固相微萃取气相色谱质谱法分析带鱼肉的挥发性成分

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(渤海大学食品科学研究院,渤海大学化学化工与食品安全学院,辽宁省食品安全重点实验室,辽宁锦州 121013)

带鱼(Thchiurushaumela)又称刀鱼、牙鱼、白带鱼,属鲈形目带鱼科带鱼属,分布广泛,是我国最重要的海产经济鱼类之一[1]。带鱼肉嫩体肥、味道鲜美,具有很高的营养价值,深受消费者青睐[2]。但带鱼脂肪含量较一般鱼类高,很容易氧化,贮藏过程中极易腐败变质[3]。

研究报道[4],海产品在腐败过程中,不仅会引起肌肉降解,而且伴随着挥发性气味特征的改变。挥发性气味对海产品的品质评价起着重要作用。固相微萃取技术是一种新型的风味检测样品前处理技术,该技术无需有机溶剂,简单方便,集采样、萃取、浓缩、进样于一体,适用于易挥发和半挥发物质的分析[5]。

目前,国内外关于带鱼的研究主要集中在储藏和保鲜等方面,而对其风味的研究较少。本实验采用固相微萃取 - 气质联用法(SPME - GC - MS)分析带鱼肉的挥发性成分,对影响带鱼肉挥发性成分萃取效率的各因素进行优化,建立固相微萃取 - 气相色谱 - 质谱法测定带鱼肉中挥发性物质的分析方法。

1 材料与方法

1. 1 材料与仪器

冷冻带鱼 购于锦州市林西街水产市场。

Agilent 7890N/5975气质联用仪 美国Agilent公司;固相微萃取装置、20mL顶空钳口样品瓶、50/30μm DVB/CAR/PDMS、65μm PDMS/DVB、75μm CAR/PDMS萃取头 美国Supelco公司。

1. 2 实验方法

1. 2. 1 样品前处理 冷冻带鱼先进行解冻,去头、内脏和鳍,清水洗净沥干后,取鱼肉置于绞肉机中绞碎作为实验材料。准确称取经绞碎的鱼肉样品1 ～ 5g于20mL顶空瓶中,加入氯化钠溶液,加入磁转子,用聚四氟乙烯隔垫密封,置于磁力搅拌器中于50℃下加热平衡15min后,用已老化好的萃取头顶空吸附一定时间后,将萃取头取出,插入GC进样口,解吸5min。样品重复实验3次。

1. 2. 2 GC条件 HP - 5MS毛细管柱(30m×0. 25mm×0. 25μm);进样口温度为250℃,不分流模式进样;载气为He,流速1. 0mL/min;程序升温:起始温度35℃保持2min,然后以3℃/min升至120℃,再以5℃/min升至220℃并保持3min。

1. 2. 3 MS条件 色谱 - 质谱接口温度280℃,离子源温度230℃,四极杆温度150℃;离子化方式:EI;电子能量70eV;质量扫描范围m/z 30 ～ 550。

1. 2. 4 数据分析 样品中挥发性成分的定性分析采用计算机谱库(NIST 11/Wiley 7. 0)进行检索,同时结合已有文献报道确认挥发性物质的化学组成。挥发性成分的定量分析采用峰面积归一化法。

1. 2. 5 实验方法的重复性 严格控制实验条件,对所优化的实验条件做3次重复性实验,对实验结果进行分析。

2 结果与分析

2. 1 SPME萃取条件的选择

2. 1. 1 萃取头的选择 纤维涂层的性质直接影响萃取的效率和选择性。萃取时,应依据“相似相溶”的原则选用,不同固定相的萃取纤维涂层厚度对萃取的效率和萃取所需的时间都有一定的影响[6]。

实验中比较了50/30μm DVB/CAR/PDMS、65μm PDMS/DVB、75μm CAR/PDMS 3种纤维头对带鱼肉挥发性成分萃取效率的影响。于顶空瓶中加入3g鱼肉和6mL蒸馏水,在50℃下萃取40min。以带鱼肉挥发性组分中的8种主要化合物(3 - 甲基丁醛、己醛、庚醛、苯甲醛、1 - 辛烯 - 3 - 醇、苯乙醛、壬醛和苯乙醇)为指标。

