基于HS-SPME-GC-MS分析风味鱼仔加工过程中风味物质的变化

尹含靓，肖何，邓高文，刘洋,2，蒋立文,2*，李跑,2，王建辉

(1.湖南农业大学 食品科学技术学院，长沙 410128；2.食品科学与生物技术湖南省重点实验室，长沙 410128；3.长沙理工大学，湖南省水生资源食品加工工程技术研究中心，长沙 410114)

风味熟制小鱼干类产品发展迅猛，全国范围内已有逾千家风味熟制小鱼干获证企业，产业群集聚在湖南、重庆等地区，年产值超100亿元，并呈现逐年上升的消费趋势，年增长率在10%以上。鱼肉营养丰富，是优质蛋白质、维生素和矿物质的良好来源，尤其是ω-3是人体必需脂肪酸的主要来源[1]。风味鱼制品泛指经过清洗、整理、油炸、调味、包装、杀菌等工序制成的鱼制品，它属于鱼肉类休闲食品[2]，多采用软包装，以其风味鲜美、易贮存、方便易食的特点深受消费者的喜爱。

现阶段对鱼制品的风味研究大多集中在新鲜鱼肉的风味形成机制与差异比较，如卢春霞等利用顶空固相微萃取-气质联用技术(HS-SPME-GC-MS)分析了美国红鱼、大黄鱼和鲈鱼的主体风味成分及其风味特征和生成途径[3]。张晶晶等[4]则对白姑鱼和小黄鱼肉中挥发性风味物质进行鉴定，分别得到42种和49种挥发性成分，且认为三甲胺和2-辛烯-1-醇对白姑鱼风味贡献较大，2,3-戊二酮、1-戊烯-3-醇为小黄鱼中主要挥发性物质。

本研究采用HS-SPME-GC-MS法对风味鱼仔制作过程中的挥发性气味物质进行检测分析，探讨了风味鱼仔制作过程中挥发性气味物质组成以及变化规律，为鱼仔加工过程中风味控制和改进提供了参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

样品风味鱼仔取自湖南某知名食品有限公司，共7个样品，当天生产取样后于-80 ℃冷冻备用。

球磨机、岛津AUY220微量分析天平；GCMS-QP2010气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司；固相微萃取装置(包括手柄、导向杆) 上海安谱科学仪器有限公司；50/30 μm DVB/CAR/PDM灰色萃取头 美国Supelco公司。

1.2 试验方法

样品编号与工艺见图1，其简要工艺为：新鲜冷冻处理的海鱼经过浸泡(10～15 h)解冻后，清洗去杂，滤除水分，然后进入油炸工序(210 ℃, 2～4 min)，立即离开连续油炸系统进行强制风冷却，冷却后将油炸后的鱼放在复合香辛料水中煮开后保温卤制50 min，将卤制后的鱼捞出来冷却到室温后拌入辣椒、味精等调味料，采用耐蒸煮的食品袋真空包装成半成品，杀菌 (115 ℃,20 min)后反压冷却清洗表面后成为成品。

图1 风味鱼仔的制作流程与编号Fig.1 The production process and numbering of flavored fish larvae

1.2.1 样品前处理

室温下解冻后，将风味鱼仔中7个不同阶段的样品分别取5 g左右放置于清洗、消毒、干净、无气味的球磨机中进行2 min磨碎，再从磨碎的样品中取1 g置于15 mL顶空瓶中待分析。

1.2.2 HS-SPME-GC-MS分析条件

GC条件：CD-WAX石英毛细管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；载气：高纯氦气(He)，流速1 mL/min；进样口温度：240 ℃；不分流进样。程序升温：起始柱温为60 ℃，保持5 min后，以3 ℃/min的速度升温至140 ℃保持5 min，再以5 ℃/min的速度升温至210 ℃保持10 min，最后以5 ℃/min的速度升温至240 ℃保持3 min。

MS条件：电子离子(electron ionization，EI)；接口温度220 ℃，离子源温度200 ℃，电子能量70 eV，质量扫描范围45～500 m/z。

HS-SPME方法：首先将萃取头(50/30 μm DVB/CAR/PDM)在GC进样口老化30 min，备用；将7种前处理后的鱼仔样品取1 g分别放置于15 mL顶空瓶中,70 ℃预热30 min备用，将已老化的萃取头穿过密封垫插入顶空进样瓶内后推出纤维头，露出纤维头距离样品表面约10 mm，顶空吸附30 min，插入GC进样口解吸5 min。

1.2.3 数据分析

利用质谱数据库对挥发性成分进行鉴定，使用面积归一化法计算各成分的相对百分含量。采用Dynamic PCA对数据进行主成分分析，SPSS 20.0对部分数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 风味鱼仔制作过程中风味物质种类变化

