卵形鲳鲹脱腥工艺优化及基于GC-IMS对脱腥前后风味物质分析

陈秋翰，杨学博，刘寿春,2,3，刘美娇，黎铸毅，周春霞,3，洪鹏志,2,3

（1.广东海洋大学食品科技学院/广东省水产品加工与安全重点实验室/广东省海洋食品工程技术研究中心/广东省水产预制食品加工与品质控制工程技术研究中心，广东 湛江 524088；2.南方海洋科学与工程广东省实验室（湛江），广东 湛江 524004；3.海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，大连工业大学，辽宁 大连 116034）

卵形鲳鲹（Trachinotus ovatus）俗称金鲳鱼，生活于热带及温带海洋中，在我国主要分布于渤海、东海、南海等海域。近年来，随着深海网箱、海洋牧场等养殖技术的不断推广应用，金鲳鱼养殖产量逐年增加，在2022年达到24.54万t[1]，已成为南方沿海规模化生产的鱼类之一[2]。为提高大众的可接受度，水产品脱腥是关键问题。水产品中腥味物质的形成主要是由于不适当的储存与运输，造成内部氧化三甲胺的分解、脂肪酸的氧化分解、其他物质酶的催化转化以及游离脂肪酸的自动氧化分解；也包括环境中藻类和微生物的代谢产物在水产品体内积累，以及水产品肌肉对挥发性物质的吸收等[3-4]。感官掩蔽法和酸碱盐处理法等是目前应用最为广泛的脱腥方法[5]。藿香（Pogostemon cablin）为唇形科刺蕊草属植物，是我国传统药食同源植物，其茎叶具有抗炎抑菌、祛暑解表等作用，常用于暑湿时令和消化系统疾病[6-7]，在川渝地区也常用作天然脱腥剂。紫苏（Perilla frutescens）为唇形科草本植物，是一种药食同源的中药[8]，常用作为天然脱腥剂，如刑贵鹏等[9]使用紫苏液对罗非鱼浸泡脱腥，使其腥味成分降幅达到14%～15%。酵母提取物是一种应用广泛的天然调味料，刘钰琪等[10]研究发现，在白鲢（Hypophthalmichthys molitrix）鱼糜中添加酵母提取物可有效降低鱼糜凝胶的腥味及过熟味等异味。复合脱腥技术主要是利用各方法之间的互补和协同增效作用，有助于获得更优的除腥效果[11]。吴国强等[12]研究表明，添加质量分数1%的酵母抽提物及质量分数5%的紫苏不仅可减少醛类等腥味物质的含量，还产生具有清新香气的醇类及酮类。为在加工过程中有效去除金鲳鱼腥味物质，本研究采用复合脱腥剂对金鲳鱼进行脱腥，以腥度值和感官评分为指标，优化脱腥工艺，以三甲胺、电子鼻、气相离子迁移谱（GC-IMS）对比分析脱腥前后腥味物质种类及含量变化来评价脱腥效果，以期为后续研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

金鲳鱼购于市场，加冰块保活并于2 h 内运至实验室，以保证金鲳鱼的鲜活度。藿香提取物（棕黄色粉末）、紫苏提取物（棕色精细粉末），河南龙腾生物科技有限公司；酵母提取物，湖北安琪酵母股份有限公司；盐酸、氢氧化钠，购于国药集团化学试剂有限公司；氯化钠、三氯乙酸，西陇科学股份有限公司；三甲胺盐酸盐，中国计量科学研究院化学所；以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Flavour Spec®风味分析仪，德国G.A.S.公司；色谱柱MXT-5 15 m×0.53 mm ID，中国山东气体海南科学仪器有限公司；Inert Cap®Pure-WAX石英毛细柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），日本岛津公司；PEN3型电子鼻，德国AIRSENSE公司；DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市予华仪器有限责任公司；TU-20HT 恒温水浴锅，英国Bibby Scientific公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品预处理 新鲜金鲳鱼采买后，宰杀去内脏去骨，经清水洗涤至不再有血水，将鱼肉切为5.0 cm×5.0 cm×2.0 cm的鱼块并进行分组。

