電子鼻結(jié)合GC-MS分析草魚脫腥前后風(fēng)味變化

崔方超，李婷婷，楊 兵，劉 瀅，勵建榮,*，李洪軍，李敏鎮(zhèn)

（1.渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院，遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 錦州 121013；2.大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116600；3.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；4.鞍山嘉鮮農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，遼寧 鞍山 114100）

電子鼻結(jié)合GC-MS分析草魚脫腥前后風(fēng)味變化

崔方超1，李婷婷2，楊 兵1，劉 瀅1，勵建榮1,*，李洪軍3，李敏鎮(zhèn)4

（1.渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院，遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 錦州 121013；2.大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116600；3.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；4.鞍山嘉鮮農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，遼寧 鞍山 114100）

采用檸檬酸、碳酸氫鈉、酵母3 種脫腥劑對草魚魚肉進(jìn)行脫腥處理，通過電子鼻和頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對未經(jīng)處理的魚肉與不同脫腥劑處理的魚肉的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析和鑒定。結(jié)果表明，電子鼻能夠較好區(qū)分未經(jīng)脫腥處理及不同脫腥劑處理的魚肉樣品的風(fēng)味。主成分分析顯示各個樣品間差異明顯，電子鼻區(qū)分度良好。采用氣相色譜-質(zhì)譜法在脫腥前、檸檬酸處理、碳酸氫鈉處理和酵母處理的魚肉樣品中分別檢測出35、20、21 種和29 種揮發(fā)性物質(zhì)。經(jīng)3 種脫腥劑處理的魚肉樣品的揮發(fā)性成分均呈現(xiàn)減少趨勢，其中檸檬酸處理魚肉中揮發(fā)性成分的數(shù)量和峰面積減少最為顯著，其次為碳酸氫鈉及酵母。這一結(jié)果與電子鼻分析結(jié)果相一致。

電子鼻；氣相色譜-質(zhì)譜法；頂空固相微萃?。徊蒴~；脫腥

我國淡水資源豐富，淡水魚產(chǎn)量居世界首位。但長期以來，我國的淡水魚加工技術(shù)滯后于其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，主要原因有加工技術(shù)落后，深加工比例低等；此外淡水魚特殊的土腥味也是制約其發(fā)展的一個重要原因[1]。青、草、鰱、鳙“四大家魚”在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中占有非常重要的地位。草魚魚肉中有豐富的蛋白質(zhì)，含水量高，自身帶有較多的微生物和酶，容易腐敗變質(zhì)，而且魚肉的腥味較重[2]。腥味物質(zhì)的形成受很多因素的影響，主要是由于生存水體中含有大量的魚腥藻、顫藻等藍(lán)綠藻或放射菌，這些藻菌等微生物生長產(chǎn)生的各種次生代謝產(chǎn)物通過鰓、皮膚和腸上皮細(xì)胞滲透進(jìn)入魚體，在魚體內(nèi)蓄積導(dǎo)致其產(chǎn)生特有的腥味和臭味[3]。此外魚體自身內(nèi)源酶的降解及脂肪酸的氧化裂解產(chǎn)生的一些短鏈醛、酮類物質(zhì)也會導(dǎo)致魚體產(chǎn)生腥味[4]。水產(chǎn)品中主要用酸堿鹽法、掩蔽法、吸附法、微膠囊法、微生物發(fā)酵法、酶法脫腥、復(fù)合脫腥等脫腥方法。頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜（headspace-solid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）聯(lián)用技術(shù)[5-7]和電子鼻[8]是目前研究食品中揮發(fā)性成分的主要方法。施文正等[1]用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)研究不同漂洗過程中草魚魚糜揮發(fā)性成分的變化，發(fā)現(xiàn)草魚魚糜中主要的揮發(fā)性成分以醛酮類和醇類為主，經(jīng)過1 次漂洗和2 次漂洗后魚糜的主要揮發(fā)性成分有顯著改變，而2 次和3 次之間沒有顯著變化。付湘晉等[9]用電子鼻檢測白鰱魚的腥味，發(fā)現(xiàn)電子鼻檢測結(jié)果與感官評價結(jié)果高度一致，電子鼻可以用來快速檢測白鰱魚的腥味。本實(shí)驗(yàn)采用檸檬酸、碳酸氫鈉和酵母對草魚魚肉進(jìn)行脫腥，并結(jié)合電子鼻和GC-MS法檢測經(jīng)不同脫腥劑處理前后草魚的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化情況，旨在為草魚深加工及品質(zhì)管理等方面提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮活草魚（體質(zhì)量1.5～2 kg） 市購；檸檬酸、碳酸氫鈉、酵母（均為食品級） 天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PEN3便攜式電子鼻系統(tǒng) 德國Airsense公司；固相微萃取裝置、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭、20 mL頂空鉗口樣品瓶 美國Supelco公司；7890N/5975GCMS聯(lián)用儀 美國Agilent公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鄭州長城科工貿(mào)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品準(zhǔn)備

