基于主成分分析的六种鱼子酱挥发性成分评价

马双，郝淑贤，李来好*，杨贤庆，黄卉，岑剑伟

1(中国水产科学研究院 南海水产研究所，农业农村部水产品加工重点实验室， 广东省渔业生态环境重点开放实验室，广东 广州， 510300) 2(上海海洋大学 食品学院，上海， 201306)

水产品的挥发性成分复杂多样，主要包括醛、酮、醇和烯烃类等物质[1], 不仅是影响食品风味的因素，而且对评价水产品品质、预测货架期、鉴定产品真伪和改进加工工艺具有指导意义[2]。固相微萃取-气相色谱-质谱 (solid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS)具有高效萃取、预富集及易进样的特点，被广泛应用于水产品挥发性物质检测方面[3-6]。

鱼子酱富含蛋白质和不饱和脂肪酸，且氨基酸比例均衡，深受消费者青睐。据华盛顿公约 (The Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora, CITES) 统计，中国养殖鲟鱼鱼子酱年贸易量高达135.90 t，占全球总贸易量的25.03%。未来10年，中国将有可能继续保持鲟鱼子酱产量第一[7]。目前研究多集中在鱼子酱营养成分[8]、品质变化[9]及保鲜方面，PARK等[10]分析了韩国养殖小体鲟(Acipenserruthenus)鱼子酱基本营养成分，其脂肪酸质量分数高达13.21%，蛋白质为25.43%。周婷等[11]研究发现，CO2体积分数高于30%的气调包装对鲟鱼子酱的气味和货架期影响较显著。

利用挥发性成分可鉴别不同种类或不同产地的样品，PANDIT等[12]利用葡萄中的芳香物质鉴别其品种关系；CHENG等[13]利用HS-SPME-GC-MS测定挥发性成分区分中国白酒的产地来源；PHILLIPS等[14]利用主成分分析法分析挥发性物质,有效区分出不同产地的海胆卵。但此方法在水产方面鲜有研究。

本文采用SPME-GC-MS检测市面上常见6种鱼子酱主要挥发性物质，通过总离子流色谱图和相对气味活度值(relative odor activity value，ROAV)分析其挥发性物质种类、含量及对风味的贡献，并利用主成分分析法对数据进行分析，筛选出不同种类鱼子酱特征挥发性物质，为利用挥发性成分区分鱼子酱种类提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

三文鱼(Salmonsolar，编号1)、大黄鱼(Exocoetidaecypselurus, 编号2)鱼子酱，购于福建宁德；西伯利亚鲟(AcipenserbaeriBrandt，编号3)鱼子酱、俄罗斯鲟(Acipensergueldenstaedti，编号4)鱼子酱、施氏鲟(Acipenserschrenckii，编号5)鱼子酱和达氏鳇(Husodauricus，编号6)鱼子酱,均为盐腌鱼子酱,均购于杭州千岛湖鲟龙科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

PC-420D手动SPME进样手柄、聚二甲基硅氧烷/二乙基苯(polydimethylsiloxane/divinylbenzene，PDMS/DVB) 65 μm型萃取头,美国色谱科公司；CNW18-400顶空进样瓶,上海安普科学仪器有限公司；安捷伦 7890B-5977A GC-MS，美国Agilent Technologies 公司。

1.3 实验方法

1.3.1 SPME方法

称取3.00 g鱼子酱样品，加入3倍体积饱和食盐水，冰水浴下均质2 min。迅速倒入15 mL 顶空进样品瓶，置于磁力搅拌台上。萃取温度60 ℃，磁力搅拌条件下平衡10 min，萃取吸附40 min。萃取结束，250 ℃解析5 min，迅速进样用GC-MS测定。

1.3.2 GC-MS方法

参考黄卉等[15]的方法。色谱柱：HP-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；升温程序：柱初温40 ℃，保持2 min，以6 ℃/min升温到200 ℃保持3 min，再以10 ℃/min上升到250 ℃保持3 min；载气(He)流速1.0 mL/min；进样口温度250 ℃；不分流进样。

电子电离源(electron ionization, EI): 70 eV；溶剂切除时间2 min；传输线温度270 ℃；离子源温度230 ℃；质量扫描范围m/z30～400。

1.4 定性和定量方法

与NIST 14 Library匹配，去除因萃取头影响出现的硅氧烷类杂质峰，取匹配度85%以上者[16]。同时，根据保留时间及参考相关文献对实验中检测到的物质核对和确认。按峰面积归一化法计算化合物相对含量。

1.5 主体风味成分评价方法

通过ROAV评价各化合物对样品总体风味的贡献，按公式(1)计算：

(1)

