基于HS-SPME-GC-MS分析風(fēng)味魚(yú)仔加工過(guò)程中風(fēng)味物質(zhì)的變化

尹含靚，肖何，鄧高文，劉洋,2，蔣立文,2*，李跑,2，王建輝

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410128；3.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南省水生資源食品加工工程技術(shù)研究中心，長(zhǎng)沙 410114)

風(fēng)味熟制小魚(yú)干類(lèi)產(chǎn)品發(fā)展迅猛，全國(guó)范圍內(nèi)已有逾千家風(fēng)味熟制小魚(yú)干獲證企業(yè)，產(chǎn)業(yè)群集聚在湖南、重慶等地區(qū)，年產(chǎn)值超100億元，并呈現(xiàn)逐年上升的消費(fèi)趨勢(shì)，年增長(zhǎng)率在10%以上。魚(yú)肉營(yíng)養(yǎng)豐富，是優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)的良好來(lái)源，尤其是ω-3是人體必需脂肪酸的主要來(lái)源[1]。風(fēng)味魚(yú)制品泛指經(jīng)過(guò)清洗、整理、油炸、調(diào)味、包裝、殺菌等工序制成的魚(yú)制品，它屬于魚(yú)肉類(lèi)休閑食品[2]，多采用軟包裝，以其風(fēng)味鮮美、易貯存、方便易食的特點(diǎn)深受消費(fèi)者的喜愛(ài)。

現(xiàn)階段對(duì)魚(yú)制品的風(fēng)味研究大多集中在新鮮魚(yú)肉的風(fēng)味形成機(jī)制與差異比較，如盧春霞等利用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(HS-SPME-GC-MS)分析了美國(guó)紅魚(yú)、大黃魚(yú)和鱸魚(yú)的主體風(fēng)味成分及其風(fēng)味特征和生成途徑[3]。張晶晶等[4]則對(duì)白姑魚(yú)和小黃魚(yú)肉中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行鑒定，分別得到42種和49種揮發(fā)性成分，且認(rèn)為三甲胺和2-辛烯-1-醇對(duì)白姑魚(yú)風(fēng)味貢獻(xiàn)較大，2,3-戊二酮、1-戊烯-3-醇為小黃魚(yú)中主要揮發(fā)性物質(zhì)。

本研究采用HS-SPME-GC-MS法對(duì)風(fēng)味魚(yú)仔制作過(guò)程中的揮發(fā)性氣味物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)分析，探討了風(fēng)味魚(yú)仔制作過(guò)程中揮發(fā)性氣味物質(zhì)組成以及變化規(guī)律，為魚(yú)仔加工過(guò)程中風(fēng)味控制和改進(jìn)提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

樣品風(fēng)味魚(yú)仔取自湖南某知名食品有限公司，共7個(gè)樣品，當(dāng)天生產(chǎn)取樣后于-80 ℃冷凍備用。

球磨機(jī)、島津AUY220微量分析天平；GCMS-QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司；固相微萃取裝置(包括手柄、導(dǎo)向桿) 上海安譜科學(xué)儀器有限公司；50/30 μm DVB/CAR/PDM灰色萃取頭 美國(guó)Supelco公司。

1.2 試驗(yàn)方法

樣品編號(hào)與工藝見(jiàn)圖1，其簡(jiǎn)要工藝為：新鮮冷凍處理的海魚(yú)經(jīng)過(guò)浸泡(10～15 h)解凍后，清洗去雜，濾除水分，然后進(jìn)入油炸工序(210 ℃, 2～4 min)，立即離開(kāi)連續(xù)油炸系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷卻，冷卻后將油炸后的魚(yú)放在復(fù)合香辛料水中煮開(kāi)后保溫鹵制50 min，將鹵制后的魚(yú)撈出來(lái)冷卻到室溫后拌入辣椒、味精等調(diào)味料，采用耐蒸煮的食品袋真空包裝成半成品，殺菌 (115 ℃,20 min)后反壓冷卻清洗表面后成為成品。

圖1 風(fēng)味魚(yú)仔的制作流程與編號(hào)Fig.1 The production process and numbering of flavored fish larvae

