養(yǎng)殖草魚不同生長期揮發(fā)性成分的比較

施文正，王錫昌*，劉 源，陶寧萍，吳靜燁

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306)

養(yǎng)殖草魚不同生長期揮發(fā)性成分的比較

施文正，王錫昌*，劉 源，陶寧萍，吳靜燁

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306)

通過電子鼻技術(shù)和固相微萃取(SPME)結(jié)合GC-MS比較大、小草魚背肉、腹肉和紅肉的揮發(fā)性成分。通過電子鼻檢測(cè)分析，除大草魚的背肉和腹肉間不能較好的區(qū)分外，能較好地區(qū)分出小草魚背肉、腹肉、紅肉、大草魚背肉(或腹肉)和紅肉間揮發(fā)性成分的差別；采用SPME-GC-MS在大草魚背肉、腹肉和紅肉中分別檢測(cè)出42、41和43種揮發(fā)性成分，小草魚背肉、腹肉和紅肉中檢測(cè)出30、39和52種揮發(fā)性成分，均以揮發(fā)性醛酮類和醇類化合物為主，含量達(dá)到90%以上；由電子鼻和GC-MS實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過顯著性檢驗(yàn)可以推斷大、小草魚肉間的揮發(fā)性成分有顯著差異。

草魚；電子鼻；固相微萃??；氣相色譜-質(zhì)譜法；揮發(fā)性成分

我國淡水資源豐富，淡水魚產(chǎn)量居世界首位，但是淡水魚特殊的土腥味使其不被一部分人群接受，而嚴(yán)重的制約了其加工發(fā)展[1-2]。淡水魚生長過程中由于蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)成分的變化，使其風(fēng)味也發(fā)生改變，對(duì)不同生長期淡水魚揮發(fā)性成分進(jìn)行研究將有助于了解淡水魚風(fēng)味的形成過程和主要影響因素。固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法(SPME-GC-MS)[3-6]和電子鼻[6-8]是目前研究食品中揮發(fā)性成分的主要方法。本實(shí)驗(yàn)以我國四大淡水魚之一的草魚(Ctenopharyngodon idellus)為原料，采用電子鼻和SPME-GC-MS對(duì)不同生長期草魚(以下簡(jiǎn)稱為大、小草魚)背肉、腹肉、紅肉的揮發(fā)性成分分別進(jìn)行鑒定并做比較，該研究不僅可以豐富風(fēng)味化學(xué)的理論知識(shí)，還可以對(duì)淡水魚的風(fēng)味研究及其加工利用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大小養(yǎng)殖草魚同時(shí)購于上海市果園農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)(11月中旬)，大草魚所選體質(zhì)量為2.5～3.0kg/尾，小草魚所選體質(zhì)量為1.5～1.75kg/尾，采用重?fù)舨蒴~頭部致死(暈)后去頭，取背肉、腹肉和紅肉，凍藏備實(shí)驗(yàn)用。

NaCl為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

FOX-4000電子鼻(帶LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/gCT、T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、T40/2、T40/1和TA/2等18根金屬氧化物傳感器) 法國Alpha MOS公司；固相微萃取裝置：手動(dòng)進(jìn)樣手柄、萃取頭[聚二甲基硅氧烷/二乙烯苯(PDMS/DVB)，涂層厚度65μm]美國Supelco公司；GC 6890-MS5975氣質(zhì)聯(lián)用儀 美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備方法

1.3.1.1 電子鼻法

分別準(zhǔn)確稱取經(jīng)攪碎的不同部位草魚肉2.0g，加2.0mL 0.18g/mL NaCl溶液，勻漿后置于10mL進(jìn)樣瓶中。1.3.1.2HS-SPME法[2]

分別準(zhǔn)確稱取經(jīng)攪碎的草魚肉2.5g，加2.5mL 0.18g/mL NaCl溶液，勻漿后置于含有微型攪拌子的15mL頂空瓶中。

1.3.2 電子鼻條件

樣品溫度4.0℃，清洗時(shí)間120s，測(cè)樣時(shí)間600s；載氣：合成干燥空氣；流速：150mL/min；頂空產(chǎn)生參數(shù)：產(chǎn)生時(shí)間：6 0 0 s；產(chǎn)生溫度：4 5℃；攪動(dòng)速度：500r/min；頂空注射參數(shù)：注射體積：2500μL；注射速度：2500μL/s；注射針總體積：2.5mL；注射針溫度：5 5℃；獲取參數(shù)：獲取時(shí)間：1 2 0 s；延滯時(shí)間：600s；每個(gè)樣品均在上述條件下重復(fù)分析6次。1.3.3頂空固相微萃取條件[2]

采用65μm PDMS/DVB萃取頭，萃取溫度45℃，萃取時(shí)間40min，0.18g/mL NaCl溶液，磁力攪拌，選用中速(500～700r/min)。

