冻藏时间对三疣梭子蟹肌肉和卵巢中挥发性物质组成的影响

韩姣姣,王 稷,李 晔,张秋香,张晓彤

(宁波大学海洋学院,浙江宁波 315211)

冻藏时间对三疣梭子蟹肌肉和卵巢中挥发性物质组成的影响

韩姣姣,王 稷,李 晔*,张秋香,张晓彤

(宁波大学海洋学院,浙江宁波 315211)

采用电子鼻(E-nose)、顶空固相微萃取(HS-SPME)、气质联用(GC-MS)等实验方法,研究冻藏时间对三疣梭子蟹肌肉和卵巢中挥发性物质组成的影响,为三疣梭子蟹的贮藏加工,产品开发提供参考。电子鼻检测结果显示,新鲜三疣梭子蟹肌肉的整体气味与冻藏后的气味差异较大,冻藏前期(1、3、5、7 d)的三疣梭子蟹肌肉整体气味相似,而冻藏后期(冻藏9、11、13、15 d)的三疣梭子蟹肌肉整体气味相似,三疣梭子蟹卵巢的整体气味变化情况和肌肉类似。从GC-MS的结果发现,新鲜三疣梭子蟹肌肉和卵巢中酯类物质含量较高,随着冻藏时间的延长,酯类物质含量下降,烷烃类含量上升。相比于冻藏前期,冻藏后期的肌肉和卵巢风味物质中胺类物质含量上升。上述结果表明,冻藏后三疣梭子蟹肌肉和卵巢的气味与新鲜时不同;并且冻藏时间对这两个部位中挥发性物质的组成影响较大。

三疣梭子蟹,挥发性物质,肌肉,卵巢,气质联用

三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)又称梭子蟹、白蟹,是我国沿海地区重要的经济蟹类,肉味鲜美,营养丰富[1]。三疣梭子蟹以鲜食为主,其生鲜时气味平淡,加热、蒸煮后会产生浓厚的香味,具有独特的风味[2]。三疣梭子蟹捕捞后不易存活,并且因其低脂肪高蛋白的营养结构和松散的组织结构,保鲜时间很短[3],在贮藏及流通过程中比一般水产品更易受到温度、微生物以及酶等因素的作用而发生腐败变质,产生各种挥发性物质,严重影响蟹肉鲜度[4]。

已有的研究表明,水产品在贮藏期间挥发性物质的组成会随着贮藏时间的延长而变化。其原因一方面是含有的不饱和脂肪酸被氧化而产生一些挥发性物质;另一方面,腐败微生物的生长也会通过分解代谢而产生大量的挥发性产物[5]。因此气质联用、电子鼻等检测设备经常被用来评价水产品鲜度的变化,并主要集中在鱼类的研究中。如李婷婷等[6]利用GC-MS结合电子鼻研究了三文鱼片在4℃冷藏过程中挥发性成分的变化。Edirisinghe等[7]研究了金枪鱼在不同贮藏条件下挥发性物质的变化,并建立了与鲜度的关系。其它还包括对牙鳕[8]、鲑鱼[9]、鲷鱼[10]等的研究。

但对于虾、蟹、以及贝类的相关研究相对较少,而对冻藏过程中三疣梭子蟹组织中挥发性物质变化的研究未见报道。本实验利用电子鼻和GC-MS研究经-20 ℃冻藏不同时间后,三疣梭子蟹肌肉和卵巢中挥发性物质种类和含量的变化情况,旨在为三疣梭子蟹的贮藏保鲜研究及产品的开发提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜活三疣梭子蟹 购自宁波市江北区路林水产市场。

PEN3便携式电子鼻气味分析仪 德国Airsense公司;65 μm聚二甲基硅氧烷(PDMS)萃取头 美国Supelco公司;7890/M7-80EI GC-MS 美国Agilent公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理 三疣梭子蟹分别于鲜活状态、-20 ℃冻藏1、3、5、7、9、11、13、15 d进行解剖,取肌肉和卵巢组织分别用于实验。准确称取0.5 g肌肉和卵巢装入15 mL顶空瓶中,塞紧瓶塞,室温平衡30 min,采用便携式电子鼻检测,每个样品分别做5次平行检测。

1.2.2 电子鼻分析 利用PEN3型便携式电子鼻进行检测,由于传感器信号在90 s后基本稳定,因此选定信号采集时间为100 s,传感器清洗时间为500～700 s。

