響應面優化美國大口胭脂魚脫腥條件

劉方芳，盧祺，劉津延，包建強,2,3*

1(上海海洋大學 食品學院, 上海， 201306)2(上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心, 上海， 201306)3(農業部水產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室(上海)，上海， 201306)

美國大口胭脂魚，產自北美洲，是大型淡水經濟魚類，它又被稱為牛鯉、巨口牛脂魚，其蛋白質含量高，肉嫩味鮮。美國大口胭脂魚個體較大、生長很快、繁殖力較強、適應能力強、其食物雜而多樣，并且逃避兇猛魚類的能力極強[1]。水產品腥味的產生嚴重制約了水產品的進一步發展[2]。目前，水產品的魚腥味是制約水產品加工及開發的關鍵因素，不同類型的水產品會產生不同的腥味物質。水產品腥味物質來源廣，種類多，并不是單一的成分，往往是很多種揮發性成分相互協同的結果，主要有醇類、醛類、酮類、烴類和萘類等[3]。美國大口胭脂魚也存在著淡水魚的通病—腥味問題。因此，減輕美國大口胭脂魚的腥味，改善其品質是當前需要解決的問題。魚腥味形成的主要原因有：(1)微生物的代謝與繁殖,在厭氧微生物或酶的作用下，三甲胺、二甲胺等腥味物質被氧化三甲胺分解產生[4]；(2)魚從外部環境中吸收揮發性有機化合物；(3)魚類或其環境中的物質積聚在生物體內[5]。脫腥的方法多種多樣，抗氧化劑脫腥法是較為常見的，陳漪等[6]在對金槍魚得脫腥實驗中得到其最佳條件是綠茶用量為25 g/L，脫腥3 h。徐永霞等[7]在優化茶多酚脫腥實驗中，得到茶多酚溶液質量濃度3 g/L、脫腥時間70 min、浸泡溫度40 ℃時，腥味物質變化較大。

紅茶中含有的茶多酚，兒茶素等物質是天然的氧化劑，可以去除腥味，并增添紅茶特有的茶香味，本文采用紅茶脫腥法對美國大口胭脂魚去腥，用響應面軟件優化設計其脫腥工藝，采用整體材料吸附萃取與氣相色譜-質譜-嗅聞聯用方法(gas chromatography-mass spectrometry-olfactometry，GC-MS-O)分析測定美國大口胭脂魚在脫腥前后的腥味成分的相對含量的變化，得到最適脫腥條件，從而為美國大口胭脂魚脫腥提供依據。

1 材料與方法

1.1 原料與主要試劑

美國大口胭脂魚，北京京泰科技實業公司上海分公司,野生平均5年以上，聚集在密西西比河流域孟菲斯市，從休斯頓港口到上海約30 d，全程-18 ℃冷凍,將魚肉分切后放于小包裝袋中, 在-20 ℃下凍藏待用。

檸檬酸，CaCl2，NaCl(0.18 g/mol)，上海國藥試劑公司；立頓紅茶，上海聯合利華公司。

1.2 儀器與設備

MonoTrap RCC18,2.9mm×5 mm,日本GL sciences公司；7890-5975C GC-MS聯用儀,美國Agilent公司生產；Fox 4000 Sensory Array Fingerprint Analyzer,法國Alpha MOS公司；ODP-3 嗅辨儀,德國Gerstel公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 美國大口胭脂魚前處理

將解凍、去除魚皮和魚脊骨的美國大口胭脂魚的背部肌肉洗凈，待沖洗干凈后瀝干備用。

1.3.2 氣相色譜-嗅聞法(gas chromatography-olfactometry，GC-O)條件

色譜柱：DB-5MS彈性毛細管柱(60 m×0.32 mm×0.25 μm)；設置進樣口的溫度為250 ℃，柱溫為40 ℃，此條件保持3 min，再以3 ℃/min程序升到100 ℃，以5 ℃/min升到230 ℃，保持5 min，不分流模式進樣。載氣為He，流量0.8 mL/min；汽化室溫度240 ℃。為確保嗅聞實驗結果準確，檢測時同時通入氦氣和濕潤空氣。

