用電子鼻和SPME-GC-MS分析鮑魚熟制前后揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化

吳靖娜，路海霞，劉智禹， 蘇捷， 廖登遠(yuǎn)，潘南，蔡水淋

（1.福建省水產(chǎn)研究所國(guó)家海水魚類加工技術(shù)研發(fā)分中心 （廈門），福建省海洋生物增養(yǎng)殖與高值化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建廈門361013；2.福建省海洋生物資源開發(fā)利用協(xié)同創(chuàng)新中心，福建廈門361013）

用電子鼻和SPME-GC-MS分析鮑魚熟制前后揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化

吳靖娜1、2，路海霞1、2，劉智禹1、2， 蘇捷1、2， 廖登遠(yuǎn)1、2，潘南1、2，蔡水淋1、2

（1.福建省水產(chǎn)研究所國(guó)家海水魚類加工技術(shù)研發(fā)分中心 （廈門），福建省海洋生物增養(yǎng)殖與高值化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建廈門361013；2.福建省海洋生物資源開發(fā)利用協(xié)同創(chuàng)新中心，福建廈門361013）

為了揭示熟制鮑魚主要特征氣味的成因，采用電子鼻及固相微萃取結(jié)合氣-質(zhì)聯(lián)用 （SPME-GCMS），對(duì)熟制過程中皺紋盤鮑Haliotis discus hannai香氣差異和揮發(fā)性成分變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：電子鼻能夠靈敏地檢測(cè)到熟制鮑魚的香氣變化，經(jīng)PCA分析發(fā)現(xiàn)，熟制鮑與生鮑整體氣味有顯著差異；GCMS分析表明，熟制前后鮑魚的揮發(fā)性成分發(fā)生明顯變化，從生鮑和熟制鮑中分別鑒定出42種和61種風(fēng)味物質(zhì)，主要物質(zhì)有醇、醛、酮、烴、酯、酸、芳香族、含氮化合物、酚類；生鮑中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量較高的為苯甲醛 （68.15%）和1-辛烯-3-醇 （9.22%），熟制鮑中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量較高的為2，3-丁二醇 （22.80%）和 （2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇 （19.84%）。研究表明，運(yùn)用電子鼻和固相微萃取結(jié)合氣-質(zhì)聯(lián)用 （SPME-GC-MS）能夠很好地分析鮑魚熟制前后氣味的變化。

鮑魚；電子鼻；揮發(fā)性物質(zhì)；主成分分析

中國(guó)是世界第一養(yǎng)殖鮑魚大國(guó)，據(jù)報(bào)道，2013年僅福建省的鮑魚養(yǎng)殖產(chǎn)量就達(dá)到8.85萬(wàn)t，約占全國(guó)鮑魚產(chǎn)量的80%［1］。由于鮑魚收獲的季節(jié)性強(qiáng)，鮮活鮑魚貯藏時(shí)間較短，所以鮮鮑銷售區(qū)域受到一定的限制，為此，許多水產(chǎn)加工企業(yè)將鮑魚加工成速凍帶殼鮮鮑、凍鮑、速凍鮑片和罐制品出口，而大多鮑魚加工產(chǎn)品均經(jīng)高溫熟制處理。據(jù)了解，鮑魚的熟制過程有助于香氣的提升，但對(duì)于鮑魚被加工處理后嗅氣物質(zhì)的變化情況較少進(jìn)行系統(tǒng)的研究，因此，分析加工處理后鮑魚的主要特征揮發(fā)性物質(zhì)，對(duì)于揭示烹煮前后揮發(fā)性物質(zhì)的變化具有重要的意義。

目前，食品揮發(fā)性物質(zhì)評(píng)價(jià)主要采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用 （GC-MS）技術(shù)進(jìn)行分析，側(cè)重于對(duì)樣品中揮發(fā)性物質(zhì)的種類和含量進(jìn)行檢測(cè)［2］。電子鼻是模擬人類鼻子的嗅覺功能而建立的人工嗅覺儀器，通過特定的傳感器和模式識(shí)別系統(tǒng)快速識(shí)別樣品的揮發(fā)性氣味，能對(duì)各