式中：Cri、Ti分别为各化合物的相对浓度和感觉阈值;Cmax、Tmax是对总体风味贡献最大的组分的相对浓度和感觉阈值。所有的组分均满足0

1.6 数据处理

试验中所有试样做 3 个平行测定，并重复3次。利用Excel对数据进行处理和统计，利用unscrambler 9.7软件进行主成分分析(principal component analysis, PCA)并制图。

2 结果和讨论

2.1 六种鱼子酱挥发性成分总离子流色谱图和含量比较

对6种鱼子酱进行GC-MS分析，得挥发性成分总离子流色谱图(图1)，经NIST 14数据库检索、分析出不同种类鱼子酱挥发性成分。三文鱼、大黄鱼鱼子酱与鲟鱼科鱼子酱差距明显。西伯利亚鲟和达氏鳇鱼子酱两者谱图匹配度较高，俄罗斯鲟和施氏鲟鱼子酱两者匹配度较高。图2为6种鱼子酱挥发性成分含量比较，大黄鱼挥发性成分峰面积(3.535×109)最大，三文鱼挥发性成分峰面积(0.457×109)最小。西伯利亚鲟和达氏鳇、俄罗斯鲟和施氏鲟挥发性成分含量相当。色谱匹配度较高的鱼子酱挥发性成分种类较相似，但峰面积存在显著差异。

1-三文鱼；2-大黄鱼；3-西伯利亚鲟；4-俄罗斯鲟；5-施氏鲟；6-达氏鳇(下同)图1 六种鱼子酱挥发性成分总离子流图Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of volatilecompounds in six varieties of caviar

图2 六种鱼子酱挥发性成分含量比较Fig.2 Comparison of total volatile compounds contentin six varieties of caviar

2.2 不同种类鱼子酱挥发性成分组成

共检测到63种挥发性物质，其中醛类13种，酮类3种，醇类2种，酯类5种，烯烃类19种，芳香族12种，烷烃类9种(表1)。

醛酮类化合物阈值低且含量高，对样品风味贡献较大，这种化合物的生成可能与脂肪氧化和氨基酸降解有关[20]，主要包括正己醛、壬醛、反式-2,4-庚二烯醛、正庚醛等。其中正己醛具有鱼腥味，在三文鱼鱼子酱中相对含量高达20.924%，ROAV值为100(表2)，是其主要风味成分,正己醛也是多种水产品的主要风味成分，如养殖大黄鱼[21]、脆肉鲩鱼肉[17]。壬醛具有脂肪味和青草味，其阈值较低，为1 μg/kg，在除三文鱼以外的5种鱼子酱中ROAV值为100。反式-2,4-庚二烯醛是多不饱和脂肪酸的氧化产物，具有青草味，其阈值为10 μg/kg，在三文鱼、大黄鱼、西伯利亚鲟和达氏鳇鱼子酱中的ROAV值分别为14.277、40.243、25.974、4.867。苯乙醛主要与氨基酸脱氨脱羧反应有关[22]，在西伯利亚鲟和施氏鲟鱼子酱中检出。本实验中检测出3种酮类化合物。其中大黄鱼鱼子酱中的3,5-辛二烯-2-酮含量高于三文鱼鱼子酱，杨茗媛等[23]在大黄鱼腹部肌肉中也检测到3,5-辛二烯-2-酮。异佛尔酮仅在达氏鳇鱼子酱中检出，含量为3.328%。

大部分醇类化合物由脂肪氧合酶对脂肪酸的作用生成，或由羰基化合物还原得到[24]，具有芳香味和植物香，阈值较高，对水产品风味贡献较小。其中2-乙基-己醇具有芳香味，在俄罗斯鲟、施氏鲟、达氏鳇鱼子酱中均被检出，相对含量范围为4.151%～9.250%。有报道称此物质呈现泥土味，也被用于鉴定黄姑鱼鱼肉新鲜程度[25]。酯类化合物是脂质代谢或醇类酯化的产物，通常在腌制火腿中含量丰富且为其主要风味物质[26]，使产品呈果香味和脂肪香。本实验检测到5种酯类化合物，其中2,2,4-三甲基戊二醇异丁酯相对含量在4种鲟鱼科鱼子酱中普遍偏高，为17.595%～41.344%。其中在西伯利亚鲟鱼子酱中相对含量较高，推测此物质含量与鱼子酱含盐量和盐腌制作工艺相关。黄卉等[15]研究发现，新鲜鲟鱼籽酱酯类化合物会随贮藏时间延长先增加后减少，由此推测可能是在4种鲟鱼属鱼子酱加工过程中出现氧化现象。邻苯二甲酸丁基异己基酯具有果香味，仅在三文鱼鱼子酱中被检测到，相对含量为0.727%。苯甲酸甲酯在西伯利亚鲟、俄罗斯鲟鱼子酱中被检出，周婷等[11]研究的鲟鱼籽酱(Husodauricus×Acipenserschrenckii)也检出苯甲酸甲酯。

