水产品香气研究进展

解万翠， 卢 宽， 于 靖， 杨锡洪,*

(1.青岛科技大学 海洋科学与生物工程学院， 山东 青岛 266042；2.山东省生物化学工程重点实验室, 山东 青岛 266042；3.青岛科达未来生物科技有限公司， 山东 青岛 266042)

据联合国粮食及农业组织《世界渔业和水产养殖状况(2020)》报告，全球渔业和水产养殖总产量达到历史新高1.79亿t，产值达4 010亿美元，加上水产植物，全球总产量达2.12亿t[1]。水产品不仅是优质蛋白、不饱和脂肪酸等的来源，还富含活性肽、EPA、DHA、多糖、微量元素等对人体有益的功能因子，在人类饮食结构中占据重要地位。随着水产捕捞业及养殖业的快速发展，无论鲜食还是贮藏及加工，均对其新鲜度和风味品质提出更高的要求[2]。风味是水产品重要的品质指标，而香气直接影响消费者的可接受度。影响水产品香气的因素众多，宏观层面上主要有品种、饲养方式、生存环境和种龄等差异；微观层面上，如蛋白质、脂肪、硫胺素等前体物质代谢产生的挥发性成分是香气差异的关键。此外，贮藏时间、加工方式及腐败变质等均会导致水产品的香气组分与含量发生改变[3]。

图1 水产品挥发性香气组分分析方法Fig.1 Methods for analysis of volatile aroma components of aquatic products

感官评价与挥发性组分的联合分析是水产品香气研究的主要内容，但是传统的定量描述分析难以满足生产者对水产品品质调控及香气组分分析的需求。20世纪80年代以来，分析化学、代谢组学和生物信息学等的发展使水产品香气研究逐渐从描述性分析过渡到分子水平的研究，进而发现对关键香气物质的发掘能够更加精准地监测水产品新鲜程度、辅佐香精香料研发以及协助产地溯源和真伪鉴定，在资源利用和水产品异味消减等方面也有重要作用。但是由于水产品种类多，香气提取及检测方法复杂，对水产品中关键呈香物质的探索与白酒、肉制品和水果等食品相比仍存在一定差距[4-5]。因此，本文系统性阐述水产品香气分析方法，对特征香气成分和关键香气物质进行总结，同时探讨香气与水产品基质的相互作用及异味消减方法，以期为水产品品质和风味定向调控以及优质食品的研发提供指导。

1 水产品香气分析及特征性研究

1.1 香气感官评价

香气感官直接影响消费者对食品风味的评价。水产品的种类不同，形成其香气感官的描述词汇存在较大差异，同时，加工方式和贮藏条件也是导致其香气感官各异的原因。如太平洋鲭鱼、鲣鱼、沙丁鱼和阿拉斯加鳕鱼等新鲜的海水鱼类通常带有香甜的芳香，而鲤鱼、鲶鱼、养殖鳟鱼等淡水鱼类通常带有泥土气味[6]。我国2019年实施的GB/T 37062—2018《水产品感官评价指南》中总结了水产品香气描述词汇[7]，如固有气味、新鲜、香甜、土腥味、中性、海腥味等是常见的描述词汇；霉味、氨味、酸败味、腐臭、燃油味和硫化物味等是水产品在储存、运输或加工过程中可能产生的异味。感官鉴定法快速便捷，但由于其主观性强、量化差，难以剖析香气变化的内在规律，因此从分子水平上进行水产品香气成分剖析非常重要。

