魷魚(yú)絲氧化三甲胺熱分解模擬體系的研究

靳 肖，周德慶，孫 永

(1.中國(guó)海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266003; 2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島266071)

魷魚(yú)絲氧化三甲胺熱分解模擬體系的研究

靳 肖1，2，周德慶2，*，孫 永2

(1.中國(guó)海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266003; 2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島266071)

以氧化三甲胺為底物，添加鐵(Ⅱ)，建立了魷魚(yú)絲氧化三甲胺體外模擬體系，研究了加熱溫度、加熱時(shí)間和pH對(duì)氧化三甲胺(TMAO)熱分解作用的影響，同時(shí)與魷魚(yú)絲水提液中氧化三甲胺熱分解規(guī)律進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，隨著溫度升高，氧化三甲胺熱分解反應(yīng)越劇烈;在加熱30min后，甲醛(FA)和二甲胺(DMA)的生成量基本穩(wěn)定;當(dāng)pH為5.0時(shí)，鐵(Ⅱ)對(duì)氧化三甲胺熱分解的促進(jìn)作用最明顯，為今后研究控制非酶途徑產(chǎn)生甲醛提供理論參考和技術(shù)支持。

氧化三甲胺，鐵，熱分解，模擬體系，甲醛

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試魷魚(yú)絲樣品 青島某公司產(chǎn)品，于2009年3月29日生產(chǎn)，以及市面上購(gòu)買(mǎi)的5種不同廠家的魷魚(yú)絲，用粉磨機(jī)打碎備用;氧化三甲胺 Fluka公司; Trisbase Biosharp公司;甲醛標(biāo)準(zhǔn)液(10.8mg/kg) 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院;其余試劑 均為分析純。

BP221S電子分析天平 西法賽多利斯公司;粉磨機(jī) 佛山市順德區(qū)方勝電器實(shí)業(yè)有限公司; DELTA 320 pH計(jì) 梅特勒;T-18 basic勻漿機(jī)IKA;SZ-1型快速混勻器 江蘇金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠;HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋 國(guó)華電器有限公司;723A可見(jiàn)光分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 魷魚(yú)絲水提液的制備 稱(chēng)取秘魯魷魚(yú)絲粉末10g，加入100g蒸餾水，浸泡2h，過(guò)濾，濾液備用。

1.2.2 TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系的制備 配制2mmol/L FeCl2、20mmol/L TMAO、20mmol/L Trisbase -醋酸pH7.0緩沖液，備用。

1.2.3 不同加熱溫度對(duì)TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系的影響 將模擬體系溶液分裝于具塞試管中，再置于水浴鍋中，分別于不同溫度(20～100℃)下反應(yīng)20min，測(cè)定FA和DMA含量，每個(gè)反應(yīng)溫度做3個(gè)平行。

1.2.4 不同加熱時(shí)間對(duì)TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系的影響 將模擬體系溶液分裝于具塞試管中，再置于100℃水浴中反應(yīng)不同時(shí)間(0～60min)，測(cè)定FA和DMA含量，每組做3個(gè)平行。

1.2.5 不同初始pH對(duì)TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系的影響 對(duì)模擬體系溶液的pH進(jìn)行調(diào)節(jié)(pH3～10)，然后將不同pH模擬體系溶液分裝于具塞試管中，100℃加熱30min，測(cè)定FA和DMA含量，每組做3個(gè)平行。

1.2.6 魷魚(yú)絲pH的測(cè)定 稱(chēng)取魷魚(yú)絲樣品10g，加入100mL蒸餾水，用均質(zhì)機(jī)均質(zhì)2min后，用pH計(jì)測(cè)定。

1.2.7 甲醛和二甲胺含量的測(cè)定 甲醛含量采用乙酰丙酮顯色法測(cè)定［12］，5mL反應(yīng)液以蒸餾水補(bǔ)齊至10mL，加入 1mL乙酰丙酮顯色，沸水浴中加熱10min，流水冷卻后在413nm波長(zhǎng)下測(cè)定甲醛含量。

二甲胺含量按Dyer［13］等人建立的方法測(cè)定，略有改動(dòng)，吸取反應(yīng)液5mL于25mL具塞試管中，加入1mL銅氨試劑和10mL 5%二硫化碳-甲苯溶液，40～50℃水浴5min，快速混勻器混合5min，加入1mL 30%醋酸溶液，渦旋振蕩至甲苯層澄清，吸取上層甲苯層于另一試管中，加入0.4g無(wú)水硫酸鈉脫水，在440nm波長(zhǎng)下比色測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同加熱溫度下TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系中FA與DMA的含量變化

外界的反應(yīng)溫度會(huì)影響TMAO熱分解反應(yīng)的進(jìn)程，圖1a反映了TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系中FA與DMA隨著反應(yīng)溫度變化的趨勢(shì)。總體來(lái)看，隨著反應(yīng)溫度的增加，模擬體系中FA和DMA含量相應(yīng)增加，而且溫度越高，最終生成的FA和DMA含量越多。