1.3.4 色譜-質(zhì)譜條件

色譜柱：HP-5MS彈性毛細(xì)管柱(30m×0.25mm，0.25μm)；程序升溫：柱初溫40℃，保持2min，以4℃/min升至160℃，而后以10℃/min升至250℃，保持5min；進(jìn)樣口溫度250℃；載氣(He)流量1.0mL/min；解吸時(shí)間5min，解吸溫度250℃，不分流模式進(jìn)樣。

傳輸線溫度280℃；離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；電子能量70eV；質(zhì)量掃描范圍m/z：35～350。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

電子鼻數(shù)據(jù)處理：用主成分分析(principal component analysis，PCA)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

GC-MS數(shù)據(jù)處理：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理由Xcalibur軟件系統(tǒng)完成。揮發(fā)性成分通過NIST和Wiley譜庫確認(rèn)定性，且僅當(dāng)正反匹配度均大于800(最大值為1000)的鑒定結(jié)果才予以報(bào)道。通過Excel數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，按面積歸一化法求得各化學(xué)成分在不同樣品的揮發(fā)性成分中的相對(duì)百分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子鼻法判別大、小草魚肉的顯著性差異

2.1.1 電子鼻響應(yīng)值的比較

電子鼻是一個(gè)新穎的分析、識(shí)別和檢測(cè)復(fù)雜嗅味和揮發(fā)性成分的傳感器陣列形式的電化學(xué)傳感系統(tǒng)[8-9]。由圖1可以看出，檢測(cè)每個(gè)樣品的傳感器響應(yīng)強(qiáng)度的最大值均達(dá)到了0.5以上，滿足了對(duì)電子鼻檢測(cè)樣品的響應(yīng)值要求；除傳感器LY2/gCT外，其他傳感器的響應(yīng)值可以看出不同樣品間存在差別，且小草魚紅肉響應(yīng)值一般較大，大草魚紅肉稍小，大、小草魚的背肉和腹肉則比較接近，但小草魚的相應(yīng)值比大草魚稍大。說明小草魚紅肉的揮發(fā)性成分量最多，大草魚紅肉次之，大、小草魚背肉和腹肉揮發(fā)性成分總量比較接近，但是小草魚的要比大草魚的稍多。

圖1 大、小草魚肉的響應(yīng)值比較Fig.1 Comparison on response values of meat from grasp carp with different body weights

2.1.2 主成分分析

大、小草魚不同部位魚肉的電子鼻響應(yīng)值的主成分分析(PCA)分析結(jié)果見圖2。PCA是一種設(shè)法將原來若干指標(biāo)變量重新組合成一組新的互相無關(guān)的幾個(gè)綜合指標(biāo)來代替原來指標(biāo)變量，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要選取少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所研究對(duì)象簡(jiǎn)化和綜合評(píng)價(jià)的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法。經(jīng)PCA分析所得的圖主要是以二維散點(diǎn)圖來顯示，其中PCA1和PCA2包含了在PCA轉(zhuǎn)換中所得到的第一主成分和第二主成分的貢獻(xiàn)率，貢獻(xiàn)率越大，說明主要成分可以較好的反映原來多指標(biāo)的信息。一般情況下，所選的主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率超過75%～85%為宜[9-10]。本實(shí)驗(yàn)中PC1+PC2為98.515%，說明主成分分析結(jié)果可以很好的反映大小草魚不同部位魚肉的揮發(fā)性成分間的差別。

圖2 大、小草魚肉的電子鼻PCA分析Fig.2 Principal component analysis of meat from grasp carp with different body weights using electronic nose

PCA分析結(jié)果圖中所顯示的判別指數(shù)(discrimination index，DI)是對(duì)選定目標(biāo)的判別質(zhì)量給出一個(gè)評(píng)價(jià)，通過計(jì)算各個(gè)組之間的表面積和每個(gè)組的表面積得到的。判別指數(shù)為正，說明各個(gè)組之間互相獨(dú)立，且最大值100，越接近100說明效果越好，判別指數(shù)為負(fù)，說明各組間有重疊。本實(shí)驗(yàn)的DI為－13，最主要是因?yàn)榇篝~背肉和腹肉揮發(fā)性成分極為相似，電子鼻不能區(qū)分，但是從圖2可以看出，大魚紅肉、背肉(或腹肉)與小魚背肉、腹肉和紅肉間可以明顯區(qū)分。因此可以推斷，大草魚與小草魚間的揮發(fā)性成分有明顯的不同。

2.2 大小草魚肉揮發(fā)性物質(zhì)成分的鑒定

2.2.1 草魚肉的GC-MS總離子峰圖

大小草魚不同部位揮發(fā)性成分的GC-MS總離子峰圖如圖3所示，良好的總離子峰圖表示HS-SPME法可以較好的吸附魚肉樣品中的揮發(fā)性成分，并可以通過GC-MS對(duì)揮發(fā)性成分進(jìn)行分析檢測(cè)。