1.3.3 質譜條件

電子轟擊(EI)離子源；電子能量設置為70 eV，燈絲發射電流為200 μA，離子源的溫度為200 ℃，檢測器的電壓為350 V。

1.4 單因素實驗

參照錢攀等[8]和葛勝晗等[9]研究，有所改動，取3 g的美國大口胭脂魚的背部肌肉和一定量的紅茶粉混合，在一定溫度下水浴，按照表1進行實驗。

表1 紅茶脫腥單因素實驗因素水平表Table 1 Single factor experiment level of black tea deodorization

1.4.1 紅茶用量對脫腥效果的影響

脫腥時間為40 min，脫腥溫度為30 ℃時，探究紅茶質量濃度為10，15，20，25 g/L時對美國大口胭脂魚脫腥效果的影響。

1.4.2 脫腥溫度對脫腥效果的影響

紅茶用量為10 g/L，脫腥時間為40 min時，探究脫腥溫度為30、40、50、60 ℃時對美國大口胭脂魚脫腥效果的影響。

1.4.3 脫腥時間對脫腥效果的影響

紅茶用量為10 g/L，脫腥溫度為30 ℃時，探究脫腥時間分別為為30、40、50、60 min時對脫腥效果得影響。

1.5 響應面實驗

根據單因素實驗，以腥味物質的相對含量為響應值，做響應面實驗，優化紅茶脫腥工藝，其因素與水平設置如表2所示，按照表2進行響應面實驗。

表2 Box-Behnken中心組合因素水平Table 2 Box-Behnken center combination factor level

1.6 數據分析

將實驗得到的數據經GC-MSD化學工作站處理，揮發性物質的譜圖與NIST 2011和NIST 2.0標準譜庫匹配用來定性，且只有當正反的匹配度都大于800時的鑒定結果才會予以報道。將實驗數據通過 Excel處理,用歸一法求得各化學成分的相對含量。

2 結果與分析

2.1 紅茶脫腥結果分析

2.1.1 紅茶用量對脫腥效果的影響

紅茶用量對美國大口胭脂魚脫腥的影響如圖1所示，結果表明，隨著紅茶用量的增加，魚肉的腥味物質含量也隨之下降，當紅茶用量超過15 g/L時，魚肉腥味物質含量變化不是太明顯，但當紅茶用量達到25 g/L時，魚肉中的紅茶味較為明顯，使魚肉的原有味道受到影響，所以選取15 g/L作為紅茶的最佳用量。

圖1 紅茶用量對脫腥效果的影響Fig.1 Effect of black tea dosage on deodorization effect

2.1.2 脫腥溫度對脫腥效果的影響

脫腥溫度對魚肉脫腥效果的影響如圖2所示，脫腥效果隨著脫腥溫度的增加會有一定的改善，但當溫度達到40 ℃時，腥味物質含量變化不明顯，且溫度過高時，魚肉的風味物質會嚴重流失，魚肉的質地會發生一定不良的變化，所以選取40 ℃為最佳脫腥溫度。

圖2 脫腥溫度對脫腥效果的影響Fig.2 Effect of soaking temperature on deodorization effect

2.1.3 脫腥時間對脫腥效果的影響

脫腥時間對美國大口胭脂魚脫腥效果的影響如圖3所示，隨著脫腥時間的增加，美國大口胭脂魚的腥味物質含量有所減少，當脫腥時間達到40 min時，再增加脫腥時間，則魚肉的質地會發生不良變化，因此選取脫腥時間為40 min為最佳脫腥時間。

圖3 脫腥時間對脫腥效果的影響Fig.3 Effect of soaking time on deodorization effect

2.1.4 紅茶脫腥條件的優化

經過單因素實驗，再采用響應面脫腥實驗，實驗結果與設計見表3，并對實驗結果進行回歸擬合和方差分析，對美國大口胭脂魚脫腥的實驗數據回歸擬合得到腥味物質相對含量(Y)對紅茶用量(A),脫腥時間(B),脫腥溫度(C)的二次回歸方程式：