1.2.1 樣品前處理

室溫下解凍后，將風(fēng)味魚(yú)仔中7個(gè)不同階段的樣品分別取5 g左右放置于清洗、消毒、干凈、無(wú)氣味的球磨機(jī)中進(jìn)行2 min磨碎，再?gòu)哪ニ榈臉悠分腥? g置于15 mL頂空瓶中待分析。

1.2.2 HS-SPME-GC-MS分析條件

GC條件：CD-WAX石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；載氣：高純氦氣(He)，流速1 mL/min；進(jìn)樣口溫度：240 ℃；不分流進(jìn)樣。程序升溫：起始柱溫為60 ℃，保持5 min后，以3 ℃/min的速度升溫至140 ℃保持5 min，再以5 ℃/min的速度升溫至210 ℃保持10 min，最后以5 ℃/min的速度升溫至240 ℃保持3 min。

MS條件：電子離子(electron ionization，EI)；接口溫度220 ℃，離子源溫度200 ℃，電子能量70 eV，質(zhì)量掃描范圍45～500 m/z。

HS-SPME方法：首先將萃取頭(50/30 μm DVB/CAR/PDM)在GC進(jìn)樣口老化30 min，備用；將7種前處理后的魚(yú)仔樣品取1 g分別放置于15 mL頂空瓶中,70 ℃預(yù)熱30 min備用，將已老化的萃取頭穿過(guò)密封墊插入頂空進(jìn)樣瓶?jī)?nèi)后推出纖維頭，露出纖維頭距離樣品表面約10 mm，頂空吸附30 min，插入GC進(jìn)樣口解吸5 min。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

利用質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)揮發(fā)性成分進(jìn)行鑒定，使用面積歸一化法計(jì)算各成分的相對(duì)百分含量。采用Dynamic PCA對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，SPSS 20.0對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 風(fēng)味魚(yú)仔制作過(guò)程中風(fēng)味物質(zhì)種類(lèi)變化

風(fēng)味魚(yú)仔加工過(guò)程中揮發(fā)性成分種類(lèi)及相對(duì)含量變化見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)味魚(yú)仔不同加工階段揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)和相對(duì)含量

續(xù) 表

由表1可知，含有揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)最多的是樣品浸泡J(33種)，其次是清洗Q(32種)和殺菌前樣品N(31種)。樣品J和Q中其他類(lèi)的風(fēng)味物質(zhì)相對(duì)含量很高，分別占85.68%和80.38%。相對(duì)含量可以反映某種物質(zhì)對(duì)整體氣味的貢獻(xiàn)率。揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)的多少與萃取頭的吸附特性相關(guān)，除其他類(lèi)以外，在整個(gè)加工過(guò)程中醛類(lèi)、酮類(lèi)、呋喃類(lèi)化合物均在油炸Y中百分含量最大，尤其是醛類(lèi)達(dá)到22.02%，而成品S中醇類(lèi)(21.05%)和吡嗪類(lèi)(4.21%)最高，烯類(lèi)和酯類(lèi)化合物則在拌料B中百分含量最高，此外酚類(lèi)和醚類(lèi)在鹵制L中百分比最高，分別達(dá)到13.25%和21.25%。

2.2 GC-MS分析風(fēng)味魚(yú)仔加工過(guò)程中揮發(fā)性氣味物質(zhì)分析

由圖2可直觀看出風(fēng)味魚(yú)仔在整個(gè)制作過(guò)程中各物質(zhì)峰的變化情況，圖中編號(hào)1～3是最明顯的幾個(gè)物質(zhì)峰，1對(duì)應(yīng)的是十五烷，在J、Q兩個(gè)樣品中含量尤其高，Y(油炸)過(guò)后則幾乎消失，此外在保留時(shí)間30～34 min之間的2，3號(hào)峰從B(拌料)后開(kāi)始出現(xiàn)，且在B中含量最高，之后有所下降，這兩個(gè)物質(zhì)分別是乙酸芳樟酯和芳樟醇，為了更加詳細(xì)地了解揮發(fā)性物質(zhì)的情況，分析在風(fēng)味魚(yú)仔制作過(guò)程中檢測(cè)出的所有物質(zhì)變化情況(見(jiàn)表2)。