同時(shí)對(duì)照?qǐng)D1b，隨著溫度的上升，F(xiàn)A、DMA含量均呈上升趨勢(shì)，其中當(dāng)溫度高于50℃時(shí)，上升趨勢(shì)明顯(p＜0.05)，特別是90～100℃生成量極顯著(p＜0.01)。Xue［14］等人研究顯示，秘魯魷魚(yú)肌肉中的TMAOase的耐熱溫度為50℃，而魷魚(yú)絲水提液中的FA和DMA的含量在100℃加熱20min仍有上升，即魷魚(yú)絲體內(nèi)存在FA生成的非酶分解途徑。結(jié)果表明，TMAO-Fe(Ⅱ)體系隨著溫度的變化規(guī)律與魷魚(yú)絲中TMAO熱分解規(guī)律一致，且隨著溫度的升高，F(xiàn)A和DMA含量均呈上升趨勢(shì)。

圖1 不同溫度下不同體系產(chǎn)生的FA和DMA含量變化注:a:TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系;b:魷魚(yú)絲水提液產(chǎn)生的，反應(yīng)條件:pH=7時(shí)，加熱20min。

2.2 不同加熱時(shí)間下TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系中FA與DMA的含量變化

在pH7.0，100℃對(duì)TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系加熱0～60min，研究了不同加熱時(shí)間對(duì)于TMAO熱分解的影響。由圖2a所示，在100℃條件下進(jìn)行加熱反應(yīng)，F(xiàn)A和DMA的生成量呈隨反應(yīng)時(shí)間的增加而增加的趨勢(shì)。反應(yīng)初始階段，F(xiàn)A和DMA的生成量為0，隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，F(xiàn)A和DMA生成量增加;在加熱時(shí)間為30min時(shí)FA和DMA的生成量分別達(dá)到1.99μg/mL和1.16μg/mL;在加熱時(shí)間為30～60min之間時(shí)，F(xiàn)A和DMA的生成量基本上不再隨著加熱時(shí)間的增加而增加。推測(cè)可能是TMAO反應(yīng)達(dá)到完全，或是Fe2+在TMAO加熱過(guò)程中被氧化成Fe3+，而Fe3+對(duì)TMAO失去作用所致。

同時(shí)對(duì)照?qǐng)D2b，在30min內(nèi)TMAO熱分解生成的FA和DMA含量迅速升高，F(xiàn)A和DMA含量在加熱30min后分別增加了 1.3倍和2.5倍;隨后在30～60min之間，F(xiàn)A和DMA的含量緩慢增加。結(jié)果表明，在100℃加熱60min過(guò)程中TMAO仍在熱分解，可以推測(cè)魷魚(yú)絲中的TMAO發(fā)生化學(xué)分解生成了FA和DMA。

兩者對(duì)比可知，TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系隨著加熱時(shí)間的變化規(guī)律與魷魚(yú)絲中TMAO熱分解規(guī)律一致，且隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，F(xiàn)A和DMA含量均呈上升趨勢(shì)，當(dāng)加熱到30min時(shí)，F(xiàn)A和DMA含量基本保持穩(wěn)定。

圖2 不同加熱時(shí)間下不同體系產(chǎn)生的FA和DMA含量變化注:a:TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系;b:魷魚(yú)絲水提液產(chǎn)生的，反應(yīng)條件:pH=7時(shí)，加熱溫度100℃。

2.3 不同初始pH下TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系中FA與DMA的含量變化

TMAO-Fe(Ⅱ)體系經(jīng)過(guò)100℃加熱30min后，研究了不同初始pH對(duì)TMAO熱分解反應(yīng)的影響。如圖3所示，在pH為3.0～5.0的酸性條件下，隨著pH的增加，F(xiàn)A和DMA的生成量急劇升高，當(dāng)pH為5.0時(shí)，F(xiàn)A和DMA的生成量都達(dá)到最大值，分別為8.22μg/mL和2.80μg/mL;pH為6.0～10.0時(shí)，F(xiàn)A和DMA生成量呈降低趨勢(shì)。綜上所述，當(dāng)pH為5.0時(shí)，TMAO-Fe(Ⅱ)熱分解過(guò)程中FA和DMA的生成量最高。不同pH對(duì)FA和DMA的生成量可能與Fe的存在形式有關(guān)。

圖3 不同pH下TMAO-Fe(Ⅱ)模擬體系中產(chǎn)生的FA和DMA含量變化注:反應(yīng)條件為100℃，加熱30min。

選擇六種魷魚(yú)絲進(jìn)行pH的測(cè)定，結(jié)果如圖4所示。共有三種魷魚(yú)絲的pH在6.0以上，分別為1號(hào)、2號(hào)和5號(hào)，最高的為5號(hào)樣品，達(dá)6.32;最低的為6號(hào)，僅為5.29，比最高的5號(hào)樣品低16.3%。據(jù)報(bào)道［15］，pH可能會(huì)影響到食品的風(fēng)味，而且不同種類(lèi)的魷魚(yú)因原料本身性質(zhì)的不同，加工工藝也存在差異。

