氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析中國毛蝦蝦皮貯藏過程中揮發(fā)性成分

朱亞珠，李麗，樂建盛

（浙江國際海運職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 舟山 316021）

氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析中國毛蝦蝦皮貯藏過程中揮發(fā)性成分

朱亞珠，李麗，樂建盛

（浙江國際海運職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 舟山 316021）

采用頂空固相微萃取和氣-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，測定中國毛蝦（Acetes chinensis）蝦皮在不同貯藏溫度下?lián)]發(fā)性風(fēng)味成分的變化情況，利用主成分分析法和聚類分析法對揮發(fā)性物質(zhì)的組成差異性進行分析。研究表明，受試樣品共檢測出49種化合物，包括烴類、酮類、醛類、醇類、酯類、酸類以及含氮、硫化合物；主成分分析結(jié)果，不同貯藏時間蝦皮的特征風(fēng)味物質(zhì)組成不同，而兩種溫度（25℃和37℃）下蝦皮的特征風(fēng)味物質(zhì)組成基本相同；對蝦皮在貯藏過程中的品質(zhì)變化情況通過聚類分析將其分為4類不同品質(zhì)特性，研究結(jié)果可為蝦皮制品加工及貯藏的質(zhì)量控制等提供科學(xué)依據(jù)。

中國毛蝦；揮發(fā)性物質(zhì)；貯藏；頂空固相微萃取

中國毛蝦（Acetes chinensis）又稱毛蝦、水蝦、蝦皮，是櫻蝦科毛蝦屬的蝦類，體形小，側(cè)扁，體長2.5～4.0 cm，甲殼薄。毛蝦是一種生長迅速、生命周期短、繁殖力強、世代更新快、游泳能力弱的小型蝦類[1]，多生活于水質(zhì)較肥的水域，我國沿海均有分布，尤以渤海沿岸產(chǎn)量最多。毛蝦因體小殼薄肉嫩，適于加工成蝦皮或蝦醬，是蝦皮、蝦醬的主要加工原料。市場上的蝦皮即為毛蝦經(jīng)蒸煮、干制等工序加工而成。蝦皮的營養(yǎng)價值很高，曹文紅[2]對蝦皮的營養(yǎng)成分進行分析，測得蛋白質(zhì)含量高達72.9%（干基），氨基酸價達83，富含鉀、鈣、鎂、鐵、磷、硒等無機元素及維生素B5和維生素E。中國毛蝦是一種營養(yǎng)價值極高的海洋低值蝦類，其獨特的氨基酸結(jié)構(gòu)使其在呈味、營養(yǎng)保健方面均具有較大的開發(fā)利用價值[3]，但目前對于中國毛蝦的研究較少。氣味作為中國毛蝦的重要風(fēng)味特征之一，對其食用品質(zhì)有重要影響，但關(guān)于賦予其氣味的揮發(fā)性風(fēng)味成分及貯藏過程中揮發(fā)性成分的變化規(guī)律尚未見報道。固相微萃取技術(shù)（SPME）是近年來提出的一種新型的樣品前處理和富集技術(shù)[4]，集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體，具有操作簡單、無需有機溶劑、靈敏度高、選擇性強等優(yōu)點[5]。已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于水產(chǎn)品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的檢測[6]，但關(guān)于SPME在中國毛蝦蝦皮貯藏過程中揮發(fā)性風(fēng)味分析的研究尚未見報道。

實驗以中國毛蝦蝦皮為研究對象，采用HSSPME-GC-MS法對蝦皮在25℃和37℃貯藏條件下不同時期揮發(fā)性風(fēng)味成分進行測定，通過主成分分析和聚類分析方法，初步探明蝦皮在貯藏過程中揮發(fā)性風(fēng)味成分的變化規(guī)律，并分析和評價揮發(fā)性物質(zhì)對蝦皮總體風(fēng)味的影響，為蝦皮類水產(chǎn)品新鮮度評價及保藏措施等提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

中國毛蝦樣品：采自浙江省舟山市六橫鎮(zhèn)某加工廠，新鮮加工后半干熟制產(chǎn)品，含水率40%左右，以25 g每包分裝到透明PE袋。

1.2 儀器與設(shè)備

QP-2010 GC-MS，日本津島科技有限公司；PMDMS 75 μm萃取頭，美國Supelco公司；固相萃取裝置，美國Supelco公司；HGC-12D干式氮吹儀，天津恒奧科技發(fā)展有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 蝦皮樣品的制備