1.3.2 脱腥液配方优化 配方优化：进行藿香、紫苏、酵母提取物3 种脱腥剂的浓度单因素实验（紫苏、藿香提取物质量分数均取0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%；酵母提取物质量分数取0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%、0.16%）。设置腥味评价标准分别为无腥味0 分、腥味极弱1 分、腥味较弱2 分、有腥味3 分、腥味一般4 分、腥味略重5分、腥味重6 分。选取单因素实验后3 个质量分数水平，进行响应面实验，参考GB/T 37062—2018 水产品感官评价指南制定综合感官（表1）判定标准，以获得最优配比。

表1 感官评价标准Table 1 Sensory evaluation standard

感官评定：选择食品专业学生20名（10名男性，10名女性，年龄为20-25岁），做感官评定前对评定人员进行培训，使其熟悉不同浓度三甲胺的味道及熟练掌握各类感官描述词语，根据腥味评价标准与表1 对金鲳鱼进行感官评价打分，整个感官评定过程处于恒温（25 ℃）无异味的通风环境中进行。

将鱼块以料液质量体积比1∶3 g/mL 完全浸没在脱腥液中，温度4 ℃浸泡40 min 后取出，微波炉95 ℃加热4 min[13]，将加热后的样品进行腥味值判定。腥度值计算公式如下：

其中，V—腥度，n—样品感官评价人数，Qi—第i位评价人员的腥气分值，Wi—第i位评价人员的腥味分值。

1.3.3 三甲胺含量测定 三甲胺含量参考GB 5009.179—2016《食品安全国家标准食品中三甲胺的测定》中的顶空气相色谱-质谱联用法。

1.3.4 电子鼻分析 称取5 g金鲳鱼样品置于20 mL顶空瓶中密封，室温（25 ℃）静置30 min，待样品气味充满顶空瓶后，将电子鼻探头插入顶空瓶检测挥发性风味物质，每个样品重复测定3次，获得数据用自带软件进行处理，电子鼻传感器名称及其代表性敏感物质见表2。

表2 PEN3型电子鼻及代表性敏感物质Table 2 PEN3 sensors and corresponding representative sensitive materials

1.3.5 HS-GC-IMS 分析 参考Zheng 等[14]方法，称取2 g 金鲳鱼样品放入顶空瓶中，在60 ℃下孵育10 min，孵化转速500 r/min，在500 μL 的顶空样品以80 ℃的无分裂模式注入顶空自动进样器。色谱条件：色谱柱温度60 ℃；载气为N2（纯度≥99.999%）；载气流速程序为初始流速2.0 mL/min,保持2 min，然后22 min 内线性升至100 mL/min 并保持5 min。IMS 条件：漂移管长5.3 cm，在45 ℃和150 mL/min的恒温和流速下运行，放射源为β射线，离子化模式为正离子。

1.3.6 相对气味活性值 参考文献[15-16]中的方法评价金鲳鱼样品中的香气组分对主体香气的贡献度。样品总体风味贡献最大的组分设定为相对气味活性值rstan=100。其他组分的相对气味活性值r按以下公式计算：

其中，Ci和Ti分别为挥发性化合物的相对含量（%）和水中化合物的感觉阈值（μg/kg），Cstan和Tstan分别为贡献最大的挥发性成分的相对含量（%）和感觉阈值（μg/kg）。

1.3.7 数据统计与分析 GC-IMS 数据利用设备自带Laboratory Analytical Viewer 分析软件及插件进行定量定性分析；利用SPSS 17.0 软件对数据进行方差分析，采用Duncan's 法进行显著性分析和多重比较；用Origin 2021软件作图。