圖2 GC-MS檢測(cè)風(fēng)味魚(yú)仔的總離子流圖Fig.2 Total ion flow diagram of flavored fish larvae detected by HS-SPME-GC-MS

表2 揮發(fā)性氣味物質(zhì)與閾值Table 2 The volatile flavor compounds and threshold values

續(xù) 表

續(xù) 表

由表2可知，通過(guò)GC-MS在風(fēng)味魚(yú)仔制作過(guò)程中總共檢測(cè)出84種可揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中包括醇類(lèi)(15種)、醛類(lèi)(8種)、烯類(lèi)(20種)、酮類(lèi)(9種)、酯類(lèi)(4種)、呋喃類(lèi)(3種)、吡嗪類(lèi)(1種)、酚類(lèi)(2種)、醚類(lèi)(4種)、其他類(lèi)(18種)。醇類(lèi)物質(zhì)主要來(lái)源于脂肪氧化分解以及糖、醛、氨基酸等還原，正己醇、1-辛烯-3-醇、1-戊烯-3-醇主要存在于浸泡J、清洗Q、油炸Y中。桉葉油醇、芳樟醇、糠醇、γ-萜品醇、(-)-4-萜品醇則在后期制作階段中存在，在最后的成品(S)中醇類(lèi)百分含量總共為21.05%，其中芳樟醇有13.46%，其具有檸檬香[9]，在鹵制L與拌料B期間增加，可能來(lái)源于拌料和鹵制中加入的香辛料，此外糠醇呈現(xiàn)出苦味，在鹵制L中最高(4.33%)，其可能來(lái)自于加工過(guò)程中受熱過(guò)度的緣故[10]。

醛類(lèi)物質(zhì)的產(chǎn)生主要是通過(guò)不飽和脂肪酸的氧化以及Strecker降解[11]，其閾值普遍較低。正辛醛、壬醛、苯甲醛是風(fēng)味魚(yú)仔整個(gè)制作過(guò)程中主要的3種醛類(lèi)化合物，且?guī)缀醮嬖谟诟鱾€(gè)樣品中，且均在油炸Y樣品中達(dá)到最高值，分別為3.25%、2.05%、6.35%，此外己醛也在油炸Y樣品中百分含量高達(dá)6.07%。己醛被鑒定出普遍存在于淡水魚(yú)及海水魚(yú)中，常與 C8、C9的揮發(fā)性化合物混合一起共同對(duì)魚(yú)肉的香味做貢獻(xiàn)[12]，在低濃度時(shí)呈現(xiàn)青草香味、果香味，但高濃度時(shí)有酸敗和令人作嘔的氣味。壬醛是油脂氧化的主要揮發(fā)性產(chǎn)物，能夠產(chǎn)生特異的臭味，與腐敗異味相關(guān)聯(lián)[13]。苯甲醛由苯丙氨酸Strecker降解生成，具有令人愉快的杏仁香、堅(jiān)果香和水果香[14]，辛醛則具有油脂清新氣息[15]，而(Z)-4-庚烯醛呈清香、暗香和類(lèi)亞麻油香[16]。

酮類(lèi)物質(zhì)很可能是多不飽和脂肪酸受熱氧化和降解的產(chǎn)物[17]，閾值高于其同分異構(gòu)體的醛類(lèi)。酮類(lèi)物質(zhì)一共被檢測(cè)出9種，但均在魚(yú)仔加工過(guò)程中存在的時(shí)間不長(zhǎng)，幾種主要酮類(lèi)化合物分別在某個(gè)階段中達(dá)到最大值的情況為2-壬酮(1.55%，鹵制L)、2-十一酮(1.11%，浸泡J)、2-庚酮(5.72%，油炸Y)、2,3-二甲基-2-環(huán)戊烯酮(3.08%，油炸Y)、3-側(cè)柏酮(1.64%，拌料B)。

