基于GC-IMS 分析三種植物油炒制海鱸魚魚松中揮發(fā)性風味物質(zhì)的研究

火玉明，周 靜，張華丹，程文健,3，陳麗嬌,3，梁 鵬,3,

（1.福建農(nóng)林大學食品科學學院，福建福州 350002；2.閩臺特色海洋食品加工及營養(yǎng)健康教育部工程研究中心，福建福州 350002；3.福建省海洋生物技術重點實驗室，福建福州 350002）

海鱸魚（Lateolabrax japonicas），學名為日本真鱸，又稱花鱸，俗稱海鱸魚[1]。其魚肉純白細膩，口味鮮甜，蛋白質(zhì)含量略高于其他優(yōu)質(zhì)魚類，還含有維生素、必需氨基酸、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，特別是富含鈣和微量元素鋅等，深受人們的喜愛[2?3]。近年來，鱸魚養(yǎng)殖規(guī)模越來越大，產(chǎn)量不斷增加，《2021 中國漁業(yè)年鑒》最新統(tǒng)計顯示，2020 年我國鱸魚養(yǎng)殖年產(chǎn)量約19 萬噸，比上一年增長了8.37%[4?5]。魚松是我國傳統(tǒng)的一類魚肉加工產(chǎn)品，它是用蒸煮后的魚類肌肉加入植物油炒制一定程度制得的金黃色絨毛狀調(diào)味干制品[6]。市售魚松常通過添加植物油來賦予魚松酥脆的口感，植物油含有脂溶性維生素和其他有益健康成分，可補充人體所需的能量，因而添加植物油對保持魚松風味和強化魚松營養(yǎng)具有重要作用[7?9]。

魚松風味的形成主要受溫度、植物油添加量和蛋白質(zhì)的影響。魚肉中蛋白質(zhì)較豐富，在加工過程中加入植物油，高溫炒制過程中由于水分蒸發(fā)、蛋白質(zhì)變性和油脂氧化等因素的影響，魚松在加工時產(chǎn)生香味物質(zhì)，增加了魚肉的風味[10?11]。花生油、棕櫚油和葵花籽油等植物油是目前市場上較為常見的魚松炒制用油，在炒制過程中補充魚松營養(yǎng)價值的同時可賦予其獨特風味，但肉眼難以區(qū)分摻入添加量一致、種類不同的植物油炒制的魚松產(chǎn)品。氣相色譜-離子遷移譜（Gas Chromatography-Ion Mobility Spectroscopy，GC-IMS）能夠快速準確地檢測出揮發(fā)性風味物質(zhì)的組成和含量[12]，陳輝等[13]利用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術建立橄欖油、大豆油和摻入大豆油的橄欖油的指紋圖譜，快速辨識橄欖油與摻偽橄欖油。

本文以三種植物油炒制的海鱸魚魚松為研究對象，通過色度、質(zhì)構和感官評價得出植物油的最佳添加量，在植物油最佳添加量下采用GC-IMS 技術研究三種植物油對海鱸魚魚松揮發(fā)性風味物質(zhì)的影響，建立三種植物油炒制魚松中揮發(fā)性風味指紋圖譜，旨在為較好地區(qū)分不同植物油炒制的海鱸魚魚松產(chǎn)品提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮凍海鱸魚 每尾長（35.0±5.0）cm，重約1.5 kg，由福建閩威實業(yè)養(yǎng)殖基地提供；棕櫚油、花生油、葵花籽油、料酒 福州永輝超市，均符合食品衛(wèi)生標準。

BS 224S 型電子天平 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；WK2102 電磁爐 美的集團股份有限公司；WSC-S 測色色差計 上海申光儀器儀表有限公司；TA.XT EXpressC 物性分析儀 英國SMS 公司；FlavourSpec?風味分析儀（配有LAV（Laboratory Analytical Viewer）分析軟件和GC×IMS Library Search 定性軟件） 德國G.A.S 公司；Checkmate3頂空分析儀 丹麥Densensor 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 魚松制作工藝流程 解凍→預處理→去腥→蒸煮→去皮去骨→碾壓脫水→添加植物油→炒制→冷卻→密封包裝[14?15]。