圖3 養(yǎng)殖草魚背肉、腹肉和紅肉揮發(fā)性成分總離子峰圖Fig.3 Total ion current chromatogram of volatile compounds in dorsal meat, belly meat and red meat from grass carp with different body weights

2.2.2 草魚肉揮發(fā)性成分的鑒定

經(jīng)NIST圖庫檢索以及文獻(xiàn)參考確認(rèn)[11-13]，大草魚背肉、腹肉和紅肉分別確定出42、41和43種揮發(fā)性成分，小草魚背肉、腹肉和紅肉分別確定出30、39和52種揮發(fā)性成分，按面積歸一化法求得各成分在不同草魚肉揮發(fā)性成分中的相對(duì)百分含量，具體結(jié)果見表1。由表1可以看出，大草魚背肉、腹肉、紅肉和小草魚背肉、腹肉、紅肉的揮發(fā)性成分都以羰基化合物和醇類為主，相對(duì)含量分別達(dá)到95.76%、91.97%、96.87%、97.28%、93.93%和96.03%，均在90%以上。

表1 大、小草魚肉揮發(fā)性成分的相對(duì)含量Table1 Relative contents of volatile components identified in meat from different parts of grass carp with different body weights %

續(xù)表1

2.2.3 主要揮發(fā)性成分含量的比較

對(duì)不同大、小草魚肉相同部位的揮發(fā)性成分的含量進(jìn)行顯著性比較，結(jié)果見表1。大小草魚背肉中都檢出的化合物有28種，其中12種相對(duì)含量差異(極)顯著，有16種化合物只在大草魚或小草魚背肉中檢出；大小草魚腹肉中都檢出的化合物有31種，其中17種相對(duì)含量差異(極)顯著，有18種化合物只在大草魚或小草魚腹肉中檢出；大小草魚紅肉中都檢出的化合物有41種，其中28種相對(duì)含量差異(極)顯著，有13種化合物只在大草魚或小草魚紅肉中檢出；因此大、小草魚間背肉、腹肉和紅肉部位的揮發(fā)性成分存在較大差異，由于大、小草魚紅肉間都檢出的相同成分的比例較大；因此相對(duì)來說，大、小草魚間背肉和腹肉部位揮發(fā)性成分的變異要比紅肉部位大。

大、小草魚肉揮發(fā)性成分有效峰面積比較見圖4，由圖4可知，小魚紅肉揮發(fā)量最大，大魚紅肉次之，大、小草魚背肉和腹肉部分揮發(fā)量明顯減少且很接近，較難區(qū)分，結(jié)果與電子鼻響應(yīng)值結(jié)果基本一致，即小草魚紅肉的揮發(fā)性成分總量最大，大草魚紅肉次之，但都遠(yuǎn)大于草魚背肉和腹肉部分，且大、小草魚的背肉和腹肉的揮發(fā)性成分總量很接近。

圖4 大、小草魚肉揮發(fā)性成分有效峰面積比較Fig. 4 Total peak areas of volatile components identified in meat from different parts of meat from grass carp with different body weights

一般來說，一些相對(duì)分子質(zhì)量低的醛類化合物對(duì)魚的特征氣味有貢獻(xiàn)，飽和的直鏈醛如己醛、庚醛、辛醛、壬醛等通常會(huì)產(chǎn)生一些令人不愉快、辛辣的刺激性氣味，特別對(duì)于本實(shí)驗(yàn)中含量最高的己醛，被鑒定出普遍存在于淡水魚及海水魚中[14-15]，表現(xiàn)為青草味、酸腐味，它常常與C8、C9的揮發(fā)性化合物混合一起共同對(duì)魚肉的香味起貢獻(xiàn)；除了含量較高的直鏈醛外，其他如苯甲醛、2,4-庚二烯醛、2-辛烯醛等不飽和醛具有較低的閾值，帶有油脂腐臭味和魚腥味[16]，對(duì)草魚的腥味形成有一定的影響。酮類是由于多不飽和脂肪酸的熱氧化或降解而產(chǎn)生的[17]，具有植物芳香氣味的特征，在草魚肉中2,3-辛二酮的含量較高，對(duì)草魚腥味有一定的影響；此外紅肉中的1-辛烯-3-酮雖然只有1%左右，但由于其閾值很低[18-19]，且只在紅肉中檢出，因此對(duì)紅肉的氣味貢獻(xiàn)較大，并且可能是引起紅肉與白色肉(背肉和腹肉)間氣味差異的主要原因。由于醛酮類化合物的閾值較低(與醇類相比)[18-19]，因此在草魚腥味形成的過程中起著重要的作用。醇的香氣強(qiáng)度、特征和類型與它的分子結(jié)構(gòu)存在著一定的關(guān)系，揮發(fā)性醇一般產(chǎn)生品質(zhì)較為柔和的氣味[20]，七個(gè)碳原子以內(nèi)的低級(jí)脂肪醇，一般沒有什么令人感興趣的香氣；在本次檢測(cè)的魚肉中，1-己醇和1-辛烯-3-醇含量較高，此外還有1-庚醇、1-辛醇、1-壬烯-4-醇及2-辛烯-1-醇等；其中1-己醇與新鮮淡水魚所具有的植物性氣味相關(guān)，呈現(xiàn)出青草味[21]；據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，1-辛烯-3-醇的是由一種亞油酸的氫過氧化物的降解產(chǎn)物，具有類似泥土或蘑菇的氣味[21]，普遍存在于淡水魚及海水魚的揮發(fā)性香味物質(zhì)中，因?yàn)槠溟撝递^低[18-19]，并且在草魚肉中含量較高，因而可能是造成草魚魚肉具有較重泥土味的原因之一；總體來說，由于醇類的閾值比較高，除非以高濃度存在，否則對(duì)魚肉的風(fēng)味貢獻(xiàn)很小[22]。