Y=35.68-0.096A-0.15B-0.45C-0.34AB+0.97AC+0.54BC+0.49A2+0.40B2+0.93C2

回歸方程模型高度顯著(P<0.000 1)，模型的相關系數為R2=0.994 9，失擬項不顯著(P=0.213 6,大于0.05)，表明模型與實驗有較高的擬合度，產生的實驗誤差不會影響實驗結果，因此可使用此模型來對實驗結果進行分析。由表4可知，各因素對腥味物質相對含量的影響大小為脫腥溫度(C)>脫腥時間(B)>紅茶用量(A)，即脫腥溫度對脫腥的結果影響最大，其次是脫腥時間。

表3 響應面實驗設計及響應值Table 3 Response surface experiment design and response values

表4 響應面模型方差分析表Table 4 ANOVA for response surface quadratic model

當脫腥溫度固定不變時，如圖4所示，當脫腥時間一定時，紅茶用量增加時，美國大口胭脂魚的腥味物質的相對含量有所下降；紅茶用量不變時，魚肉的腥味物質含量隨脫腥時間的增加而下降，與單因素實驗結果一致。

當脫腥的時間固定時，如圖5所示，脫腥溫度一定時，美國大口胭脂魚腥味物質的相對含量隨著脫腥時間的增加而有所減少；紅茶用量不變時，脫腥溫度升高以后，美國大口胭脂魚腥味物質的相對含量隨之下降。

當紅茶用量一定時，如圖6所示，脫腥溫度一定時，魚肉的腥味物質相對含量隨脫腥時間的增加而減少；脫腥時間一定時，美國大口胭脂魚腥味物質的相對含量隨脫腥溫度的增加而減少，與單因素實驗結果相符。

圖4 紅茶用量和脫腥時間對腥味物質的影響Fig.4 Effect of black tea dosage and soaking time on fishy substances

圖5 紅茶用量和脫腥溫度對腥味物質含量的影響Fig.5 Effect of black tea dosage and soaking temperature on the content of fishy substances

圖6 脫腥時間和脫腥溫度對腥味物質含量的影響Fig.6 Effect of soaking time and temperature on the content of fishy substances

經響應面軟件分析，分析美國大口胭脂魚的腥味物質相對含量模型，得到最佳條件為：紅茶用量為15 g/L，脫腥時間為40.28 min，脫腥溫度為42.35 ℃，此時，美國大口胭脂魚的理論腥味物質含量為35.62%，通過驗證最佳模型條件，在此條件下對胭脂魚進行3次脫腥實驗驗證，得到美國大口胭脂魚的腥味物質的相對含量為35.74%，與預測結果相近，說明此實驗設計和實驗模型具有可靠性。

2.2 脫腥后美國大口胭脂魚中的揮發性成分

紅茶對美國大口胭脂魚進行脫腥處理，經響應面軟件分析得到胭脂魚的最優脫腥條件：紅茶用量15 g/L，脫腥時間41 min，脫腥溫度為43 ℃，對美國大口胭脂魚進行脫腥處理，將脫腥后的胭脂魚肉通過MMSE-GC-MC-O聯用檢測美國大口胭脂魚肉中的揮發性物質，比較其被紅茶脫腥前后揮發性成分的變化。胭脂魚中的揮發性物質主要為醇類、羰基類化合物和芳香類化合物，醇類物質和醛類是淡水魚產生腥味的主要原因，而魚腥味在很大程度上被己醛、壬醛等物質影響著。經紅茶脫腥后，美國大口胭脂魚的腥味減輕，主要體現在醛類、酮類和醇類減少，主要為1-戊烯-3-醇、1-辛烯-3-醇、己醇、戊醇、己醛、辛醛、壬醛、苯甲醛、癸醛、2,3-戊二酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮和3,5-辛二烯-2-酮等物質(見表5)。