將解凍的鮮凍海鱸魚進行清洗，瀝水后加入料液比1:2（g/mL）料酒腌制20 min 去腥，后置于電磁爐1600 W，200 ℃蒸20 min，冷卻后去除魚皮、魚刺，按魚肉纖維組織手撕魚肉至條、塊狀，揉搓打開魚肉纖維；將揉搓好的魚肉中加入一定量的植物油使其分布均勻，倒入不粘鍋中電磁爐300 W，100 ℃炒制10 min，去除魚肉表面水分，轉電磁爐120 W，60 ℃繼續(xù)炒制25 min，直到魚肉纖維呈金黃色絨毛狀為止，冷卻至室溫將魚松密封包裝。

1.2.2 植物油添加量對炒制魚松品質(zhì)的影響 魚松制備過程同1.2.1，分別添加花生油、棕櫚油和葵花籽油1%、2%、3%、4%、5%于揉搓好的魚肉中，炒制魚松，研究植物油添加量對魚松色度、質(zhì)構和感官品質(zhì)的影響。

1.2.3 不同植物油對炒制魚松揮發(fā)性物質(zhì)的影響魚松制備過程同1.2.1，分別加入添加量3%的花生油、棕櫚油和葵花籽油炒酥，研究不同植物油對炒制魚松揮發(fā)性風味物質(zhì)的影響。

1.2.4 色度測定 采用色差計對魚松色澤進行分析，以白色標準板和光阱校正。以b*值為指標，記錄色度值（b*值越大表示顏色越偏黃[16]），比較不同條件對魚松金黃色澤的影響。每組魚松隨機選擇3 個樣品，每個樣品測量3 次后取平均值。

1.2.5 質(zhì)構測定 利用質(zhì)構儀對魚松制品的質(zhì)構特性（硬度）進行測定，使用探頭P/36R，采用全質(zhì)構（TPA）模式進行測試，測試前速度：2.0 mm/s，測試速度：2.0 mm/s，測試后速度：5.0 mm/s；應變?yōu)?5%，觸發(fā)力1.0 g。每個樣品測量重復3 次，取平均值。

1.2.6 感官評價 感官評定采用加權評分檢驗法，根據(jù)魚松色澤、組織形態(tài)、風味、口感等四個方面進行綜合評分（滿分以100 分計）。由10 名經(jīng)過專業(yè)訓練的人員組成評定小組，隨機抽取樣品，于室溫環(huán)境下進行評分，評定標準見表1 所示。

表1 魚松感官評定標準Table 1 Sensory evaluation standard of fish floss

1.2.7 GC-IMS 檢測揮發(fā)性風味物質(zhì) 稱取1.0 g 樣品，置于20 mL 頂空瓶中待分析。測定三種植物油炒制鱸魚魚松中揮發(fā)性風味物質(zhì)的組成。

1.2.7.1 氣相-離子遷移譜單元 分析時間：25 min；色譜柱類型：FS-SE-54-CB-1（15 m×0.53 mm）；柱溫：60 ℃；載氣/漂移氣：N2；IMS 溫度：45 ℃。

1.2.7.2 自動頂空進樣單元 進樣體積：500 μL；孵育時間：15 min；孵育溫度：90 ℃；進樣針溫度：85 ℃；孵化轉速：500 r/min。

氣相色譜條件：0～2 min：漂移氣150 mL/min，載氣2 mL/min；2～10 min：漂移氣150 mL/min，載氣2 mL/min 提升到10 mL/min；10～20 min：漂移氣150 mL/min，載氣10 mL/min 提升到100 mL/min；20～25 min：漂移氣150 mL/min，載氣100 mL/min提升到150 mL/min。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2018 軟件、IBM SPSS 23 軟件進行數(shù)據(jù)處理及顯著性分析，P＜0.05 為差異顯著。魚松樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)采用儀器配套的LAV（Laboratory Analytical Viewer）分析軟件和Library Search軟件進行采集和分析。利用LAV 分析譜圖并進行定量分析；通過Reporter 和Gallery Plot 插件對比指紋圖譜的差異；利用Dynamic PCA 插件對樣品進行聚類分析，以確定未知樣品的種類；利用VOCal 軟件查看分析譜圖和數(shù)據(jù)的定性定量，應用軟件內(nèi)置的NIST 數(shù)據(jù)庫和IMS 數(shù)據(jù)庫可對物質(zhì)進行定性分析。

2 結果與分析

2.1 植物油添加量對魚松色度、質(zhì)構及感官的影響

2.1.1 植物油添加量對魚松色度的影響 植物油添加量對魚松品質(zhì)至關重要。植物油在炒制時與魚松相互接觸，會以薄膜的形式在短時間內(nèi)被高溫加熱，期間因較大的比表面積而被氧化發(fā)生一系列的物理、化學變化，包括色澤加深等[17]。三種植物油添加量對魚松色度b*的影響見表2。

