基于主成分分析的六種魚子醬揮發(fā)性成分評價

馬雙，郝淑賢，李來好*，楊賢慶，黃卉，岑劍偉

1(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院 南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品加工重點實驗室， 廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點開放實驗室，廣東 廣州， 510300) 2(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海， 201306)

水產(chǎn)品的揮發(fā)性成分復(fù)雜多樣，主要包括醛、酮、醇和烯烴類等物質(zhì)[1], 不僅是影響食品風(fēng)味的因素，而且對評價水產(chǎn)品品質(zhì)、預(yù)測貨架期、鑒定產(chǎn)品真?zhèn)魏透倪M加工工藝具有指導(dǎo)意義[2]。固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜 (solid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS)具有高效萃取、預(yù)富集及易進樣的特點，被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)品揮發(fā)性物質(zhì)檢測方面[3-6]。

魚子醬富含蛋白質(zhì)和不飽和脂肪酸，且氨基酸比例均衡，深受消費者青睞。據(jù)華盛頓公約 (The Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora, CITES) 統(tǒng)計，中國養(yǎng)殖鱘魚魚子醬年貿(mào)易量高達135.90 t，占全球總貿(mào)易量的25.03%。未來10年，中國將有可能繼續(xù)保持鱘魚子醬產(chǎn)量第一[7]。目前研究多集中在魚子醬營養(yǎng)成分[8]、品質(zhì)變化[9]及保鮮方面，PARK等[10]分析了韓國養(yǎng)殖小體鱘(Acipenserruthenus)魚子醬基本營養(yǎng)成分，其脂肪酸質(zhì)量分數(shù)高達13.21%，蛋白質(zhì)為25.43%。周婷等[11]研究發(fā)現(xiàn)，CO2體積分數(shù)高于30%的氣調(diào)包裝對鱘魚子醬的氣味和貨架期影響較顯著。

利用揮發(fā)性成分可鑒別不同種類或不同產(chǎn)地的樣品，PANDIT等[12]利用葡萄中的芳香物質(zhì)鑒別其品種關(guān)系；CHENG等[13]利用HS-SPME-GC-MS測定揮發(fā)性成分區(qū)分中國白酒的產(chǎn)地來源；PHILLIPS等[14]利用主成分分析法分析揮發(fā)性物質(zhì),有效區(qū)分出不同產(chǎn)地的海膽卵。但此方法在水產(chǎn)方面鮮有研究。

本文采用SPME-GC-MS檢測市面上常見6種魚子醬主要揮發(fā)性物質(zhì)，通過總離子流色譜圖和相對氣味活度值(relative odor activity value，ROAV)分析其揮發(fā)性物質(zhì)種類、含量及對風(fēng)味的貢獻，并利用主成分分析法對數(shù)據(jù)進行分析，篩選出不同種類魚子醬特征揮發(fā)性物質(zhì)，為利用揮發(fā)性成分區(qū)分魚子醬種類提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

三文魚(Salmonsolar，編號1)、大黃魚(Exocoetidaecypselurus, 編號2)魚子醬，購于福建寧德；西伯利亞鱘(AcipenserbaeriBrandt，編號3)魚子醬、俄羅斯鱘(Acipensergueldenstaedti，編號4)魚子醬、施氏鱘(Acipenserschrenckii，編號5)魚子醬和達氏鰉(Husodauricus，編號6)魚子醬,均為鹽腌魚子醬,均購于杭州千島湖鱘龍科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PC-420D手動SPME進樣手柄、聚二甲基硅氧烷/二乙基苯(polydimethylsiloxane/divinylbenzene，PDMS/DVB) 65 μm型萃取頭,美國色譜科公司；CNW18-400頂空進樣瓶,上海安普科學(xué)儀器有限公司；安捷倫 7890B-5977A GC-MS，美國Agilent Technologies 公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 SPME方法

稱取3.00 g魚子醬樣品，加入3倍體積飽和食鹽水，冰水浴下均質(zhì)2 min。迅速倒入15 mL 頂空進樣品瓶，置于磁力攪拌臺上。萃取溫度60 ℃，磁力攪拌條件下平衡10 min，萃取吸附40 min。萃取結(jié)束，250 ℃解析5 min，迅速進樣用GC-MS測定。