1.3.1.1 草魚肉塊的采取

鮮活草魚→碎冰猝死→三去（去頭、皮、內(nèi)臟）→取背部魚肉→去掉紅肉→切成2 cm×2 cm的方塊

1.3.1.2 脫腥

表1 3種脫腥劑的最佳條件Table1 Optimum conditions for three deodorization agents

采用響應(yīng)面方法優(yōu)化確定3 種脫腥劑的最佳條件（表1）。脫腥方式以料液比1∶3進(jìn)行脫腥。

1.3.2 檢測樣品的準(zhǔn)備

電子鼻樣品：準(zhǔn)確稱取脫腥前后的各組絞碎的魚肉2 份，每份2.0 g于25 mL的燒杯中，迅速用保鮮膜封口（5 層）后置于4 ℃冰箱中靜置30 min，用于電子鼻檢測。每個樣品重復(fù)測定2 次。

GC-MS樣品：稱取3.0 g經(jīng)絞碎后的脫腥前后的魚肉迅速放入20 mL頂空瓶中，迅速加蓋，用于GC-MS檢測，每組樣品平行測定2 次。

1.3.3 檢測分析條件

HS-SPME：取1.3.2節(jié)GC-MS樣品，加入6 mL飽和氯化鈉溶液及磁轉(zhuǎn)子，用聚四氟乙烯隔墊密封，于45 ℃磁力攪拌器中加熱平衡15 min。用已活化好的DVB/CAR/ PDMS 50/30 μm萃取頭（270 ℃活化60 min）頂空吸附40 min后，將萃取頭插入GC進(jìn)樣口，解吸5 min。每個樣品重復(fù)實(shí)驗(yàn)2 次。

電子鼻檢測：電子鼻測定時間100 s；頂空溫度25 ℃；內(nèi)部流量300 mL/min；進(jìn)樣流量300 mL/min。每個樣品重復(fù)測定2 次。電子鼻傳感器性能描述見表2。

表2 電子鼻傳感器性能描述Table2 Sensor properties of PEN3 electronic nose

色譜分析：HP-5MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度250 ℃；不分流模式進(jìn)樣；載氣為He；流速1.0 mL/min；程序升溫：柱初溫40 ℃，保持2 min，以4 ℃/min 升至160 ℃，保持1 min再以10 ℃/min升至250 ℃，保持5 min。

質(zhì)譜分析：GC-MS接口溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；電離方式：電子電離；電子能量70 eV；質(zhì)量掃描范圍m/z 30～550。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

電子鼻數(shù)據(jù)分析：取穩(wěn)定后第81～85秒間的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

GC-MS數(shù)據(jù)分析：樣品中揮發(fā)性成分的定性分析采用計(jì)算機(jī)譜庫（NIST 11/Wiley 7.0）進(jìn)行檢索，并利用C8～C20正構(gòu)烷烴的保留時間計(jì)算各個色譜峰的保留指數(shù)，確認(rèn)揮發(fā)性物質(zhì)的化學(xué)組成。揮發(fā)性成分的定量分析采用面積歸一化法。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子鼻檢測