从图1可知,DVB/CAR/PDMS萃取头可以有效吸附带鱼肉中的挥发性成分,除3 - 甲基丁醛外,其他物质的萃取量均大于另外2种萃取头。DVB/CAR/PDMS萃取头由三种涂层复合而成,与其他的单层或双层萃取头相比,能萃取到更多的风味成分[7]。因此选用DVB/CAR/PDMS萃取头。

图1 不同萃取头对萃取效率的影响Fig. 1 Effect of different fibers on extraction efficiency

2. 1. 2 萃取时间的选择 选用DVB/CAR/PDMS萃取头,在顶空瓶中加入3g鱼肉、6mL蒸馏水,分别萃取30、40、50、60min,比较不同萃取时间的萃取效果。

萃取时间对萃取头吸附量影响很大,但达到吸附平衡后,时间变化不会对萃取量产生大的影响。从图2可以看出,随着时间的延长,挥发性物质含量随之增加,其中3 - 甲基丁醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛和苯乙醇在萃取时间为60min时达到最大萃取量,而己醛、庚醛、1 - 辛烯 - 3 - 醇在萃取时间为50min时的萃取量最大。这是由于萃取是一个动力学过程,它包括待测物在样品基质、萃取头涂层和顶空三相中的分配[8],由于不同物质具有不同的扩散速率和分配系数,以及不同时间的竞争性吸附等因素导致达到吸附平衡的时间也不同。综合考虑,为了缩短分析时间,选取50min为较佳萃取时间。

图2 萃取时间对萃取效率的影响Fig. 2 Effect of extraction time on extraction efficiency

2. 1. 3 样品量的确定 选用DVB/CAR/PDMS萃取头,在顶空瓶中分别加入1、2、3、4g鱼肉、6mL蒸馏水,萃取50min,比较不同样品量对萃取效率的影响。

顶空固相微萃取中,样品量的多少直接影响萃取量。取样量小,很难达到平衡;取样量大,会因小分子竞争吸附影响大分子物质的吸附,故应选择合适的样品量以便提高整个实验的准确性[9]。图3为不同样品量对萃取效果的影响。由图可以看出,随着样品量的增加,部分物质的萃取量随之增大,但大多数物质的萃取量随样品量的增加反而下降,其中苯乙醛、1 - 辛烯 - 3 - 醇、苯甲醛、庚醛的萃取量在样品质量为2g时达到最大值,因此选取2g鱼肉作为较佳样品量。

图3 样品量对萃取效果的影响Fig. 3 Effect of sample amount on extraction efficiency

2. 1. 4 离子浓度的选择 选用DVB/CAR/PDMS萃取头,在顶空瓶中加入2g鱼肉、6mL不同浓度的NaCl溶液,萃取50min,比较不同离子浓度对萃取效率的影响。

由于盐析效应,在样品中添加无机盐可以降低有机物在水溶液中的溶解度,促进萃取头对挥发性有机物的吸附[10]。本实验对比了不同浓度NaCl对带鱼肉主要挥发性组分的影响。从图4可以看出,壬醛、1 - 辛烯 - 3 - 醇、庚醛、己醛的萃取量在NaCl浓度为0. 12g/mL时达到最大。而苯乙醇、苯乙醛、苯甲醛等物质的萃取量在NaCl浓度为0. 36g/mL时达到最大,且此浓度下萃取到挥发性物质的总峰面积最大。综合考虑,确定添加0. 36g/mL NaCl。

图4 离子浓度对萃取效率的影响Fig. 4 Effect of ionic concentration on extraction efficiency

2. 2 实验方法的重复性

从表1和表2可以看出,3次重复实验中色谱峰保留时间和峰面积的变异系数CV(%)值分别为0. 00% ～ 5. 05%和6. 44% ～ 15. 27%,其中3 - 甲基丁醛的保留时间变异系数最大,苯乙醛的色谱峰面积的变异系数最大。重复性可基本满足供试样品定性和定量分析的需要。

