水產品貯藏期間風味劣變機理的研究進展

尹一鳴，徐永霞*，張朝敏，李學鵬，李秋瑩，謝晶，勵建榮*

1(渤海大學 食品科學與工程學院，生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 錦州，121013) 2(上海海洋大學 食品學院，上海,201306)

我國是水產養殖和生產大國，水產品總產量連續多年位居世界第一，2018年全國水產品總產量為6 457.66萬t，比上一年增長0.19%[1]。魚類等水產品中富含人體所需的蛋白質、脂肪、維生素等營養物質，相對于哺乳動物的肉質更容易被人體吸收利用，且食用味道鮮美、風味獨特，因此深受人們的喜愛。

水產品的風味對其可接受性有著重要的影響。剛捕撈上來的魚類是沒有特殊氣味的，通常具有柔和、淺淡和令人愉快的風味，但在死后貯藏過程中，隨著新鮮度的下降，水產品中揮發性物質組成及含量發生變化，魚體特有的風味變淡，開始出現不良氣味，腥臭味逐漸增強，感官上不可接受，品質劣變。因此，深入探究魚類等水產品的風味組成特征及貯藏期間風味劣變機理，可為水產品貯藏期間風味品質調控、提高產品質量提供理論依據。

1 水產品的風味特征

新鮮水產品通常具有柔和、淺淡、令人愉快的風味，魚類等新鮮水產品中的揮發性風味成分主要包括醛、酮、醇、酸、酯和烴類化合物等。但魚肉在貯藏過程中逐漸發生腐敗變質，氣味也會發生相應的變化，主要是由于產生了揮發性含硫化合物、醛、酮、醇、酸類以及胺類化合物等，這些物質共同作用會使魚肉產生酸臭味、發酵臭味、魚腥味、硫臭味等腐敗氣味[2]。

1.1 羰基化合物和醇類

新鮮魚的氣味通常是由揮發性羰基化合物和醇類引起的，這些化合物是通過特定的脂肪氧合酶作用于魚脂質中的多不飽和脂肪酸衍生而來[3]，如己醛、(E)-2-壬烯醛、(E,Z)-2, 6-壬二烯醛、1-辛烯-3-酮、1,5-辛二烯-3-酮、1-辛烯-3-醇、1,5-辛二烯-3-醇等C6、C8和C9的醛、酮和醇類物質，這些物質能使新鮮魚產生令人愉快的清香、甜香和類植物香的氣味，但新鮮魚的氣味因為品種不同而存在較大的差異[4-5]。

一般來說，羰基化合物對新鮮魚特有的氣味有較大的貢獻，如己醛主要表現為青草味、魚腥味，常與C8、C9的揮發性羰基化合物混合產生重疊的風味效應，C8揮發性醇和羰基化合物能產生特殊的類似植物的新鮮氣味[6]。(E)-2-己烯醛、(E)-2-辛烯醛、(Z)-4-庚烯醛、(E)-2-壬烯醛和(E)-2-癸烯醛等單烯醛類化合物閾值較低，呈現出果香、清香和明顯的脂肪香氣[7]。解萬翠等[8]對北極蝦蝦頭的揮發性成分進行研究發現，其中含量較高的3,5-辛二烯-2-酮和3,3-辛二烯-2-酮等具有甜味、新鮮蘑菇風味的物質對蝦頭呈味有很大貢獻。飽和脂肪醇類物質由于閾值一般都較高，對魚類等水產品的氣味貢獻不大，而不飽和醇類物質閾值較低，通常表現為蘑菇味、金屬味，對水產品的氣味貢獻較大[9]。張青等[10]對鰱魚肉的揮發性風味物質進行分析鑒定，認為1-辛烯-3-醇和(Z)-2-戊烯-1-醇對鰱魚的風味影響較大，其中1-辛烯-3-醇是亞油酸的氫過氧化物的降解產物，呈現鮮蘑菇氣味，(Z)-2-戊烯-1-醇則有青香、橡皮的氣味。