電子鼻是一個新穎的分析、識別和檢測復(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)[10]。不同脫腥劑處理草魚魚肉對傳感器的響應(yīng)值雷達(dá)圖如圖1所示，經(jīng)過檸檬酸、碳酸氫鈉脫腥處理的魚肉和脫腥前的魚肉樣品風(fēng)味輪廓之間存在顯著差異，響應(yīng)值變化較為明顯的傳感器由大到小分別是R（6）、R（7）、R（8）和R（9），這說明經(jīng)過這2 種脫腥劑處理以后，魚肉中的烷烴類R（6）、無機(jī)硫化物R（7）、乙醇類R（8）、芳香成分和有機(jī)硫化物R（9）均有所減少，說明檸檬酸、碳酸氫鈉對魚肉腥味的脫除有一定的作用，其中檸檬酸的效果更明顯。使用酵母發(fā)酵脫腥時，可能是酵母的獨(dú)特氣味能夠掩蓋魚肉的氣味，也可能酵母在脫腥過程中發(fā)酵產(chǎn)物的影響，因此酵母處理的魚肉樣品對傳感器的響應(yīng)值最大。由電子鼻結(jié)果可以初步確定相比酵母和碳酸氫鈉而言，檸檬酸脫腥處理后揮發(fā)性成分的減少顯著。

圖1 脫腥前后魚肉樣品的氣味感應(yīng)強(qiáng)度雷達(dá)圖Fig.1 Radar chart of odor in fresh and deodorized samples

圖2 脫腥前后魚肉樣品的PCCAA圖Fig.2 PCA plot of fresh and deodorized grass samples

PCA是一種設(shè)法將原來指標(biāo)重新組合成一組新的互相無關(guān)的幾個綜合指標(biāo)來代替原來指標(biāo)，同時根據(jù)實(shí)際需要從中可去除幾個較少的綜合指標(biāo)，以盡可能多地反映原來指標(biāo)，通過改變坐標(biāo)軸來達(dá)到區(qū)分樣品的分析方法[11]。為進(jìn)一步分析3 種不同脫腥劑對魚肉的脫腥效果，采用PCA法對這些氣味指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)。由圖2可知，第1主成分PC1貢獻(xiàn)率達(dá)到99.58%，PC1和PC2貢獻(xiàn)率之和達(dá)到99.9%，能較好地反映原始高維矩陣數(shù)據(jù)的信息，說明電子鼻能有效區(qū)分不同魚肉樣品的氣味變化。從不同脫腥劑處理的魚肉樣品與未處理的魚肉原樣之間的距離上來看，酵母處理的魚肉與脫腥前的魚肉距離最大，檸檬酸與脫腥前距離最小，說明酵母脫腥以后魚肉的氣味成分差異顯著，而檸檬酸和碳酸氫鈉處理的魚肉氣味成分的差異不顯著。經(jīng)過酵母處理后，由于自身或發(fā)酵產(chǎn)物的影響，使得酵母處理后樣品與脫腥前魚肉揮發(fā)性成分差異顯著。為明確脫腥前后風(fēng)味成分的變化，采用GC-MS對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步分析和鑒定。

2.2 GC-MS分析結(jié)果

表3 不同處理草魚樣品中揮發(fā)性物質(zhì)種類及個數(shù)Table3 Chemical classes and number of volatile compounds in fish muscle samples with different treatments

圖3 不同處理樣品中各類揮發(fā)性成分總峰面積比較Fig.3 Comparison of peak areas of volatile compounds in fresh and deodorized fish muscle samples

通過HS-SPME-GC-MS技術(shù)共檢測出63 種揮發(fā)性物質(zhì)，在脫腥前、檸檬酸處理、碳酸氫鈉處理、酵母處理的魚肉樣品中分別檢測出35、20、21 種和29 種揮發(fā)性物質(zhì)（表3）。采用脫腥劑處理后，揮發(fā)性成分的峰面積和個數(shù)都顯著減少，其中檸檬酸的脫腥效果最好。圖3為脫腥前和3 種脫腥劑處理后魚肉揮發(fā)性物質(zhì)的峰面積。由圖3可知，醛類、醇類、酯類和芳香族類在脫腥前的魚肉中含量較高，經(jīng)檸檬酸和碳酸氫鈉處理后的魚肉中所含的醛類、醇類的峰面積都減少，其中檸檬酸脫腥效果更加顯著。經(jīng)酵母處理的魚肉，其醛類、醇類的峰面積有所增加，可能是微生物的發(fā)酵作用對揮發(fā)性物質(zhì)含量的增加有協(xié)同作用[12]，這與電子鼻的檢測結(jié)果相一致。