樣品的整體香氣特征進(jìn)行比較，具有樣品準(zhǔn)備簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)［3-4］，已廣泛地用于香精識(shí)別［5］、果蔬成熟度與貨架期的判斷［6］、肉品檢測(cè)［7］和酒類鑒定［8］等方面。本研究中，采用電子鼻結(jié)合GC-MS檢測(cè)鮑魚熟制前后整體香氣特征和揮發(fā)性物質(zhì)的變化，旨揭示熟制前后鮑魚氣味的差異及形成機(jī)理。

1　材料與方法

1.1材料

皺紋盤鮑Haliotis discus hannai Ino由廈門島之原生物科技有限公司提供。

主要儀器設(shè)備包括：電子鼻（德國(guó)AIRSENSE公司PEN 3型）；固相微萃取裝置（Solid-phase Micro-extraction，SPME）（美國(guó)Sulpco公司）；頂空采樣瓶（Agilent儀器有限公司）；Trace DSQⅡGC/MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó)Thermo fisher公司）。

1.2 方法

1.2.1樣品的處理 生鮑：鮮活鮑魚經(jīng)去殼、去內(nèi)臟后清洗。熟制鮑：鮑魚在100℃條件下蒸煮10 min。

1.2.2用電子鼻分析鮑熟制前后的風(fēng)味差別

（1）電子鼻系統(tǒng)。根據(jù)樣品頂空揮發(fā)物通過傳感器電阻值G與基準(zhǔn)氣體通過傳感器電阻值G0的比值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和模式識(shí)別［9］。傳感器陣列由10個(gè)金屬氧化物傳感器組成，每個(gè)傳感器的性能見表1。

表1　PEN 3傳感器陣列及相應(yīng)特性Tab.1 Sensors array and their main properties in PEN 3

（2）電子鼻檢測(cè)。將鮑魚樣品分別放入250 mL燒杯中，用保鮮膜密封，室溫下靜置40 min，使瓶?jī)?nèi)樣品與氣體部分達(dá)到一個(gè)相的平衡，采用頂空吸氣法進(jìn)行電子鼻檢測(cè)，每組均設(shè)3個(gè)平行。

測(cè)定條件為：傳感器清洗時(shí)間80 s，歸零時(shí)間10 s，樣品準(zhǔn)備時(shí)間5 s，樣品測(cè)試時(shí)間60 s，內(nèi)部流量300 mL/min。為保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和精確性，經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)選取測(cè)定過程中57～59 s的數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析。

1.2.3SPME-GC-MS分析 頂空固相微萃取條件：選用DVB/CAB/PDMS萃取頭，萃取溫度為70℃，萃取時(shí)間為30 min，平衡時(shí)間為20 min，解析時(shí)間為5 min。

氣相色譜條件：色譜柱，TR-35MS（30 m× 0.25 mm，0.25 μm），進(jìn)樣口溫度為250℃。升溫程序：初始柱溫為50℃，保持3 min，以8℃/min的速度升溫至230℃后保持10 min，載氣 （He）流速為0.8 mL/min，不分流進(jìn)樣。

質(zhì)譜條件：電子轟擊 （EI）離子源，電子能量為70 eV，傳輸線溫度為250℃，離子源溫度為250℃，質(zhì)量掃描范圍為33～450 m/z。

1.3數(shù)據(jù)處理

氣相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)結(jié)果通過計(jì)算機(jī)檢索，利用NIST和WILEY譜庫(kù)相互匹配進(jìn)行定性分析。本研究中，對(duì)譜庫(kù)中化合物相似度低于80（最大值為100）的組分標(biāo)為未鑒定出，各組分百分含量按照峰面積歸一法計(jì)算。

采用SPSS 20軟件對(duì)電子鼻、GC-MS數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（principalcomponentanalysis，PCA）。PCA是應(yīng)用方差分解，對(duì)所提取的多維數(shù)據(jù)信息進(jìn)行降維，從而提取出數(shù)據(jù)中最主要的元素和結(jié)構(gòu)的方法，并對(duì)降維后的特征向量進(jìn)行線性分類，最后在PCA分析的散點(diǎn)圖上顯示兩維散點(diǎn)圖。主成分1（principal component 1，PC1）和主成分2 （principal component 2，PC2）上包含了在PCA轉(zhuǎn)換中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地反映原來(lái)多指標(biāo)的信息［10］。

