基于GC-IMS 分析三种植物油炒制海鲈鱼鱼松中挥发性风味物质的研究

火玉明，周 静，张华丹，程文健,3，陈丽娇,3，梁 鹏,3,

（1.福建农林大学食品科学学院，福建福州 350002；2.闽台特色海洋食品加工及营养健康教育部工程研究中心，福建福州 350002；3.福建省海洋生物技术重点实验室，福建福州 350002）

海鲈鱼（Lateolabrax japonicas），学名为日本真鲈，又称花鲈，俗称海鲈鱼[1]。其鱼肉纯白细腻，口味鲜甜，蛋白质含量略高于其他优质鱼类，还含有维生素、必需氨基酸、矿物质等营养物质，特别是富含钙和微量元素锌等，深受人们的喜爱[2−3]。近年来，鲈鱼养殖规模越来越大，产量不断增加，《2021 中国渔业年鉴》最新统计显示，2020 年我国鲈鱼养殖年产量约19 万吨，比上一年增长了8.37%[4−5]。鱼松是我国传统的一类鱼肉加工产品，它是用蒸煮后的鱼类肌肉加入植物油炒制一定程度制得的金黄色绒毛状调味干制品[6]。市售鱼松常通过添加植物油来赋予鱼松酥脆的口感，植物油含有脂溶性维生素和其他有益健康成分，可补充人体所需的能量，因而添加植物油对保持鱼松风味和强化鱼松营养具有重要作用[7−9]。

鱼松风味的形成主要受温度、植物油添加量和蛋白质的影响。鱼肉中蛋白质较丰富，在加工过程中加入植物油，高温炒制过程中由于水分蒸发、蛋白质变性和油脂氧化等因素的影响，鱼松在加工时产生香味物质，增加了鱼肉的风味[10−11]。花生油、棕榈油和葵花籽油等植物油是目前市场上较为常见的鱼松炒制用油，在炒制过程中补充鱼松营养价值的同时可赋予其独特风味，但肉眼难以区分掺入添加量一致、种类不同的植物油炒制的鱼松产品。气相色谱-离子迁移谱（Gas Chromatography-Ion Mobility Spectroscopy，GC-IMS）能够快速准确地检测出挥发性风味物质的组成和含量[12]，陈辉等[13]利用气相色谱质谱联用技术建立橄榄油、大豆油和掺入大豆油的橄榄油的指纹图谱，快速辨识橄榄油与掺伪橄榄油。

本文以三种植物油炒制的海鲈鱼鱼松为研究对象，通过色度、质构和感官评价得出植物油的最佳添加量，在植物油最佳添加量下采用GC-IMS 技术研究三种植物油对海鲈鱼鱼松挥发性风味物质的影响，建立三种植物油炒制鱼松中挥发性风味指纹图谱，旨在为较好地区分不同植物油炒制的海鲈鱼鱼松产品提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜冻海鲈鱼 每尾长（35.0±5.0）cm，重约1.5 kg，由福建闽威实业养殖基地提供；棕榈油、花生油、葵花籽油、料酒 福州永辉超市，均符合食品卫生标准。

BS 224S 型电子天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；WK2102 电磁炉 美的集团股份有限公司；WSC-S 测色色差计 上海申光仪器仪表有限公司；TA.XT EXpressC 物性分析仪 英国SMS 公司；FlavourSpec®风味分析仪（配有LAV（Laboratory Analytical Viewer）分析软件和GC×IMS Library Search 定性软件） 德国G.A.S 公司；Checkmate3顶空分析仪 丹麦Densensor 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 鱼松制作工艺流程 解冻→预处理→去腥→蒸煮→去皮去骨→碾压脱水→添加植物油→炒制→冷却→密封包装[14−15]。