脫腥后，美國大口胭脂魚的腥味減輕，醇類的閾值較低，對魚肉腥味的影響較大[10]，1-辛烯-3-醇經脫腥后由2.14%降為1.12%，1-辛烯-3-醇是亞油酸氧化而產生的，呈現出蘑菇味和土腥味[11]，1-戊烯-3-醇的相對含量在脫腥前為8.54%，經紅茶脫腥后降為4.02%，1-戊烯-3-醇是微生物的代謝產物[12]，具有青草味和蘑菇味，應該是美國大口胭脂魚魚肉腥味物質的重要組成部分，1-戊醇脫腥前的相對含量為2.08%，脫腥后降為0.72%；1-辛烯-3-醇為亞油酸的氫過氧化物的降解產物，被認為有蘑菇氣味和土腥味[13-14]，鄭平安等在鮐魚肉加熱前后揮發性成分的變化的研究中證實1-戊烯-3-醇和1-辛烯-3-醇是鮐魚魚腥味的重要組成成分[15]；醛類的閾值較低，可能對魚肉風味的形成有重要的貢獻[16]，當其含量高于閾值時會產生腥味，脫腥后的醛類物質降為11.35%，其中己醛的相對含量下降相對較為明顯，由12.44%降為4.38%，己醛已被證實對魚肉的腥味有一定的貢獻[17]，并已被鑒定出普遍存在于淡水魚及海水魚中[18-19]，表明其對魚肉的腥味的影響很大；壬醛的相對含量不高，其相對含量由2.99%降為1.28%，但其閾值很低，對美國大口胭脂魚的腥味起著不可或缺的作用，辛醛的相對含量在脫腥前為1.04%，經脫腥后其相對含量降為0.91%，壬醛與辛醛是油酸經過氧化產生的[20]，SERKAN等[21]用GC-MS-O 聯用的方法對虹鱒魚肉的腥味成分進行鑒定分析，確定了壬醛是虹鱒魚的關鍵腥味物質之一。苯甲醛不僅僅有脂香味，還會呈現出清香味，對魚肉的味道具有一定的提鮮作用[22]，脫腥后的美國大口胭脂魚中的戊醛的相對含量減少了0.21%，脫腥后的美國大口胭脂魚中未檢測到(E)-2-甲基-2-丁烯醛和十一醛；脫腥后的美國大口胭脂魚中的酮類物質的相對含量有所減少，不飽和的酮和醛作用在一起時對腥味有疊加作用，6-甲基-5-庚烯-2-酮的相對含量由1.81%降為1.47%，呈現出蔬菜味，因此，6-甲基-5-庚烯-2-酮也應該是胭脂魚肉腥味的重要組成部分；2,3-戊二酮的相對含量變化較為明顯，脫腥后降為3.45%，表明6-甲基-5-庚烯-2-酮和2,3-戊二酮與美國大口胭脂魚的腥味密切相關，2,3-辛二酮的相對含量由脫腥前的1.02%變為2.12%，脫腥處理后的2,3-辛二酮的相對含量有所升高。脫腥后的芳香類物質的總相對含量變化不大，脫腥后的苯的相對含量降為8.58%，但乙苯的相對含量有所上升，上升了0.93%，可能是因為美國大口胭脂魚在其生長環境被污染造成的，一般來說，美國大口胭脂魚的風味不會受烴類物質的影響。

表5 脫腥前后美國大口胭脂魚主要揮發性成分相對含量的變化 單位：%

圖7 脫腥前后美國大口胭脂魚中揮發性物質的種類對比Fig.7 Comparison of volatile substances in American bigmouth bass before and after deodorization

3 結論

在本研究中，采用紅茶對美國大口胭脂魚進行脫腥處理，經響應面軟件分析得到胭脂魚的最優脫腥條件：紅茶用量為15 g/L，脫腥時間為41 min，脫腥溫度為43 ℃，且紅茶脫腥效果明顯。通過比較，發現脫腥后的揮發性物質相對含量基本都有所減少，魚肉腥味明顯減弱，脫腥后的美國大口胭脂魚中的醇類物質降為7.38%；醛類物質降為11.35%；酮類物質降為7.04%，其中，己醛、1-戊烯-3-醇和1-辛烯-3-醇辛醛和壬醛等物質相對含量變化明顯，總體分析，紅茶脫腥法的效果較好。