南極海域3～8月份南極磷蝦揮發(fā)性物質(zhì)變化

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 201306)

南極磷蝦(Euphausiasuperba)是一類生物貯量巨大的遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源。據(jù)統(tǒng)計(jì),近年來(lái)南極磷蝦每年的捕撈量約1～1.5億噸。由于南極磷蝦具有生物貯藏量大、分布廣、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高等特點(diǎn),近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)南極磷蝦的蛋白質(zhì)、脂類利用和蛋白酶類、蝦青素、甲殼素等生物活性的保健功效進(jìn)行了較多研究,并對(duì)其食用安全性以及開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景進(jìn)行了探索[1-3]。日本研究了南極磷蝦整蝦風(fēng)味及其冷藏過(guò)程中的風(fēng)味變化[4]。國(guó)內(nèi)已有報(bào)道對(duì)整蝦、蝦仁以及對(duì)磷蝦頭胸部、腹部及整蝦揮發(fā)性風(fēng)味成分異同點(diǎn)的研究[5-8],但對(duì)不同月份南極磷蝦風(fēng)味比較卻鮮有報(bào)道,因此值得研究和探索。

南極磷蝦每年的產(chǎn)卵季節(jié)集中在1月下旬到3月下旬[9],本實(shí)驗(yàn)樣品來(lái)自于南極48.1區(qū)3～8月份產(chǎn)卵后南極磷蝦,通過(guò)頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(HS-SPME-GC-MS)技術(shù)分析不同月份揮發(fā)性風(fēng)味成分,并利用相對(duì)氣味活度值(ROAV)分析揮發(fā)性風(fēng)味成分對(duì)總體風(fēng)味的貢獻(xiàn)程度,對(duì)比不同月份南極磷蝦關(guān)鍵風(fēng)味成分的異同,再通過(guò)電子鼻對(duì)其做PCA分析,旨在為南極磷蝦精制加工提供風(fēng)味學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

南極磷蝦 2016年3～8月在南極48.1區(qū)捕獲并加工成整蝦樣品,取體長(zhǎng)在35～40 mm,體重在1～1.5 g的南極磷蝦;氯化鈉,內(nèi)標(biāo)(2、4、6-三甲基吡啶) 均購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)。

YL-C020型組織攪碎機(jī) 九陽(yáng)股份有限公司;FOX-4000電子鼻 法國(guó)Alpha MOS公司;7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)Agilent公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備 將南極磷蝦取出解凍,放入組織攪拌機(jī)中打碎成均勻糜狀,備用。

GC-MC樣品的制備:取2.5 g樣品,并加入18% NaCl溶液2.5 mL[10],勻漿后放入20 mL頂空瓶中,后加入0.05 mL內(nèi)標(biāo),加蓋待測(cè)。

電子鼻樣品的制備:取1 g樣品,并加入18% NaCl溶液1 mL,均漿后放入15 mL頂空瓶中,加蓋待測(cè)。

1.2.2 揮發(fā)性成分分析

1.2.2.1 GC-MS條件 頂空瓶在氣質(zhì)聯(lián)用儀加熱裝置中70 ℃平衡10 min。用CAR/PDMS萃取頭在70 ℃下吸附揮發(fā)性物質(zhì)45 min。完成萃取后,萃取頭進(jìn)入氣相色譜進(jìn)樣口,250 ℃解吸5 min。

GC條件:色譜柱,TR-35MS毛細(xì)管柱,柱初溫40 ℃,以10 ℃/min程序升溫至100 ℃,再以5 ℃/min程序升溫至200 ℃,最后以8 ℃/min 程序升溫至250 ℃,保持5 min。

MS條件:進(jìn)樣口溫度250 ℃;載氣(He)流量1 mL/min,不分流模式進(jìn)樣。質(zhì)譜采用電子轟擊(EI)離子源,電子能量70 eV,離子源溫度250 ℃,傳輸線溫度250 ℃,檢測(cè)器溫度 280 ℃,質(zhì)量掃描范圍33～450 m/z。