2　結(jié)果與討論

2.1電子鼻分析

2.1.1樣品的傳感器信號(hào) 由圖1可知，電子鼻的10個(gè)傳感器對(duì)生鮑和熟制鮑的揮發(fā)性風(fēng)味成分均有響應(yīng)，說明利用電子鼻分析鮑魚的風(fēng)味成分變化是可行的。熟制鮑第2、4、6、7、8、9、10號(hào)傳感器的響應(yīng)值相對(duì)于生鮑分別增加了 1.72、0.03、1.11、2.07、0.78、1.12和0.05，說明相對(duì)于生鮑，熟制鮑的含氮含氧類雜環(huán)化合物、甲烷、含硫化合物、芳香化合物的含量增加。有研究表明，基本肉香味是由含硫化合物提供的，即主要是由動(dòng)物肉加熱后產(chǎn)生的［11］。本研究中，熟制鮑第1、3、5號(hào)傳感器的響應(yīng)值相對(duì)于生鮑分別減少了0.07、0.02和0.01。

2.1.2樣品的主成分 （PCA） 兩種樣品電子鼻區(qū)分的主成分效果如圖2所示，PC1和PC2的方差貢獻(xiàn)率分別為99.32%和0.60%，累積達(dá)99.92%，說明PC1和PC2已包含很大的信息量，能反映樣品的整體信息，各樣品的差異主要體現(xiàn)在PC1。從圖2可見：各個(gè)樣品均分布于各自獨(dú)立的區(qū)域，說明電子鼻可以較好地區(qū)分不同的鮑魚樣品；熟制鮑與生鮑在整體風(fēng)味的差異主要體現(xiàn)在PC1。

圖2　2種樣品電子鼻區(qū)分的主成分分析圖Fig.2 Principal component analysis of two kinds of samples by an electronic nose

2.2GC-MS分析

由圖3和表2可以看出：從生鮑中共鑒定出42種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中醇類9種，醛類6種，酮類3種，烴類2種，酯類4種，酸類5種，芳香類2種，含氮類6種，酚類3種，其他2種；從熟制鮑中共鑒定出61種風(fēng)味物質(zhì)，其中醇類6種，醛類5種，酮類4種，烴類4種，酯類12種，酸類12種，芳香類4種，含氮類9種，酚類4種，其他1種。所鑒定的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中只有13種物質(zhì)在兩種樣品中均有檢出，因此，揮發(fā)性物質(zhì)的種類在熟制過程中發(fā)生了顯著的變化。

圖3　熟制對(duì)鮑魚揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類和含量的影響Fig.3 Effect of cooking on variety and content of volatile flavor compounds in the discus abalone

GC-MS鑒定結(jié)果表明，生鮑揮發(fā)性成分中醛類物質(zhì)百分含量最多，達(dá)到了73.73%，其次為醇類 （14.32%）、烴類 （5.68%）、含氮化合物（1.80%）、酸類 （1.19%）、酯類 （1.04%）、酮類（0.43%）、芳香類 （0.43%）、酚類 （0.28%）。單一組分中含量最高的為苯甲醛 （68.15%），其次為1-辛烯-3-醇 （9.22%）、3，5，5-三甲基-1-己烯 （5.39%）、乙醛 （3.67%）、2-乙基-1-己醇（2.25%）等。醛類物質(zhì)多數(shù)來(lái)源于不飽和脂肪酸中碳碳雙鍵氧化產(chǎn)生的氫過氧化物和甘油三酯自動(dòng)氧化的降解產(chǎn)物，通常閾值較低，能與其他物質(zhì)疊加產(chǎn)生明顯的風(fēng)味效應(yīng)，對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味貢獻(xiàn)較大［12］。如苯甲醛具有令人愉快的杏仁香味，可加和生鮑的整體風(fēng)味［13］。不飽和醇嗅感往往比飽和醇高，能夠更大程度地改變魚類制品的風(fēng)味。以亞油酸為前體合成的1-辛烯-3-醇，具有與蘑菇和泥土的相似氣味，常出現(xiàn)在魚類揮發(fā)性香味物質(zhì)中［14］，同時(shí)2-乙基-1-己醇具有蘑菇香氣［15］。廣泛存在于魚類風(fēng)味物質(zhì)中的各種烴類物質(zhì)，由于其閾值相對(duì)較高，在整體的風(fēng)味貢獻(xiàn)方面作用較?。?6］。