將包裝好的蝦皮樣品當(dāng)天帶回實驗室于25℃和37℃下貯藏，每隔3 d取樣一次。

1.3.2 揮發(fā)性成分測定方法

1.3.2.1 檢測樣品制備 將蝦皮研碎并混合均勻，取樣品碎末1.5 g于帶蓋兒的15 mL頂空瓶中，50℃預(yù)熱30 min，用PMDMS 75 μm萃取頭萃取30 min，用氣相色譜-質(zhì)譜儀測定。

1.3.2.2 檢測條件 色譜條件：色譜柱柱型為Vocol 1.8 μm×60 m×0.32 mm，氦氣為載氣，載氣流速是0.9 mL/min，進樣口溫度設(shè)為250℃，升溫程序：初始色譜柱柱溫40℃保持4 min，再以6℃/min升至230℃，保持8 min。質(zhì)譜條件：電離方式EI，電子能量70 eV，檢測器電壓350 V，離子源溫度220℃，接口溫度250℃，質(zhì)量掃描范圍35～450 m/z。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

氣質(zhì)聯(lián)用儀數(shù)據(jù)處理由Xcalibur軟件系統(tǒng)完成，未知化合物經(jīng)計算機檢索同時與NIST譜庫和Wiley譜庫相匹配，且僅當(dāng)正反匹配度均大于800（最大值為1 000）的鑒定結(jié)果才予以采納；揮發(fā)性成分定量分析采用峰面積歸一法。利用SPSS 19.0軟件對蝦皮貯藏過程中的揮發(fā)性成分進行主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同貯藏溫度下中國毛蝦各類揮發(fā)性成分及其相對含量

中國毛蝦蝦皮在25℃和37℃貯藏條件下共檢出7大類49種揮發(fā)性物質(zhì)（見表1），從表1結(jié)果可以看出，揮發(fā)性成分包括烴類12種，酮類8種，醛類5種，醇類9種，酯類6種，酸類3種，含氮、硫化合物6種。

由揮發(fā)性成分的相對含量分析，新鮮蝦皮中主要的揮發(fā)性物質(zhì)為醇類（34.68%）、烴類（29.38%），其中1-戊醇含量高達15.34%。隨著貯藏時間的延長，烴類、酯類物質(zhì)的相對含量逐漸減少，酮類、酸類及含氮、硫化合物均逐漸增多（圖1和圖2），貯藏至18 d時，含氮、硫化合物的相對含量分別由14.54%（25℃）和14.54%（37℃）增加至52.16%（25℃）和64.45%（37℃）。

2.2 主成分分析結(jié)果

主成分分析是指利用降維的思想，將多個指標(biāo)簡化為少量綜合指標(biāo)，用少量綜合指標(biāo)反映原來變量信息的一種統(tǒng)計方法[7]。蝦皮在貯藏過程中得到的揮發(fā)性物質(zhì)峰面積比較離散，采用主成分分析，對樣品的相似性及差異性進行明確評價。為區(qū)分蝦皮不同溫度下貯藏期間揮發(fā)性物質(zhì)組成的差異，對42種揮發(fā)性物質(zhì)（烷烴類除外）進行主成分分析，結(jié)果如表2所示。25℃貯藏條件下得到主成分1的貢獻率為59.009%，主成分2貢獻率為27.062%，主成分3貢獻率為8.201%，3個主成分的貢獻率累積達到94.272%；37℃貯藏條件下得到主成分1的貢獻率為61.387%，主成分2的貢獻率為24.908%，主成分3的貢獻率為5.824%，3個主成分的貢獻累積達到96.842%。前3個主成分能較客觀反映原有變量的信息，因此選取前3個主成分作為數(shù)據(jù)分析的有效成分。

主成分所包含的因子載荷系數(shù)能夠綜合反映出蝦皮中各揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)對各主成分的影響，初始因子負(fù)荷越大，則主成分對該變量的代表性越強[8]。25℃和37℃貯藏下，蝦皮在貯藏過程中揮發(fā)性成分主成分分析載荷圖見圖3和圖4。由圖3 a可看出，Alc19、Alc20、Ald14、Ald18、Alke1、Alke2、K7、Es28、Es30、Es32、Py38 等與第 1 主成分高度正相關(guān)，分別為甲硫醇、1-戊烯-3-醇、2-乙基己醛、4-羥基-3-甲基丁醛、苯乙烯、2-蒎烯、3，3-二甲基-2-丁酮、乙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、丙酸異戊酯、2，5-二甲基吡嗪等。Alc26、K13、K8、K10、K11、K12、Ac35等在主成分2上有較高的載荷，分別為1-辛烯-3-醇、3-辛酮、3-戊酮、丙酮、2-戊酮、2，3-戊二酮、丁酸等。由圖 3b可看出，Eth41、Ald17、Es32、Ald16等與主成分3高度正相關(guān)，分別為二甲基硫醚、戊醛、丙酸異戊酯、戊醛等。