2 结果与分析

2.1 脱腥液配方优化

2.1.1 藿香、紫苏、酵母提取物质量分数对金鲳鱼腥味的影响 分别控制添加的紫苏、藿香提取物质量分数为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%，酵母提取物质量分数为0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%，0.16%，温度4 ℃浸泡40 min 后进行腥度值评定。由图1(a)可知，随着添加的紫苏质量分数增加，腥度值随之降低，当紫苏质量分数为0.15%时，脱腥效果最好，而当紫苏质量分数超过0.15%时，腥度值无显著变化，且会影响鱼肉的风味。姚正颖等[17]将紫苏运用到鱼丸中表现出良好的脱腥效果，本研究与其结果一致。由图1(b)可知，随着添加的藿香质量分数增加，腥度值随之降低，当藿香质量分数为0.20%时腥度值最低，且此时藿香可遮盖腥味又表现出藿香本身的清香，而当藿香质量分数超过0.20%时，藿香的脱腥效果变化不明显，且会对鱼肉色泽产生影响。由图1(c)得知，添加的酵母提取物质量分数为0.12%最适宜，具有激发本身风味作用。姚晓波等[18]研究表明，酵母提取物中所含特征性气味物质和滋味物质对鲈鱼感官具有一定的去腥提味作用，本研究与其结果一致。

图1 紫苏提取物（a）、藿香提取物（b）与酵母提取物（c）质量分数对腥味值的影响Fig.1 Effect of mass fraction of perilla frutescens extract(a),patchouli extract(b)and yeast extract(c)on fishy smell values

2.1.2 Box-Benhnken 实验结果与分析 为进一步优化脱腥条件，在单因素实验的分析基础上进行响应面实验（A、B、C分别为紫苏、藿香、酵母提取物质量分数，实验因素水平设置见表3），响应面实验结果见表4。

表3 Box-Benhnken实验因素水平设置Table 3 Experiment factor level of Box-Benhnken

表4 响应面实验设计及结果Table 4 Design and results of response surface experiment

利用响应面软件对金鲳鱼脱腥的实验结果进行回归拟合及方差分析，得到以感官评分（Y）对紫苏提取物质量分数（A）、藿香提取物质量分数（B）、酵母提取物质量分数（C）的二次回归方程0.27A+0.03B+0.18C-0.18AB+0.11BC-0.97A2-0.95B2-0.53C2。由表5 可知，回归模型差异极显著（P＜0.01），失拟项差异不显著（P＞0.05），R2=0.986 5 说明该模型与实验有较高的拟合度，由模型中因子A、B、C、交互项AB和二次项A²、B²、C²的F值可知，各因素对感官评分的影响程度依次是A＞C＞B。

表5 感官评分回归模型的方差分析结果Table 5 Analysis results of variance of the sensory score regression mode

图2(a、b、c)直观表现各因素交互作用对感官评分的影响，响应面的弯曲程度反映各因素对响应值的影响大小，曲面图中曲线的弯曲程度越大，说明相应的因素对响应值的影响越显著[3,19]。由图2 可知，A、B的交互对金鲳鱼的感官评分有显著影响；当藿香提取物质量分数固定不变时，随着紫苏提取物质量分数增加，鱼肉感官评价逐渐提高，在紫苏提取物质量分数0.15%左右，感官评价达到最低值，之后随着紫苏提取物质量分数增加而感官评价值变化不大，说明紫苏提取物质量分数0.15%以上对感官评价值的影响不大。

图2 各因素交互作用对腥味值的影响Fig.2 Effects of interaction between two factors on fishy smell value

获得优化获得脱腥工艺条件：紫苏提取物质量分数为0.15%、藿香提取物质量分数为0.20%、酵母提取物质量分数为0.12%，在此条件下的感官评分为38.17。为验证模型的合理性，以紫苏提取物质量分数为0.15%、藿香提取物质量分数为0.20%、酵母提取物质量分数为0.12%，料液质量体积比1∶3 g/mL，温度4 ℃浸泡40 min，进行重复验证实验，得到感官评分为37.96 ± 0.40，与预测结果相近，说明该响应面模型与实际情况相符。