表1 保留时间的重复性Table 1 Repeatability of the retention time

2. 3 带鱼挥发性成分分析

采用SPME - GC - MS法对带鱼肉的挥发性成分进行提取分离,在最佳萃取条件下测定鱼肉中挥发性成分的总离子流图如图5所示。通过谱库检索,并结合相关文献,共鉴定出40种主要的挥发性成分。由表3可以看出,带鱼肉的挥发性成分主要为醛类化合物(45. 11%),其次是醇类(17. 47%)、芳香族化合物(14. 49%)、烯烃类(13. 99%)、酮类(4. 76%)和胺类化合物(0. 35%)等。

表2 色谱峰面积的重复性Table 2 Repeatability of the chromatogram peak area

图5 带鱼肉挥发性成分总离子流图Fig. 5 Total ionic chromatogram of volatile compounds in hairtail

鱼肉中的气味主要由挥发性羰基化合物和醇类引起的[11]。羰基化合物包括醛类和酮类物质,醛类化合物的气味阈值较低,一般具有青香、果香、甜香和坚果香[12]。醛类在水产品风味特征中起着重要作用,与水产品青草味、腥味等有关[13]。如己醛具有明显的青草味,一般被认为是鱼腥味的代表物质;壬醛具有鱼腥味,庚醛具有果香。酮类物质共检出4种,包括2,3 - 庚二酮、5 - 羟基 - 2,7 - 二甲基 - 4 - 辛酮、4 - 壬酮、3,5 - 辛二烯 - 2 - 酮。酮类化合物主要是由于脂类物质氧化降解或氨基酸的降解产生的,往往具有甜甜的花香和果香,对鱼腥味有一定的增强作用,尤其是烯酮类化合物[14]。

实验中共检出6种醇类化合物,主要为1 - 辛烯 - 3 - 醇、2,5 - 二甲基 - 3 - 己醇、(E) - 2 - 辛烯 - 1 - 醇、苯乙醇等。醇类的阈值一般比较高,对鱼肉的风味贡献较小[15]。其中不饱和醇阈值相对较低,对鱼肉风味有一定作用[16],如1 - 辛烯 - 3 - 醇具有蘑菇香气,普遍存在于鱼类的挥发性风味物质中。

表3 带鱼肉挥发性成分组成及相对含量Table 3 Volatile compounds and their relative content identified in hairtail

实验中检测出了较多的烃类,主要包括烯烃类和烷烃类。烯烃可在一定条件下形成醛或酮,是产生腥味的潜在因素[17]。各种烷烃(C6 ～ C19)已经被鉴定存在于甲壳类鱼肉的挥发物中,由于其阈值较高,对鱼肉整体风味贡献很小。此外,还检测到甲苯、萘等芳香类物质,其中甲苯是造成鱼肉中令人不愉快的风味物质[18],这类化合物可能是由存在于环境中的污染物造成的。在带鱼肉中检测到几种胺类物质,其相对含量较低。鱼肉中胺类化合物主要是由于各种氨基酸在微生物酶的脱羧作用下生成的,这些物质一般都有鱼腥味[11]。

3 结论

采用SPME - GC - MS技术分析带鱼肉的挥发性成分,对影响萃取效率的主要因素进行了研究。优化得到的较佳萃取条件为:在2g鱼肉中加入6mL饱和氯化钠溶液(0. 36g/mL),用50/30μm DVB/CAR/PDMS的萃取头于50℃下萃取50min。利用优化得到的萃取条件并结合GC - MS对带鱼肉的挥发性物质组成进行分析,共鉴定出40种主要的挥发性物质,主要是醛类、醇类、芳香族、烯烃类、酮类和胺类化合物,其中醛类、醇类、芳香族和烯烃类化合物的相对含量较高,为带鱼的主要挥发性成分。

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