由圖 4c 可知，Alc19、Alc20、Alc22、Alc23、K7、Alke1、Alke2、Ald14、Ald18、Es28、Es30、Py38、Eth41等與第1主成分高度正相關(guān)，分別為甲硫醇、1-戊烯-3-醇、順-2-戊烯-1-醇、4-戊烯-1-醇、3，3-二甲基-2-丁酮、苯乙烯、2-蒎烯、2-乙基己醛、4-羥基-3-甲基丁醛、乙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、2，5-二甲基吡嗪、二甲基硫醚等。Ac35、K8、K9、K11、K12、Py39、Ac36、S42 等在主成分 2 上有較高的載荷，分別為丁酸、3-戊酮、3-甲基-2-戊酮、2-戊酮、2，3-戊二酮、吡嗪、3-甲基丁酸、二甲基二硫等。由圖4d可知，K10、Alc25、Alc26等與主成分3高度正相關(guān)，分別為丙酮、2-甲基丁醇、1-辛烯-3-醇等。

表1 不同貯藏溫度下蝦皮揮發(fā)性物質(zhì)種類及其含量變化

表1 續(xù) 不同貯藏溫度下蝦皮揮發(fā)性物質(zhì)種類及其含量變化

圖2 37℃貯藏期間蝦皮揮發(fā)性物質(zhì)變化趨勢

表2 揮發(fā)性成分特征值與累計貢獻率

圖3 25℃貯藏期間不同貯藏時期蝦皮揮發(fā)性成分主成分分析載荷圖

圖4 37℃貯藏期間不同貯藏時期蝦皮揮發(fā)性成分主成分分析載荷圖

將各特征向量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后，各主成分得分如表3所示。由表3可知，25℃與37℃貯藏過程中第1天與第3天樣品均與主成分1相關(guān)性最大，第6天與第9天樣品與第3主成分相關(guān)性最大，第18天樣品與主成分2相關(guān)性最大。由此可知，第1主成分代表了第1天、第3天的蝦皮樣品，第2主成分代表了第18天的蝦皮樣品，第3主成分代表了第6天、第9天的蝦皮樣品。

2.3 聚類分析結(jié)果

聚類分析是將樣品按照品質(zhì)特性的相似程度進行分類，能夠準(zhǔn)確的反映出研究對象或者指標(biāo)的相似程度的一種統(tǒng)計方法[9]。對不同貯藏期間的蝦皮樣品進行聚類分析，結(jié)果如圖5、圖6所示。由圖5、圖6可知，25℃與37℃貯藏過程中蝦皮樣品的聚類方式基本相同，第1天的蝦皮樣品自成一類，第3天與第6天的蝦皮樣品聚為一類，第9天與第12天的樣品聚為一類，第15天與第18天的樣品聚為一類，這與蝦皮樣品貯藏過程中的感官評分、菌落總數(shù)以及pH值等測定結(jié)果一致[10]。

表3 標(biāo)準(zhǔn)化后的主成分得分

圖5 25℃貯藏下不同貯藏時期蝦皮樣品的聚類分析圖

3 討論

蝦皮貯藏過程中的揮發(fā)性物質(zhì)一方面是蝦本身特有的風(fēng)味，另一方面是由內(nèi)源酶和微生物的作用產(chǎn)生的。隨著貯藏時間的延長，蛋白質(zhì)、脂肪以及碳水化合物等物質(zhì)逐步分解成胺、醛、酮、酸等小分子呈味物質(zhì)。烷烴類物質(zhì)一般來自于脂肪的降解以及氨基酸的氧化，其閾值較高，對蝦皮的風(fēng)味沒有很大的影響，但新鮮蝦皮中，相對含量較高的烴類物質(zhì)對蝦皮風(fēng)味的形成有一定貢獻[11]。

