不同收割期壇紫菜揮發性成分分析

應苗苗，施文正*，劉恩玲

(1.溫州科技職業學院，浙江 溫州 325000；2.上海海洋大學食品學院，上海 201306)

不同收割期壇紫菜揮發性成分分析

應苗苗1，施文正2,*，劉恩玲1

(1.溫州科技職業學院，浙江 溫州 325000；2.上海海洋大學食品學院，上海 201306)

通過電子鼻和SPME-GC-MS方法對不同收割期的壇紫菜的揮發性成分進行分析，電子鼻實驗表明不同收割期的壇紫菜揮發性成分差異明顯；SPME萃取壇紫菜的揮發性成分，通過GC-MS分別從一水、二水、三水和四水壇紫菜中分離鑒定出35、38、51和55種化合物，其中以醛酮類和烷烴類為主，8-十七烯、壬醛和己醛是壇紫菜中主要的揮發性物質；實驗結果還表明一水和二水壇紫菜揮發性成分變化較小，質量較穩定，三水和四水壇紫菜揮發性變化較大，因此一水和二水壇紫菜適宜開發作為食品。

壇紫菜；電子鼻；SPME-GC-MS；揮發性成分；收割期

紫菜的經濟價值很高，僅中、日、韓3國的紫菜年產值就超過了20億美元。在中國大陸被大規模栽培的紫菜有壇紫菜(Porphyra haitanensis)和條斑紫菜(P. yezoensis)，其中壇紫菜系暖溫帶性海藻，在我國東南沿海均有分布，是福建省和浙江省重要的經濟紅藻，其年產量約占全國紫菜產量的75%，因此它在中國的紫菜產業中占有十分重要的位置[1]。一般壇紫菜可以分四次收割，即俗話說的“頭水”、“二水”、“三水”、“四水”，風味方面，一般越往后營養價值降低，口味變差，“四水”以下壇紫菜一般不宜于食用[2-3]。

固相微萃取技術(solid phase microextraction，SPME) 是20世紀90年代出現的樣品處理方法，是一種集萃取、濃縮、解吸于一體的樣品前處理技術，具有方便、快捷、樣品用量少、不使用有機溶劑等特點，同時避免了樣品中不穩定成分的氧化、分解等問題，能夠與氣相或液相色譜儀聯用[4-6]。電子鼻是一個新穎的分析、識別和檢測復雜嗅味和揮發性成分的傳感器陣列形式的電化學傳感系統[7-10]，不僅可以根據各種不同的氣味測到不同的信號，而且可以將這些信號與經訓練后建立的數據庫中的信號加以比較，進行判斷識別，因而具有類似鼻子的功能，從而在生產實踐中得到了廣泛的應用。

紫菜產品一般都對風味有較大的要求，而不同收割期的紫菜的揮發性成分具有的差異使開發紫菜產品具有較大難度和不確定性。本實驗采用電子鼻和SPME-GCMS對產自洞頭縣的壇紫菜的揮發性成分進行分析，并對不同收割期壇紫菜間揮發性成分進行比較，旨在為不同收割期的壇紫菜的分類加工提供指導，并豐富風味化學的理論研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

壇紫菜樣品由浙江省溫州星貝海藻食品有限公司提供，品種為申福1號，采自浙江省洞頭縣東海海域。

1.2 儀器與設備

FOX-4000電子鼻 法國Alpha MOS公司；固相微萃取裝置[手動進樣手柄、萃取頭(聚二甲基硅氧烷/二乙烯苯(PDMS/DVB)，涂層厚度65μm)] 美國Supelco公司；GC 6890-MS5975氣質聯用儀 美國Agilent公司。