1.2.3 固相微萃取及GC-MS分析 将萃取头在气相色谱的进样口于250 ℃老化45 min。将老化后的萃取头插入样品瓶中,于50 ℃水浴吸附30 min后取下,将其插入气质联用仪,进样口220 ℃解吸2 min,启动气质联用仪采集数据。色谱条件:载气为氦气,流速1 mL/min;不分流模式进样,进样口温度和传输线温度均为220 ℃。程序升温:起始柱温50 ℃,以5 ℃/min升至200 ℃,保留5 min,再以10 ℃/min升至250 ℃,保持2 min。质谱条件:离子源为电子轰击源(EI),电离电压70 eV,离子源温度230 ℃,扫描范围45～400 u[11]。

1.4 数据分析

电子鼻检测数据的信号采集时间为100 s,取稳定状态下98～99 s的测试数据用作分析。采用PEN3内部的WinMuster数据处理软件进行主成分分析法(PCA)进行数据分析,当两成分的总贡献率超过90%时被认为可代表实验数据的特征[12]。

GC-MS检测结果通过计算机检索,利用NIST和WILEY谱库,将谱库中化合物相似度大于80的组分进行定性分析,然后将各组分相对百分含量按照峰面积归一法进行定量分析[13]。根据5次样品重复的结果用SAS9.0软件计算物质的标准差。

2 结果与分析

2.1 冻藏时间对三疣梭子蟹肌肉整体气味的影响

冻藏不同时间后的三疣梭子蟹肌肉样品,直接用电子鼻进行气味信号的采集,数据通过PCA分析后,结果如图1所示。图中显示第一主成分(PC1)的贡献率为79.48%,其与第二主成分(PC2)的总贡献率为91.43%,表明PCA分析可以用于不同冻藏时间下气味物质的统计分析。

由图1可知,新鲜的三疣梭子蟹肌肉跟冻藏后的肌肉风味明显不同,但是冻藏前期(冻藏7 d以内)的三疣梭子蟹肌肉整体气味接近,冻藏后期(冻藏9、11、13、15 d)的三疣梭子蟹肌肉的气味相近。

图1 不同冻藏时间条件下三疣梭子蟹肌肉气味的PCA分析Fig.1 Principal component analysis of Portunus trituberculatus muscle odor at different frozen storage time

2.2 冻藏时间对三疣梭子蟹卵巢整体气味的影响

图2为冻藏不同时间的三疣梭子蟹卵巢整体气味的PCA图。PC1和PC2的总贡献率为98%。由图可知,新鲜的卵巢样品与冻藏后的样品在气味上呈现出明显的不同。而随着冻藏时间的变化,三疣梭子蟹卵巢的整体气味发生变化,图谱呈现一定的规律。冻藏前期(1～7 d)的数据点发生部分重叠;而冻藏后期(9～15 d)的样品数据点也发生部分重叠,说明冻藏前期与冻藏后期呈现一定的聚类特征。

图2 不同冻藏时间条件下三疣梭子蟹卵巢气味的PCA分析(未加热)Fig.2 Principal component analysis of Portunus trituberculatus ovary odor at different frozen storage time(unheated)

2.3 冻藏时间对三疣梭子蟹肌肉中挥发性物质组成的影响

根据电子鼻的数据分析,采用GC-MS检测新鲜的三疣梭子蟹肌肉和卵巢样品,冻藏5 d和冻藏13 d的三疣梭子蟹肌肉和卵巢样品中挥发性物质的组成和相对含量。

表1 不同冻藏时间下三疣梭子蟹肌肉挥发性物质成分

注:“-”表示未检出。根据GC-MS获得总离子流图,将各个色谱峰对应的质谱进行检索及人工解析,确定新鲜三疣梭子蟹肌肉和冻藏5、13 d后三疣梭子蟹肌肉各风味物质的种类及含量,鉴定结果见表1。

在新鲜三疣梭子蟹肌肉风味物质中,酯类物质的相对含量最高,占风味成分总量的81.3%,其次是醛类(4.19%)和烷烃类物质(3.99%)。冻藏5 d后的三疣梭子蟹肌肉中挥发性物质包括醇类、醛类、烷烃类和其他类,其中烷烃类相对含量最高(43.15%),其次是醇类(12.99%),酯类含量较少(14.2%)。冻藏13 d后的三疣梭子蟹肌肉风味物质包括烷烃类(48.36%),醛类(21.87%),而酯类物质含量很少(1.68%)。

