不同加熱溫度對羅氏沼蝦肉揮發(fā)性成分的影響

段秀霞， 施文正， 汪之和

（上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院/上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海 201306）

羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenbergii）俗稱大頭蝦，是一種大型淡水蝦。它生長迅速且周期短、肉質(zhì)鮮美且營養(yǎng)，由于成熟沼蝦頭胸甲內(nèi)布滿了生殖腺，因此具有一般淡水蝦風(fēng)味之外的類似于蟹黃的鮮美之味，素有淡水蝦王之稱。我國羅氏沼蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量已連續(xù)多年居世界第一[1-2]。

目前，國內(nèi)外對羅氏沼蝦的研究較多，但多集中在水產(chǎn)養(yǎng)殖[3]、性別與胚胎發(fā)育[4-5]、水環(huán)境監(jiān)控[6-7]及抗病免疫[8-9]等其他方面的研究。例如，豆科植物提取物[10-11]、多糖[12]、膳食葉酸[13]等對羅氏沼蝦作用的相關(guān)研究。但是，加熱羅氏沼蝦揮發(fā)性成分的研究幾乎沒有，且人們通常選擇加熱熟制作為蝦的主要食用方式，加熱熟制過程中溫度較高，其酶活下降，蛋白質(zhì)和脂肪等大分子會分解，這樣會對蝦肉風(fēng)味產(chǎn)生很大影響。電子鼻作為一種新型仿生嗅覺檢測技術(shù)，利用氣體傳感器陣列的響應(yīng)圖案來識別氣味的電子系統(tǒng)，具備客觀準(zhǔn)確、快速無損、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，并且能識別簡單和復(fù)雜的氣味，可得到與人的感官品評相一致的結(jié)果[14-15]。氣味識別技術(shù)可應(yīng)用到水產(chǎn)品鮮度評價，也可以為水產(chǎn)品氣味和品質(zhì)鑒定提供一定的參考依據(jù)[16]。固相微萃取法（SPME）建立在待測物在固定相和水相之間達(dá)成的平衡分配基礎(chǔ)上[17]，是一種無溶劑萃取技術(shù)，是一種有效，節(jié)省成本，易于自動化測定，可實(shí)現(xiàn)高樣品通量[18]。目前，科研領(lǐng)域研究水產(chǎn)品及水產(chǎn)食品的揮發(fā)性物質(zhì)的主要方法是固相頂空微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法 （headspace solid phase micro-extraction gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPMEGC-MS）[19-23]。郭美娟等[24]采用 HS-SPME-GC-MS 技術(shù)研究南美白對蝦腐敗過程中揮發(fā)性成分的變化，以此研究評價蝦的新鮮度。Wenjian Yang等[25]使用電子鼻技術(shù)和HS-SPME-GC-MS技術(shù)研究金針菇在熱風(fēng)干燥過程中綜合風(fēng)味特征和揮發(fā)性成分的動態(tài)變化。作者通過控制固相頂空微萃取的溫度，得到不同溫度下羅氏沼蝦蝦肉的揮發(fā)性物質(zhì)，然后對揮發(fā)性物質(zhì)采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行分離及定性定量分析，結(jié)合電子鼻與HS-SPME-GC-MS技術(shù)來分析不同溫度下羅氏沼蝦蝦肉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，研究不同溫度對羅氏沼蝦揮發(fā)性氣味物質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羅氏沼蝦：購于上海市浦東新區(qū)古棕路農(nóng)貿(mào)市場；AUW320電子分析天平：梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)品；FJ-200高速分散均質(zhì)機(jī)：上海標(biāo)本模型廠產(chǎn)品；FOX-4000氣味指紋分析儀：法國Alpha MOS公司產(chǎn)品；7890A-5975C GC-MS聯(lián)用儀：美國Agilent公司產(chǎn)品；SPME手動進(jìn)樣手柄、聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）固相微萃取頭（涂層厚度65 μm）：美國Supelco公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理 取鮮活羅氏沼蝦，用冰水冷休克，去頭、殼、蝦線，得到蝦仁，進(jìn)行單體速凍，-20℃凍藏備用。