1.3 樣品制備方法

1.3.1 電子鼻法

分別準確稱取經攪碎的壇紫菜2.0g，加2.0mL 0.18 g/mL NaCl溶液，勻漿后置于10mL進樣瓶中。

1.3.2 HS-SPME法[11]

分別準確稱取經攪碎的壇紫菜2.5g，加2.5mL 0.18 g/mL NaCl溶液，勻漿后置于含有微型攪拌子的15mL頂空瓶中，然后進行固相微萃取。

1.4 實驗條件

1.4.1 電子鼻條件

樣品溫度4.0℃，清洗時間120s，測樣時間600s；載氣：合成干燥空氣；流速：150mL/min；頂空產生參數：產生時間600s、產生溫度60℃、攪動速度500r/min；頂空注射參數：注射體積2500μL、注射速度2500μL/s、注射針總體積2.5mL、注射針溫度70℃；獲取參數：獲取時間120s、延滯時間600s。每個樣品均在上述條件下重復分析5次。

1.4.2 頂空固相微萃取條件

采用65μm PDMS/DVB萃取頭，萃取溫度60℃，萃取時間40min，0.18g/mL NaCl溶液，磁力攪拌，選用中速(500～700r/min)。

1.4.3 色譜條件

色譜柱：DB-35彈性毛細管柱(30m×0.25mm，0.25μm)；程序升溫：柱初溫40℃，保持2min，以5℃/min升至150℃，保持2min，以10℃/min升至230℃，保持10min；進樣口溫度250℃；載氣(He)流量1.0mL/min；解吸時間5min，解吸溫度250℃。不分流模式進樣。

1.4.4 質譜條件

傳輸線溫度280℃；離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；電子能量70eV；質量掃描范圍：m/z 35～350。揮發性成分通過NIST 02質譜數據庫確認定性。

1.5 數據處理

1.5.1 電子鼻數據處理

用主成分分析(principal component analysis，PCA)對實驗數據進行分析。

1.5.2 GC-MS數據處理

實驗數據處理由Xcalibur軟件系統完成。揮發性成分通過NIST和Wiley譜庫確認定性，且僅當正反匹配度均大于800(最大值為1000)的鑒定結果才予以報道。通過Excel數據處理系統，按面積歸一化法求得各化學成分在壇紫菜揮發性成分中的相對含量。

2 結果與分析

2.1 電子鼻法分析不同收割期壇紫菜的揮發性成分

2.1.1 不同壇紫菜響應值的比較

圖1 不同壇紫菜的響應值比較Fig.1 Comparison on response values of laver harvested in different time points

從圖1可以看出，檢測每個樣品的傳感器響應強度的最大值均達到了0.5以上，滿足了對電子鼻檢測樣品的響應值要求；除傳感器TA/2和T40/1響應值十分接近外，LY2/LG傳感器例外(二水最大，然后依次為四水、三水及一水)，大部分傳感器的響應值均為四水壇紫菜最大，三水壇紫菜次之，然后是兩水紫菜和一水壇紫菜，說明隨收割期的延后揮發性成分總量增加；從圖中還可以看出一水和二水壇紫菜的揮發性成分精確度較好，即揮發性成分變化差異小，因此適宜加工為產品，這樣產品的風味容易控制；而三水和四水壇紫菜揮發性成分變化差異就較大，這樣生產的產品風味就可能差異較大，產品質量較難控制，因此實際生產中多采用一水和二水壇紫菜作為原料。

2.1.2 不同收割期壇紫菜的主成分分析

主成分分析(PCA)是一種設法將原來指標重新組合成一組新的互相無關的幾個綜合指標來代替原來指標，同時根據實際需要從中可去除幾個較少的綜合指標，以盡可能多地反映原來指標，通過改變坐標軸來達到區分樣品目的的分析方法。經PCA分析所得的圖主要是以二維散點圖來顯示，其中PCA1和PCA2包含了在PCA轉換中所得到的第一主成分和第二主成分的貢獻率。貢獻率越大，說明主要成分可以較好的反映原來多指標的信息。一般情況下，PCA1+PCA2即總貢獻率超過70%～85%的方法即可使用[12-13]。收割期壇紫菜PCA分析結果見圖2。

圖2 不同壇紫菜的電子鼻PCA分析結果Fig.2 PCA of response values determined by electronic nose in laver harvested in different time points