圖4 不同魷魚(yú)絲的pH

3 結(jié)論

3.1 建立了魷魚(yú)絲TMAO熱分解反應(yīng)的體外模擬體系，該體系可以使TMAO分解生成FA和DMA。

3.2 加熱溫度、加熱時(shí)間和pH對(duì)TMAO-Fe(Ⅱ)體系中FA和DMA產(chǎn)生有影響，隨著溫度升高，TMAO -Fe(Ⅱ)的熱分解反應(yīng)越劇烈;在加熱時(shí)間為30min時(shí)，F(xiàn)A和DMA的生成量基本穩(wěn)定;在pH為5.0時(shí)，TMAO-Fe(Ⅱ)熱分解生成的FA和DMA達(dá)到最大值。結(jié)果與魷魚(yú)絲水提液中FA和DMA產(chǎn)生具有相似規(guī)律性，推測(cè)魷魚(yú)絲甲醛的產(chǎn)生可以來(lái)源于體內(nèi)TMAO化學(xué)分解途徑。

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Study on thermal decomposition of trimethylamine-N-oxide model systems of shredded squid

JIN Xiao1，2，ZHOU De-qing2，*，SUN Yong2
(1.College of Food Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266003，China; 2.Yellow Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Qingdao 266071，China)

With trimethylamine-N-oxide(TMAO)as substrates with iron(Ⅱ)，the trimethylamine-N-oxide model system of shredded squid was established.Effects of heating temperature，heating time and pH on thermal decomposition of the model system and water extraction of TMAO from shredded squid were studied and compared.The results showed that with the temperature increased，the reaction of thermal decomposition of trimethylamine-N-oxide was severe.After heating for 30min，the content of formaldehyde(FA)and dimethylamine (DMA)remained stable.When pH value was 5.0，F(xiàn)e2+could promote the thermal decomposition of trimethylamine -N-oxide most obviously.It was expected to provide theory reference and technical support for controlling the formaldehyde in non-enzymatic pathway.

trimethylamine-N-oxide;iron;thermal decomposition;model system;formaldehyde

TS254.1

A

1002-0306(2011)03-0106-03

甲醛(formaldehyde，F(xiàn)A)是一種原生質(zhì)毒，具有強(qiáng)烈刺激性氣味，對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)、肺、肝臟均可產(chǎn)生損害［1］，被我國(guó)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不能作為食品添加劑應(yīng)用于食品。然而近年來(lái)，對(duì)魷魚(yú)及其制品的監(jiān)督檢查中經(jīng)常檢出甲醛［2］，也因此引起人們的廣泛關(guān)注。目前認(rèn)為水產(chǎn)品中內(nèi)源性甲醛主要通過(guò)兩種途徑產(chǎn)生:一為生物途徑，主要是酶及微生物參與;另一條為非酶途徑，主要是高溫過(guò)程的熱分解［3］。勵(lì)建榮［4］、Fu［5］等調(diào)查了秘魯魷魚(yú)絲整個(gè)加工工藝中甲醛的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)其中蒸煮和焙烤兩道工序甲醛生成最快，而這兩個(gè)環(huán)節(jié)都是高溫過(guò)程，酶催化生成甲醛的作用貢獻(xiàn)不大，而甲醛生成卻仍很明顯，說(shuō)明魷魚(yú)絲在高溫處理過(guò)程中有化學(xué)分解等途徑參與甲醛的生成。海產(chǎn)品中的氧化三甲胺(trimethylamine-N-oxide，TMAO)可以通過(guò)酶途徑或非酶途徑降解為FA和二甲胺(dimethylamine，DMA)［6-8］。TMAO存在于大多數(shù)海洋動(dòng)物中，主要起到調(diào)節(jié)滲透壓的作用［9］，也是魚(yú)類(lèi)鮮美味道的主要來(lái)源［10］。但是，TMAO本身化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在高溫下不會(huì)分解，推測(cè)魷魚(yú)體內(nèi)存在一些物質(zhì)可能導(dǎo)致 TMAO分解。Spinelli［8］等人研究發(fā)現(xiàn)Fe(Ⅱ)、抗壞血酸等可以促進(jìn)魚(yú)體內(nèi)TMAO非酶途徑分解。Ferris［11］等人證實(shí)了TMAO在Fe(Ⅱ)催化下能夠生成FA和DMA。本文以TMAO和Fe(Ⅱ)為反應(yīng)物，與魷魚(yú)絲的水提液做對(duì)比，確立了最簡(jiǎn)單的TMAO非酶作用反應(yīng)模型體系，并且研究了加熱溫度、加熱時(shí)間和 pH對(duì)TMAO非酶途徑熱分解的影響，確定了不同條件下產(chǎn)生甲醛、二甲胺的情況，為今后研究控制非酶途徑產(chǎn)生甲醛提供理論參考和技術(shù)支持。

2010-03-09 *通訊聯(lián)系人

靳肖(1984-)，女，碩士研究生，研究方向:水產(chǎn)品質(zhì)量安全。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30871949)。