臭氧水处理对冷藏期内草鱼鱼片挥发性成分的影响

陈思远,刘 杰

(江南大学食品学院,江苏无锡 214000)

草鱼是我国大宗养殖品种之一,产量位居世界第一[1],其营养丰富且味道鲜美,是优质的食材和蛋白资源。臭氧具有极强的广谱杀菌作用及气味去除作用,半衰期短、易分解,是一种环境友好型化学试剂。

草鱼通常栖息于水域的中、下层,易受生长环境的影响而导致鱼肉呈土腥气味,且其极易在内源酶和微生物的共同作用下发生腐败,产生腐臭气味,这些气味易被消费者感知,且为之厌恶,是草鱼售卖、加工的掣肘。通常,己醛、1-辛烯-3-醇、2,3-辛二酮被认为是鱼体土腥气味的重要贡献者[2-4]。目前,水产品去腥研究较多聚焦于去腥剂的加入,周若琳等[2]将生姜提取液与鱼糜混合,所得去腥效果良好;葛胜晗等[3]研究发现红茶可有效去除海螺肉所带腥味,并能够延缓海螺肉在贮藏期间不良气味的产生;王振华[4]研究认为面包酵母细胞液法具有最佳去腥效果。同时,臭氧水处理已被证明具有良好灭菌[5]和不良气味去除效果[6]。

因此,本实验将对被臭氧水处理的草鱼鱼片进行电子鼻和气相色谱-质谱联用(Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)分析,以期证明臭氧水处理能够有效去除草鱼本身所携带的土腥气味,且能够延缓或抑制贮藏过程中腐臭气味的产生。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

活草鱼 购于无锡欧尚超市高浪店,每尾重量约为(3.0±0.5) kg;氯化钠 分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

ARD-W02T-NF动态臭氧水工作站 上海康久消毒技术有限公司;Heracles Ⅱ快速气相色谱电子鼻 法国Alpha MOS S.A.有限公司;SCIONSQ-456-GC气质联用仪 美国布鲁克公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备 将新鲜草鱼用木锤击晕至无剧烈跳动、宰杀后,切成厚度约为1 cm的鱼片,去除表面血污,之后将草鱼鱼片置于浓度为5.38 mg/L的流动臭氧水中进行处理,分别处理0(不处理)、4、8 min后,置于无菌PE自封袋中,4 ℃下贮藏待测。所得样品按臭氧水处理时间分为对照组(未进行臭氧水处理)、4 min处理组以及8 min处理组;3个处理组均于贮藏后0(样品经处理后立即开始检测)、5和10 d时进行取样。

1.2.2 电子鼻检测 将样品与饱和氯化钠溶液以1∶2 (m/V)的比例制成匀浆液,取5 g匀浆液置于20 mL顶空进样瓶中,待测。

电子鼻条件:样品孵化温度40 ℃,孵化时间30 min;进样体积1000 μL,进样速度125 μL/s,进样口温度200 ℃,进样时间13 s;捕集阱初始温度30 ℃,不分流;FID检测器与阀门温度均为250 ℃。

1.2.3 GC-MS检测 样品匀浆液制备方法如1.2.2所示,取10 g匀浆液于20 mL顶空进样瓶中,待测。采用50/30 μm DVB/CAR on PDMS萃取头进行顶空固相萃取。样品经45 ℃水浴辅以磁力搅拌萃取30 min后,迅速将萃取头移至气相色谱进样口,解吸时间5 min,开始检测。

色谱条件:色谱柱为DB-WAX毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);进样口温度250 ℃,升温程序设置为,柱温40 ℃,保持3 min,以6 ℃/min速度升温至100 ℃,再以10 ℃/min速度升温至230 ℃,保持7 min;载气(He)流速0.8 mL/min;不分流进样。

