用电子鼻和SPME-GC-MS分析鲍鱼熟制前后挥发性风味物质的变化

吴靖娜，路海霞，刘智禹， 苏捷， 廖登远，潘南，蔡水淋

（1.福建省水产研究所国家海水鱼类加工技术研发分中心 （厦门），福建省海洋生物增养殖与高值化利用重点实验室，福建厦门361013；2.福建省海洋生物资源开发利用协同创新中心，福建厦门361013）

用电子鼻和SPME-GC-MS分析鲍鱼熟制前后挥发性风味物质的变化

吴靖娜1、2，路海霞1、2，刘智禹1、2， 苏捷1、2， 廖登远1、2，潘南1、2，蔡水淋1、2

（1.福建省水产研究所国家海水鱼类加工技术研发分中心 （厦门），福建省海洋生物增养殖与高值化利用重点实验室，福建厦门361013；2.福建省海洋生物资源开发利用协同创新中心，福建厦门361013）

为了揭示熟制鲍鱼主要特征气味的成因，采用电子鼻及固相微萃取结合气-质联用 （SPME-GCMS），对熟制过程中皱纹盘鲍Haliotis discus hannai香气差异和挥发性成分变化进行了研究。结果表明：电子鼻能够灵敏地检测到熟制鲍鱼的香气变化，经PCA分析发现，熟制鲍与生鲍整体气味有显著差异；GCMS分析表明，熟制前后鲍鱼的挥发性成分发生明显变化，从生鲍和熟制鲍中分别鉴定出42种和61种风味物质，主要物质有醇、醛、酮、烃、酯、酸、芳香族、含氮化合物、酚类；生鲍中挥发性风味物质含量较高的为苯甲醛 （68.15%）和1-辛烯-3-醇 （9.22%），熟制鲍中挥发性风味物质含量较高的为2，3-丁二醇 （22.80%）和 （2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇 （19.84%）。研究表明，运用电子鼻和固相微萃取结合气-质联用 （SPME-GC-MS）能够很好地分析鲍鱼熟制前后气味的变化。

鲍鱼；电子鼻；挥发性物质；主成分分析

中国是世界第一养殖鲍鱼大国，据报道，2013年仅福建省的鲍鱼养殖产量就达到8.85万t，约占全国鲍鱼产量的80%［1］。由于鲍鱼收获的季节性强，鲜活鲍鱼贮藏时间较短，所以鲜鲍销售区域受到一定的限制，为此，许多水产加工企业将鲍鱼加工成速冻带壳鲜鲍、冻鲍、速冻鲍片和罐制品出口，而大多鲍鱼加工产品均经高温熟制处理。据了解，鲍鱼的熟制过程有助于香气的提升，但对于鲍鱼被加工处理后嗅气物质的变化情况较少进行系统的研究，因此，分析加工处理后鲍鱼的主要特征挥发性物质，对于揭示烹煮前后挥发性物质的变化具有重要的意义。

目前，食品挥发性物质评价主要采用气相色谱-质谱联用 （GC-MS）技术进行分析，侧重于对样品中挥发性物质的种类和含量进行检测［2］。电子鼻是模拟人类鼻子的嗅觉功能而建立的人工嗅觉仪器，通过特定的传感器和模式识别系统快速识别样品的挥发性气味，能对各

样品的整体香气特征进行比较，具有样品准备简单、检测速度快、灵敏度高等优点［3-4］，已广泛地用于香精识别［5］、果蔬成熟度与货架期的判断［6］、肉品检测［7］和酒类鉴定［8］等方面。本研究中，采用电子鼻结合GC-MS检测鲍鱼熟制前后整体香气特征和挥发性物质的变化，旨揭示熟制前后鲍鱼气味的差异及形成机理。

1　材料与方法

1.1材料

皱纹盘鲍Haliotis discus hannai Ino由厦门岛之原生物科技有限公司提供。

主要仪器设备包括：电子鼻（德国AIRSENSE公司PEN 3型）；固相微萃取装置（Solid-phase Micro-extraction，SPME）（美国Sulpco公司）；顶空采样瓶（Agilent仪器有限公司）；Trace DSQⅡGC/MS气相色谱-质谱联用仪（美国Thermo fisher公司）。

