不同加热温度对罗氏沼虾肉挥发性成分的影响

段秀霞， 施文正， 汪之和

（上海海洋大学 食品学院/上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心，上海 201306）

罗氏沼虾（Macrobrachium rosenbergii）俗称大头虾，是一种大型淡水虾。它生长迅速且周期短、肉质鲜美且营养，由于成熟沼虾头胸甲内布满了生殖腺，因此具有一般淡水虾风味之外的类似于蟹黄的鲜美之味，素有淡水虾王之称。我国罗氏沼虾养殖产量已连续多年居世界第一[1-2]。

目前，国内外对罗氏沼虾的研究较多，但多集中在水产养殖[3]、性别与胚胎发育[4-5]、水环境监控[6-7]及抗病免疫[8-9]等其他方面的研究。例如，豆科植物提取物[10-11]、多糖[12]、膳食叶酸[13]等对罗氏沼虾作用的相关研究。但是，加热罗氏沼虾挥发性成分的研究几乎没有，且人们通常选择加热熟制作为虾的主要食用方式，加热熟制过程中温度较高，其酶活下降，蛋白质和脂肪等大分子会分解，这样会对虾肉风味产生很大影响。电子鼻作为一种新型仿生嗅觉检测技术，利用气体传感器阵列的响应图案来识别气味的电子系统，具备客观准确、快速无损、重复性好等优点，并且能识别简单和复杂的气味，可得到与人的感官品评相一致的结果[14-15]。气味识别技术可应用到水产品鲜度评价，也可以为水产品气味和品质鉴定提供一定的参考依据[16]。固相微萃取法（SPME）建立在待测物在固定相和水相之间达成的平衡分配基础上[17]，是一种无溶剂萃取技术，是一种有效，节省成本，易于自动化测定，可实现高样品通量[18]。目前，科研领域研究水产品及水产食品的挥发性物质的主要方法是固相顶空微萃取-气相色谱-质谱联用法 （headspace solid phase micro-extraction gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPMEGC-MS）[19-23]。郭美娟等[24]采用 HS-SPME-GC-MS 技术研究南美白对虾腐败过程中挥发性成分的变化，以此研究评价虾的新鲜度。Wenjian Yang等[25]使用电子鼻技术和HS-SPME-GC-MS技术研究金针菇在热风干燥过程中综合风味特征和挥发性成分的动态变化。作者通过控制固相顶空微萃取的温度，得到不同温度下罗氏沼虾虾肉的挥发性物质，然后对挥发性物质采用气相色谱-质谱联用仪进行分离及定性定量分析，结合电子鼻与HS-SPME-GC-MS技术来分析不同温度下罗氏沼虾虾肉的挥发性风味物质，研究不同温度对罗氏沼虾挥发性气味物质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

罗氏沼虾：购于上海市浦东新区古棕路农贸市场；AUW320电子分析天平：梅特勒-托利多仪器有限公司产品；FJ-200高速分散均质机：上海标本模型厂产品；FOX-4000气味指纹分析仪：法国Alpha MOS公司产品；7890A-5975C GC-MS联用仪：美国Agilent公司产品；SPME手动进样手柄、聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）固相微萃取头（涂层厚度65 μm）：美国Supelco公司产品。

1.2 方法

1.2.1 样品前处理 取鲜活罗氏沼虾，用冰水冷休克，去头、壳、虾线，得到虾仁，进行单体速冻，-20℃冻藏备用。

1.2.2 电子鼻分析 分别准确称取经剁碎的罗氏沼虾虾肉1.0 g，加入 0.18 g/mL NaCl溶液1 mL，匀浆后于自动进样瓶中（规格：10 mL）。电子鼻条件：载气：干燥洁净空气；流量：150 mL/min；顶空温度分别为 35、50、65、80、95 ℃，顶空时间：10 min，搅动速率：500 r/min；进样总体积：2.5 mL，注射速率：2.5 mL/s；获取时间：2 min，延滞时间：10 min。

