基于電子舌和氣相色譜-離子遷移譜分析壇紫菜與條斑紫菜的風(fēng)味特征

曹 榮，胡夢月，譚志軍,3，王聯(lián)珠，劉 淇,*

（1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東 青島 266071；2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點國家實驗室海洋藥物與生物制品功能實驗室，山東 青島 266235；3.大連工業(yè)大學(xué) 海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，遼寧 大連 116034）

紫菜屬于紅藻門（Rhodophyta）、原紅藻綱（Protoflorideophyceae）、紅毛菜目（Bangiales）、紅毛菜科（Bangiaceae），是全世界尤其是亞洲區(qū)域一種重要的經(jīng)濟藻類[1]。壇紫菜（Porphyrahaitnensis）和條斑紫菜（P. yezoensis）是我國最主要的兩大紫菜養(yǎng)殖品種。其中，壇紫菜的主產(chǎn)區(qū)在南方，以福建產(chǎn)壇紫菜最為有名；而條斑紫菜主要產(chǎn)自北方地區(qū)。壇紫菜和條斑紫菜在遺傳[2]、育種[3]、養(yǎng)殖[4]以及營養(yǎng)[5]等方面的異同及其產(chǎn)生機制一直是科研工作者的研究熱點。

紫菜具有的獨特風(fēng)味是其深受消費者喜愛的最主要原因[6]。水產(chǎn)品的風(fēng)味主要由滋味和氣味兩個方面構(gòu)成[7]。滋味物質(zhì)大多具有水溶性和非揮發(fā)性的特點，分子質(zhì)量一般較低，如游離氨基酸、呈味核苷酸、有機酸、無機離子以及一些呈味肽等[8]。目前有關(guān)水產(chǎn)品滋味的研究主要集中在水產(chǎn)動物原料[9-12]，有關(guān)經(jīng)濟藻類滋味的研究還較少。在水產(chǎn)品揮發(fā)性氣味物質(zhì)研究方面，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、氣相色譜-吸聞法以及電子鼻是目前普遍采用的方法，國內(nèi)外學(xué)者運用這些技術(shù)手段在水產(chǎn)品揮發(fā)性成分研究方面取得了重要進(jìn)展[13-16]。氣相色譜-離子遷移譜法是近年來新興的一種分析方法，具有選擇性好、靈敏度高、分析速度快、體積小、能耗低等優(yōu)點，為水產(chǎn)品揮發(fā)性成分的檢測提供了一種更為便捷的技術(shù)手段[17-18]。已有研究證實，生長海域、采收期等因素對紫菜氣味組成有顯著影響[19-21]，而有關(guān)壇紫菜和條斑紫菜特征性揮發(fā)性物質(zhì)的對比研究還較少。

本實驗以采自福建漳州海域的壇紫菜和采自山東半島靖海灣的條斑紫菜為研究對象，采用電子舌、氣相色譜-離子遷移譜儀等技術(shù)手段對其滋味和氣味物質(zhì)進(jìn)行分析，以期了解不同品種紫菜的品質(zhì)特點，為其加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

壇紫菜樣品由福建省遠(yuǎn)揚藻業(yè)有限公司提供，2017年1月采集自福建省漳州海域。條斑紫菜由威海市科藍(lán)海洋科技有限公司提供，2017年1月采集自山東省靖海灣海域。上述兩份紫菜樣品均為“頭水”紫菜（紫菜在一個養(yǎng)殖周期內(nèi)可以收割多次，首次采收的稱為頭水或一水紫菜，后續(xù)采收的依次稱作二水、三水等），樣品采收后，在生產(chǎn)車間經(jīng)初次清洗、切割、二次清洗、調(diào)和、制餅、脫水、烘干、分級、包裝等工序加工成干紫菜。隨機采集該生產(chǎn)批次的干紫菜樣品，粉碎后真空包裝，于低溫干燥的條件下保存?zhèn)溆谩?/p>

氨基酸混樣標(biāo)準(zhǔn)品、腺苷酸（adenosine monophosphate，AMP）、肌苷酸（inosine monophosphate，IMP）、鳥苷酸（guanosine monophosphate，GMP）（純度＞99%） 美國Sigma公司；鹽酸、磺基水楊酸、檸檬酸、乙酸、氯化鉀（均為分析純） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TS-5000Z型味覺分析系統(tǒng) 日本Insent公司；FlavourSpec?氣相色譜-離子遷移譜儀 德國G.A.S.公司；L-8800型氨基酸自動分析儀 日本日立公司；1260型高效液相色譜儀 美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 游離氨基酸測定