新鲜三疣梭子蟹肌肉和冻藏后的肌肉风味物质的差别在于酯类和烷烃类物质,新鲜三疣梭子蟹中酯类物质含量较多,烷烃类物质较少。而冻藏后的三疣梭子蟹肌肉中酯类物质较少,烷烃类物质增加。冻藏5 d的肌肉中胺类含量为0,而冻藏13 d的肌肉风味物质中胺类含量为6.02%,因此冻藏前期和后期三疣梭子蟹肌肉气味不同可能是由于冻藏后期胺类物质含量上升。

表2 不同冻藏时间下三疣梭子蟹卵巢挥发性物质成分

续表

注:“-”表示未检出。

2.4 冻藏时间对三疣梭子蟹卵巢中挥发性物质组成的影响

同样,新鲜三疣梭子蟹和冻藏5、13 d后三疣梭子蟹卵巢各风味物质的种类及含量,鉴定结果见表2。

如表2所示,新鲜三疣梭子蟹卵巢含有的挥发性物质主要包括酯类(77.01%),烷烃类(3.97%)的,烯烃类(2.32%)和其他物质(25.82%)。冻藏5d的三疣梭子蟹卵巢中挥发性物质包括酯类(12.83%),烷烃类(61.96%),烯烃类(14.26%)。冻藏13d后的三疣梭子蟹卵巢中的挥发性物质中,有酯类(7.56%),烷烃类(59.16%),烯烃类物质(17.18%)。

从GC-MS结果可以看出,新鲜三疣梭子蟹卵巢风味物质中酯类物质的含量较高,烷烃类物质含量较少,而冻藏过后的三疣梭子蟹卵巢风味中烷烃类含量升高,酯类含量减少。冻藏5 d的卵巢中没有胺类物质,冻藏13 d后的卵巢中胺类物质相对含量达6.62%,这与三疣梭子蟹肌肉的结果相似。

对比电子鼻的结果,新鲜三疣梭子蟹肌肉和卵巢的风味和冻藏之后的风味明显不同的原因在于冻藏后酯类含量下降,烷烃类含量上升。而冻藏前期和冻藏后期风味不同则体现在冻藏后期的肌肉和卵巢中胺类物质的含量上升。GC-MS和电子鼻的结果相一致。

3 讨论

自20世纪90年代以来,随着国外学者对蓝蟹、雪蟹等蟹类的挥发性风味成分进行报道,以及各类新型检测技术的发展,蟹类的挥发性物质组成被不断表征[14]。但在国内,主要集中在对中华绒螯蟹、锯缘青蟹的研究上,对三疣梭子蟹的挥发性物质的研究仅见蔺佳良[15]等比较了三疣梭子蟹肌肉在不同加热温度下的挥发性物质的变化情况。目前关于三疣梭子蟹的研究大多集中在对三疣梭子蟹鲜度评价以及保鲜等方面,如苗钰湘[3]等人研究用电子鼻的方法来评价三疣梭子蟹的鲜度,郑丹[16]等人利用不同的包装方式达到对三疣梭子蟹的保鲜,很少有研究冻藏条件对三疣梭子蟹挥发性物质的影响。电子鼻利用气体传感器阵列的响应图案来识别并区分气味,因此能够获得样品中挥发成分的整体信息[17]。固相微萃取结合气质联用(SPME-GC-MS)能够充分萃取样品中的挥发性物质,并进行定性定量分析,因此广泛地应用在食品、生物和环境分析中[18]。

水产品在贮藏过程中,随着贮藏时间延长,微生物繁殖加快,除了本身产生较多代谢产物,包括挥发性物质影响水产品风味之外,微生物还产生各种蛋白酶。在酶的作用下,水产品中的氨基酸分解生产氨、胺类以及其它小分子物质;而脂肪酸也被氧化,形成各类腐臭特征。

Chen[19]等人的研究,酯类物质一般是由发酵或者脂质代谢生成的羧酸和醇酯化后的产物,蟹肉中的酯类物质主要有:丁酸乙酯、乙酸异戊酯和己酸乙酯,它们都可为蟹肉带来香味。酯类物质既呈香又呈味[20],其中新鲜三疣梭子蟹肌肉风味物质中乙酸异戊酯的含量较高,乙酸异戊酯的阈值为0.23,似梨、苹果样香气,味微甜、带涩,这就使得新鲜的三疣梭子蟹肌肉和卵巢有特殊的香气,因此能够与冻藏后的三疣梭子蟹风味区分开来。