1.2.3 挥发性成分测定

1）SPME条件 分别准确称取经剁碎的罗氏沼虾虾肉1.0 g，加入 0.18 g/mL NaCl溶液1 mL，匀浆后于20 mL萃取瓶中。采用65 μm PDMS萃取头，萃取温度分别为 35、50、65、80、95 ℃，萃取 40 min，磁力搅拌选用中速。萃取时间45 min。

2）GC条件 DB-5MS弹性毛细管柱（60m×0.32 mm，1 μm）；升温程序：柱初温 50 ℃，保持 1 min，以10℃/min速度升温至100℃，再以5℃/min速度升温至200℃，最后以8℃/min速度升温至250℃，保持时间 5 min。载气（He）流量 1.0 mL/min。解吸温度250℃，解吸时间5 min，不分流模式。

3）MS条件 传输线温度280℃；离子源温度230℃；四极杆温度150℃；电子能量70 eV；质量扫描范围 m/z 35～350。

1.3 数据处理

电子鼻数据运用主成分分析法，获得PCA图；GC-MS数据采用Xcalibur软件进行处理，挥发性成分通过NIST 2008和Wiley 9质谱数据库进行比对定性分析，并根据保留指数与相关文献进行比对[26-27]；采用SPSS 21.0软件处理不同温度间GC-MS数据，进行方差分析[28]。

2 材料与方法

2.1 电子鼻结果与分析

从图1可以看出，传感器P10/1和P40/1的响应值相对较大，达到了0.6以上，符合电子鼻响应值的要求。18根电子鼻金属氧化物传感器对同一温度处理的样品的响应值有所差异，随着加热温度的增加每根传感器的响应值也呈增加的趋势，且各组处理均呈现比较好的重复性。其中，除了LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/gCT 这 5 根传感器的响应值为负值，其余均为正值，但其绝对值都随温度升高而增加。说明了不同温度下虾肉的挥发性成分存在差异，电子鼻能够很好的区分。另外，传感器P10/1敏感物质类型：非极性化合物、碳氢化合物、氨和氯；传感器P40/1敏感物质类型：氯和氟。此现象说明罗氏沼虾虾肉中这些物质的含量较高，可能受到环境的污染。

图1 不同加热温度条件下罗氏沼虾虾肉挥发性气味雷达图Fig.1 Sensor response of E-nose to Macrobrachium rosenbergii meat at different temperatures

图2 不同加热温度条件下罗氏沼虾虾肉挥发性气味PCA图Fig.2 PCA analysis of volatile flavor compounds of Macrobrachium rosenbergiimeatatdifferent temperatures

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是一种可用于简化及优化处理大量数据，且快速可视化识别模式或者关系的多元的统计分析方法[26]。图2为以二维散点图显示出来的各组样品的挥发性成分的PCA图。其中PC1贡献率为96.012%，PC2贡献率为1.439%，两者之和为97.451%，说明主成分很好的反映原来多指标的信息。由图可以看出，这5组样品所在的区域没有互相重叠，其中35℃与50℃处理的样品位于PC2轴右侧，65、80、95℃温度处理的样品位于PC2轴左侧，并且处理样品随温度升高从右往左依次排列；35℃代表生虾肉，在PCA图中与其他组距离远，有明显的差异；95℃代表熟虾肉，在PCA图中与其他4组距离较远，有非常明显的差异。图中35℃和95℃的距离最远，说明其挥发性气味差异最大；而65℃与80℃的距离较近，说明其挥发性气味相似。一般说来，不同加热温度会影响风味物质使氨基酸、核苷酸等小分子风味物质有所丢失[29]。由此推出，不同温度处理后的罗氏沼虾挥发性气味存在较大差异。