将解冻的鲜冻海鲈鱼进行清洗，沥水后加入料液比1:2（g/mL）料酒腌制20 min 去腥，后置于电磁炉1600 W，200 ℃蒸20 min，冷却后去除鱼皮、鱼刺，按鱼肉纤维组织手撕鱼肉至条、块状，揉搓打开鱼肉纤维；将揉搓好的鱼肉中加入一定量的植物油使其分布均匀，倒入不粘锅中电磁炉300 W，100 ℃炒制10 min，去除鱼肉表面水分，转电磁炉120 W，60 ℃继续炒制25 min，直到鱼肉纤维呈金黄色绒毛状为止，冷却至室温将鱼松密封包装。

1.2.2 植物油添加量对炒制鱼松品质的影响 鱼松制备过程同1.2.1，分别添加花生油、棕榈油和葵花籽油1%、2%、3%、4%、5%于揉搓好的鱼肉中，炒制鱼松，研究植物油添加量对鱼松色度、质构和感官品质的影响。

1.2.3 不同植物油对炒制鱼松挥发性物质的影响鱼松制备过程同1.2.1，分别加入添加量3%的花生油、棕榈油和葵花籽油炒酥，研究不同植物油对炒制鱼松挥发性风味物质的影响。

1.2.4 色度测定 采用色差计对鱼松色泽进行分析，以白色标准板和光阱校正。以b*值为指标，记录色度值（b*值越大表示颜色越偏黄[16]），比较不同条件对鱼松金黄色泽的影响。每组鱼松随机选择3 个样品，每个样品测量3 次后取平均值。

1.2.5 质构测定 利用质构仪对鱼松制品的质构特性（硬度）进行测定，使用探头P/36R，采用全质构（TPA）模式进行测试，测试前速度：2.0 mm/s，测试速度：2.0 mm/s，测试后速度：5.0 mm/s；应变为75%，触发力1.0 g。每个样品测量重复3 次，取平均值。

1.2.6 感官评价 感官评定采用加权评分检验法，根据鱼松色泽、组织形态、风味、口感等四个方面进行综合评分（满分以100 分计）。由10 名经过专业训练的人员组成评定小组，随机抽取样品，于室温环境下进行评分，评定标准见表1 所示。

表1 鱼松感官评定标准Table 1 Sensory evaluation standard of fish floss

1.2.7 GC-IMS 检测挥发性风味物质 称取1.0 g 样品，置于20 mL 顶空瓶中待分析。测定三种植物油炒制鲈鱼鱼松中挥发性风味物质的组成。

1.2.7.1 气相-离子迁移谱单元 分析时间：25 min；色谱柱类型：FS-SE-54-CB-1（15 m×0.53 mm）；柱温：60 ℃；载气/漂移气：N2；IMS 温度：45 ℃。

1.2.7.2 自动顶空进样单元 进样体积：500 μL；孵育时间：15 min；孵育温度：90 ℃；进样针温度：85 ℃；孵化转速：500 r/min。

气相色谱条件：0～2 min：漂移气150 mL/min，载气2 mL/min；2～10 min：漂移气150 mL/min，载气2 mL/min 提升到10 mL/min；10～20 min：漂移气150 mL/min，载气10 mL/min 提升到100 mL/min；20～25 min：漂移气150 mL/min，载气100 mL/min提升到150 mL/min。

1.3 数据处理

采用Origin 2018 软件、IBM SPSS 23 软件进行数据处理及显著性分析，P＜0.05 为差异显著。鱼松样品中的挥发性物质采用仪器配套的LAV（Laboratory Analytical Viewer）分析软件和Library Search软件进行采集和分析。利用LAV 分析谱图并进行定量分析；通过Reporter 和Gallery Plot 插件对比指纹图谱的差异；利用Dynamic PCA 插件对样品进行聚类分析，以确定未知样品的种类；利用VOCal 软件查看分析谱图和数据的定性定量，应用软件内置的NIST 数据库和IMS 数据库可对物质进行定性分析。