蒋根栋[21]等人发现,烷烃类挥发性物质主要来源于脂肪酸烷氧自由基的断裂,烷烃类化合物含量的差别可能是由其前体物脂肪酸的差别造成的。冻藏后的三疣梭子蟹肌肉和卵巢的风味物质中烷烃类含量增加,这可能是因为冻藏过程中三疣梭子蟹肌肉和卵巢中的脂肪酸氧化造成的。但是烷烃类化合物阈值较高,对总体风味的贡献不大,不过某些支链烷烃仍具有一定的风味,如2,6,10,14-四甲基-十五烷、2,4,10,14-四甲基-十五烷等被报道具有一种清香味[22]。而在所有检测到的烷烃类化合物中,2,6,10-三甲基-十五烷和2,6,11三甲基十二烷具有支链结构,可能对蟹肉的整体风味具有贡献。

醛类的阈值通常比其他化合物低且具有脂肪香味,此类化合物对蟹的整体风味有重要作用[23]。醛类是由脂类自动氧化所产生的,例如多不饱和脂肪酸的氧化可以产生像辛醛和壬醛等醛类[24]。醛类化合物在梭子蟹肌肉风味物质的比重也较大,在三疣梭子蟹肌肉和卵巢风味物质中有己醛、壬醛和癸醛,己醛阈值较低,为0.3,有果香气味,壬醛具有鱼腥味[25]。己醛、壬醛和癸醛被认为是淡水鱼肉中土腥味的主要成分[26-27],根据蔺佳良[15]等人的研究,壬醛在中华绒螯蟹中含量较高,在本实验中壬醛在梭子蟹中含量也比较高。

其他化合物中主要包括胺类、烯烃类和酮类等。虽然酮类种类较少,阈值较高,对风味物质的贡献不大,但有些酮类对于杂环化合物的形成起着重要的作用,因此对香味的形成起作用[28]。赵燕[29]等人的研究中表明胺类物质的阈值很低,并且呈腐败气味,这就造成了冻藏前期和后期三疣梭子蟹风味的不同。

4 结论

采用电子鼻和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术研究冻藏时间对三疣梭子蟹肌肉和卵巢中的挥发性成分的影响。三疣梭子蟹肌肉和卵巢挥发性物质主要包括酯类、醛类、烷烃类和其他类。新鲜三疣梭子蟹肌肉和卵巢的风味物质和冻藏之后的风味物质不同之处在于新鲜三疣梭子蟹肌肉和卵巢中酯类物质含量较高,烷烃类含量较低,而冻藏后的肌肉和卵巢中酯类物质含量下降,烷烃类物质含量上升,因此可以从气味上区分出新鲜的和冻藏过后的三疣梭子蟹。而冻藏前后期三疣梭子蟹肌肉和卵巢风味物质的不同体现在冻藏后期胺类物质含量增加。上述研究结果将有助于阐明三疣梭子蟹在冻藏过程中挥发性物质的变化规律,确定最佳的贮藏条件和时间,为保证三疣梭子蟹的品质提供理论依据。

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Effect of frozen storage time on volatile components in muscle and ovary ofPortunustrituberculatus

HAN Jiao-jiao,WANG Ji,Li Ye*,ZHANG Qiu-xiang,ZHANG Xiao-tong

(School of Marine Sciences,Ningbo University,Zhe Jiang Ningbo 315211)

In order to provide academic foundation for refreshing and processing ofPortunustrituberculatus,E-Nose and HS-SPME-GC-MS were used to investigate the effects of frozen storage time on volatile components in the muscle and ovary ofPortunustrituberculatus. The results of electronic nose have showed that there were many differences between the odor of fresh crab muscles and that of frozen crab muscles. However,it is similar among the early stage of the frozen(1,3,5 d,and 7 d),as well as the late stage of the frozen(9,11,13 d and 15 d). The changes of odor components in crab ovaries were similar with those in muscle. The results of GC-MS indicated that the contents of esters in fresh crab and ovary were higher. With the extension of frozen storage time,the contents of esters decreased,while the contents of alkanes were increased. Compared to the early stage of the frozen,the contents of amines in muscle and ovary were risen at the late stage of the frozen. Our results showed that the odor of frozen and fresh in crab muscle and ovaries are different. The frozen storage time is an important factor which affects the components of flavor substances in crab.

Portunustrituberculatus;volatile substances;muscle;ovary;GC-MS

2016-05-24

韩姣姣(1993-),女,硕士研究生,研究方向:水产品加工及贮藏,E-mail:hanjiao0217@126.com。

*通讯作者:李晔(1980-),女,副教授,研究方向:食品安全/生物与分子生物学,E-mail:liye@nbu.edu.cn。

国家自然科学基金(F01424145100)。

TS254

A

1002-0306(2016)24-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.24.000