1.2 方法

1.2.1样品的处理 生鲍：鲜活鲍鱼经去壳、去内脏后清洗。熟制鲍：鲍鱼在100℃条件下蒸煮10 min。

1.2.2用电子鼻分析鲍熟制前后的风味差别

（1）电子鼻系统。根据样品顶空挥发物通过传感器电阻值G与基准气体通过传感器电阻值G0的比值进行数据处理和模式识别［9］。传感器阵列由10个金属氧化物传感器组成，每个传感器的性能见表1。

表1　PEN 3传感器阵列及相应特性Tab.1 Sensors array and their main properties in PEN 3

（2）电子鼻检测。将鲍鱼样品分别放入250 mL烧杯中，用保鲜膜密封，室温下静置40 min，使瓶内样品与气体部分达到一个相的平衡，采用顶空吸气法进行电子鼻检测，每组均设3个平行。

测定条件为：传感器清洗时间80 s，归零时间10 s，样品准备时间5 s，样品测试时间60 s，内部流量300 mL/min。为保证数据的稳定性和精确性，经预实验选取测定过程中57～59 s的数据用于后续分析。

1.2.3SPME-GC-MS分析 顶空固相微萃取条件：选用DVB/CAB/PDMS萃取头，萃取温度为70℃，萃取时间为30 min，平衡时间为20 min，解析时间为5 min。

气相色谱条件：色谱柱，TR-35MS（30 m× 0.25 mm，0.25 μm），进样口温度为250℃。升温程序：初始柱温为50℃，保持3 min，以8℃/min的速度升温至230℃后保持10 min，载气 （He）流速为0.8 mL/min，不分流进样。

质谱条件：电子轰击 （EI）离子源，电子能量为70 eV，传输线温度为250℃，离子源温度为250℃，质量扫描范围为33～450 m/z。

1.3数据处理

气相色谱-质谱检测结果通过计算机检索，利用NIST和WILEY谱库相互匹配进行定性分析。本研究中，对谱库中化合物相似度低于80（最大值为100）的组分标为未鉴定出，各组分百分含量按照峰面积归一法计算。

采用SPSS 20软件对电子鼻、GC-MS数据进行主成分分析（principalcomponentanalysis，PCA）。PCA是应用方差分解，对所提取的多维数据信息进行降维，从而提取出数据中最主要的元素和结构的方法，并对降维后的特征向量进行线性分类，最后在PCA分析的散点图上显示两维散点图。主成分1（principal component 1，PC1）和主成分2 （principal component 2，PC2）上包含了在PCA转换中得到的第一主成分和第二主成分的贡献率，贡献率越大，说明主要成分可以较好地反映原来多指标的信息［10］。

2　结果与讨论

2.1电子鼻分析

2.1.1样品的传感器信号 由图1可知，电子鼻的10个传感器对生鲍和熟制鲍的挥发性风味成分均有响应，说明利用电子鼻分析鲍鱼的风味成分变化是可行的。熟制鲍第2、4、6、7、8、9、10号传感器的响应值相对于生鲍分别增加了 1.72、0.03、1.11、2.07、0.78、1.12和0.05，说明相对于生鲍，熟制鲍的含氮含氧类杂环化合物、甲烷、含硫化合物、芳香化合物的含量增加。有研究表明，基本肉香味是由含硫化合物提供的，即主要是由动物肉加热后产生的［11］。本研究中，熟制鲍第1、3、5号传感器的响应值相对于生鲍分别减少了0.07、0.02和0.01。

2.1.2样品的主成分 （PCA） 两种样品电子鼻区分的主成分效果如图2所示，PC1和PC2的方差贡献率分别为99.32%和0.60%，累积达99.92%，说明PC1和PC2已包含很大的信息量，能反映样品的整体信息，各样品的差异主要体现在PC1。从图2可见：各个样品均分布于各自独立的区域，说明电子鼻可以较好地区分不同的鲍鱼样品；熟制鲍与生鲍在整体风味的差异主要体现在PC1。

图2　2种样品电子鼻区分的主成分分析图Fig.2 Principal component analysis of two kinds of samples by an electronic nose