PCA分析結果圖2中所顯示的判別指數(DI)，是對選定目標的判別質量給出一個評價，通過計算各個組之間的表面積和每個組的表面積得到的。判別指數為正，說明各個組之間互相獨立，且最大值100，越接近100說明效果越好。判別指數為負，說明各組間重疊。本實驗的DI為53，說明電子鼻可以較好的區分不同收割期的壇紫菜。

2.2 SPME-GC-MS分析壇紫菜揮發性物質

2.2.1 不同壇紫菜的GC-MS總離子峰圖

不同壇紫菜揮發性成分的GC-MS色譜圖如圖3所示，總離子峰圖表明HS-SPME法可以較好的吸附壇紫菜樣品中的揮發性成分，并可以通過 GC-MS對揮發性成分進行分析檢測。

2.2.2 不同壇紫菜揮發性成分的鑒定

圖3 不同收割期壇紫菜揮發性成分總離子峰圖Fig.3 Total ion current of volatile compounds in laver harvested in different time points

表1 不同收割期壇紫菜揮發性成分的含量比較Table1 Contents of volatile components in laver harvested in different time points

經NIST圖庫檢索以及文獻參考確認[11,14-15]，一水壇紫菜確定出35種揮發性物質，二水壇紫菜確定出38種，三水壇紫菜確定出51種，四水壇紫菜確定出55種揮發性物質，其中33種為4種紫菜共有的揮發性化合物。由于各收割期紫菜的揮發性成分中均有少量物質未定性，因此按面積歸一化法求得各收割期紫菜中確定的揮發性成分分別占各自有效總揮發性成分的百分含量為97.01%、97.69%、95.43%和96.72%；按面積歸一化法求得各化學成分在不同收割期壇紫菜揮發性成分中的相對含量的具體結果見表1。

從表1可以看出，在確認的揮發性物質中，羰基化合物和烴類化合物為壇紫菜的主要揮發性化合物。與其他水產品的氣味成分多由揮發性羰基化合物和醇組成不同[16-18]，揮發性羰基化合物所產生原生的、濃郁的香味，而揮發性醇所產生品質較為柔和的氣味[19]，烴類中主要是以8-十七碳烯為最主要揮發性化合物，二氫獼猴桃內酯含量也較高。一般來說羰基化合物的閾值較低，因此對氣味貢獻較大，這些醛類物質通常被認為是紅藻特征性風味的主要貢獻物質，可能是以C18與C20不飽和脂肪酸為底物的酶反應生成的[20-22]；而醇類的閾值就稍高，因此只有高含量的醇類才會對氣味產生較大的影響；而烴類的閾值就更加高些，因此對于氣味貢獻就更小，除非含量很高，而對于壇紫菜來說，8-十七碳烯含量就很高，因此其對壇紫菜的氣味的影響應比較大，8-十七碳烯是酶促反應生成的一類化學感應物質，作為生物信息素在愈傷中起到一定的作用[22]。結合含量和閾值來說，8-十七碳烯、壬醛和己醛是壇紫菜中主要的揮發性物質，4-(2,6,6-三甲基-1-環己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮、4-(2,6,6-三甲基-2-環己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮、辛醛、2,3-辛二酮、2,6-壬二烯醛、2,4-壬二烯醛、庚醛、2-辛烯醛、2,4,6-三甲基-1-環己烯-1-甲醛等醛酮類物質和1-辛烯-3-醇、1-辛醇、二氫獼猴桃內酯等對壇紫菜的氣味也有較大貢獻。

2.3 不同壇紫菜揮發性成分的比較

從電子鼻實驗可以得出不同收割期的壇紫菜揮發性成分差異明顯，可以用電子鼻區分，從響應值來看，隨著收割期的延后，揮發性成分的總量增加；從響應值和PCA結果還可以得出一水壇紫菜的質量最好，其平行樣本間差異較小，因此采用一水壇紫菜作出的產品風味的穩定性較好，產品質量容易控制，相對來說二水壇紫菜要稍差些，但差異只是比一水壇紫菜稍大；而三水壇紫菜間差異就非常明顯，四水壇紫菜間的差異較三水要小些，但也比一水和二水大許多。