1.2 挥发性香气组分分析

水产品香气组分研究主要包括挥发性成分的提取、定性及定量分析以及香气成分对整体风味的贡献评价等，感官和仪器分析具有重要的联系，见图1。

Nawaporn等[8]采用3种萃取技术对泰国鱼露的香气成分进行研究，发现固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)可以分离出更多的低沸点化合物，而同时蒸馏萃取(simultaneous distillation extraction，SDE)则对芳香族化合物更敏感，溶剂辅助蒸发萃取(solvent-assisted flavor evaporation，SAFE)提取到的香气更接近真实气味，但易受溶剂峰存在的困扰。研究表明，多种方法的结合能提高水产品挥发性物质鉴定的准确性。Wang等[9]对草鱼进行气相色谱质谱联用仪(gas chromatograph-mass spectrometer，GC- MS)分析和全二维气相色谱法(comprehensive two-dimensional gas chromatography，GC×GC)分析发现，虽然GC- MS结合了GC的分离能力和MS的结构解析优势，成为处理复杂化合物分析检测问题的有力手段，但是GC- MS很难对高度复杂的混合物进行充分的分离，杂质与目标分析物经常共洗脱，峰容量严重不足；而GC×GC/TOF MS比GC- MS多检测出39种化合物，表现出了强大的定性定量分析能力，解决了复杂混合物不易被分离和鉴定的难题。Zhang等[10]采用气相色谱离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC- IMS)和GC- MS研究了干腌鱼在不同温度贮藏过程中挥发性成分的变化，发现兼具GC分离特性和IMS响应快、灵敏度高优点的GC- IMS分析，不仅不需要对样品进行前处理，还能够快速准确地检测各类水产品在不同条件下香气的变化，但易受IMS谱库化合物数量稀少的限制。作为感官的仪器分析方法，电子鼻(electronic nose，E-nose)得到的不是被测样品中某种或某几种成分的定性与定量结果, 而是样品中挥发成分的感应信息，Zhou等[11]采用GC- MS和E-nose结合保留指数定性分析鲢鱼的挥发性成分时发现，GC- MS与E-nose的结合较好地剖析了水产品整体的挥发性风味。

目前，国内外学者在草鱼、鲢鱼、鳙鱼、鲈鱼、鳊鱼、鲫鱼、对虾、白腿虾、口虾蛄、龙虾、牡蛎、文蛤、蟹类、褐藻、绿藻等水产品的生鲜产品(见表1[12-26])、发酵制品(虾酱、鱼露和臭鳜鱼等)及腌制产品(酸鱼和咸鱼等)中已经鉴定出超过300种挥发性风味化合物，这些与香气有关的挥发性成分主要分为醛类、酮类、醇类、酸类、含硫化合物及其他(胺类、酚类等)[27]。

表1 部分水产品典型挥发性成分Tab.1 Typical volatile components of some aquatic products

续表1

2 水产品关键香气物质表征及其分子机理研究

2.1 关键香气物质的鉴定

某些具有感官属性的香气活性物质是赋予水产品特征香气的关键，称之为关键香气物质。受阈值影响，挥发性成分对香气的贡献程度无法用简单的定性及定量表示，因此，基于感官评价和仪器分析的交叉学科，“分子感官科学”逐渐受到重视[28]。

气相色谱嗅闻技术(gas chromatography olfactometry，GC- O)与GC- MS的结合，能够获得水产品的气味特征信息。Cai等[29]通过GC- MS结合GC- O研究黑鲈鱼的香气，GC- MS检测到24种挥发性成分，经GC- O分析，其中具有感官活性的成分有14种。Tanimoto等[30]采用GC- MS和GC- O评估生黄尾鱼中的重要香气成分，检测到88种挥发性物质，其中1-戊烯-3-醇、1-戊醇、(Z)-4-庚烯醇和1-戊烯-3-酮等11种物质具有感官活性。

香气提取物稀释分析(aroma extract dilution analysis，AEDA)将嗅闻员在最低浓度下仍然能够嗅闻到的香气成分作为关键香气物质，通过风味稀释(flavor dilution，FD)因子判断其对香气的贡献程度。Cayhan等[31]采用AEDA在缁鱼中鉴定出24种关键香气物质，根据FD因子判断 (Z)-4-庚烯醛和壬醛对风味贡献最大，但AEDA只能表征香气的相对强度，无法评估单一物质对香气的整体贡献。GC- O结合气味活性值(odor activity values，OAVs)或相对气味活性值(relative odor activity values，ROAVs)是全面评价香气物质对气味整体贡献的有效工具，Nawaporn等[8]结合GC- O和OAVs法对泰国鱼露样品中的关键香气物质进行综合分析，发现甲硫醇、2-甲基丙醛、3-甲基丁醛、二甲基三硫和丁酸具有最高的OAVs，揭示了醇、醛和含硫化合物对泰国鱼露整体香气的重要性。但是为评估OAVs表征关键香气化合物的准确性，常采用香气重组与省略实验进行验证。Veronika等[32]通过香气重组与省略实验表征虾肉中的关键香气物质，表明鉴定的17种关键香气物质的混合物能够很好地模拟原始样品的香气，并且发现一些有助于产生植物香、麦芽味和果香的关键香气物质可能会被原始虾肉中的蛋白质、脂肪和其他基质成分所抑制。

分子感官科学能够在分子水平上定性定量地描述食品的感官特征及强度，客观准确地评定食品风味品质，不仅有助于解析水产品香气特征的形成机理，而且能为水产品养殖和加工贮藏等环节水产品香气品质的定向调控等提供参考和指导。

