不同收割期壇紫菜揮發(fā)性成分分析

應(yīng)苗苗，施文正*，劉恩玲

(1.溫州科技職業(yè)學(xué)院，浙江 溫州 325000；2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306)

不同收割期壇紫菜揮發(fā)性成分分析

應(yīng)苗苗1，施文正2,*，劉恩玲1

(1.溫州科技職業(yè)學(xué)院，浙江 溫州 325000；2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306)

通過(guò)電子鼻和SPME-GC-MS方法對(duì)不同收割期的壇紫菜的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，電子鼻實(shí)驗(yàn)表明不同收割期的壇紫菜揮發(fā)性成分差異明顯；SPME萃取壇紫菜的揮發(fā)性成分，通過(guò)GC-MS分別從一水、二水、三水和四水壇紫菜中分離鑒定出35、38、51和55種化合物，其中以醛酮類(lèi)和烷烴類(lèi)為主，8-十七烯、壬醛和己醛是壇紫菜中主要的揮發(fā)性物質(zhì)；實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明一水和二水壇紫菜揮發(fā)性成分變化較小，質(zhì)量較穩(wěn)定，三水和四水壇紫菜揮發(fā)性變化較大，因此一水和二水壇紫菜適宜開(kāi)發(fā)作為食品。

壇紫菜；電子鼻；SPME-GC-MS；揮發(fā)性成分；收割期

紫菜的經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高，僅中、日、韓3國(guó)的紫菜年產(chǎn)值就超過(guò)了20億美元。在中國(guó)大陸被大規(guī)模栽培的紫菜有壇紫菜(Porphyra haitanensis)和條斑紫菜(P. yezoensis)，其中壇紫菜系暖溫帶性海藻，在我國(guó)東南沿海均有分布，是福建省和浙江省重要的經(jīng)濟(jì)紅藻，其年產(chǎn)量約占全國(guó)紫菜產(chǎn)量的75%，因此它在中國(guó)的紫菜產(chǎn)業(yè)中占有十分重要的位置[1]。一般壇紫菜可以分四次收割，即俗話(huà)說(shuō)的“頭水”、“二水”、“三水”、“四水”，風(fēng)味方面，一般越往后營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低，口味變差，“四水”以下壇紫菜一般不宜于食用[2-3]。

固相微萃取技術(shù)(solid phase microextraction，SPME) 是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的樣品處理方法，是一種集萃取、濃縮、解吸于一體的樣品前處理技術(shù)，具有方便、快捷、樣品用量少、不使用有機(jī)溶劑等特點(diǎn)，同時(shí)避免了樣品中不穩(wěn)定成分的氧化、分解等問(wèn)題，能夠與氣相或液相色譜儀聯(lián)用[4-6]。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)[7-10]，不僅可以根據(jù)各種不同的氣味測(cè)到不同的信號(hào)，而且可以將這些信號(hào)與經(jīng)訓(xùn)練后建立的數(shù)據(jù)庫(kù)中的信號(hào)加以比較，進(jìn)行判斷識(shí)別，因而具有類(lèi)似鼻子的功能，從而在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。

紫菜產(chǎn)品一般都對(duì)風(fēng)味有較大的要求，而不同收割期的紫菜的揮發(fā)性成分具有的差異使開(kāi)發(fā)紫菜產(chǎn)品具有較大難度和不確定性。本實(shí)驗(yàn)采用電子鼻和SPME-GCMS對(duì)產(chǎn)自洞頭縣的壇紫菜的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，并對(duì)不同收割期壇紫菜間揮發(fā)性成分進(jìn)行比較，旨在為不同收割期的壇紫菜的分類(lèi)加工提供指導(dǎo)，并豐富風(fēng)味化學(xué)的理論研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

壇紫菜樣品由浙江省溫州星貝海藻食品有限公司提供，品種為申福1號(hào)，采自浙江省洞頭縣東海海域。

1.2 儀器與設(shè)備

FOX-4000電子鼻 法國(guó)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(guó)Supelco公司；GC 6890-MS5975氣質(zhì)聯(lián)用儀 美國(guó)Agilent公司。

1.3 樣品制備方法

1.3.1 電子鼻法

分別準(zhǔn)確稱(chēng)取經(jīng)攪碎的壇紫菜2.0g，加2.0mL 0.18 g/mL NaCl溶液，勻漿后置于10mL進(jìn)樣瓶中。

1.3.2 HS-SPME法[11]

分別準(zhǔn)確稱(chēng)取經(jīng)攪碎的壇紫菜2.5g，加2.5mL 0.18 g/mL NaCl溶液，勻漿后置于含有微型攪拌子的15mL頂空瓶中，然后進(jìn)行固相微萃取。