2.2.1 羰基化合物

羰基化合物包括醛類和酮類，在水產(chǎn)品氣味特征中起重要作用。表4為脫腥前和經(jīng)3 種脫腥劑處理的魚肉樣品中揮發(fā)性物質(zhì)的峰面積比較。脫腥前的草魚魚肉中揮發(fā)性成分醛類含量最高，占總揮發(fā)性成分的41.05%。脫腥前和檸檬酸、碳酸氫鈉、酵母處理后魚肉樣品中醛類的個數(shù)分別為8、6、6、9 種。己醛、庚醛、壬醛、（Z）-2-庚烯醛、（E）-2-辛烯醛在各樣品中均檢出，其中己醛的含量最高。據(jù)報道，一些相對分子質(zhì)量低的醛類物質(zhì)的閾值很低[13]，對魚的特征香味有貢獻(xiàn)[14-15]，通常會產(chǎn)生一些刺激性的辛辣氣味，其可能來源于不飽和脂肪酸氧化后形成的過氧化物的裂解。己醛具有青草味、腥味，是導(dǎo)致魚體產(chǎn)生腥味的主要物質(zhì)之一，常與C8、C9的揮發(fā)性化合物對魚肉的香味起協(xié)同作用[16]；庚醛、壬醛具有魚腥味，（Z）-2-庚烯醛、（E）-2-辛烯醛也被證實(shí)是多種魚類的典型腥味物質(zhì)，這些醛類的閾值極低，對魚肉的腥味具有加和作用[17]。經(jīng)脫腥劑處理后，3-甲基丁醛、（Z）-2-庚烯醛、癸醛、2,4-癸二烯醛全部脫除，己醛、庚醛、壬醛的含量均減少，檸檬酸處理的樣品脫腥效果最好，其總峰面積約減少50%；酵母脫腥過程中因微生物發(fā)酵作用，醛類總峰面積增加，可能是酵母發(fā)酵產(chǎn)生的風(fēng)味掩蓋了魚腥味，或是酵母特有的香味閾值較低，使腥味不明顯。苯乙酮、2-庚酮、1,2,4,5-四甲基-3-吡唑烷酮經(jīng)脫腥劑處理后被完全脫除。酮類物質(zhì)具有特殊的香氣，閾值較高，對魚肉氣味的貢獻(xiàn)相對較小[18]，但酮類對腥味具有增強(qiáng)作用。

2.2.2 醇類化合物

未處理的草魚魚肉揮發(fā)性成分中醇類含量為33.56%，經(jīng)檸檬酸、碳酸氫鈉、酵母處理后的魚肉樣品中醇類的含量為2.81%、22.63%和36.75%。醇類物質(zhì)主要是由脂肪酸氧化酶作用于多不飽和脂肪酸衍生而來的。C4～C11的醇類物質(zhì)會產(chǎn)生類似金屬或泥土的氣味，一般認(rèn)為是由脂肪酸衍生或羰基化合物還原產(chǎn)生[19]。不飽和醇類的香氣閾值較低，對魚肉風(fēng)味貢獻(xiàn)較大。魚肉中的1-己醇、1-辛烯-3-醇、2-癸烯-1-醇等醇類物質(zhì)經(jīng)脫腥后均有明顯的減少，其中1-己醇和2-癸烯-1-醇經(jīng)檸檬酸處理后被完全脫除；經(jīng)檸檬酸處理的樣品中1-辛烯-3-醇的峰面積減少90%。有報道指出，1-己醇呈現(xiàn)青草味[20]，1-辛烯-3-醇具有泥土或蘑菇的氣味[21]，這2 種物質(zhì)是多種魚類的揮發(fā)性香味物質(zhì)。

2.2.3 烴類、芳香族類及胺類化合物

表4 草魚脫腥前后揮發(fā)性成分峰面積比較Table4 Comparison of peak areas of volatile compounds in fish muscle samples with and without deodorization