烯類(lèi)化合物種類(lèi)在樣品中檢測(cè)出最多，高達(dá)20種。浸泡J、清洗Q以右旋萜二烯為主，檜烯、月桂烯、右旋萜二烯、萜品烯則在拌料B、未殺菌N、殺菌后S中占優(yōu)勢(shì)，與同類(lèi)型產(chǎn)品相比，本產(chǎn)品所測(cè)出的烯類(lèi)物質(zhì)種類(lèi)較多。其他類(lèi)化合物中烷烴類(lèi)化合物種類(lèi)較多，包括十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、十七烷，十五烷在浸泡J、清洗Q中含量極高，但烴類(lèi)化合物閾值普遍較高。除此以外，酚類(lèi)、醚類(lèi)和酯類(lèi)以及呋喃類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)分別以乙基麥芽酚、丁香酚、乙酸芳樟酯、(E)-2-(2-戊烯基)呋喃、2-乙基呋喃、丙烯基乙醚、茴香腦為主，其中除乙酸芳樟酯最高相對(duì)含量(39.9%)出現(xiàn)在B樣品以外，其余都在L中達(dá)到最高，茴香腦具有茴香、香辛料和甘草的氣味，丁香酚具有辛香和煙熏香，愈創(chuàng)木酚有特有的甜香香氣，微帶有酚的氣息。

此外，樣品中被檢測(cè)出的芳樟醇、糠醇、γ-萜品醇、(-)-4-萜品醇、檜烯、月桂烯、乙酸芳樟酯，均在花椒中有檢測(cè)出[18]，且在樣品L或B中出現(xiàn)或者突然上升，所以這些物質(zhì)應(yīng)該是鹵制或拌料時(shí)由配料帶來(lái)的，且主要可能來(lái)源于花椒。魚(yú)制品中是否存在明顯不良腥味是學(xué)者關(guān)注的問(wèn)題，如今也存在大量針對(duì)去除腥味的研究，在風(fēng)味魚(yú)仔中檢測(cè)出的所有腥味化合物及其在各個(gè)階段的百分含量見(jiàn)表3，結(jié)果將為產(chǎn)品中魚(yú)腥味變化情況提供參考。

表3 風(fēng)味魚(yú)仔中與魚(yú)腥味相關(guān)的化合物以及百分含量Table 3 The compounds related to fishiness and their content in flavored fish larvae

2.3 風(fēng)味魚(yú)仔中腥味的主要來(lái)源分析

魚(yú)腥味屬于水產(chǎn)品中普遍存在的一種不良風(fēng)味，有程度大小之分。不良風(fēng)味的產(chǎn)生主要?dú)w因于以下幾個(gè)因素：空氣、水、包裝或運(yùn)輸材料等的污染，加工過(guò)程中配料不當(dāng)或微生物的生長(zhǎng)繁殖和食品自身的化學(xué)反應(yīng)(包括氧化、非酶促褐變、酶促反應(yīng)、光引發(fā)反應(yīng)及食品成分之間的反應(yīng))等。通過(guò)GC-MS在風(fēng)味魚(yú)仔制作過(guò)程中所測(cè)出與魚(yú)腥味相關(guān)的化合物見(jiàn)表3。由表3可知，共7種化合物具有明顯的魚(yú)腥味，其中有5種是醛類(lèi)，此外腥味物質(zhì)在浸泡J、清洗Q、油炸Y 3個(gè)步驟中百分含量逐漸增加，在Y時(shí)含量最高，但通過(guò)鹵制L后腥味化合物的百分含量立即減少，這與鹵制中所用的鹵料有直接關(guān)系。有研究表明香辛料能夠與魚(yú)體腥味物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，如生姜中的姜醇、姜酚以及花椒中的川辣素等物質(zhì)能與腥味物質(zhì)反應(yīng)，從而起到去異增香的作用[20]。