质谱条件:电子轰击离子源,离子源温度200 ℃;电子能量70 eV;质量扫描范围35～450 amu。

1.3 数据处理

电子鼻检测数据由Alphasoft软件进行主成分分析(principal components analysis,PCA)与判别因子分析(discriminant factor analysis,DFA);GC-MS检测数据由Xcalibur软件分析处理,将检测所得物质于NIST谱库和Willey谱库进行检索,以匹配度确认检测结果。采用Origin 9.5软件绘图,SPSS 21.0软件对实验数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 电子鼻检测结果分析

PCA是常见的数据分析方法,可快捷有效地分析不同样品内挥发性成分的相似程度[7]。如图1a所示,PC1与PC2分别为样品中第一主成分和第二主成分的方差贡献率,两者的值分别为87.995%和8.779%,累计贡献率达96.774%,同时,图1a中判别指数(discrimination index,DI)为89,显示此图谱能够较完整地反映各个样品的挥发性成分,且各个样品之间的区别效果较佳。此外,在图1a中,各样品所形成的散点无重叠情况,说明各个样品整体气味差异明显。0 d时,3个处理组之间,8 min处理组样品较4 min处理组样品与对照组样品距离更远,表明臭氧水处理可有效改变样品气味,且其处理效果随处理时间的延长而愈发显著。

DFA是常见的定性判别统计方法,较PCA而言,此方法区分不同样品效果更佳,且各样品组内离散度更小[8]。由图1b可知,分析所得累计判别因子为95.983%,表明各样品气味数据能够通过DFA得到有效的区分,各样品被区别情况与PCA结果较为一致。分析图1两张图谱,可发现臭氧水处理组样品在贮藏期内更加接近于新鲜样品(0 d-Control),显示臭氧水处理组样品气味变化程度小于对照组。

图1 不同贮藏期各处理组草鱼鱼片PCA(a)与DFA(b)图谱Fig.1 PCA(a)and DFA(b)plots of grass carp fillets from different treatment groups during different storage

2.2 挥发性成分的GC-MS检测结果分析

草鱼鱼片挥发性成分检测结果如表1所示。在贮藏期间内,3个处理组中所有样品共检出43种主要挥发性物质,包括醛类(8种)、醇类(9种)、酮类(7种)、酯类(7种)、其它类(12种)。此外,样品所含挥发性物质中包括大量的烃类物质,但烃类物质阈值较高[9],对样品风味影响较小,故不作分析。

表1 不同贮藏期各处理组草鱼鱼片挥发性成分变化Table 1 The changes in VOCs of grass carp fillets from different treatment groups during storage

2.2.1 臭氧水处理对草鱼鱼片挥发性成分的影响

2.2.1.1 臭氧水处理前(新鲜)草鱼鱼片挥发性成分的组成分析 将0 d的对照组草鱼鱼片视为新鲜样品。对其进行挥发性成分分析可得知,其主要挥发性成分为醛类、醇类、酮类、少量酯类以及其它物质。

如表1所示,新鲜样品中醛、醇类物质含量较大。醛类物质阈值较低,且该类物质之间具有协同叠加效应,是影响鱼类气味的重要成分[9];醇类物质一般呈芳香气息,阈值较醛类物质更高,通常为脂肪酸氢过氧化物降解或羰基化合物还原产物[10]。在检出的醛、醇类物质中,己醛呈青草味、酸腐味,可由脂肪酸氧化产生[11],被认为是鱼腥味的重要贡献者,占检出醛类物质的71.41%,与杨晶[12]研究结果相似;戊醛与癸醛富含于水产品饵料之中,可影响水产品的特征风味,是水产品重要腥味物质[13];己醇呈水果香味,占已检出醇类物质的66.42%,广泛存在于水产品中[12];1-辛烯-3-醇呈泥土味,阈值极低,是广泛存在于多数水产品的挥发性物质,为草鱼土腥味的重要贡献者[14]。此外,庚醛、辛醛、壬醛、苯甲醛、1-戊烯-3-醇、戊醇、庚醇、壬醇等物质也被检出,并呈现出不同气味[15-19]。