醛酮類和醇類總量上大小草魚相同部位的肉差別不大，在背肉中，小草魚醇類稍占優(yōu)勢(shì)，大草魚中醛酮類稍占優(yōu)勢(shì)，都在50%左右；在腹肉中，大小草魚相當(dāng)，醛酮類占40%左右，醇類在53%左右；在紅肉中，都是醛酮類占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，為醇類總量的3倍左右。由于醛酮類化合物的閾值較低(與醇類相比)，因此紅肉部分可能是引起草魚腥味的主要部位，即一般情況下紅肉部分的腥味要大于白色肉(背肉和腹肉)部分，這也與人們?nèi)粘３贼~得出的口感相符。

此外，草魚的揮發(fā)性成分中還有5%左右的其他類化合物，包括芳香族類、烴類等。烴類可能來自與脂肪酸的氧化，由于其含量少且閾值高，對(duì)整體風(fēng)味貢獻(xiàn)不大。2-戊基呋喃可能會(huì)對(duì)魚腥味有一些影響，幾種含苯化合物如1-甲基萘、2-甲基萘、1,2,4,5-四甲基苯等會(huì)造成魚肉中令人不愉快的風(fēng)味，可能是從環(huán)境中轉(zhuǎn)移到魚體內(nèi)的，說明魚肉的風(fēng)味也可能因環(huán)境的污染物質(zhì)而受到影響。

3 結(jié) 論

3.1 電子鼻檢可以較好地區(qū)分出大小草魚背肉、腹肉、紅肉間揮發(fā)性成分的差別。

3.2 小草魚背肉、腹肉和紅肉分別確定出30、39和52種揮發(fā)性成分，大草魚背肉、腹肉和紅肉分別確定42、41和43種揮發(fā)性成分；揮發(fā)性成分都以羰基化合物和醇類為主。

3.3 大小草魚背肉、腹肉和紅肉間相同揮發(fā)性成分的相對(duì)含量也有較大不同，說明不同生長期草魚肉間揮發(fā)性成分有較明顯的影響。

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Comparison on Volatile Compounds in Cultured Grass Carp at Different Growth Stages

SHI Wen-zheng，WANG Xi-chang*，LIU Yuan，TAO Ning-ping，WU Jing-ye
(College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

In this work, the volatile compounds in the meat of grass carp were analyzed by headspace solid phase micro-extraction (HS-SPME) followed by gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS) and electronic nose. The results indicated that electronic nose could discriminate dorsal meat, belly meat, red meat from grass carp with different body weights, except dorsal meat and belly meat from big grass carp. A total of 42, 41 and 43 volatile compounds were identified in the dorsal meat, belly meat and red meat of big grass carp, and the numbers of volatile compounds identified in the dorsal meat, belly meat and red meat of small grass carp were 30, 39 and 52, respectively. The volatile compounds found were mainly volatile carbonyl compounds and alcohols, accounting for higher than 90%. The contents of volatile compounds exhibited a significant difference between big and small grass carp.

grass carp；electronic nose；solid phase micro-extraction (SPME)；gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)；volatile components

TS254.4

A

1002-6630(2010)20-0342-06

2010-06-30

高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20070264003)；上海市教育委員會(huì)重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(J50704)

施文正(1975—)，男，博士研究生，主要從事水產(chǎn)品加工和食品風(fēng)味研究。E-mail：wzshi@shou.edu.cn

*通信作者：王錫昌(1964—)，男，教授，博士，主要從事食品營養(yǎng)與風(fēng)味研究。E-mail：xcwang@shou.edu.cn