1.2.2 電子鼻分析 分別準(zhǔn)確稱取經(jīng)剁碎的羅氏沼蝦蝦肉1.0 g，加入 0.18 g/mL NaCl溶液1 mL，勻漿后于自動進(jìn)樣瓶中（規(guī)格：10 mL）。電子鼻條件：載氣：干燥潔凈空氣；流量：150 mL/min；頂空溫度分別為 35、50、65、80、95 ℃，頂空時間：10 min，攪動速率：500 r/min；進(jìn)樣總體積：2.5 mL，注射速率：2.5 mL/s；獲取時間：2 min，延滯時間：10 min。

1.2.3 揮發(fā)性成分測定

1）SPME條件 分別準(zhǔn)確稱取經(jīng)剁碎的羅氏沼蝦蝦肉1.0 g，加入 0.18 g/mL NaCl溶液1 mL，勻漿后于20 mL萃取瓶中。采用65 μm PDMS萃取頭，萃取溫度分別為 35、50、65、80、95 ℃，萃取 40 min，磁力攪拌選用中速。萃取時間45 min。

2）GC條件 DB-5MS彈性毛細(xì)管柱（60m×0.32 mm，1 μm）；升溫程序：柱初溫 50 ℃，保持 1 min，以10℃/min速度升溫至100℃，再以5℃/min速度升溫至200℃，最后以8℃/min速度升溫至250℃，保持時間 5 min。載氣（He）流量 1.0 mL/min。解吸溫度250℃，解吸時間5 min，不分流模式。

3）MS條件 傳輸線溫度280℃；離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；電子能量70 eV；質(zhì)量掃描范圍 m/z 35～350。

1.3 數(shù)據(jù)處理

電子鼻數(shù)據(jù)運(yùn)用主成分分析法，獲得PCA圖；GC-MS數(shù)據(jù)采用Xcalibur軟件進(jìn)行處理，揮發(fā)性成分通過NIST 2008和Wiley 9質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對定性分析，并根據(jù)保留指數(shù)與相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行比對[26-27]；采用SPSS 21.0軟件處理不同溫度間GC-MS數(shù)據(jù)，進(jìn)行方差分析[28]。

2 材料與方法

2.1 電子鼻結(jié)果與分析

從圖1可以看出，傳感器P10/1和P40/1的響應(yīng)值相對較大，達(dá)到了0.6以上，符合電子鼻響應(yīng)值的要求。18根電子鼻金屬氧化物傳感器對同一溫度處理的樣品的響應(yīng)值有所差異，隨著加熱溫度的增加每根傳感器的響應(yīng)值也呈增加的趨勢，且各組處理均呈現(xiàn)比較好的重復(fù)性。其中，除了LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/gCT 這 5 根傳感器的響應(yīng)值為負(fù)值，其余均為正值，但其絕對值都隨溫度升高而增加。說明了不同溫度下蝦肉的揮發(fā)性成分存在差異，電子鼻能夠很好的區(qū)分。另外，傳感器P10/1敏感物質(zhì)類型：非極性化合物、碳?xì)浠衔铩焙吐?；傳感器P40/1敏感物質(zhì)類型：氯和氟。此現(xiàn)象說明羅氏沼蝦蝦肉中這些物質(zhì)的含量較高，可能受到環(huán)境的污染。

圖1 不同加熱溫度條件下羅氏沼蝦蝦肉揮發(fā)性氣味雷達(dá)圖Fig.1 Sensor response of E-nose to Macrobrachium rosenbergii meat at different temperatures

圖2 不同加熱溫度條件下羅氏沼蝦蝦肉揮發(fā)性氣味PCA圖Fig.2 PCA analysis of volatile flavor compounds of Macrobrachium rosenbergiimeatatdifferent temperatures