如表2 所示，不同植物油炒制時魚松的色度b*隨著植物油添加量的增加而增大。棕櫚油中添加量為2%和3%、3%和4%間差異不顯著；葵花籽油中1%和2%、3%和4%、4%和5%之間差異不顯著（P＞0.05），花生油炒制魚松在添加量為3%、4%、5%時色度無明顯差異（P＞0.05）。這是因為不同種類的植物油在相同條件下發(fā)生物理、化學變化的趨勢、快慢都不同，可能是由于其脂肪酸組成不同和內(nèi)源性抗氧化劑含量不同而導致炒制魚松的色度不同[18]。其中，當添加量大于3%時，魚松色度b*雖隨著植物油添加量的增加而逐漸升高但差異不顯著。

表2 三種植物油添加量對魚松b*的影響Table 2 Effect of three kinds of vegetable oils on the b* of fish floss

2.1.2 植物油添加量對魚松質(zhì)構的影響 當溫度不變，植物油添加量增加時，魚肉外層水分在炒制過程中快速蒸發(fā)，過多的植物油會使魚肉表面形成殼[19]，三種植物油添加量對魚松質(zhì)構（硬度）的影響見圖1。

如圖1 所示，三種植物油炒制的魚松硬度隨添加量的增大而呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，其中，當植物油的添加量為3%時魚松硬度最低。導致上述現(xiàn)象的原因可能是植物油添加量太多，炒制中較多的植物油使魚肉里層水分不容易蒸發(fā)，纖維易斷裂，容易造成成品變硬、酥性差、口感不佳且油脂味重，呈現(xiàn)出較差的品質(zhì)[20]。

2.1.3 植物油添加量對魚松感官評分的影響 植物油雖具有重要的生理功能，但在炒制過程中不飽和脂肪酸會發(fā)生熱氧化裂變和熱氧化分解，產(chǎn)生高聚合物及醛、酮、酸類小分子化合物等，當使用量較大時該現(xiàn)象明顯，易引起炒制物的感官變化[17]，三種植物油添加量對魚松感官評分的影響見圖2。

如圖2 所示，魚松的感官評分隨著植物油添加量的增加而增加，添加量為3%時評分最高，之后再增加植物油的添加量時，口感、風味等均有下降，感官評分降低。結合上述色度和質(zhì)構的變化情況，說明魚松形態(tài)、風味、色澤、口感等都會隨著植物油添加量的增加而趨于較優(yōu)的感官品質(zhì)，最后變化不明顯，由此，采用3%為最優(yōu)的植物油添加量水平。其中，棕櫚油是一種飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸各約占50%的油脂，較其他植物油脂具有更好的氧化穩(wěn)定性，其在炒制過程不易發(fā)生氧化分解、聚合等反應，品質(zhì)隨添加量變化較穩(wěn)定[15]。

圖2 三種植物油添加量對魚松感官評分的影響Fig.2 Effect of three kinds of vegetable oils on the sensory score of fish floss

2.2 三種植物油炒制鱸魚魚松揮發(fā)性風味物質(zhì)組成分析

2.2.1 三種植物油炒制鱸魚魚松揮發(fā)性風味物質(zhì)成分譜圖分析 圖3 是三種魚松氣相色譜離子遷移三維譜圖。受到揮發(fā)性物質(zhì)含量和狀態(tài)的影響，譜圖離子峰上每個化合物可能會有1～3 個斑點（指示單體或二聚體或三聚體）[21?22]。圖3 中揮發(fā)性成分3D 譜圖從左到右分別為花生油、棕櫚油、葵花籽油炒制的魚松樣品。從3D 譜圖外觀可見，不同植物油炒制魚松樣品中揮發(fā)性風味物質(zhì)肉眼不容易直接區(qū)分。

圖3 三種魚松GC-IMS 三維譜圖Fig.3 3D GC-IMS spectra of three kinds of fish floss

圖4 中不同植物油炒制魚松表現(xiàn)出相對特征性的GC-IMS 譜圖，不同植物油炒制的魚松樣品揮發(fā)性風味成分通過GC-IMS 技術可以得到較好地識別與分離，能直觀對比分析花生油、棕櫚油、葵花籽油炒制魚松中揮發(fā)性風味物質(zhì)的細微差別。本文利用GC-IMS 技術對三種植物油炒制魚松中揮發(fā)性風味成分差異進行檢測，如圖4 所示，淺藍色點和紅色點的數(shù)量在三種植物油炒制魚松樣品中有明顯的增加或減少，說明三種魚松樣品中某些揮發(fā)性成分濃度的升高或降低。該現(xiàn)象可能是由于炒制過程中植物油受高溫加熱而發(fā)生的一系列物理、化學等綜合因素變化，導致不同植物油物質(zhì)溶出或氧化分解速率不同，炒制產(chǎn)品風味物質(zhì)呈現(xiàn)較明顯差異[17,23]。