1.4 實(shí)驗(yàn)條件

1.4.1 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600s、產(chǎn)生溫度60℃、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70℃；獲取參數(shù)：獲取時(shí)間120s、延滯時(shí)間600s。每個(gè)樣品均在上述條件下重復(fù)分析5次。

1.4.2 頂空固相微萃取條件

采用65μm PDMS/DVB萃取頭，萃取溫度60℃，萃取時(shí)間40min，0.18g/mL NaCl溶液，磁力攪拌，選用中速(500～700r/min)。

1.4.3 色譜條件

色譜柱：DB-35彈性毛細(xì)管柱(30m×0.25mm，0.25μm)；程序升溫：柱初溫40℃，保持2min，以5℃/min升至150℃，保持2min，以10℃/min升至230℃，保持10min；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。

1.4.4 質(zhì)譜條件

傳輸線(xiàn)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。揮發(fā)性成分通過(guò)NIST 02質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)確認(rèn)定性。

1.5 數(shù)據(jù)處理

1.5.1 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。

1.5.2 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(guò)NIST和Wiley譜庫(kù)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(guò)Excel數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，按面積歸一化法求得各化學(xué)成分在壇紫菜揮發(fā)性成分中的相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子鼻法分析不同收割期壇紫菜的揮發(fā)性成分

2.1.1 不同壇紫菜響應(yīng)值的比較

圖1 不同壇紫菜的響應(yīng)值比較Fig.1 Comparison on response values of laver harvested in different time points

從圖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(mǎn)足了對(duì)電子鼻檢測(cè)樣品的響應(yīng)值要求；除傳感器TA/2和T40/1響應(yīng)值十分接近外，LY2/LG傳感器例外(二水最大，然后依次為四水、三水及一水)，大部分傳感器的響應(yīng)值均為四水壇紫菜最大，三水壇紫菜次之，然后是兩水紫菜和一水壇紫菜，說(shuō)明隨收割期的延后揮發(fā)性成分總量增加；從圖中還可以看出一水和二水壇紫菜的揮發(fā)性成分精確度較好，即揮發(fā)性成分變化差異小，因此適宜加工為產(chǎn)品，這樣產(chǎn)品的風(fēng)味容易控制；而三水和四水壇紫菜揮發(fā)性成分變化差異就較大，這樣生產(chǎn)的產(chǎn)品風(fēng)味就可能差異較大，產(chǎn)品質(zhì)量較難控制，因此實(shí)際生產(chǎn)中多采用一水和二水壇紫菜作為原料。

2.1.2 不同收割期壇紫菜的主成分分析

主成分分析(PCA)是一種設(shè)法將原來(lái)指標(biāo)重新組合成一組新的互相無(wú)關(guān)的幾個(gè)綜合指標(biāo)來(lái)代替原來(lái)指標(biāo)，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要從中可去除幾個(gè)較少的綜合指標(biāo)，以盡可能多地反映原來(lái)指標(biāo)，通過(guò)改變坐標(biāo)軸來(lái)達(dá)到區(qū)分樣品目的的分析方法。經(jīng)PCA分析所得的圖主要是以二維散點(diǎn)圖來(lái)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(shuō)明主要成分可以較好的反映原來(lái)多指標(biāo)的信息。一般情況下，PCA1+PCA2即總貢獻(xiàn)率超過(guò)70%～85%的方法即可使用[12-13]。收割期壇紫菜PCA分析結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同壇紫菜的電子鼻PCA分析結(jié)果Fig.2 PCA of response values determined by electronic nose in laver harvested in different time points

PCA分析結(jié)果圖2中所顯示的判別指數(shù)(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(guò)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(shuō)明各個(gè)組之間互相獨(dú)立，且最大值100，越接近100說(shuō)明效果越好。判別指數(shù)為負(fù)，說(shuō)明各組間重疊。本實(shí)驗(yàn)的DI為53，說(shuō)明電子鼻可以較好的區(qū)分不同收割期的壇紫菜。

2.2 SPME-GC-MS分析壇紫菜揮發(fā)性物質(zhì)

2.2.1 不同壇紫菜的GC-MS總離子峰圖

不同壇紫菜揮發(fā)性成分的GC-MS色譜圖如圖3所示，總離子峰圖表明HS-SPME法可以較好的吸附壇紫菜樣品中的揮發(fā)性成分，并可以通過(guò) GC-MS對(duì)揮發(fā)性成分進(jìn)行分析檢測(cè)。