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是一種可用于簡化及優(yōu)化處理大量數(shù)據(jù)，且快速可視化識別模式或者關(guān)系的多元的統(tǒng)計(jì)分析方法[26]。圖2為以二維散點(diǎn)圖顯示出來的各組樣品的揮發(fā)性成分的PCA圖。其中PC1貢獻(xiàn)率為96.012%，PC2貢獻(xiàn)率為1.439%，兩者之和為97.451%，說明主成分很好的反映原來多指標(biāo)的信息。由圖可以看出，這5組樣品所在的區(qū)域沒有互相重疊，其中35℃與50℃處理的樣品位于PC2軸右側(cè)，65、80、95℃溫度處理的樣品位于PC2軸左側(cè)，并且處理樣品隨溫度升高從右往左依次排列；35℃代表生蝦肉，在PCA圖中與其他組距離遠(yuǎn)，有明顯的差異；95℃代表熟蝦肉，在PCA圖中與其他4組距離較遠(yuǎn)，有非常明顯的差異。圖中35℃和95℃的距離最遠(yuǎn)，說明其揮發(fā)性氣味差異最大；而65℃與80℃的距離較近，說明其揮發(fā)性氣味相似。一般說來，不同加熱溫度會影響風(fēng)味物質(zhì)使氨基酸、核苷酸等小分子風(fēng)味物質(zhì)有所丟失[29]。由此推出，不同溫度處理后的羅氏沼蝦揮發(fā)性氣味存在較大差異。

2.2HS-SPME-GC-MS結(jié)果分析

表1為不同溫度處理后的蝦肉經(jīng)HS-SPMEGC-MS 處理的結(jié)果與分析[30]。在 35、50、65、80、95℃不同溫度條件下羅氏沼蝦的揮發(fā)性成分分別有 27、38、44、47、56 種，隨著溫度的升高，烷烴類揮發(fā)性成分的相對含量顯著升高，大部分醇類揮發(fā)性成分的相對含量明顯降低，部分醛類揮發(fā)性成分的相對含量少許增加，但是烯烴類、醇醛酮類揮發(fā)性成分總的百分含量較少，這與楊陽等[31]研究南美白對蝦結(jié)果相似。烷烴類物質(zhì)賦予蝦肉清甜香的風(fēng)味；醛類物質(zhì)中的壬醛和癸醛賦予蝦青草和脂肪味；酮類物質(zhì)使蝦肉具有甜的花香和果香味，可能是由脂肪氧化或者某些氨基酸分解而得，其中，6，10，14-三甲基-2-十五烷酮（又名植酮），是維生素E醋酸酯的中間體，可作為醫(yī)藥中間體。實(shí)驗(yàn)中檢測出的酯類、酸類及一些芳香族化合物總的相對含量高達(dá)50%以上，酯類化合物通常是通過脂肪代謝生成的羧酸和醇的酯化作用產(chǎn)生的，對蝦肉風(fēng)味貢獻(xiàn)加大[29]。

表1 不同溫度對羅氏沼蝦蝦肉揮發(fā)性成分的影響Table1 Volatile compounds of Macrobrachium rosenbergii meat at different temperatures （SD，n=3）

經(jīng)SPSS處理最小顯著差數(shù)法（LSD法）方差分析結(jié)果可知，大部分重要揮發(fā)性物質(zhì)的差異是顯著的（p＜0.05），進(jìn)一步說明溫度對羅氏沼蝦的揮發(fā)性成分有較大影響；65℃和80℃羅氏沼蝦中檢測到的大部分主要揮發(fā)性成分差異是不顯著的，說明兩者的差別微小，結(jié)果跟電子鼻結(jié)果相吻合；95℃時的風(fēng)味代表熟蝦風(fēng)味。