圖4 三種魚松GC-IMS 二維譜圖Fig.4 2D GC-IMS spectra of three kinds of fish floss

2.2.2 三種植物油炒制鱸魚魚松揮發(fā)性風味物質(zhì)定性分析 利用GC-IMS 技術對海鱸魚肉的揮發(fā)性風味物質(zhì)進行分析鑒定。圖5 表示三種植物油炒制鱸魚魚松GC-IMS 差異譜圖。橫坐標代表離子遷移時間（ms），縱坐標代表保留時間（s），圖中1.0 處紅色豎線表示反應離子峰（RIP 峰），每個樣品的遷移時間約為2.08 ms 左右，各種風味物質(zhì)的保留時間集中分布在100～380 s。RIP 峰兩側的每個點反映了離子流的信號強度，代表一種揮發(fā)性物質(zhì)，點的顏色及面積表示物質(zhì)含量的大小，點的顏色越深、面積越大反映離子流的信號越強，物質(zhì)濃度越高，反之越低[24?26]。當以花生油炒制魚松樣本譜圖為參照時，發(fā)現(xiàn)棕櫚油炒制樣本譜圖中會出現(xiàn)紅色和藍色斑點，葵花籽油炒制的樣本中大都是藍色斑點，即花生油炒制樣本或是棕櫚油炒制樣本中都有含量較高的揮發(fā)性風味物質(zhì)，葵花籽油炒制的樣本中幾乎沒有，即葵花籽油炒制的魚松樣本中揮發(fā)性物質(zhì)少于另外兩種植物油炒制魚松樣本。

圖5 三種魚松GC-IMS 差異譜圖Fig.5 Difference GC-IMS spectra of three kinds of fish floss

為了進一步分析三種植物油炒制鱸魚魚松揮發(fā)性風味物質(zhì)的變化，利用Vocal 軟件查看分析譜圖和數(shù)據(jù)的定性定量，應用軟件內(nèi)置的NIST 數(shù)據(jù)庫和IMS 數(shù)據(jù)庫可對物質(zhì)進行定性分析[27]。三種植物油炒制魚松樣本鑒定到的樣本中揮發(fā)性物質(zhì)如表3 所示。鑒定出的揮發(fā)性物質(zhì)的碳鏈普遍集中在C3～C10之間，包括醛類物質(zhì)21 種，醇類物質(zhì)6 種，酯類物質(zhì)3 種，酮類物質(zhì)2 種，其它物質(zhì)8 種，其中，醛類物質(zhì)種類最多。醛類物質(zhì)多呈刺激性或清香果香味，可有效掩蓋魚肉本身的腥臭味，說明植物油的添加對魚松產(chǎn)品風味的產(chǎn)生具有很大的影響。

表3 三種魚松中鑒定出的揮發(fā)性物質(zhì)Table 3 Volatile compounds identified from three kinds of fish floss

2.2.3 三種植物油炒制鱸魚魚松揮發(fā)性風味物質(zhì)指紋譜圖 利用Gallery Plot 插件框選所有揮發(fā)性組分信號峰，形成各樣品指紋圖譜進行對比，如圖6 所示。圖中每一行代表一個樣品中選取的全部信號峰，每一列代表同一揮發(fā)性組分在不同樣品中的信號峰，若為數(shù)字則表示該物質(zhì)在譜庫中匹配度較低未被鑒定出[31?32]。觀察指紋圖譜可知，紅框中框出的丙醛、戊醛、3-甲基丁醛、（E）-2-庚烯醛、辛醛、3-甲基-3-丁烯-1-醇、雙戊烯等物質(zhì)在花生油炒制魚松樣品中含量較高，綠框中框出的2-甲基丙醛、（E）-2-己烯醛、己醛、庚醛、壬醛、苯甲醛、羥基丙酮、環(huán)己酮、2，3-丁二醇、1-辛醇、α-水芹烯、己酸乙酯、丙酸等物質(zhì)在棕櫚油炒制魚松樣品中含量較高，葵花籽油炒制的魚松樣品中揮發(fā)性物質(zhì)較少。其中，只有花生油炒制魚松中有丙醛，棕櫚油炒制魚松中有苯甲醛；花生油和葵花籽油炒制魚松中都有己醛和3-甲基-1-丁醇，說明三種植物油炒制的海鱸魚魚松揮發(fā)性風味物質(zhì)的成分有較明顯的區(qū)別。