表1 六种鱼子酱挥发性成分相对含量Table 1 Relative percentage in six varieties of caviar

续表1

序号化合物名称相对百分含量/%三文鱼大黄鱼西伯利亚鲟俄罗斯鲟施氏鲟达氏鳇芳香族及其他43二甲苯2.5501.7384.793441,2,3-三甲苯5.7100.60145丙基甲苯1.7071.503461-甲基-2-异丙基苯5.581474-乙基邻二甲苯7.28848四甲基苯1.7451.2712.396491,3-二叔丁基苯0.8080.4471.1281.5083.2540.85450萘0.5821.8850.516511-甲基萘0.119522-乙基甲苯1.99753乙基苯2.668542,6-二叔丁基-4-甲基苯酚4.64411.03613.29712.7354.64411.036烷烃552,3,6-癸烷0.8430.69756正十一烷0.9530.38157十二烷2.8263.6291.3581.9241.64658正十三烷2.1010.4821.58859十四烷0.8060.6330.7821.03260十五烷5.8723.8846.6757.278612,6,10,14-四甲基十五烷2.8001.54911.1438.9095.7689.73262植烷0.7391.5631.0630.37463十七烷0.5463.0722.5091.0951.842

注：空白表示无数据(下同)

表2 六种鱼子酱挥发性成分相对气味活度值、阈值及气味特征Table 2 Relative odor activity value，threshold and odor characteristic in six varieties of caviar

在鱼子酱中共鉴定出19种烯烃，其中反式石竹烯在4种鲟鱼科中均被检出，达氏鳇中相对含量高达15.929%。苯乙烯具有泥土香，其ROAV值在大黄鱼、俄罗斯鲟、施氏鲟鱼子酱分别为0.047、0.129、0.210，是俄罗斯鲟、施氏鲟鱼子酱的重要风味物质。十五烯在三文鱼和达氏鳇鱼子酱中检出。2,4-二甲基-1,3-戊二烯仅在大黄鱼中被检出，相对含量为69.463%。长叶烯和长叶蒎烯具有木香及丁香香气，在达氏鳇鱼子酱中检出。黄卉等[15]在鲟鱼籽酱(Husodauricused×sturgerschrenckii)也有检出。

芳香族物质主要包括1,3-二叔丁基苯、二甲苯、四甲苯、萘等12种。其中1,3-二叔丁基苯在6种鱼子酱中均被检出，施氏鲟中相对含量最高(3.254%)。萘具有花香味，阈值为21 μg/kg，其ROAV值在西伯利亚鲟、俄罗斯鲟和达氏鳇鱼子酱中分别为0.789、2.399、1.240。三甲苯存在三文鱼、大黄鱼鱼子酱中，这种化合物是鱼肉中常见挥发性成分。这些物质可能来源于水体环境或亲鱼体内[27-28]。烃类物质来源于脂肪酸烷氧自由基的均裂[29-30]，主要饱和烷烃有2,6,10,14-四甲基-十五烷、碳十一烷-碳十七烷等。这类化合物阈值较高，风味贡献小。其中2,6,10,14-四甲基-十五烷为6种鱼子酱共有烃类，也在龙虾和养殖白鲟鱼子酱中检出[31]；十二烷和十七烷存在除大黄鱼外的5种鱼子酱中。虽醇类、芳香族及烷烃类物质为非关键风味物质，但仍可协同影响整体呈味效果[32]。

图3是6种鱼子酱挥发性成分组成比较图，三文鱼的挥发性组成种类最为丰富(31种)，主要是醛类，芳香族等。醛类占总量的44.077%，是其主要挥发性物质。而施氏鲟挥发性种类相对较为单一，烯烃(78.107%)和醛类(14.182%)占比较高。

图3 六种鱼子酱挥发性物质组成比较Fig.3 Comparison of volatile compounds profilesin six varieties of caviar