然而，隨著水產品貯藏時間的延長和新鮮度的下降，脂肪自動氧化加劇，脂肪酸氧化分解產生的醛、酮、醇等小分子化合物在體內不斷積累，最終使其產生哈喇味、酸臭味等不良風味，其中ω-3多不飽和脂肪酸發生自動氧化產生的羰基化合物對魚腥味有重要影響[11]。IGLESIAS等[12]研究了金頭鯛冷藏過程中的揮發性風味變化，發現己醛、庚醛、辛醛、壬醛、2, 4-庚二烯醛、4-庚烯醛、2,4-己二烯醛、3,5-辛二烯-2-酮、2,3-戊二酮、2,6-壬二烯醛和2,4-癸二烯醛等羰基化合物在冷藏一段時間后含量明顯上升，且1-辛烯-3-醇、1-戊烯-3-醇和2-辛烯-1-醇等物質含量也明顯升高，認為它們可作為魚肉貯藏期間脂肪氧化的標志性揮發化合物。MIYASAKI等[13]研究發現，己烯醛、辛烯醛、庚二烯醛、4-庚烯醛和2,4-己二烯醛等醛類化合物在竹莢魚和鮐魚冷藏期間含量迅速增加，由于此類揮發性羰基化合物的閾值較低，常被認為是魚肉腐敗的特征揮發性標志物。DUFLOS等[14]研究表明，2,3-丁二酮、3-羥基-2-丁酮、(Z)-4-庚烯醛、2,4-庚二烯醛和3-甲基丁醛可作為牙鱈腐敗的標志物，正丁醇、乙醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇等可作為鮭魚肉的腐敗標志物。JIA等[15]研究發現，1-丙醇、2-己酮、2-丁酮、甲基異丁酮等可作為鰱魚在貯藏過程中的腐敗標志物。

1.2 胺類物質

氧化三甲胺是水產動物中廣泛存在的一類含氮化合物，達到一定含量時具有呈味的效果，是魚貝類甜味的來源之一[16]。氧化三甲胺本身沒有氣味，但在內源酶或微生物的作用下會分解產生三甲胺、二甲胺等胺類物質。三甲胺和二甲胺的形成通常與水產品貯藏過程中因逐漸腐敗變質而產生的氣味聯系在一起，其中三甲胺在新鮮水產品中基本不含有，其閾值很低，能增強魚腥氣味。單純的三甲胺僅有氨味和魚腥味，當其和δ-氨基戊醛、六氫吡啶等化合物相互作用時會產生強烈的腥臭味[17]。此外，氨基酸在微生物酶的作用下進一步發生脫羧反應，會生成尸氨、腐胺以及組胺等物質[18]。有些魚體中含有大量尿素，可與氧化三甲胺共同調節魚體滲透壓，在微生物作用下分解生成氨，使魚體產生強烈的氨臭味[16]。

1.3 酸類物質

新鮮魚肉中檢測出醋酸、丙酸、丙酮酸、草酸、蘋果酸、琥珀酸、乳酸、檸檬酸等有機酸[16]，由于大多數酸類物質閾值較低，且具有揮發性，因此使魚肉帶有輕微的酸味。其中甲酸、乙酸、丁酸、戊酸常被認為是魚肉中揮發性酸類物質的代表，當魚肉中揮發性酸的含量超過25 mg/100g就會產生異味。WIERDA等[19]研究表明，鮭魚在儲藏過程中乙酸、丁酸、3-甲基丁酸和戊酸的含量顯著增加，進一步闡明揮發性酸類物質的增加與水產品腐敗變質有極大的相關性。魚體中各種酸類物質的增加在一定程度上促使了腐敗味的形成。MACé等[20]在探究微生物對魚肉腐敗作用時發現乙酸的生成對風味變酸起著重要的作用。吳薇等[4]在魚肉特征氣味的研究中得出乙酸、丁酸、異丁酸、3-乙基-2-丁烯酸的增加會導致酸敗味的產生。綜上，水產品貯藏過程中，隨著新鮮度的下降，各種揮發性酸的含量顯著增加，主要是由于微生物的脫氨基酸作用產生的，也可能是通過脂肪酸分解物醛類物質的酸化產生的。