2.2HS-SPME-GC-MS结果分析

表1为不同温度处理后的虾肉经HS-SPMEGC-MS 处理的结果与分析[30]。在 35、50、65、80、95℃不同温度条件下罗氏沼虾的挥发性成分分别有 27、38、44、47、56 种，随着温度的升高，烷烃类挥发性成分的相对含量显著升高，大部分醇类挥发性成分的相对含量明显降低，部分醛类挥发性成分的相对含量少许增加，但是烯烃类、醇醛酮类挥发性成分总的百分含量较少，这与杨阳等[31]研究南美白对虾结果相似。烷烃类物质赋予虾肉清甜香的风味；醛类物质中的壬醛和癸醛赋予虾青草和脂肪味；酮类物质使虾肉具有甜的花香和果香味，可能是由脂肪氧化或者某些氨基酸分解而得，其中，6，10，14-三甲基-2-十五烷酮（又名植酮），是维生素E醋酸酯的中间体，可作为医药中间体。实验中检测出的酯类、酸类及一些芳香族化合物总的相对含量高达50%以上，酯类化合物通常是通过脂肪代谢生成的羧酸和醇的酯化作用产生的，对虾肉风味贡献加大[29]。

表1 不同温度对罗氏沼虾虾肉挥发性成分的影响Table1 Volatile compounds of Macrobrachium rosenbergii meat at different temperatures （SD，n=3）

经SPSS处理最小显著差数法（LSD法）方差分析结果可知，大部分重要挥发性物质的差异是显著的（p＜0.05），进一步说明温度对罗氏沼虾的挥发性成分有较大影响；65℃和80℃罗氏沼虾中检测到的大部分主要挥发性成分差异是不显著的，说明两者的差别微小，结果跟电子鼻结果相吻合；95℃时的风味代表熟虾风味。

续表1

续表1

罗氏沼虾虾肉中烷烃类挥发性物质的种类及其相对含量都随着温度的升高有增加的趋势95℃高温条件下增加了碳二十及其以上的烷烃，如：二十烷、二十一烷、二十二烷等。

根据GC-MS结果，罗氏沼虾中还检测出很多醇类物质，如雪松醇、2-乙基-1-己醇、4-甲基-1-辛烯-3-醇和镰叶芹醇等。其中雪松醇是一种倍半萜醇，具有甘甜木香和膏香香气，气势浓而温和，留香持久；镰叶芹醇是一类特别的黄酮物质，能有效帮助身体吸收更多抗癌物质，所以说经常吃虾具有很好的保健功效；这两种醇对罗氏沼虾风味中的作用还有待通过GC-O等方法确认。一般认为，醇类化合物由脂肪酸二级氢过氧化物的分解、脂质氧化酶对脂肪酸的分解和脂肪的氧化分解生成，或由羰基化合物还原生成醇[32]。此处检测到的是4-甲基-1-辛烯-3-醇而不是1-辛烯-3-醇，应该同样对罗氏沼虾的风味有着一定的贡献。随着温度的升高，醇类挥发性物质总体的相对含量先上升再下降，醇类的种类也有所增加。这可能是由于温度升高使部分蛋白质或脂肪等降解成小分子醇类物质。

与烷烃类和醇类挥发性物质相比，醛类挥发性化合物有气味加和作用[33]，极微量存在时也可对虾肉的总体气味有较大的影响。醛类具有青香、果香、坚果香、奶酪香和甜香[31]，且阈值较低，对罗氏沼虾的风味影响较大。由表1可得，罗氏沼虾中羰基类挥发性物质的相对质量分数较低，其中检测到小分子物质壬醛和癸醛等，有似绿色植物般的青香[34]。随着温度升高，慢慢开始出现烯醛类化合物，95℃时出现一些碳原子数大于10的醛类，如：十四醛、5-十四碳烯醛、（Z）-7-十六碳烯醛、十八醛和 10-十八碳烯醛等。苯甲醛是一种芳香醛，具有令人愉快的香味[29]，不过在罗氏沼虾中未检测到该物质。推测可能是由于高温时多不饱和脂肪酸的受热容易氧化分解产生大量的不同种类的小分子醛类物质[35]。在50℃和80℃温度条件下，检测到的酮类物质相对质量分数分别为2.59%和2.96%，其他加热温度条件下未检测到酮类物质，此原因尚不明确，有待进一步证实。对于肉类物质而言，高温会使肉质发生脂肪氧化和蛋白质水解等变化，而脂肪氧化是形成醛、酮、醇类等挥发性成分的主要途径之一[29]。