风味鱼仔加工过程中挥发性成分种类及相对含量变化见表1。

表1 风味鱼仔不同加工阶段挥发性物质种类和相对含量

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由表1可知，含有挥发性物质种类最多的是样品浸泡J(33种)，其次是清洗Q(32种)和杀菌前样品N(31种)。样品J和Q中其他类的风味物质相对含量很高，分别占85.68%和80.38%。相对含量可以反映某种物质对整体气味的贡献率。挥发性物质种类的多少与萃取头的吸附特性相关，除其他类以外，在整个加工过程中醛类、酮类、呋喃类化合物均在油炸Y中百分含量最大，尤其是醛类达到22.02%，而成品S中醇类(21.05%)和吡嗪类(4.21%)最高，烯类和酯类化合物则在拌料B中百分含量最高，此外酚类和醚类在卤制L中百分比最高，分别达到13.25%和21.25%。

2.2 GC-MS分析风味鱼仔加工过程中挥发性气味物质分析

由图2可直观看出风味鱼仔在整个制作过程中各物质峰的变化情况，图中编号1～3是最明显的几个物质峰，1对应的是十五烷，在J、Q两个样品中含量尤其高，Y(油炸)过后则几乎消失，此外在保留时间30～34 min之间的2，3号峰从B(拌料)后开始出现，且在B中含量最高，之后有所下降，这两个物质分别是乙酸芳樟酯和芳樟醇，为了更加详细地了解挥发性物质的情况，分析在风味鱼仔制作过程中检测出的所有物质变化情况(见表2)。

图2 GC-MS检测风味鱼仔的总离子流图Fig.2 Total ion flow diagram of flavored fish larvae detected by HS-SPME-GC-MS

表2 挥发性气味物质与阈值Table 2 The volatile flavor compounds and threshold values

续 表

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由表2可知，通过GC-MS在风味鱼仔制作过程中总共检测出84种可挥发性风味物质，其中包括醇类(15种)、醛类(8种)、烯类(20种)、酮类(9种)、酯类(4种)、呋喃类(3种)、吡嗪类(1种)、酚类(2种)、醚类(4种)、其他类(18种)。醇类物质主要来源于脂肪氧化分解以及糖、醛、氨基酸等还原，正己醇、1-辛烯-3-醇、1-戊烯-3-醇主要存在于浸泡J、清洗Q、油炸Y中。桉叶油醇、芳樟醇、糠醇、γ-萜品醇、(-)-4-萜品醇则在后期制作阶段中存在，在最后的成品(S)中醇类百分含量总共为21.05%，其中芳樟醇有13.46%，其具有柠檬香[9]，在卤制L与拌料B期间增加，可能来源于拌料和卤制中加入的香辛料，此外糠醇呈现出苦味，在卤制L中最高(4.33%)，其可能来自于加工过程中受热过度的缘故[10]。

醛类物质的产生主要是通过不饱和脂肪酸的氧化以及Strecker降解[11]，其阈值普遍较低。正辛醛、壬醛、苯甲醛是风味鱼仔整个制作过程中主要的3种醛类化合物，且几乎存在于各个样品中，且均在油炸Y样品中达到最高值，分别为3.25%、2.05%、6.35%，此外己醛也在油炸Y样品中百分含量高达6.07%。己醛被鉴定出普遍存在于淡水鱼及海水鱼中，常与 C8、C9的挥发性化合物混合一起共同对鱼肉的香味做贡献[12]，在低浓度时呈现青草香味、果香味，但高浓度时有酸败和令人作呕的气味。壬醛是油脂氧化的主要挥发性产物，能够产生特异的臭味，与腐败异味相关联[13]。苯甲醛由苯丙氨酸Strecker降解生成，具有令人愉快的杏仁香、坚果香和水果香[14]，辛醛则具有油脂清新气息[15]，而(Z)-4-庚烯醛呈清香、暗香和类亚麻油香[16]。

酮类物质很可能是多不饱和脂肪酸受热氧化和降解的产物[17]，阈值高于其同分异构体的醛类。酮类物质一共被检测出9种，但均在鱼仔加工过程中存在的时间不长，几种主要酮类化合物分别在某个阶段中达到最大值的情况为2-壬酮(1.55%，卤制L)、2-十一酮(1.11%，浸泡J)、2-庚酮(5.72%，油炸Y)、2,3-二甲基-2-环戊烯酮(3.08%，油炸Y)、3-侧柏酮(1.64%，拌料B)。

烯类化合物种类在样品中检测出最多，高达20种。浸泡J、清洗Q以右旋萜二烯为主，桧烯、月桂烯、右旋萜二烯、萜品烯则在拌料B、未杀菌N、杀菌后S中占优势，与同类型产品相比，本产品所测出的烯类物质种类较多。其他类化合物中烷烃类化合物种类较多，包括十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、十七烷，十五烷在浸泡J、清洗Q中含量极高，但烃类化合物阈值普遍较高。除此以外，酚类、醚类和酯类以及呋喃类挥发性物质分别以乙基麦芽酚、丁香酚、乙酸芳樟酯、(E)-2-(2-戊烯基)呋喃、2-乙基呋喃、丙烯基乙醚、茴香脑为主，其中除乙酸芳樟酯最高相对含量(39.9%)出现在B样品以外，其余都在L中达到最高，茴香脑具有茴香、香辛料和甘草的气味，丁香酚具有辛香和烟熏香，愈创木酚有特有的甜香香气，微带有酚的气息。