而GC-MS的結果也說明了類似的問題，總體來說一水和二水壇紫菜的相對含量的標準偏差要小，三水和四水壇紫菜的標準偏差較大。從揮發性成分的數量來說，隨著收割期的延后，揮發性化合物的種類也增多，并且一水和二水壇紫菜的揮發性成分以羰基化合物為主，烴類雖然8-十七碳烯含量也很高，但是除羰基化合物和醇類外，烴類數量很少，只有8-十七碳烯、3,4-二甲基-2,4-己二烯兩種，三水和四水壇紫菜中化合物的種類羰基化合物和醇類只是少量增加，最主要的是增加許多烴類及其他揮發性物質，這些物質可能是引起三水和四水壇紫菜氣味不穩定的原因。當然對于紫菜的氣味研究還應當結合感官分析，本實驗主要通過電子鼻和SPME-GC-MS客觀上分析了不同收割期壇紫菜的揮發性成分差異，壇紫菜的特征(關鍵)揮發性成分還應當結合感官分析等進一步確定，但是從揮發性成分含量及閾值來說，8-十七碳烯、壬醛、己醛、4-(2,6,6-三甲基-1-環己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮、4-(2,6,6-三甲基-2-環己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮、辛醛、2,3-辛二酮、2,6-壬二烯醛、2,4-壬二烯醛、庚醛、2-辛烯醛、2,4,6-三甲基-1-環己烯-1-甲醛等醛酮類物質和1-辛烯-3-醇、1-辛醇、二氫獼猴桃內酯等化合物將是研究壇紫菜的特征(關鍵)揮發性成分的重點對象。具體上述物質在壇紫菜氣味中所發揮的作用還有待于進一步的研究。

3 結 論

3.1 通過電子鼻檢測分析，不同收割期的壇紫菜揮發性成分差異明顯，可以被電子鼻區分，且隨收割期的延后揮發性成分總量增加，可以利用電子鼻儀器對不同收割期(或品質)的壇紫菜進行鑒別。

3.2 通過GC-MS分析，鑒定出35、38、51、55種化合物，通過歸一化法求出鑒定的成分分別占有效峰面積的97.01%、97.69%、95.43%、96.72%，其中以醛酮類和烷烴類為主，8-十七碳烯、壬醛和己醛是壇紫菜中主要的揮發性物質。

3.3 不同收割期紫菜揮發性成分的穩定程度GC-MS實驗結果與電子鼻結果趨于一致，總體來說一水和二水壇紫菜的揮發性成分差異較小；三水和四水間的紫菜揮發性成分差異較大，因此從產品質量穩定的角度來說，壇紫菜產品宜采用一水和二水壇紫菜作為原料。

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Analysis of Volatile Components in Laver Harvested in Different Time Points

YING Miao-miao1，SHI Wen-zheng2,*，LIU En-ling1
(1. Wenzhou Vocational College of Science & Technology, Wenzhou 325000, China；2. College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

In this study, volatile components in laver were identified by electronic nose and SPME-GC-MS. Results indicated that electronic nose could discriminate the volatile components in laver harvested in different time points and SPME could effectively extract the volatile components from laver. According to the analysis of GC-MS, 35, 38, 51 and 55 kinds of volatile compounds were identified in laver harvested in the first, second, third and fourth time, respectively. Among these compounds, volatile carbonyl compounds and alkanes such as 8-heptadecene, nonanal and hexanal were the major volatile compounds in laver. Moreover, compared with the laver harvested in the third and fourth time, the quality of laver was more stable and less change of odor was observed in laver harvested in first and second time. Therefore, the laver harvested in first and second time is suitable for food development.

laver；electronic nose；SPME-GC-MS；volatile component；harvest time point

TS254.1

A

1002-6630(2010)22-0421-06

2010-06-30

應苗苗(1983—)，女，講師，碩士，主要從事食品科學研究。E-mail：mmying0120@163.com

*通信作者：施文正(1975—)，男，講師，博士，主要從事水產品加工及風味研究。E-mail：wzshi@shou.edu.cn