1.4 含硫化合物

含硫化合物通常與腐敗變質的海味聯系在一起，但一些含硫化合物同樣存在于新鮮水產品中，并在適宜濃度下可能會促進新鮮水產品風味的形成，含硫化合物的閾值和濃度對水產品的氣味特征有重要影響。因此，水產品在貯藏過程中，要根據揮發性硫化物的組成和含量來綜合判別其對水產品整體風味的影響。研究表明，二甲基硫醚在較低濃度下產生令人愉快的類蟹香氣味，而在較高濃度時則具有硫磺味、異味[4]。新鮮鳙魚中檢出少量的甲基硫醇、二甲基硫醚和二甲基硫醇類物質，鱈魚在貯藏過程中隨著新鮮度的下降，會產生二甲基硫醚、硫化氫和二乙基硫醚等硫化物，這些物質具有和腐敗魚類似的氣味特征[21]。雜環硫化物被認為是海洋甲殼類的重要揮發性成分，一般認為是在加熱過程中由不飽和脂肪酸和含硫氨基酸相互作用而形成[22]。JIA等[15]研究發現二甲基硫醚、二甲基二硫醚可用于監測白鰱魚新鮮度的變化情況。

1.5 烴類化合物及其他物質

烴類化合物主要是由脂肪酸裂解生成，在新鮮和腐敗變質的水產品中均有檢出，因其閾值較高，對水產品整體風味的影響相對較小[23]。1,3-辛二烯具有蘑菇香和類腐殖質香，在魚肉中被檢出[16]。溴苯酚是海產品特有的風味物質，在淡水魚中未檢出[24]。2,6-二溴苯酚會使蝦肉產生類似碘或碘仿的味道，二溴苯酚和2,4,6-三溴苯酚可以產生強烈的蝦類特有的風味[25]。溴苯酚類物質在水中的感官閾值很低，每升水中只要含有納克級的溴苯酚類物質就可以產生非常明顯的感官刺激，其中2,6-二溴苯酚的感官閾值僅為0.5 ng/L[26]。水產品腐敗過程中產生的一些含量較少的揮發性物質也會產生腐敗氣味，也可作為腐敗的指示物如SARNOSKI等[27]發現在蟹肉中檢出少量的乙苯、異丙基苯、苯乙烯、甲基丁酸和乙酸乙酯等物質可作為腐敗的指示物。

2 風味劣變機理探討

水產品腐敗主要有3個方面的原因：(1)微生物作用：水產品在捕撈、運輸過程中極易被微生物污染，可通過魚鰓或通過體表黏液、魚鱗脫落部位等傷口侵入機體。微生物代謝產生的蛋白酶、酯酶等分解酶將水產品體內的蛋白質、脂質及糖類等營養物質分解利用，使其腐敗并產生異味[28]。(2)酶的作用：魚類等水產品死后在內源蛋白酶的作用下發生自溶，肌肉組織逐漸軟化并進入腐敗階段，常伴隨次黃嘌呤、乳酸等不良風味物質的產生[29]。(3)氧化作用：魚肉組織中富含的脂肪酸被氧化產生醛、酮、酸等小分子產物，并伴有令人難以接受的哈喇味產生[28]。由此可見，蛋白質、脂質的變化和微生物作用可能是導致魚類等水產品貯藏過程中風味變化的主要原因。目前，對于水產品死后風味變化的研究主要集中于對不同貯藏期魚肉風味組成成分的對比分析，而關于風味劣變機理的研究相對較少。

2.1 蛋白質的變化對風味的影響

蛋白質是魚肉的主要組成部分，其中肌原纖維蛋白占60%～80%，肌漿蛋白占20%～25%，結締組織蛋白占3%～10%，對魚肉的品質特性、營養價值和加工性能具有決定性作用[30]。對于一些低脂魚類，貯藏過程中蛋白質的變化對風味的影響可能更為顯著。蛋白質對水產品風味的影響主要有兩方面，一是蛋白質在內源蛋白酶和微生物的共同作用下發生降解，生成醛、酮、酸、胺類、含硫類等小分子化合物，并在體內不斷積累，最終使產品風味劣變，感官上不可接受[31]；二是蛋白質可以通過分子鍵與風味物質相結合，從而改變風味組分的存在狀態[32]，進而影響水產品貯藏期間的風味感知和風味品質。

