风味的形成，含硫化合物的阈值和浓度对水产品的气味特征有重要影响。因此，水产品在贮藏过程中，要根据挥发性硫化物的组成和含量来综合判别其对水产品整体风味的影响。研究表明，二甲基硫醚在较低浓度下产生令人愉快的类蟹香气味，而在较高浓度时则具有硫磺味、异味[4]。新鲜鳙鱼中检出少量的甲基硫醇、二甲基硫醚和二甲基硫醇类物质，鳕鱼在贮藏过程中随着新鲜度的下降，会产生二甲基硫醚、硫化氢和二乙基硫醚等硫化物，这些物质具有和腐败鱼类似的气味特征[21]。杂环硫化物被认为是海洋甲壳类的重要挥发性成分，一般认为是在加热过程中由不饱和脂肪酸和含硫氨基酸相互作用而形成[22]。JIA等[15]研究发现二甲基硫醚、二甲基二硫醚可用于监测白鲢鱼新鲜度的变化情况。

1.5 烃类化合物及其他物质

烃类化合物主要是由脂肪酸裂解生成，在新鲜和腐败变质的水产品中均有检出，因其阈值较高，对水产品整体风味的影响相对较小[23]。1,3-辛二烯具有蘑菇香和类腐殖质香，在鱼肉中被检出[16]。溴苯酚是海产品特有的风味物质，在淡水鱼中未检出[24]。2,6-二溴苯酚会使虾肉产生类似碘或碘仿的味道，二溴苯酚和2,4,6-三溴苯酚可以产生强烈的虾类特有的风味[25]。溴苯酚类物质在水中的感官阈值很低，每升水中只要含有纳克级的溴苯酚类物质就可以产生非常明显的感官刺激，其中2,6-二溴苯酚的感官阈值仅为0.5 ng/L[26]。水产品腐败过程中产生的一些含量较少的挥发性物质也会产生腐败气味，也可作为腐败的指示物如SARNOSKI等[27]发现在蟹肉中检出少量的乙苯、异丙基苯、苯乙烯、甲基丁酸和乙酸乙酯等物质可作为腐败的指示物。

2 风味劣变机理探讨

水产品腐败主要有3个方面的原因：(1)微生物作用：水产品在捕捞、运输过程中极易被微生物污染，可通过鱼鳃或通过体表黏液、鱼鳞脱落部位等伤口侵入机体。微生物代谢产生的蛋白酶、酯酶等分解酶将水产品体内的蛋白质、脂质及糖类等营养物质分解利用，使其腐败并产生异味[28]。(2)酶的作用：鱼类等水产品死后在内源蛋白酶的作用下发生自溶，肌肉组织逐渐软化并进入腐败阶段，常伴随次黄嘌呤、乳酸等不良风味物质的产生[29]。(3)氧化作用：鱼肉组织中富含的脂肪酸被氧化产生醛、酮、酸等小分子产物，并伴有令人难以接受的哈喇味产生[28]。由此可见，蛋白质、脂质的变化和微生物作用可能是导致鱼类等水产品贮藏过程中风味变化的主要原因。目前，对于水产品死后风味变化的研究主要集中于对不同贮藏期鱼肉风味组成成分的对比分析，而关于风味劣变机理的研究相对较少。

2.1 蛋白质的变化对风味的影响

蛋白质是鱼肉的主要组成部分，其中肌原纤维蛋白占60%～80%，肌浆蛋白占20%～25%，结缔组织蛋白占3%～10%，对鱼肉的品质特性、营养价值和加工性能具有决定性作用[30]。对于一些低脂鱼类，贮藏过程中蛋白质的变化对风味的影响可能更为显著。蛋白质对水产品风味的影响主要有两方面，一是蛋白质在内源蛋白酶和微生物的共同作用下发生降解，生成醛、酮、酸、胺类、含硫类等小分子化合物，并在体内不断积累，最终使产品风味劣变，感官上不可接受[31]；二是蛋白质可以通过分子键与风味物质相结合，从而改变风味组分的存在状态[32]，进而影响水产品贮藏期间的风味感知和风味品质。