1.3.2 GC-MS方法

參考黃卉等[15]的方法。色譜柱：HP-5MS毛細管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；升溫程序：柱初溫40 ℃，保持2 min，以6 ℃/min升溫到200 ℃保持3 min，再以10 ℃/min上升到250 ℃保持3 min；載氣(He)流速1.0 mL/min；進樣口溫度250 ℃；不分流進樣。

電子電離源(electron ionization, EI): 70 eV；溶劑切除時間2 min；傳輸線溫度270 ℃；離子源溫度230 ℃；質(zhì)量掃描范圍m/z30～400。

1.4 定性和定量方法

與NIST 14 Library匹配，去除因萃取頭影響出現(xiàn)的硅氧烷類雜質(zhì)峰，取匹配度85%以上者[16]。同時，根據(jù)保留時間及參考相關(guān)文獻對實驗中檢測到的物質(zhì)核對和確認。按峰面積歸一化法計算化合物相對含量。

1.5 主體風(fēng)味成分評價方法

通過ROAV評價各化合物對樣品總體風(fēng)味的貢獻，按公式(1)計算：

(1)

式中：Cri、Ti分別為各化合物的相對濃度和感覺閾值;Cmax、Tmax是對總體風(fēng)味貢獻最大的組分的相對濃度和感覺閾值。所有的組分均滿足0

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗中所有試樣做 3 個平行測定，并重復(fù)3次。利用Excel對數(shù)據(jù)進行處理和統(tǒng)計，利用unscrambler 9.7軟件進行主成分分析(principal component analysis, PCA)并制圖。

2 結(jié)果和討論

2.1 六種魚子醬揮發(fā)性成分總離子流色譜圖和含量比較

對6種魚子醬進行GC-MS分析，得揮發(fā)性成分總離子流色譜圖(圖1)，經(jīng)NIST 14數(shù)據(jù)庫檢索、分析出不同種類魚子醬揮發(fā)性成分。三文魚、大黃魚魚子醬與鱘魚科魚子醬差距明顯。西伯利亞鱘和達氏鰉魚子醬兩者譜圖匹配度較高，俄羅斯鱘和施氏鱘魚子醬兩者匹配度較高。圖2為6種魚子醬揮發(fā)性成分含量比較，大黃魚揮發(fā)性成分峰面積(3.535×109)最大，三文魚揮發(fā)性成分峰面積(0.457×109)最小。西伯利亞鱘和達氏鰉、俄羅斯鱘和施氏鱘揮發(fā)性成分含量相當(dāng)。色譜匹配度較高的魚子醬揮發(fā)性成分種類較相似，但峰面積存在顯著差異。

1-三文魚；2-大黃魚；3-西伯利亞鱘；4-俄羅斯鱘；5-施氏鱘；6-達氏鰉(下同)圖1 六種魚子醬揮發(fā)性成分總離子流圖Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of volatilecompounds in six varieties of caviar

圖2 六種魚子醬揮發(fā)性成分含量比較Fig.2 Comparison of total volatile compounds contentin six varieties of caviar