2.4 PCA分析

PCA(principal component analysis)，即主成分分析方法，是一種使用最廣泛的數(shù)據(jù)降維算法，能夠從原始的空間中順序地找一組相互正交的坐標(biāo)軸，新的坐標(biāo)軸的選擇與數(shù)據(jù)本身是密切相關(guān)的。因此PCA1表示盡可能最大解釋數(shù)據(jù)變化的主坐標(biāo)成分，PCA2則解釋余下的變化度中占比例最大的主坐標(biāo)成分，不同形狀的點(diǎn)屬于不同樣本組，PCA中橫、縱坐標(biāo)的刻度線表示樣品之間的距離。由圖3可知，PCA1解釋了數(shù)據(jù)集中總方差的42.75%，而PC2解釋了38.26%。由于橫、縱坐標(biāo)的刻度線表示樣品之間的距離，可知7個(gè)樣品被明顯地分為兩個(gè)部分：一部分為聚集在右上角區(qū)域的B、N-S、S 3個(gè)樣品，且?guī)缀踔睾?，說(shuō)明其揮發(fā)性物質(zhì)組成十分相似；另一部分則是聚集在左下角的其余4個(gè)樣品，這部分又可以分為3個(gè)小部分，分別是樣品J、Q以及Y和L兩個(gè)單獨(dú)的部分，這4個(gè)樣品的標(biāo)志在圖3中形成一個(gè)近似等邊三角形，其中J、Q距離十分相近，幾乎重疊成一個(gè)點(diǎn)，這說(shuō)明浸泡和清洗兩個(gè)過(guò)程對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)的影響較小。

圖3 揮發(fā)性氣味物質(zhì)的主成分分析Fig.3 Principal component analysis of volatile flavor components

綜上所述，PCA分析的PCA1與PCA2能共同解釋總方差的81.01%，表明數(shù)據(jù)具有代表性，聚類(lèi)結(jié)果形成4個(gè)部分，這反映出風(fēng)味魚(yú)仔在加工過(guò)程中浸泡、清洗兩個(gè)工序?qū)]發(fā)性成分的影響很小，拌料、未殺菌與殺菌后相似，而油炸與鹵制的樣品與其他樣品差距較大，尤其是與右上角的3個(gè)后階段樣品距離較遠(yuǎn)，這說(shuō)明油炸和鹵制后對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味變化的影響較大。

3 結(jié)論

以魚(yú)仔浸泡、清洗、油炸、鹵制、拌料、殺菌前后7個(gè)加工工序的樣品為研究對(duì)象，利用GC-MS對(duì)其加工過(guò)程中揮發(fā)性成分變化進(jìn)行研究。結(jié)果表明，在魚(yú)仔整個(gè)制作過(guò)程中共檢測(cè)出84種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中包括醇類(lèi)(15種)、醛類(lèi)(8種)、烯類(lèi)(20種)、酮類(lèi)(9種)、酯類(lèi)(4種)、呋喃類(lèi)(3種)、吡嗪類(lèi)(1種)、酚類(lèi)(2種)、醚類(lèi)(4種)、其他類(lèi)(18種)，其中樣品J(33種)含揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)最多，最少的是Y(18種)。PCA分析結(jié)果表明風(fēng)味魚(yú)仔在制作過(guò)程中浸泡、清洗階段的樣品風(fēng)味物質(zhì)相似，拌料、殺菌前與殺菌后相似，而油炸與鹵制樣品的風(fēng)味與其他樣品差距較大。J、Q中以1-辛烯-3-醇、1-戊烯-3-醇、壬醛、庚醛、(Z)-4-庚烯醛等具有魚(yú)腥味、青香、葉香的物質(zhì)為主體風(fēng)味物質(zhì)，Y(油炸)消除大量烷烴的同時(shí)還產(chǎn)生了較高含量的可能對(duì)腥味產(chǎn)生促進(jìn)作用的2-乙基呋喃。L(鹵制)去除了大部分腥味，而且豐富了其蘑菇香(1-辛烯-3-醇)、檸檬香(芳樟醇)、水果香(2-庚酮)以及茴香和甘草(茴香腦)的氣味。B(拌料)則主要是增加了酯香(乙酸芳樟酯)、檸檬香(芳樟醇)，最后樣品N-S、S在制作過(guò)程中經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)移、裝袋等工序，導(dǎo)致部分揮發(fā)性物質(zhì)散失。本文對(duì)風(fēng)味魚(yú)仔加工過(guò)程中的揮發(fā)性風(fēng)味成分的分析可為后續(xù)魚(yú)仔風(fēng)味的研究提供理論基礎(chǔ)。