酮类物质可能由脂肪酸氧化、氨基酸降解或微生物繁殖产生,被认为可增加腥味[20]。如表1所示,新鲜草鱼鱼片中含量最大的酮类物质是2,3-辛二酮,该物质在多数水产品中均有存在,且能够对产品风味做出较大的贡献[10]。有研究认为2,3-戊二酮可增强腥味,可能是酮酸脱羧或脂肪氧化的产物[21]。乳酸乙酯具有果香,可能由草鱼体内糖原代谢所得乳酸酯化而成。此外,还有微量3-辛酮、甲基庚烯酮、2-丁酮、2-戊基呋喃被检测到,有机酸类和硫化物并未在新鲜样品中检测到。另外,在检测结果中还存在甲苯、对二甲苯、萘以及1-甲基萘等具有不愉快气味的物质,苯系物可由脂肪酸或氨基酸氧化产生,但以上物质更多被认为存在于水产品生长环境,继而被水产品吸收[22]。

2.2.1.2 臭氧水处理后草鱼鱼片挥发性成分的组成分析 由表1可知,第0 d时,新鲜草鱼鱼片经臭氧水处理后,绝大部分挥发性物质均有减少,癸醛、1-戊烯-3-醇和3-辛酮等相对含量较少的物质甚至完全被除去。作为土腥气味重要贡献者,新鲜鱼片中己醛、1-辛烯-3-醇和戊醛经臭氧水处理4 min后被去除率分别可达25.47%、66.40%以及20.12%,处理8 min后被去除率分别可达53.38%、63.24%以及60.95%。此外,己醇、戊醇以及2,3-辛二酮等含量较多的挥发性物质也均有大幅下降,经处理8 min后被去除率均超过50%,证明臭氧处理对草鱼鱼片挥发性成分的去除效果良好,可有效去除鱼片所带土腥气味,与电子鼻所得结果一致。

此外,对比分析4 min处理组与8 min处理组的挥发性物质含量可知,部分物质于两组间含量差异显著(P<0.05),如后者中己醛、己醇和戊醛含量分别仅为前者中的62.55%、78.80%以及48.89%。在过往的研究中,Zhang等[23]用臭氧水处理鳙鱼5、10和15 min,得到特征挥发性物质去除率分别为42.09%、53.84%以及54.28%,表明一定范围内的臭氧水处理时间对挥发性物质的去除具有较大影响。

2.2.2 贮藏期间草鱼鱼片挥发性成分变化分析 由表1可知,在10 d的贮藏期内,各组样品所含挥发性物质的含量均有所变化,且变化趋势基本一致。在贮藏末期时,各处理组均被检出新鲜草鱼鱼片中未检出的成分,如硫代乙酸甲酯、吲哚以及胺类等物质,这些物质可能是造成样品腐败异味的原因。贮藏期达5、10 d时,3组间的部分挥发性物质仍有显著(P<0.05)差异,说明臭氧水处理对样品气味的影响依然存在,证明臭氧水处理可有效延缓贮藏期间样品腐臭气味的产生。

2.2.2.1 醛类物质变化分析 如表1所示,大部分醛类物质含量呈下降趋势,如第10 d时,对照组、4 min处理组和8 min处理组所含己醛值,分别仅为其对应初始值的4.79%、3.28%以及10.89%;戊醛、庚醛、苯甲醛在贮藏末期甚至完全消失。高沛[24]认为,醛类物质含量下降可能与其自身降解反应,或其与氨基酸等物质反应有关。此外,在贮藏末期有异戊醛产生,这可能与微生物繁殖或其他物质降解有关[25]。通常鱼体中醛类物质含量的多少被认为与鱼体腥味程度有关,该类物质含量降低可能会表现为样品腥味的减弱。