醇類化合物可能由脂質(zhì)氧化酶對脂肪酸的分解、脂肪的氧化分解、脂肪酸的氫過氧化物的分解生成或者由羰基化合物還原生成醇[12]。醇類化合物的風(fēng)味閾值較高，對蝦皮的風(fēng)味貢獻不大。小分子的烷醇可能是不飽和脂肪酸的熱降解產(chǎn)物，呈脂肪香、清香，隨著碳原子數(shù)的增多閾值也相對增大，不飽和醇的閾值相對較低。新鮮的蝦皮中1-戊醇的含量較高，其呈現(xiàn)泥土味、腥味及植物清香味，對新鮮蝦皮呈腥味具有一定的作用[13]。蝦皮在37℃下貯藏至第6天檢測到的1-辛烯-3-醇具有蘑菇香味，是一種亞油酸的氫過氧化物的降解產(chǎn)物，在海水魚及淡水魚的揮發(fā)性成分中均能檢測到[14]。

醛類物質(zhì)對肉品的特征性風(fēng)味貢獻較大，小分子醛類具有強烈的刺鼻性氣味，中等分子大小醛類具有脂香、油香味[15]。本試驗檢出3-甲基丁醛以及2-甲基丁醛是由亮氨酸經(jīng)微生物降解作用或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生[15]，分別具有巧克力味和焦糖味，在熟蝦、蟹中均可檢測到[16]。蝦皮貯藏過程中共檢測到8種酮類物質(zhì)，尤其是貯藏后期，檢測到的酮類物質(zhì)種類及含量均有所增加。酮類物質(zhì)閾值較低，多由不飽和脂肪酸的氧化、熱降解、氨基酸降解或微生物氧化而產(chǎn)生，主要有2-丁酮、丙酮等，不飽和的酮類呈黃油味和果香味[17]。

圖6 37℃貯藏下不同貯藏時期蝦皮樣品的聚類分析圖

酸類物質(zhì)來源較復(fù)雜，其閾值相對較低，貯藏后期檢測到丙酸、丁酸及3-甲基丁酸。丙酸、丁酸等小分子酸類主要是貯藏過程中糖類物質(zhì)經(jīng)微生物降解產(chǎn)生，使貯藏后期的蝦皮呈現(xiàn)酸臭氣味；3-甲基丁酸則是由氨基酸經(jīng)微生物降解產(chǎn)生，具有腐臭氣味[18]，可能是蝦皮貯藏后期腐臭氣味的來源之一。含硫或含氮類物質(zhì)主要來自于水產(chǎn)品中氨基酸和還原糖之間的Maillard反應(yīng)及蛋白質(zhì)降解、核苷酸降解、氨基酸降解及硫胺素的熱降解，具有硫樣香氣、肉香味及洋蔥氣味[19]。含硫、氮物質(zhì)的閾值較低，其在新鮮蝦皮中含量較少，但隨著貯藏時間的延長其含量逐漸增多，對貯藏后期蝦皮風(fēng)味形成起到了一定的作用[20]。蝦皮中蛋白質(zhì)含量豐富，高達42.50%[10]，在微生物的作用下蛋白質(zhì)逐漸分解成小分子肽和氨基酸，最終分解成三甲胺、氨氣、硫化氫及甲基硫等低閾值物質(zhì)[21]，從而使蝦皮散發(fā)出刺鼻的具有腐敗特征的惡臭味，其中三甲胺增加最為明顯。新鮮蝦皮中檢測出二甲基硫醚，丁浩辰[22]檢測到二甲基硫醚在磷蝦蝦仁中相對含量較高，為磷蝦蝦仁的關(guān)鍵風(fēng)味成分。由此推測二甲基硫醚對新鮮蝦皮的呈味作用具有一定的貢獻。隨著貯藏時間的增加，檢測到二甲基二硫，其具有擴散性的強烈洋蔥氣味[20]。

4 結(jié)論

采用固相微萃取結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析蝦皮在不同貯藏溫度下貯藏過程中揮發(fā)性風(fēng)味成分變化情況，共檢測出49種主要的揮發(fā)性物質(zhì)，其中醇類、烴類等物質(zhì)相對含量較高。兩種貯藏溫度下貯藏過程中烴類、酯類物質(zhì)含量逐漸減少，醛類物質(zhì)波動較小，酮類、酸類及含氮、硫化合物均有所增加，隨著貯藏時間的延長，含氮、硫等低閾值物質(zhì)明顯增加，使蝦皮散發(fā)出氨臭味。