此外，样品中被检测出的芳樟醇、糠醇、γ-萜品醇、(-)-4-萜品醇、桧烯、月桂烯、乙酸芳樟酯，均在花椒中有检测出[18]，且在样品L或B中出现或者突然上升，所以这些物质应该是卤制或拌料时由配料带来的，且主要可能来源于花椒。鱼制品中是否存在明显不良腥味是学者关注的问题，如今也存在大量针对去除腥味的研究，在风味鱼仔中检测出的所有腥味化合物及其在各个阶段的百分含量见表3，结果将为产品中鱼腥味变化情况提供参考。

表3 风味鱼仔中与鱼腥味相关的化合物以及百分含量Table 3 The compounds related to fishiness and their content in flavored fish larvae

2.3 风味鱼仔中腥味的主要来源分析

鱼腥味属于水产品中普遍存在的一种不良风味，有程度大小之分。不良风味的产生主要归因于以下几个因素：空气、水、包装或运输材料等的污染，加工过程中配料不当或微生物的生长繁殖和食品自身的化学反应(包括氧化、非酶促褐变、酶促反应、光引发反应及食品成分之间的反应)等。通过GC-MS在风味鱼仔制作过程中所测出与鱼腥味相关的化合物见表3。由表3可知，共7种化合物具有明显的鱼腥味，其中有5种是醛类，此外腥味物质在浸泡J、清洗Q、油炸Y 3个步骤中百分含量逐渐增加，在Y时含量最高，但通过卤制L后腥味化合物的百分含量立即减少，这与卤制中所用的卤料有直接关系。有研究表明香辛料能够与鱼体腥味物质发生反应，如生姜中的姜醇、姜酚以及花椒中的川辣素等物质能与腥味物质反应，从而起到去异增香的作用[20]。

2.4 PCA分析

PCA(principal component analysis)，即主成分分析方法，是一种使用最广泛的数据降维算法，能够从原始的空间中顺序地找一组相互正交的坐标轴，新的坐标轴的选择与数据本身是密切相关的。因此PCA1表示尽可能最大解释数据变化的主坐标成分，PCA2则解释余下的变化度中占比例最大的主坐标成分，不同形状的点属于不同样本组，PCA中横、纵坐标的刻度线表示样品之间的距离。由图3可知，PCA1解释了数据集中总方差的42.75%，而PC2解释了38.26%。由于横、纵坐标的刻度线表示样品之间的距离，可知7个样品被明显地分为两个部分：一部分为聚集在右上角区域的B、N-S、S 3个样品，且几乎重合，说明其挥发性物质组成十分相似；另一部分则是聚集在左下角的其余4个样品，这部分又可以分为3个小部分，分别是样品J、Q以及Y和L两个单独的部分，这4个样品的标志在图3中形成一个近似等边三角形，其中J、Q距离十分相近，几乎重叠成一个点，这说明浸泡和清洗两个过程对挥发性物质的影响较小。

图3 挥发性气味物质的主成分分析Fig.3 Principal component analysis of volatile flavor components

综上所述，PCA分析的PCA1与PCA2能共同解释总方差的81.01%，表明数据具有代表性，聚类结果形成4个部分，这反映出风味鱼仔在加工过程中浸泡、清洗两个工序对挥发性成分的影响很小，拌料、未杀菌与杀菌后相似，而油炸与卤制的样品与其他样品差距较大，尤其是与右上角的3个后阶段样品距离较远，这说明油炸和卤制后对产品风味变化的影响较大。

3 结论

以鱼仔浸泡、清洗、油炸、卤制、拌料、杀菌前后7个加工工序的样品为研究对象，利用GC-MS对其加工过程中挥发性成分变化进行研究。结果表明，在鱼仔整个制作过程中共检测出84种挥发性风味物质，其中包括醇类(15种)、醛类(8种)、烯类(20种)、酮类(9种)、酯类(4种)、呋喃类(3种)、吡嗪类(1种)、酚类(2种)、醚类(4种)、其他类(18种)，其中样品J(33种)含挥发性物质种类最多，最少的是Y(18种)。PCA分析结果表明风味鱼仔在制作过程中浸泡、清洗阶段的样品风味物质相似，拌料、杀菌前与杀菌后相似，而油炸与卤制样品的风味与其他样品差距较大。J、Q中以1-辛烯-3-醇、1-戊烯-3-醇、壬醛、庚醛、(Z)-4-庚烯醛等具有鱼腥味、青香、叶香的物质为主体风味物质，Y(油炸)消除大量烷烃的同时还产生了较高含量的可能对腥味产生促进作用的2-乙基呋喃。L(卤制)去除了大部分腥味，而且丰富了其蘑菇香(1-辛烯-3-醇)、柠檬香(芳樟醇)、水果香(2-庚酮)以及茴香和甘草(茴香脑)的气味。B(拌料)则主要是增加了酯香(乙酸芳樟酯)、柠檬香(芳樟醇)，最后样品N-S、S在制作过程中经过转移、装袋等工序，导致部分挥发性物质散失。本文对风味鱼仔加工过程中的挥发性风味成分的分析可为后续鱼仔风味的研究提供理论基础。