GC-MS分析結(jié)果表明，熟制鮑揮發(fā)性成分的種類比生鮑增加了19種，其中醇類物質(zhì)的含量最高，從原來(lái)的14.32%升高到48.88%，酸類物質(zhì)從1.19%增加到17.15%，含氮化合物從1.80%升高到9.85%，酯類物質(zhì)從1.04%增加到4.28%。單一揮發(fā)性物質(zhì)中，2，3-丁二醇最高，達(dá)到22.80%，其次為 （2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇 （19.84%）、二十四酸 （7.72%）、苯甲醛（5.68%）、1-辛烯-3-醇 （4.35%）、異戊酸（4.01%）等。醇類物質(zhì)主要是由n-3和n-6不飽和脂肪酸二級(jí)氫過氧化物降解產(chǎn)生，在飽和醇中，C1～C3的醇類有輕快香氣，C4～C6的醇類有近似麻醉性的氣味，C7～C8的醇類則顯示出芳香氣味，碳數(shù)再多的飽和醇，其氣味逐步減弱以至無(wú)嗅感［17］。含氮化合物和酯類化合物是具有顯著特征的一類風(fēng)味物質(zhì)，低含量的含氮化合物和酯類就可以產(chǎn)生明顯香氣。經(jīng)過熟制后，鮑魚發(fā)生了美拉德反應(yīng)、脂肪酸氧化等一系列化學(xué)反應(yīng)，致使含氮化合物和酯類物質(zhì)增加，從而產(chǎn)生具有烤肉性質(zhì)的特殊風(fēng)味。但是，經(jīng)過熟制處理后，醛類化合物含量顯著降低，從73.73%降至7.91%。醛類化合物含量降低，使得鮑魚的鮮香味和腥味減弱，但仍有少許的鮮味物質(zhì)，如乙醛、壬醛、苯甲醛、戊醛等，這可能是因?yàn)楦邷厥沟萌╊愇镔|(zhì)之間以及它們的降解產(chǎn)物之間發(fā)生了反應(yīng)，醛類物質(zhì)和氨基酸之間也發(fā)生了反應(yīng)，使得醛類物質(zhì)減少，這與丁麗麗等［18］的研究結(jié)果不一致，其測(cè)得醛的含量在烘干過程中呈上升趨勢(shì)，醛類物質(zhì)生成量大于損失的量。而酮類化合物從0.43%升高至1.64%，其變化趨勢(shì)正好與醛類物質(zhì)相反，酮類化合物閾值比醛類高，是醛類物質(zhì)進(jìn)一步氧化的結(jié)果，也是脂肪酸氧化的最終產(chǎn)物。經(jīng)熟制后，酚類從0.28%提高到1.01%，烴類降低到4.71%，而芳香類化合物基本維持不變。

表2　熟制對(duì)鮑魚揮發(fā)性物質(zhì)的影響Tab.2 Effect of cooking on flavor volatile co mpounds

續(xù)表2 熟制對(duì)鮑魚揮發(fā)性物質(zhì)的影響Cont.Tab.2 Effect of cooking on flavor volat ile compounds

續(xù)表2 熟制對(duì)鮑魚揮發(fā)性物質(zhì)的影響Cont.Tab.2 Effect of cooking on flavor volat ile compounds

3　結(jié)語(yǔ)