2.2 脱腥前后三甲胺质量分数的变化

氧化三甲胺是水产品体内本身存在的含氮化合物，其本身不具异味，但其在一定条件下可分解为三甲胺、二甲胺和甲醛。三甲胺、二甲胺等脂肪族胺类物质具有刺激的鱼腥臭味，当其与鱼体内的δ-氨基戊酸、六氢吡啶等物质共存时，会使鱼的腥臭味增强[20-21]，因此，三甲胺是评价脱腥效果的重要指标。通过测定脱腥前后三甲胺质量分数对比发现（图3）：脱腥前三甲胺质量分数为（20.38 ± 0.64）mg/kg，经本研究的脱腥工艺处理后，三甲胺质量分数为（11.68 ± 0.35）mg/kg，三甲胺质量分数明显降低42.69%，表明该脱腥工艺对金鲳鱼有明显的脱腥效果。

图3 脱腥前后三甲胺质量分数的变化Fig.3 Changes in trimethylamine mass fraction before and after deodorization

2.3 脱腥前后风味特性的电子鼻分析

电子鼻快速和客观检测的特点常用产品挥发性风味物质检测[22]。雷达图的差异一定程度反映了挥发性物质响应强弱的差异，由图4(a)可知，脱腥后的挥发性物质在传感器W5S（氮氧化合物）和W1W（硫化物）响应信号值显著降低（P＜0.05），说明脱腥处理对金鲳鱼的风味物质产生明显影响。主成分分析（PCA）对电子鼻检测到的挥发性化合物进行降维分析，可表征脱腥前后起主要区分作用的组分[23]。由图4(b)可知，第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）的累计贡献率达到90.8%，涵盖样品的大部分信息，其中PC1 贡献率为75.0%，PC2 贡献率为15.8%，由此可知，脱腥前后的差异主要体现在第一主成分上[24]。脱腥前后挥发性风味可以区分但存在部分重叠，说明脱腥前后的风味具有差异。

图4 脱腥前后电子鼻雷达（a）与主成分分析（b）Fig.4 Electronic nose radargrams(a)and principal component analysis(b)before and after deodorization

2.4 脱腥前后挥发性风味物质二维图谱及指纹图谱分析

采用GC-IMS 对金鲳鱼脱腥前后挥发性物质进行分析获得二维图谱（图5），二维图谱中的每个点代表从样品中分离和鉴定的挥发性化合物[25]。为清晰比较样品间差异，在二维图谱中以脱腥前的谱作为参考，脱腥后的谱作为扣除参比图谱。挥发性化合物浓度相同则背景为白色，化合物浓度低于参考为蓝色，化合物浓度高于参考为红色[26-27]。观察图5二维图谱的红框部分可知，脱腥前后挥发性物质的差异及变化较为明显，与电子鼻的分析结果一致。

图5 脱腥前后金鲳鱼的二维图谱Fig.5 2D profiles of trachinotus ovatus before and after deodorization

此外，对脱腥前后挥发性成分进行比较，并通过Gallery Plot 绘制指纹图谱（图6）。指纹图谱可直观表明每种物质的动态变化，通过颜色明暗反映挥发性成分含量的差异，颜色越亮说明含量越高，反之则低。结合图6中指纹图谱A、B框可观察到，脱腥后己醛、庚醛、癸醛等醛类物质构成鱼腥味的关键物质的减少，同时增加了一些芳香化合物，与马玉琴等[28]的研究结果一致，表明脱腥前后的风味物质有显著差异。

图6 脱腥前后金鲳鱼的指纹图谱Fig.6 Fingerprints of Trachinotus ovatus before and after deodorization

2.5 脱腥前后挥发性风味物质定性分析

为进一步比较脱腥前后挥发性化合物的变化，利用GC-IMS内置的数据库对脱腥前后挥发性成分进行定性分析（表6）。脱腥前后鉴定的挥发性化合物有44 种，醇类（12）、酯类（8）、酮类（7）、醛类（6）、烯类（3）、其他类（8）。

表6 脱腥前后金鲳鱼挥发性物质的定性分析Table 6 Qualitative analysis of volatile components of Trachinotus ovatus before and after deodorization