2.2 不同種類魚子醬揮發(fā)性成分組成

共檢測到63種揮發(fā)性物質(zhì)，其中醛類13種，酮類3種，醇類2種，酯類5種，烯烴類19種，芳香族12種，烷烴類9種(表1)。

醛酮類化合物閾值低且含量高，對樣品風(fēng)味貢獻較大，這種化合物的生成可能與脂肪氧化和氨基酸降解有關(guān)[20]，主要包括正己醛、壬醛、反式-2,4-庚二烯醛、正庚醛等。其中正己醛具有魚腥味，在三文魚魚子醬中相對含量高達20.924%，ROAV值為100(表2)，是其主要風(fēng)味成分,正己醛也是多種水產(chǎn)品的主要風(fēng)味成分，如養(yǎng)殖大黃魚[21]、脆肉鯇魚肉[17]。壬醛具有脂肪味和青草味，其閾值較低，為1 μg/kg，在除三文魚以外的5種魚子醬中ROAV值為100。反式-2,4-庚二烯醛是多不飽和脂肪酸的氧化產(chǎn)物，具有青草味，其閾值為10 μg/kg，在三文魚、大黃魚、西伯利亞鱘和達氏鰉魚子醬中的ROAV值分別為14.277、40.243、25.974、4.867。苯乙醛主要與氨基酸脫氨脫羧反應(yīng)有關(guān)[22]，在西伯利亞鱘和施氏鱘魚子醬中檢出。本實驗中檢測出3種酮類化合物。其中大黃魚魚子醬中的3,5-辛二烯-2-酮含量高于三文魚魚子醬，楊茗媛等[23]在大黃魚腹部肌肉中也檢測到3,5-辛二烯-2-酮。異佛爾酮僅在達氏鰉魚子醬中檢出，含量為3.328%。

大部分醇類化合物由脂肪氧合酶對脂肪酸的作用生成，或由羰基化合物還原得到[24]，具有芳香味和植物香，閾值較高，對水產(chǎn)品風(fēng)味貢獻較小。其中2-乙基-己醇具有芳香味，在俄羅斯鱘、施氏鱘、達氏鰉魚子醬中均被檢出，相對含量范圍為4.151%～9.250%。有報道稱此物質(zhì)呈現(xiàn)泥土味，也被用于鑒定黃姑魚魚肉新鮮程度[25]。酯類化合物是脂質(zhì)代謝或醇類酯化的產(chǎn)物，通常在腌制火腿中含量豐富且為其主要風(fēng)味物質(zhì)[26]，使產(chǎn)品呈果香味和脂肪香。本實驗檢測到5種酯類化合物，其中2,2,4-三甲基戊二醇異丁酯相對含量在4種鱘魚科魚子醬中普遍偏高，為17.595%～41.344%。其中在西伯利亞鱘魚子醬中相對含量較高，推測此物質(zhì)含量與魚子醬含鹽量和鹽腌制作工藝相關(guān)。黃卉等[15]研究發(fā)現(xiàn)，新鮮鱘魚籽醬酯類化合物會隨貯藏時間延長先增加后減少，由此推測可能是在4種鱘魚屬魚子醬加工過程中出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。鄰苯二甲酸丁基異己基酯具有果香味，僅在三文魚魚子醬中被檢測到，相對含量為0.727%。苯甲酸甲酯在西伯利亞鱘、俄羅斯鱘魚子醬中被檢出，周婷等[11]研究的鱘魚籽醬(Husodauricus×Acipenserschrenckii)也檢出苯甲酸甲酯。

表1 六種魚子醬揮發(fā)性成分相對含量Table 1 Relative percentage in six varieties of caviar

續(xù)表1

序號化合物名稱相對百分含量/%三文魚大黃魚西伯利亞鱘俄羅斯鱘施氏鱘達氏鰉芳香族及其他43二甲苯2.5501.7384.793441,2,3-三甲苯5.7100.60145丙基甲苯1.7071.503461-甲基-2-異丙基苯5.581474-乙基鄰二甲苯7.28848四甲基苯1.7451.2712.396491,3-二叔丁基苯0.8080.4471.1281.5083.2540.85450萘0.5821.8850.516511-甲基萘0.119522-乙基甲苯1.99753乙基苯2.668542,6-二叔丁基-4-甲基苯酚4.64411.03613.29712.7354.64411.036烷烴552,3,6-癸烷0.8430.69756正十一烷0.9530.38157十二烷2.8263.6291.3581.9241.64658正十三烷2.1010.4821.58859十四烷0.8060.6330.7821.03260十五烷5.8723.8846.6757.278612,6,10,14-四甲基十五烷2.8001.54911.1438.9095.7689.73262植烷0.7391.5631.0630.37463十七烷0.5463.0722.5091.0951.842

注：空白表示無數(shù)據(jù)(下同)

表2 六種魚子醬揮發(fā)性成分相對氣味活度值、閾值及氣味特征Table 2 Relative odor activity value，threshold and odor characteristic in six varieties of caviar