1.2.2.2 定性及定量分析 將檢測(cè)到的揮發(fā)性成分通過(guò)系統(tǒng)自帶NIST 02和Wiley質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行定性確認(rèn),通過(guò)內(nèi)標(biāo)對(duì)各組揮發(fā)性成分進(jìn)行半定量。

1.2.2.3 風(fēng)味化合物評(píng)價(jià)采用相對(duì)氣味活度值(relative odor activity value,ROAV)法定義ROAV≥1的揮發(fā)性風(fēng)味成分為南極磷蝦的關(guān)鍵風(fēng)味成分,對(duì)總體風(fēng)味起關(guān)鍵的決定作用;0.1≤ROAV<1的揮發(fā)性風(fēng)味成分為南極磷蝦的重要風(fēng)味成分,對(duì)總體風(fēng)味具有重要的修飾作用[11]。

1.2.3 電子鼻分析 條件載氣:合成干燥空氣;流速:150 mL/min;頂空產(chǎn)生參數(shù)中產(chǎn)生的溫度分別為35、45、60、80、95 ℃,產(chǎn)生時(shí)間是600 s;攪動(dòng)速率500 r/min;頂空注射參數(shù):注射體積2500 μL;注射速率2500 μL/s;獲得參數(shù):獲得時(shí)間120 s,延滯時(shí)間600 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理

電子鼻數(shù)據(jù)分析：采用電子鼻中自帶的Alphasoft V11統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，然后將數(shù)據(jù)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(kù)(NIST 11)進(jìn)行檢索分析。各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均重復(fù)3次，用Excel和SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖和顯著性方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同月份南極磷蝦揮發(fā)性物質(zhì)主成分貢獻(xiàn)率分析

主成分分析可以從多元變量中得出最主要和貢獻(xiàn)率最大的因子,從而觀察并比較不同樣品的主成分分析值在空間的分布差異[12]。圖1為不同月份南極磷蝦揮發(fā)性成分的主成分分析圖,從圖1中可以看出,數(shù)據(jù)采集點(diǎn)所在的三角區(qū)域在主成分分析圖中有特定的分布區(qū)域且互不重疊,說(shuō)明主成分分析法適用于不同月份南極磷蝦揮發(fā)性成分分析。第一主成分貢獻(xiàn)率達(dá)78.125%,第二主成分貢獻(xiàn)率為14.668%,總貢獻(xiàn)率為92.791%,大于80%,所以這兩個(gè)主成分能較好的反映原始高維矩陣的信息,能夠反映不同月份南極磷蝦揮發(fā)性成分的變化。7月份與8月份分布的區(qū)域較為接近,3月份與其他月份分布的區(qū)域較遠(yuǎn),這可能是因?yàn)?月與8月風(fēng)味物質(zhì)較為接近,而3月風(fēng)味物質(zhì)與其他月份差異較大。沿PC1軸,依次為5月、7月、8月,然后是4月、6月和3月,可能是由于季節(jié)變化以及南極磷蝦的進(jìn)食特點(diǎn),隨著月份的遞增,風(fēng)味物質(zhì)漸漸變得豐富。

圖1 各月份南極磷蝦揮發(fā)性成分的PCA分析Fig.1 PCA Analysis of thevolatile components of Antarctic krill in different month