2 结果与分析

2.1 植物油添加量对鱼松色度、质构及感官的影响

2.1.1 植物油添加量对鱼松色度的影响 植物油添加量对鱼松品质至关重要。植物油在炒制时与鱼松相互接触，会以薄膜的形式在短时间内被高温加热，期间因较大的比表面积而被氧化发生一系列的物理、化学变化，包括色泽加深等[17]。三种植物油添加量对鱼松色度b*的影响见表2。

如表2 所示，不同植物油炒制时鱼松的色度b*随着植物油添加量的增加而增大。棕榈油中添加量为2%和3%、3%和4%间差异不显著；葵花籽油中1%和2%、3%和4%、4%和5%之间差异不显著（P＞0.05），花生油炒制鱼松在添加量为3%、4%、5%时色度无明显差异（P＞0.05）。这是因为不同种类的植物油在相同条件下发生物理、化学变化的趋势、快慢都不同，可能是由于其脂肪酸组成不同和内源性抗氧化剂含量不同而导致炒制鱼松的色度不同[18]。其中，当添加量大于3%时，鱼松色度b*虽随着植物油添加量的增加而逐渐升高但差异不显著。

表2 三种植物油添加量对鱼松b*的影响Table 2 Effect of three kinds of vegetable oils on the b* of fish floss

2.1.2 植物油添加量对鱼松质构的影响 当温度不变，植物油添加量增加时，鱼肉外层水分在炒制过程中快速蒸发，过多的植物油会使鱼肉表面形成壳[19]，三种植物油添加量对鱼松质构（硬度）的影响见图1。

如图1 所示，三种植物油炒制的鱼松硬度随添加量的增大而呈现先减小后增大的趋势，其中，当植物油的添加量为3%时鱼松硬度最低。导致上述现象的原因可能是植物油添加量太多，炒制中较多的植物油使鱼肉里层水分不容易蒸发，纤维易断裂，容易造成成品变硬、酥性差、口感不佳且油脂味重，呈现出较差的品质[20]。

2.1.3 植物油添加量对鱼松感官评分的影响 植物油虽具有重要的生理功能，但在炒制过程中不饱和脂肪酸会发生热氧化裂变和热氧化分解，产生高聚合物及醛、酮、酸类小分子化合物等，当使用量较大时该现象明显，易引起炒制物的感官变化[17]，三种植物油添加量对鱼松感官评分的影响见图2。

如图2 所示，鱼松的感官评分随着植物油添加量的增加而增加，添加量为3%时评分最高，之后再增加植物油的添加量时，口感、风味等均有下降，感官评分降低。结合上述色度和质构的变化情况，说明鱼松形态、风味、色泽、口感等都会随着植物油添加量的增加而趋于较优的感官品质，最后变化不明显，由此，采用3%为最优的植物油添加量水平。其中，棕榈油是一种饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸各约占50%的油脂，较其他植物油脂具有更好的氧化稳定性，其在炒制过程不易发生氧化分解、聚合等反应，品质随添加量变化较稳定[15]。

图2 三种植物油添加量对鱼松感官评分的影响Fig.2 Effect of three kinds of vegetable oils on the sensory score of fish floss

2.2 三种植物油炒制鲈鱼鱼松挥发性风味物质组成分析

2.2.1 三种植物油炒制鲈鱼鱼松挥发性风味物质成分谱图分析 图3 是三种鱼松气相色谱离子迁移三维谱图。受到挥发性物质含量和状态的影响，谱图离子峰上每个化合物可能会有1～3 个斑点（指示单体或二聚体或三聚体）[21−22]。图3 中挥发性成分3D 谱图从左到右分别为花生油、棕榈油、葵花籽油炒制的鱼松样品。从3D 谱图外观可见，不同植物油炒制鱼松样品中挥发性风味物质肉眼不容易直接区分。