罗氏沼虾中还检测出了少量烯烃类和大量芳香族及其他类化合物， 在 35、50、65、80、95 ℃温度条件下，烯烃类相对质量分数分别为0.87%、6.4%、3.79%、2.50%、2.12%，芳香族及其他化合物质量分数所占比例分别为 64.70%、52.61%、54.38%、61.69%、51.81%。芳香族类阈值较高，低浓度时对风味贡献较小，但从罗氏沼虾中检测到的相对质量分数较高，因此对其风味起到一定的贡献。实验中检测到磷酸三丁酯和肉豆蔻酸异丙酯的相对质量分数都随着温度的升高显著增加，两者相对质量分数所占比例分别为：3.11%、19.86%、21.13%、28.34%、29.99%和0.40%、1.34%、1.56%、1.27%、5.65%。磷酸三丁酯可用作溶剂，还常作为增塑剂，稀有金属的萃取剂等。肉豆蔻酸异丙脂对皮肤有极好的渗透、软化滋润等作用，可用作化妆品的乳化剂和润湿剂。还检测到虾肉中含有甲氧基苯基-肟、萘、1-甲基-萘和1-亚乙基-1H-茚等污染物，说明罗氏沼虾受到环境污染，此处和电子鼻的检测结果也是相似的。不同加热温度条件下的相对含量所占百分比分别为：49.34%、2.73%、4.59%、0.43%、0.67%， 它们随着加热温度的增加其相对含量逐渐减少，且差异极显著，但是结合不同温度下挥发成分有效峰面积的变化，这些污染物挥发的绝对含量在65℃温度条件下最高，35℃次之，其它3个温度差异不大，说明与其他挥发性成分相比，这些污染物含量受温度变化影响较小。

2.3 温度对罗氏沼虾挥发性成分有效峰面积的影响

由图3可知，罗氏沼虾挥发性成分的有效峰面积随温度的升高呈现先逐渐增加后减少的变化，其中65℃和95℃的有效峰面积值比较接近，在80℃时有效峰面积达到最大值，可能是由于虽然温度的升高使虾肉整体挥发性物质有所增加，但是萃取头受高温影响吸附的挥发性成分却有所减少，因此当温度升高到一定值时，采用HS-SPME-GC-MS检测到的挥发性化合物的有效峰面积先达到最大值，再下降至一定范围内[36]。这与电子鼻实验检测结果相一致，因此HS-SPME-GC-MS技术所检测的结果在一定程度上反映了不同温度下罗氏沼虾虾肉的挥发性成分。

图3 温度对罗氏沼虾挥发性成分有效峰面积的影响Fig.3 Total areas of volatile components of Macrobrachium rosenbergii at different temperatures

3 结语

电子鼻可以明显区分不同温度下罗氏沼虾肉的挥发性成分，挥发性成分总量随温度升高而增大，65℃与80℃时挥发性风味最接近，但是65℃和95℃时挥发性成分的有效峰面积是相近的，在80℃时达到最大值。经过HS-SPME-GC-MS处理，罗氏沼虾虾肉在 35、50、65、80、95 ℃温度下分别确定出了 27、38、44、47、56 种物质， 且挥发性物质随温度升高也增多，这与电子鼻结果是吻合的。35℃时罗氏沼虾虾肉可视为生虾肉，检测到的挥发性成分主要表现出生虾肉风味。新鲜风味的醇醛类占大多数，代表罗氏沼虾的新鲜程度的化合物如壬醛、癸醛、2-己基-1-癸醇等占有很大一部分比例。65、80℃时表示生虾向熟虾的转变，95℃时罗氏沼虾已熟制，其烷烃类挥发性物质的相对含量与种类都呈显著性增加；醇类化合物相对含量先有所增加后减少；其中一些长碳链饱和醛类物质相对含量明显增加，如十一醛、十四醛和十八醛等。