通過對蝦皮貯藏過程中揮發(fā)性物質(zhì)種類及含量進行主成分分析，結(jié)果顯示，貯藏初期蝦皮中風(fēng)味物質(zhì)以醇類、酯類、醛類為主，在第1天和貯藏3天的蝦皮樣品的特征揮發(fā)性物質(zhì)主要是甲硫醇、1-戊烯-3-醇、2-乙基己醛、4-羥基-3-甲基丁醛、2-蒎烯、乙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、丙酸異戊酯等；貯藏18天的蝦皮樣品的特征揮發(fā)性物質(zhì)主要是3-戊酮、丙酮、、2，3-戊二酮、丁酸、3-甲基-2-戊酮、吡嗪、3-甲基丁酸、二甲基二硫等。此外，通過對蝦皮貯藏期間的揮發(fā)性物質(zhì)進行聚類分析，將具有不同風(fēng)味物質(zhì)種類或濃度差異性樣品分成幾種不同質(zhì)量等級的樣品，有效的區(qū)分出不同貯藏期的蝦皮樣品，為蝦皮制品的加工及貯藏保鮮提供了理論依據(jù)。

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新發(fā)現(xiàn)：讓養(yǎng)殖戶頭疼的藍(lán)藻以后可能用來發(fā)電

據(jù)最新一期《技術(shù)》雜志報道，加拿大研究人員發(fā)現(xiàn)并設(shè)計出一種可從藍(lán)藻光合作用和呼吸作用中捕獲電能的微光合電池技術(shù)。這項新穎的可擴展技術(shù)或使人類能夠利用更加經(jīng)濟的方式生產(chǎn)清潔能源，進而使最終獲取無碳能源成為可能。

作為緩解并最終消除全球氣候變化影響的潛在解決方案，清潔能源備受矚目，全球范圍已掀起了一股清潔和綠色無碳能源風(fēng)潮。清潔能源的主要來源是太陽，其每小時輻射的能量要比地球人類一年消耗的能量還要多。因此從太陽捕獲能源的技術(shù)成為將能源轉(zhuǎn)向生態(tài)友好型的重要工具。

發(fā)生在植物細(xì)胞中的無論是光合作用還是呼吸作用，都涉及電子傳遞鏈，其主要概念是捕獲藍(lán)綠藻釋放的電子。光合作用和呼吸作用的電子傳遞鏈可積極捕獲電能。

加拿大康考迪亞大學(xué)光生物微系統(tǒng)實驗主任穆素庫麥倫·帕克利薩米博士設(shè)計的微光合電池包含陰極、陽極和質(zhì)子交換膜。電池的陽極室含有藍(lán)藻，可將電子釋放到位于陰極的氧化還原劑電極表面。一個外部負(fù)載則用以提取電子。該電池可產(chǎn)生993 mV的開路電壓，功率密度為36.23 W/cm2。電池性能可經(jīng)由縮短質(zhì)子交換膜的兩個電極間的距離及更高效的設(shè)計得到增強。

研究人員表示，該微光合動力電池具有明顯的軍事和無線應(yīng)用價值，也可作為生物MEMS（微機電系統(tǒng)）器件的電力來源。

（www.bbwfish.com）

Analysis of volatile compounds of Acetes chinensis during storage by GC－MS

Zhu Yazhu，Li li，Le Jiansheng
（Zhejiang International Maritime College，Zhoushan 316021，China）

Headspace solid phase micro-extraction (SPME)combined with gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)was performed to detect the volatile compounds in Acetes chinensis during storage at different temperature．The diversity among tested samples were investigated by using principal component analysis(PCA)and cluster analysis to analyse the changes of volatile components in Acetes chinensis.A total of 49 compounds was identified，including hydrocarbons，ketones，aldehydes，alcohols，esters，acids，nitrogen and sulfur compounds.The results of PCA analysis showed that the volatile characteristics of Acetes chinensis at different storage periods were different，however，the characteristics of flavor composition was basically the same at 25 ℃and 37℃.The different quality characters of Acetes chinensis samples were divided into 4 groups during the storage processing by cluster analysis.This study provides a scientific basis for the processing and storage of shrimp products.

Acetes chinensis；volatile compounds；storage；SPME

S983

A

1004-2091（2017）07-0001-09

2017-01-09）

10.3969/j.issn.1004-2091.2017.07.001

浙江省自然科學(xué)基金面上項目（LY15C200015）；舟山市科技局公益類科技項目（2014C31052）

朱亞珠，女，副教授，主要從事水產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制研究.E-mail:zhuyazhu09@163.com