樣品前處理采用磺基水楊酸法，準(zhǔn)確稱取粉碎的紫菜樣品5.0 g，用0.01 mol/L的鹽酸浸提30 min，過濾；取5 mL濾液于離心管中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的磺基水楊酸5 mL，靜置20 min后8 000 r/min離心10 min；取上清液，過0.45 μm濾膜后上機。參照GB 5009.124—2016《食品中氨基酸含量的測定》[22]，采用氨基酸自動分析儀進(jìn)行測定。

1.3.2 呈味核苷酸測定

取樣品5.0 g，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的過氯乙酸溶液25.0 mL均質(zhì)，離心后收集上清液，中和至pH 6.5，過0.45 μm濾膜，收集濾液。濾液用高效液相色譜儀進(jìn)行測定，進(jìn)樣量10 μL，C18色譜柱，流動相為檸檬酸（20.0 mmol/L）、乙酸（20.0 mmol/L）、三乙胺（40.0 mmol/L）混合溶液，流速0.8 mL/min，檢測波長260 nm。通過比對標(biāo)準(zhǔn)化合物色譜圖確定AMP、IMP、GMP含量。

1.3.3 滋味活性值計算

滋味活性值（taste active value，TAV）按照式（1）[23]計算：

1.3.4 味精當(dāng)量計算

味精當(dāng)量（equivalent umami concentration，EUC）以谷氨酸單鈉（monosodium glutamate，MSG）計算，公式[23]如下：

式中：1 218為協(xié)同作用常數(shù)；ai為鮮味氨基酸的含量/（g/100 g），以MSG計算；bi為鮮味氨基酸相對于MSG的鮮味系數(shù)（Glu為1.0；Asp為0.077）；aj為呈味核苷酸的含量/（g/100 g）；bj為呈味核苷酸相對于IMP的鮮味系數(shù)（IMP為1.0；AMP為0.18；GMP為2.3）。

1.3.5 電子舌檢測

取5.0 g紫菜干粉，加入100 mL加熱至沸騰的去離子水，浸泡5 min后3 000 r/min離心10 min，取上清液，冷卻至室溫后上機檢測。采用TS-5000Z型電子舌，加載鮮、咸、苦、澀、酸5 種傳感器電極，按照默認(rèn)程序進(jìn)行檢測。以氯化鉀和酒石酸混合溶液模擬人體唾液，并作為參比溶液。每個樣品檢測6 次，采用設(shè)備自有數(shù)據(jù)庫及軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.3.6 揮發(fā)性成分檢測

取0.5 g紫菜干粉置于20 mL頂空進(jìn)樣瓶中，孵化溫度設(shè)置為60 ℃，10 min后進(jìn)樣氣相色譜-離子遷移譜儀進(jìn)行檢測。通過比對氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫與離子遷移時間數(shù)據(jù)庫對采集到的揮發(fā)性成分進(jìn)行定性，采用設(shè)備自帶的LAV軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使用Gallery Plot功能繪圖。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 游離氨基酸與呈味核苷酸含量

游離氨基酸對水產(chǎn)品的滋味形成有重要貢獻(xiàn)[9]。壇紫菜和條斑紫菜的游離氨基酸組成情況及其對應(yīng)的TAV見表1。壇紫菜的游離氨基酸總量為3 497.08 mg/100 g，含量較高的種類依次是Arg、Glu、Ala、His和Asp。Glu和Asp是鮮味氨基酸，二者總量達(dá)到1 040.06 mg/100 g，占游離氨基酸總量的29.7%，是壇紫菜鮮味的重要來源。條斑紫菜的游離氨基酸總量為4 237.62 mg/100 g，極顯著高于壇紫菜（P＜0.01），在氨基酸比例方面與壇紫菜也有所不同。條斑紫菜中含量較高的種類依次是Ala、Glu、Asp和Val，其中鮮味氨基酸總量為1 686.76 mg/100 g，占游離氨基酸總量的39.8%。2 種紫菜在游離氨基酸組成和含量方面的差異與品種、生長環(huán)境有關(guān)[24]。呈味物質(zhì)的量及其味道閾值共同決定了其滋味強度，通常用TAV表示[25]。TAV越大，對滋味的貢獻(xiàn)度越大。壇紫菜中對滋味貢獻(xiàn)大的氨基酸依次是Glu（鮮味）、Arg（苦/甜）、His（苦）和Ala（甜）。條斑紫菜中對滋味貢獻(xiàn)大的氨基酸為Glu（鮮味）和Ala（甜）。

表1 壇紫菜與條斑紫菜游離氨基酸組成Table 1 Compositions of free amino acids in P. haitanensis and P. yezoensis