續(xù)表4

烷烴類物質(zhì)（C6～C19）曾在甲殼類水產(chǎn)品中被檢出，由于它們的閾值較高，因而對其整體的風(fēng)味貢獻(xiàn)不大。烯烴類化合物在一定條件下可形成醛和酮，對風(fēng)味有增強(qiáng)作用，也是產(chǎn)生魚腥味的潛在因素[22]。脫腥前后的樣品中均檢出D-檸檬烯，檸檬烯類物質(zhì)可能來自周圍的環(huán)境中[23]。此外，本實(shí)驗(yàn)檢出的甲苯、對二甲苯、鄰傘花烴、萘、二甲基萘、丁羥甲苯可能來自魚體的生長環(huán)境，這些物質(zhì)會使魚肉呈現(xiàn)出令人不愉快的氣味。胺類對魚肉的腥味有增強(qiáng)效應(yīng)，魚體腐敗產(chǎn)生的三甲胺等具有腥臭味，由于實(shí)驗(yàn)采用的是鮮活草魚，因此所含的胺類化合物較少，對腥味的影響較小。

3 結(jié) 論

通過電子鼻檢測發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過檸檬酸和碳酸氫鈉處理的草魚魚肉的腥味有明顯的減弱，其中檸檬酸脫腥后的魚肉氣味最小，響應(yīng)值減少幅度最大；酵母因微生物發(fā)酵和自身氣味使得電子鼻檢測的響應(yīng)值大于脫腥前魚肉樣品。采用GC-MS法在脫腥前、檸檬酸處理、碳酸氫鈉處理和酵母處理的魚肉樣品中分別檢測出35、20、21 種和29 種揮發(fā)性物質(zhì)，主要包括醛類、酮類、醇類、酯類、烯烴類及胺類等物質(zhì)。其中己醛、1-己醇、1-辛烯-3-醇、壬醛、庚醛等是主要的揮發(fā)性成分，呈現(xiàn)出腥味或青草味，經(jīng)過脫腥劑處理后的魚肉樣品中，這些物質(zhì)含量明顯減少。從使用不同脫腥劑處理的魚肉樣品中揮發(fā)性物質(zhì)的數(shù)量和總峰面積的減少趨勢來看，檸檬酸的脫腥效果最好，其次是碳酸氫鈉及酵母，這一結(jié)果與電子鼻檢測結(jié)果相一致。

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Flavor Compounds of Fresh and Deodorized Grass Carps as Determined by Electronic Nose Combined with GC-MS

CUI Fang-chao1, LI Ting-ting2, YANG Bing1, LIU Ying1, LI Jian-rong1,*, LI Hong-jun3, LI Min-zhen4
(1. Food Safety Key Laboratory of Liaoning Province, College of Chemistry, Chemical Engineering and Food Safety, Bohai University, Jinzhou 121013, China; 2. College of Life Science, Dalian Nationalities University, Dalian 116600, China; 3. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China; 4. Anshan Jiaxian Agricultural Development Co. Ltd., Anshan 114100, China)

Grass carp muscles were deodorized by using citric acid, yeast or NaHCO3. The volatile compounds in undeodorized and deodorized fish meats were identified by electronic nose and head-space solid-phase microextraction coupled with gas chromatography and mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS). The results revealed that electronic nose could discriminate among undeodorized and deodorized fi sh meats by fl avor characteristics. Principal component analysis (PCA) showed that the apparent difference among undeodorized and deodorized samples could be well discriminated by electronic nose. Meanwhile, GC-MS analysis showed that 35, 20, 21, and 29 volatile compounds were identifi ed in fresh meat and samples deodorized with citric acid, NaHCO3and yeast, respectively. Moreover, the deodorized samples were less rich in volatile compounds, and citric acid resulted in the most signifi cant reduction in the number of volatile compounds and peak area, followed in decreasing order by NaHCO3and yeast. The GC-MS results were consistent with those from electronic nose.

electronic nose; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); headspace solid phase micro-extraction (HS-SPME); grass carp; deodorization

TS254.9

A

1002-6630（2014）20-0126-05

10.7506/spkx1002-6630-201420025

2014-02-26

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（31301572）；“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD29B06）；遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題項(xiàng)目（LNSAKF2011008）

崔方超（1989—），男，碩士研究生，主要從事水產(chǎn)品貯藏加工與質(zhì)量安全控制研究。E-mail：cfc1031@163.com

*通信作者：勵建榮（1964—），男，教授，博士，主要從事水產(chǎn)品和果蔬貯藏加工及質(zhì)量安全研究。E-mail：lijr6491@163.com