通常认为，大多数水产品从新鲜到腐败会经历僵直、自溶与腐败3个阶段。自溶过程主要表现为肌肉代谢和软化，大分子蛋白质降解为小分子多肽和氨基酸，其中组织蛋白酶B、L、D以及中性蛋白酶起主要作用[33-34]。水产品在低温贮藏过程中，由于内源酶的作用会导致肌肉蛋白质分解产生一系列小分子肽类、氨基酸等中间产物，同时，微生物的代谢产生了各种酶，肌肉蛋白质及自溶作用的中间产物在这些酶的作用下发生脱羧和脱氨反应，生成氨及胺类、醛、醇、酸和酯、硫醇、H2S以及吲哚等挥发性产物，使鱼体产生令人不愉快的气味和腥臭味[35]。游离氨基酸的分解与风味变化密切相关，如组氨酸可降解生成组胺、赖氨酸生成尸氨、鸟氨酸生成腐胺。研究发现，冷藏鳕鱼肌肉中游离的半胱氨酸和蛋氨酸经微生物降解产生二甲基硫、硫化氢和甲基硫醇等挥发性硫化物，使鳕鱼在腐败末期产生硫化物异味[36]，而一些支链醛类如3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、苯甲醛和苯乙醛可由亮氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸降解生成[26, 37]，其中3-甲基丁醛和苯乙醛已在鱼肉腐败过程中检测出[11]。有些鱼体内还含有尿素，腐败过程中在细菌产生的尿素酶作用下生成二氧化碳和氨，会产生明显的氨臭味。由此可见，鱼类等水产品贮藏期间的风味品质劣变与肌肉蛋白质降解之间存在密切联系。

风味物质与蛋白质的相互作用一般是可逆的非共价相互作用，主要包括疏水相互作用、氢键及离子键等，风味物质扩散到蛋白质分子内部，破坏蛋白间的疏水相互作用，使蛋白质结构失去稳定性。此外，挥发性风味物质也可与蛋白质以不可逆的共价键结合，如醛与赖氨酸残基侧链的氨基、胺与羧基能共价结合，改变蛋白质净电荷，从而导致蛋白质分子展开[38]。风味物质与蛋白质之间的结合作用取决于风味物质与蛋白质的自身特性以及外界因素的影响[39]。其中蛋白质构象的改变会显著影响其风味吸附特性，任何能使蛋白质构象改变的理化因素如温度、pH等都会影响其与风味成分的相互作用。水产品贮藏过程中由于微生物及氧化作用等使肌肉蛋白质结构发生改变，从而影响其与风味物质之间的相互作用，进而影响水产品的风味感官及贮藏期间的风味品质。

2.2 脂质的变化对风味的影响

鱼类贮藏过程中品质下降、风味劣变的另一个重要因素是脂质的作用。脂质可以经过氧化水解反应直接形成挥发性风味化合物，其产物可与其他物质进一步反应，也可以作为风味物质的溶剂或载体，降低风味成分进入其他相时的释放速率，影响对风味的感知程度[39-40]。鱼类等水产品死后由于体内的氧化平衡机制被打破，会引发脂质的氧化水解，而这一过程受众多因素的影响，如肌肉组织的破坏程度、脂肪酸组成、温度、水分活度、金属离子、内源酶、氧气、微生物等。有研究表明，脂肪氧合酶催化鱼肉中脂肪酸氧化速度最快，并伴有强烈的鱼腥味，被血红蛋白催化氧化则产生哈喇味[9]。

脂质的降解和氧化可以形成大量的挥发性风味物质，脂质的次级氧化产物与水产品风味联系密切，如己醛、1-戊烯-3-酮、1-戊烯-3-醇、2,4-庚二烯醛和2,6-壬二烯醛等，但过度氧化会导致不良风味的形成[41]。脂类物质在发生氧化时，不同部位的脂质氧化程度也不完全相同[32]。脂肪氧化可大致分为两大类：酶促氧化(β-型氧化酸败)和自然氧化。酶促氧化主要是由磷脂酶、脂酶及脂肪氧合酶所引发的，分别作用于磷脂和三酰基甘油，释放出游离的脂肪酸，脂肪酸经氧化后生成大量挥发性的羰基化合物、醇、烷烃等氧化产物，赋予鱼肉不同的风味[42]。脂肪的自然氧化主要发生在不饱和脂肪酸的氧化过程中[43-44]，鱼类肌肉组织中含有大量的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，尤其是多不饱和脂肪酸的含量丰富。多不饱和脂肪酸中的双键与羟基自由基等反应生成氢过氧化物，氢过氧化物继续降解生成醛、酮、酸、内酯、脂肪烃等多种小分子化合物，形成不同的风味[40]。KAWABE等[45]研究发现牡蛎在贮藏过程产生2-戊醇、1-戊醇和己醛等物质，可能来自于脂肪氧合酶对多不饱和脂肪酸的氧化降解产生。综上，由脂肪氧合酶作用产生的C6、C8和C9的挥发性羰基类和醇类物质起初可以提供新鲜鱼的令人愉快的芳香和风味特征，但贮藏过程中因脂肪过度氧化则会产生不良风味。