2.2.2 不同壇紫菜揮發(fā)性成分的鑒定

圖3 不同收割期壇紫菜揮發(fā)性成分總離子峰圖Fig.3 Total ion current of volatile compounds in laver harvested in different time points

表1 不同收割期壇紫菜揮發(fā)性成分的含量比較Table1 Contents of volatile components in laver harvested in different time points

經(jīng)NIST圖庫(kù)檢索以及文獻(xiàn)參考確認(rèn)[11,14-15]，一水壇紫菜確定出35種揮發(fā)性物質(zhì)，二水壇紫菜確定出38種，三水壇紫菜確定出51種，四水壇紫菜確定出55種揮發(fā)性物質(zhì)，其中33種為4種紫菜共有的揮發(fā)性化合物。由于各收割期紫菜的揮發(fā)性成分中均有少量物質(zhì)未定性，因此按面積歸一化法求得各收割期紫菜中確定的揮發(fā)性成分分別占各自有效總揮發(fā)性成分的百分含量為97.01%、97.69%、95.43%和96.72%；按面積歸一化法求得各化學(xué)成分在不同收割期壇紫菜揮發(fā)性成分中的相對(duì)含量的具體結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，在確認(rèn)的揮發(fā)性物質(zhì)中，羰基化合物和烴類(lèi)化合物為壇紫菜的主要揮發(fā)性化合物。與其他水產(chǎn)品的氣味成分多由揮發(fā)性羰基化合物和醇組成不同[16-18]，揮發(fā)性羰基化合物所產(chǎn)生原生的、濃郁的香味，而揮發(fā)性醇所產(chǎn)生品質(zhì)較為柔和的氣味[19]，烴類(lèi)中主要是以8-十七碳烯為最主要揮發(fā)性化合物，二氫獼猴桃內(nèi)酯含量也較高。一般來(lái)說(shuō)羰基化合物的閾值較低，因此對(duì)氣味貢獻(xiàn)較大，這些醛類(lèi)物質(zhì)通常被認(rèn)為是紅藻特征性風(fēng)味的主要貢獻(xiàn)物質(zhì)，可能是以C18與C20不飽和脂肪酸為底物的酶反應(yīng)生成的[20-22]；而醇類(lèi)的閾值就稍高，因此只有高含量的醇類(lèi)才會(huì)對(duì)氣味產(chǎn)生較大的影響；而烴類(lèi)的閾值就更加高些，因此對(duì)于氣味貢獻(xiàn)就更小，除非含量很高，而對(duì)于壇紫菜來(lái)說(shuō)，8-十七碳烯含量就很高，因此其對(duì)壇紫菜的氣味的影響應(yīng)比較大，8-十七碳烯是酶促反應(yīng)生成的一類(lèi)化學(xué)感應(yīng)物質(zhì)，作為生物信息素在愈傷中起到一定的作用[22]。結(jié)合含量和閾值來(lái)說(shuō)，8-十七碳烯、壬醛和己醛是壇紫菜中主要的揮發(fā)性物質(zhì)，4-(2,6,6-三甲基-1-環(huán)己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮、4-(2,6,6-三甲基-2-環(huán)己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮、辛醛、2,3-辛二酮、2,6-壬二烯醛、2,4-壬二烯醛、庚醛、2-辛烯醛、2,4,6-三甲基-1-環(huán)己烯-1-甲醛等醛酮類(lèi)物質(zhì)和1-辛烯-3-醇、1-辛醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯等對(duì)壇紫菜的氣味也有較大貢獻(xiàn)。

2.3 不同壇紫菜揮發(fā)性成分的比較

從電子鼻實(shí)驗(yàn)可以得出不同收割期的壇紫菜揮發(fā)性成分差異明顯，可以用電子鼻區(qū)分，從響應(yīng)值來(lái)看，隨著收割期的延后，揮發(fā)性成分的總量增加；從響應(yīng)值和PCA結(jié)果還可以得出一水壇紫菜的質(zhì)量最好，其平行樣本間差異較小，因此采用一水壇紫菜作出的產(chǎn)品風(fēng)味的穩(wěn)定性較好，產(chǎn)品質(zhì)量容易控制，相對(duì)來(lái)說(shuō)二水壇紫菜要稍差些，但差異只是比一水壇紫菜稍大；而三水壇紫菜間差異就非常明顯，四水壇紫菜間的差異較三水要小些，但也比一水和二水大許多。

