南極海域3～8月份南極磷蝦揮發(fā)性物質變化

(上海海洋大學食品學院,上海 201306)

南極磷蝦(Euphausiasuperba)是一類生物貯量巨大的遠洋漁業(yè)資源。據(jù)統(tǒng)計,近年來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、營養(yǎng)價值高等特點,近年來國內外學者對南極磷蝦的蛋白質、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行了較多研究,并對其食用安全性以及開發(fā)應用前景進行了探索[1-3]。日本研究了南極磷蝦整蝦風味及其冷藏過程中的風味變化[4]。國內已有報道對整蝦、蝦仁以及對磷蝦頭胸部、腹部及整蝦揮發(fā)性風味成分異同點的研究[5-8],但對不同月份南極磷蝦風味比較卻鮮有報道,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],本實驗樣品來自于南極48.1區(qū)3～8月份產(chǎn)卵后南極磷蝦,通過頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯(lián)用(HS-SPME-GC-MS)技術分析不同月份揮發(fā)性風味成分,并利用相對氣味活度值(ROAV)分析揮發(fā)性風味成分對總體風味的貢獻程度,對比不同月份南極磷蝦關鍵風味成分的異同,再通過電子鼻對其做PCA分析,旨在為南極磷蝦精制加工提供風味學依據(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,取體長在35～40 mm,體重在1～1.5 g的南極磷蝦;氯化鈉,內標(2、4、6-三甲基吡啶) 均購于國藥集團。

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

1.2 實驗方法

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內標,加蓋待測。

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。

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45 min。完成萃取后,萃取頭進入氣相色譜進樣口,250 ℃解吸5 min。

GC條件:色譜柱,TR-35MS毛細管柱,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:進樣口溫度250 ℃;載氣(He)流量1 mL/min,不分流模式進樣。質譜采用電子轟擊(EI)離子源,電子能量70 eV,離子源溫度250 ℃,傳輸線溫度250 ℃,檢測器溫度 280 ℃,質量掃描范圍33～450 m/z。

1.2.2.2 定性及定量分析 將檢測到的揮發(fā)性成分通過系統(tǒng)自帶NIST 02和Wiley質譜數(shù)據(jù)庫進行定性確認,通過內標對各組揮發(fā)性成分進行半定量。

1.2.2.3 風味化合物評價采用相對氣味活度值(relative odor activity value,ROAV)法定義ROAV≥1的揮發(fā)性風味成分為南極磷蝦的關鍵風味成分,對總體風味起關鍵的決定作用;0.1≤ROAV<1的揮發(fā)性風味成分為南極磷蝦的重要風味成分,對總體風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)生時間是600 s;攪動速率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):獲得時間120 s,延滯時間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)計分析軟件對樣品數(shù)據(jù)進行采集和處理，然后將數(shù)據(jù)進行主成分分析(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算機譜庫(NIST 11)進行檢索分析。各組實驗數(shù)據(jù)均重復3次，用Excel和SPSS對數(shù)據(jù)進行繪圖和顯著性方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同月份南極磷蝦揮發(fā)性物質主成分貢獻率分析

主成分分析可以從多元變量中得出最主要和貢獻率最大的因子,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。第一主成分貢獻率達78.125%,第二主成分貢獻率為14.668%,總貢獻率為92.791%,大于80%,所以這兩個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,這可能是因為7月與8月風味物質較為接近,而3月風味物質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食特點,隨著月份的遞增,風味物質漸漸變得豐富。

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

對不同月份南極磷蝦揮發(fā)性成分進行檢測,經(jīng)NIST譜庫檢索分析,鑒定得到的結果及部分風味成分感覺閾值、氣味描述見表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個月份中均有檢出。縱觀6個月份,南極磷蝦揮發(fā)性物質含量較高的有壬醛、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月被檢測出風味物質種類較少,5月被檢測出風味物質種類較多,6～8月被檢出風味物質種類逐漸增加。導致該變化趨勢的原因,可能與南極磷蝦的生長習性以及南極的生態(tài)環(huán)境有關,大磷蝦產(chǎn)卵開始時間較早(11月底至12月初),持續(xù)時間較長(3.0～3.5個月)[17],因此南極磷蝦在 3～4月份產(chǎn)卵后,風味物質較少[18];而到了5月份,南極磷蝦產(chǎn)卵結束,南極磷蝦是植食性物種,主要以浮游植物為食,所以五月份風味物質較多[19];6～8 月份,冬季到來,南極溫度持續(xù)下降,為了避免饑餓,磷蝦也會以碎屑、細菌或后生動物為食,因此其被檢出風味物質會逐漸增加[20]。