图3 三种鱼松GC-IMS 三维谱图Fig.3 3D GC-IMS spectra of three kinds of fish floss

图4 中不同植物油炒制鱼松表现出相对特征性的GC-IMS 谱图，不同植物油炒制的鱼松样品挥发性风味成分通过GC-IMS 技术可以得到较好地识别与分离，能直观对比分析花生油、棕榈油、葵花籽油炒制鱼松中挥发性风味物质的细微差别。本文利用GC-IMS 技术对三种植物油炒制鱼松中挥发性风味成分差异进行检测，如图4 所示，浅蓝色点和红色点的数量在三种植物油炒制鱼松样品中有明显的增加或减少，说明三种鱼松样品中某些挥发性成分浓度的升高或降低。该现象可能是由于炒制过程中植物油受高温加热而发生的一系列物理、化学等综合因素变化，导致不同植物油物质溶出或氧化分解速率不同，炒制产品风味物质呈现较明显差异[17,23]。

图4 三种鱼松GC-IMS 二维谱图Fig.4 2D GC-IMS spectra of three kinds of fish floss

2.2.2 三种植物油炒制鲈鱼鱼松挥发性风味物质定性分析 利用GC-IMS 技术对海鲈鱼肉的挥发性风味物质进行分析鉴定。图5 表示三种植物油炒制鲈鱼鱼松GC-IMS 差异谱图。横坐标代表离子迁移时间（ms），纵坐标代表保留时间（s），图中1.0 处红色竖线表示反应离子峰（RIP 峰），每个样品的迁移时间约为2.08 ms 左右，各种风味物质的保留时间集中分布在100～380 s。RIP 峰两侧的每个点反映了离子流的信号强度，代表一种挥发性物质，点的颜色及面积表示物质含量的大小，点的颜色越深、面积越大反映离子流的信号越强，物质浓度越高，反之越低[24−26]。当以花生油炒制鱼松样本谱图为参照时，发现棕榈油炒制样本谱图中会出现红色和蓝色斑点，葵花籽油炒制的样本中大都是蓝色斑点，即花生油炒制样本或是棕榈油炒制样本中都有含量较高的挥发性风味物质，葵花籽油炒制的样本中几乎没有，即葵花籽油炒制的鱼松样本中挥发性物质少于另外两种植物油炒制鱼松样本。

图5 三种鱼松GC-IMS 差异谱图Fig.5 Difference GC-IMS spectra of three kinds of fish floss

为了进一步分析三种植物油炒制鲈鱼鱼松挥发性风味物质的变化，利用Vocal 软件查看分析谱图和数据的定性定量，应用软件内置的NIST 数据库和IMS 数据库可对物质进行定性分析[27]。三种植物油炒制鱼松样本鉴定到的样本中挥发性物质如表3 所示。鉴定出的挥发性物质的碳链普遍集中在C3～C10之间，包括醛类物质21 种，醇类物质6 种，酯类物质3 种，酮类物质2 种，其它物质8 种，其中，醛类物质种类最多。醛类物质多呈刺激性或清香果香味，可有效掩盖鱼肉本身的腥臭味，说明植物油的添加对鱼松产品风味的产生具有很大的影响。

表3 三种鱼松中鉴定出的挥发性物质Table 3 Volatile compounds identified from three kinds of fish floss

2.2.3 三种植物油炒制鲈鱼鱼松挥发性风味物质指纹谱图 利用Gallery Plot 插件框选所有挥发性组分信号峰，形成各样品指纹图谱进行对比，如图6 所示。图中每一行代表一个样品中选取的全部信号峰，每一列代表同一挥发性组分在不同样品中的信号峰，若为数字则表示该物质在谱库中匹配度较低未被鉴定出[31−32]。观察指纹图谱可知，红框中框出的丙醛、戊醛、3-甲基丁醛、（E）-2-庚烯醛、辛醛、3-甲基-3-丁烯-1-醇、双戊烯等物质在花生油炒制鱼松样品中含量较高，绿框中框出的2-甲基丙醛、（E）-2-己烯醛、己醛、庚醛、壬醛、苯甲醛、羟基丙酮、环己酮、2，3-丁二醇、1-辛醇、α-水芹烯、己酸乙酯、丙酸等物质在棕榈油炒制鱼松样品中含量较高，葵花籽油炒制的鱼松样品中挥发性物质较少。其中，只有花生油炒制鱼松中有丙醛，棕榈油炒制鱼松中有苯甲醛；花生油和葵花籽油炒制鱼松中都有己醛和3-甲基-1-丁醇，说明三种植物油炒制的海鲈鱼鱼松挥发性风味物质的成分有较明显的区别。