2.3 微生物作用对风味的影响

健康鲜活的水产品体内是无菌的，而水产品死后，体表或外界的微生物会通过腮等呼吸器官或表皮破损处进入机体组织。微生物作用是导致水产品贮藏期间新鲜度下降和品质劣变的主要原因。水产品死后，随着贮藏时间的延长，微生物的生长和代谢作用也逐渐活跃，尤其是一些优势腐败菌(specific spoilage organism，SSO)通过代谢作用产生各种蛋白酶、酯酶，进一步分解鱼体内的蛋白质、脂质等营养成分使其发生腐败变质，逐渐生成醛、酮、胺类、硫化物等挥发性物质，并在体内不断积累，从而产生令人不愉快的气味和腐臭味。

海水鱼中的SSO以腐败希瓦氏菌(Shewanellaputrifaciens)、假单胞菌(Pseudomonasspp.)为主，而经过气调或真空包装的水产品中SSO主要是乳酸菌(Lactobacillus)、肠杆菌(Enterobacteriaceae)和磷发光杆菌(Photobacteriumphosphoreum)[46]。SSO是引起鱼类腐败的主要因素，且其致腐性受细菌群体感应(quorum sensing，QS)的调控。特定腐败菌代谢产生的胞外蛋白酶是加速水产品腐败变质的重要因素，微生物能进一步分解利用胞外蛋白酶水解蛋白质所生成的小分子多肽和氨基酸，从而促进水产品的腐败。葛静慧等[47]利用即食海参中H-3菌株的QS活性，用AHLs信号分子降解酶成功阻断了其蛋白酶的产生，从而证明QS系统对蛋白酶分泌的调控作用。假单胞菌和腐败希瓦氏菌因其具有分泌嗜铁素的能力，能够竞争获得鱼肉中的铁元素而优势生长。崔方超等[48]探究发现添加外源信号分子AHLs可明显促进大菱鲆源荧光假单胞菌菌株嗜铁素的分泌。因此，QS可以通过调控生物膜、胞外蛋白酶、嗜铁素等致腐因子的表达，进而影响水产品的腐败变质[28]。

国外有学者探讨了鲑鱼和虾贮藏过程中腐败菌的腐败能力和特点，以感官、理化、腐败菌的生长和分解产物等为指标，发现烟熏鲑鱼贮藏期间酸臭味、刺激性气味的形成与热死环丝菌分解代谢产生的2-己酮和2-庚酮密切相关[49]；热带虾在气调贮藏期间腐败产生的特征气味与3-甲基-1-丁醛、2,3-丁二酮、2,3-庚二酮等物质的生成有很大关系；煮熟的去皮虾肉冷藏期间感官品质的劣变与热死环丝菌作用产生的2，3-丁二酮，环戊醇、3-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醛和2-甲基-1-丁醛等密切相关，而总挥发性盐基氮和三甲胺不适合作为热死环丝菌腐败能力的评价指标[50]。JIA等[15]还证实了白鲢鱼肉在贮藏时，由于嗜冷菌和腐败希瓦氏菌的作用下分别产生了酮类(尤其是C7～C9酮类)和硫类化合物。

3 展望

风味是评价水产品品质的重要指标，直接影响产品的食用价值和可接受性。鱼类等水产品贮藏和腐败过程中会引起气味特征的改变，挥发性风味物质可作为判定其新鲜度品质的重要指标。但人们对基于挥发性风味物质评价水产品品质的认识仍比较有限，对鱼肉贮藏过程中风味劣变机制的认识也比较有限。因此，深入研究水产品贮藏过程中风味特征的变化、影响因素及劣变机制，可为鱼类等水产品品质调控提供新的理论依据，对丰富水产品贮藏保鲜的基础理论具有重要意义。