2.2GC-MS分析

由图3和表2可以看出：从生鲍中共鉴定出42种挥发性风味物质，其中醇类9种，醛类6种，酮类3种，烃类2种，酯类4种，酸类5种，芳香类2种，含氮类6种，酚类3种，其他2种；从熟制鲍中共鉴定出61种风味物质，其中醇类6种，醛类5种，酮类4种，烃类4种，酯类12种，酸类12种，芳香类4种，含氮类9种，酚类4种，其他1种。所鉴定的挥发性风味物质中只有13种物质在两种样品中均有检出，因此，挥发性物质的种类在熟制过程中发生了显著的变化。

图3　熟制对鲍鱼挥发性风味物质种类和含量的影响Fig.3 Effect of cooking on variety and content of volatile flavor compounds in the discus abalone

GC-MS鉴定结果表明，生鲍挥发性成分中醛类物质百分含量最多，达到了73.73%，其次为醇类 （14.32%）、烃类 （5.68%）、含氮化合物（1.80%）、酸类 （1.19%）、酯类 （1.04%）、酮类（0.43%）、芳香类 （0.43%）、酚类 （0.28%）。单一组分中含量最高的为苯甲醛 （68.15%），其次为1-辛烯-3-醇 （9.22%）、3，5，5-三甲基-1-己烯 （5.39%）、乙醛 （3.67%）、2-乙基-1-己醇（2.25%）等。醛类物质多数来源于不饱和脂肪酸中碳碳双键氧化产生的氢过氧化物和甘油三酯自动氧化的降解产物，通常阈值较低，能与其他物质叠加产生明显的风味效应，对产品的风味贡献较大［12］。如苯甲醛具有令人愉快的杏仁香味，可加和生鲍的整体风味［13］。不饱和醇嗅感往往比饱和醇高，能够更大程度地改变鱼类制品的风味。以亚油酸为前体合成的1-辛烯-3-醇，具有与蘑菇和泥土的相似气味，常出现在鱼类挥发性香味物质中［14］，同时2-乙基-1-己醇具有蘑菇香气［15］。广泛存在于鱼类风味物质中的各种烃类物质，由于其阈值相对较高，在整体的风味贡献方面作用较小［16］。

GC-MS分析结果表明，熟制鲍挥发性成分的种类比生鲍增加了19种，其中醇类物质的含量最高，从原来的14.32%升高到48.88%，酸类物质从1.19%增加到17.15%，含氮化合物从1.80%升高到9.85%，酯类物质从1.04%增加到4.28%。单一挥发性物质中，2，3-丁二醇最高，达到22.80%，其次为 （2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇 （19.84%）、二十四酸 （7.72%）、苯甲醛（5.68%）、1-辛烯-3-醇 （4.35%）、异戊酸（4.01%）等。醇类物质主要是由n-3和n-6不饱和脂肪酸二级氢过氧化物降解产生，在饱和醇中，C1～C3的醇类有轻快香气，C4～C6的醇类有近似麻醉性的气味，C7～C8的醇类则显示出芳香气味，碳数再多的饱和醇，其气味逐步减弱以至无嗅感［17］。含氮化合物和酯类化合物是具有显著特征的一类风味物质，低含量的含氮化合物和酯类就可以产生明显香气。经过熟制后，鲍鱼发生了美拉德反应、脂肪酸氧化等一系列化学反应，致使含氮化合物和酯类物质增加，从而产生具有烤肉性质的特殊风味。但是，经过熟制处理后，醛类化合物含量显著降低，从73.73%降至7.91%。醛类化合物含量降低，使得鲍鱼的鲜香味和腥味减弱，但仍有少许的鲜味物质，如乙醛、壬醛、苯甲醛、戊醛等，这可能是因为高温使得醛类物质之间以及它们的降解产物之间发生了反应，醛类物质和氨基酸之间也发生了反应，使得醛类物质减少，这与丁丽丽等［18］的研究结果不一致，其测得醛的含量在烘干过程中呈上升趋势，醛类物质生成量大于损失的量。而酮类化合物从0.43%升高至1.64%，其变化趋势正好与醛类物质相反，酮类化合物阈值比醛类高，是醛类物质进一步氧化的结果，也是脂肪酸氧化的最终产物。经熟制后，酚类从0.28%提高到1.01%，烃类降低到4.71%，而芳香类化合物基本维持不变。