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

續(xù)表

本實驗中,取2、4、6-三甲基吡啶為標準,由化合物面積比上其峰面積計算半定量,從而較為準確的得出各揮發(fā)性物質的含量。而揮發(fā)性物質對樣品總體風味的貢獻是由其在樣品中的含量和感覺閾值共同決定的。為進一步確定不同月份南極磷蝦的關鍵風味化合物,結合表1中各種揮發(fā)性物質的半定量和感覺閾值,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,故它們對各自所在的樣品的總體氣味貢獻最大,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)性物質的ROVA由計算得出,結果見表2。

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

由表2可以看出,樣品中關鍵風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。雖然時間不同,南極磷蝦的主體風味成分主要為醛類、少許醇類和烯烴類。其中3、4月份關鍵風味物質較少,常見的有壬醛、癸醛等一些南極磷蝦常見的風味物質[21-23]。而后4個月中,南極磷蝦中風味化合物明顯增多,醛類物質出現(xiàn)了3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、苯乙醛等化合物。醇類物質有1-辛烯-3-醇,可能與南極磷蝦蝦香味的產(chǎn)生有關。另外,5～8月份還檢測出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味成分重疊形成風味效應,其風味特征隨濃度變化而呈青香、果香、堅果香和奶酪香,它們的感覺閾值通常比其他化合物的閾值低,在檢出的揮發(fā)性風味成分中醛類物質是最主要的揮發(fā)性風味化合物,是南極磷蝦風味形成的主要貢獻物質。由表1可以看出,在6個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,其他月份沒有明顯差異。在6個月份中,ROVA值均較大的是壬醛和癸醛,也是中華絨螯蟹、青蟹的主要風味物質,同樣也存在于龍蝦、扇貝等海洋甲殼類動物的揮發(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,是南極磷蝦風味形成的關鍵風味化合物。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)脫氨基作用轉變成3-甲基丁醛或2-甲基丙醛,氫過氧化物的降解產(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,是南極磷蝦風味形成的修飾部分。因此得出醛類化合物為南極磷蝦的關鍵風味物質,但是3、4月份的醛類化合物較少,推測可能由于3、4月份南極磷蝦產(chǎn)卵后風味物質有所損失[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個月份中,分別檢出1、0、4、3、4、3種酮類物質,其含量為22.69、0、162.38、19.56、27.16、17.33 ng/100 g。4月份沒有檢出酮類物質,5～8月份酮類物質檢出較多且含量并無明顯差距。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遠高于醛類,所以酮類化合物對南極磷蝦風味形成貢獻較小。

2.2.3 醇類化合物 醇類物質主要來源于糖、氨基酸和醛類物質的還原,也有可能是由n-3和n-6不飽和脂肪酸二級氫過氧化物的降解產(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,才會對南極磷蝦風味形成做出貢獻。1-戊烯-3-醇在5個月份中均有檢出,雖然其含量較高,但由于其閾值較高,所以難以對南極磷蝦風味做出貢獻。1-辛烯-3-醇屬于C8醇,是一種低感覺閾值醇,且能貢獻出濃郁蘑菇氣味和類似植物的芳香[24]，在3個月份中均有檢出,且ROVA值均大于1,故1-辛烯-3-醇是對南極磷蝦總氣味形成有重要貢獻,是南極磷蝦的關鍵揮發(fā)性物質。

2.2.4 烴類烴類化合物 主要來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,通過計算,它們在各個月份的含量分別為176.23、48.45、273.67、185.07、248.46和154.18 ng/100 g。可以看出各個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自氧化過程或者類胡蘿卜素(蝦青素等)的分解[15],但烴類化合物感覺閾值高,因此對南極磷蝦整體風味形成貢獻不大。其中D-檸檬烯在5個月份中均有檢出,且各個月份含量較高,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溫度下種類少、相對含量低,且它們的閾值一般很高,對魚肉風味形成貢獻較小。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。二甲苯會產(chǎn)生令人不愉快的風味物質,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。表明它會對南極磷蝦的風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[25]。

3 結論

通過HS-SPME-GC-MS技術測定了不同月份南極磷蝦揮發(fā)性成分,并結合感官閾值利用ROAV法對其主體風味構成進行分析,3、4月份南極磷蝦主體風味物質由壬醛、癸醛和D-檸檬稀構成,5-8月份主體風味物質與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-檸檬稀存在與每個月的風味物質中,但閾值較低,其對南極磷蝦風味形成有一定的修飾作用。應用電子鼻對不同月份南極磷蝦揮發(fā)性物質做PCA分析所得結果與氣相質譜聯(lián)用儀(GC-MS)相一致,表明3、4月南極磷蝦主體風味物質種類和含量較低,從5月開始,南極磷蝦風味物質種類變多,且在7、8月,南極磷蝦主體風味物質含量較高,適于加工成南極磷蝦制品。相似的關鍵風味成分和不同的重要風味成分組成及相對含量的差異可能是導致南極磷蝦在一年四季中有一定風味差異的主要原因。