2.2 不同月份南極磷蝦揮發(fā)性成分分析

對(duì)不同月份南極磷蝦揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測(cè),經(jīng)NIST譜庫(kù)檢索分析,鑒定得到的結(jié)果及部分風(fēng)味成分感覺(jué)閾值、氣味描述見(jiàn)表1[13-16]。3～8月份的南極磷蝦分別鑒定出24、24、49、30、34和37種揮發(fā)性化合物,主要為醛類、酮類、醇類、烷烴、烯烴、芳香族化合物等,其中壬醛、癸醛、甲基庚烯酮、2-十六醇、雪松醇至少在5個(gè)月份中均有檢出?？v觀6個(gè)月份,南極磷蝦揮發(fā)性物質(zhì)含量較高的有壬醛、癸醛、甲基庚烯酮、雪松醇、3,5,5三甲基2-辛烯、D-檸檬烯、十一烷。可以看出3月、4月被檢測(cè)出風(fēng)味物質(zhì)種類較少,5月被檢測(cè)出風(fēng)味物質(zhì)種類較多,6～8月被檢出風(fēng)味物質(zhì)種類逐漸增加。導(dǎo)致該變化趨勢(shì)的原因,可能與南極磷蝦的生長(zhǎng)習(xí)性以及南極的生態(tài)環(huán)境有關(guān),大磷蝦產(chǎn)卵開(kāi)始時(shí)間較早(11月底至12月初),持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)(3.0～3.5個(gè)月)[17],因此南極磷蝦在 3～4月份產(chǎn)卵后,風(fēng)味物質(zhì)較少[18];而到了5月份,南極磷蝦產(chǎn)卵結(jié)束,南極磷蝦是植食性物種,主要以浮游植物為食,所以五月份風(fēng)味物質(zhì)較多[19];6～8 月份,冬季到來(lái),南極溫度持續(xù)下降,為了避免饑餓,磷蝦也會(huì)以碎屑、細(xì)菌或后生動(dòng)物為食,因此其被檢出風(fēng)味物質(zhì)會(huì)逐漸增加[20]。

表1 各個(gè)月份南極磷蝦揮發(fā)性成分含量(ng/100 g)Table 1 Volatile component contents in Antarctic krill about different months(%)

續(xù)表

本實(shí)驗(yàn)中,取2、4、6-三甲基吡啶為標(biāo)準(zhǔn),由化合物面積比上其峰面積計(jì)算半定量,從而較為準(zhǔn)確的得出各揮發(fā)性物質(zhì)的含量。而揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)樣品總體風(fēng)味的貢獻(xiàn)是由其在樣品中的含量和感覺(jué)閾值共同決定的。為進(jìn)一步確定不同月份南極磷蝦的關(guān)鍵風(fēng)味化合物,結(jié)合表1中各種揮發(fā)性物質(zhì)的半定量和感覺(jué)閾值,其中3月份磷蝦樣品中辛醛含量較高,且閾值較低,為0.5 μg/kg,而4～8月份磷蝦樣品中,癸醛含量較高,且閾值較低,為0.1 μg/kg,故它們對(duì)各自所在的樣品的總體氣味貢獻(xiàn)最大,所以定義3月份樣品中辛醛 ROAVstan=100,4～8月份樣品中癸醛ROAVstan=100。其它樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)的ROVA由計(jì)算得出,結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各月份南極磷蝦主要揮發(fā)性成分的相對(duì)氣味活度Table 2 ROAV of volatile flavor compounds in different months of Antarctic krill

由表2可以看出,樣品中關(guān)鍵風(fēng)味化合物隨月份而發(fā)生變化,3月份為辛醛、苯乙醛、壬醛、癸醛、二甲苯,4月份分別為壬醛、癸醛,5月份為3-甲基丁醛、2,3-辛二酮、(E,E)-2,4-庚二烯醛、苯乙醛、壬醛、反式-2-壬烯醛、癸醛、1-辛烯-3-醇、二甲苯,6月份為壬醛、癸醛、1-辛烯-3-醇,7月份為3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛、癸醛、1-辛烯-3-醇、二甲苯,8月份為3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛、癸醛。雖然時(shí)間不同,南極磷蝦的主體風(fēng)味成分主要為醛類、少許醇類和烯烴類。其中3、4月份關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)較少,常見(jiàn)的有壬醛、癸醛等一些南極磷蝦常見(jiàn)的風(fēng)味物質(zhì)[21-23]。而后4個(gè)月中,南極磷蝦中風(fēng)味化合物明顯增多,醛類物質(zhì)出現(xiàn)了3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、苯乙醛等化合物。醇類物質(zhì)有1-辛烯-3-醇,可能與南極磷蝦蝦香味的產(chǎn)生有關(guān)。另外,5～8月份還檢測(cè)出D-檸檬稀,具有橙子香氣和檸檬香氣[21]。