通常認為，大多數水產品從新鮮到腐敗會經歷僵直、自溶與腐敗3個階段。自溶過程主要表現為肌肉代謝和軟化，大分子蛋白質降解為小分子多肽和氨基酸，其中組織蛋白酶B、L、D以及中性蛋白酶起主要作用[33-34]。水產品在低溫貯藏過程中，由于內源酶的作用會導致肌肉蛋白質分解產生一系列小分子肽類、氨基酸等中間產物，同時，微生物的代謝產生了各種酶，肌肉蛋白質及自溶作用的中間產物在這些酶的作用下發生脫羧和脫氨反應，生成氨及胺類、醛、醇、酸和酯、硫醇、H2S以及吲哚等揮發性產物，使魚體產生令人不愉快的氣味和腥臭味[35]。游離氨基酸的分解與風味變化密切相關，如組氨酸可降解生成組胺、賴氨酸生成尸氨、鳥氨酸生成腐胺。研究發現，冷藏鱈魚肌肉中游離的半胱氨酸和蛋氨酸經微生物降解產生二甲基硫、硫化氫和甲基硫醇等揮發性硫化物，使鱈魚在腐敗末期產生硫化物異味[36]，而一些支鏈醛類如3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、苯甲醛和苯乙醛可由亮氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸降解生成[26, 37]，其中3-甲基丁醛和苯乙醛已在魚肉腐敗過程中檢測出[11]。有些魚體內還含有尿素，腐敗過程中在細菌產生的尿素酶作用下生成二氧化碳和氨，會產生明顯的氨臭味。由此可見，魚類等水產品貯藏期間的風味品質劣變與肌肉蛋白質降解之間存在密切聯系。

風味物質與蛋白質的相互作用一般是可逆的非共價相互作用，主要包括疏水相互作用、氫鍵及離子鍵等，風味物質擴散到蛋白質分子內部，破壞蛋白間的疏水相互作用，使蛋白質結構失去穩定性。此外，揮發性風味物質也可與蛋白質以不可逆的共價鍵結合，如醛與賴氨酸殘基側鏈的氨基、胺與羧基能共價結合，改變蛋白質凈電荷，從而導致蛋白質分子展開[38]。風味物質與蛋白質之間的結合作用取決于風味物質與蛋白質的自身特性以及外界因素的影響[39]。其中蛋白質構象的改變會顯著影響其風味吸附特性，任何能使蛋白質構象改變的理化因素如溫度、pH等都會影響其與風味成分的相互作用。水產品貯藏過程中由于微生物及氧化作用等使肌肉蛋白質結構發生改變，從而影響其與風味物質之間的相互作用，進而影響水產品的風味感官及貯藏期間的風味品質。

2.2 脂質的變化對風味的影響

魚類貯藏過程中品質下降、風味劣變的另一個重要因素是脂質的作用。脂質可以經過氧化水解反應直接形成揮發性風味化合物，其產物可與其他物質進一步反應，也可以作為風味物質的溶劑或載體，降低風味成分進入其他相時的釋放速率，影響對風味的感知程度[39-40]。魚類等水產品死后由于體內的氧化平衡機制被打破，會引發脂質的氧化水解，而這一過程受眾多因素的影響，如肌肉組織的破壞程度、脂肪酸組成、溫度、水分活度、金屬離子、內源酶、氧氣、微生物等。有研究表明，脂肪氧合酶催化魚肉中脂肪酸氧化速度最快，并伴有強烈的魚腥味，被血紅蛋白催化氧化則產生哈喇味[9]。

脂質的降解和氧化可以形成大量的揮發性風味物質，脂質的次級氧化產物與水產品風味聯系密切，如己醛、1-戊烯-3-酮、1-戊烯-3-醇、2,4-庚二烯醛和2,6-壬二烯醛等，但過度氧化會導致不良風味的形成[41]。脂類物質在發生氧化時，不同部位的脂質氧化程度也不完全相同[32]。脂肪氧化可大致分為兩大類：酶促氧化(β-型氧化酸敗)和自然氧化。酶促氧化主要是由磷脂酶、脂酶及脂肪氧合酶所引發的，分別作用于磷脂和三酰基甘油，釋放出游離的脂肪酸，脂肪酸經氧化后生成大量揮發性的羰基化合物、醇、烷烴等氧化產物，賦予魚肉不同的風味[42]。脂肪的自然氧化主要發生在不飽和脂肪酸的氧化過程中[43-44]，魚類肌肉組織中含有大量的飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸，尤其是多不飽和脂肪酸的含量豐富。多不飽和脂肪酸中的雙鍵與羥基自由基等反應生成氫過氧化物，氫過氧化物繼續降解生成醛、酮、酸、內酯、脂肪烴等多種小分子化合物，形成不同的風味[40]。KAWABE等[45]研究發現牡蠣在貯藏過程產生2-戊醇、1-戊醇和己醛等物質，可能來自于脂肪氧合酶對多不飽和脂肪酸的氧化降解產生。綜上，由脂肪氧合酶作用產生的C6、C8和C9的揮發性羰基類和醇類物質起初可以提供新鮮魚的令人愉快的芳香和風味特征，但貯藏過程中因脂肪過度氧化則會產生不良風味。