醛类挥发性物质的嗅闻阈值较低，即在浓度很低的情况下也能被闻到，并且散发出令人不愉悦的气味，醛类物质主要是不饱和脂肪酸氧化产生稳定性低的氢过氧化物，在一定条件下裂解为小分子醛类[29]。己醛主要表现为青草气味和鱼腥味；庚醛、癸醛具有土腥味及强烈的油脂气味[30]；醛类物质是鱼类产品的主要腥味物质[31]，经脱腥处理后醛类的相A B对含量显著降低29.80%。酮类挥发性物质的阈值较高但对腥味的表达有增效协同作用，主要是不饱和脂肪酸热降解产生，其对鱼肉风味的贡献值较小[32]。3-辛酮、5-甲基-3-庚酮主要表现为青草、水果的气味；3-羟基-2-丁酮具有强烈的奶油、脂肪香气，是美拉德反应的前体物质，巨晓军等[32]研究发现部分酮类物质对腥味表达有消减作用。醇类物质主要包括正己醇、糠醇、(E)-3-己烯-1-醇、(E)-2-己烯-1-醇、1-戊醇等，其中不饱和醇的阈值相对较低为主要的气味贡献者[33]，主要表现为水果和花香，脱腥后醇类物质的相对含量增加43.30%。酯类物质主要由游离脂肪酸和醇反应生成，也可通过酯交换反应合成。酯类物质通常表现为水果、青草气味，其相对含量增加6.41%，对腥味的表达具有一定改善作用[34]。烃类化合物阈值高对整体风味的形成无显著影响，不饱和烃类主要呈现出柑橘、青草等清新气味，具有修助整体风味的作用[35]。

2.6 脱腥前后金鲳鱼中关键性风味物质相对气味活性值分析

关键性挥发性风味物质的决定性因素包括总体相对含量的高低及其气味阈值。因此，从脱腥前后检测到的44 种化合物中筛选特定的香气活性化合物，一般使用相对气味活性值（r）评价脱腥前后风味的影响[36]。如表7 所示，3-甲基丁醛在样品中的相对含量较高，且阈值较低（0.2 μg/kg），故选择3-甲基丁醛作为金鲳鱼脱腥前后关键性风味物质，即rstan为100。脱腥前后r≥1 的关键性风味物质包括癸醛、己醛、丁酸-2-甲基丙酯、1-丙硫醇。短链醛类主要源于油酸的氧化，混合在一起对鱼腥味有较大贡献，经脱腥处理后癸醛、己醛的r值显著降低，证明脱腥液可以掩盖醛类等主要腥味物质。酮类主要是不饱和脂肪酸热氧化及氨基酸降解产生[37]（表现为水果、黄油、青草气味），低阈值的酮类与醛类及其他化合物可能存在相互作用，可使腥味增强或改变[38]。醇类及酯类的相对含量随着脱腥液的加入显著增加（表现为水果气味），对脱腥前后金鲳鱼的风味具有修饰作用。上述结果表明，脱腥后金鲳鱼的整体风味评价明显高于脱腥前的样品。

表7 脱腥前后金鲳鱼挥发性风味物质阈值及相对气味活性值Table 7 Threshold value and relative odour activity value of volatile flavor compounds of trachinotus ovatus before and after deodorization

3 结论

本研究采用紫苏-藿香-酵母复合脱腥液降低金鲳鱼腥味，通过响应面法优化得到的脱腥工艺为：紫苏提取物质量分数为0.15%、藿香提取物质量分数为0.20%、酵母提取物质量分数为0.12%，料液质量体积比1∶3 g/mL，温度4 ℃浸泡40 min，在此脱腥条件下其感官评价最优。结合GC-IMS 及相对气味活性值对金鲳鱼脱腥前后风味分析可知，经脱腥处理的金鲳鱼醛类等腥味的物质种类及含量都显著降低，与电子鼻的研究结果一致。本研究可为水产品脱腥及相关领域提供理论与数据参考。