2.2 基于分子感官的代谢途径研究

水产品关键香气物质的产生与脂肪、蛋白质和其他化合物的酶反应、脂质自氧化、微生物作用以及热衍生反应有关，因此，关键香气物质的表征能为代谢途径的研究提供支撑。近年来，已有研究应用分子感官科学手段，从分子层面解析部分水产品关键香气物质的代谢通路，见图2。

图2 水产品中部分关键香气物质的代谢途径Fig.2 Metabolic pathways of some key aroma substances in aquatic products

1-辛烯-3-醇常被报道为水产品草腥味的主要来源，Sun等[33]通过GC- O- MS结合氧化指标检测发现亚油酸过氧化物降解以及花生四烯酸在脂氧合酶作用下降解均能产生1-辛烯-3-醇。Wang等[34]研究加热条件对鲍鱼足部肌肉脂肪酸和挥发性化合物的影响发现，己醛主要来自亚油酸氧化，而戊醛和庚醛与ω-3脂肪酸的氧化有关，这是水产品植物香和脂肪香的主要来源之一。Hui等[35]发现壬酮作为生熟螃蟹中的特征性香气物质，具有奶酪香气，可能与脂肪的热降解和氧化、氨基酸的降解和各种美拉德反应有关。Rui等[36]发现2, 3-戊二酮是三倍体虹鳟鱼中的关键香气物质，具有奶油、焦糖香气，并带有坚果底香，这可能是虹鳟鱼中多不饱和脂肪酸的酶促分解产生的。Wu等[37]发现2-乙酰噻唑、3-乙基-2, 5-二甲基吡嗪和2-戊基吡啶是具有气味活性的含氮化合物，2-乙酰噻唑由半胱胺与2-丙酮反应产生，广泛存在于螃蟹体内；Wu等[38]还发现，2-戊基呋喃是由磷脂酰乙醇胺形成的重要的气味活性物质，带有绿豆气味，可被视为肉类脂质氧化的一个指标，在大菱鲆、虾和蟹中均有发现。Lu等[39]通过电子鼻和GC- O- MS分析美洲鲢鱼香气发现，苯、甲苯、乙苯和苯乙酮等芳香族化合物是由芳香族氨基酸如色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸的分解和代谢产生的，是鲢鱼金属味和不愉快气味的来源。

分子感官科学能够在分子水平上解释并研究水产品香气物质的变化规律，阐明水产品关键香气物质的呈香特性，明确特征风味物质的形成机制以及香气与基质物质间相互作用的关系，有利于实现水产品品质的有效调控，更加客观地评定水产品风味品质。

2.3 基于鲜度及加工等影响的关键呈香物质

2.3.1生鲜水产品中的呈香物质

新鲜度是衡量水产品品质的重要指标，生鲜水产品通常伴有清香、甜香和类植物的香气，这主要与羰基化合物和醇类物质有关。但是，水产品离开水源后，体内的糖原和ATP降解为乳酸、磷酸和游离氨基酸等代谢产物，在水解酶作用下逐渐产生氨、吲哚、硫化氢和胺类等令人不愉快的挥发性物质，带有腐臭气息，最终影响水产品品质[40]。

Lu等[39]发现醛类、酮类和醇类是新鲜鲤鱼主要的挥发性成分，乙醇、1-辛烯-3-醇和2,3-戊二酮是其关键香气物质，三甲胺、1-己醇、1-庚醇、辛醛、壬醛和癸醛对鳗鱼独特的鲜香有较大的贡献；Zhu等[41]也将己醛、壬醛、苯甲醛、辛醛和1-辛烯-3-醇等醛醇类物质鉴定为新鲜鳗鱼中的关键香气物质；徐丹萍等[42]对新鲜贝类的风味物质研究发现，壬醛、正庚醛、正辛醛、1-辛烯-3-醇、己醛是关键香气物质，而苯甲醛、顺-2-戊烯-1-醇等物质对贝类鲜美、浓厚的固有香味起到重要的修饰作用。研究表明，庚醛、1-辛烯-3醇、己醛、苯甲醛、3-辛酮、戊醛、辛醛、壬醛、癸醛和三甲胺等物质与水产品的新鲜气味密切相关，这和醇类、醛类和酮类等物质带有甜的花香和果香，并且能够与许多其他物质产生重叠的风味效应有关[43]。Miyasaki等[44]通过研究新鲜石斑鱼贮藏过程中挥发性气味化合物的演变，发现新鲜石斑鱼中关键香气物质以噻吩、甲苯、丁酸乙酯、己醛、1-己醇、1-辛烯-3-酮、1-辛烯-3-醇、二甲基三硫、辛醛、(E)-2-壬烯醛和1-壬烯-3-醇为主，随着贮藏过程中酶促反应、脂质自氧化及微生物作用，甲苯、丁酸乙酯、1-辛烯-3-醇、辛醛、(E)-2-壬烯醛和1-壬烯-3-醇含量降低，可作为石斑鱼新鲜程度的潜在标志，而己醛、1-辛烯-3-酮和二甲基三硫化物增加，认定为与石斑鱼腐败变质有关的挥发性物质。