2.2.2.2 醇类物质变化分析 己醇、戊醇、庚醇以及辛醇的含量随贮藏时间的延长而逐渐下降,这些物质在新鲜样品中含量较大,但在贮藏末期仅以痕量存在,或者完全消失。与之相反,异戊醇、1-辛烯-3-醇以及反式-2-辛烯-1-醇含量随贮藏时间而增加,对照组中的异戊醇和1-辛烯-3-醇含量在贮藏期内增长率分别为1787.88%与33.20%,造成这些物质含量增加的原因可能是微生物的繁殖代谢,或脂肪酸氧化降解[26]。鉴于异戊醇、1-辛烯-3-醇以及反式-2-辛烯-1-醇含量的增加,样品在贮藏期间可能呈现出腐臭、泥土气味的增强。

2.2.2.3 酮类物质变化分析 在新鲜样品中含量较高的2,3-辛二酮和2,3-戊二酮在贮藏过程中逐渐减少,2-丁酮、甲基庚烯酮也仅在贮藏前期出现,其原因可能是这些酮类物质与样品内其余物质发生反应,或自身发生了氧化降解。相反的是,3-羟基-2-丁酮及2-壬酮的含量在贮藏期内逐渐增加,可能是由微生物代谢产生[27]。总体而言,在贮藏末期检出的酮类物质含量较低,对样品气味的贡献可能较小。

2.2.2.4 酯类物质变化分析 贮藏期间,醇类和羧酸类物质易在微生物酶的作用下发生酯化反应[28]。如表1所示,酯类物质在贮藏后期的种类、含量均高于贮藏前期,如新鲜样品中不含的乙酸乙酯、丙酸乙酯、硫代乙酸甲酯、正己酸乙酯、棕榈酸乙酯以及4-羟基磷酸苯酯在贮藏期间被检出,或者含量逐渐上升。其中,贮藏末期含量最高的硫代乙酸甲酯,是肉制品腐败特征挥发性物质,可能是因为贮藏末期大量微生物繁殖而导致其含量急剧增大,使样品呈腐臭气味[29]。

2.2.2.5 其它类物质变化分析 在贮藏后期,丙酸和2-甲基丁酸开始被检测到,这些小分子有机酸可能来源于草鱼鱼片内碳水化合物等物质的分解[24]。硫化物二甲基二硫、二甲基三硫、吲哚以及胺类物质也在贮藏后期出现,表明样品已经发生腐败,呈现出腐臭气息[30-31]。此外,贮藏早期中出现的苯系物质、萘以及柠檬烯在贮藏后期仍有存在。相反的是,2-戊基呋喃与1-甲基萘随贮藏时间的延长而消失。

3 结论

本实验采用电子鼻及顶空固相微萃取结合GC-MS的方法对不同臭氧水处理时间、不同贮藏天数的草鱼鱼片进行了挥发性成分检测分析。检测结果显示,臭氧水处理可有效改变草鱼鱼片的挥发性成分,且贮藏期间草鱼鱼片气味成分变化明显;从贮藏期间内所有样品中共检测出43种主要挥发性物质,新鲜样品中己醇、己醛、1-辛烯-3-醇、2,3-辛二酮、乳酸乙酯等物质含量较大;此外,在贮藏期内,醛类物质总体含量呈下降趋势,具有发酵、腐败气味的异戊醇、1-辛烯-3-醇、硫代乙酸甲酯、二甲基二硫、吲哚以及胺类物质随贮藏时间而逐渐累积。对比3组检测结果可知,臭氧水处理可有效去除己醛、戊醛、1-辛烯-3-醇、2,3-辛二酮等土腥气味物质;且在贮藏过程中,臭氧水处理组所含异戊醇、1-辛烯-3-醇、硫代乙酸甲酯等物质的含量仍显著(P<0.05)低于对照组,证明臭氧水处理可有效去除草鱼鱼片的土腥气味并具有延缓储藏期内样品腐臭气味产生的作用。