本研究中，嘗試?yán)秒娮颖呛虶C-MS法闡明熟制前后鮑魚嗅氣物質(zhì)的變化，結(jié)果表明，電子鼻能夠靈敏有效地區(qū)分生鮑和熟制鮑的氣味，經(jīng)主成分分析 （PCA）發(fā)現(xiàn)，熟制鮑與生鮑整體風(fēng)味有顯著差異。結(jié)合GC-MS分析鑒定表明：生鮑和熟制鮑中分別鑒定出42種和61種揮發(fā)性物質(zhì)，主要有醇、醛、酮、烴、酯、酸、芳香族、含氮化合物、酚類等物質(zhì)，其中只有13種物質(zhì)在兩種樣品中均有檢出，熟制后鮑魚的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類和含量發(fā)生了明顯的變化；生鮑中醛類含量最高，其中苯甲醛和1-辛烯-3-醇含量分別高達(dá)68.15%和9.22%；熟制鮑中醇類和酸類含量較高，其中2，3-丁二醇和 （2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇含量高達(dá)22.80%和19.84%。在以后的研究中，可在感官評(píng)價(jià)結(jié)合GC-MS分析的基礎(chǔ)上，嘗試建立電子鼻氣味信號(hào)數(shù)據(jù)與鮑魚產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系模型，進(jìn)而通過監(jiān)測(cè)氣味變化快速評(píng)價(jià)產(chǎn)品的新鮮度，預(yù)測(cè)生鮑的貨架期；建立電子鼻氣味信號(hào)數(shù)據(jù)與不同加工工藝鮑魚產(chǎn)品的關(guān)系模型，建立氣味指紋圖譜，進(jìn)而快速區(qū)分不同加工工藝的鮑魚加工品。

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Changes in flavor volatile compounds in discus abalone Haliotis discus hannai Ino before and after cooked by electronic nose and solid phase micro-extraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry

WU Jing-na1，2，LU Hai-xia1，2，LIU Zhi-yu1，2，SU Jie1，2，LIAO Deng-yuan1，2，PAN Nan1，2，CAI Shui-lin1，2
（1.Key Laboratory of Cultivation and High-value Utilization of Marine Organisms in Fujian Province，National Research and Development Center for Marine Fish Processing（Xiamen），F(xiàn)isheries Research Institute of Fujian，Xiamen 361013，China；2.Fujian Collaborative Innovation Center for Exploitation and Utilization of Marine Biological Resources，Xiamen 361013，China）

The changes in flavor volatile compounds in discus abalone Haliotis discus hannai Ino before and after cooked were analyzed by an electronic nose and solid phase micro-extraction（SPME）coupled with gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）to reveal the main factors causing flavor formation by cooking processing.The results showed that the change in volatile compounds generated by cooking processing was sensitively detected by the electronic nose.The principal component analysis indicated that there was significant difference in volatile compounds in discus abalone before and after it was cooked.GC-MS analysis demonstrated that the volatile compounds were changed significantly before and after cooking，and that 42 volatile compounds were detected in uncooked discus abalone and 61 volatile compounds in cooked discus abalone，including ethanol，aldehydes，ketones，hydrocarbons，esters，acids，aromatic series，and nitrogen containing compounds.In the flavor volatile compounds，benzaldehyde（68.15%）and 1-octen-3-ol（9.22%）were of the major compounds in the raw discus abalone，while 2，3-butanediol（22.80%）and（2R，3R）-（-）-2，3-butanediol（19.84%）were the major volatile compounds in the cooked discus abalone.It was concluded that the electronic nose and solid phase micro-extraction（SPME）coupled with gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）can perfectly analyze the changes in flavor volatile compounds in discus abalone processed.

Haliotis discus hannai Ino；electronic nose；volatile compound；principal component analysis

TS254.4

A

10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.04.014

2095-1388（2016）04-0431-07

2015-11-17

國(guó)家海洋公益性科研專項(xiàng) （201405016）；福建省科技重大專項(xiàng) （2014NZ0001-1）；廈門市海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展專項(xiàng)（14CZP041HJ15）；福建省海洋高新產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng) （［2013］011）；福建省海洋經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展區(qū)域示范項(xiàng)目 （2014FJPT01）；廈門南方海洋研究中心項(xiàng)目 （14PZY017NF17）

吳靖娜 （1984—），女，助理研究員。E-mail：31301863@qq.com

劉智禹 （1972—），男，博士，教授級(jí)高工。E-mail：13906008638@163.com