在魚子醬中共鑒定出19種烯烴，其中反式石竹烯在4種鱘魚科中均被檢出，達氏鰉中相對含量高達15.929%。苯乙烯具有泥土香，其ROAV值在大黃魚、俄羅斯鱘、施氏鱘魚子醬分別為0.047、0.129、0.210，是俄羅斯鱘、施氏鱘魚子醬的重要風(fēng)味物質(zhì)。十五烯在三文魚和達氏鰉魚子醬中檢出。2,4-二甲基-1,3-戊二烯僅在大黃魚中被檢出，相對含量為69.463%。長葉烯和長葉蒎烯具有木香及丁香香氣，在達氏鰉魚子醬中檢出。黃卉等[15]在鱘魚籽醬(Husodauricused×sturgerschrenckii)也有檢出。

芳香族物質(zhì)主要包括1,3-二叔丁基苯、二甲苯、四甲苯、萘等12種。其中1,3-二叔丁基苯在6種魚子醬中均被檢出，施氏鱘中相對含量最高(3.254%)。萘具有花香味，閾值為21 μg/kg，其ROAV值在西伯利亞鱘、俄羅斯鱘和達氏鰉魚子醬中分別為0.789、2.399、1.240。三甲苯存在三文魚、大黃魚魚子醬中，這種化合物是魚肉中常見揮發(fā)性成分。這些物質(zhì)可能來源于水體環(huán)境或親魚體內(nèi)[27-28]。烴類物質(zhì)來源于脂肪酸烷氧自由基的均裂[29-30]，主要飽和烷烴有2,6,10,14-四甲基-十五烷、碳十一烷-碳十七烷等。這類化合物閾值較高，風(fēng)味貢獻小。其中2,6,10,14-四甲基-十五烷為6種魚子醬共有烴類，也在龍蝦和養(yǎng)殖白鱘魚子醬中檢出[31]；十二烷和十七烷存在除大黃魚外的5種魚子醬中。雖醇類、芳香族及烷烴類物質(zhì)為非關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)，但仍可協(xié)同影響整體呈味效果[32]。

圖3是6種魚子醬揮發(fā)性成分組成比較圖，三文魚的揮發(fā)性組成種類最為豐富(31種)，主要是醛類，芳香族等。醛類占總量的44.077%，是其主要揮發(fā)性物質(zhì)。而施氏鱘揮發(fā)性種類相對較為單一，烯烴(78.107%)和醛類(14.182%)占比較高。

圖3 六種魚子醬揮發(fā)性物質(zhì)組成比較Fig.3 Comparison of volatile compounds profilesin six varieties of caviar

西伯利亞鱘揮發(fā)性成分組成以酯類、醛類、烯烴類為主。三文魚、大黃魚、西伯利亞鱘魚子醬中醛酮化合物種類較豐富，俄羅斯鱘、施氏鱘、達氏鰉魚子醬醛酮類較少。大黃魚和達氏鰉魚子醬中烯烴種類占比較大，烯烴不飽和度較高，且極易氧化為醛酮物質(zhì)，是大黃魚魚腥味的潛在影響因素。4種鱘魚科酯類化合物比例較高，均占總量17.595%～42.557%以上。尤其為西伯利亞鱘魚子醬酯類比例高(42.557%)，推測這可能是其加工過程中發(fā)生醇類與酸類物質(zhì)成酯反應(yīng)，使其具有脂肪味。綜合來看，揮發(fā)性成分組成可能與親魚養(yǎng)殖方式、魚卵種類及魚卵加工方式等因素有關(guān)。

2.3 主體風(fēng)味分析

風(fēng)味是由香氣閾值和化合物共同決定, 所以大量揮發(fā)性成分中僅有部分對魚子醬有風(fēng)味貢獻[14]。結(jié)合魚類及其副產(chǎn)物相關(guān)文獻閾值及風(fēng)味描述可知，魚子醬其主體風(fēng)味可用脂肪味、青草味、香甜味、苦杏仁味、泥土味、魚腥味等來表征，由ROAV可知，三文魚魚子醬中呈魚腥味和清甜味的化合物貢獻較大，這可能與其親魚為海水魚有關(guān)。大黃魚魚子醬主要以青草味和脂肪味為主，與大黃魚肌肉的氣味特征相近[33]，由此魚子醬揮發(fā)性成分與親魚本身存在一定的聯(lián)系。西伯利亞鱘、俄羅斯鱘、施氏鱘和達氏鰉魚子醬青草味、香甜味濃郁。黃卉等[15]研究發(fā)現(xiàn)新鮮雜交鱘魚籽醬主要風(fēng)味受醛類物質(zhì)影響，表現(xiàn)為青草味、魚腥味和由長葉烯帶來的清香味等，與本實驗結(jié)果相近。