西伯利亚鲟挥发性成分组成以酯类、醛类、烯烃类为主。三文鱼、大黄鱼、西伯利亚鲟鱼子酱中醛酮化合物种类较丰富，俄罗斯鲟、施氏鲟、达氏鳇鱼子酱醛酮类较少。大黄鱼和达氏鳇鱼子酱中烯烃种类占比较大，烯烃不饱和度较高，且极易氧化为醛酮物质，是大黄鱼鱼腥味的潜在影响因素。4种鲟鱼科酯类化合物比例较高，均占总量17.595%～42.557%以上。尤其为西伯利亚鲟鱼子酱酯类比例高(42.557%)，推测这可能是其加工过程中发生醇类与酸类物质成酯反应，使其具有脂肪味。综合来看，挥发性成分组成可能与亲鱼养殖方式、鱼卵种类及鱼卵加工方式等因素有关。

2.3 主体风味分析

风味是由香气阈值和化合物共同决定, 所以大量挥发性成分中仅有部分对鱼子酱有风味贡献[14]。结合鱼类及其副产物相关文献阈值及风味描述可知，鱼子酱其主体风味可用脂肪味、青草味、香甜味、苦杏仁味、泥土味、鱼腥味等来表征，由ROAV可知，三文鱼鱼子酱中呈鱼腥味和清甜味的化合物贡献较大，这可能与其亲鱼为海水鱼有关。大黄鱼鱼子酱主要以青草味和脂肪味为主，与大黄鱼肌肉的气味特征相近[33]，由此鱼子酱挥发性成分与亲鱼本身存在一定的联系。西伯利亚鲟、俄罗斯鲟、施氏鲟和达氏鳇鱼子酱青草味、香甜味浓郁。黄卉等[15]研究发现新鲜杂交鲟鱼籽酱主要风味受醛类物质影响，表现为青草味、鱼腥味和由长叶烯带来的清香味等，与本实验结果相近。

2.4 基于 PCA 对不同种类鱼子酱的区分

近年来，多元统计分析方法广泛应用于种类鉴别[34]、特征成分筛选[22]、生物标记物[35]等研究。

其中PCA是一种基于降维的原理，用少数的综合变量即主成分来代表原复杂的多变量，降低数据的复杂度且最大程度保留了原始数据代表的信息，并对数据进行可视化处理[36-37]的方法。分析结果表明，主成分1、2和3的方差贡献率分别为 47.518%、29.035%和16.231%，前3个主成分累计方差贡献率为92.784%，说明3个主成分能较好地反映原始高维矩阵数据的信息，且可用于风味数据的分析。

1～3-三文鱼；4～6-大黄鱼；7～9-西伯利亚鲟鱼；10～12-俄罗斯鲟鱼；13～15-施氏鲟鱼；16～18-达氏鳇鱼图4 不同种类鱼子酱得分图Fig.4 Principal component analysis plot in differentspecies of caviar

由图4可知，大黄鱼、西伯利亚鲟和施氏鲟鱼子酱分布主成分 1 的正值区域，距离较近，说明其挥发性成分较近。三文鱼和俄罗斯鲟鱼位于主成分2的负值区域，达氏鳇鱼位于主成分3的正值区域。6种鱼子酱被3种主成分清晰区分开来。

由图5可知，邻苯二甲酸癸基异丁酯，α-柏木烯，十七烷，十二烷，2,6,10,14-二甲基十五烷等8种挥发性成分是区分6种鱼子酱的主要风味物质。其中邻苯二甲酸癸基异丁酯，α-柏木烯与主成分1呈正相关，且相关性较大(>0.5)。十七烷、十二烷、2,6,10,14-二甲基十五烷与主成分1呈负相关；正己醛、丙基甲苯、1,2,3-三甲苯与主成分2呈负相关。由此推测这几种物质可作为区分6种鱼子酱的特征性成分。

图5 不同种类挥发性成分相关性承载图Fig.5 Correlation loadings plot in different speciesof volatile compounds注：图5化合物编号与表1中相对应

3 结论

采用SPME-GC-MS对三文鱼、大黄鱼、西伯利亚鲟、俄罗斯鲟、施氏鲟、达氏鳇鱼子酱进行挥发性风味分析，分别检出31、17、25、22、15、26种物质；挥发性物质种类与比例存在一定差异，其中壬醛、1,3-二叔丁基苯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2,6,10,14-四甲基十五烷4种物质在6种鱼子酱均被检出；正己醛仅在三文鱼和俄罗斯鲟鱼子酱中检出；2,2,4-三甲基戊二醇异丁酯在4种鲟鱼科鱼子酱中含量丰富。由ROAV可知醛类为鱼子酱风味主要贡献成分。利用PCA可区分6种鱼子酱，邻苯二甲酸癸基异丁酯等几种物质可作为鱼子酱特征性成分。通过SPME-GC-MS和ROAV分析挥发性成分可用来区分不同种类的鱼子酱。