表2　熟制对鲍鱼挥发性物质的影响Tab.2 Effect of cooking on flavor volatile co mpounds

续表2 熟制对鲍鱼挥发性物质的影响Cont.Tab.2 Effect of cooking on flavor volat ile compounds

续表2 熟制对鲍鱼挥发性物质的影响Cont.Tab.2 Effect of cooking on flavor volat ile compounds

3　结语

本研究中，尝试利用电子鼻和GC-MS法阐明熟制前后鲍鱼嗅气物质的变化，结果表明，电子鼻能够灵敏有效地区分生鲍和熟制鲍的气味，经主成分分析 （PCA）发现，熟制鲍与生鲍整体风味有显著差异。结合GC-MS分析鉴定表明：生鲍和熟制鲍中分别鉴定出42种和61种挥发性物质，主要有醇、醛、酮、烃、酯、酸、芳香族、含氮化合物、酚类等物质，其中只有13种物质在两种样品中均有检出，熟制后鲍鱼的挥发性风味物质种类和含量发生了明显的变化；生鲍中醛类含量最高，其中苯甲醛和1-辛烯-3-醇含量分别高达68.15%和9.22%；熟制鲍中醇类和酸类含量较高，其中2，3-丁二醇和 （2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇含量高达22.80%和19.84%。在以后的研究中，可在感官评价结合GC-MS分析的基础上，尝试建立电子鼻气味信号数据与鲍鱼产品品质指标的关系模型，进而通过监测气味变化快速评价产品的新鲜度，预测生鲍的货架期；建立电子鼻气味信号数据与不同加工工艺鲍鱼产品的关系模型，建立气味指纹图谱，进而快速区分不同加工工艺的鲍鱼加工品。

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Changes in flavor volatile compounds in discus abalone Haliotis discus hannai Ino before and after cooked by electronic nose and solid phase micro-extraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry

WU Jing-na1，2，LU Hai-xia1，2，LIU Zhi-yu1，2，SU Jie1，2，LIAO Deng-yuan1，2，PAN Nan1，2，CAI Shui-lin1，2
（1.Key Laboratory of Cultivation and High-value Utilization of Marine Organisms in Fujian Province，National Research and Development Center for Marine Fish Processing（Xiamen），Fisheries Research Institute of Fujian，Xiamen 361013，China；2.Fujian Collaborative Innovation Center for Exploitation and Utilization of Marine Biological Resources，Xiamen 361013，China）

The changes in flavor volatile compounds in discus abalone Haliotis discus hannai Ino before and after cooked were analyzed by an electronic nose and solid phase micro-extraction（SPME）coupled with gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）to reveal the main factors causing flavor formation by cooking processing.The results showed that the change in volatile compounds generated by cooking processing was sensitively detected by the electronic nose.The principal component analysis indicated that there was significant difference in volatile compounds in discus abalone before and after it was cooked.GC-MS analysis demonstrated that the volatile compounds were changed significantly before and after cooking，and that 42 volatile compounds were detected in uncooked discus abalone and 61 volatile compounds in cooked discus abalone，including ethanol，aldehydes，ketones，hydrocarbons，esters，acids，aromatic series，and nitrogen containing compounds.In the flavor volatile compounds，benzaldehyde（68.15%）and 1-octen-3-ol（9.22%）were of the major compounds in the raw discus abalone，while 2，3-butanediol（22.80%）and（2R，3R）-（-）-2，3-butanediol（19.84%）were the major volatile compounds in the cooked discus abalone.It was concluded that the electronic nose and solid phase micro-extraction（SPME）coupled with gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）can perfectly analyze the changes in flavor volatile compounds in discus abalone processed.

Haliotis discus hannai Ino；electronic nose；volatile compound；principal component analysis

TS254.4

A

10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.04.014

2095-1388（2016）04-0431-07

2015-11-17

国家海洋公益性科研专项 （201405016）；福建省科技重大专项 （2014NZ0001-1）；厦门市海洋经济发展专项（14CZP041HJ15）；福建省海洋高新产业发展专项 （［2013］011）；福建省海洋经济创新发展区域示范项目 （2014FJPT01）；厦门南方海洋研究中心项目 （14PZY017NF17）

吴靖娜 （1984—），女，助理研究员。E-mail：31301863@qq.com

刘智禹 （1972—），男，博士，教授级高工。E-mail：13906008638@163.com