2.4 基于 PCA 對不同種類魚子醬的區(qū)分

近年來，多元統(tǒng)計分析方法廣泛應(yīng)用于種類鑒別[34]、特征成分篩選[22]、生物標記物[35]等研究。

其中PCA是一種基于降維的原理，用少數(shù)的綜合變量即主成分來代表原復(fù)雜的多變量，降低數(shù)據(jù)的復(fù)雜度且最大程度保留了原始數(shù)據(jù)代表的信息，并對數(shù)據(jù)進行可視化處理[36-37]的方法。分析結(jié)果表明，主成分1、2和3的方差貢獻率分別為 47.518%、29.035%和16.231%，前3個主成分累計方差貢獻率為92.784%，說明3個主成分能較好地反映原始高維矩陣數(shù)據(jù)的信息，且可用于風(fēng)味數(shù)據(jù)的分析。

1～3-三文魚；4～6-大黃魚；7～9-西伯利亞鱘魚；10～12-俄羅斯鱘魚；13～15-施氏鱘魚；16～18-達氏鰉魚圖4 不同種類魚子醬得分圖Fig.4 Principal component analysis plot in differentspecies of caviar

由圖4可知，大黃魚、西伯利亞鱘和施氏鱘魚子醬分布主成分 1 的正值區(qū)域，距離較近，說明其揮發(fā)性成分較近。三文魚和俄羅斯鱘魚位于主成分2的負值區(qū)域，達氏鰉魚位于主成分3的正值區(qū)域。6種魚子醬被3種主成分清晰區(qū)分開來。

由圖5可知，鄰苯二甲酸癸基異丁酯，α-柏木烯，十七烷，十二烷，2,6,10,14-二甲基十五烷等8種揮發(fā)性成分是區(qū)分6種魚子醬的主要風(fēng)味物質(zhì)。其中鄰苯二甲酸癸基異丁酯，α-柏木烯與主成分1呈正相關(guān)，且相關(guān)性較大(>0.5)。十七烷、十二烷、2,6,10,14-二甲基十五烷與主成分1呈負相關(guān)；正己醛、丙基甲苯、1,2,3-三甲苯與主成分2呈負相關(guān)。由此推測這幾種物質(zhì)可作為區(qū)分6種魚子醬的特征性成分。

圖5 不同種類揮發(fā)性成分相關(guān)性承載圖Fig.5 Correlation loadings plot in different speciesof volatile compounds注：圖5化合物編號與表1中相對應(yīng)

3 結(jié)論

采用SPME-GC-MS對三文魚、大黃魚、西伯利亞鱘、俄羅斯鱘、施氏鱘、達氏鰉魚子醬進行揮發(fā)性風(fēng)味分析，分別檢出31、17、25、22、15、26種物質(zhì)；揮發(fā)性物質(zhì)種類與比例存在一定差異，其中壬醛、1,3-二叔丁基苯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2,6,10,14-四甲基十五烷4種物質(zhì)在6種魚子醬均被檢出；正己醛僅在三文魚和俄羅斯鱘魚子醬中檢出；2,2,4-三甲基戊二醇異丁酯在4種鱘魚科魚子醬中含量豐富。由ROAV可知醛類為魚子醬風(fēng)味主要貢獻成分。利用PCA可區(qū)分6種魚子醬，鄰苯二甲酸癸基異丁酯等幾種物質(zhì)可作為魚子醬特征性成分。通過SPME-GC-MS和ROAV分析揮發(fā)性成分可用來區(qū)分不同種類的魚子醬。