因此，挥发性香气物质可作为判定水产品新鲜度品质的重要指标。虽然现有研究表明：生鲜水产品的甜香、清香和令人愉悦的香气主要与醛类、酮类、醇类、酯类和烷烃类化合物有关[45]，但对各种生鲜水产品中的关键香气物质的认识仍存在局限，基于香气物质对水产品新鲜度进行评级尚处在初级阶段，对水产品贮藏过程中风味劣变机制也有待深入研究。

2.3.2加工过程中香气物质的产生及变化

研究表明，热处理、发酵、干制和腌制等加工方式可以在一定程度上掩饰水产品的腥味，并起到一定的增香效果，选择合适的加工方式，对水产品特征风味的呈现具有重要意义。

生鲜水产品和热加工水产品的关键香气物质存在显著差异。Pelin等[6]采用GC- O- MS对新鲜红鲻鱼及其蒸煮样品进行香气分析，发现2, 3-辛二酮、(E,E)-2,4-庚二烯醛、芳樟醇、γ-丁内酯、1-甲基吡咯烷-2-酮、2，5-呋喃二酮和吡咯烷-2-酮是红鲻鱼蒸煮后产生的关键香气物质，而己醛和2-苯氧乙醇是生鱼样品中的关键香气物质。Hui等[35]发现2,3-丁二酮、2,5-二甲基吡嗪、3-甲基丁醛、2-乙酰基吡咯烷和2-乙酰噻唑是经热处理后红树蟹中的关键香气物质，其中，2-甲基噻吩和吡咯对蟹肉的烘焙风味起到了重要作用。

发酵对水产品的保藏和特殊气味产生具有重要影响。Zhou等[46]用乳酸菌发酵鲭鱼鱼露，其中己醛、2-戊基-呋喃、(E)-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇、糠醛、(E)-2-癸烯醛、2,4-壬二烯醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛与令人愉快的风味呈正相关，而3-甲基-1-丁醇、1-己醇、3-辛醇、三甲基吡嗪和1-庚醇与腐臭相关，与植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)相比，清酒乳杆菌(Lactobacillussakei)更容易形成1-辛烯-3-醇、糠醛和(E)-2-癸烯醛等令人愉悦的挥发性物质。Yang等[47]研究中国传统发酵臭鳜鱼的微生物演替与香气的变化，发现芳樟醇、胡椒酮、茴香脑、1-辛烯-3-醇、2-甲基-3-辛酮和吲哚为关键香气物质。研究表明，在水产发酵食品中，醇类物质一般是微生物代谢的结果，也可能是由脂肪酸的过氧化物二次分解形成的。由于醇类具有较高的感知阈值，因此它对风味的贡献比较小(OAVs<1)，但醇类物质作为酯的前体或风味载体仍会影响风味[48]。目前，对发酵水产品香气的研究大多数都集中在挥发性成分的鉴定上，但是对关键香气化合物的研究较少，仅在鱼露和部分传统发酵鱼类中发现相关报道。

干制和腌制是水产品延长贮藏时间并且改善香气的重要加工方式。Huang等[49]发现西班牙鲭鱼经过腌制、干燥、冷熏和加热后，酮类、醛类、芳香族化合物、呋喃类和酚类物质含量降低，其中2-戊醇、1-乙氧基-2-丙醇、丙二醇、2-乙基-1-己醇、3, 7-二甲基-1，6-辛二烯-3-醇是主要的香气成分；顾赛麒等[50]发现传统腌腊鱼中主要的香气活性物质为己醛、辛醛、壬醛、2-壬烯醛、癸醛、1-辛烯-3-醇和3-甲基吲哚，它们赋予了传统腌腊鱼的鱼香、清香和脂香等典型的风味特征。腌制及干制加工会加速蛋白质变性，使水产品品质及风味发生变化，肌原纤维蛋白的降解则有利于形成干制或腌制的独特风味[51]。

3 香气协同作用及异味消减

3.1 水产品基质与香气物质的相互作用

水产品中重要的食物基质(如蛋白质、脂类和多糖等)与香气化合物之间的微妙平衡对水产品整体香气的形成至关重要，系统研究水产品基质与香气组分的结合特性对于准确理解水产品的风味感官本质，剖析水产品腥味去除机制，加强水产品风味品质调控等方面均具有重要的指导意义。