續(xù)表1

續(xù)表1

羅氏沼蝦蝦肉中烷烴類揮發(fā)性物質(zhì)的種類及其相對含量都隨著溫度的升高有增加的趨勢95℃高溫條件下增加了碳二十及其以上的烷烴，如：二十烷、二十一烷、二十二烷等。

根據(jù)GC-MS結(jié)果，羅氏沼蝦中還檢測出很多醇類物質(zhì)，如雪松醇、2-乙基-1-己醇、4-甲基-1-辛烯-3-醇和鐮葉芹醇等。其中雪松醇是一種倍半萜醇，具有甘甜木香和膏香香氣，氣勢濃而溫和，留香持久；鐮葉芹醇是一類特別的黃酮物質(zhì)，能有效幫助身體吸收更多抗癌物質(zhì)，所以說經(jīng)常吃蝦具有很好的保健功效；這兩種醇對羅氏沼蝦風(fēng)味中的作用還有待通過GC-O等方法確認(rèn)。一般認(rèn)為，醇類化合物由脂肪酸二級氫過氧化物的分解、脂質(zhì)氧化酶對脂肪酸的分解和脂肪的氧化分解生成，或由羰基化合物還原生成醇[32]。此處檢測到的是4-甲基-1-辛烯-3-醇而不是1-辛烯-3-醇，應(yīng)該同樣對羅氏沼蝦的風(fēng)味有著一定的貢獻(xiàn)。隨著溫度的升高，醇類揮發(fā)性物質(zhì)總體的相對含量先上升再下降，醇類的種類也有所增加。這可能是由于溫度升高使部分蛋白質(zhì)或脂肪等降解成小分子醇類物質(zhì)。

與烷烴類和醇類揮發(fā)性物質(zhì)相比，醛類揮發(fā)性化合物有氣味加和作用[33]，極微量存在時也可對蝦肉的總體氣味有較大的影響。醛類具有青香、果香、堅(jiān)果香、奶酪香和甜香[31]，且閾值較低，對羅氏沼蝦的風(fēng)味影響較大。由表1可得，羅氏沼蝦中羰基類揮發(fā)性物質(zhì)的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，其中檢測到小分子物質(zhì)壬醛和癸醛等，有似綠色植物般的青香[34]。隨著溫度升高，慢慢開始出現(xiàn)烯醛類化合物，95℃時出現(xiàn)一些碳原子數(shù)大于10的醛類，如：十四醛、5-十四碳烯醛、（Z）-7-十六碳烯醛、十八醛和 10-十八碳烯醛等。苯甲醛是一種芳香醛，具有令人愉快的香味[29]，不過在羅氏沼蝦中未檢測到該物質(zhì)。推測可能是由于高溫時多不飽和脂肪酸的受熱容易氧化分解產(chǎn)生大量的不同種類的小分子醛類物質(zhì)[35]。在50℃和80℃溫度條件下，檢測到的酮類物質(zhì)相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.59%和2.96%，其他加熱溫度條件下未檢測到酮類物質(zhì)，此原因尚不明確，有待進(jìn)一步證實(shí)。對于肉類物質(zhì)而言，高溫會使肉質(zhì)發(fā)生脂肪氧化和蛋白質(zhì)水解等變化，而脂肪氧化是形成醛、酮、醇類等揮發(fā)性成分的主要途徑之一[29]。