為了更好表征各類揮發(fā)性化合物的變化，根據(jù)化合物在指紋圖譜上的信號強度，換算得到三種植物油炒制海鱸魚魚松中揮發(fā)性風味物質(zhì)的相對含量變化如圖7 所示。由圖可知，花生油、棕櫚油、葵花籽油炒制魚松的揮發(fā)性成分以醛類（63.33%、57.58%、43.75%）、酯類（3.33%、6.06%、6.25%）、酮類（6.67%、6.06%、18.75%）、醇類（10.00%、12.12%、12.50%）為主，其中，醛類物質(zhì)在三種植物油炒制的魚松中相對含量最高。醛類物質(zhì)主要為脂肪氧化的產(chǎn)物，閾值較低，對魚松總體揮發(fā)性風味影響較大；酮類和醇類物質(zhì)也來源于脂肪酸的氧化降解，其閾值高于醛類，帶有一定濃香的風味；酯類物質(zhì)主要是酸類和醇類物質(zhì)酯化反應的產(chǎn)物[33?35]。含量不同的揮發(fā)性成分賦予了不同植物油炒制魚松的差異性風味。

圖7 三種魚松揮發(fā)性風味物質(zhì)相對含量變化Fig.7 Relative conternt changes of volatile flavor components of three kinds of fish floss

2.2.4 三種植物油炒制鱸魚魚松揮發(fā)性風味物質(zhì)主成分分析 利用GC-IMS 技術對揮發(fā)性成分數(shù)據(jù)采用主成分分析，探究不同條件對樣品區(qū)分的可行性[36]。根據(jù)主成分分析在雙標圖上的距離來反映樣品中揮發(fā)性組分與樣品之間的相關性，每組樣品風味物質(zhì)譜圖數(shù)據(jù)相對集合一處，使得不同處理樣品實現(xiàn)較好的分類[37]。由圖8 可知，植物油炒制魚松揮發(fā)性物質(zhì)兩個主成分PC1 和PC2 疊加貢獻率可達92%，同種植物油炒制魚松風味物質(zhì)譜圖數(shù)據(jù)相對集合一處，使得不同植物油炒制魚松分類明顯。花生油、棕櫚油、葵花籽油炒制的海鱸魚魚松在揮發(fā)性風味上差異明顯，棕櫚油和葵花籽油炒制的魚松樣品相對較好地聚集在一處，均一性好，而花生油炒制的魚松樣品均一性較差，究其原因是花生油富含不飽和脂肪酸，其不飽和脂肪酸含量高達80%以上，因此，煎炸烹炒后裂變程度大[38]。

圖8 三種魚松揮發(fā)性物質(zhì)PCA 分析圖Fig.8 PCA of volatile organic compounds of three kinds of fish floss

3 結論

本研究利用色度、質(zhì)構和感官評分確定植物油炒制海鱸魚魚松的最佳添加量為3%，采用GC-IMS技術對花生油、棕櫚油、葵花籽油炒制的海鱸魚魚松中揮發(fā)性風味物質(zhì)進行分析，共鑒定出40 種揮發(fā)性物質(zhì)，包括醛類、酮類、醇類、酸類、酯類和其它物質(zhì)，其中，醛類物質(zhì)的相對含量最高，其次是醇類和酮類物質(zhì)。不同植物油炒制的海鱸魚魚松風味物質(zhì)組成存在明顯差異，其中，花生油炒制的魚松中辛醛、丙醛、3-甲基-3-丁烯-1-醇、戊醛、雙戊烯、3-甲基丁醛、（E）-2-庚烯醛相對含量較高，棕櫚油炒制魚松中壬醛、己醛、丙酸、2-甲基丙醛、羥基丙酮、庚醛、苯甲醛、環(huán)己酮、α-水芹烯、2,3-丁二醇、己酸乙酯、1-辛醇、（E）-2-己烯醛相對含量較高，葵花籽油炒制魚松風味物質(zhì)含量較少。因而，結合GC-IMS 分析得出的風味物質(zhì)，能較好地區(qū)分不同植物油炒制的海鱸魚魚松產(chǎn)品。