AMP、IMP和GMP是呈鮮味的核苷酸，其在壇紫菜和條斑紫菜中的含量及其對應(yīng)的TAV見表2。壇紫菜中未檢測到AMP，條斑紫菜中AMP含量為22.18 mg/100 g，但對應(yīng)的TAV僅為0.44，說明AMP對紫菜的滋味貢獻(xiàn)不大。壇紫菜的IMP和GMP含量均極顯著高于條斑紫菜（P＜0.01），對應(yīng)的TAV也較大。呈味核苷酸與鮮味氨基酸可產(chǎn)生鮮味協(xié)同效應(yīng)，這種交互作用可以用EUC衡量[23]。經(jīng)計算，壇紫菜和條斑紫菜的EUC分別為382.26 g/100 g和316.94 g/100 g，說明壇紫菜的鮮味強度較條斑紫菜更高，且該差異主要是由呈味核苷酸造成。

表2 壇紫菜與條斑紫菜呈味核苷酸含量Table 2 Contents of flavor nucleotides in lavers and their TAVs

2.2 基于電子舌的紫菜滋味輪廓

圖1是采用電子舌繪制的壇紫菜與條斑紫菜的滋味輪廓。雷達(dá)圖中坐標(biāo)軸標(biāo)注的是味道強度值，該值是電子舌基于Weber-Fechner定律將呈味物質(zhì)20%的強度變化定義為一個味道單位。以參比溶液對應(yīng)的值作為無味點（0點），紫菜的酸味值在無味點以下，澀味回味和苦味回味對應(yīng)的值與無味點接近，表明酸味、澀味回味和苦味回味對紫菜的滋味基本無貢獻(xiàn)。鮮味、鮮味回味、咸味、苦味和澀味均在無味點以上，共同構(gòu)成紫菜的滋味。

鮮味和鮮味回味是紫菜最重要的滋味特征。壇紫菜和條斑紫菜的鮮味值分別為7.27和6.31，具有顯著差異（P＜0.05），這與EUC的分析結(jié)果一致。鮮味回味指鮮味的持久性和豐富程度，不僅與呈味物質(zhì)的量有關(guān)，與種類也密切相關(guān)。壇紫菜和條斑紫菜的鮮味回味有極顯著差異（P＜0.01），這可能主要與兩種紫菜游離氨基酸以及呈味核苷酸的組成差異有關(guān)?？辔逗蜐兑彩亲喜俗涛兜闹匾M成部分。壇紫菜的苦味值和澀味值均極顯著高于條斑紫菜（P＜0.01），這可能與壇紫菜含有較多的Arg和His有關(guān)?？傮w上，壇紫菜的鮮味、鮮味回味等令人愉悅的滋味強度更高，但同時苦味、澀味值也較大，在滋味方面比條斑紫菜更為豐富。

圖1 基于電子舌的壇紫菜與條斑紫菜滋味輪廓Fig. 1 Taste profiles of P. haitanensis and P. yezoensis as determined byelectronic tongue

2.3 揮發(fā)性成分

采用氣相色譜-離子遷移譜儀可以從紫菜中分離并鑒定出36 種揮發(fā)性物質(zhì)，包括11 種醇類、8 種醛類、5 種酮類、5 種酸類、3 種酯類以及酚類、硫醚類、呋喃類、吡咯類各1 種，結(jié)果見圖2。

壇紫菜和條斑紫菜的揮發(fā)性成分含量有明顯差異。壇紫菜的揮發(fā)性物質(zhì)總體含量相對較低，這與壇紫菜氣味清淡的現(xiàn)象一致。壇紫菜中僅丁酮、丁二酮、2-乙基呋喃、丙醛、丙酮的含量顯著高于條斑紫菜，其中酮類化合物的閾值一般較高[17]，2-乙基呋喃可呈現(xiàn)出豆香或麥芽香，但同樣閾值較高（8 000 μg/kg）[26]，因此這2 類物質(zhì)對氣味貢獻(xiàn)較小。丙醛具有青草氣味或可可香氣，且閾值較低（37 μg/kg）[27]，對壇紫菜的氣味有較大貢獻(xiàn)。

條斑紫菜的揮發(fā)性物質(zhì)總體含量相對較高，這與其氣味更為濃郁的現(xiàn)象一致。條斑紫菜中的香茅醇、氧化芳樟醇、正己醇、丁內(nèi)酯等含量顯著高于壇紫菜，然而飽和醇類和酯類的閾值一般較高，因此這些成分對條斑紫菜的氣味貢獻(xiàn)不大[28]。醛類化合物閾值一般較低，又具有疊加效應(yīng)，往往在食品風(fēng)味中起重要作用[29]。條斑紫菜中苯乙醛（閾值為4.0 μg/kg）、壬醛（閾值為1.0 μg/kg）含量相對較高，其中苯乙醛可產(chǎn)生青草香或花香，壬醛具有蠟香、甜橘香或脂肪香氣，對條斑紫菜的整體愉悅氣味有較大貢獻(xiàn)。