羅氏沼蝦中還檢測出了少量烯烴類和大量芳香族及其他類化合物， 在 35、50、65、80、95 ℃溫度條件下，烯烴類相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.87%、6.4%、3.79%、2.50%、2.12%，芳香族及其他化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)所占比例分別為 64.70%、52.61%、54.38%、61.69%、51.81%。芳香族類閾值較高，低濃度時對風(fēng)味貢獻(xiàn)較小，但從羅氏沼蝦中檢測到的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，因此對其風(fēng)味起到一定的貢獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中檢測到磷酸三丁酯和肉豆蔻酸異丙酯的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)都隨著溫度的升高顯著增加，兩者相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)所占比例分別為：3.11%、19.86%、21.13%、28.34%、29.99%和0.40%、1.34%、1.56%、1.27%、5.65%。磷酸三丁酯可用作溶劑，還常作為增塑劑，稀有金屬的萃取劑等。肉豆蔻酸異丙脂對皮膚有極好的滲透、軟化滋潤等作用，可用作化妝品的乳化劑和潤濕劑。還檢測到蝦肉中含有甲氧基苯基-肟、萘、1-甲基-萘和1-亞乙基-1H-茚等污染物，說明羅氏沼蝦受到環(huán)境污染，此處和電子鼻的檢測結(jié)果也是相似的。不同加熱溫度條件下的相對含量所占百分比分別為：49.34%、2.73%、4.59%、0.43%、0.67%， 它們隨著加熱溫度的增加其相對含量逐漸減少，且差異極顯著，但是結(jié)合不同溫度下?lián)]發(fā)成分有效峰面積的變化，這些污染物揮發(fā)的絕對含量在65℃溫度條件下最高，35℃次之，其它3個溫度差異不大，說明與其他揮發(fā)性成分相比，這些污染物含量受溫度變化影響較小。

2.3 溫度對羅氏沼蝦揮發(fā)性成分有效峰面積的影響

由圖3可知，羅氏沼蝦揮發(fā)性成分的有效峰面積隨溫度的升高呈現(xiàn)先逐漸增加后減少的變化，其中65℃和95℃的有效峰面積值比較接近，在80℃時有效峰面積達(dá)到最大值，可能是由于雖然溫度的升高使蝦肉整體揮發(fā)性物質(zhì)有所增加，但是萃取頭受高溫影響吸附的揮發(fā)性成分卻有所減少，因此當(dāng)溫度升高到一定值時，采用HS-SPME-GC-MS檢測到的揮發(fā)性化合物的有效峰面積先達(dá)到最大值，再下降至一定范圍內(nèi)[36]。這與電子鼻實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果相一致，因此HS-SPME-GC-MS技術(shù)所檢測的結(jié)果在一定程度上反映了不同溫度下羅氏沼蝦蝦肉的揮發(fā)性成分。

圖3 溫度對羅氏沼蝦揮發(fā)性成分有效峰面積的影響Fig.3 Total areas of volatile components of Macrobrachium rosenbergii at different temperatures

3 結(jié)語

電子鼻可以明顯區(qū)分不同溫度下羅氏沼蝦肉的揮發(fā)性成分，揮發(fā)性成分總量隨溫度升高而增大，65℃與80℃時揮發(fā)性風(fēng)味最接近，但是65℃和95℃時揮發(fā)性成分的有效峰面積是相近的，在80℃時達(dá)到最大值。經(jīng)過HS-SPME-GC-MS處理，羅氏沼蝦蝦肉在 35、50、65、80、95 ℃溫度下分別確定出了 27、38、44、47、56 種物質(zhì)， 且揮發(fā)性物質(zhì)隨溫度升高也增多，這與電子鼻結(jié)果是吻合的。35℃時羅氏沼蝦蝦肉可視為生蝦肉，檢測到的揮發(fā)性成分主要表現(xiàn)出生蝦肉風(fēng)味。新鮮風(fēng)味的醇醛類占大多數(shù)，代表羅氏沼蝦的新鮮程度的化合物如壬醛、癸醛、2-己基-1-癸醇等占有很大一部分比例。65、80℃時表示生蝦向熟蝦的轉(zhuǎn)變，95℃時羅氏沼蝦已熟制，其烷烴類揮發(fā)性物質(zhì)的相對含量與種類都呈顯著性增加；醇類化合物相對含量先有所增加后減少；其中一些長碳鏈飽和醛類物質(zhì)相對含量明顯增加，如十一醛、十四醛和十八醛等。