2.3 微生物作用對風味的影響

健康鮮活的水產品體內是無菌的，而水產品死后，體表或外界的微生物會通過腮等呼吸器官或表皮破損處進入機體組織。微生物作用是導致水產品貯藏期間新鮮度下降和品質劣變的主要原因。水產品死后，隨著貯藏時間的延長，微生物的生長和代謝作用也逐漸活躍，尤其是一些優勢腐敗菌(specific spoilage organism，SSO)通過代謝作用產生各種蛋白酶、酯酶，進一步分解魚體內的蛋白質、脂質等營養成分使其發生腐敗變質，逐漸生成醛、酮、胺類、硫化物等揮發性物質，并在體內不斷積累，從而產生令人不愉快的氣味和腐臭味。

海水魚中的SSO以腐敗希瓦氏菌(Shewanellaputrifaciens)、假單胞菌(Pseudomonasspp.)為主，而經過氣調或真空包裝的水產品中SSO主要是乳酸菌(Lactobacillus)、腸桿菌(Enterobacteriaceae)和磷發光桿菌(Photobacteriumphosphoreum)[46]。SSO是引起魚類腐敗的主要因素，且其致腐性受細菌群體感應(quorum sensing，QS)的調控。特定腐敗菌代謝產生的胞外蛋白酶是加速水產品腐敗變質的重要因素，微生物能進一步分解利用胞外蛋白酶水解蛋白質所生成的小分子多肽和氨基酸，從而促進水產品的腐敗。葛靜慧等[47]利用即食海參中H-3菌株的QS活性，用AHLs信號分子降解酶成功阻斷了其蛋白酶的產生，從而證明QS系統對蛋白酶分泌的調控作用。假單胞菌和腐敗希瓦氏菌因其具有分泌嗜鐵素的能力，能夠競爭獲得魚肉中的鐵元素而優勢生長。崔方超等[48]探究發現添加外源信號分子AHLs可明顯促進大菱鲆源熒光假單胞菌菌株嗜鐵素的分泌。因此，QS可以通過調控生物膜、胞外蛋白酶、嗜鐵素等致腐因子的表達，進而影響水產品的腐敗變質[28]。

國外有學者探討了鮭魚和蝦貯藏過程中腐敗菌的腐敗能力和特點，以感官、理化、腐敗菌的生長和分解產物等為指標，發現煙熏鮭魚貯藏期間酸臭味、刺激性氣味的形成與熱死環絲菌分解代謝產生的2-己酮和2-庚酮密切相關[49]；熱帶蝦在氣調貯藏期間腐敗產生的特征氣味與3-甲基-1-丁醛、2,3-丁二酮、2,3-庚二酮等物質的生成有很大關系；煮熟的去皮蝦肉冷藏期間感官品質的劣變與熱死環絲菌作用產生的2，3-丁二酮，環戊醇、3-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醛和2-甲基-1-丁醛等密切相關，而總揮發性鹽基氮和三甲胺不適合作為熱死環絲菌腐敗能力的評價指標[50]。JIA等[15]還證實了白鰱魚肉在貯藏時，由于嗜冷菌和腐敗希瓦氏菌的作用下分別產生了酮類(尤其是C7～C9酮類)和硫類化合物。

3 展望

風味是評價水產品品質的重要指標，直接影響產品的食用價值和可接受性。魚類等水產品貯藏和腐敗過程中會引起氣味特征的改變，揮發性風味物質可作為判定其新鮮度品質的重要指標。但人們對基于揮發性風味物質評價水產品品質的認識仍比較有限，對魚肉貯藏過程中風味劣變機制的認識也比較有限。因此，深入研究水產品貯藏過程中風味特征的變化、影響因素及劣變機制，可為魚類等水產品品質調控提供新的理論依據，對豐富水產品貯藏保鮮的基礎理論具有重要意義。