圖2 壇紫菜與條斑紫菜的氣味指紋圖譜Fig. 2 Major volatile components in P. haitanensis and P. yezoensis identified by GC-IMS

3 討 論

隨著社會的進(jìn)步和經(jīng)濟的發(fā)展，消費者對食品的需求已不再僅滿足于營養(yǎng)、安全，對食品風(fēng)味有了更高的追求。在對食品風(fēng)味進(jìn)行評價時，感官評定直觀、快速，但易受主觀因素的影響。采用生化指標(biāo)檢測的方法，結(jié)果準(zhǔn)確、客觀，但過程相對繁瑣。近年來，以快捷、準(zhǔn)確、無損為特征的食品品質(zhì)評價新技術(shù)得以快速發(fā)展，如電子舌、電子鼻等[30-31]。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、氣相色譜-吸聞法、氣相色譜-質(zhì)譜/吸聞法等是目前研究水產(chǎn)品揮發(fā)性成分通常采用的技術(shù)手段[32-34]。這些方法存在檢測時間長、設(shè)備昂貴、維護(hù)成本高等缺點。本實驗中采用的氣相色譜-離子遷移譜法具有選擇性和靈敏度高、分析速度快、設(shè)備體積小、能耗低等優(yōu)點。此外，由于離子遷移譜是基于離子的移動性而不是質(zhì)量進(jìn)行分離，因此可以很好地分辨出質(zhì)量相同但結(jié)構(gòu)不同的化合物。

經(jīng)濟藻類特有的風(fēng)味正逐漸引起國內(nèi)外科研工作者的關(guān)注。目前研究主要集中在揮發(fā)性物質(zhì)方面，如Miyasaki等[35]研究發(fā)現(xiàn)高品質(zhì)的紫菜中辛醛含量普遍較高；應(yīng)苗苗等[19]研究發(fā)現(xiàn)不同采收期壇紫菜的揮發(fā)性成分有顯著差異；李微等[20]認(rèn)為壇紫菜的揮發(fā)性成分與養(yǎng)殖海域有密切關(guān)系等。本實驗對壇紫菜和條斑紫菜的氣味成分進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)條斑紫菜總的揮發(fā)性物質(zhì)更為豐富，尤其是苯乙醛、壬醛等低閾值的醛類化合物含量極顯著高于壇紫菜（P＜0.01），這與Miyasaki等[35]的研究結(jié)果基本一致。壇紫菜和條斑紫菜在揮發(fā)性成分方面的差別不僅與品種有關(guān)，南、北海域不同的溫度、鹽度、光照強度等生態(tài)環(huán)境條件也是重要的影響因素。

目前有關(guān)紫菜滋味方面的研究還較少。本實驗采用電子舌技術(shù)繪制了壇紫菜和條斑紫菜的滋味輪廓，并通過檢測游離氨基酸、呈味核苷酸等成分探究了兩種紫菜在鮮味方面存在差異的原因。本實驗使用的TS-5000Z型電子舌是目前國際上為數(shù)不多的商品化味覺分析系統(tǒng)之一[36]。該系統(tǒng)加載具有選擇特異性的人工脂膜傳感器，通過檢測各種滋味化合物與脂膜之間的靜電或疏水作用產(chǎn)生的膜電勢的變化，實現(xiàn)對滋味的量化評價。電子舌在食品工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如不用產(chǎn)品之間的風(fēng)味對比、產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量控制等[16,37]。然而，水產(chǎn)品的滋味形成機制比較復(fù)雜，不僅與呈味物質(zhì)的種類和含量有關(guān)，不同類別的化合物之間可能存在的相互作用對滋味也有很大影響。另外，電子舌目前還無法將與人類味覺相關(guān)的所有感官、生理和心理因素整合到單一的分析程序中。因此，在對食品進(jìn)行滋味分析時仍需結(jié)合感官評定、滋味物質(zhì)的定性定量分析等多種手段進(jìn)行綜合評價。

4 結(jié) 論

壇紫菜和條斑紫菜在滋味方面存在顯著差異，壇紫菜的整體滋味更為豐富，鮮味、鮮味回味、苦味、澀味的強度值均高于條斑紫菜，這與游離氨基酸、呈味核苷酸以及EUC的分析結(jié)果基本一致。2 種紫菜在氣味方面同樣差異明顯，條斑紫菜中氣味物質(zhì)的總體含量更高，尤其是苯乙醛、壬醛等低閾值的化合物對其整體愉悅氣味有較大貢獻(xiàn)。在研發(fā)或生產(chǎn)紫菜產(chǎn)品時，應(yīng)充分考慮不同品種原料的風(fēng)味特點，實現(xiàn)紫菜資源的高值化、高質(zhì)化利用。