而GC-MS的結(jié)果也說(shuō)明了類(lèi)似的問(wèn)題，總體來(lái)說(shuō)一水和二水壇紫菜的相對(duì)含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差要小，三水和四水壇紫菜的標(biāo)準(zhǔn)偏差較大。從揮發(fā)性成分的數(shù)量來(lái)說(shuō)，隨著收割期的延后，揮發(fā)性化合物的種類(lèi)也增多，并且一水和二水壇紫菜的揮發(fā)性成分以羰基化合物為主，烴類(lèi)雖然8-十七碳烯含量也很高，但是除羰基化合物和醇類(lèi)外，烴類(lèi)數(shù)量很少，只有8-十七碳烯、3,4-二甲基-2,4-己二烯兩種，三水和四水壇紫菜中化合物的種類(lèi)羰基化合物和醇類(lèi)只是少量增加，最主要的是增加許多烴類(lèi)及其他揮發(fā)性物質(zhì)，這些物質(zhì)可能是引起三水和四水壇紫菜氣味不穩(wěn)定的原因。當(dāng)然對(duì)于紫菜的氣味研究還應(yīng)當(dāng)結(jié)合感官分析，本實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)電子鼻和SPME-GC-MS客觀(guān)上分析了不同收割期壇紫菜的揮發(fā)性成分差異，壇紫菜的特征(關(guān)鍵)揮發(fā)性成分還應(yīng)當(dāng)結(jié)合感官分析等進(jìn)一步確定，但是從揮發(fā)性成分含量及閾值來(lái)說(shuō)，8-十七碳烯、壬醛、己醛、4-(2,6,6-三甲基-1-環(huán)己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮、4-(2,6,6-三甲基-2-環(huán)己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮、辛醛、2,3-辛二酮、2,6-壬二烯醛、2,4-壬二烯醛、庚醛、2-辛烯醛、2,4,6-三甲基-1-環(huán)己烯-1-甲醛等醛酮類(lèi)物質(zhì)和1-辛烯-3-醇、1-辛醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯等化合物將是研究壇紫菜的特征(關(guān)鍵)揮發(fā)性成分的重點(diǎn)對(duì)象。具體上述物質(zhì)在壇紫菜氣味中所發(fā)揮的作用還有待于進(jìn)一步的研究。

3 結(jié) 論

3.1 通過(guò)電子鼻檢測(cè)分析，不同收割期的壇紫菜揮發(fā)性成分差異明顯，可以被電子鼻區(qū)分，且隨收割期的延后揮發(fā)性成分總量增加，可以利用電子鼻儀器對(duì)不同收割期(或品質(zhì))的壇紫菜進(jìn)行鑒別。

3.2 通過(guò)GC-MS分析，鑒定出35、38、51、55種化合物，通過(guò)歸一化法求出鑒定的成分分別占有效峰面積的97.01%、97.69%、95.43%、96.72%，其中以醛酮類(lèi)和烷烴類(lèi)為主，8-十七碳烯、壬醛和己醛是壇紫菜中主要的揮發(fā)性物質(zhì)。

3.3 不同收割期紫菜揮發(fā)性成分的穩(wěn)定程度GC-MS實(shí)驗(yàn)結(jié)果與電子鼻結(jié)果趨于一致，總體來(lái)說(shuō)一水和二水壇紫菜的揮發(fā)性成分差異較?。蝗退乃g的紫菜揮發(fā)性成分差異較大，因此從產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的角度來(lái)說(shuō)，壇紫菜產(chǎn)品宜采用一水和二水壇紫菜作為原料。

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Analysis of Volatile Components in Laver Harvested in Different Time Points

YING Miao-miao1，SHI Wen-zheng2,*，LIU En-ling1
(1. Wenzhou Vocational College of Science & Technology, Wenzhou 325000, China；2. College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

In this study, volatile components in laver were identified by electronic nose and SPME-GC-MS. Results indicated that electronic nose could discriminate the volatile components in laver harvested in different time points and SPME could effectively extract the volatile components from laver. According to the analysis of GC-MS, 35, 38, 51 and 55 kinds of volatile compounds were identified in laver harvested in the first, second, third and fourth time, respectively. Among these compounds, volatile carbonyl compounds and alkanes such as 8-heptadecene, nonanal and hexanal were the major volatile compounds in laver. Moreover, compared with the laver harvested in the third and fourth time, the quality of laver was more stable and less change of odor was observed in laver harvested in first and second time. Therefore, the laver harvested in first and second time is suitable for food development.

laver；electronic nose；SPME-GC-MS；volatile component；harvest time point

TS254.1

A

1002-6630(2010)22-0421-06

2010-06-30

應(yīng)苗苗(1983—)，女，講師，碩士，主要從事食品科學(xué)研究。E-mail：mmying0120@163.com

*通信作者：施文正(1975—)，男，講師，博士，主要從事水產(chǎn)品加工及風(fēng)味研究。E-mail：wzshi@shou.edu.cn