为了更好表征各类挥发性化合物的变化，根据化合物在指纹图谱上的信号强度，换算得到三种植物油炒制海鲈鱼鱼松中挥发性风味物质的相对含量变化如图7 所示。由图可知，花生油、棕榈油、葵花籽油炒制鱼松的挥发性成分以醛类（63.33%、57.58%、43.75%）、酯类（3.33%、6.06%、6.25%）、酮类（6.67%、6.06%、18.75%）、醇类（10.00%、12.12%、12.50%）为主，其中，醛类物质在三种植物油炒制的鱼松中相对含量最高。醛类物质主要为脂肪氧化的产物，阈值较低，对鱼松总体挥发性风味影响较大；酮类和醇类物质也来源于脂肪酸的氧化降解，其阈值高于醛类，带有一定浓香的风味；酯类物质主要是酸类和醇类物质酯化反应的产物[33−35]。含量不同的挥发性成分赋予了不同植物油炒制鱼松的差异性风味。

图7 三种鱼松挥发性风味物质相对含量变化Fig.7 Relative conternt changes of volatile flavor components of three kinds of fish floss

2.2.4 三种植物油炒制鲈鱼鱼松挥发性风味物质主成分分析 利用GC-IMS 技术对挥发性成分数据采用主成分分析，探究不同条件对样品区分的可行性[36]。根据主成分分析在双标图上的距离来反映样品中挥发性组分与样品之间的相关性，每组样品风味物质谱图数据相对集合一处，使得不同处理样品实现较好的分类[37]。由图8 可知，植物油炒制鱼松挥发性物质两个主成分PC1 和PC2 叠加贡献率可达92%，同种植物油炒制鱼松风味物质谱图数据相对集合一处，使得不同植物油炒制鱼松分类明显。花生油、棕榈油、葵花籽油炒制的海鲈鱼鱼松在挥发性风味上差异明显，棕榈油和葵花籽油炒制的鱼松样品相对较好地聚集在一处，均一性好，而花生油炒制的鱼松样品均一性较差，究其原因是花生油富含不饱和脂肪酸，其不饱和脂肪酸含量高达80%以上，因此，煎炸烹炒后裂变程度大[38]。

图8 三种鱼松挥发性物质PCA 分析图Fig.8 PCA of volatile organic compounds of three kinds of fish floss

3 结论

本研究利用色度、质构和感官评分确定植物油炒制海鲈鱼鱼松的最佳添加量为3%，采用GC-IMS技术对花生油、棕榈油、葵花籽油炒制的海鲈鱼鱼松中挥发性风味物质进行分析，共鉴定出40 种挥发性物质，包括醛类、酮类、醇类、酸类、酯类和其它物质，其中，醛类物质的相对含量最高，其次是醇类和酮类物质。不同植物油炒制的海鲈鱼鱼松风味物质组成存在明显差异，其中，花生油炒制的鱼松中辛醛、丙醛、3-甲基-3-丁烯-1-醇、戊醛、双戊烯、3-甲基丁醛、（E）-2-庚烯醛相对含量较高，棕榈油炒制鱼松中壬醛、己醛、丙酸、2-甲基丙醛、羟基丙酮、庚醛、苯甲醛、环己酮、α-水芹烯、2,3-丁二醇、己酸乙酯、1-辛醇、（E）-2-己烯醛相对含量较高，葵花籽油炒制鱼松风味物质含量较少。因而，结合GC-IMS 分析得出的风味物质，能较好地区分不同植物油炒制的海鲈鱼鱼松产品。