2.2.1 醛類化合物 醛類化合物與許多其他風(fēng)味成分重疊形成風(fēng)味效應(yīng),其風(fēng)味特征隨濃度變化而呈青香、果香、堅(jiān)果香和奶酪香,它們的感覺(jué)閾值通常比其他化合物的閾值低,在檢出的揮發(fā)性風(fēng)味成分中醛類物質(zhì)是最主要的揮發(fā)性風(fēng)味化合物,是南極磷蝦風(fēng)味形成的主要貢獻(xiàn)物質(zhì)。由表1可以看出,在6個(gè)月的南極磷蝦樣品中,萃取出的醛類化合物樣品分別有5、2、14、12、10和13種,其含量為181.16、23.37、281.46、172.85、219.00、144.19 ng/100 g。除了3、4月份含量較低外,其他月份沒(méi)有明顯差異。在6個(gè)月份中,ROVA值均較大的是壬醛和癸醛,也是中華絨螯蟹、青蟹的主要風(fēng)味物質(zhì),同樣也存在于龍蝦、扇貝等海洋甲殼類動(dòng)物的揮發(fā)性成分中[22-23]。壬醛是油酸氧化的產(chǎn)物,有蠟香、柑橘香、脂肪香、鮮青草味,它的閾值是1 μg/kg,在6個(gè)月份的南極磷蝦樣品中含量均較高,且ROVA值亦較高,是南極磷蝦風(fēng)味形成的關(guān)鍵風(fēng)味化合物。癸醛具有蠟香、柑橘香、花香[21]。由表2可以得出3-甲基丁醛,2-甲基丁醛在后幾個(gè)月的南極磷蝦樣品中檢出,這些醛類化合物主要由氨基酸的脫氨基作用生成,如亮氨酸經(jīng)脫氨基作用轉(zhuǎn)變成3-甲基丁醛或2-甲基丙醛,氫過(guò)氧化物的降解產(chǎn)生烯醛。

這些醛類化合物含量不高,但ROVA值較高,均大于1,是南極磷蝦風(fēng)味形成的重要部分。而已醛、苯甲醛、苯乙醛在5月、7月和8月中均被檢出,這些醛類化合物大多有刺激性氣味,含量不高,且ROVA值也不高,在1左右,是南極磷蝦風(fēng)味形成的修飾部分。因此得出醛類化合物為南極磷蝦的關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì),但是3、4月份的醛類化合物較少,推測(cè)可能由于3、4月份南極磷蝦產(chǎn)卵后風(fēng)味物質(zhì)有所損失[18]。

2.2.2 酮類化合物 酮類化合物可能是不飽和脂肪酸的熱氧化或降解、氨基酸降解產(chǎn)生,其一般具有桉葉味、脂肪味和焦燃味。在6個(gè)月份中,分別檢出1、0、4、3、4、3種酮類物質(zhì),其含量為22.69、0、162.38、19.56、27.16、17.33 ng/100 g。4月份沒(méi)有檢出酮類物質(zhì),5～8月份酮類物質(zhì)檢出較多且含量并無(wú)明顯差距。其中甲基庚烯酮在5月份含量較高。可以看出,酮類化合物種類較少,含量較低,且酮類化合物的閾值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于醛類,所以酮類化合物對(duì)南極磷蝦風(fēng)味形成貢獻(xiàn)較小。