Ju等[52]研究了鳙鱼肌球蛋白跟己醛、庚醛、辛醛、壬醛、(E)-2-庚醛和1-辛烯-3-醇等关键呈香物质之间相互作用的影响，发现香气与天然肌球蛋白的结合很强，醛类比醇类更有利于肌球蛋白的疏水结合，结合能力由高到低依次为壬醛、辛醛、2-庚醛、庚醛、己醛、 1-辛烯-3-醇。Lou等[53]研究了微波对草鱼风味物质与肌动蛋白相互作用的影响，随着微波功率的增加，肌动蛋白的表面疏水性、总巯基和活性巯基呈现先增加后下降的趋势，加热前期，蛋白质基质暴露更多疏水结合位点和氢键结合位点，从而使二级结构解折叠，随着加热时间增加，蛋白质的重建和聚集在长时间加热后得到增强，从而有利于蛋白质间的相互作用，并削弱蛋白质最终的风味结合能力。

研究水产品基质与风味物质之间相互作用的潜在机理，能够为改善水产品的风味特征提供基础。水产品中的醇类、酯类和醛类等挥发性香气物质通过非共价疏水作用、静电相互作用、氢键及范德华力等作用力与水产品中的蛋白质分子有机的结合，影响水产品香气的释放，并且由于这种作用力是可逆的，因此容易受到温度、pH值和离子浓度等因素的影响。而酰胺与酯的形成以及醛和硫基的缩合等属于不可逆反应，此时香气的释放往往伴随着蛋白质的变性。然而，目前仅对鱼类蛋白质与某些关键呈香物质的相互作用机制进行了研究，对脂质、糖类以及其他基质的研究较少。

3.2 异味消减

氧化三甲胺分解、脂质自动氧化以及其他一些酶促反应等都会导致水产品腥味成分的生物积累及异味的产生，正确鉴定出异味产生的原因，然后选择合适的脱除技术是成功去除异味的关键[54]。物理脱除法、生物脱除法和化学脱除法是常见的异味消减方法[55]。物理法是利用吸附剂(如活性炭)或利用香辛料来掩盖水产品异味；化学法利用异味物质与其它物质的化学反应，生成无异味的物质；生物法则是指小分子的异味物质在微生物作用下发生分子结构的修饰转变成无异味的物质，达到脱除异味的目的[56]。

Pan等[57]研究了活性炭、β-环糊精和酵母发酵对河豚异味脱除的能力，发现苯、二甲基二硫化物和异丁基间甲苯等与异味明显相关的化合物含量显著下降，电子鼻结果表明：酵母发酵和β-环糊精的异味脱除效果优于活性炭；Park等[58]发现，可以通过从传统发酵食品中分离出的乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB)降低三甲胺(thrime thylamine，TMA)含量，同时1-辛烯-3-醇、丙二醇和二甲基三硫化物的含量也有所降低，达到脱腥目的；李惠芳[59]通过美拉德反应，利用醇醛缩合、醛氨基聚合生成有焙烤香气的吡咯类、吡啶类、吡嗪类和噁啉等风味化合物，反应后酶解液的风味发生了根本变化，风味物质增加，达到黄花鱼脱腥目的。

异味是限制水产品消费的重要因素。异味成分复杂，不同水产品、不同养殖条件和不同加工方式下异味差异显著，限制水产品行业的发展。目前，关于水产品异味物质的形成原因和机理、特征成分的研究还不够深入，如何更加深入地弄清异味物质的形成途径和特征物质，从而制定出快捷有效的经济实用脱除方法将成为今后研究的热点和难点。

4 总结及展望

香气成分是评价水产品品质的重要指标。高效的萃取技术及仪器分析手段在水产品香气组分检测中的应用，使人们能够在微观层面定性定量地描述水产品质量。分子感官科学的应用能够阐明水产品关键香气物质及其代谢途径，有利于实现品质精准调控，更加客观地评定水产品风味品质，为优质水产品养殖和加工贮藏环节水产品香气品质的定向调控等工作提供参考借鉴和方法指导。同时，深入开展水产品基质与风味组分以及风味组分间的相互作用研究，能够为水产品深加工过程中品质精准设计及风味品质调控提供切实可行的理论指导。

水产品种类众多，生鲜原料及其加工制品的挥发性香气组分及关键香气物质亟待被研究，关键香气物质的代谢机制、香气物质之间及香气物质与基质间相互作用的研究也较少。同时，研究不同加工方式对关键香气物质的影响，精准剖析加工与贮藏过程中香气物质变化的动态分析与检测也是未来水产品香气研究的重点。