2.2.3 醇類化合物 醇類物質(zhì)主要來(lái)源于糖、氨基酸和醛類物質(zhì)的還原,也有可能是由n-3和n-6不飽和脂肪酸二級(jí)氫過(guò)氧化物的降解產(chǎn)物。在3～8月份中,被檢出的醇類化合物分別有2、7、15、8、8、8種。半定量分別為36.39、35.62、213.67、73.88、113.22、92.69 ng/100 g。5月份含量較高,其他月份并沒(méi)有明顯差異。與醛類相比,一般飽和醇類的閾值很高,只有在南極磷蝦中含量較高時(shí),才會(huì)對(duì)南極磷蝦風(fēng)味形成做出貢獻(xiàn)。1-戊烯-3-醇在5個(gè)月份中均有檢出,雖然其含量較高,但由于其閾值較高,所以難以對(duì)南極磷蝦風(fēng)味做出貢獻(xiàn)。1-辛烯-3-醇屬于C8醇,是一種低感覺(jué)閾值醇,且能貢獻(xiàn)出濃郁蘑菇氣味和類似植物的芳香[24]，在3個(gè)月份中均有檢出,且ROVA值均大于1,故1-辛烯-3-醇是對(duì)南極磷蝦總氣味形成有重要貢獻(xiàn),是南極磷蝦的關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)。

2.2.4 烴類烴類化合物 主要來(lái)源于脂肪酸烷氧自由基的均裂。在3～8月份中,分別萃取出9、9、10、4、7、8種烴類物質(zhì),通過(guò)計(jì)算,它們?cè)诟鱾€(gè)月份的含量分別為176.23、48.45、273.67、185.07、248.46和154.18 ng/100 g?？梢钥闯龈鱾€(gè)月份中均檢出多種烴類化合物且含量較高,可能是由于自由基的脂質(zhì)自氧化過(guò)程或者類胡蘿卜素(蝦青素等)的分解[15],但烴類化合物感覺(jué)閾值高,因此對(duì)南極磷蝦整體風(fēng)味形成貢獻(xiàn)不大。其中D-檸檬烯在5個(gè)月份中均有檢出,且各個(gè)月份含量較高,但其閾值較高,為60 μg/kg。所以其ROVA值較小在0.1～1,對(duì)南極磷蝦總氣味有一定的修飾作用。

2.2.5 芳香族化合物及其它化合物 芳香族類化合物在各個(gè)溫度下種類少、相對(duì)含量低,且它們的閾值一般很高,對(duì)魚(yú)肉風(fēng)味形成貢獻(xiàn)較小。在3到8月份,分別檢出6、6、4、0、2和3種化合物,其含量分別為65.59、40.41、25.61、0、35.86和17.02 ng/100 g。二甲苯會(huì)產(chǎn)生令人不愉快的風(fēng)味物質(zhì),它的閾值是0.33 μg/kg,它在3月、5月、7月南極磷蝦樣品中均被檢出,ROAV分別是15.15、5.21、4.92。表明它會(huì)對(duì)南極磷蝦的風(fēng)味造成些許不好的影響。另外,有一些萘類也有被檢出,可能是環(huán)境污染等因素相關(guān)[25]。

3 結(jié)論

通過(guò)HS-SPME-GC-MS技術(shù)測(cè)定了不同月份南極磷蝦揮發(fā)性成分,并結(jié)合感官閾值利用ROAV法對(duì)其主體風(fēng)味構(gòu)成進(jìn)行分析,3、4月份南極磷蝦主體風(fēng)味物質(zhì)由壬醛、癸醛和D-檸檬稀構(gòu)成,5-8月份主體風(fēng)味物質(zhì)與3、4月有明顯差別,主要由壬醛、癸醛、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、苯乙醛、1-辛稀-3-醇、D-檸檬稀等,D-檸檬稀存在與每個(gè)月的風(fēng)味物質(zhì)中,但閾值較低,其對(duì)南極磷蝦風(fēng)味形成有一定的修飾作用。應(yīng)用電子鼻對(duì)不同月份南極磷蝦揮發(fā)性物質(zhì)做PCA分析所得結(jié)果與氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)相一致,表明3、4月南極磷蝦主體風(fēng)味物質(zhì)種類和含量較低,從5月開(kāi)始,南極磷蝦風(fēng)味物質(zhì)種類變多,且在7、8月,南極磷蝦主體風(fēng)味物質(zhì)含量較高,適于加工成南極磷蝦制品。相似的關(guān)鍵風(fēng)味成分和不同的重要風(fēng)味成分組成及相對(duì)含量的差異可能是導(dǎo)致南極磷蝦在一年四季中有一定風(fēng)味差異的主要原因。